【备考2026】高考生物一轮复习资源：第3单元 第12课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索（讲与练）（教师版）

这是一份【备考2026】高考生物一轮复习资源：第3单元 第12课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索（讲与练）（教师版），共19页。试卷主要包含了绿叶中色素的提取和分离，色素的分布和作用，叶绿体的结构和功能等内容，欢迎下载使用。

考点一 捕获光能的色素和结构
1．绿叶中色素的提取和分离
[归纳总结] 实验异常现象分析
2．色素的分布和作用
(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。
(2)作用：吸收、传递、转化光能。
(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
[教材隐性知识] 源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用”
(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收光谱带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽(填“宽”或“窄”)。
(2)研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b降低，弱光下的吸光能力增强，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
(3)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。
材料 藻类中色素种类及光在海水中的分布
提示 这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。
3．叶绿体的结构和功能
[归纳总结] 恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处
(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
(1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素(2023·全国乙，2A)( √ )
(2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(2023·全国乙，2D)( × )
提示 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。
(3)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补充损失的提取液(2024·广东，3B)( × )
提示 光合色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇。
(4)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条置于同一烧杯中层析，用过的层析液直接倒入下水道(2024·广东，3CD)( × )
提示 由于滤纸条不会相互影响，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道。
(5)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液(2021·河北，3C)( √ )
考向一 捕获光能的色素和结构
1．(2024·贵州，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
答案 D
解析 研磨叶片时，加入二氧化硅有助于研磨充分，加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，即纸层析法，B正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。
2．(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是( )
A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠
C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B
解析 用有机溶剂提取色素时，碳酸钙主要是为了防止酸性物质对叶绿素的破坏，A错误；若连续多次重复画滤液细线，色素会随溶剂无水乙醇扩散，滤液细线变粗，纸层析后色素带容易重叠，B正确；该实验提取和分离色素的方法只能粗略比较不同色素的相对含量大小，不能测定绿叶中各种色素的具体含量，C错误；红色苋菜叶的红色主要是花青素导致的，花青素能溶解于水、乙醇等极性溶剂，而难溶于非极性有机溶剂，因此叶片中的花青素可以被无水乙醇提取出来，但滤液线中的花青素不会随着丙酮、苯、石油醚等非极性层析液在滤纸条上扩散，D错误。
考向二 叶绿素合成的问题分析
3．请回答关于叶绿素合成的问题
(1)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μml/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时。在此条件下，该水稻种子__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是_________________________________________________________________________
(2)(2024·湖南，17节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisc的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量________，从叶绿素的合成角度分析，原因是___________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)(2022·辽宁，22节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为________________________。
答案 (1)能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少 (3)下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光
影响叶绿素合成的三大因素
考点二 光合作用原理的探索
探索光合作用的部分实验
暗反应中碳的转化和去向研究
得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用14CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题：
(1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是终止反应，溶解有机物。
(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是什么？
提示 在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。
(3)点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了不同(填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是有的斑点在层析液A中的扩散距离无明显差异，而在层析液B中差异明显。
(4)与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？
提示 将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。
(5)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖。
考向三 光合作用原理的探究
4．(2025·龙岩检测)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是( )
A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
答案 D
解析 热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用的进行程度，B正确；放射性最先在3­磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。
5．(2024·潜江模拟)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。
水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A．相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢的品种受除草剂抑制效果更显著
B．与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的功能较强
C．除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物
D．不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲
答案 C
解析 除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体虽能为暗反应阶段提供NADPH和ATP，但缺乏二氧化碳，无法合成C3，故无法合成有机物，C错误。
一、过教材
1．下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述，正确的是( )
A．在绿叶中色素的提取和分离实验中，无水乙醇的作用是提取和分离色素
B．二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，加入碳酸钙的作用是有助于研磨充分
C．绿叶中色素的提取和分离实验中，用单层滤纸过滤研磨液以提高色素纯度
D．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
E．为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线
F．滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离
G．胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高
H．蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b的含量最多
I．色素带的宽窄反映了相应色素在层析液中溶解度的大小
答案 G
解析 无水乙醇的作用是溶解(提取)色素，需用层析液分离色素，A错误；二氧化硅使研磨充分，碳酸钙可防止研磨过程中叶绿素被破坏，B错误；用滤纸过滤会造成色素附着在滤纸上，导致提取的色素含量减少，C错误；圆珠笔油中含有其他色素，会影响色素的分离结果，D错误；在画出一条滤液细线后，待干后再重复画线，E错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，防止色素溶解在层析液中，F错误；蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素a的含量最多，H错误；色素带的宽窄反映了色素含量的多少，I错误。
2．下列有关捕获光能的色素和结构的叙述中，正确的是( )
A．胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光
B．如果植物缺少镁，则仅有蓝紫光的吸收会受到影响
C．温室或大棚种植蔬菜时为促进植物的光合作用，补充白色光并不是最佳选择
D．叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于内膜上
E．恩格尔曼实验中用水绵做实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察
F．恩格尔曼实验中通过同位素示踪法证明了氧气是叶绿体释放出来的
G．恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰
H．恩格尔曼实验中根据产生气泡的位置来确定绿色植物进行光合作用的部位
答案 CG
解析 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A错误；如果植物缺少镁，则叶绿素合成减少，会减少对红光和蓝紫光的吸收，B错误；补充红光和蓝紫光才是最佳选择，C正确；叶绿体中捕获光能的色素位于类囊体膜上，D错误；水绵的叶绿体呈带状便于观察，E错误。
3．下列关于光合作用的探索实验，叙述错误的是( )
A．恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
B．希尔运用同位素标记法证明了叶绿体在光下可释放出氧气
C．希尔反应可以证明水的光解产生的O2，全来自水
D．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
E．鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气全部来自水
F．阿尔农发现叶绿体合成ATP 的过程总是伴随着水的光解
G．卡尔文用荧光标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中
答案 BCG
解析 希尔发现，在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气，该实验没有采用同位素标记法，B错误；希尔反应实验仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，并没有直接观察到氧元素的转移途径，C错误；卡尔文用放射性同位素标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中，G错误。
二、过高考
1．(2022·广东，18节选)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量高，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素。
2．(2024·甘肃，17节选)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μml·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μml·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题：
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是无水乙醇，加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)。
课时精练
选择题1～4题，每小题5分，5～14题，每小题6分，共80分。
一、选择题
1．(2024·皖南八校第一次联考)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的说法，错误的是( )
A．实验选材宜选鲜绿的，光合色素含量高且细胞含水量少的叶片
B．滤纸条自上而下第四条色素带为黄绿色的叶绿素b
C．色素提取的原理是四种色素在无水乙醇中的溶解度不同
D．色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关
答案 C
解析 为提高滤液中色素的浓度，实验选材宜选鲜绿的，光合色素含量高且细胞含水量少的叶片，A正确；叶绿素b呈黄绿色，且位于滤纸条的第四条色素带(自上而下)，B正确；光合色素提取的原理是四种色素易溶于有机溶剂无水乙醇，C错误；色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关，溶解度高的随层析液扩散得速度快，D正确。
2．(2025·福建名校联盟联考)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。某同学将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是( )
A．分离后的色素3对应的条带颜色为黄绿色
B．色素1、2、3、4分布于叶绿体中，色素5则分布于植物的液泡中
C．色素1、2主要吸收红光和蓝紫光，色素3、4主要吸收蓝紫光
D．可以使用95%乙醇和无水碳酸钠对色素1、2、3、4进行分离
答案 B
解析 根据在层析液中的层析结果可知，色素1、2、3、4依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素3的条带颜色为蓝绿色，A错误；色素1、2、3、4分布于叶绿体中，色素5溶于水，为水溶性色素，因而可能存在于植物的液泡中，B正确；色素1、2依次为胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，色素3、4依次为叶绿素a、叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，C错误；可以使用95%乙醇和5%无水碳酸钠对色素1、2、3、4进行提取，分离色素使用的是层析液，D错误。
3．(2024·天津蓟州区一模)如图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶中光合色素的实验示意图。下列相关叙述正确的是( )
A．实验所用吸水纸的干燥度不影响实验的结果
B．①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
C．①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b
D．若在研磨叶片时没有加入二氧化硅，则得不到任何色素环
答案 C
解析 实验所用吸水纸的干燥度影响实验的结果，故应用干燥的吸水纸，A错误；溶解度越大，扩散的距离越远，因此，可以判断①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，其中①和②主要吸收蓝紫光，B错误，C正确；在研磨时没有加入二氧化硅，则研磨不充分，结果各色素环均会变窄颜色变浅，D错误。
4．(2024·江苏百校联考)如图所示，测定新鲜菠菜叶片中提取的色素的吸收光谱，下列相关说法正确的是( )
A．吸收光谱中红光和蓝紫光区域较为明亮，绿光区域较暗
B．若在提取色素时没有加入碳酸钙，则吸收光谱的红光区域会变亮
C．若在提取色素时研磨不充分，则吸收光谱的红光和蓝紫光区域都变暗
D．提取的色素放置一段时间后实验效果变差，主要原因是色素的挥发
答案 B
解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对绿光吸收最少，所以吸收光谱中绿光区域较亮，红光和蓝紫光区域较暗，A错误；碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，若没有加入碳酸钙，叶绿素被破坏，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以吸收光谱的红光区域会变亮，B正确；研磨不充分会使色素提取量减少，吸收的光减少，更多的光会穿过三棱镜，所以吸收光谱的红光和蓝紫光区域都变亮，C错误；提取的色素放置一段时间后实验效果变差，主要原因是色素被氧化分解，而不是挥发，D错误。
5．(2024·皖豫名校联盟联考)叶绿素分子中的Mg2＋容易被H＋替换，导致其分子结构被破坏，因此在进行“光合色素提取和分离”的实验中，要使用适量CaCO3对叶绿素进行保护。下列有关叙述错误的是( )
A．推测叶绿体基质的pH略高于细胞质基质的pH
B．以正常生长的紫叶李的叶片为材料无法提取和分离到光合色素
C．用缺乏Mg2＋的培养液长期培养植物会使其光合作用能力下降
D．实验中每次画滤液细线都要等上一次所画的滤液细线晾干后再进行
答案 B
解析 Mg是组成叶绿素的元素，由题意可推测，叶绿体中的H＋浓度应较低，pH可能比细胞质基质的pH略高一点，以保证叶绿素结构的稳定性，A正确；正常生长的紫叶李可进行光合作用，叶片含有光合色素，能提取和分离到光合色素，B错误；实验中为了保证滤液细线直、齐、细，每次画滤液细线都要等上一次所画的滤液细线晾干后再进行，D正确。
6．(2025·重庆渝中区巴蜀中学月考)有科学家提出，由于林冠层上部叶片的遮蔽影响了下部叶片对光的捕获，可通过降低叶片的叶绿素含量以提高林冠层的整体光合作用速率。根据此假设，降低叶片叶绿素含量后，下列叙述错误的是( )
A．红光和蓝紫光可更多地到达林冠层下部叶片
B．叶肉细胞中用于合成光合作用相关酶的氮元素减少
C．林冠层上部叶片光合速率降低，下部叶片光合速率提高
D．改变林冠层的叶片角度也能实现相似的效果
答案 B
解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，降低(林冠层上部叶片)叶绿素的含量后，红光和蓝紫光可更多地到达林冠层下部叶片，以提高林冠层的整体光合作用速率，A正确；氮元素是叶绿素的组成元素之一，降低叶片叶绿素含量后，用于合成叶绿素的氮元素减少，用于合成光合作用相关酶的氮元素增多，B错误；降低叶片叶绿素含量后，林冠层上部叶片吸收的光能减少，光合速率降低，林冠层下部叶片接收到的光照增多，光合速率提高，C正确；改变林冠层的叶片角度，使下部叶片接收到更多的光照，也可以提高林冠层的整体光合作用速率，D正确。
7.叶绿体中的类囊体有两种存在形式。一种是多个垛叠在一起形成基粒；另一种没有发生垛叠，贯穿在两个或两个以上基粒之间，被称为基质类囊体，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统
B．两种类囊体的比例会影响叶绿体对光能的捕获和转化
C．基粒类囊体的存在可以大大增加受光面积，提高光能利用率
D．基质类囊体上镶嵌有许多酶，是进行光合作用暗反应的场所
答案 D
解析 光合作用暗反应进行的场所是叶绿体基质，不是基质类囊体，D错误。
8．(2024·山东新高考联合体联考)下列关于光合作用探究历程的说法，错误的是( )
A．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能并释放氧气
B．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素全部来自水
C．阿尔农发现在光照下叶绿体中合成ATP的过程总是与水的光解相伴随
D．卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳转化为有机物中碳的途径
答案 B
解析 希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移，B错误。
9．(2024·襄阳二模)如图所示，将草酸铁(含Fe3＋)加入含有离体叶绿体的溶液中，除去空气并给予适宜的光照后，溶液颜色发生变化并产生氧气。在相同条件下，不添加草酸铁时，则不产生氧气。下列有关论述正确的是( )
A．可通过差速离心法提取叶绿体并置于蒸馏水中保存
B．相较于蓝紫光，绿光照射使叶绿体释放氧气量更多
C．颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋相当于叶绿体基质内的NADH
D．实验说明叶绿体中氧气的产生过程与糖类的合成过程相对独立
答案 D
解析 可通过差速离心法提取叶绿体，但是不能置于蒸馏水中保存，否则会吸水涨破，A错误；相较于绿光，蓝紫光吸收量大，用蓝紫光照射使叶绿体释放氧气量更多，B错误；NADH是呼吸作用中的还原剂，颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋不是还原剂，C错误；实验过程中除去了空气，说明叶绿体中氧气的产生过程与糖类的合成过程相对独立，D正确。
10．(2025·来宾质检)在光合作用发现过程中，科学家卡尔文做出了重要贡献。卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间，然后用甲醇(可杀死小球藻)分别处理并取样，最后根据标记化合物出现情况，确定生成物质的先后次序。下列有关说法正确的是( )
A．在卡尔文的实验过程中，不产生氧气，也不消耗氧气
B．该实验过程应该在无氧环境中进行，以排除干扰
C．若要确定第一个生成的物质，光照时间应延长
D．含有14C的物质，主要存在于叶绿体基质中
答案 D
解析 小球藻进行光合作用的过程中，可以通过水的光解产生氧气，线粒体进行有氧呼吸的过程也会消耗氧气，A错误；卡尔文探究的是暗反应的过程，氧气对该实验没有明显干扰，不需要设置无氧环境，B错误；若要确定第一个生成的物质，应不断缩短光照时间，直到产物不再发生改变，可确定该产物是第一个生成的物质，C错误；暗反应的场所在叶绿体基质，以14CO2为原料生成的含有14C的物质主要存在于叶绿体基质中，D正确。
11．纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。如表是叶绿体中色素层析结果(部分数据，单位：cm)。下列相关叙述正确的是( )
A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加
B．在层析液中溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4
C．能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4
D．该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分
答案 D
解析 根据实验1、2、3三组数据可求出，色素3的平均移动距离为(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6(cm)，而溶剂平均移动距离为8.0 cm，故Rf值为1.6÷8.0＝0.2，根据Rf的大小可知，色素3是叶绿素a，其化学元素组成有镁，若植物体缺镁，该色素含量会减少，A错误；根据Rf的大小可知，色素1移动距离最远，扩散速度最快，在层析液中溶解度最大，B错误；根据Rf的大小可知，色素1是胡萝卜素，色素2是叶黄素，色素3是叶绿素a，色素4是叶绿素b，叶绿素(色素3、4)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(色素1、2)主要吸收蓝紫光，C错误。
12．研究发现，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图为绿叶中色素的吸收光谱，其中②表示叶绿素b，③表示叶绿素a。下列叙述错误的是( )
A．叶片在640～660 nm波长光下释放氧气主要是叶绿素参与光合作用引起的
B．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，短时间内叶绿体中C3的量增加
C．利用纸层析法分离色素时，②对应的条带离画线处最近
D．弱光下②的相对含量增高可能有利于植物对弱光的利用
答案 B
解析 由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，色素吸收的光能增多，光反应增强，产生的ATP和NADPH增多，短时间内C3的量减少，B错误。
13．(2022·湖北，12)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是( )
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体的光合色素含量差异是不同基因的突变所致
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
答案 D
解析 两种突变体之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只是增加了遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异可能是同一基因向不同方向突变导致的，C错误。
14．(2024·咸宁期末)将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(蓝色)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH为7.3)的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。下列叙述正确的是( )
A．加蔗糖的目的是为叶绿体提供光合作用所需的原料
B．使DCIP由蓝色变成无色的物质是还原型辅酶Ⅰ
C．加入DCIP有可能降低叶绿体内C3的消耗速率
D．光照下水的分解过程发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上
答案 C
解析 蔗糖使外界溶液具有一定浓度，这能避免叶绿体吸水涨破，而磷酸缓冲液(pH为7.3)具有使叶绿体中的酶保持活性等作用，A错误；水在光照下被分解，除产生氧气外，还产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，进而使DCIP由蓝色变成无色，B错误；加入DCIP有利于NADPH的消耗，而NADPH参与C3的还原过程，所以加入DCIP有可能降低叶绿体内C3的消耗速率，C正确；光照下水的分解过程发生在叶绿体类囊体薄膜上，D错误。
二、非选择题
15．(20分)(2024·河北，19)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
回答下列问题：
(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中____________光可被位于叶绿体____________上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为____________和____________。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的____________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)(6分)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用______________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是_________________________________________________________。
(3)(4分)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为_______________________________________________________________________
________________________________________________________________(答出两点即可)。
答案 (1)蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光 (2)无水乙醇 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 (3)覆盖蓝膜，紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜时叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用
解析 (1)植物的光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，主要吸收红光和蓝紫光，因此题述三种光中蓝光可被高效吸收。光合作用暗反应阶段C3还原的产物包括糖类和C5。据柱形图分析可知，与白膜覆盖相比，蓝膜覆盖和绿膜覆盖透过的紫外光较少，可以更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)光合色素提取的原理是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中，所以可以用无水乙醇作为溶剂提取光合色素。根据色素的吸收光谱，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，两者都可以吸收蓝紫光，测定叶绿素的含量时，选择红光而不选择蓝紫光，可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。(3)高原环境紫外光强烈，覆盖蓝膜后，紫外光透过率降低，可降低紫外光对幼苗的伤害，此外，与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜时幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高，可以提高植物对光能的利用率，促进植物的光合作用。
课标要求
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
考情分析
捕获光能的色素
2024·广东·T3 2024·贵州·T3 2024·江苏·T20 2024·河北·T19
2023·江苏·T12 2023·全国乙·T2 2023·海南·T16 2023·全国甲·T29
藻类
色素种类
含量最多的色素
分布及主要吸收的光
绿藻
叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光
浅水层；主要吸收红光和蓝紫光
褐藻
叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素
某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光
中水层；主要吸收绿光和蓝紫光
红藻
叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素
藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光
深水层；主要吸收蓝紫光
样品
叶绿素a/(mg·g－1)
叶绿素b/(mg·g－1)
上层
0.199
0.123
中层
0.228
0.123
下层
0.684
0.453
项目
溶剂
色素1
色素2
色素3
色素4
实验组1
7.8
？
？
1.9
？
实验组2
8.2
？
？
1.5
？
实验组3
8.0
？
？
1.4
？
平均移动距离
8.0
7.6
？
？
0.8
迁移率(Rf)
无
0.95
0.53
？
0.10
植株类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
叶绿素/类胡萝卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
覆膜处理
叶绿素含量/(mg·g－1)
类胡萝卜素含量/(mg·g－1)
白膜
1.67
0.71
蓝膜
2.20
0.90
绿膜
1.74
0.65