2022高三统考生物人教版一轮参考跟踪练：第3单元　第10讲 叶绿素的提取、分离与光合作用的基本过程

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第10讲 叶绿素的提取、分离
与光合作用的基本过程
‖A级·基础练‖
一、选择题
1．(2019届吉林省毓文中学月考)从新鲜的菠菜叶片提取叶绿体色素，发现提取液明显偏黄绿色，最可能的原因是( )
A．加入的石英砂太多 B．没有加入碳酸钙
C．用脱脂棉过滤不彻底 D．一次加入过多无水乙醇
解析：选B 提取色素时加入二氧化硅的目的是为了研磨充分，加入的石英砂太多不会导致叶片偏黄，A错误；加入碳酸钙的目的是保护色素，因为叶绿体中的叶绿素不稳定，容易被破坏，所以没有加入碳酸钙会导致提取液明显偏黄绿色，B正确；用脱脂棉过滤不彻底不影响叶绿素的含量，C错误；提取时无水乙醇加得太多，会使提取到的色素溶液降低，滤纸条上色素带颜色较浅，D错误。
2．下列变化中，可在叶绿体基质中完成的是( )
①H2O―→[H]＋O2 ②ATP―→ADP＋Pi＋能量
③C3―→C6H12O6＋C5＋H2O ④CO2＋C5―→C3
A．①②③ B．①③④
C．②③④ D．①②③④
解析：选C 叶绿体基质是进行暗反应的场所，主要进行CO2的固定和C3的还原，在该阶段需要消耗光反应产生的[H]和ATP，而①过程是水的光解，发生在叶绿体类囊体薄膜上。
3．(2019届肇庆市高三统考)下列不属于叶绿体基质组成的是( )
A．可溶性蛋白质 B．核酸
C．核糖体 D．光合色素
解析：选D 光合色素在基粒上，叶绿体基质含有DNA、暗反应的酶、核糖体等。
4．(2019届河南洛阳统考)下列关于元素与光合作用关系的叙述，正确的是( )
A．在光合作用中C元素从CO2经C5形成(CH2O)
B．Fe是组成光合色素的必需元素，缺Fe将影响光反应
C．N是构成ATP的必需元素，光反应过程有ATP的合成
D．光合作用制造的有机物中的氧来自水
解析：选C 在光合作用的暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，C3再经[H]的还原生成糖类，A错误；叶绿素分子中含有Mg元素而不含Fe元素，B错误；ATP由C、H、O、N、P元素组成，光合作用光反应阶段的生成物有ATP和[H]，C正确；在光合作用中，水中的氧原子全部以O2形式释放，D错误。
5．(2019届海南海口检测)光合作用的产物中，氧气、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氢、葡萄糖中的氧依次来自( )
①二氧化碳 ②气孔直接吸收 ③水的光解 ④叶绿素的分解
A．①②④③ B．③①②④
C．③①③① D．①③①③
解析：选C 氧气在光合作用光反应阶段生成，来源于水的光解，即来源于③；光合作用的原料包括二氧化碳和水，因此葡萄糖中的碳来源于二氧化碳，即来源于①；光合作用的原料是二氧化碳和水，只有水中含有氢元素，因此葡萄糖中的氢来源于水，即来源于③；由于原料水在光解时产生[H]和氧气，即水中的氧均以氧气的形式扩散到叶绿体外，因此葡萄糖中的氧来源于二氧化碳，即来源于①。
6．(2020届洛阳期中)在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和[H]的产生过程，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是( )
A．过程①的完成与叶绿体中的色素无关
B．过程②发生在类囊体膜上并伴随着能量的转换
C．过程①②均可以发生在所有的自养型生物体内
D．NADPH进入叶绿体基质中并参与合成C3的反应
解析：选B 过程①是水在光下分解，需要叶绿体色素分子吸收光能并转化为电能，A错误；过程②是NADPH形成，发生在类囊体膜上并伴随色素分子吸收的光能转化为活跃的化学能，B正确；一些进行化能合成作用的自养生物可能就不能进行①②过程，C错误；NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原，C3的合成是CO2的固定过程，与NADPH无关，D错误。
二、非选择题
7．(2019届山东青岛一模)研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的CO2进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。请回答下列问题：
(1)该实验的目的是_____________________________________________
________________________。
(2)B组14C标记的(CH2O)的量比A组低，原因是_____________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)在检测过程中，发现6 s后有十余种产物含有放射性，而0.5 s内只发现一种产物含有放射性，这种产物最可能是____________。
(4)实验中的“其他条件”主要是指________________________(至少答两项)。若在实验过程中突然停止14CO2供应，则此时两组实验中14C5的含量均会____________，(CH2O)/C3比值会____________。
解析：(1)根据实验的自变量是是否含有Mg2＋，说明该实验的目的是探究Mg2＋对植物光合作用的影响。(2)由于缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，导致光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减弱，形成(CH2O)减少，所以B组14C标记的(CH2O)的量比A组低。(3)根据题干信息提供14C标记的CO2进行光合作用，二氧化碳与五碳化合物反应，生成三碳化合物，所以0.5 s内发现的唯一的含放射性的物质应该是三碳化合物。(4)实验中的“其他条件”指的是无关变量，如温度、光照、pH值等。若在实验过程中突然停止14CO2供应，则生成的三碳化合物减少，消耗的五碳化合物也减少，导致两组实验中14C5的含量均升高，(CH2O)/C3比值也升高。
答案：(1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减弱，形成(CH2O)减少 (3)C3 (4)温度、光照、pH值等 升高 升高
8．卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向玻璃容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。请回答下列问题：
(1)实验材料小球藻属于________(填“原核”或“真核”)生物。
(2)卡尔文通过停止________来探究光反应和暗反应的联系，他得到的实验结果是图中的________。
(3)卡尔文通过停止________来探究光合作用过程中固定CO2的化合物，这时他发现C5的含量快速升高，由此得出固定CO2的物质是C5的结论。
(4)卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到第5 s时，14C出现在一种C5和一种C6中；将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种C3中。上述实验中卡尔文是通过控制________来探究CO2中碳原子的转移路径的，采用的技术方法有________________等。
(5)卡尔文将不同反应条件下的小球藻放入70 ℃的蒸馏水中，这样做是为了使细胞中的________失活，此时，细胞中的化合物就保持在热处理之前的状态。
解析：(1)小球藻属于真核生物。(2)在光照下，光反应进行，其产生的ATP和[H]参与暗反应中C3的还原，因此，通过停止光照可以探究光反应和暗反应的联系。当停止光照后，光反应停止，ATP和[H]的合成停止，则C3的还原减少，C3浓度增大，C5浓度减小，停止光照一段时间后，C3和C5浓度基本保持不变，应为A图。(3)在暗反应中，CO2与C5结合形成C3，当停止CO2的供应后，CO2的固定受到影响，故会导致C5含量升高。(4)由题中叙述可知，实验中卡尔文是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径的，该实验中他采用了放射性同位素标记法。(5)酶是生物体内催化化学反应的催化剂，大多数酶的化学本质是蛋白质，在高温下酶的结构被破坏，导致细胞中的化学反应不能进行，化合物的含量不再发生变化。
答案：(1)真核 (2)光照 A (3)CO2的供应 (4)反应时间 同位素标记法 (5)酶
‖B级·提升练‖
一、选择题
1．实验发现将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍然可以在光下利用二氧化碳生产有机物、放出氧气。以下分析正确的是( )
A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体内膜和基质中
B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用
C．光合作用必须在叶绿体中才能进行
D．叶绿素被破坏则不能进行光合作用
解析：选D 与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中，色素仅分布在类囊体薄膜上，A错误；叶绿体内膜和外膜都具有选择透过性，B错误；蓝藻没有叶绿体，也能进行光合作用，C错误；叶绿素在光反应中吸收和转化光能，叶绿素被破坏则不能进行光合作用，D正确。
2．如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述正确的是( )
A．图示膜结构为叶绿体内膜
B．A侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA
C．甲表示色素，在层析液中溶解度最高的是叶绿素a
D．图示过程为光反应，该过程不需酶的催化
解析：选B 分析图示过程可知，该生理过程为光反应，场所为类囊体薄膜，A项错误；光反应生成的ATP进入叶绿体基质参与暗反应，故A侧为叶绿体基质，叶绿体基质中含有少量DNA，B项正确；在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素，C项错误；光反应过程需要酶的参与，D项错误。
3．进行正常光合作用的叶片，如果在a点时突然增加CO2的供应量，短时间内能表示叶绿体中[H]含量变化的曲线是( )
解析：选A 突然增加CO2的供应量，C3含量增多，用于C3还原的[H]增多，则叶绿体中[H]含量减少。
4．(2019届湖南长沙雅礼中学月考)为探究土鸡蛋蛋黄一般比饲料鸡蛋蛋黄颜色要深的原因，有人做了叶绿体和两种蛋黄中色素提取与分离的实验，另外还比较了两种蛋黄中色素提取物质的吸收光谱，结果如图所示。据此可知土鸡蛋与饲料鸡蛋蛋黄中所含有的色素种类及含量的关系是( )
A．色素种类不同，但总的含量相同
B．色素种类相同，但总的含量不同
C．色素种类和含量均不相同
D．色素种类和含量均相同
解析：选B 图甲中由下到上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，图乙、图丙中对应图甲中的叶黄素，并且色素带的宽度不一样，说明其含量不同；叶黄素主要吸收蓝紫光，通过图丁、图戊分析，可知两种色素的种类是相同的，故B正确。
5．(2019届山东临沂期末)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是( )
A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少
B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减少
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少
解析：选B 突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定减少，而三碳化合物还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此三碳化合物还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，B正确；由于色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和[H]减少，这将抑制暗反应中三碳化合物的还原，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和[H]增加，而ADP相对含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。
6．(2019届宁夏六盘山一模)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)―→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析：选B 由题意可知该酶是催化C5和二氧化碳的反应，二氧化碳的固定应是在叶绿体基质中，A正确；该反应在短暂无光条件下能进行，但长时间必须有光反应提供的ATP和[H]还原其产物C3，否则该反应不会进行，B错误；测定该酶的活性运用了同位素标记法，因为是通过检测14C3的放射性强度，C正确；单位时间内14C3生成量越多说明了该酶活性越高，D正确。
二、非选择题
7．(2019届江西省赣州市一模)1937年植物学家赫尔希发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验：
(1)自然环境中叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是____________________，这些氢在暗反应的____________________过程中被消耗。
(2)实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是____________________，A试管除了颜色变化外，实验过程中还能观察到的现象是____________________。
(3)A与C的比较可以说明氢产生的条件是需要________，设置B和D试管的目的是为了说明DCPIP____________________________________。
(4)实验结束后A组试管中叶绿体________(填“有”或“没有”)糖类的产生，主要原因是__________________________________________________________________。
解析：(1)自然环境中叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是叶绿体的类囊体薄膜，叶绿体产生的氢在暗反应中用于三碳化合物的还原过程。(2)实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液可以维持叶绿体的渗透压，避免使用蒸馏水使叶绿体吸水涨破。A试管有叶绿体和光照，除了颜色变化外，实验过程中还能观察到有气泡产生。(3)A与C的比较可以说明氢产生的条件是需要光照，B和D试管作为对照实验，说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色。(4)氢转移到DCPIP中而不能参与暗反应，并且实验条件为“密闭条件”，没有二氧化碳的供应，因此实验结束后A组试管中叶绿体没有糖类的产生。
答案：(1)类囊体薄膜 C3的还原 (2)避免叶绿体吸水涨破 有气泡产生 (3)光照 在光照和黑暗条件下自身不会变色 (4)没有 氢转移到DCPIP中而不能参与暗反应(或密闭环境中没有CO2)
8．(2019届宁夏石嘴山三中二模)大豆是我国重要的经济作物。土壤中的微生物能将有机物分解为某些小分子物质供给大豆。为研究这些物质对大豆幼苗生长的影响，在不含有机物的相同土壤中按照表格投放植物落叶等有机物，充分作用后播种大豆种子，出苗一段时间后测定大豆有关指标，结果如表。请分析回答：
(1)该实验的实验组是________，表格中除了________________以外其他的都是因变量。
(2)测定大豆叶片叶绿素含量时，提取色素的试剂及分离色素方法分别是__________和__________。
(3)据表分析有机物投放量高的土壤中为叶绿素合成提供了大量的N、Mg等必需矿质元素，叶绿素的含量升高可以直接促进光反应合成更多的________以促进暗反应。
(4)结合表格联系光合作用的发现历程分析：该实验选择测定叶绿素含量、C5转变为C3效率的目的是______________________________________
________________________________________________________________。
解析：(1)实验目的是探究土壤中的微生物将有机物分解成的某些小分子物质对大豆幼苗生长的影响，故自变量为某些小分子物质，通过加入有机物控制，实验组为乙和丙(不同量的有机物)，对照组为甲(无有机物)。因变量为大豆幼苗生长情况，通过叶绿素含量、C5转变为C3效率、总光合速率检测。(2)叶绿素容易溶解在有机溶剂，如无水乙醇等，用无水乙醇提取色素；不同色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液在滤纸条上扩散速率不同，故用纸层析法进行色素分离。(3)叶绿素在光合作用的光反应中吸收光能，进行水的光解生成[H]和O2，促进ADP与Pi发生化学反应生成ATP，[H]和ATP参加暗反应，把C3还原生成有机物。(4)叶绿素吸收光能促进光反应，其含量高低代表光反应速率；C5转变为C3速率代表暗反应速率，故选择测定叶绿素含量、C5转变为C3效率的目的是探究有机物对大豆幼苗光合作用的影响是影响光反应，还是影响暗反应。
答案：(1)乙、丙 有机物投放量 (2)无水乙醇 纸层析法 (3)[H]和ATP (4)探究有机物对大豆幼苗光合作用的影响是影响光反应，还是暗反应
溶液种类
A试管
B试管
C试管
D试管
叶绿体悬浮液
1 mL
—
1 mL
—
DCPIP
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 ml/L蔗糖溶液
4 mL
5 mL
4 mL
5 mL
光照条件
光照
光照
黑暗
黑暗
上层液体颜色
无色
蓝色
蓝色
蓝色
分组
有机物投放
量(kg)
叶绿素含量
(mg/m2叶)
C5转变为
C3效率
总光合速率
(mgCO2/h)
甲
0
0.80
20%
2.69
乙
20
2.37
41%
4.46
丙
40
4.65
82%
8.98