資源簡介

【備考2024】一輪新人教版生物學學案
第三單元　細胞代謝
第4講　光合作用與能量轉化(Ⅰ)
考點1　捕獲光能的色素和結構
一、葉綠體中色素的種類和顏色
色素的種類 色素的顏色
葉綠素 葉綠素a 藍綠色
葉綠素b 黃綠色
類胡蘿卜素 葉黃素 黃色
胡蘿卜素 橙黃色
二、葉綠體中色素的吸收光譜及其分析
由圖可以看出：
三、葉綠體的結構適于進行光合作用
1．葉綠體的結構模式圖
2．葉綠體的功能
1．恩格爾曼實驗在實驗材料的選擇和實驗設計方面的巧妙之處有哪些？(必修1　P100“思考·討論”)
提示：選材方面的巧妙之處：選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；用需氧細菌可以確定釋放氧氣的部位。
實驗設計的巧妙之處：沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗；極細光束照射與完全曝光再一次形成了對照實驗。
2．海洋中綠藻、褐藻和紅藻在海水中的垂直分布大致依次是淺層、中層、深層，從水層透光與植物光能捕獲兩個層面解釋其中的原因。(必修1　P101“拓展應用”)
提示：藻類本身的顏色是反射出來的光所形成的，即紅藻反射出紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃光。水對紅、橙光的吸收比藍、綠光的吸收要多，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，因此，吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水的深層。
1．葉綠素a和b主要吸收紅光和藍紫光。 (√)
2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。 (×)
提示：葉綠體中色素吸收的光能用于光合作用。
3．葉片黃化，葉綠體對紅光的吸收增多。 (×)
提示：葉片黃化，說明葉綠體中的葉綠素減少，所以吸收紅光減少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在葉綠體基粒和基質中。 (×)
提示：葉綠體基質中有酶分布，但沒有色素。
5．沒有葉綠體，細胞不能進行光合作用。 (×)
提示：藍細菌細胞沒有葉綠體，但含有葉綠素和藻藍素，能進行光合作用。
1．高等植物的葉片一般呈現綠色，原因是_______________________________
_____________________________________________________________________。
提示：葉綠體中的色素幾乎不吸收綠光，綠光被反射出來
2．入秋后，葉片逐漸變黃，原因是_____________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：入秋后，氣溫逐漸降低，低溫可導致葉綠素被破壞，而類胡蘿卜素比較穩定，葉片中葉綠素含量減少，類胡蘿卜素相對含量增加
1．影響葉綠素合成的三大因素
2．光合色素的分布與功能
(1)色素的分布位置：色素不只分布于葉綠體中，液泡中也含有色素如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(2)色素的功能特點：葉綠素和類胡蘿卜素均有主要的吸收光波段，對其他波段的可見光并非不吸收，只是吸收量較少。
1．現有載有水綿和需氧型細菌的臨時裝片、紅光源和綠光源，請設計實驗驗證植物光合作用對紅光的利用率大于對綠光的利用率，簡要寫出實驗方案和預期實驗結果與結論。
實驗方案：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
預期實驗結果與結論：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：將臨時裝片置于沒有空氣的黑暗環境中，分別用同等強度的紅光束和綠光束照射水綿。需氧型細菌更多聚集在紅光束照射的部位，證明植物光合作用對紅光的利用率大于對綠光的利用率。
2．研究表明，光照會影響韭菜葉綠素的合成，但不會影響類胡蘿卜素的合成。請利用色素的提取和分離技術，以暗處生長的韭菜幼苗作為材料，設計實驗以驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
實驗思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
預期結果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提示：將一部分韭菜幼苗置于光照條件下培養(甲組)，另一部分韭菜幼苗置于黑暗條件下培養(乙組)。一段時間后，提取并用紙層析法分離兩組韭菜中的色素，比較濾紙條上的色素帶。　甲組濾紙條上的橙黃色和黃色的色素帶與乙組濾紙條上的橙黃色和黃色的色素帶基本一致；甲組濾紙條上有藍綠色和黃綠色的色素帶，乙組濾紙條上沒有藍綠色和黃綠色的色素帶。
考查光合色素的種類和作用
1．(2022·重慶巴蜀中學檢測)生物興趣小組為探究在適度補水條件下某葉片光合色素含量的變化，進行了相關實驗，結果如下表(單位：mg/g)，下列說法錯誤的是(　　)
組別 實驗條件 葉綠素a 葉綠素b 類胡蘿卜素
甲 自然條件 0.37 0.45 0.12
乙 適度補水 1.14 0.53 0.12
A．該實驗為對照實驗，其中甲組是對照組，乙組是實驗組
B．葉綠素主要吸收藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光和紅光
C．光合色素主要存在于綠色植物葉肉細胞，還可存在于其幼嫩的莖和果實的部分細胞
D．據表推測：其余條件相同且適宜，在適度補水條件下，植物能提高光合作用速率
B　[由實驗處理情況可知，甲組為自然條件下的結果，乙組進行了適度補水的處理，則甲組為對照組，乙組為實驗組，A正確；葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，B錯誤；光合色素位于葉綠體中，葉綠體主要存在于綠色植物葉肉細胞，還可存在于其幼嫩的莖和果實的部分細胞，C正確；由表格數據可知，在適度補水條件下，葉綠素的含量增加，能提高植物的光合作用速率，D正確。]
2．(2022·山東濰坊檢測)如圖表示葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜。下面說法正確的是(　　)
A．土壤中缺乏鎂時，植物新葉對420 nm～470 nm波長的光的利用量比老葉更少
B．用紙層析法分離色素后得到的色素帶的寬度，反映了色素在層析液中溶解度的大小
C．葉綠素和類胡蘿卜素吸收的不同波長的光都可以用于光合作用，且在轉化光能過程中會引起葉綠體基質pH發生變化
D．用不同波長的光照射植物葉片，得到的光合作用產物完全相同
C　[土壤中缺乏鎂時，由于鎂是可以重復利用的元素，因此缺鎂癥狀首先表現在老葉上，因此老葉對420 nm～470 nm波長的光(藍紫光)的利用量比新葉更少，A錯誤；用紙層析法分離色素后得到的色素帶的寬度，反映了色素在綠葉中的含量，B錯誤；葉綠素和類胡蘿卜素吸收的不同波長的光都可以用于光合作用的光反應過程，光反應過程中水分解產生氧和H＋，進而導致葉綠體基質中pH的變化，即在轉化光能過程中會引起葉綠體基質pH發生變化，C正確；用不同波長的光照射植物葉片，得到的光合作用產物不完全相同，藍紫光照射下，植物合成的有機物以蛋白質為主，紅光照射下，植物合成的有機物主要以糖類為主，D錯誤。]
考查葉綠體的結構和功能
3．右圖是在電子顯微鏡下觀察到的高等植物葉綠體結構模式圖，下列有關敘述正確的是 (　　)
A．①和②為光反應的場所
B．③上分布著與光反應有關的色素和酶，這些色素對綠光吸收最多
C．③上所含色素均含Mg2+，故缺Mg2+時這些色素都無法合成
D．在③上形成的產物NADPH和ATP進入④中為暗反應提供物質和能量
D　[光反應的場所為③，A錯誤；③為類囊體，其上分布著與光反應有關的色素和酶，這些色素對綠光吸收最少，所以葉片一般為綠色，B錯誤；葉綠素中含Mg2+，胡蘿卜素、葉黃素中不含Mg2+，C錯誤；在類囊體上形成的產物NADPH和ATP進入④中為暗反應提供物質和能量，D正確。]
考點2　(探究·實踐)綠葉中色素的提取和分離
1．實驗原理
2．實驗步驟
3．實驗結果
綠葉中色素的提取和分離實驗異常現象分析
1．收集到的濾液綠色過淺的原因分析
(1)未加二氧化硅，研磨不充分。
(2)使用放置數天的綠葉，濾液色素(葉綠素)太少。
(3)一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。
(4)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
2．濾紙條色素帶重疊
沒經干燥處理，濾液細線不能達到細、齊、直的要求，使色素擴散不一致造成的。
3．濾紙條看不到色素帶
(1)忘記畫濾液細線。
(2)濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。
4．濾紙條只呈現胡蘿卜素、葉黃素色素帶
忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。
1．(2022·廣東深圳檢測)下列用新鮮菠菜進行色素提取和分離實驗的敘述，正確的是(　　)
A．研磨葉片后立即加入CaCO3可防止破壞葉綠素
B．不加SiO2也可以提取出4種光合色素
C．加入大量無水乙醇會使色素條帶數目變少
D．層析結果發現藍綠色色素帶位置高于橙黃色色素帶
B　[CaCO3可防止葉綠素被破壞，所以可在研磨前加入少許CaCO3，A錯誤。即使研磨的不夠充分，仍然能提取到4種光合色素，只是提取的色素含量減少，B正確。進行綠葉中色素的提取時，若一次加入大量的無水乙醇，會因溶劑過多而導致收集到的濾液綠色過淺，但不改變條帶的數目，C錯誤。各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素，溶解度大，擴散速度快，溶解度小，擴散速度慢，濾紙條從上到下依次是胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍綠色)、葉綠素b(黃綠色)，因此藍綠色色素帶位置低于橙黃色色素帶，D錯誤。]
2．采用新鮮菠菜葉片開展“綠葉中色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是(　　)
A．提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑
B．研磨時加入CaO可以防止葉綠素被破壞
C．研磨時添加二氧化硅有助于色素提取
D．畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散
B　[葉綠體色素能溶解在無水乙醇或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水乙醇作為溶劑提取葉綠體色素，A正確；研磨時加入CaCO3可以防止葉綠素被破壞，B錯誤；加入二氧化硅是為了使研磨更充分，從而使葉綠體中的色素釋放出來，C正確；畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散，防止色素帶之間部分重疊，D正確。]
3．為研究高光強對移栽幼苗光合色素的影響，某同學用無水乙醇提取葉綠體色素，用石油醚進行紙層析，如圖為濾紙層析的結果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是 (　　)
A．強光下的幼苗相比正常光照下的綠色更深
B．強光照可能抑制葉綠素的合成，促進類胡蘿卜素的合成
C．四種色素在層析液中溶解度的大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．如果濾液細線觸及石油醚，會縮短分離得到四條色素帶的時間
B　[由圖可知，強光照時葉綠素含量下降，類胡蘿卜素含量上升，因此正常光照下的綠色更深，A錯誤；強光照可能抑制葉綠素的合成，促進類胡蘿卜素的合成，B正確；四種色素中溶解度大的，在濾紙上擴散速度快，因此四種色素在層析液中溶解度的大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C錯誤；如果濾液細線觸及石油醚，四種色素會溶解于層析液中，得不到四條色素帶，D錯誤。]
考點3　光合作用的原理
一、探索光合作用原理的部分實驗
時間/發現者 內容
19世紀末 科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖
1928年 科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖
1937年希爾(英國) 在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣
1941年魯賓、卡門(美國) 用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源，HO＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用釋放的氧全部來自水
1954年阿爾農(美國) 在光照下，葉綠體可合成ATP，這一過程總是與水的光解相伴隨
二、光合作用的概念和反應式
1．光合作用的概念
光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
2．光合作用的化學反應式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
三、光合作用的過程
1．圖解光合作用的過程
2．比較光反應與暗反應階段
光反應 暗反應
場所 類囊體的薄膜 葉綠體基質
條件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、ATP、NADPH等
物質變化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ③還原型輔酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的還原： 2C3(CH2O)＋C5
能量變化 光能―→ATP和NADPH中活躍的化學能 ATP和NADPH中活躍的化學能―→有機物中穩定的化學能
聯系 光反應為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供NADP＋、ADP和Pi
四、光合作用的意義
1．光合作用產生的有機物除供植物體自身利用外，還為所有異養生物提供食物。
2．光能通過驅動光合作用而驅動生命世界的運轉。
1．1937年，英國植物學家希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在無CO2的條件下給予光照，可以釋放出氧氣，由此實驗你能得出什么結論？(必修1　P102“思考·討論”)
提示：離體葉綠體在有鐵鹽或其他氧化劑的水溶液中，經光照可產生氧氣。
2．光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖是如何運輸到植物體的各處的？(必修1　P104“相關信息”)
提示：蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植物體的各處。
3．光合作用和化能合成作用的比較(必修1　P106“小字部分”)
項目 光合作用 化能合成作用
區別 能量來源 ________ ____________________
代表生物 綠色植物 ____________________
相同點 都能將________等無機物合成有機物
提示：光能　無機物氧化釋放的能量　硝化細菌　CO2和H2O
1．植物在夜晚不能進行光反應，只能進行暗反應。 (×)
提示：沒有光反應提供的NADPH和ATP，暗反應不能進行。
2．只提供光照，不提供CO2，植物可獨立進行光反應。 (×)
提示：在暗反應不能進行時，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反應也會停止。
3．光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質到類囊體的薄膜。 (×)
提示：ATP在類囊體的薄膜上產生，移動方向是從類囊體的薄膜到葉綠體基質。
4．光合作用過程中產生的ATP可以為細胞內的各項生命活動提供能量。 (×)
提示：光合作用過程中產生的ATP只用于暗反應。
5．14CO2中14C的轉移途徑是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 (×)
提示：轉移途徑為：14CO2→14C314C5(14CH2O)
1．研究小組將生長狀況相似的菠菜幼苗均分為A、B兩組進行實驗探究，A組培養在完全培養液中，B組培養在缺Mg2+的完全培養液中，其他條件相同且適宜。培養一段時間后，檢測并比較兩組菠菜幼苗的干物質的量，B組明顯少于A組，原因是___________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：Mg2+是合成葉綠素的原料，缺少Mg2+不利于葉綠素的合成，光反應產生的NADPH和ATP不足，C3的還原減少，形成的(CH2O)減少
2．只給小球藻提供適宜的光照，不提供CO2，小球藻能否持續釋放氧氣？請說明原因？____________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：不能持續釋放氧氣；因為沒有CO2，小球藻不能進行暗反應，NADPH和ATP積累而NADP＋和ADP、Pi不足，小球藻不能持續進行光反應
1．環境改變時光合作用各物質含量的變化
(1)“來源—去路”法
(2)“模型法”
圖1　　　　　　　　　 圖2
圖3　　　　　　　　　圖4
①圖1中曲線甲表示C3，曲線乙表示C5、NADPH、ATP。
②圖2中曲線甲表示C5、NADPH、ATP，曲線乙表示C3。
③圖3中曲線甲表示C5、NADPH、ATP，曲線乙表示C3。
④圖4中曲線甲表示C3，曲線乙表示C5、NADPH、ATP。
2．連續光照和間隔光照下的有機物合成量分析
(1)光反應為暗反應提供的NADPH和ATP在葉綠體基質中有少量的積累，在光反應停止時，暗反應仍可持續進行一段時間，有機物還能繼續合成。
(2)在總光照時間、總黑暗時間均相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續光照處理有機物的積累量要多。
1．光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析。實驗發現，僅僅30 s的時間，放射性代謝產物多達幾十種。縮短時間到7 s，發現放射性代謝產物減少到12種，想要探究CO2轉化成的第一個產物是什么，實驗思路是什么？
提示：不斷縮短光照時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產物，該物質即為CO2轉化成的第一個產物。
2．為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態相同的某種植物為材料設計了A、B、C、D四組實驗。每組處理的總時間均為135 s，光照與黑暗處理情況如圖所示(A、B、C三組光照與黑暗處理時間相同)。結果是A組光合作用產物的相對含量為50%；B組光合作用產物的相對含量為70%；C組光合作用產物的相對含量為94%；D組光合作用產物的相對含量為100%。
(1)各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件適宜且相同，這樣處理的目的是什么？
(2)可以判斷，單位光照時間內，B組和C組植物合成有機物的量都高于D組植物合成有機物的量，判斷依據是什么？如何解釋這一實驗結果？
提示：(1)排除無關變量對實驗結果的干擾(或保證自變量的唯一性)。
(2)B組和C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產物的相對含量卻是D組的70%和94%。隨著光照和黑暗交替頻率的增加，光下產生的ATP和NADPH能夠及時利用與再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。
考查光合作用探究歷程的相關實驗
1．為探究葉綠體在光下利用ADP和Pi合成ATP的動力，科學家在黑暗條件下進行了如下實驗，有關分析正確的是(　　)
A．黑暗的目的是與光照作對照
B．pH＝4的緩沖溶液模擬的是葉綠體基質的環境
C．ADP和Pi形成ATP后進入類囊體腔內
D．類囊體薄膜兩側的pH差是葉綠體形成ATP的動力
D　[本題考查葉綠體中合成ATP的機制。黑暗處理的目的是避免光照對 ATP 的合成產生干擾，A錯誤；pH＝4的緩沖溶液模擬的是葉綠體類囊體內部的環境，B錯誤；ADP與 Pi在類囊體薄膜上形成ATP，ATP形成后進入葉綠體基質，C錯誤；分析實驗結果可知，轉移類囊體至pH＝8的緩沖溶液中立即加入ADP和Pi有ATP產生，而平衡之后加入ADP和Pi無ATP產生，說明葉綠體中 ATP形成的動力來自類囊體薄膜兩側的pH差，D正確。]
2．(2022·廣東汕頭模擬)在光合作用研究過程中，陸續發現以下事實：
事實1：在人們對光合作用的認識達到一定程度時，以反應式6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2表示光合作用。
事實2：1937年，植物生理學家希爾發現，將葉綠體分離后置于含有一定濃度蔗糖溶液的試管中，制備成葉綠體懸浮液，若在試管中加入適當的“電子受體”，給予葉綠體一定強度的光照，在沒有CO2時就能放出O2，同時電子受體被還原。希爾反應式是H2O＋氧化態電子受體→還原態電子受體＋1/2O2。
事實3：在希爾反應的基礎上，Amon又發現，處于光下的葉綠體在不供給CO2時，既能積累還原態電子受體也能積累ATP；若撤去光照，供給CO2，則還原態電子受體和ATP被消耗，并有有機物(CH2O)產生。
根據以上事實，回答下列相關問題。
(1)基于以上三個事實推測，光合作用反應式中的C6H12O6中的O可能來自________。
(2)希爾反應模擬了葉綠體光合作用中________階段的部分變化，該階段中電子受體由氧化態變成還原態的________(填物質名稱)，希爾實驗中配制葉綠體懸浮液時加入一定濃度的蔗糖溶液的目的是__________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)Amon的實驗說明(CH2O)的生成可以不需要光，但需要___________(不考慮水)。
(4)若向葉綠體懸浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2，則短時間內ATP和NADPH________(填“會”或“不會”)出現積累。
[解析]　(1)根據事實2和事實3可知，植物在沒有CO2的條件下就能放出O2，參考化學式可知，H2O中的O全部轉化成了O2中的O，則光合作用產物C6H12O6中的O來自CO2。(2)希爾反應模擬了葉綠體光合作用中光反應階段的部分變化，電子受體由氧化態變為還原態的NADPH；為維持葉綠體的正常形態和功能，需保持細胞液內外的滲透壓平衡，即需要形成等滲溶液，故配制葉綠體懸浮液時應加入一定濃度的蔗糖溶液。(3)由事實3可以推測暗反應的進行可以不需要光，但需要有光反應階段的產物NADPH和ATP以及外界提供的CO2。(4)因光反應產物NADPH和ATP可用于暗反應中C3的還原，故在提供了C3的前提下，NADPH和ATP不斷被利用，短時間內不會出現積累。
[答案]　(1)CO2　(2)光反應　NADPH(或還原性氫)　形成等滲溶液，維持葉綠體的正常形態和功能　(3)CO2、ATP、NADPH　(4)不會
考查光合作用的過程
3．(2023·遼寧名校聯考)下圖表示綠色植物光合作用的部分過程，圖中a～c表示相關物質，甲、乙為結構。下列有關說法正確的是(　　)
A．甲為葉綠體，乙為細胞質基質
B．a、b、c依次為O2、NADPH、ADP
C．該過程合成的ATP大部分運出葉綠體外，用于綠色植物的各種生命活動
D．適宜條件下，當外界CO2含量升高時，a的產生速率會增加
D　[據圖分析，甲處進行了水的光解，為類囊體薄膜，乙為葉綠體基質，A錯誤；a為水光解的產物O2 ，b為類囊體薄膜上合成的NADPH，c為ATP分解形成的ADP和Pi，B錯誤；光合作用過程中合成的ATP，葉綠體自身消耗，用于光合作用的暗反應，還原三碳化合物，C錯誤；當外界CO2 含量升高時，暗反應速率加快，光反應速率也會加快，a(O2)的釋放速率加快，D正確。]
4．已知蛋白核小球藻的光合作用過程表示如圖，其中PSⅠ和PSⅡ為光合色素與蛋白質組成的復合光反應系統。在鹽脅迫(高濃度NaCl)條件下，蛋白核小球藻的光反應復合體PSⅠ和PSⅡ的結構會受到損傷，電子傳遞速率降低，光化學反應速率降低，從而使光合作用減弱。下列分析錯誤的是(　　)
A．PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能，將H2O分解為O2和H＋
B．ATP合成酶具有催化功能，并協助H＋實現跨膜運輸
C．蛋白核小球藻光反應產生的O2被細胞呼吸利用至少穿過四層生物膜
D．剛遭遇鹽脅迫的蛋白核小球藻，葉肉細胞內C3含量上升、C5含量下降
C　[PSⅠ和PSⅡ為光合色素與蛋白質組成的復合光反應系統，光合作用的光反應階段，發生在類囊體薄膜上，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，將H2O光解為O2和H＋，A正確；酶具有催化作用，同時據圖可知，ATP合成酶可協助H＋實現跨膜運輸，B正確；根據圖示可知，蛋白核小球藻光反應產生的O2被細胞呼吸利用至少穿過五層生物膜，包括類囊體薄膜、葉綠體的雙層膜及線粒體的雙層膜，C錯誤；在鹽脅迫(高濃度NaCl)條件下，蛋白核小球藻的光反應復合體PSⅠ和PSⅡ的結構會受到損傷，電子傳遞速率降低，光反應速率降低，使產生的ATP、NADPH減少，從而影響了暗反應，使C3含量上升、C5含量下降，D正確。]
考查環境條件變化對光合速率及各種物質變化的分析
5．如圖是水生植物黑藻在光照強度等環境因素影響下光合速率變化的示意圖。下列有關敘述正確的是(　　)
A．t1→t2，葉綠體類囊體薄膜上的色素吸收光能增加，葉綠體基質中水光解加快、O2釋放增多
B．t2→t3，暗反應限制光合作用，若在t2時刻增加光照，光合速率將再提高
C．t3→t4，光照強度不變，光合速率的提高是光反應速率不變、暗反應增強的結果
D．t4后短暫時間內，葉綠體中ADP和Pi含量升高，C3還原速率降低
D　[水的光解、O2的釋放發生在葉綠體類囊體薄膜上，而不是葉綠體基質中，A錯誤； t2→t3，光照充足，限制光合速率的因素為CO2濃度，若t2時刻增加光照，光合速率不會提高，B錯誤； t3→t4，CO2濃度增加，暗反應增強，一定程度上促進了光反應的進行，C錯誤；突然停止光照，光反應不再繼續進行，類囊體薄膜上ATP合成受阻，ATP含量減少，ADP和Pi含量升高，C3還原速率降低，D正確。]
1．核心概念
(1)(必修1 P102)光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
(2)(必修1 P103)光反應階段：光合作用第一個階段的化學反應，必須有光才能進行，這個階段叫作光反應階段。
(3)(必修1 P104)暗反應階段：光合作用第二個階段中的化學反應，有沒有光都能進行，這個階段叫作暗反應階段。
(4)(必修1 P105)光合作用強度：指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。2．結論語句
(1)(必修1 P98)綠葉中的色素有4種，它們可以歸為兩大類：葉綠素(含量約占3/4)和類胡蘿卜素(含量約占1/4)，其中葉綠素包含葉綠素a(藍綠色)和葉綠素b(黃綠色)，類胡蘿卜素包含胡蘿卜素(橙黃色)和葉黃素(黃色)。
(2)(必修1 P99)葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
(3)(必修1 P101)葉綠體是光合作用的場所。在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。
1．(2021·廣東選擇性考試)在高等植物光合作用的卡爾文循環中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是(　　)
A．Rubisco存在于細胞質基質中
B．激活Rubisco需要黑暗條件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2結合
D　[由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco”可知，Rubisco是與暗反應有關的酶，暗反應階段的CO2的固定為Rubisco催化C5和CO2結合的反應，是在葉綠體基質中進行的，故Rubisco存在于葉綠體基質中，A敘述錯誤，D敘述正確；暗反應在有光、無光條件下都可以進行，故激活Rubisco不一定需要黑暗條件，B敘述錯誤；在暗反應階段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C敘述錯誤。]
2．(2022·湖北選擇性考試)某植物的2種黃葉突變體表型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量(單位：μg·g-1)，結果如表。下列有關敘述正確的是(　　)
植林類型 葉綠素a 葉綠素b 類胡蘿卜素 葉綠素/胡蘿卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突變體1 512 75 370 1.59
突變體2 115 20 379 0.35
A．兩種突變體的出現增加了物種多樣性
B．突變體2比突變體1吸收紅光的能力更強
C．兩種突變體的光合色素含量差異，是由不同基因的突變所致
D．葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色
D　[兩種突變體之間并無生殖隔離，仍屬同一物種，只能體現遺傳多樣性(基因多樣性)，A錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，突變體2的葉綠素a和葉綠素b的含量比突變體1少，故突變體2比突變體1吸收紅光的能力弱，B錯誤；兩種突變體的光合色素含量差異，可能是同一個基因突變方向不同導致的，C錯誤；野生型的葉綠素與胡蘿卜素的比值為4.19，葉綠素含量較高，葉片呈綠色，葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降，葉綠素含量少，不能掩蓋類胡蘿卜素的顏色，此時葉片呈黃色，D正確。]
3．(2021·江蘇選擇性考試)線粒體對維持旺盛的光合作用至關重要。下圖表示葉肉細胞中部分代謝途徑，虛線框內表示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”，請據圖回答下列問題。
(1)葉綠體在____________上將光能轉變成化學能，參與這一過程的兩類色素是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)光合作用時，CO2與C5結合產生三碳酸，繼而還原成三碳糖(C3)，為維持光合作用持續進行，部分新合成的C3必須用于再生________；運到細胞質基質中的C3可合成蔗糖，運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了________個CO2分子。
(3)在光照過強時，細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能，避免細胞損傷。草酸乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產生的__________中的還原能輸出葉綠體，并經線粒體轉化為__________中的化學能。
(4)為研究線粒體對光合作用的影響，用寡霉素(電子傳遞鏈抑制劑)處理大麥，實驗方法是取培養10～14 d大麥苗，將其莖浸入添加了不同濃度寡霉素的水中，通過蒸騰作用使藥物進入葉片。光照培養后，測定、計算光合放氧速率(單位為μmolO2·mg-1chl·h-1，chl為葉綠素)。請完成下表。
實驗步驟的目的 簡要操作過程
配制不同濃度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素難溶于水，需先溶于丙酮，配制高濃度母液，并用丙酮稀釋成不同藥物濃度，用于加入水中
設置寡霉素為單一變量的對照組 ①______________________
②_______________________ 對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片
光合放氧測定 用氧電極測定葉片放氧
③__________________________ 稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液測定
[解析]　(1)光合作用光反應場所為類囊體薄膜，將光能轉變成化學能，參與該反應的光合色素是葉綠素、類胡蘿卜素。(2)據題意可知，在暗反應進行中為維持光合作用持續進行，部分新合成的C3可以轉化為C5繼續被利用；一分子蔗糖含12個C原子，C5含有5個C原子，固定1個CO2合成2個C3，因為還要再生出C5，故需要12個CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起還原劑的作用，含有還原能，呼吸作用過程中能量釋放用于合成ATP中的化學能和熱能。(4)設計實驗應遵循單一變量原則、對照原則、等量原則，對照組為在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮溶液。對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片的原因是減少葉片差異造成的誤差。稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液測定其中葉綠素的含量。
[答案]　(1)類囊體薄膜　葉綠素、類胡蘿卜素　(2)C5　12　(3)NADPH　ATP　(4)①在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮溶液　②減少葉片差異造成的誤差　③葉綠素定量測定(或測定葉綠素含量)
4．(2021·湖南選擇性考試)圖a為葉綠體的結構示意圖，圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結構及光反應過程的簡化示意圖。回答下列問題：
圖a
圖b
注：e－表示電子。
(1)圖b表示圖a中的________結構，膜上發生的光反應過程將水分解成O2、H＋和e－，光能轉化成電能，最終轉化為________和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，葉綠體中電子受體NADP＋減少，則圖b中電子傳遞速率會________(填“加快”或“減慢”)。
(2)為研究葉綠體的完整性與光反應的關系，研究人員用物理、化學方法制備了4種結構完整性不同的葉綠體，在離體條件下進行實驗，用Fecy或DCIP替代NADP＋為電子受體，以相對放氧量表示光反應速率，實驗結果如表所示。
葉綠體類型 相對值 實驗l項目 葉綠體A：雙層膜結構完整 葉綠體B：雙層膜局部受損，類囊體略有損傷 葉綠體C：雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂 葉綠體D：所有膜結構解體破裂成顆粒或片段
實驗一：以Fecy 為電子受體時的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
實驗二：以DCIP 為電子受體時的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有親水性，DCIP具有親脂性。
據此分析：
①葉綠體A和葉綠體B的實驗結果表明，葉綠體雙層膜對以________(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應有明顯阻礙作用。得出該結論的推理過程是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下，更有利于__________________，從而提高光反應速率。
③以DCIP為電子受體進行實驗，發現葉綠體A、B、C和D的ATP產生效率的相對值分別為1、0.66、0.58和0.41。結合圖b對實驗結果進行解釋。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)圖b顯示的是光反應的過程，光反應的場所是類囊體的薄膜，由此可推測圖b是圖a中的類囊體膜。由圖可知，電能最終轉化為NADPH和ATP中活躍的化學能。CO2濃度降低，暗反應速率減慢，進而使光反應速率減慢，所以推測圖b電子傳遞速率會減慢。(2)①葉綠體的雙層膜受損后，以Fecy為電子受體時的放氧量增加的比例比以DCIP為電子受體時的放氧量增加的比例大，所以葉綠體雙層膜對Fecy為電子受體的光反應的阻礙作用更明顯。②雙層膜瓦解、類囊體松散但未斷裂的條件下，更有利于類囊體膜上的色素吸收、傳遞和轉化光能，提高水的光解速率，從而提高光反應速率。③葉綠體雙層膜結構被破壞得越嚴重，H＋在膜兩側的濃度差越小，ATP的產生效率就越低。
[答案]　(1)類囊體膜　NADPH　減慢　(2)①Fecy　葉綠體的雙層膜受損后，以Fecy為電子受體時的放氧量增加的比例比以DCIP為電子受體時的放氧量增加的比例大　②類囊體膜上的色素吸收、傳遞和轉化光能　③膜結構破壞得越嚴重，H＋在膜兩側的濃度差越小，ATP的產生效率就越低
課時分層作業(九)　光合作用與能量轉化(Ⅰ)
1．如圖為正常綠色植物的葉綠素a的吸收光譜、色素總吸收光譜，以及光合作用的作用光譜(作用光譜代表各種波長下植物的光合作用效率)。下列敘述錯誤的是(　　)
A．葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制
B．葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的
C．植物進行光合作用時，C5總量的變化趨勢與作用光譜基本一致
D．溫度、CO2濃度等因素能影響作用光譜的吸收值
C　[圖中橫坐標為波長，縱坐標為吸收值，葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制，A正確；根據葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜可知，葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的，B正確；植物進行光合作用時，O2釋放量的變化趨勢與作用光譜基本相同，而由于C5的利用和合成處于動態平衡中，因此C5總量基本不變，C錯誤；溫度、CO2濃度等因素能影響光合作用，從而影響作用光譜的吸收值，D正確。]
2．(2023·廣東廣州聯考)將從菠菜葉綠體中分離出的某種結構“X”，用磷脂分子包裹形成“油包水液滴”結構，并在其中加入足量NADP＋、ADP等物質，給予其一定的光照，檢測到有氣泡放出。根據實驗現象推測，結構“X”為葉綠體結構的(　　)
A．①　　　B．②　　　C．③　　　D．④
D　[結構“X”能夠產生氣泡(氧氣)，即可以進行光反應，光反應的場所是類囊體的薄膜(基粒)，圖中①為葉綠體外膜、②為葉綠體內膜、③為葉綠體基質、④為基粒。故選D。]
3．(2021·重慶選擇性考試適應性測試)綠色植物的光合作用過程，可用如下化學反應式來表示：
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．在此過程中，CO2中的C被還原，H2O中的O被氧化
B．光能的吸收發生在類囊體薄膜上，光能的直接轉化發生在葉綠體基質中
C．產物(CH2O)是地球上有機物的主要來源
D．釋放出的O2有利于地球上好氧生物多樣性的提高
B　[綠色植物利用光能，在葉綠體中將無機物CO2和H2O轉化為有機物并釋放O2。在此過程中，CO2中的C被NADPH還原，H2O中的O被氧化，A正確；光能的吸收發生在類囊體薄膜上，光能的直接轉化是在類囊體薄膜上由光能直接轉化為ATP中活躍的化學能，B錯誤；綠色植物通過光合作用制造的(CH2O)是地球上有機物的主要來源，C正確；好氧生物的生存需要氧氣，光合作用釋放出的O2有利于地球上好氧生物多樣性的提高，D正確。]
4．(2023·北京石景山期末)對正在進行光合作用的植物，若突然降低植物周圍環境中的CO2濃度，則短時間內，下列有關生理變化的敘述，正確的是(　　)
A．葉綠體中C5/C3的值上升
B．葉綠體中ATP/ADP的值下降
C．NADPH/NADP＋的值下降
D．光反應速率加快
A　[在植物光合作用時突然降低 CO2 濃度，這將抑制暗反應中CO2的固定，導致C3含量減少，短時間內C5增多，故葉綠體中C5/C3的值上升，A正確；C3減少，則C3的還原變慢，消耗的ATP和NADPH變少，故葉綠體中ATP/ADP的值上升，NADPH/NADP＋的值上升，B、C錯誤；暗反應過程受抑制，進而影響光反應過程，光反應變慢，D錯誤。]
5．如圖為某陸生植物體內碳流動示意圖。據圖分析，下列敘述不正確的是(　　)
A．過程①需要消耗光反應提供的ATP和NADPH
B．葉肉細胞中的卡爾文循環發生在葉綠體基質
C．葉肉細胞中會發生由單糖合成二糖或多糖的過程
D．④受阻時，②③的進行能緩解丙糖磷酸積累對卡爾文循環的抑制
A　[過程①表示CO2的固定，CO2的固定不消耗光反應提供的ATP和NADPH，消耗ATP和NADPH的是C3的還原過程。]
6．(2022·東北三校聯考)光系統是綠色植物細胞吸收光能的基本單位，是由葉綠素、類胡蘿卜素、脂質和蛋白質等多種物質組成的復合物。光系統包括光系統Ⅰ(PSⅠ)和光系統Ⅱ(PSⅡ)。其作用機制如下圖所示。
請據圖中信息回答下列問題。
(1)圖中所示的生物膜位于細胞器________中，稱為____________膜。
(2)PSⅡ利用光能將水分解為O2和H＋，其中O2分子進入相鄰細胞被利用至少需要穿過________層生物膜，圖中H＋穿過生物膜的方式為________，判斷的理由是_________________________________________________________________。
(3)圖中ATP合成時所需的ADP主要來自____________過程，此過程會消耗圖中的ATP和____________，增加光照強度短時間內后者含量________(填“增加”或“減少”)；不改變光照強度，通過________(填“增加”或“減少”)CO2的含量，可以達到同樣的效果。
[解析]　(1)題圖是進行光合作用光反應階段的模式圖，其進行的場所為葉綠體上的類囊體的薄膜。
(2)光合作用產生的O2被相鄰的細胞所利用至少需要穿過7層生物膜，即單層類囊體(薄)膜＋雙層葉綠體膜＋單層細胞膜(出細胞)＋單層細胞膜(進入細胞)＋雙層線粒體膜。由題圖可知，H＋穿過生物膜需要載體蛋白，不消耗能量，屬于協助擴散。
(3)光合作用的暗反應階段，C3的還原需要ATP供能，即ATP會水解形成ADP和Pi供給光反應階段利用，光反應階段ADP和Pi結合光能合成ATP；C3的還原需要NADPH供還原劑和ATP供能還原成有機物；增加光照強度短時間內會加快光反應階段的進行，從而形成更多的NADPH；減少CO2的含量，導致CO2的固定受到抑制，生成C3的含量減少，消耗NADPH減少，從而導致NADPH的含量增加。
[答案]　(1)葉綠體　類囊體的薄　(2)7　協助擴散　該過程需要載體蛋白的協助，但不消耗能量　(3)C3的還原(光合作用暗反應)　NADPH　增加　減少
7．(2022·廣東深圳模擬)我國科學家設計了一種可以基因編碼的光敏蛋白(PSP)，成功模擬了光合系統的部分過程。在光照條件下，PSP能夠將CO2直接還原，使電子傳遞效率和CO2還原效率明顯提高。下列說法不正確的是(　　)
A．自然光合系統只能還原C3，而光敏蛋白可直接還原CO2
B．黑暗條件下自然光合系統中的暗反應可持續進行，而光敏蛋白發揮作用離不開光照
C．光敏蛋白與自然光合系統中光合色素、NADPH和ATP等物質的功能相似
D．該研究為減輕溫室效應提供了新思路
B　[自然光合系統只能還原C3，由題意可知PSP能夠將CO2直接還原，A正確；黑暗條件下自然光合系統中的暗反應由于缺少光反應產生的ATP和NADPH，無法持續進行，B錯誤；在光照條件下，PSP能夠將CO2直接還原，說明光敏蛋白與自然光合系統中光合色素、NADPH和ATP等物質的功能相似，C正確；溫室效應是由CO2過量排放導致的，該研究為減輕溫室效應提供了新思路，D正確。]
8．(2022·廣東佛山模擬)我國科學家利用CO2人工合成淀粉獲得成功。該技術分為三個階段：階段Ⅰ由CO2在一定的條件下生成CI(甲醇)，CI經過縮合反應依次生成DHA(二羥丙酮)、DHAP(磷酸二羥丙酮)、GAP等三碳中間體；階段Ⅱ由GAP通過縮合反應生成六碳化合物；階段Ⅲ由六碳化合物經過生物聚合反應生成淀粉。下列說法錯誤的是(　　)
A．綠色植物葉肉細胞內類似于階段Ⅰ的過程發生在葉綠體基質
B．葉肉細胞內類似于階段Ⅱ的過程需光反應提供NADPH和ATP
C．葉肉細胞內類似于階段Ⅱ的過程需要相關酶催化并提供活化能
D．研究該過程中淀粉的合成途徑利用14C同位素標記比13O更合適
C　[階段Ⅰ由CO2在一定的條件下生成三碳中間體，綠色植物葉肉細胞內類似于階段Ⅰ的過程是CO2的固定，發生在葉綠體基質，A正確；階段Ⅱ由GAP通過縮合反應生成六碳化合物，葉肉細胞內類似于階段Ⅱ的過程是C3的還原，需光反應提供NADPH和ATP，B正確；酶的催化是降低化學反應的活化能，不能提供活化能，C錯誤；該過程中淀粉的合成途徑與卡爾文循環反應過程相似，用14C標記CO2，探究CO2中的C如何轉化成有機物中的C，D正確。]
9．(2023·遼寧名校聯考)人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。下列有關說法不正確的是(　　)
模塊1　　　模塊2　　　　模塊3
A．模塊1和2模擬的是發生在葉綠體類囊體薄膜上進行的過程
B．模塊3為模塊2提供的物質有ADP、Pi和NADP＋等
C．甲、乙兩種物質分別是三碳化合物和五碳化合物
D．在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量更多
C　[從圖中分析，模塊1和2模擬的是H2O的分解和能量轉換，屬于光反應過程，在葉綠體類囊體薄膜上進行，A項正確；從圖中分析，模塊3模擬的是暗反應過程，暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋ 等，B項正確；甲與CO2結合形成三碳化合物，因此甲是五碳化合物，乙是三碳化合物，C項錯誤；該系統只合成糖類，不消耗糖類，所以該系統積累的糖類多，D項正確。]
10．(2022·廣東肇慶二模)為研究光合作用過程，科學家設計了以下實驗：將葉綠體的類囊體放入燒杯中，人為調整類囊體膜兩側的pH，并適時加入適量的ADP和Pi，一段時間后檢測ATP是否產生，實驗過程如圖1；科學家還測定了添加ADP和Pi的前后類囊體膜兩側H＋濃度變化，結果如圖2所示。據此回答下列問題：
圖1
圖2
(1)葉綠體的類囊體是光合作用中________階段的場所，主要吸收____________(填可見光的顏色)的葉綠素和在層析液中溶解度________(填“最大”或“最小”)的類胡蘿卜素分布在類囊體的薄膜上。
(2)若想證明“類囊體膜兩側H＋沒有濃度差就不能合成ATP”。還需人為調整類囊體膜兩側的pH，使____________________________，并適時加入適量的ADP和Pi，一段時間后檢測ATP的產生情況。
(3)研究者發現“只有類囊體內的H＋濃度高于膜外時，才能促使ADP和Pi合成ATP”，在上述實驗的基礎上，還需設計怎樣的實驗。請寫出實驗思路，并在圖3中畫出預期實驗結果。實驗思路：______________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
圖3
[答案]　(1)光反應　藍紫光和紅光　最大
(2)類囊體膜兩側的pH相等
(3)人為調整類囊體膜兩側的pH，使類囊體膜內的pH低于膜外，并適時加入適量的ADP和Pi，一段時間后檢測ATP的產生情況
11．(2022·南京市一模)甜瓜是新疆重要的經濟作物。圖1為甜瓜葉綠體內進行的光合作用過程。磷酸轉運器是葉綠體膜上的重要蛋白質。在有光條件下，磷酸轉運器將磷酸丙糖不斷運出葉綠體用于蔗糖合成，同時將釋放的Pi運回葉綠體。溫室種植甜瓜常需要補光以增加產量。圖2表示三種不同補光條件下甜瓜光合速率的曲線圖。請回答下列問題：
圖1
圖2
(1)圖1中，場所Ⅰ處影響光合速率的內因主要有__________和光反應相關的酶等；場所Ⅱ的名稱是____________。
(2)圖1中，物質D是________________，物質B的去向是進入________和大氣中。若其他條件不變，CO2供應突然減少，則短時間內物質E的相對含量將________。
(3)據圖1分析，若磷酸轉運器的活性受抑制，則甜瓜的光合速率將________。
(4)據圖2分析，________更有利于提高甜瓜的產量，其原因是該措施能直接促進光合作用________階段的效果更顯著。
(5)隨著溫室甜瓜補光天數的增加，發現有些甜瓜出現葉面發黃的現象，從而降低了甜瓜的光合速率。瓜農經多年種植發現用苦豆子作為綠肥可解決這一問題。研究人員測定了不同苦豆子綠肥施用量下甜瓜的單果重及粗蛋白、維生素C含量，M0～M4組分別是每株0 g、100 g、200 g、300 g、400 g的綠肥施用量，結果如圖3所示。據此分析，甜瓜品質最佳的苦豆子綠肥施用量是________組。
圖3
[解析]　(1)Ⅰ處為光反應，場所Ⅰ處影響光合速率的內因主要有光合色素和光反應有關的酶等。場所Ⅱ為暗反應的場所，為葉綠體基質。(2)物質D可用于暗反應，為ATP和NADPH，物質B為O2，可以進入線粒體被利用，也可以排放到外界大氣中。若其他條件不變，CO2供應突然減少，則短時間內E(C3)的合成減少，而E(C3)的消耗不變，因此短時間內物質E(C3)的相對含量減少。(3)據圖1可知，若磷酸轉運器的活性受抑制，葉綠體內磷酸丙糖的濃度增加，從葉綠體外運進的磷酸減少，淀粉積累增多，從而導致卡爾文循環被抑制，甜瓜的光合速率將降低。(4)據圖2分析，紅光補光CO2的吸收速率更大，則更有利于提高甜瓜的產量，紅光補光直接影響光合作用的光反應階段。(5)由圖3可看出，當施肥量為M3時，維生素C和粗蛋白含量最高，單果重也相對較高，所以甜瓜品質最佳的苦豆子綠肥施用量是M3組。
[答案]　(1)光合色素　葉綠體基質　(2)NADPH和ATP　線粒體　減少　(3)降低　(4) 紅光補光　光反應　(5)M3(或300 g/株)
(教師用書獨具)
1．陽光穿過森林空隙形成的“光斑”會隨太陽移動和枝葉的擺動而移動。如圖表示一株生長旺盛的植物在光斑照射前后光合作用過程中與CO2吸收和O2釋放有關的變化曲線，此曲線說明(　　)
A．光斑照射前，光合作用無法進行
B．光斑照射開始后，光反應和暗反應迅速同步增加
C．光斑照射后O2釋放曲線的變化說明暗反應對光反應有限制作用
D．CO2曲線AB段變化說明進行暗反應與光照無關
C　[由于O2釋放速率代表光反應速率，光斑照射前，有O2釋放，說明能進行光合作用，A錯誤；光斑照射開始后，O2釋放速率急劇增大，CO2吸收速率相對較慢，說明光反應和暗反應不是同步增加的，B錯誤；光斑照射后，CO2吸收速率增加的同時，O2釋放量下降，說明暗反應對光反應有抑制作用，C正確；AB段光斑移開，光照減弱，光反應減弱，O2釋放量下降的同時，CO2吸收速率也下降，說明暗反應的進行與光照有關，D錯誤。]
2．(2022·河北石家莊一模)研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續CO2的固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是(　　)
A．該反應體系中“CO2→乙醇酸”過程相當于葉綠體中的暗反應
B．該反應體系可將光能直接轉化為乙醇酸中穩定的化學能
C．類囊體產生的NADPH參與CO2的固定
D．該反應體系的光反應與葉肉細胞中光反應的場所不同
A　[乙醇酸是在光合作用暗反應產生的，暗反應場所在葉綠體基質中，所以該反應體系中“CO2→乙醇酸”過程相當于葉綠體中的暗反應，A正確；該反應體系中能進行光合作用整個過程，可將光能轉化為活躍的化學能，再轉變為乙醇酸中穩定的化學能，B錯誤；類囊體產生的NADPH不參與CO2的固定，C錯誤；該體系含有類囊體，該反應體系的光反應是在類囊體進行，葉肉細胞中光反應的場所也是類囊體上，場所相同，D錯誤。]
3．卡爾文因發現光合作用合成己糖(葡萄糖)反應中CO2的固定途徑獲得諾貝爾獎。卡爾文將14CO2注入小球藻懸浮液，給予實驗裝置不同時間(0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5)的光照，分析14CO2的去向，結果見下表，據表分析正確的是(　　)
光照時間 0 t1 t2 t3 t4 t5
分離出的 放射性 化合物 無 ① ①② ①②③ ①②③④⑤ ①②③ ④⑤⑥
注：表中①～⑥依次代表3?磷酸甘油酸(C3H7O7P)、1，3?二磷酸甘油酸(C3H8O10P2)、3 磷酸甘油醛(C3H7O6P)、己糖、C5、淀粉。
A．不同時間的產物為本實驗的自變量
B．t1時，①中的3個碳原子都具有放射性
C．14C的轉移途徑為14CO2→①→②→③→④⑤→⑥
D．只做光照時間為t5的實驗，也能確定出放射性化合物出現的先后順序
C　[本實驗的自變量為光照時間，不同時間的產物為因變量，A錯誤；在t1時，最先出現的3個碳原子的化合物是由1個CO2分子與細胞內的1個C5反應生成的，因此兩個①中只有1個碳原子具有放射性，B錯誤；隨著時間的推移，放射性物質出現的先后順序就是14C的轉移途徑，由表可知，14C的轉移途徑為14CO2→①→②→③→④⑤→⑥，C正確；如果只做光照時間為t5的實驗，則同時檢驗到①②③④⑤⑥這6種具有放射性的物質，不能判斷其出現的先后順序，D錯誤。]
4．某科學家將離體葉綠體(實質是膜破裂的勻漿)懸浮液均分到兩個試管中，并抽去空氣進行如下實驗：
組別 加入物質 條件 實驗現象
A組 DCPIP溶液 適宜溫度和光照等條件 產生微量O2，且溶液變為無色
B組 NADP＋溶液 產af生微量O2和NADPH
(注：DCPIP是一種可以接受氫的化合物，氧化態為藍紫色，被還原后為無色。)
請回答：
(1)實驗利用膜破裂的葉綠體最可能的原因是______________________________
_____________________________________________________________________。
(2)A組實驗能證明O2來源于水而不是CO2，理由是①DCPIP溶液由藍紫色變無色證明____________________________________________________________
___________________________________________________________________；
②抽去試管中空氣的目的是__________________________________________。
(3)結合A、B兩組實驗，請用簡單化學反應式表示B組實驗NADPH中“H”的來源：_______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)若想通過檢測NADPH的含量變化來證明其參與了暗反應，則在B組實驗結果的基礎上應改變的條件是_____________________________________________
_____________________________________________________________________。
[解析]　(1)實驗利用膜破裂的葉綠體最可能的原因是DCPIP和NADP＋不能穿過完整的葉綠體雙層膜參與O2產生(光反應)的過程，因此實驗中創造無膜的勻漿實現了DCPIP和NADP＋參與光反應的目的。(2)A組實驗過程中DCPIP由藍紫色變成無色，說明在A組實驗條件下有氫的生成，
而氫來自光反應的原料——水，且同時有O2生成，據此可推測光反應的O2來源于水而不是CO2；實驗過程中抽去試管中空氣的目的是排除空氣中CO2的干擾，從而證明了光反應的O2來自水。(3)根據A組實驗的結果可知在適宜的光照條件下，離體的葉綠體中產生了O2，且產生了氫，進而被還原為無色的物質，而B組的實驗結果可直接證明NADP＋結合了H＋，并產生了NADPH，該過程的化學反應式可表示為2H2O→4H＋＋O2＋4e－。顯然，B組實驗NADPH中的“H”來自水。(4)若想通過檢測NADPH的含量變化來證明其參與了暗反應，則需要創造暗反應的條件，CO2是暗反應的原料，同時為了避免光反應持續產生NADPH，因此在B組實驗結果的基礎上需要通入CO2并黑暗處理，然后再檢測NADPH含量的變化。
[答案]　(1)DCPIP和NADP＋不能穿過完整的葉綠體雙層膜參與O2產生(光反應)的過程　(2)①該階段產生了氫使DCPIP還原　②排除O2來源于CO2　(3)2NADP＋＋2H2O→2NADPH＋2H＋＋O2(或2H2O→4H＋＋O2＋4e－)(不配平、不寫e－也可)　(4)通入CO2并黑暗處理
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