新高考生物一輪復(fù)習(xí)學(xué)案：第9講 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)、光合作用的原理（含解析）

21世紀(jì)教育網(wǎng)精品試卷·第2頁(yè)（共2頁(yè)）高中生物一輪復(fù)習(xí)學(xué)案第9講捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)、光合作用的原理考點(diǎn)一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1．實(shí)驗(yàn)原理與過(guò)程(1)實(shí)驗(yàn)原理(2)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果步驟操作要點(diǎn)說(shuō)明提取色素研磨①無(wú)水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉中的色素②SiO2：使研磨更充分③CaCO3：防止研磨時(shí)色素受到破壞過(guò)濾研磨后用單層尼龍布過(guò)濾制備濾紙條剪去兩角的干燥的定性濾紙條，距底部一端1cm處用鉛筆畫(huà)一條細(xì)線剪去兩角以保證色素在濾紙上擴(kuò)散均勻、整齊，否則會(huì)形成弧形色素帶畫(huà)濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取色素濾液，沿鉛筆線均勻畫(huà)一條濾液細(xì)線，待濾液干后再重畫(huà)一到兩次①濾液細(xì)線要細(xì)、直、齊②干燥后重復(fù)畫(huà)一到兩次，使濾液細(xì)線既有較多的色素，又使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同色素分離將適量層析液倒入試管→插入濾紙條→棉塞塞緊試管口實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析色素種類(lèi)色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度a.胡蘿卜素橙黃色最少最高最快b.葉黃素黃色較少較高較快c.葉綠素a藍(lán)綠色最多較低較慢d.葉綠素b黃綠色較多最低最慢2.葉綠體中色素的吸收光譜(1)分布：葉綠體類(lèi)囊體薄膜上。(2)功能：吸收、傳遞(四種色素)和轉(zhuǎn)換光能(只有少量葉綠素a)。由圖可以看出：①葉綠體中的色素只吸收可見(jiàn)光，而對(duì)紅外光和紫外光等不吸收。②葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收量大，類(lèi)胡蘿卜素對(duì)藍(lán)紫光的吸收量大。[問(wèn)題探究]1．制備濾紙條時(shí)，剪去兩角的作用是什么？畫(huà)濾液細(xì)線有什么要求？提示：防止色素帶不整齊。畫(huà)濾液細(xì)線的要求是細(xì)、齊、直，還要重復(fù)畫(huà)幾次。2．色素分離時(shí)，關(guān)鍵應(yīng)注意層析液不要沒(méi)及濾液細(xì)線，為什么？提示：否則濾液細(xì)線中的色素會(huì)溶解于層析液中，不能分離。3．某實(shí)驗(yàn)小組得到的色素提取液顏色過(guò)淺，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出來(lái)；稱取綠葉過(guò)少或加入無(wú)水乙醇過(guò)多，色素溶液濃度?。晃醇犹妓徕}或加入過(guò)少，色素分子部分被破壞。21·cn·jy·com1．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及原因分析過(guò)程注意事項(xiàng)操作目的提取色素選材選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高實(shí)驗(yàn)試劑研磨時(shí)加無(wú)水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護(hù)色素實(shí)驗(yàn)操作迅速、充分研磨防止乙醇過(guò)度揮發(fā)盛放濾液的試管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化分離色素制備濾紙條濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散畫(huà)濾液細(xì)線濾液細(xì)線要直、細(xì)、齊使分離出的色素帶平整不重疊濾液細(xì)線干燥后再畫(huà)一到兩次使分離出的色素帶清晰分明分離濾液中色素濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中2.分析綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中異?，F(xiàn)象異常現(xiàn)象原因分析收集到的濾液綠色過(guò)淺①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少；③一次加入大量的無(wú)水乙醇，提取液濃度太低(正確做法：分次加入少量無(wú)水乙醇)；④未加碳酸鈣或加入過(guò)少，色素分子被破壞濾紙條色素帶重疊①濾液細(xì)線不直；②濾液細(xì)線過(guò)粗濾紙條無(wú)色素帶①忘記畫(huà)濾液細(xì)線；②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中eq\a\vs4\al(結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理及過(guò)程，考查科學(xué)探究能力)1．(2020·江蘇高考)采用新鮮菠菜葉片開(kāi)展“葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，下列敘述錯(cuò)誤的是()21A．提取葉綠體色素時(shí)可用無(wú)水乙醇作為溶劑B．研磨時(shí)加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C．研磨時(shí)添加石英砂有助于色素提取D．畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散B[葉綠體色素能溶解在無(wú)水乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑中，所以可用無(wú)水乙醇作為溶劑提取葉綠體色素，A正確；研磨時(shí)加入CaCO3可以防止葉綠素被破壞，B錯(cuò)誤；加入石英砂是為了使研磨更充分，從而使葉綠體中的色素釋放出來(lái)，C正確；畫(huà)濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散，防止色素帶之間部分重疊，D正確。]21教育網(wǎng)2.(2021·棗莊期末)某同學(xué)用綠色菠菜葉和黃化菠菜葉進(jìn)行了光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程相同，分別得到濾紙條甲和乙，如圖所示。下列敘述正確的是()A．分離色素利用了光合色素易溶于有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇的原理B．濾紙條甲與乙上的色素帶不會(huì)隨著層析液的揮發(fā)而消失C．濾液細(xì)線若沒(méi)入層析液的液面將得到寬度變窄的色素帶D．濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是未加碳酸鈣B[分離色素利用了光合色素隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散速度不同的原理，A錯(cuò)誤；濾紙條甲與乙上的色素帶不會(huì)隨著層析液的揮發(fā)而消失，B正確；層析液是有機(jī)溶劑，濾液細(xì)線若沒(méi)入層析液的液面將導(dǎo)致色素溶解在層析液中，因此將得到顏色較淺的色素帶或得不到色素帶，C錯(cuò)誤；濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是黃化菠菜葉不含葉綠素，D錯(cuò)誤。]eq\a\vs4\al(圍繞光合色素的種類(lèi)和功能，考查科學(xué)思維能力)3．(2021·遼寧高考)植物工廠是通過(guò)光調(diào)控和通風(fēng)控溫等措施進(jìn)行精細(xì)管理的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，常采用無(wú)土栽培技術(shù)。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()2·1·c·n·j·yA．可根據(jù)植物生長(zhǎng)特點(diǎn)調(diào)控光的波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度B．應(yīng)保持培養(yǎng)液與植物根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度相同C．合理控制晝夜溫差有利于提高作物產(chǎn)量D．適時(shí)通風(fēng)可提高生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的CO2濃度B[不同植物對(duì)光的波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度的需求不同，可根據(jù)植物生長(zhǎng)特點(diǎn)調(diào)控光的波長(zhǎng)和光照強(qiáng)度，A正確；為保證植物的根能夠正常吸收水分，該系統(tǒng)應(yīng)控制培養(yǎng)液的濃度小于植物根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，B錯(cuò)誤；適當(dāng)提高白天的溫度可以促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，讓植物合成更多的有機(jī)物，而夜晚適當(dāng)降溫則可以抑制其呼吸作用，使其少分解有機(jī)物，合理控制晝夜溫差有利于提高作物產(chǎn)量，C正確；適時(shí)通風(fēng)可提高生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的CO2濃度，進(jìn)而提高光合作用的速率，D正確。]【來(lái)源：21·世紀(jì)·教育·網(wǎng)】4．(2021·濰坊二模)通常情況下，光合作用依賴葉綠素a來(lái)收集、轉(zhuǎn)化可見(jiàn)光。研究發(fā)現(xiàn)某些藍(lán)藻在近紅外光環(huán)境下生長(zhǎng)時(shí)，含有葉綠素a的光合系統(tǒng)會(huì)失效，而含有葉綠素f的光合系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素f能吸收、轉(zhuǎn)化紅外光，用于光合作用。下列有關(guān)敘述正確的是()21·世紀(jì)*教育網(wǎng)A．培養(yǎng)藍(lán)藻研究光合作用時(shí)，需提供葡萄糖作為碳源B．葉綠素f主要分布在藍(lán)藻葉綠體類(lèi)囊體薄膜上C．葉綠素f能夠吸收、轉(zhuǎn)化紅外光，體現(xiàn)了藍(lán)藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)D．在正常光照條件下，藍(lán)藻會(huì)同時(shí)吸收可見(jiàn)光和紅外光進(jìn)行光合作用C[藍(lán)藻是自養(yǎng)生物，不從外界吸收葡萄糖，培養(yǎng)藍(lán)藻研究光合作用時(shí)，不需提供葡萄糖作為碳源，A錯(cuò)誤；藍(lán)藻是原核生物，沒(méi)有葉綠體，B錯(cuò)誤；某些藍(lán)藻在近紅外光環(huán)境下生長(zhǎng)時(shí)，含有葉綠素f的光合系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，葉綠素f能吸收、轉(zhuǎn)化紅外光，用于光合作用。葉綠素f能夠吸收、轉(zhuǎn)化紅外光，體現(xiàn)了藍(lán)藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，C正確；在正常光照條件下，藍(lán)藻光合作用依賴葉綠素a來(lái)收集、轉(zhuǎn)化可見(jiàn)光，不能吸收紅外光進(jìn)行光合作用，D錯(cuò)誤。]2-1-c-n-j-y

考點(diǎn)二光合作用的基本原理1．光合作用的探究歷程(連一連)2．光合作用的過(guò)程3．光合作用和化能合成作用的比較項(xiàng)目光合作用化能合成作用區(qū)別能量來(lái)源光能氧化無(wú)機(jī)物釋放的能量代表生物綠色植物硝化細(xì)菌相同點(diǎn)都能將CO2和H2O等無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物[基礎(chǔ)診斷]1．葉綠體中光合色素吸收的光能：一方面用于H2O光解，另一方面用于ATP的合成。(必修1P103正文)(√)21*cnjy*com2．H2O在光下分解為[H]和O2的過(guò)程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。(必修1P103正文)(×)3．光反應(yīng)必須在光照下進(jìn)行，暗反應(yīng)必須在暗處進(jìn)行。(必修1P103、P104正文)(×)4．把無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物的合成作用叫做化能合成作用。(必修1P105正文)(×)[深度拓展]1．(必修1P102)光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時(shí)間，放射性代謝產(chǎn)物多達(dá)幾十種。縮短時(shí)間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種，想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是什么？【來(lái)源：21cnj*y.co*m】提示：不斷縮短光照時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。【出處：21教育名師】2.(必修1P102)如圖1、2、3所示為光合作用探索歷程中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的分析及拓展(圖1中葉片黃白色部分不含葉綠體)請(qǐng)思考：21教育名師原創(chuàng)作品(1)圖1中a～d可構(gòu)成哪些對(duì)照組？其驗(yàn)證的結(jié)論分別是什么？(2)圖2所示實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了何種技術(shù)？可得出何種推論？(3)圖3所示實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)材料的選取上有什么巧妙之處？該實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境有何特殊要求？其目的是什么？實(shí)驗(yàn)結(jié)果怎樣？可得出何種結(jié)論？21*cnjy*com提示：(1)圖1中b和c部位都是綠色葉片，即都含有葉綠體，二者的區(qū)別在于有無(wú)光照，通過(guò)對(duì)比可以說(shuō)明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的區(qū)別在于有無(wú)葉綠體，通過(guò)對(duì)照可以說(shuō)明光合作用需要葉綠體。(2)圖2所示實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了同位素標(biāo)記技術(shù)，該對(duì)比實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)源于H2O，而不是來(lái)自CO2。(3)圖3實(shí)驗(yàn)選擇水綿和好氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細(xì)菌可以確定釋放氧氣多的部位。該實(shí)驗(yàn)要在沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境中進(jìn)行以排除氧氣和極細(xì)光束外的其他光的干擾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是好氧細(xì)菌分布于葉綠體被光束照射的部位，由此證明葉綠體是光合作用的場(chǎng)所，氧氣是由葉綠體釋放出來(lái)的。1．光合作用反應(yīng)式中元素去向分析(1)H：3H2Oeq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(光反應(yīng))))3H＋eq\o(→,\s\up7(暗反應(yīng)))(C3H2O)。(2)C：14CO2eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(CO2的固定)))14C3eq\o(→,\s\up7(C3的還原))(14CH2O)。(3)O：Heq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))Oeq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(光反應(yīng))))18O2；C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的還原))(CHeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O)。2．環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化分析(1)“過(guò)程法”分析各物質(zhì)變化如圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原，當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí)，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化：(2)“模型法”表示C3和C5等的含量變化(1)C5、NADPH、ATP的變化一致。C3與C5、NADPH、ATP的變化相反。(2)C3量高于C5量，一般C3量為C5量的2倍。(3)對(duì)光合作用有利，則(CH2O)合成增加，反之則減少。3．連續(xù)光照和間隔光照下的有機(jī)物合成量分析(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累，在光反應(yīng)停止時(shí)，暗反應(yīng)仍可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，有機(jī)物還能繼續(xù)合成。(2)在總光照時(shí)間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機(jī)物積累量要多。(3)應(yīng)用：人工補(bǔ)光時(shí)，可適當(dāng)采用“光暗交替”策略，這樣，在提高光合產(chǎn)量的情況下，可大量節(jié)省能源成本。eq\a\vs4\al(結(jié)合光合作用的探究歷程，考查科學(xué)思維與科學(xué)探究能力)1．(2021·安徽合肥調(diào)研)英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)：在光下，若給含葉綠體的葉片提取液(淡綠色)提供特定的可與氫離子結(jié)合的氫受體2，6-D(一種墨綠色染料，接受氫離子并被還原后呈無(wú)色)，在無(wú)CO2時(shí)進(jìn)行光照，可觀察到提取液由墨綠色變?yōu)榈G色，并釋放出O2；但放在暗處，則試管中的液體仍為墨綠色，且無(wú)O2的釋放，如圖所示。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述和推論，錯(cuò)誤的是()A．該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下釋放的氧氣完全來(lái)自H2O的光解B．該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下葉綠體內(nèi)產(chǎn)生了還原性物質(zhì)C．若給A組提供14CO2等物質(zhì)，可能會(huì)檢測(cè)到(14CH2O)的生成D．該實(shí)驗(yàn)無(wú)法證明葉綠體是植物細(xì)胞合成糖類(lèi)的場(chǎng)所A[該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光照條件下釋放了氧氣，但是不能說(shuō)明氧氣來(lái)自于水的光解，A錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下葉綠體內(nèi)產(chǎn)生了還原性物質(zhì)(氫離子)，B正確；CO2是光合作用暗反應(yīng)的原料，符合A組提供14CO2等物質(zhì)，可能會(huì)檢測(cè)到(14CH2O)的生成，C正確；該實(shí)驗(yàn)只能證明葉綠體光照條件下產(chǎn)生了氧氣和氫離子，無(wú)法證明葉綠體是植物細(xì)胞合成糖類(lèi)的場(chǎng)所，D正確。]2．(2022·襄城區(qū)模擬)卡爾文給小球藻提供14CO2和適宜的光照，研究光合作用暗反應(yīng)過(guò)程中C的轉(zhuǎn)移路徑。某同學(xué)根據(jù)卡爾文的實(shí)驗(yàn)資料，提出了一些推論，下列推論不合理的是()資料推論(1)將光照時(shí)間逐漸縮短至幾分之一秒，發(fā)現(xiàn)90%的放射性物質(zhì)是一種C3①(2)經(jīng)過(guò)5s光照后，檢測(cè)到含有放射性的C5和葡萄糖②(3)在適宜光照和CO2充足的條件下，C3和C5的含量很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，含有放射性的糖類(lèi)不斷增加③(4)當(dāng)停止光照時(shí)，C3明顯增加，C5明顯下降④A．推論①：C3是CO2被還原的第一個(gè)產(chǎn)物B．推論②：C3進(jìn)一步反應(yīng)生成C5和葡萄糖C．推論③：C3是暗反應(yīng)的中間產(chǎn)物，糖類(lèi)是終產(chǎn)物D．推論④：C3轉(zhuǎn)化為C5需要依賴光反應(yīng)的產(chǎn)物A[根據(jù)光照時(shí)間縮短至幾分之一秒的結(jié)果可知，C3是CO2被固定的第一個(gè)產(chǎn)物，A錯(cuò)誤；結(jié)合(1)(2)可知，推論2應(yīng)該是C3進(jìn)一步反應(yīng)生成C5和葡萄糖，B正確；根據(jù)C3的含量維持穩(wěn)定而含放射性的糖類(lèi)不斷增加可知，推論③應(yīng)該是：C3是暗反應(yīng)的中間產(chǎn)物，糖類(lèi)是終產(chǎn)物，C正確；根據(jù)光照停止時(shí)，C3明顯增加，C5明顯下降可知，光照與C3和C5的轉(zhuǎn)化有關(guān)，推論④應(yīng)該是C3轉(zhuǎn)化為C5需要依賴光反應(yīng)的產(chǎn)物，D正確。]eq\a\vs4\al(圍繞光合作用的過(guò)程，考查理解能力)3．(2022·菏澤模擬)植物葉肉細(xì)胞的部分代謝過(guò)程如圖所示。下列敘述不正確的是()A．NADP＋在光反應(yīng)過(guò)程與電子和質(zhì)子結(jié)合，形成還原型的NADPHB．突然停止供應(yīng)CO2，葉綠體內(nèi)NADPH和ATP含量增加C．類(lèi)囊體膜上的類(lèi)胡蘿卜素能吸收藍(lán)紫光用于光合作用D．圖中H＋通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸從類(lèi)囊體膜內(nèi)運(yùn)到膜外D[由圖可知，H＋從類(lèi)囊體膜內(nèi)運(yùn)到膜外是順濃度梯度，故為協(xié)助擴(kuò)散，D錯(cuò)誤。]4．(2021·全國(guó)乙卷)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類(lèi)植物晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2，吸收的CO2通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有__________________________。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和________釋放的CO2。(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類(lèi)植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止________________，又能保證________________正常進(jìn)行。(3)若以pH作為檢測(cè)指標(biāo)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)解析：(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的途徑有呼吸作用和光合作用，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體(類(lèi)囊體薄膜)。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和細(xì)胞呼吸釋放的CO2。(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類(lèi)植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止蒸騰作用丟失大量水分，又能保證光合作用暗反應(yīng)的正常進(jìn)行。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)遵循對(duì)照原則和單一變量原則，無(wú)關(guān)變量相同且適宜。若以pH作為檢測(cè)指標(biāo)，驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。具體實(shí)驗(yàn)思路為：取若干生理狀態(tài)相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測(cè)定其細(xì)胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其他條件保持相同且適宜。一段時(shí)間后，分別測(cè)定A、B兩組植物夜晚細(xì)胞液的pH值并記錄。由于植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式，因此預(yù)期結(jié)果為：A組pH值小于B組，且B組pH值實(shí)驗(yàn)前后變化不大，說(shuō)明植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。答案：(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體(類(lèi)囊體薄膜)細(xì)胞呼吸(2)蒸騰作用丟失大量水分光合作用(暗反應(yīng))(3)實(shí)驗(yàn)思路：取若干生理狀態(tài)相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測(cè)定其細(xì)胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其他條件保持相同且適宜。一段時(shí)間后，分別測(cè)定A、B兩組植物夜晚細(xì)胞液的pH值并記錄。預(yù)期結(jié)果：A組pH值小于B組，且B組pH值實(shí)驗(yàn)前后變化不大，說(shuō)明植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式有關(guān)光合作用的幾點(diǎn)提醒(1)光合作用產(chǎn)生的[H]不同于細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的[H]，且[H]既不是H＋，也不是H，其中前者是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，后者為還原型輔酶Ⅰ(NADH)。(2)光合作用水分解為氧和H＋的同時(shí)，被葉綠體奪去兩個(gè)電子。電子經(jīng)傳遞，可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成NADPH。(3)在暗反應(yīng)中NADPH既作為還原劑，也能為C3的還原提供能量。(4)光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP用于C3的還原，不用于其他生命活動(dòng)。圍繞光合作用過(guò)程中物質(zhì)含量的變化分析，考查科學(xué)思維能力5．(2022·福州模擬)光合作用通過(guò)密切關(guān)聯(lián)的兩大階段——光反應(yīng)和暗反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于改變反應(yīng)條件而引起的變化，下列說(shuō)法正確的是()www-2-1-cnjy-comA．突然中斷CO2供應(yīng)，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值減小B．突然中斷CO2供應(yīng)，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大C．突然將紅光改變?yōu)榫G光，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小D．突然將綠光改變?yōu)榧t光，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小B[突然中斷CO2供應(yīng)，導(dǎo)致CO2的固定速率降低，葉綠體中C5含量增加、C3含量減少，因此會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值增加，A錯(cuò)誤；突然將紅光改變?yōu)榫G光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量減少，進(jìn)而使C3含量增加、C5含量減少，因此會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值增大，C錯(cuò)誤；突然將綠光改變?yōu)榧t光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP的值增加，D錯(cuò)誤。]6．科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物在適宜且穩(wěn)定的條件下開(kāi)展下列實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：組別AB處理光照時(shí)間為135秒先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗時(shí)間各為3.75毫秒，總時(shí)間為135秒光合產(chǎn)物相對(duì)含量100%94%(1)上述實(shí)驗(yàn)表明，光合作用中包含需要光的階段和________的階段，為驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，可以對(duì)進(jìn)行光合作用的植物短暫閉光，并提供________，經(jīng)放射性檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)植物在短暫黑暗中會(huì)利用該物質(zhì)。21世紀(jì)教育網(wǎng)版權(quán)所有(2)分析表格可知，B組在單位光照時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)有機(jī)物的量較A組________，依據(jù)是________________________________。若將B組的每次光照和黑暗時(shí)間設(shè)定為7.5毫秒，其他條件不變，則光合產(chǎn)物的相對(duì)含量________(填“大于”“等于”或“小于”)94%。(3)科學(xué)家在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向體系中提供NADP＋時(shí)，體系中就會(huì)有NADPH產(chǎn)生，說(shuō)明葉綠體在光下會(huì)產(chǎn)生________。解析：(1)光合作用中包含需要光的階段和不需要光的階段，為驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，可以對(duì)進(jìn)行光合作用的植物短暫閉光，并提供14CO2，經(jīng)放射性檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)植物在短暫黑暗中會(huì)利用該物質(zhì)。(2)分析表格可知，B組只用了A組一半的光照時(shí)間，其光合產(chǎn)物相對(duì)含量卻是A組的94%，所以B組在單位光照時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)有機(jī)物的量較A組高。隨著光照與黑暗的交替頻率的增加，光下產(chǎn)生的ATP與[H]能夠及時(shí)參與暗反應(yīng)并及時(shí)再生，提高了光合作用中CO2的同化量，因此若將B組的每次光照和黑暗時(shí)間設(shè)定為7.5毫秒，其他條件不變，則光合產(chǎn)物的相對(duì)含量小于94%。(3)科學(xué)家在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向體系中提供NADP＋時(shí)，體系中就會(huì)有NADPH產(chǎn)生，說(shuō)明葉綠體在光下會(huì)產(chǎn)生H＋和e－。答案：(1)不需要光14CO2(2)高B組只用了A組一半的光照時(shí)間，其光合產(chǎn)物相對(duì)含量卻是A組的94%小于(3)H＋和e－連續(xù)光照和間隔光照下的有機(jī)物合成量分析在光照時(shí)間、黑暗時(shí)間的總處理時(shí)間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機(jī)物積累量要多。1．(2021·天津高考)Rubisco是光合作用過(guò)程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結(jié)合，形成C3和C2，導(dǎo)致光合效率下降。CO2與O2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Rubisco的同一活性位點(diǎn)，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。(1)藍(lán)藻具有CO2濃縮機(jī)制，如圖所示。注：羧化體具有蛋白質(zhì)外殼，可限制氣體擴(kuò)散。據(jù)圖分析，CO2依次以________和________方式通過(guò)細(xì)胞膜和光合片層膜。藍(lán)藻的CO2濃縮機(jī)制可提高羧化體中Rubisco周?chē)腃O2濃度，從而通過(guò)促進(jìn)________和抑制________提高光合效率。(2)向煙草內(nèi)轉(zhuǎn)入藍(lán)藻Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍(lán)藻羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng)，應(yīng)能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的________中觀察到羧化體。(3)研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因煙草的光合速率并未提高。若再轉(zhuǎn)入HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))和CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因并成功表達(dá)和發(fā)揮作用，理論上該轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水平應(yīng)________，光反應(yīng)水平應(yīng)________，從而提高光合速率。解析：(1)據(jù)圖分析，CO2進(jìn)入細(xì)胞膜的方式為自由擴(kuò)散，進(jìn)入光合片層膜時(shí)需要膜上的CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助并消耗能量，為主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程。藍(lán)藻通過(guò)CO2濃縮機(jī)制使羧化體中Rubisco周?chē)腃O2濃度升高，從而通過(guò)促進(jìn)CO2固定進(jìn)行光合作用，同時(shí)抑制O2與C5結(jié)合，進(jìn)而抑制光呼吸，最終提高光合效率。(2)若藍(lán)藻羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng)，暗反應(yīng)的場(chǎng)所為葉綠體基質(zhì)，故能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的葉綠體中觀察到羧化體。(3)若轉(zhuǎn)入HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))和CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因并成功表達(dá)和發(fā)揮作用，理論上可以增大羧化體中CO2的濃度，使轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水平提高，進(jìn)而消耗更多的[H]和ATP，使光反應(yīng)水平也隨之提高，從而提高光合速率。答案：(1)自由擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸CO2固定O2與C5結(jié)合(2)葉綠體(3)提高提高2．(2021·山東高考)光照條件下，葉肉細(xì)胞中O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合C5，O2與C5結(jié)合后經(jīng)一系列反應(yīng)釋放CO2的過(guò)程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應(yīng)的光合作用強(qiáng)度和光呼吸強(qiáng)度見(jiàn)表。光合作用強(qiáng)度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對(duì)葉片呼吸作用的影響忽略不計(jì)。SoBS濃度(mg/L)0100200300400500600光合作用強(qiáng)度(CO2μmol·m2·s－1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸強(qiáng)度(CO2μmol·m2·s－1)4.3(1)光呼吸中C5與O2結(jié)合的反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的________中。正常進(jìn)行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)與未噴施SoBS溶液相比，噴施100mg/LSoBS溶液的水稻葉片吸收和釋放出CO2量相等時(shí)所需的光照強(qiáng)度________(填“高”或“低”)，據(jù)表分析，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)光呼吸會(huì)消耗光合作用過(guò)程中的有機(jī)物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)適當(dāng)抑制光呼吸以增加作物產(chǎn)量。為探究SoBS溶液利于增產(chǎn)的最適噴施濃度，據(jù)表分析，應(yīng)在________mg/L之間再設(shè)置多個(gè)濃度梯度進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。解析：(1)C5位于葉綠體基質(zhì)中，則O2與C5結(jié)合發(fā)生的場(chǎng)所在葉綠體基質(zhì)中。突然停止光照，則光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP、[H]減少，暗反應(yīng)消耗的C5減少，C5與O2結(jié)合增加，產(chǎn)生的CO2增多。(2)葉片吸收和放出CO2量相等時(shí)所需的光照強(qiáng)度即為光飽和點(diǎn)，與對(duì)照相比，噴施100mg/LSoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時(shí)，在更低的光照強(qiáng)度下，兩者即可相等。(3)光呼吸會(huì)消耗有機(jī)物，但光呼吸會(huì)釋放CO2，補(bǔ)充光合作用的原料，適當(dāng)抑制光呼吸可以增加作物產(chǎn)量，由表可知，在SoBS溶液濃度為200mg/LSoBS時(shí)光合作用強(qiáng)度與光呼吸強(qiáng)度差值最大，即光合產(chǎn)量最大，為了進(jìn)一步探究最適噴施濃度，應(yīng)在100～300mg/L之間再設(shè)置多個(gè)濃度梯度進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。答案：(1)基質(zhì)光照停止，產(chǎn)生的ATP、[H]減少，暗反應(yīng)消耗的C5減少，C5與O2結(jié)合增加，產(chǎn)生的CO2增多(2)低噴施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時(shí)，在更低的光照強(qiáng)度下，兩者即可相等(3)100～300析個(gè)性第1題以信息和圖示分析題形式結(jié)合光呼吸的知識(shí)背景綜合考查了物質(zhì)運(yùn)輸和光合作用過(guò)程等知識(shí)；第2題以光呼吸為素材，綜合考查了光合作用過(guò)程和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析找共性兩個(gè)題目都以植物的光呼吸為情境，結(jié)合光合作用過(guò)程，考查信息獲取能力和實(shí)驗(yàn)探究與分析能力。解答此類(lèi)問(wèn)題既要明確教材中光合作用過(guò)程，又要適度了解光呼吸和C4植物、景天科植物光合作用等等有關(guān)知識(shí)1．光呼吸：光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機(jī)制是O2和CO2競(jìng)爭(zhēng)Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實(shí)現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時(shí)，O2會(huì)競(jìng)爭(zhēng)Rubisco酶，光的驅(qū)動(dòng)下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個(gè)高耗能的反應(yīng)，正常生長(zhǎng)條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25%～30%。過(guò)程如圖1所示。2．C4植物：水稻、小麥等C3植物的光呼吸顯著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有機(jī)物很少，C4途經(jīng)如圖2所示。與C3植物相比，C4植物葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)具有一種特殊的PEP羧化酶，它催化如下反應(yīng)：C3＋CO2eq\o(→,\s\up7(pH強(qiáng)化劑))C4(蘋(píng)果酸)。C4進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞，生成CO2用于暗反應(yīng)，再生出的C3(丙酮酸)回到葉肉細(xì)胞中，進(jìn)行循環(huán)利用。葉肉細(xì)胞包圍在維管束鞘細(xì)胞四周，形成花環(huán)狀結(jié)構(gòu)。PEP羧化酶與CO2的親和力是Rubisco酶的60倍，能固定低濃度的CO2。3．景天科植物的光合作用景天科植物的CAM途徑是一種特殊代謝方式：氣孔打開(kāi)時(shí)，PEP與外界進(jìn)入的CO2反應(yīng)生成草酰乙酸(OAA)，并進(jìn)一步被還原成蘋(píng)果酸；氣孔關(guān)閉時(shí)，蘋(píng)果酸又可分解釋放CO2，釋放出的CO2可進(jìn)入葉綠體參與卡爾文循環(huán)。圖示為CAM代謝途徑示意圖。1．(2021·遼寧期末)Rubisco是一種雙功能酶，它既能催化RuBP的羧化反應(yīng)(即C5與CO2生成2C3)同時(shí)又能催化RuBP的加氧反應(yīng)(即C5與O2生成1個(gè)C3和1個(gè)C2)。在O2濃度過(guò)高時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)光呼吸現(xiàn)象。如圖為不同O2和CO2濃度下，植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸示意圖。下列相關(guān)敘述不正確的是()【版權(quán)所有：21教育】A．光呼吸在葉綠體和線粒體等細(xì)胞器中進(jìn)行B．光呼吸的存在會(huì)使暗反應(yīng)C3的生成量減少C．當(dāng)O2與CO2比值高時(shí)，有利于光呼吸而不利于光合作用D．在高O2環(huán)境中植物無(wú)法進(jìn)行光合作用D[由圖可知：在O2濃度過(guò)高時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)光呼吸，即先在葉綠體基質(zhì)中將C5與O2生成1個(gè)C3和1個(gè)C2，后C2進(jìn)入線粒體進(jìn)行分解釋放出二氧化碳，故光呼吸發(fā)生在葉綠體和線粒體中，A正確；在O2濃度過(guò)高時(shí)，C5與O2結(jié)合，減少了與CO2結(jié)合生成C3，故會(huì)使暗反應(yīng)C3的生成量減少，B正確；在O2濃度過(guò)高時(shí)，在葉綠體基質(zhì)中將C5與O2生成1個(gè)C3和1個(gè)C2，減少了C5與CO2結(jié)合生成C3，因此可以推測(cè)當(dāng)O2與CO2比值較高時(shí)，利于光呼吸而不利于光合作用，C正確；在高O2環(huán)境中植物仍然能進(jìn)行光合作用，D錯(cuò)誤。]2．(2021·撫順一模)以景天科植物為代表的多種植物，其體內(nèi)具有特殊的CO2固定方式，即CAM途徑又稱為景天酸代謝途徑。其過(guò)程為：夜晚氣孔開(kāi)放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通過(guò)一系列反應(yīng)將CO2固定于蘋(píng)果酸內(nèi)，儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，蘋(píng)果酸從液泡中運(yùn)出并釋放CO2，為葉綠體提供光合作用的原料。具體過(guò)程如圖所示，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)此類(lèi)植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機(jī)物，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)白天進(jìn)行光合作用所需CO2的來(lái)源是__________________________________，CO2在卡爾文循環(huán)中首先被固定為_(kāi)_______。(3)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的部位是_____________________________________。(4)具有景天酸代謝過(guò)程的植物通過(guò)改變其代謝途徑以適應(yīng)特殊環(huán)境，這種特殊環(huán)境最可能是________。此途徑可以使植物在白天____________________________________________，從而保證其生命活動(dòng)能夠正常進(jìn)行。解析：(1)光反應(yīng)需要光照，夜晚沒(méi)有光照，不能進(jìn)行光反應(yīng)，不能為暗反應(yīng)提供[H](NADPH)和ATP，不能進(jìn)行暗反應(yīng)生成有機(jī)物，故此類(lèi)植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機(jī)物。(2)白天植物既能進(jìn)行光合作用，也能進(jìn)行呼吸作用，光合作用需要的二氧化碳可以由呼吸作用產(chǎn)生和蘋(píng)果酸分解提供；植物在暗反應(yīng)過(guò)程中，CO2首先被固定為三碳化合物，即C3。(3)白天葉肉細(xì)胞能進(jìn)行光合作用和呼吸作用，故產(chǎn)生ATP的部位是葉綠體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。(4)具有景天酸代謝過(guò)程的植物夜間氣孔開(kāi)放，吸收的二氧化碳固定于蘋(píng)果酸內(nèi)，儲(chǔ)存在液泡中，白天氣孔關(guān)閉，由此推測(cè)其適于生活在干旱的環(huán)境；此途徑可以使植物在白天因氣孔關(guān)閉，降低蒸騰作用，減少水分的散失，從而保證其生命活動(dòng)能夠正常進(jìn)行。答案：(1)夜晚沒(méi)有光照，不能進(jìn)行光反應(yīng)，不能為暗反應(yīng)提供ATP和[H]，不能進(jìn)行暗反應(yīng)生成有機(jī)物(2)蘋(píng)果酸分解和呼吸作用C3(3)葉綠體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(4)干旱環(huán)境關(guān)閉氣孔，降低蒸騰作用，減少水分的散失3．(2021·遼寧高考)早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降。現(xiàn)在大氣中的CO2濃度約為390μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進(jìn)化過(guò)程中形成了CO2濃縮機(jī)制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進(jìn)了CO2的固定?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)真核細(xì)胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成________，進(jìn)而被還原生成糖類(lèi)，此過(guò)程發(fā)生在__________中。(2)海水中的無(wú)機(jī)碳主要以CO2和HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴(kuò)散速度慢，有些藻類(lèi)具有圖1所示的無(wú)機(jī)碳濃縮過(guò)程。圖中HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))濃度最高的場(chǎng)所是__________(填“細(xì)胞外”或“細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)”或“葉綠體”)，可為圖示過(guò)程提供ATP的生理過(guò)程有________。(3)某些植物還有另一種CO2濃縮機(jī)制，部分過(guò)程見(jiàn)圖2。在葉肉細(xì)胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，該有機(jī)物經(jīng)過(guò)一系列的變化，最終進(jìn)入相鄰的維管束鞘細(xì)胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO2濃度。①由這種CO2濃縮機(jī)制可以推測(cè)，PEPC與無(wú)機(jī)碳的親和力________(填“高于