2025版高考生物一轮总复习必修1第3单元细胞的能量供应和利用第3讲捕获光能的色素和结构光合作用的原理提能训练

第3单元细胞的能量供应和利用第3讲捕获光能的色素和结构、光合作用的原理A组一、单选题1．(2023·辽宁鞍山校联考一模)某兴趣小组为了探究光照对绿叶中色素合成的影响，将韭菜根分别置于光照和黑暗条件下培养，分别发育成韭菜和韭黄，然后提取和分离二者叶片中的色素，结果如图所示。下列相关叙述错误的是(A)A．类胡萝卜素和叶绿素都主要吸收红光B．实验结果说明无光照或弱光照不会影响类胡萝卜素的合成C．若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄D．海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关解析：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；两个实验条件下类胡萝卜素含量相同，说明无光照或弱光照不会影响类胡萝卜素的合成，B正确；SiO2可使研磨更充分，若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄，C正确；海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关，D正确。故选A。2．(2023·天津河西统考模拟预测)叶绿体是一种动态的细胞器，随着光照强度的变化，其位置和分布会发生改变，该过程称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合，用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验，叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是(A)A．在强光照射下，叶绿体定位的意义在于叶肉细胞能充分地吸收光能，更多制造有机物B．若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常，可推测叶绿体定位需要借助细胞骨架进行C．实验表明，CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用D．对同一叶片不同部位设置强光照射和遮光处理，根据现象来判断是否发生叶绿体定位解析：叶绿体在弱光下正面接受光源，以便更好的利用光能，在强光下侧面朝向光源，以便减少灼伤，A错误；肌动蛋白是构成细胞骨架的微丝蛋白的重要成分，破坏了微丝蛋白，叶绿体定位异常，可推测叶绿体定位需要借助细胞骨架进行，B正确；由图可知，CHUP1蛋白缺失型拟南芥在强光下没有定位移动，说明CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用，C正确；对同一叶片不同部位设置强光照射和遮光处理，形成对比实验，可根据现象(叶绿体的分布)来判断是否发生叶绿体定位，D正确。故选A。3．植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(D)A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D．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解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；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，D错误。故选D。4．恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。下列有关恩格尔曼实验的叙述，错误的是(C)A．水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧C．将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验D．用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域解析：水绵具有螺旋带状叶绿体，用极细的光束可将叶绿体分为实验组和对照组，便于实验观察，A正确；用极细的光线束照射水绵的叶绿体，发现好氧性细菌集中分布在照光部位，所以恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧，B正确；为排除空气中氧气的干扰，将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的小室内，进行实验，C错误；用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，因为光合色素主要吸收红光和蓝紫光，D正确。故选C。二、综合题5．(2024·辽宁营口高三期末)绿藻植物的细胞与高等植物相似，有细胞核和叶绿体。现以某种多细胞绿藻为材料，研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响，实验结果如下图。回答问题：(1)实验中可用无水乙醇溶液(有机溶剂)提取绿藻的光合色素，通过测定色素提取液的光密度值，计算叶绿素a的含量。(2)叶绿素a的含量直接影响光反应的速率。由甲图可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较高，以适应低光强环境。光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后用于光反应，该反应的产物有ATP、NADPH和O2。(3)温度能影响绿藻的光合速率。由乙图分析可知，在高光强条件下温度对光合速率的影响更显著。乙图所示绿藻放氧速率比光反应产生O2的速率小，理由是绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率。解析：(1)光合色素能够溶解到无水乙醇溶液等有机溶剂中，因此，实验中可用无水乙醇溶液提取光合色素，经处理后再计算叶绿素a的含量。(2)由甲图可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较高，以增强吸光的能力，从而适应低光强环境；光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，故光反应的产物有ATP、NADPH、O2。(3)由乙图可知，高光强条件下温度对光合速率的影响更显著，乙图的绿藻放氧速率表示净光合速率，绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率，因此乙图的绿藻放氧速率比光反应产生氧气的速率小。6．(2023·山东滨州一模)聚苯乙烯(PS)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是塑料降解产生的两类主要污染物，进入水和土壤中会对生物的生长造成威胁。以绿叶生菜为研究对象，调查两种不同粒径的聚苯乙烯微球(SPS和LPS)和DBP对生菜幼苗光合作用的影响，相关数据如下表所示。组号处理净光合速率(μmolCO2·mol－2·s－1)气孔导度(molH2O·mol－2·s－1)胞间CO2浓度(μmolCO2·mol－1)叶绿素a(mg·g－1)叶绿素b(mg·g－1)Rubisco活性相对值1组对照19.830.63393.675.302.64100%2组SPS14.360.46438.674.602.4674%3组LPS15.020.48430.004.692.4976%4组DBP17.050.54413.675.002.5289%5组DBP＋SPS13.580.41468.334.462.3566%6组DBP＋LPS14.100.43459.004.552.4168%注：Rubisco是一种可催化CO2固定的酶；气孔导度是指气孔的开放程度。(1)据表可知，受污染影响较大的色素是叶绿素a。提取和分离生菜叶中的色素时，向研钵中加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏，用层析液在滤纸上分离叶绿素a和b的原理是叶绿素a和b在层析液中溶解度不同，在滤纸上扩散的速度不同。(2)光合作用过程中在Rubisco催化下CO2被固定形成C3(或三碳化合物)，此过程发生在叶绿体的基质中。(3)由表中数据可知，在LPS、SPS及DBP单一及复合胁迫下，生菜的光合速率受抑制并非由气孔导度变化引起，判断依据是2～6组净光合速率、气孔导度均较1组显著降低，而胞间CO2浓度却显著升高，光合速率受抑制的机理是PS和DBP抑制叶绿素的合成，抑制光合作用的光反应；PS和DBP抑制Rubisco的活性，CO2固定减弱，抑制光合作用的暗反应，从而抑制光合速率。PS和DBP复合污染对生菜光合速率的抑制强度较单一污染大。解析：(1)由表格信息可知，与1组相比，2～6组叶绿素a含量明显降低，故受污染影响较大的色素是叶绿素a。碳酸钙可以保护叶绿素，防止色素被破坏。叶绿素a和b在层析液中溶解度不同，在滤纸上扩散的速度不同故可用纸层析法分离色素。(2)暗反应中，在Rubisco催化下CO2被固定形成C3(三碳化合物)，场所为叶绿体基质。(3)由表格数据分析可知，2～6组净光合速率、气孔导度均较1组显著降低，但胞间CO2浓度却显著升高，因而可判断在LPS、SPS及DBP单一及复合胁迫下，生菜的光合速率受抑制并非由气孔导度变化引起。由信息可知，2～6组叶绿素a、叶绿素b含量，以及Rubisco活性相对值都低于1组，故可判断光合速率受抑制的机理为PS和DBP抑制叶绿素的合成，抑制光合作用的光反应；PS和DBP抑制Rubisco的活性，CO2固定减弱，抑制光合作用的暗反应，从而抑制光合速率。5、6组净光合作用速率低于2～4组，因此可知PS和DBP复合污染对生菜光合速率的抑制强度较单一污染大。B组一、单选题1．(2024·山东威海高三期末)淀粉和蔗糖均为小麦光合作用的产物，两者合成过程中均需利用磷酸丙糖作为原料，磷酸转运器(TPT)能将卡尔文循环中产生的磷酸丙糖不断运出叶绿体，同时将等分子数的磷酸(Pi)反向运回叶绿体基质，具体过程如下图所示。下列说法正确的是(A)A．CO2的供应量不变，突然降低光照强度，磷酸丙糖含量减少，C3含量增加B．NADPH和ATP分别为C3还原提供还原剂和能量C．若使用TPT专一抑制剂处理小麦叶片，则叶绿体中淀粉合成量持续增加D．若将离体叶绿体悬浮于Pi浓度较低的培养液中，则细胞质基质中蔗糖合成量增加解析：突然降低光照强度，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3还原减少，进而导致磷酸丙糖含量减少，而由于CO2的供应量不变，故C3生成量不变，C3含量增加，A正确；ATP和NADPH均可以为C3还原提供能量，B错误；TPT可以将卡尔文循环中产生的磷酸丙糖不断运出叶绿体，若使用TPT专一抑制剂处理小麦叶片，则磷酸丙糖被留在叶绿体内，合成淀粉，由于淀粉增加，大量积累在叶绿体中不能及时运出，抑制了光合作用的进行，所以叶绿体中淀粉含量会增加，但是不会持续增加，C错误；当细胞质基质中的Pi浓度低时，就限制磷酸丙糖从叶绿体运出，这就促使淀粉在叶绿体基质中形成，导致细胞质基质中蔗糖合成量减少，D错误。故选A。2．(2024·河北安国中学校联考阶段练习)对菠菜绿叶中光合色素进行提取，并用层析液进行纸层析，然后以色素扩散距离为横坐标，光合色素的含量为纵坐标，绘制的柱状图如图所示，甲、乙、丙、丁代表4种不同色素。下列叙述错误的是(B)A．实验结果表明，4种色素在层析液中溶解度不同B．为使实验结果显著，应在滤纸条上连续不间断地进行点样C．研磨时若未加入二氧化硅，对4种色素的含量会有影响D．使用略有变黄的菠菜叶片进行实验，丙、丁含量所占比例会升高解析：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢，实验结果表明，4种色素在层析液中溶解度不同，A正确；在滤纸条上点样时，应等上一次滤液干后再进行第二次，并重复几次，B错误；二氧化硅可使研磨充分，研磨时若未加入二氧化硅，对4种色素的含量会有影响，C正确；图中的丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，使用略有变黄的菠菜叶片进行实验，由于其中的类胡萝卜素含量较多，故丙、丁含量所占比例会升高，D正确。故选B。3．(2024·山东高三模拟预测)参与光合作用的蛋白质由TOC和TIC蛋白系统输入叶绿体。TIC236作为TIC系统的一种蛋白，向膜间隙延伸与TOC系统结合，构成蛋白质穿越双层膜的关键桥梁(如图所示)。据研究推测，TIC236可能是某种蓝藻(蓝细菌)的蛋白质演化而来。下列说法正确的是(C)A．输入叶绿体的蛋白质在内质网上合成B．叶绿体内的蛋白质全部参与光合作用C．减少TIC236的表达会降低叶绿体蛋白质的输入速率D．TIC236是叶绿体来自蓝藻(蓝细菌)的唯一证据解析：蛋白质的合成场所在核糖体，A错误；光合作用的场所在叶绿体类囊体薄膜和叶绿体基质，所以不是所有的叶绿体内的蛋白质都参与光合作用，B错误；根据题干信息“TIC236构成蛋白质穿越双层膜的关键桥梁”，减少TIC236的表达会导致该“桥梁”受损，所以会降低叶绿体蛋白质的输入速率，C正确；从题干中不能看出TIC236是叶绿体来自蓝藻(蓝细菌)的唯一证据，D错误。故选C。4．(2024·山东青岛莱西高三期末)我国科学家设计了一种如图所示的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)，成功将CO2和H2转化为淀粉。下列说法错误的是(C)A．①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③过程模拟C3的还原B．植物体内，C3的还原过程需要光反应提供NADPH和ATPC．该过程与植物光合作用的本质都是将电能转化成化学能储存于有机物中D．ASAP代谢路线产生的淀粉经过糖化可以为细胞呼吸提供底物解析：分析题图，①②过程模拟暗反应中二氧化碳的固定，③过程模拟暗反应中三碳化合物的还原，A正确；在有关酶的催化作用下，C3接受光反应提供的ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，该过程为C3的还原，B正确；植物光合作用的本质是利用光能将无机物二氧化碳和水转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，C错误；ASAP代谢路线是人工合成淀粉的路线，产生的淀粉经过糖化可以为细胞呼吸提供底物，D正确。故选C。二、综合题5．某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验过程中，用纸层析法分离色素在滤纸条分离出5条色素带，计算出每条色素带的迁移率如下图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b，但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分，该同学做了β－胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比，结果如下图2所示，请回答：(1)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体中的类囊体薄膜，功能是吸收传递转化光能。(2)实验中可以用无水乙醇提取菠菜叶中的色素。色素带的迁移率与其在层析液中的溶解度有关。(3)叶绿素a的颜色是蓝绿色，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。(4)根据图2实验结果可以推测β－胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带1和2。(5)为了探究菠菜根细胞中是否有脂肪，可将菠菜根切薄片后置于载玻片上，吸去材料表面的清水，滴加苏丹Ⅲ染液进行染色。用酒精洗去多余染料，并制成临时装片。若在显微镜下观察到有橘黄色颗粒，则说明菠菜根细胞中有脂肪。解析：(1)叶片中光合色素主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其功能主要是吸收、传递和转化光能，将光能转化为ATP中活泼的化学能。(2)色素易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取菠菜中的色素，纸层析法分离色素的原理是溶解度大的在层析纸上扩散较快。(3)胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈黄色，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(4)由图可知，色素带1和色素带2分别与β－胡萝卜素和叶黄素的迁移率对应，说明色素带1为β－胡萝卜素，色素带2为叶黄素。(5)脂肪可用苏丹Ⅲ染液鉴定，呈橘黄色。6．(2024·潍坊一中高三期末)在植物体内，制造或输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物，其植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶(如图所示)，旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答以下问题：(1)旗叶是小麦最重要的“源”。与其他叶片相比，旗叶光合作用更有优势的环境因素是光照强度。在旗叶的叶肉细胞中，叶绿体内有更多的类囊体堆叠，这为光反应阶段提供了更多的场所。(2)在光合作用过程中，光反应与暗反应相互依存，依据是光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP、Pi。“源”光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的呼吸作用和生长发育，另一部分输送至“库”。(3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。为指导田间管理和育种，科研人员对多个品种的小麦旗叶在不同时期的光合特性指标与籽粒产量的相关性进行了研究，结果如下表所示。表中数值代表相关性，数值越大，表明该指标对籽粒产量的影响越大。*气孔导度表示气孔张开的程度。时期相关性光合特性指标抽穗期开花期灌浆前期灌浆中期灌浆后期灌浆末期气孔导度*0.300.370.700.630.350.11胞间CO2浓度0.330.330.600.570.300.22叶绿素含量0.220.270.330.340.480.45①气孔导度主要影响光合作用中二氧化碳的供应。以上研究结果表明，在灌浆前期旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大。若在此时期因干旱导致气孔开放程度下降，籽粒产量会明显降低，有效的增产措施是合理灌溉。②根据以上研究结果，在小麦的品种选育中，针对灌浆后期和末期，应优先选择旗叶叶绿素含量高的品种进行进一步培育。(4)若研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系，以下研