备考2025届高考生物一轮复习【分层练习】第3章课时4光合作用与能量转化

第3章细胞代谢课时4光合作用与能量转化一、选择题1.[2024贵阳模拟]韭菜在黑暗中生长会变成黄色，称之为韭黄。提取并分离韭黄叶片色素，与正常韭菜叶相比，滤纸条上只有上端两条色素带。下列相关叙述正确的是（D）A.可用无水乙醇进行色素的分离B.滤纸条上的色素主要吸收红橙光C.处于滤纸条最上端的色素是叶黄素D.实验结果说明叶绿素的合成需要光照解析提取叶片中的光合色素时，一般使用无水乙醇，分离光合色素时，一般使用层析液，A错误；由题干信息可知，韭黄中不含有叶绿素，滤纸条上的色素是胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，B错误；处于滤纸条最上端的色素是胡萝卜素（小技巧：以绿叶中色素的分离结果为例，滤纸条上由上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b），C错误；分析题干可知，韭黄是在黑暗条件下形成的，而正常情况下（有光照时）会形成绿色的韭菜，实验结果说明叶绿素的合成需要光照，D正确。2.[2024深圳模拟]以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是（B）A.是正确操作后得到的理想结果B.可能研磨时未加入CaCO3导致C.可能研磨时未加入SiO2导致D.可能提取时加入过量的层析液解析图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，绿叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被破坏，也可能取的是发黄的叶片，A错误、B正确；研磨时未加入SiO2会导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应始终高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的层析液不会导致类胡萝卜素含量高于叶绿素，D错误。3.[2023宁波模拟]下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（A）A.所有植物细胞中都含有4种光合色素B.有些植物细胞的液泡中也含有色素C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两类解析高等植物体内没有叶绿体的细胞就没有光合色素，如根尖细胞，A错误；有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但这些色素不参与光合作用，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，C、D正确。4.如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，下列说法错误的是（C）A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光B.用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度C.由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少D.土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量明显减少解析由题图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光，A正确；由题图可知，叶绿体中色素吸收450nm波长的光比吸收600nm波长的光要多，因此用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；分析题图可知，由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光能变多，C错误；叶绿素吸收420～470nm波长的光较多，缺镁时，叶绿素的合成受到影响，植物对420～470nm波长的光的利用量明显减少，D正确。5.[2024武汉部分学校调研]叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是（D）A.基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统B.垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用C.类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率D.基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所解析基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统，类囊体膜上含有光合色素，光合色素与光能的捕获和利用有关，类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率，因此，垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，暗反应是在叶绿体基质中进行的，A、B、C正确，D错误。6.[结合前沿科技/2024天津耀华中学模拟]中科院天津工业生物技术研究所科研团队历时六年科研攻关，实现了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，这是基础研究领域的重大突破。技术路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，以下分析错误的是（C）A.与叶肉细胞相比，该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物B.过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程C.该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化D.若该技术能推广应用，将能够缓解粮食短缺，同时能节约耕地解析该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，与叶肉细胞相比，该系统能积累更多的有机物，A正确；④⑤⑥过程形成淀粉，类似于固定二氧化碳产生糖类的过程，B正确；该过程实现了“光能→有机物中稳定的化学能”的能量转化，C错误；该研究成果的意义是有助于实现碳中和、缓解人类粮食短缺问题和节约耕地资源，D正确。7.正在进行光合作用的植物，若突然降低其周围环境中的CO2浓度，则短时间内（A）A.叶绿体中C5/C3的值上升B.叶绿体中ATP/ADP的值下降C.NADPH/NADP＋的值下降D.光反应速率加快解析正常条件下进行光合作用的某植物，突然降低其环境中的CO2浓度，此时光照强度不变，光反应速率不变，产生ATP和NADPH的速度也不变，C3的还原速度短时间内不变，C5生成的速度也不变，而CO2浓度下降后，CO2固定为C3的速度减小，则C5的消耗速度减小，C3的生成速度减小，最终导致叶绿体中C5/C3的值上升，故A正确。二、非选择题8.[2024浙江大联考，10分]为了探究锌对苹果叶片光合作用及其产物分配的影响。在苹果果实膨大期，用浓度为0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分别涂抹叶片，记为A、B、C、D和E组，并在适宜条件下用定量的13CO2进行示踪实验，实验结果如表，回答相关问题：组别叶绿素含量/（mg·g－1）Rubisco的活性/（μmol·min－1·g－1）净光合速率/（μmol·m－2·s－1）叶片中的13C光合产物/（mg·g－1）果实中的13C光合产物/（mg·g－A1.597.3312.1842.43.4B1.877.6213.1536.54.8C1.938.3114.5833.25.3D2.028.5515.8730.36.2E1.858.1214.0234.64.9（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组分别取等量烘干的叶片经剪碎和研磨处理，得到足量的色素提取液；再将色素提取液经红光照射，测得光的吸收率，进而估测叶绿素含量。（2）本实验要用透明塑料袋将实验叶片密封，并充入定量的13CO2处理一定时间，经位于叶肉细胞叶绿体基质中酶Rubisco的催化，完成CO2的固定，然后经含活跃化学能的ATP和NADPH参与的吸能（填“吸能”或“放能”）反应完成C3的还原，最后产生蔗糖运输到果实等部位。（3）为了测定叶片和果实中的13C光合产物的含量，先称鲜重，用清水和洗涤剂清洗杂质，再先后用1％盐酸和105℃处理，该操作的目的是使酶失去活性；然后在70℃的烘箱中烘干至质量不再减少为止，磨碎后装袋待测。（4）结合表中数据分析，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有一方面通过影响叶绿素含量来影响光反应速率；另一方面通过影响Rubisco的活性来影响暗反应速率。（5）根据实验结果可得出“叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多”的结论，依据是与其他组相比，D组处理叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多。解析（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组可取等量烘干的叶片经剪碎和研磨处理，得到足量的色素提取液；因为叶绿素吸收红光，而类胡萝卜素不能吸收红光，因此再将色素提取液经红光照射，测得光的吸收率，根据光的吸收率可估测叶绿素含量。（2）CO2的固定发生在叶绿体基质，故催化CO2固定的酶Rubisco位于叶绿体基质；ATP和NADPH参与C3的还原过程，C3的还原过程为吸能反应。（3）先后用1％盐酸和105℃处理的目的是使酶失去活性，避免进行物质代谢过程。（4）结合表中数据分析可知，随着锌含量的增加，苹果叶片净光合速率先增加后下降，结合其他数据可发现，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有影响叶绿素含量，进而影响光反应速率；影响Rubisco的活性，进而影响暗反应速率。（5）结合表中数据可以看出，与其他组相比，D组苹果叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多，据此可推出叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多。9.[情境创新/2024安徽六校联考，12分]植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光合系统PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，如图甲。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降。研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图乙所示。（1）光合色素吸收的光能经过转换后，可以储存到NADPH和ATP中，用于暗反应供能。（2）由图甲可知，PSⅡ将水分解释放的电子传递给NADP＋和H＋，该物质接收电子后形成NADPH。低氧环境中，生成氢气的代谢过程会使该微藻生长不良，请根据题目信息从光合作用物质转化的角度分析原因：低氧环境中，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少。（3）据图乙分析，光照强度由I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光能转化效率下降（填“下降”“不变”或“上升”），理由是光照强度由I1增加到I2过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，故光能转化效率下降。（4）根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，可降低PSⅡ受损伤的程度。解析（1）光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素吸收的光能可储存到NADPH和ATP中，用于暗反应过程中三碳化合物的还原。（2）光反应中，PSⅡ将水分解释放的电子传递给H＋和NADP＋，该物质接收电子后形成NADPH。该微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，这样参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少，进而导致该微藻生长不良。（3）由图可知，光照强度从I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，因此光能转化效率下降。（4）由题干信息可知，电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降，而铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因此，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制。一、选择题10.[2024宜春模拟]雨生红球藻是一种淡水藻类，与水绵相同，属于绿藻类的自养生物。该藻能大量积累虾青素而呈现红色。虾青素是一种强大的抗氧化剂，具有脂溶性，不溶于水。下列有关红球藻的说法错误的是（A）A.红球藻吸收红光和蓝紫光，但不吸收绿光B.红球藻中的叶绿素位于叶绿体的类囊体薄膜上C.红球藻中的虾青素可以用无水乙醇来提取D.将红球藻置于海水中可能会发生质壁分离解析红球藻属于绿藻类自养生物，其细胞中含有叶绿体和光合色素，光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上，其主要吸收红光和蓝紫光，也能吸收少量的绿光，A错误、B正确；由题意可知，虾青素具有脂溶性，能够溶解在有机溶剂中，可用无水乙醇来提取，C正确；红球藻为真核生物，生活在淡水中，若将红球藻置于海水中，由于外界溶液浓度较高，红球藻细胞可能会失水，发生质壁分离，D正确。11.[角度创新/2024重庆八中模拟]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。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。下列分析错误的是（C）图1图2图3A.羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关B.色素1在层析液中的溶解度最大，且在1、2、3、4四种色素中含量最少C.色素1、2、3、4存在于类囊体上，色素5存在于液泡中，均能转换光能D.图2和图3实验结果对照，说明色素1～4是脂溶性色素，色素5是水溶性色素解析根据题意“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”，可知羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关，A正确。据图2可知，色素1距离点样点最远，其随层析液在滤纸上扩散的速度最快，故色素1在层析液中的溶解度最大，色素1是胡萝卜素，它在1、2、3、4四种色素中含量最少，B正确。根据图2可知，色素1、2、3、4可随层析液在滤纸上扩散，是脂溶性的光合色素，位于类囊体上；根据图3可知，色素5可随蒸馏水在滤纸上扩散，是水溶性色素，存在于液泡中。只有光合色素才能转换光能，C错误、D正确。12.卡尔文为了探明暗反应中碳原子的转移途径，给植物提供14CO2，当反应进行至第5s时，14C出现在一种C5和一种C6中，当时间缩短到0.5s时，14C出现在一种C3中，下列相关叙述错误的是（D）A.用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子B.卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径C.若适当延长反应时间，则可能会检测到更多种含14C的化合物D.该实验研究暗反应，因此应该在黑暗环境中进行解析该实验中用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子，便于根据放射性检测碳原子的转移途径，A正确；卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径，在不同的时间点检测放射性，能探明碳原子的转移途径，B正确；若适当延长反应时间，则14C可能会转移到更多的中间产物中，C正确；该实验研究暗反应，但暗反应的进行需要光反应提供NADPH、ATP，因此该实验要在光照条件下进行，D错误。13.为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是（D）A.黑暗的目的是与光照作对照B.pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内D.类囊体膜两侧的氢离子浓度差是叶绿体中ATP形成的动力解析实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；由实验结果可以看出，pH平衡前加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。14.[2024江西部分学校联考]气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K＋转运蛋白BLINK1，在光信号的诱导下，BLINK1可以促进K＋进入保卫细胞，从而使气孔打开，实现对气孔的调控，过程如图所示。下列分析正确的是（A）A.BLINK1既有运输作用又有催化作用B.光照越强，K＋进入保卫细胞越多，气孔开度越大C.气孔打开，短时间内会引起C3还原减少，C3含量增加D.该调节过程会使气孔关闭，CO2吸收困难，不利于植物生命活动正常进行解析由题图可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同时还可以在光的驱动下将K＋运入细胞内，故BLINK1既有运输作用又有催化作用，A正确；在一定范围内，光照越强，进入保卫细胞的K＋越多，气孔开度越大，超出该范围，光照越强，进入保卫细胞的K＋可能减少，气孔开度可能减小，B错误；气孔打开，短时间内会引起固定的CO2增多，而C3的还原不受影响，故C3含量增加，C错误；该调节过程可以调控气孔的开启与关闭，有利于植物适应不同环境，有利于植物的生命活动正常进行，D错误。15.[融合新概念/2024湖南师大附中模拟，多选]大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度（CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数）表示。下列说法错误的是（AD）A.植物细胞壁越厚，叶肉导度越大B.增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制C.缺水条件下，叶肉限制可能会增大D.叶肉导度越大，光合速率越小解析细胞壁具有全透性，其厚度不影响二氧化碳从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。16.[2024宣城六校第一次联考]某小组将叶绿体破坏后，将离心得到的类囊体悬浮液和叶绿体基质分别放入4支试管中，给予试管①、②光照，将试管③、④置于黑暗条件下，实验如图所示。下列有关叙述错误的是（B）A.试管①、②对照能说明光反应发生在类囊体上B.试管③、④对照能说明暗反应的场所是叶绿体基质C.4支试管中只有试管①能产生氧气D.若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后有有机物合成解析试管①、②的自变量为叶绿体的不同部位，其中试管①中可以发生光反应，试管②中不能发生，故两者对照能说明光反应发生在类囊体上，A正确；试管③、④中均无法进行暗反应，故试管③、④对照不能说明暗反应的场所是叶绿体基质，B错误；4支试管中只有试管①中可以发生光反应产生氧气，C正确；试管①中可进行光反应，产物有NADPH和ATP，若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后可进行暗反应过程，故有有机物合成，D正确。二、非选择题17.[2024江西九校联考，12分]大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。CO2浓度为影响植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间的CO2浓度，促进了CO2的固定。请回答：（1）有一些植物具有如图所示的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HCO3－转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，已知PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C①图中所示植物无机碳的固定场所为维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体，产生的苹果酸至少经过6层膜才能脱羧释放CO2。②玉米有类似的CO2浓缩机制，据此可以推测，夏天中午玉米可能不存在（填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象，原因是PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2。（2）图中所示的物质中，可由光反应提供的是NADPH和ATP。图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应（填“吸能反应”或“放能反应”）。（3）在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisco的催化作用下经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，该过程会消耗ATP和NADPH。因此为提高农作物的产量需要降低光呼吸。常采用增施有机肥的措施来提高作物产量，理由是有机肥被微生物（分解者）分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisco催化C5与二氧化碳反应，从而降低光呼吸。光呼吸与有氧呼吸的区别在于两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行（答3点）。解析（1）①题图所示植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化无机碳HCO3－转化为有机物；在维管束鞘细胞的叶绿体中，Rubisco可催化CO2固定，因此题图所示植物无机碳的固定场所为维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体。苹果酸（Mal）产生于叶肉细胞的叶绿体，在维管束鞘细胞的叶绿体中脱羧释放CO2，Mal需经过叶肉细胞的叶绿体膜（2层）→叶肉细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的叶绿体膜（2层）才能脱羧释放CO2，一共经过6层膜。②在题图所示CO2浓缩机制中，PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2，玉米有类似的CO2浓缩机制，因此，夏天中午玉米能够利用胞间较低浓度的CO2进行光合作用，不存在“光合午休”现象。（2）光反应可为暗反应提供NADPH和ATP。由图可知，由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，因此，该过程属于吸能反应。（3）已知Rubisco也能催化C5与O2结合，C5与O2结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，CO2与O2竞争性结合C5，据