第10讲 光合作用（第一课时）（讲义）（解析版）-2025年高考生物一轮复习

INET【归纳总结】实验出现异常现象的原因分析异常现象原因分析收集到的滤液绿色过浅①未加二氧化硅，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少；③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中知识点2光合色素有关的知识（拓展延伸）1.光合色素：叶绿素（含量约3/4）①组成元素：C、H、O、N、Mg②影响叶绿素合成的三大因素：光照、温度、必需元素。例如：柑橘缺镁，叶面黄化。2.光合色素与细胞液色素：比较项目光合色素细胞液色素存在部位叶绿体液泡溶解性脂溶性水溶性代表种类类胡萝卜素和叶绿素花青素颜色橙黄、黄、绿红、蓝、紫颜色变化不随pH改变变化颜色随pH改变变化颜色红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。胡萝卜：炒菜菜汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。【拓展延伸】1.一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？提示：春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。2．海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？提示这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。3．温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？提示最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。【名师解读】①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。考向1结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力例1．如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄【答案】D【解析】实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少，都会导致色素条带颜色变浅，A错误；实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，会使色素吸附在滤纸上，导致实验失败，B错误；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会使色素溶解在层析液中，看不到四条色素带，C错误。【思维建模】绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析【变式训练】1.下列关于植物细胞中光合色素的说法，正确的是()A．光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上B．Mg是构成叶绿素所必需的微量元素C．叶绿素对绿光吸收最多，所以叶片呈绿色D．用纸层析法分离色素时，含量多的色素在滤纸上扩散快【答案】A【解析】Mg是构成叶绿素所必需的大量元素，B错误；叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈绿色，C错误；用纸层析法分离色素时，溶解度高的色素在滤纸上扩散快，D错误。【变式训练】2.某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是()A．① B．①②C．①②③ D．①②③④【答案】D【解析】将5g新鲜完整的菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中，加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙以后，迅速研磨，①错误；将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处用铅笔画一条横线，不能用钢笔画线，②错误；用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，为增强实验效果，待滤液干后，可将滤液细线重复画一到两次，但是不能画得太粗，③错误；将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，但是滤液细线不能浸入层析液中，④错误。因此，以上操作都是错误的，故选D。【变式训练】3.某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：(1)分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是_________________________________________________________________________________________________________________。A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是________(填“A”或“B”)处。(2)在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成________，导致对________光的吸收能力明显减弱。【答案】(1)光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢A(2)叶黄素蓝紫【解析】(2)图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成叶黄素，导致对蓝紫光的吸收能力明显减弱。考点二叶绿体的结构与功能知识点1叶绿体结构与功能相适应【问题1】叶绿体适于进行光合作用的结构特点？①叶绿体内含有大量的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积；②在类囊体膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和基质中含有进行光合作用所必需的酶。（1）结构外表：①外膜、②内膜。内部：③叶绿体基质：含有与暗反应有关的酶；④基粒：由类囊体堆叠而成,分布有色素和与光反应有关的酶。↓决定（2）功能：进行光合作用的场所。（光合作用一定发生在叶绿体内吗？例如，光合细菌无叶绿体）↑证据（3）恩格尔曼的实验：①极细光束照射水绵：需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位。②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。实验一结论：叶绿体光合作用释放氧气。③用透过三棱镜的光照射水绵：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。实验二结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。资料1：恩格尔曼实验实验结论1：叶绿体能吸收光能用于光合作用释放O2恩格尔曼实验设计的巧妙之处：(1)实验材料用水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气的部位。(2)没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。综合两个实验可以得出：叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。资料2:在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。实验结论2：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。【易错辨析】(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。(√)(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。(√)(3)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(×)提示：气温降低，叶绿素分子易被破坏，而使银杏的叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b。(4)光合作用需要的光合色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(×)提示：光合色素在类囊体薄膜上。(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。(×)提示：几乎相等。【名师点拨】1.资料2(必修1P101)：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。该资料说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。2.总结：在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。色素和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。考向1围绕叶绿体的结构及捕获光能的色素，考查结构与功能观例1．叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的【答案】D【解析】只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。【变式训练】1.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是()A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用【答案】D【解析】图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。【变式训练】2.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是()A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快【答案】B【解析】细菌不能进行光合作用，该实验中能进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。【思维建模】【变式训练】3.如图为叶绿体亚显微结构模式图，下列关于其结构与功能的叙述，正确的是()A．叶绿体分布在植物体的所有细胞中B．叶绿素在高等植物体内主要有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色C．同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积D．吸收光能的色素都分布在①外膜上【答案】B【解析】植物细胞不都含有叶绿体，如根尖细胞不含叶绿体，A错误；同线粒体不一样，叶绿体的内膜没有扩大受光面积，而是叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积，C错误；吸收光能的色素都分布在③(类囊体薄膜)上，D错误。考点三光合作用的原理知识点1光合作用的概念及反应式1.概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2.过程：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。注意：(CH2O)表示糖类。3.实质：合成有机物，储存能量。注意：(呼吸作用实质：分解有机物，释放能量)知识点2探索光合作用原理的部分实验1．探索光合作用原理的部分实验年份科学家发现19世纪末—普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖1928—发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937英国植物学家希尔发现希尔反应，即离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应1941美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O：H218O＋CO2→植物→18O2；H2O＋C18O2→植物→O2(注意：15N、18O无放射性)1954美国科学家阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现该过程总是与水的光解相伴随2.【教材隐性知识】①源于必修1P103“思考·讨论”：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。提示：如图所示②必修1P102“思考·讨论”(节选·改编)：希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？提示：能说明，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。1941年美国科学家鲁宾和卡门：同位素标记法。对比实验，即相互对照，自变量为标记物质，因变量为氧气是否含18O。【名师点拨】①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。知识点3光合作用的过程根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。1.光反应（必须有光）（1）场所：类囊体薄膜。（2）物质变化：①水的光解：2H2Oeq\o(→,\s\up7(光))4H＋＋O2；②NADPH的合成：NADP＋＋H＋eq\o(→,\s\up7(酶))NADPH（氧化型辅酶Ⅱ）（还原型辅酶Ⅱ）③ATP的合成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶))ATP；（3）光反应的条件：水、ADP、NADP＋、Pi、色素、光、酶。（4）能量变化：将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。【教材隐性知识】源于必修1P103“相关信息”：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？提示：可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。2.暗反应（有无光均可）（1）场所：叶绿体基质。（2）物质变化：①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3；②C3的还原：注：NADPH为C3还原提供还原剂和能量。（3）能量变化：ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能（4）暗反应的条件：ATP、NADPH、CO2、C5，多种酶（5）光反应与暗反应之间的联系光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP＋。【教材隐性知识】源于必修1P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。淀粉——叶绿体基质合成蔗糖——细胞质基质合成暗反应：光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。CO2就如何转变为糖类的?（同位素标记法）CO2→C3→（CH2O）20世纪40年代美国科学家卡尔文。①向小球藻类培养液中加入14CO2。②连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中。③分离溶解物中的分子。④进行放射性显影，以确定放射性的部位。3.光反应与暗反应的比较比较项目光反应阶段暗反应阶段区别反应场所叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体的基质中反应速度较快较缓慢与光的关系必须在光下进行不需要叶绿素和光，需要多种酶物质变化①水的光解：H2Oeq\o(→,\s\up7(光),\s\do5(色素))2H＋＋eq\f(1,2)O2＋2e－②NADPH的合成：NADP＋＋2H＋＋2e－eq\o(→,\s\up7(酶))NADPH＋H＋③ATP的合成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶))ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3②C3的还原：2C3eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5(ATP、NADPH))C5＋(CH2O)③ATP的水解：ATPeq\o(→,\s\up7(酶))ADP＋Pi＋能量④NADPH的分解：NADPHeq\o(→,\s\up7(酶))NADP＋＋H＋＋2e－能量变化光能→ATP和NADPH中活跃的化学能。ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能。联系①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。【教材隐性知识】（1）源于必修1P104“相关信息”：C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。（2）源于必修1P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。（3）源于必修1P104正文拓展：光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物，可能的实验思路是不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。知识点4环境改变时光合作用各物质含量的变化（常考点）1.过程法（“来源－去路”法）：示例一：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化。示例二：光照正常，CO2供应停止时C3的含量变化。2.“模型法”表示C3和C5等的含量变化光合作用过程中相关物质的变化规律知识点5化能合成作用能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。注意区分硝化细菌和固氮型微生物：固氮菌将N2转化为植物可利用的氮肥，提高土壤肥力。【教材隐性知识】源于必修1P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用条件光、色素、酶酶原料CO2和H2O等无机物产物糖类等有机物能量来源光能某些无机物氧化时释放的能量生物种类绿色植物、蓝细菌等硝化细菌、硫细菌等【易错辨析】（1）叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。(必修1P103正文)(√)（2）水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。(必修1P103相关信息)(√)（3）NADPH既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。(必修1P103正文)(√)（4）光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。(必修1P104相关信息)(×)提示：蔗糖可以进入筛管，但淀粉不可以。考向1围绕光合作用的过程，考查科学思维例1．羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环)，高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是()A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢B.为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能C.图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料D.若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响【答案】C【解析】人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂，同时水还参与光合作用的相关过程，A正确；为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能，保证光反应的持续进行，B正确；图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料，C错误；人造叶绿体可利用CO2，故若其得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。【变式训练】1.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述，不正确的是()A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH【答案】B【解析】从希尔反应和阿尔农发现，得不到信息：NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上，B错误。【变式训练】2.如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是()A．图中a过程发生在类囊体薄膜上B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原【答案】B【解析】F为C5，若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，形成的C5减少，CO2量不变，CO2固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中C5的含量会减少，B错误。【思维建模】【变式训练】3.将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自()A．水、矿质元素和空气B．光、矿质元素和水C．水、矿质元素和土壤D．光、矿质元素和空气【答案】A【解析】黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；也可以利用大气中的二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物通过光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。考向2围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维例2．植物的气孔一般是指叶片表面的一对保卫细胞围成的小孔，是植物体与外界环境进行水气交换的重要结构，其开闭多遵循昼开夜闭的节律，气孔的分布与开闭对植物适应干旱条件至关重要。下列推断合理的是()A.夏季晴朗的中午，气孔大量关闭，短时间内叶肉细胞中NADPH的含量将下降B.若某陆生植物平展生长的叶片气孔分布不均匀，则其上表面的气孔数量较多C.若气孔昼开夜闭的节律与胞间CO2浓度有关，则胞间CO2浓度升高促进气孔关闭D.沙漠地区的仙人掌气孔遵循昼闭夜开的节律，推测其光合作用在夜晚进行【答案】C【解析】夏季晴朗的中午，由于光照过强，气孔大量关闭，CO2吸收减少，生成的C3减少，故短时间内C3的还原过程中消耗的NADPH减少，NADPH含量增多，A不合理；陆生植物叶片上表皮是阳光直射部位，为避免蒸腾作用使水分丢失过多，推测下表皮气孔数量较多，B不合理；若气孔昼开夜闭的节律与胞间CO2浓度有关，则白天光照条件下，细胞吸收CO2用于光合作用，胞间CO2浓度降低，促进气孔打开，夜间黑暗条件下，不进行光合作用，呼吸作用使胞间CO2浓度升高，促进气孔关闭，C合理；光合作用的进行需要光照，夜间无光不能进行光合作用，D不合理。【变式训练】光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系，据图判断，下列叙述不正确的是()A．光反应为暗反应提供ATP和NADPHB．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降C．ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质D．植物在暗处可大量合成(CH2O)【答案】D【解析】植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的(CH2O)减少，D错误。1．（2023·全国·高考真题）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（

）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【答案】D【分析】1、叶绿体色素提取色素原理是色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素；分离色素原理是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。2、叶绿素主要吸收蓝紫光和红橙光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。【详解】A、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；B、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；C、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；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快，D错误。故选D。【题后悟道·归纳】影响叶绿素合成的三大因素（1）光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。（3）必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。2．（2023·湖北·高考真题）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（）

A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2【答案】C【分析】由题干信息可知，强光下LHC蛋白激酶的催化LHCⅡ与PSⅡ的分离，弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，来改变对光能的捕获强度。【详解】A、叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；D、PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D正确。故选C。3．（2023·湖北·高考真题）高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1℃，水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是（）A．呼吸作用变强，消耗大量养分B．光合作用强度减弱，有机物合成减少C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少【答案】D【分析】温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性，一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。【详解】A、高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；B、高温往往使植物叶片变黄、变褐，使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；C、高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；D、高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。故选D。【题后悟道·归纳】有关光合作用的几点提醒（1）光合作用产生的[H]不同于细胞呼吸产生的[H]，且[H]既不是H＋，也不是H，其中前者是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，后者为还原型辅酶Ⅰ(NADH)。（2）光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。（3）在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。（4）光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动4．（2023·山西·高考真题）我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物关于这些措施，下列说法合理的是（

）A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度【答案】A【分析】常考的细胞呼吸原理的应用：1、用透气纱布或“创可贴”包扎伤口：增加通气量，抑制致病菌的无氧呼吸。2、酿酒时：早期通气--促进酵母菌有氧呼吸，利于菌种繁殖，后期密封发酵罐--促进酵母菌无氧呼吸，利于产生酒精。3、做馒头或面包时，加入酵母菌，酵母菌经过发酵可以分解面粉中的葡萄糖，产生二氧化碳，二氧化碳是气体，遇热膨胀而形成小孔，使得馒头或面包暄软多孔。4、食醋、味精制作：向发酵罐中通入无菌空气，促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸。5、土壤松土，促进根细胞呼吸作用，有利于主动运输，为矿质元素吸收供应能量。6、稻田定期排水：促进水稻根细胞有氧呼吸。7、提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀。【详解】A、措施②春化处理是为了促进花芽形成，反映了低温与作物开花的关系，④光周期处理，反映了昼夜长短与作物开花的关系，A正确；B、措施③风干储藏可以减少自由水，从而减弱细胞呼吸，降低有机物的消耗，⑤合理密植的主要目的是提高能量利用率，促进光合作用，B错误；C、措施②春化处理是为了促进花芽形成，⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用，C错误；D、措施①③的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度，④光周期处理，目的是促进或抑制植物开花，D错误。故选A。5．（2023·全国·高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、（答出2点即可）等生理过程。(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是。(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是。(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔（填“能”或“不能”）维持一定的开度。【答案】(1)光合作用和呼吸作用。(2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔开放。(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔张开。(4)能【分析】1、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。2、气孔既是CO2进出的场所，也是蒸腾作用的通道，气孔张开既能增加蒸腾作用强度，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行。【详解】（1）气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。（4）保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素蓝光照射引起钾离子的吸收。所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持一定开度。【题后悟道·归纳】光合色素和光合场所的几点提醒（1）色素的功能特点：叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。（2）色素的分布位置：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有色素如花青素，但液泡中的色素不能用于光合作用。（3）光合作用的场所：叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝藻细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。（4）叶绿体的结构与功能相适应的特点：①叶绿体的基粒由类囊体堆叠而成,可以增加膜面积。②叶绿体的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素。③叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。6．（2024·广东·高考真题）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（）A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨B．研磨时用水补充损失的提取液C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析D．用过的层析液直接倒入下水道【答案】C【分析】叶绿体色素提取的原理：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂；色素分离原理：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。【详解】A、本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；B、色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；C、由于滤纸条不会相互影响，层析液从成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；D、用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。故选C。7．（2024·甘肃·高考真题）类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光（1μmol·m-2•s-1）下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是，加入少许碳酸钙可以。(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是。(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为。(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②。(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计：①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。②测量指标：每组取3-5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的。③预期结果：。【答案】(1)无水乙醇防止研磨中色素被破坏(2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成(3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，(4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零）。(5)细胞分裂素含水量等适宜叶绿体的大小及数量，取其平均值B组叶绿体的大小及数量高于A组，C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组。【分析】影响植物光合作用的因素有光合色素的含量、光照、水等。细胞分裂素能够促进叶绿素的合成。【详解】（1）叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。（2）叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。（3）在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，分别为0.3和0.1，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。（4）由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零），说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。（5）纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷。由图可知：纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成，据此可推知：X最可能是细胞分裂素。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，并结合题意“在正常光照下，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失”可知：该实验的自变量是植株的种类和培养条件，因变量是叶绿体的大小及数量，而在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下：①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在含水量等适宜条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。②测量指标：每组取3-5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的叶绿体的大小及数量，取其平均值。③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量，所以预期的结果是：B组叶绿体的大小及数量高于A组，C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组。8．（2024·河北·高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。覆膜处理叶绿素含量（mg/g）类胡萝卜素含量（mg/g）白膜1.670.71蓝膜2.200.90绿膜1.740.65回答下列问题：(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中光可被位于叶绿体上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的还原转化为和。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是。(3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为（答出两点即可）。【答案】(1)蓝光类囊体薄膜C5糖类紫外光(2)无水乙醇叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作