2025年高考生物总复习：光合作用与能量转化

课时4光合作用与能量转化

课标要求核心考点五年考情核心素养对接

2023：江苏T12、辽宁T21(1)

(2)、海南T16(1)、全国乙

T2、全国甲T29、浙江1月T23

(1);

2022：湖北T12、辽宁T22I、山东

捕获光能的色素和

T21(1)、江苏T5A；1.生命观念——结构

结构

1.说明植物细胞的2021：天津T6C；与功能观：叶绿体的

叶绿体从太阳光中2020：江苏T6、浙江7月T27结构与功能相适应；

捕获能量，这些能(2)、山东T3D；物质与能量观：通过

量在二氧化碳和水2019：浙江4月T30(2)、江苏光合作用过程合成有

转变为糖与氧气的T17、海南T9BD机物，储存能量。

过程中，转换并储2023：天津T9、湖南T17、湖北2.科学思维一一分类

存为糖分子中的化T8、全国甲T29(2)(3)、全国与比较：比较光反应

学能；乙T29、浙江1月T23(2)；与暗反应，掌握光合

2.实验：提取和分2022：江苏T20(1)、全国甲T29作用的过程；比较光

离叶绿体色素(1)、山东T21(2)(3)；合作用与细胞呼吸，

光合作用的过程2021：天津T15、山东T16CD和形成知识间的联系

T21、湖南T18、广东T12、江苏

T20、辽宁T22、重庆T6；

2020：北京T19(1)、天津T5、山

东T21、江苏T27；

2019：全国IT3、江苏T28

1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主要以光合作用

相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成和功能、色素的提取和分

离、光合作用中物质和能量的变化等，还常将光合作用与细胞呼吸的原理相结

命题分析预测

合，考查二者之间的联系等。

2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相结合，使试

题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力

考点1捕获光能的色素和结构

d学生用书

P069

1.绿叶中色素的提取和分离

(1)实验原理及方法

-niiizRMw%

•防止色q*”1m靳MM，

(3)实验结果及分析

色素带最窄，含量最少，扩散最快胡萝卜素和

-叶黄素的间

______1滤纸条上呈=一胡萝卜素：橙黄色隔最大

实验现四条颜色二一叶黄素：黄色…」

——叶绿素a：蓝绿色…、

结果宽度不同的色素带最宽,

〔色素带——叶绿素b：黄绿色

U含量最多

①色素带的条数与［9］色索种类有关,四条色素带说明

有四种色素

结果②色素带的宽窄与色索备鼠:有关,色素带越宽说明

分析此种色素含量越多

③色素带扩散速度与1111溶解度有关,扩散速度越快

说明溶解度越高

（4）实验失败的原因分析

异常现象原因分析

①未加「12］二氧化硅,研磨不充分；

②使用放置数天的绿色叶，滤液色素（叶绿素）太少；

收集到的滤液绿色过

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

浅

乙醇）；

④未加［13］碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏

①滤液细线不直;

滤纸条色素带重叠

②滤液细线过粗

滤纸条无色素带滤液细线接触到［14］层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中

2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构

（1）叶绿体中的色素

（2）叶绿体的结构

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攸材谈活I

基础自测J

1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。（X）

2.研磨绿叶时加入少许CaCCh，能够使研磨充分。（义）

3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。（X）

4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。（<）

5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。（X）

6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。（X）

7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。（X）

8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶［2022浙江1月，T8C］。（X）

9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离［2021北京，T13C］。（X）

10.纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液［2021河北，T3C］O（4）

11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素（或叶绿素a、叶绿素b）；

用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素

的色素带位于第一和二条［2023海南,T16（1）］»

情境应用M

L为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什么不使用发绿色光的灯

管作补充光源？

提示因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提高蔬菜的产量，而绿色

光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。

2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？

提示玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被消耗尽后，无法产生新

的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。

3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也偏黄，影响这些现象形

成的因素分别是什么？

提示韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降低，叶绿素合成少，分

解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。

深度思考J

L在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？

提示在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。

2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？

提示不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿

素a,以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a,其能够捕获（或

转化）光能。

3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？

提示①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。②排除干扰的方法妙：

没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和。2的影响，从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过

需氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放02的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗+极细光

束照射和置于光下的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。

从“两个角度”把握色素提取液的选取

t---------------------------------------------------------------------------------讪学生用书

P072

命题点1色素的提取和分离实验的原理和过程分析

1.：2023江苏改编］下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（B）

A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏

B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠

C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量

D.研磨时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素

解析用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；连续多次重复画滤液细

线，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方

法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的量，但该实验提取和分离

色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。

2.［2023福州模拟］某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色

素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（C）

A.光吸收差异显著，色素带缺第2条

B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条

C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条

D.光吸收差异显著，色素带缺第3条

解析叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显

著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。

命题点2色素的种类和功能分析

3.［2023全国乙改编］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及其吸收光

谱的叙述，错误的是（D）

A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制

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.叶片在640〜660nm波长光下释放02是由类胡萝卜素参与光合作用引起的

解析叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素

（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，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；波长为640〜660nm的光是红光，叶绿素

可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。

命题变式

［题干拓展型］科学家在色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色

素溶液的吸收光谱如图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是（C）

A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能

B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg

C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端

D.土壤缺镁时，植物叶片对420-470nm波长光的利用量增加

解析由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b,③是叶绿素a。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0,即

不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg,B错误；叶绿素b在层析

液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速率最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的

是叶绿素b,C正确；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对420〜470

nm波长光的利用量减少，D错误。

命题点3叶绿体的结构和功能

4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（D）

A.图乙所示结构取自图甲中的①或③

B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上

C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上

D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积

解析图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收

光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作

用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊

体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。

5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（A）

A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气

B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生

C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生

D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量

解析叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿

体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光

能，但不需要ATP提供能量，D错误。

考点2光合作用的过程

f----------------------------------------11衾窗il--------------------------------------------------------------------->■学生用书

P073

i.探索光合作用原理的部分实验

时间结论

1928年科学家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为糖

1937年希尔反应：离体叶绿体在适当条件下发生［1］水的光解、产生02的化学反应

1941年鲁宾和卡门用同位素示踪法，证明光合作用释放的02来自②水

1954年、（1954年）美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成「3］ATP，随后（1957

1957年年）他发现这一过程总是与水的光解相伴随

20世纪40美国科学家卡尔文用［4］同位素示踪的方法,探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有

年代机物中碳的途径

2.光合作用的概念

3.光合作用的过程

阶段I-光反应阶段II.暗反应阶段

过程

图解

场所［9］类囊体薄膜―10］叶绿体基质

阶段I.光反应阶段II.暗反应阶段

条件叶绿体中的色素、酶、

酶、[12]ATP、NADPH等

水、ADP、Pi、NADP+等

光

+

①水的光解：H20HH+O2；

++-

物质②NADPH的合成：NADP+H+2e①CO2的固定：CO2+C5^2C3；

变化上NADPH；甑

②C33ATPNAn>H'C5+

的还原：2c、(CH2O)

光一

③ATP的合成：ADP+Pi色索、酶”ATP

能量

QFWUE中儒|・莉2]11N/I>中，

I-1定府化R1

变化

联系飞洸反应为暗反应提供ATP和NADPH；同暗反应为光反应提供NADP+、Pi和ADP

1.真核细胞的光反应

2.原核细胞的光反应

教材补遗（1）［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——

核酮糖一1,5一二磷酸（RuBP）o

（2）［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）［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

「生物类型绿色植物和光合细菌硝化细菌等

不同占

能量来源光能体外物质氧化时释放的化学能

|代谢类型自养型

相同点

物质变化将无机物（CO2和H2O等）转化为储存能量的有机物

4.环境因素骤变对光合作用过程的动态影响

借助光合作用过程图解从物质的生成和消耗两个方面综合分析:

Jt.

l

M

co

供

1应

少

提醒C5、NADPH、ATP对光合作用有利，（CH2O）

合成增加，反之则减少。

1.解答有关光合作用过程的试题，要牢记“二二三四”法则

I.I..I.

［Rd*Jif......卜....1......I.....W/fATP,XtDTMtMM

I-£所一*仙”‘*写1艮g*IH牝1CKP1t■

卜mJ产气—

*N。***化：*的电•.wn*#**,.cn；

l，・亳.C.RKJB

2.根据化学平衡可知：底物浓度增加、产物浓度减少n使化学平衡向正方向移动；反之亦然。

般雅制放材谈国

基础自测

LH2O在光下分解为H+和02的过程发生在叶绿体基质中。（X）

2.光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。（4）

3.叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉。（X）

4.光合作用释放的。2中的O来自CO2和H2O。（X）

5.光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中稳定的化学能。

（X）

6.光合作用过程中，ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。（X）

7.在暗反应阶段，CO?不能直接被还原［2021湖南，T7B］。（Y）

8.在酶催化下直接参与CCh固定的化学物质是CO?和C5。

9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是ATP、

NADPH、Ch（答出3点即可）［2022全国甲，T29（1）］。

10.参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于

驱动ATP和NADPH两种物质的合成以及水的分解;RuBP竣化酶将CO2转变为竣基加到C5

分子上，反应形成的产物被还原为糖类［2021河北，T19（2）］。

情境应用.

1.1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在无CCh的条件下

给予光照，离体叶绿体可以发生水的光解、产生氧气。希尔实验说明水的光解与糖类等有机物的合成不是

同一个化学反应，原因是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,缺少合成糖

的必需原料一一CO2,说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶

段。

2.有关光合作用的两组实验一一甲组：连续光照5分钟和黑暗5分钟；乙组：间隔光照（5秒光照、5秒黑

暗交替进行），总光照5分钟和黑暗5分钟。10分钟时间内哪一组有机物的合成量多？为什么？

提示乙组有机物合成量多。因为光照和黑暗交替处理，使光反应产生的ATP和NADPH能够及时利用与

再生，从而提高了光合作用中CCh的同化量。

3.模拟鲁宾和卡门的实验时，能否对同一实验中的CCh和H2O同时进行标记，为什么？

提示不能。因为同位素示踪法只能检测同位素的存在，不能检测是哪种同位素，若同一实验中CO2和

H2O中的0均被标记，则无法分辨。2中的o到底是来自CO2还是H2OO

f崎\学生用书

P074

命题点1光合作用的探究历程分析

1.下列有关实验变量的叙述，错误的是（A）

A.用小球藻和CO?验证卡尔文循环的实验中，自变量是CCh中C是否被标记

B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验，因变量是是否产生还原糖

C.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌研究光合作用的实验中，因变量观测指标是需氧细菌的分布情况

D.鲁宾和卡门研究光合作用中02来源的实验中，自变量是被18。标记的原料

解析用小球藻和CCh验证卡尔文循环的实验中，自变量是时间，A错误；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究

酶的专一性实验中，需借助斐林试剂检测是否产生了还原糖，即因变量是是否产生还原糖，B正确；恩格

尔曼利用水绵和需氧细菌进行实验，通过观察需氧细菌的分布来判断02产生的部位，最终证明叶绿体是

进行光合作用的场所，C正确；鲁宾和卡门用同位素示踪法证明光合作用释放的。2来自水，自变量是被

18。标记的原料，D正确。

2.1941年鲁宾和卡门用同位素18。标记水和碳酸氢盐，加入三组小球藻培养液中。在适宜光照下进行实

验，结果如表所示。下列叙述错误的是（C）

水中18O碳酸氢盐中反应时间释放的氧气中18o

组别

比率（％）「0比率（%）（min）比率（%）

第1组0.850.61450.86

第2组0.200.401100.20

第3组0.200.572250.20

A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氢盐提供

B.氧气中180比率不受光合作用反应时间的影响

C.鲁宾和卡门进行该实验的目的是验证光合作用产物中有氧气

D.卡尔文也运用相同的方法用14c标记二氧化碳，研究暗反应中物质的变化

解析碳酸氢盐能释放二氧化碳，为光合作用提供二氧化碳，A正确；根据表格数据，在45min、110

min、225min释放的氧气中18。比率和水中18。起始比率基本一致，说明氧气中比率不受光合作用反

应时间影响，B正确；鲁宾和卡门进行该实验的目的是探究光合作用中氧气中氧的来源，C错误；卡尔文

也运用同位素示踪法用14c标记二氧化碳，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了

CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，D正确。

命题点2光合作用的过程分析

3.［天津高考］研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液

滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断

产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是（A）

A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质

B.该反应体系不断消耗的物质仅有CO2

C.类囊体产生的ATP和Ch参与CO2的固定与还原

D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素

解析由题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇

酸”，说明乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体

上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B

错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP,光反应产生的。2不参与暗反

应，C错误；该反应体系中有分离得到的类囊体，含有光合色素，D错误。

命题变式

［设问拓展型］题干条件不变，下列说法错误的是（A）

A.该反应体系的结构与叶绿体外膜的结构相同

B.该反应体系会消耗C02和H20

C.加入的16种物质应该包含ADP、NADP+等物质

D.可以测定该反应体系的净光合速率

解析该反应体系是由单层脂质分子包裹形成的，而叶绿体的外膜是双层脂质分子，且含蛋白质，A错

误；该反应体系能够连续进行CO2的固定和还原，会消耗CO2和H2O,B正确；该反应体系是人工构建的

光合作用反应体系，且在光照条件下进行，故需要加入的物质应包含ADP和NADP+等物质，C正确；净

光合速率=总光合速率一呼吸速率，而该半人工光合作用反应体系能够进行光合作用，不能进行呼吸作

用，即呼吸速率为0,故该反应体系测定的光合速率即为其净光合速率，D正确。

4.［2021广东］在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列

叙述正确的是（D）

A.Rubisco存在于细胞质基质中

B.激活Rubisco需要黑暗条件

C.Rubisco催化CO2固定需要ATP

D.Rubisco催化C5和CCh结合

解析据题意可知，Rubisco是唯一催化CO2固定形成C3的酶，则其存在于叶绿体基质中，A错误；有、

无光照均可发生暗反应，因此激活Rubisco不需要黑暗条件，B错误；Rubisco催化CCh的固定不需要消耗

ATP,C错误；据题意，Rubisco是催化CCh固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2结合形成C3的酶，D

正确。

命题点3不同条件下光合作用过程中物质含量变化的分析

5.［天津高考］在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相

同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（C）

A.红光，ATP下降

B.红光，未被还原的C3上升

C.绿光，NADPH下降

D.绿光，C5上升

解析叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红

光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和NADPH增多，C3的还原加快，短时间内CCh的固定仍以原来

的速率进行，导致未被还原的C3减少，A、B错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，短时

间内叶绿体内产生的ATP和NADPH减少，C正确；NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减

慢，此时CCh的固定仍以原来的速率消耗C5,则短时间内C5的含量会下降，D错误。

命题变式

［条件改变型］若突然改用光照强度与白光相同的蓝紫光，则短时间内光反应会增强，产生ATP的速率.

加快，未被还原的C3减少。

解析改用蓝紫光，相当于增加光照强度，导致光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，C3的还原

加快，而CCh的固定速率暂时不变，因此未被还原的C3减少。

6.［山东高考，9分］人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表

示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。

发

（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2,模块3中的甲可与C02结

合，甲为五碳化合物（或C5）。

（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将减少（填“增加”或“减少”）。若

气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是模块3为模块2提供的ADP、Pi和

NADP+不足。

（3）在与植物光合作用固定的CO?量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于（填“高于”“低

于“或"等于”）植物，原因是人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖

类）。

（4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是叶片气孔开放程度降低，CCh的吸收量减

少，且植物体水分供应不足。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有

广阔的应用前景。

解析（1）由题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转化为电能，模块2利用电能电解水生

成H+和02,并发生能量的转化。该系统中的模块1和模块2相当于执行了叶绿体中光反应的功能。模块

3将大气中的CCh转化为糖类，相当于执行了光合作用的暗反应，暗反应中CCh的固定指的是CO2和C5结

合生成C3。C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5,故

该系统中模块3中的甲为五碳化合物（C5）,乙为三碳化合物（C3）«（2）若正常运转过程中气泵突然

停转，则C02浓度突然降低，C02的固定受阻，而三碳化合物（C3）的还原短时间内仍正常进行，因此短

时间内会导致C3含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,若该系统气泵停转时间较长，则模

块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。（3）植

物中糖类的积累量=光合作用合成糖类的量一细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用

消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CCh量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。（4）干

旱条件下，为了减少水分散失，植物叶片气孔开放程度降低，CCh的吸收量减少，影响暗反应过程，且植

物体内水分供应不足，也会影响光反应过程。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。

7.［7分］为探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料开展了下

列实验，其他无关变量保持相同且适宜。请回答下列问题：

组别AB

先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫

处理光照时间为135秒

秒，总时间为135秒

光合产物相对含量100%94%

（1）光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段,为验证这一观点，可以对进行光合作用的植

物短暂遮光，并提供14co2,经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。

（2）分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组^依据是B组的光照时间是A

组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94%。

（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP+时，体系中会有NADPH产生，说

明叶绿体在光下会产生H+和屋。

解析（1）光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的

植物短暂遮光，并提供14co2,经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。（2）分析表格可

知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94%,所以B组在单位光照时间

内生产有机物的量较A组高。（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP+时，

体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H卡和屋。

（-----------------------------：—：关注情境迁移应用------------------------------

情境热点3光系统与电子传递链、逆境下光合作用的特殊途径

热点1光系统与电子传递链

徵噫?国

光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统I

（PSI）和光系统II（PSII）-

注：图中虚线表示该生理过程中电子（。）的传递过程。

（1）光系统H进行水的光解，产生。2、H+和自由电子（葭），光系统I主要介导NADPH的产生。

（2）电子（1）经过的电子传递链：上0一光系统质体醍（PQ）T细胞色素b6f复合体T质体蓝素

（PC）一光系统I—铁氧还蛋白（Fd）-NADPH。

（3）电子传递过程是从高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醍利用这部分能量将质

子（H+）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入类囊体腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。

（4）类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流

出，而ATP合成酶利用质子梯度来合成ATP。

（I）PSI和PSII镶嵌在叶绿体的类囊体薄膜上,含有的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素

两大类，这些色素的主要功能有吸收、传递和转化光能。

（2）图示过程中，PSII和PSI以串联的方式协同完成电子由水（物质）释放、最终传递给NADP+

（物质）生成NADPH的过程。

（3）光照的驱动既促使水分解产生H+,又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中的H+转运至3M

体腔，同时还在形成NADPH的过程中消耗叶绿体基质中部分H+,造成类囊体膜内外的H+产生了

浓度差。请结合图示信息分析，类囊体膜内外的H+浓度差在光合作用中的作用是为光反应中ATP的合

成过程提供能量。

涵彳,阕

1.[2023湖北]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PSH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（C）

1..J|—|.......|..——,1JL.

JIHi.l_kurJllMIH<.I

■1JQJ1JIJ

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02

解析据图可知，在强光下，psn与LHcn分离，减弱psn光复合体对光能的捕获；在弱光下，psn与

LHCH结合，增强PSH光复合体对光能的捕获。LHCII和PSII的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细

胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSII光复合体与LHCH结合增多，从而使PSII光复合

体对光能的捕获增强，A正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2+含量减

少，PSII光复合体中光合色素含量降低，导致psn光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下psn光

复合体与LHCII结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSII光复合体含有光合色素，在光

反应中，其能吸收光能并分解水产生H+、电子和。2,D正确。

2.[2021重庆]如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是

(A)

A.水光解产生的。2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜

B.NADP+与电子（-）和质子（比）结合形成NADPH

C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应

D.电子（5）的有序传递是完成光能转换的重要环节

解析分析图示可知，水光解产生的。2在类囊体腔内，叶绿体和线粒体均有双层膜，因此水光解产生的

。2若被有氧呼吸利用，至少需要穿过5层膜，A错误；在光反应过程中，NADP+与广和质子（酎）结合

形成NADPH,B正确；由图可知，光反应产生的ATP可以用于暗反应、色素合成、核酸代谢等消耗能量

的反应，C正确；分析可知，光反应产生的电子（e-）通过一系列的有序传递，将光能转化为储存在ATP

中的活跃的化学能，D正确。

热点2逆境下光合作用的特殊途径

情境一光呼吸的原理和作用

1.原理：和C02竞