課時(shí)4光合作用與能量轉(zhuǎn)化

課標(biāo)要求核心考點(diǎn)五年考情核心素養(yǎng)對(duì)接

2023：江蘇T12、遼寧T21(1)

(2)、海南T16(1)、全國(guó)乙

T2、全國(guó)甲T29、浙江1月T23

(1);

2022：湖北T12、遼寧T22I、山東

捕獲光能的色素和

T21(1)、江蘇T5A；1.生命觀念——結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)

1.說明植物細(xì)胞的2021：天津T6C；與功能觀：葉綠體的

葉綠體從太陽(yáng)光中2020：江蘇T6、浙江7月T27結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)；

捕獲能量，這些能(2)、山東T3D；物質(zhì)與能量觀：通過

量在二氧化碳和水2019：浙江4月T30(2)、江蘇光合作用過程合成有

轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的T17、海南T9BD機(jī)物，儲(chǔ)存能量。

過程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)2023：天津T9、湖南T17、湖北2.科學(xué)思維一一分類

存為糖分子中的化T8、全國(guó)甲T29(2)(3)、全國(guó)與比較：比較光反應(yīng)

學(xué)能；乙T29、浙江1月T23(2)；與暗反應(yīng)，掌握光合

2.實(shí)驗(yàn)：提取和分2022：江蘇T20(1)、全國(guó)甲T29作用的過程；比較光

離葉綠體色素(1)、山東T21(2)(3)；合作用與細(xì)胞呼吸，

光合作用的過程2021：天津T15、山東T16CD和形成知識(shí)間的聯(lián)系

T21、湖南T18、廣東T12、江蘇

T20、遼寧T22、重慶T6；

2020：北京T19(1)、天津T5、山

東T21、江蘇T27；

2019：全國(guó)IT3、江蘇T28

1.光合作用是高考的必考點(diǎn)，在每年的高考中都占有較大的比重。主要以光合作用

相關(guān)實(shí)驗(yàn)、曲線等形式進(jìn)行考查，側(cè)重考查色素的組成和功能、色素的提取和分

離、光合作用中物質(zhì)和能量的變化等，還常將光合作用與細(xì)胞呼吸的原理相結(jié)

命題分析預(yù)測(cè)

合，考查二者之間的聯(lián)系等。

2.預(yù)計(jì)2025年高考命題仍將借助圖、表格等將光合作用與細(xì)胞呼吸相結(jié)合，使試

題實(shí)驗(yàn)化，考查考生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力

考點(diǎn)1捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

d學(xué)生用書

P069

1.綠葉中色素的提取和分離

(1)實(shí)驗(yàn)原理及方法

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?防止色q*”1m靳MM，

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

色素帶最窄，含量最少，擴(kuò)散最快胡蘿卜素和

-葉黃素的間

______1濾紙條上呈=一胡蘿卜素：橙黃色隔最大

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)四條顏色二一葉黃素：黃色…」

——葉綠素a：藍(lán)綠色…、

結(jié)果寬度不同的色素帶最寬,

〔色素帶——葉綠素b：黃綠色

U含量最多

①色素帶的條數(shù)與［9］色索種類有關(guān),四條色素帶說明

有四種色素

結(jié)果②色素帶的寬窄與色索備鼠:有關(guān),色素帶越寬說明

分析此種色素含量越多

③色素帶擴(kuò)散速度與1111溶解度有關(guān),擴(kuò)散速度越快

說明溶解度越高

（4）實(shí)驗(yàn)失敗的原因分析

異?，F(xiàn)象原因分析

①未加「12］二氧化硅,研磨不充分；

②使用放置數(shù)天的綠色葉，濾液色素（葉綠素）太少；

收集到的濾液綠色過

③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低（正確做法：分次加入少量無水

淺

乙醇）；

④未加［13］碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞

①濾液細(xì)線不直;

濾紙條色素帶重疊

②濾液細(xì)線過粗

濾紙條無色素帶濾液細(xì)線接觸到［14］層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中

2.葉綠體中的色素及葉綠體的結(jié)構(gòu)

（1）葉綠體中的色素

（2）葉綠體的結(jié)構(gòu)

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攸材談活I(lǐng)

基礎(chǔ)自測(cè)J

1.提取綠葉中色素的溶劑也可用于提取紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中的色素。（X）

2.研磨綠葉時(shí)加入少許CaCCh，能夠使研磨充分。（義）

3.綠葉中含量越多的色素，在濾紙條上擴(kuò)散得越快。（X）

4.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素。（<）

5.沒有葉綠體，細(xì)胞不能進(jìn)行光合作用。（X）

6.光合作用需要的色素和酶分別分布在葉綠體基粒和基質(zhì)中。（X）

7.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。（X）

8.葉綠體內(nèi)膜上存在與水裂解有關(guān)的酶［2022浙江1月，T8C］。（X）

9.依據(jù)吸收光譜的差異對(duì)光合色素進(jìn)行紙層析分離［2021北京，T13C］。（X）

10.紙層析法分離葉綠體色素時(shí)，以多種有機(jī)溶劑的混合物作為層析液［2021河北，T3C］O（4）

11.光合作用時(shí)，火龍果植株能同時(shí)吸收紅光和藍(lán)光的光合色素是葉綠素（或葉綠素a、葉綠素b）；

用紙層析法分離葉綠體色素獲得的4條色素帶中，以濾液細(xì)線為基準(zhǔn)，按照自下而上的次序，該光合色素

的色素帶位于第一和二條［2023海南,T16（1）］?

情境應(yīng)用M

L為什么有些蔬菜大棚內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)紫色光的燈管，并且在白天也開燈？為什么不使用發(fā)綠色光的燈

管作補(bǔ)充光源？

提示因?yàn)楣夂仙貙?duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收最多，補(bǔ)充這兩種類型的光，有利于提高蔬菜的產(chǎn)量，而綠色

光源發(fā)出的是綠光，這種波長(zhǎng)的光幾乎不能被光合色素吸收，因此無法用于光合作用中提高有機(jī)物產(chǎn)量。

2.玉米田里的白化苗長(zhǎng)出幾片葉子后會(huì)死亡，原因是什么？

提示玉米白化苗中不含葉綠素，不能進(jìn)行光合作用，待種子中儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被消耗盡后，無法產(chǎn)生新

的有機(jī)物，因此玉米白化苗長(zhǎng)出幾片葉子后會(huì)死亡。

3.蒜黃和韭黃都是黃色的，秋后的綠葉會(huì)變黃，貧瘠土壤中生長(zhǎng)的植物葉片一般也偏黃，影響這些現(xiàn)象形

成的因素分別是什么？

提示韭黃和蒜黃是在無光的環(huán)境下培育的，沒有光照不合成葉綠素；秋后溫度降低，葉綠素合成少，分

解多；貧瘠土壤缺Mg等會(huì)影響葉綠素的合成，使葉片變黃。

深度思考J

L在進(jìn)行紙層析時(shí)，若采用圓形濾紙，則結(jié)果是什么？

提示在圓形濾紙上出現(xiàn)4個(gè)同心圓，最外面是胡蘿卜素，接下來依次是葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。

2.葉綠體類囊體膜上的色素都能轉(zhuǎn)化光能嗎？

提示不是。葉綠體類囊體膜上的色素分為兩類：一類具有吸收和傳遞光能的作用，包括絕大多數(shù)的葉綠

素a,以及全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素；另一類是少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a,其能夠捕獲（或

轉(zhuǎn)化）光能。

3.恩格爾曼實(shí)驗(yàn)一的方法有什么巧妙之處？

提示①實(shí)驗(yàn)材料選擇妙：用水綿作實(shí)驗(yàn)材料。水綿的葉綠體呈帶狀，便于觀察。②排除干擾的方法妙：

沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了環(huán)境中光線和。2的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。③觀測(cè)指標(biāo)設(shè)計(jì)妙：通過

需氧細(xì)菌的分布，能夠準(zhǔn)確地判斷出水綿細(xì)胞中釋放02的部位。④實(shí)驗(yàn)對(duì)照設(shè)計(jì)妙：進(jìn)行黑暗+極細(xì)光

束照射和置于光下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同完全是由光照引起的。

從“兩個(gè)角度”把握色素提取液的選取

t---------------------------------------------------------------------------------訕學(xué)生用書

P072

命題點(diǎn)1色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)的原理和過程分析

1.：2023江蘇改編］下列關(guān)于“提取和分離葉綠體色素”實(shí)驗(yàn)敘述合理的是（B）

A.用有機(jī)溶劑提取色素時(shí)，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞

B.若連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細(xì)線可累積更多的色素，但易出現(xiàn)色素帶重疊

C.該實(shí)驗(yàn)提取和分離色素的方法可用于測(cè)定綠葉中各種色素含量

D.研磨時(shí)，用體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶解色素

解析用有機(jī)溶劑提取色素時(shí)，加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞，A錯(cuò)誤；連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細(xì)

線，雖可累積更多的色素，但會(huì)造成濾液細(xì)線過寬，易出現(xiàn)色素帶重疊，B正確；該實(shí)驗(yàn)中分離色素的方

法是紙層析法，可根據(jù)各種色素在濾紙條上呈現(xiàn)的色素帶的寬窄來比較各色素的量，但該實(shí)驗(yàn)提取和分離

色素的方法不能用于測(cè)定綠葉中各種色素含量，C錯(cuò)誤；研磨時(shí)，應(yīng)用無水乙醇溶解色素，D錯(cuò)誤。

2.［2023福州模擬］某研究小組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進(jìn)行了紅光照射光吸收測(cè)定和色

素層析條帶分析（從下至上）。則與正常葉片相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是（C）

A.光吸收差異顯著，色素帶缺第2條

B.光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條

C.光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條

D.光吸收差異顯著，色素帶缺第3條

解析葉黃素缺失突變體葉片不能合成葉黃素，葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，進(jìn)行紅光照射時(shí)光吸收差異不顯

著，而層析時(shí)缺葉黃素這個(gè)條帶，自下而上位于第3條，C正確。

命題點(diǎn)2色素的種類和功能分析

3.［2023全國(guó)乙改編］植物葉片中的色素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素及其吸收光

譜的敘述，錯(cuò)誤的是（D）

A.葉綠素的吸收光譜可通過測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收值來繪制

B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上

C.用不同波長(zhǎng)的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰

D.葉片在640?660nm波長(zhǎng)光下釋放02是由類胡蘿卜素參與光合作用引起的

解析葉綠素的吸收光譜可通過測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收值來繪制，A正確；葉綠體中吸收光能的色素

（葉綠素和類胡蘿卜素）分布在類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，用不同波長(zhǎng)的光照

射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰，C正確；波長(zhǎng)為640?660nm的光是紅光，葉綠素

可吸收紅光參與光合作用，類胡蘿卜素不吸收紅光，D錯(cuò)誤。

命題變式

［題干拓展型］科學(xué)家在色素溶液與陽(yáng)光之間放置一塊三棱鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，得到色

素溶液的吸收光譜如圖所示，①②③代表不同色素。下列說法正確的是（C）

A.①在紅光區(qū)吸收的光能可轉(zhuǎn)化為ATP中的化學(xué)能

B.②為藍(lán)綠色，③為黃綠色，二者均含有Mg

C.紙層析法分離色素時(shí)，②處于濾紙條最下端

D.土壤缺鎂時(shí)，植物葉片對(duì)420-470nm波長(zhǎng)光的利用量增加

解析由圖可知，①是類胡蘿卜素，②是葉綠素b,③是葉綠素a。類胡蘿卜素在紅光區(qū)的吸收值為0,即

不吸收紅光，A錯(cuò)誤；葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍(lán)綠色，二者均含有Mg,B錯(cuò)誤；葉綠素b在層析

液中的溶解度最低，隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散的速率最慢，故紙層析法分離色素時(shí)，處于濾紙條最下端的

是葉綠素b,C正確；鎂是組成葉綠素的重要元素，土壤缺鎂時(shí)，葉綠素合成減少，植物葉片對(duì)420?470

nm波長(zhǎng)光的利用量減少，D錯(cuò)誤。

命題點(diǎn)3葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能

4.圖甲為葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖，圖乙所示結(jié)構(gòu)是圖甲的部分放大圖。下列有關(guān)敘述正確的是（D）

A.圖乙所示結(jié)構(gòu)取自圖甲中的①或③

B.與光合作用有關(guān)的酶全部分布在圖乙所示結(jié)構(gòu)上

C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上

D.葉綠體以圖甲中③的形式擴(kuò)大膜面積

解析圖甲表示葉綠體的結(jié)構(gòu)，①是葉綠體內(nèi)膜，②是葉綠體外膜，③是類囊體，④是葉綠體基質(zhì)，吸收

光能的色素分布在③（類囊體）的薄膜上，圖乙所示結(jié)構(gòu)是類囊體的薄膜，來自③，A、C錯(cuò)誤。光合作

用所需的酶分布在類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，B錯(cuò)誤。葉綠體內(nèi)含有大量基粒，一個(gè)基粒由很多類囊

體堆疊而成，以此擴(kuò)大膜面積，D正確。

5.將葉綠體懸浮液置于陽(yáng)光下，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)有氧氣放出。下列相關(guān)說法正確的是（A）

A.離體葉綠體在自然光下能將水分解產(chǎn)生氧氣

B.若將葉綠體置于紅光下，則不會(huì)有氧氣產(chǎn)生

C.若將葉綠體置于藍(lán)紫光下，則不會(huì)有氧氣產(chǎn)生

D.水在葉綠體中分解產(chǎn)生氧氣需要ATP提供能量

解析葉綠體是光合作用的場(chǎng)所，在自然光下，葉綠體能進(jìn)行光合作用將水分解產(chǎn)生氧氣，A正確；葉綠

體中的光合色素能吸收紅光和藍(lán)紫光，因此會(huì)產(chǎn)生氧氣，B、C錯(cuò)誤；水在葉綠體中分解產(chǎn)生氧氣需要光

能，但不需要ATP提供能量，D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)2光合作用的過程

f----------------------------------------11衾窗il--------------------------------------------------------------------->■學(xué)生用書

P073

i.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

時(shí)間結(jié)論

1928年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化為糖

1937年希爾反應(yīng)：離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生［1］水的光解、產(chǎn)生02的化學(xué)反應(yīng)

1941年魯賓和卡門用同位素示蹤法，證明光合作用釋放的02來自②水

1954年、（1954年）美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成「3］ATP，隨后（1957

1957年年）他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨

20世紀(jì)40美國(guó)科學(xué)家卡爾文用［4］同位素示蹤的方法,探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有

年代機(jī)物中碳的途徑

2.光合作用的概念

3.光合作用的過程

階段I-光反應(yīng)階段II.暗反應(yīng)階段

過程

圖解

場(chǎng)所［9］類囊體薄膜―10］葉綠體基質(zhì)

階段I.光反應(yīng)階段II.暗反應(yīng)階段

條件葉綠體中的色素、酶、

酶、[12]ATP、NADPH等

水、ADP、Pi、NADP+等

光

+

①水的光解：H20HH+O2；

++-

物質(zhì)②NADPH的合成：NADP+H+2e①CO2的固定：CO2+C5^2C3；

變化上NADPH；甑

②C33ATPNAn>H'C5+

的還原：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

變化

聯(lián)系飛洸反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH；同暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、Pi和ADP

1.真核細(xì)胞的光反應(yīng)

2.原核細(xì)胞的光反應(yīng)

教材補(bǔ)遺（1）［必修1P104“相關(guān)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“相關(guān)信息”］光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入篩

管，再通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?/p>

（3）［必修1P106小字部分］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

「生物類型綠色植物和光合細(xì)菌硝化細(xì)菌等

不同占

能量來源光能體外物質(zhì)氧化時(shí)釋放的化學(xué)能

|代謝類型自養(yǎng)型

相同點(diǎn)

物質(zhì)變化將無機(jī)物（CO2和H2O等）轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存能量的有機(jī)物

4.環(huán)境因素驟變對(duì)光合作用過程的動(dòng)態(tài)影響

借助光合作用過程圖解從物質(zhì)的生成和消耗兩個(gè)方面綜合分析:

Jt.

l

M

co

供

1應(yīng)

少

提醒C5、NADPH、ATP對(duì)光合作用有利，（CH2O）

合成增加，反之則減少。

1.解答有關(guān)光合作用過程的試題，要牢記“二二三四”法則

I.I..I.

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

I-￡所一*仙”‘*寫1艮g*IH牝1CKP1t■

卜mJ產(chǎn)氣—

*N。***化：*的電?.wn*#**,.cn；

l，?亳.C.RKJB

2.根據(jù)化學(xué)平衡可知：底物濃度增加、產(chǎn)物濃度減少n使化學(xué)平衡向正方向移動(dòng)；反之亦然。

般雅制放材談國(guó)

基礎(chǔ)自測(cè)

LH2O在光下分解為H+和02的過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。（X）

2.光合作用光反應(yīng)階段產(chǎn)生的NADPH可在葉綠體基質(zhì)中作為還原劑。（4）

3.葉肉細(xì)胞在葉綠體外膜上合成淀粉。（X）

4.光合作用釋放的。2中的O來自CO2和H2O。（X）

5.光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，細(xì)胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP中穩(wěn)定的化學(xué)能。

（X）

6.光合作用過程中，ADP從類囊體薄膜向葉綠體基質(zhì)移動(dòng)。（X）

7.在暗反應(yīng)階段，CO?不能直接被還原［2021湖南，T7B］。（Y）

8.在酶催化下直接參與CCh固定的化學(xué)物質(zhì)是CO?和C5。

9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應(yīng)階段的產(chǎn)物是相同的，光反應(yīng)階段的產(chǎn)物是ATP、

NADPH、Ch（答出3點(diǎn)即可）［2022全國(guó)甲，T29（1）］。

10.參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與離子參與組成的環(huán)式結(jié)構(gòu)使葉綠素能夠吸收光能，用于

驅(qū)動(dòng)ATP和NADPH兩種物質(zhì)的合成以及水的分解;RuBP竣化酶將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)榭⒒拥紺5

分子上，反應(yīng)形成的產(chǎn)物被還原為糖類［2021河北，T19（2）］。

情境應(yīng)用.

1.1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在無CCh的條件下

給予光照，離體葉綠體可以發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣。希爾實(shí)驗(yàn)說明水的光解與糖類等有機(jī)物的合成不是

同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，原因是希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O,缺少合成糖

的必需原料一一CO2,說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階

段。

2.有關(guān)光合作用的兩組實(shí)驗(yàn)一一甲組：連續(xù)光照5分鐘和黑暗5分鐘；乙組：間隔光照（5秒光照、5秒黑

暗交替進(jìn)行），總光照5分鐘和黑暗5分鐘。10分鐘時(shí)間內(nèi)哪一組有機(jī)物的合成量多？為什么？

提示乙組有機(jī)物合成量多。因?yàn)楣庹蘸秃诎到惶嫣幚恚构夥磻?yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH能夠及時(shí)利用與

再生，從而提高了光合作用中CCh的同化量。

3.模擬魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)時(shí)，能否對(duì)同一實(shí)驗(yàn)中的CCh和H2O同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記，為什么？

提示不能。因?yàn)橥凰厥聚櫡ㄖ荒軝z測(cè)同位素的存在，不能檢測(cè)是哪種同位素，若同一實(shí)驗(yàn)中CO2和

H2O中的0均被標(biāo)記，則無法分辨。2中的o到底是來自CO2還是H2OO

f崎\學(xué)生用書

P074

命題點(diǎn)1光合作用的探究歷程分析

1.下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)變量的敘述，錯(cuò)誤的是（A）

A.用小球藻和CO?驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是CCh中C是否被標(biāo)記

B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)，因變量是是否產(chǎn)生還原糖

C.恩格爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌研究光合作用的實(shí)驗(yàn)中，因變量觀測(cè)指標(biāo)是需氧細(xì)菌的分布情況

D.魯賓和卡門研究光合作用中02來源的實(shí)驗(yàn)中，自變量是被18。標(biāo)記的原料

解析用小球藻和CCh驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是時(shí)間，A錯(cuò)誤；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究

酶的專一性實(shí)驗(yàn)中，需借助斐林試劑檢測(cè)是否產(chǎn)生了還原糖，即因變量是是否產(chǎn)生還原糖，B正確；恩格

爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過觀察需氧細(xì)菌的分布來判斷02產(chǎn)生的部位，最終證明葉綠體是

進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，C正確；魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的。2來自水，自變量是被

18。標(biāo)記的原料，D正確。

2.1941年魯賓和卡門用同位素18。標(biāo)記水和碳酸氫鹽，加入三組小球藻培養(yǎng)液中。在適宜光照下進(jìn)行實(shí)

驗(yàn)，結(jié)果如表所示。下列敘述錯(cuò)誤的是（C）

水中18O碳酸氫鹽中反應(yīng)時(shí)間釋放的氧氣中18o

組別

比率（％）「0比率（%）（min）比率（%）

第1組0.850.61450.86

第2組0.200.401100.20

第3組0.200.572250.20

A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氫鹽提供

B.氧氣中180比率不受光合作用反應(yīng)時(shí)間的影響

C.魯賓和卡門進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證光合作用產(chǎn)物中有氧氣

D.卡爾文也運(yùn)用相同的方法用14c標(biāo)記二氧化碳，研究暗反應(yīng)中物質(zhì)的變化

解析碳酸氫鹽能釋放二氧化碳，為光合作用提供二氧化碳，A正確；根據(jù)表格數(shù)據(jù)，在45min、110

min、225min釋放的氧氣中18。比率和水中18。起始比率基本一致，說明氧氣中比率不受光合作用反

應(yīng)時(shí)間影響，B正確；魯賓和卡門進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的目的是探究光合作用中氧氣中氧的來源，C錯(cuò)誤；卡爾文

也運(yùn)用同位素示蹤法用14c標(biāo)記二氧化碳，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性，最終探明了

CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，D正確。

命題點(diǎn)2光合作用的過程分析

3.［天津高考］研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液

滴，從而構(gòu)建半人工光合作用反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷

產(chǎn)生有機(jī)物乙醇酸。下列分析正確的是（A）

A.產(chǎn)生乙醇酸的場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)

B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅有CO2

C.類囊體產(chǎn)生的ATP和Ch參與CO2的固定與還原

D.與葉綠體相比，該反應(yīng)體系不含光合色素

解析由題干信息“該反應(yīng)體系在光照條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產(chǎn)生有機(jī)物乙醇

酸”，說明乙醇酸是在暗反應(yīng)中合成的，合成場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)，A正確；該反應(yīng)體系既能在類囊體

上進(jìn)行光反應(yīng)，又能利用16種酶等物質(zhì)進(jìn)行暗反應(yīng)，因此該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)有CO2、H2O等，B

錯(cuò)誤；類囊體上進(jìn)行的光反應(yīng)為暗反應(yīng)中C3的還原提供了NADPH和ATP,光反應(yīng)產(chǎn)生的。2不參與暗反

應(yīng)，C錯(cuò)誤；該反應(yīng)體系中有分離得到的類囊體，含有光合色素，D錯(cuò)誤。

命題變式

［設(shè)問拓展型］題干條件不變，下列說法錯(cuò)誤的是（A）

A.該反應(yīng)體系的結(jié)構(gòu)與葉綠體外膜的結(jié)構(gòu)相同

B.該反應(yīng)體系會(huì)消耗C02和H20

C.加入的16種物質(zhì)應(yīng)該包含ADP、NADP+等物質(zhì)

D.可以測(cè)定該反應(yīng)體系的凈光合速率

解析該反應(yīng)體系是由單層脂質(zhì)分子包裹形成的，而葉綠體的外膜是雙層脂質(zhì)分子，且含蛋白質(zhì)，A錯(cuò)

誤；該反應(yīng)體系能夠連續(xù)進(jìn)行CO2的固定和還原，會(huì)消耗CO2和H2O,B正確；該反應(yīng)體系是人工構(gòu)建的

光合作用反應(yīng)體系，且在光照條件下進(jìn)行，故需要加入的物質(zhì)應(yīng)包含ADP和NADP+等物質(zhì)，C正確；凈

光合速率=總光合速率一呼吸速率，而該半人工光合作用反應(yīng)體系能夠進(jìn)行光合作用，不能進(jìn)行呼吸作

用，即呼吸速率為0,故該反應(yīng)體系測(cè)定的光合速率即為其凈光合速率，D正確。

4.［2021廣東］在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列

敘述正確的是（D）

A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中

B.激活Rubisco需要黑暗條件

C.Rubisco催化CO2固定需要ATP

D.Rubisco催化C5和CCh結(jié)合

解析據(jù)題意可知，Rubisco是唯一催化CO2固定形成C3的酶，則其存在于葉綠體基質(zhì)中，A錯(cuò)誤；有、

無光照均可發(fā)生暗反應(yīng)，因此激活Rubisco不需要黑暗條件，B錯(cuò)誤；Rubisco催化CCh的固定不需要消耗

ATP,C錯(cuò)誤；據(jù)題意，Rubisco是催化CCh固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2結(jié)合形成C3的酶，D

正確。

命題點(diǎn)3不同條件下光合作用過程中物質(zhì)含量變化的分析

5.［天津高考］在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相

同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是（C）

A.紅光，ATP下降

B.紅光，未被還原的C3上升

C.綠光，NADPH下降

D.綠光，C5上升

解析葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光等可見光，吸收的綠光很少。將白光改為光照強(qiáng)度相同的紅

光，光反應(yīng)增強(qiáng)，葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH增多，C3的還原加快，短時(shí)間內(nèi)CCh的固定仍以原來

的速率進(jìn)行，導(dǎo)致未被還原的C3減少，A、B錯(cuò)誤；將白光改為光照強(qiáng)度相同的綠光，光反應(yīng)減弱，短時(shí)

間內(nèi)葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，C正確；NADPH和ATP的減少必然會(huì)導(dǎo)致C3還原生成C5減

慢，此時(shí)CCh的固定仍以原來的速率消耗C5,則短時(shí)間內(nèi)C5的含量會(huì)下降，D錯(cuò)誤。

命題變式

［條件改變型］若突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的藍(lán)紫光，則短時(shí)間內(nèi)光反應(yīng)會(huì)增強(qiáng)，產(chǎn)生ATP的速率.

加快，未被還原的C3減少。

解析改用藍(lán)紫光，相當(dāng)于增加光照強(qiáng)度，導(dǎo)致光反應(yīng)增強(qiáng)，產(chǎn)生NADPH和ATP的速率加快，C3的還原

加快，而CCh的固定速率暫時(shí)不變，因此未被還原的C3減少。

6.［山東高考，9分］人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽(yáng)能合成糖類，相關(guān)裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表

示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。

發(fā)

（1）該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是模塊1和模塊2,模塊3中的甲可與C02結(jié)

合，甲為五碳化合物（或C5）。

（2）若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將減少（填“增加”或“減少”）。若

氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變，原因是模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和

NADP+不足。

（3）在與植物光合作用固定的CO?量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于（填“高于”“低

于“或"等于”）植物，原因是人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類（或植物呼吸作用消耗糖

類）。

（4）干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是葉片氣孔開放程度降低，CCh的吸收量減

少，且植物體水分供應(yīng)不足。人工光合作用系統(tǒng)由于對(duì)環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有

廣闊的應(yīng)用前景。

解析（1）由題圖可知，模塊1利用太陽(yáng)能發(fā)電裝置將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能，模塊2利用電能電解水生

成H+和02,并發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2相當(dāng)于執(zhí)行了葉綠體中光反應(yīng)的功能。模塊

3將大氣中的CCh轉(zhuǎn)化為糖類，相當(dāng)于執(zhí)行了光合作用的暗反應(yīng)，暗反應(yīng)中CCh的固定指的是CO2和C5結(jié)

合生成C3。C3在光反應(yīng)提供的NADPH和ATP的作用下被還原，隨后經(jīng)過一系列反應(yīng)形成糖類和C5,故

該系統(tǒng)中模塊3中的甲為五碳化合物（C5）,乙為三碳化合物（C3）?（2）若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣泵突然

停轉(zhuǎn)，則C02濃度突然降低，C02的固定受阻，而三碳化合物（C3）的還原短時(shí)間內(nèi)仍正常進(jìn)行，因此短

時(shí)間內(nèi)會(huì)導(dǎo)致C3含量減少。暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+,若該系統(tǒng)氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，則模

塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足，從而導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變。（3）植

物中糖類的積累量=光合作用合成糖類的量一細(xì)胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比，該系統(tǒng)沒有呼吸作用

消耗糖類，所以在與植物光合作用固定的CCh量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。（4）干

旱條件下，為了減少水分散失，植物葉片氣孔開放程度降低，CCh的吸收量減少，影響暗反應(yīng)過程，且植

物體內(nèi)水分供應(yīng)不足，也會(huì)影響光反應(yīng)過程。因此，干旱條件下，很多植物光合作用速率降低。

7.［7分］為探究不同光照處理對(duì)植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物為材料開展了下

列實(shí)驗(yàn)，其他無關(guān)變量保持相同且適宜。請(qǐng)回答下列問題：

組別AB

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

處理光照時(shí)間為135秒

秒，總時(shí)間為135秒

光合產(chǎn)物相對(duì)含量100%94%

（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

物短暫遮光，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B組的光照時(shí)間是A

組的一半，其光合產(chǎn)物相對(duì)含量卻是A組的94%。

（3）科學(xué)家在給離體葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向培養(yǎng)體系中提供NADP+時(shí)，體系中會(huì)有NADPH產(chǎn)生，說

明葉綠體在光下會(huì)產(chǎn)生H+和屋。

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

植物短暫遮光，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。（3）科學(xué)家在給離體葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向培養(yǎng)體系中提供NADP+時(shí)，

體系中會(huì)有NADPH產(chǎn)生，說明葉綠體在光下會(huì)產(chǎn)生H卡和屋。

（-----------------------------：—：關(guān)注情境遷移應(yīng)用------------------------------

情境熱點(diǎn)3光系統(tǒng)與電子傳遞鏈、逆境下光合作用的特殊途徑

熱點(diǎn)1光系統(tǒng)與電子傳遞鏈

徵噫?國(guó)

光系統(tǒng)是由蛋白質(zhì)和葉綠素等光合色素組成的復(fù)合物，具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，包括光系統(tǒng)I

（PSI）和光系統(tǒng)II（PSII）-

注：圖中虛線表示該生理過程中電子（。）的傳遞過程。

（1）光系統(tǒng)H進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生。2、H+和自由電子（葭），光系統(tǒng)I主要介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。

（2）電子（1）經(jīng)過的電子傳遞鏈：上0一光系統(tǒng)質(zhì)體醍（PQ）T細(xì)胞色素b6f復(fù)合體T質(zhì)體藍(lán)素

（PC）一光系統(tǒng)I—鐵氧還蛋白（Fd）-NADPH。

（3）電子傳遞過程是從高電勢(shì)到低電勢(shì)，因此，電子傳遞過程中釋放能量，質(zhì)體醍利用這部分能量將質(zhì)

子（H+）逆濃度梯度從葉綠體的基質(zhì)側(cè)泵入類囊體腔側(cè)，從而建立了質(zhì)子濃度（電化學(xué)）梯度。

（4）類囊體膜對(duì)質(zhì)子是高度不通透的，因此，類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子只能通過ATP合成酶順濃度梯度流

出，而ATP合成酶利用質(zhì)子梯度來合成ATP。

（I）PSI和PSII鑲嵌在葉綠體的類囊體薄膜上,含有的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素

兩大類，這些色素的主要功能有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。

（2）圖示過程中，PSII和PSI以串聯(lián)的方式協(xié)同完成電子由水（物質(zhì)）釋放、最終傳遞給NADP+

（物質(zhì)）生成NADPH的過程。

（3）光照的驅(qū)動(dòng)既促使水分解產(chǎn)生H+,又伴隨著電子的傳遞通過PQ將葉綠體基質(zhì)中的H+轉(zhuǎn)運(yùn)至3M

體腔，同時(shí)還在形成NADPH的過程中消耗葉綠體基質(zhì)中部分H+,造成類囊體膜內(nèi)外的H+產(chǎn)生了

濃度差。請(qǐng)結(jié)合圖示信息分析，類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差在光合作用中的作用是為光反應(yīng)中ATP的合

成過程提供能量。

涵彳,闋

1.[2023湖北]植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PSI和PSII光復(fù)合體，PSII光復(fù)合體含有光合色

素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSII光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHCII,通過與PSH結(jié)合或分離來

增強(qiáng)或減弱對(duì)光能的捕獲（如圖所示）。LHCII與PSII的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯(cuò)誤

的是（C）

1..J|—|.......|..——,1JL.

JIHi.l_kurJllMIH<.I

■1JQJ1JIJ

A.葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSII光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng)

B.Mg2+含量減少會(huì)導(dǎo)致PSII光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲減弱

C.弱光下LHCII與PSII結(jié)合，不利于對(duì)光能的捕獲

D.PSII光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H+、電子和02

解析據(jù)圖可知，在強(qiáng)光下，psn與LHcn分離，減弱psn光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲；在弱光下，psn與

LHCH結(jié)合，增強(qiáng)PSH光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲。LHCII和PSII的分離依賴LHC蛋白激酶的催化，葉肉細(xì)

胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，會(huì)導(dǎo)致類囊體膜上PSII光復(fù)合體與LHCH結(jié)合增多，從而使PSII光復(fù)合

體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng)，A正確。鎂是合成葉綠素的原料，葉綠素能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，若Mg2+含量減

少，PSII光復(fù)合體中光合色素含量降低，導(dǎo)致psn光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲減弱，B正確。弱光下psn光

復(fù)合體與LHCII結(jié)合，有利于對(duì)光能的捕獲，C錯(cuò)誤。類囊體膜上的PSII光復(fù)合體含有光合色素，在光

反應(yīng)中，其能吸收光能并分解水產(chǎn)生H+、電子和。2,D正確。

2.[2021重慶]如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)物形成的示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是

(A)

A.水光解產(chǎn)生的。2若被有氧呼吸利用，最少要穿過4層膜

B.NADP+與電子（-）和質(zhì)子（比）結(jié)合形成NADPH

C.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)

D.電子（5）的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)

解析分析圖示可知，水光解產(chǎn)生的。2在類囊體腔內(nèi)，葉綠體和線粒體均有雙層膜，因此水光解產(chǎn)生的

。2若被有氧呼吸利用，至少需要穿過5層膜，A錯(cuò)誤；在光反應(yīng)過程中，NADP+與廣和質(zhì)子（酎）結(jié)合

形成NADPH,B正確；由圖可知，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP可以用于暗反應(yīng)、色素合成、核酸代謝等消耗能量

的反應(yīng)，C正確；分析可知，光反應(yīng)產(chǎn)生的電子（e-）通過一系列的有序傳遞，將光能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在ATP

中的活躍的化學(xué)能，D正確。

熱點(diǎn)2逆境下光合作用的特殊途徑

情境一光呼吸的原理和作用

1.原理：和C02競(jìng)