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课时规范练 15 光合作用原理
(选择题每小题3分)
必备知识基础练
考点一 光合作用的原理和过程
1.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)下图所示为叶肉细胞内H的部分转移路径,①~④表示生理过程,下列
相关叙述正确的是( )
H O NADPH C H O [H] H O
2 6 12 6 2
A.过程①③④均发生在生物膜上
B.过程②消耗高能磷酸化合物,NADPH还原的物质是五碳化合物
C.过程③产生ATP的量少于过程④
D.过程④是有氧呼吸和无氧呼吸共有的阶段
2.(2024·辽宁朝阳期末)下图为光合作用过程示意图,其中A表示结构,①②③④表示有关物质。
下列说法错误的是( )
A.②③的产生发生在叶绿体基质中
B.CO 的固定是CO 与④在酶催化下结合的过程
2 2
C.(CH O)中稳定的化学能来自ATP和NADPH
2
D.A结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能
3.(2024·广州综合测试)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CO 固定新途径(CETCH循环),高效地将CO 转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合
2 2
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
14.(2024·山东烟台期末)绿色植物叶肉细胞内的PSBS是一种光保护蛋白,也是一种类囊体膜蛋白,
能感应类囊体腔内高H+浓度而被激活,激活的PSBS可抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过
量的光能转换成热能释放,以防止强光对叶肉细胞造成损伤。ATP合成的能量直接来源于类囊
体膜两侧的H+浓度差。下列说法错误的是 ( )
A.光照过强会导致叶肉细胞类囊体腔内pH下降
B.激活PSBS后,光合作用产生的有机物会减少
C.PSBS的活性受H+浓度、光照强度等因素的影响
D.PSBS功能的发挥有利于类囊体膜上ATP的合成
5.(2024·黄石高三期中)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都是由光合色素和蛋白质构成的复合体,其在光反应
中的机制如图所示。下列说法错误的是( )
A.叶绿素和类胡萝卜素都能吸收红光和蓝紫光
B.水的光解发生在类囊体薄膜上,需要酶的参与
C.植物缺镁对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都有影响
D.光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
6.(2024·武汉高三联考)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径,其中磷酸丙糖转移蛋
白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素。已知CO 充足时,TPT活性降低;磷酸丙糖与Pi
2
通过TPT的运输严格按1∶1的比例进行转运。据图分析,下列有关叙述正确的是( )
A.叶肉细胞的光合产物主要是以淀粉形式运出细胞的
B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则利于蔗糖的合成
D.农业生产上可以通过增加CO 来提高作物中淀粉和蔗糖的含量
2
考点二 环境条件改变与光合产物含量变化分析
27.(2024·湖北三模)卡尔文等科学家研究发现,当植物所处环境由光照转为黑暗时,RuBP(C )含量
5
急剧下降,PGA(C )含量迅速上升;当骤然降低CO 浓度时,PGA含量迅速下降,而RuBP含量上升。
3 2
下列叙述错误的是( )
A.CO 的固定过程在叶绿体的基质中进行
2
B.RuBP可以与CO 反应并消耗ATP
2
C.C 的还原阶段消耗NADPH并合成蔗糖或淀粉等有机物
3
D.叶绿体中RuBP含量不多,因为RuBP消耗后会再生
8.为研究光照与黑暗交替处理对花生叶片叶绿体中的ATP和ADP含量变化的影响。某研究小
组测定的实验结果如图所示。结合图中结果分析,下列叙述错误的是( )
A.光照0~5 min,叶肉细胞中发生了ADP与ATP之间的相互转化
B.光照5~20 min,叶绿体中的ATP含量基本稳定,说明ATP与ADP转化逐渐停止
C.黑暗20~30 min,暗反应继续进行导致叶绿体中ATP和ADP的含量呈相反变化
D.光暗交替处理30 min,光暗条件对叶绿体中ADP与ATP转化过程的影响较大
关键能力提升练
9.(2024·武汉高三期中)如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP的生物膜结构示意图。据
图分析,下列有关叙述正确的是( )
A.图甲为叶绿体内膜,图乙为线粒体内膜
3B.两种膜产生ATP的能量直接来源均为H+的跨膜运输
C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构
D.图甲中NADPH为电子最终受体,图乙中O 为电子最终受体
2
10.(2024·湖南长沙模拟)当同时给予植物红光和远红光照射时,光合作用的效率大于分开给光的
效率,这一现象称为双光增益效应,如图1所示;出现这一现象的原因是光合作用过程中存在两个
串联的光系统,即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,其作用机理如图2所示。下列相关说法正确的是 (
)
图1
图2
A.光系统Ⅰ位于叶绿体类囊体薄膜上,光系统Ⅱ位于叶绿体基质中
B.双光增益是通过提高单位时间内光合色素对光能的吸收量来实现的
C.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ通过电子传递链串联起来,最终提高了光能的利用率
D.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生的氧化剂都可以氧化水,从而生成氧气
11.(不定项)(2024·山东滨州模拟)在番茄幼苗叶片上喷施不同浓度的海藻糖(一种非还原二糖)溶
液,探究其在高温环境下(40 ℃处理9天)对植物光合作用的影响,观测并统计叶绿素含量,如表所
示。下列叙述不正确的是( )
海藻糖溶液浓度
含量
0(CK) 0.5%(T0.5) 1.0%(T1.0) 1.5%(T1.5)
叶绿素a 0.78 0.82 1.02* 1.01*
叶绿素b 0.35 0.38 0.36 0.35
注:*表示数据在统计学水平上存在显著差异。
A.可用斐林试剂鉴定海藻糖,产生砖红色沉淀
B.叶绿素a与叶绿素b是重要的光合色素,分布于叶绿体双层膜上
C.T1.0和T1.5处理组显著提高了番茄幼苗各光合色素的含量
D.番茄幼苗在高温环境下通过利用海藻糖提高了光合作用的能力
412.(12分)(2025·八省联考内蒙古卷)为提高温室反季种植番茄的产量,探究相同光照强度下不同
红光与蓝光的比例及光周期(24 h中光/暗时长比例)对光合作用等生理过程的影响,结果如下图。
回答下列问题。
图1
图2
(1)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,将能量储存在 、
中。这两种物质在 (填场所)中发挥作用。
(2)实验发现1∶0.8组的光合速率最高,结合图1结果和色素对光的吸收光谱,分析可能的原因是
和 。
(3)在类囊体薄膜上,光合色素需要与相关蛋白质组成捕光色素蛋白复合体来行使功能。结合图
2分析,在适宜的光周期下,细胞中感受光周期的光敏色素吸收 光后,将信号传入
,增加 基因的表达,提高叶绿体对光的捕获能力。
(4)在北方某地,冬季日照时长约为10 h。利用上述实验结果,给出对温室种植番茄进行补光增产
的关键措施: 。
13.(13分)(2024·湖南卷)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗
透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使
CO 通过气孔的阻力增大,还会导致Rubisco的羧化酶(催化CO 的固定反应)活性下降,最终导致
2 2
净光合速率下降。回答下列问题。
(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生 ;光能
转化为电能,再转化为 中储存的化学能,用于暗反应的过程。
5(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量 ,从叶绿素的合成角度分析,原因是
(答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合
作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因
(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体
的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:
① ;
② ;
③ ;
④基因测序;⑤ 。
14.(14分)(2025·湖南名校第一次联考)通常情况下,水稻叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。
但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变型水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野
生型。为探究其原因,研究者在相同的强光照条件下,测定了两种水稻的光能转化效率和RuBP
羧化酶含量(单位均省略,RuBP羧化酶是催化CO 固定的酶),结果见下图。回答下列问题。
2
(1)水稻的叶绿素分布在叶绿体的 上,叶绿素等光合色素吸收的光能可以用于
的合成。RuBP羧化酶催化合成的产物是 ,突然降低光照强度,短时间内会使该化合物
的含量 (填“上升”“降低”或“基本不变”)。
(2)据图分析,在强光照条件下,突变型水稻光合作用强度比野生型高,判断依据是
(答出2点)。
(3)5 ℃时,突变型水稻和野生型水稻的光合速率都为0的原因最可能是
。
有人推测突变型水稻在高温胁迫下的光合速率比野生型高,欲研究高温胁迫对突变型水稻叶绿
体光合速率的影响,在配制叶绿体悬浮液时加入等渗的蔗糖溶液,原因是
。
6参考答案
课时规范练 15 光合作用原理
必备知识基础练
1.C 解析 过程①表示光反应中水的光解,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,过程③表示有氧呼吸
第一、二阶段,分别发生在细胞质基质和线粒体基质中,不在生物膜上,④表示有氧呼吸第三阶段,
发生在线粒体内膜上,A项错误;NADPH还原的物质是三碳化合物,B项错误;过程③表示有氧呼
吸的第一、二阶段,都只能产生少量的ATP,过程④是有氧呼吸第三阶段,能产生大量的ATP,C
项正确;葡萄糖分解形成丙酮酸和[H]是有氧呼吸和无氧呼吸共有的阶段,过程④是[H]和氧气结
合形成水的过程,是有氧呼吸的第三阶段,D项错误。
2.D 解析 图中A为类囊体薄膜,在其上进行的反应过程为水的光解产生NADPH和O ,同时合
2
成ATP,NADPH和ATP在叶绿体基质中参与暗反应,生成②NADP+和③ADP+Pi,A项正确;CO
2
的固定是CO 与④C 在酶催化下结合成两分子C 的过程,B项正确;光合作用的光反应产生的
2 5 3
ATP、NADPH均可以为C 的还原提供能量,转化为有机物(CH O)中稳定的化学能,C项正确;在
3 2
光反应中,叶绿素所吸收的光能全部转化为不稳定的化学能储存到ATP和NADPH中,D项错误。
3.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光反应阶
段,A项正确;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
项正确;图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料,C项错误;人造叶绿体可利
用CO ,故若其得到广泛应用,一定程度上可抵消碳排放的影响,D项正确。
2
4.D 解析 光照过强,类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内的高H+浓度而被激活,说明光照过强
时叶肉细胞类囊体腔内pH下降,A项正确;激活PSBS后,使水的光解受到抑制,光反应阶段生成
的NADPH减少,引起暗反应阶段C 的还原减弱,导致光合作用产生的有机物减少,B项正确;光照
3
强度会影响光反应阶段水的光解等过程,H+是水的光解的产物,PSBS能感应类囊体腔内的高
H+浓度而被激活,因此PSBS的活性受H+浓度、光照强度等因素的影响,C项正确;ATP合成的能
量直接来源于类囊体膜两侧的H+浓度差,PSBS功能的发挥可最终将过量的光能转换成热能释放,
以防止强光对叶肉细胞造成损伤,因此PSBS功能的发挥不利于类囊体膜上ATP的合成,D项错
误。
5.A 解析 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,A项错误。
6.B 解析 由题图可知,叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的,A项错误;若磷酸丙
糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则有利于淀粉的合成,C项错误;由于CO 充足时,TPT
2
活性降低,导致磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程受到影响,所以增加CO 能提高作物中淀粉
2
的含量,但蔗糖的含量会下降,D项错误。
7.B 解析 CO 的固定过程在叶绿体的基质中进行,A项正确;根据题干可以判断,RuBP是C ,而
2 5
PGA是C ,RuBP可以与CO 反应但是不消耗ATP,B项错误;C 的还原阶段利用光反应产生的
3 2 3
NADPH和ATP合成蔗糖或淀粉等有机物,C项正确;在光合作用的卡尔文循环中,当CO 与
2
RuBP结合后,经过一系列反应,RuBP被消耗,但同时,在一系列酶促反应下,会不断地再生出新的
RuBP,使其能持续参与CO 的固定过程,D项正确。
2
78.B 解析 图中ATP和ADP含量变化曲线显示,在开始光照的0~5 min内,ATP含量迅速上升,
而ADP含量迅速下降,依据二者之间的转化关系可知,叶绿体中发生了ADP+Pi+能量 ATP的
转化过程,A项正确;在有光照的条件下,叶绿体内将持续进行光合作用的光反应和暗反应过程,叶
绿体类囊体膜捕获光能后利用ADP和Pi为原料持续合成ATP,合成的ATP也会持续供给暗反
应中C 的还原过程,曲线显示叶绿体中ATP含量基本稳定,说明ATP与ADP的持续转化已维持
3
在一定的速率下,而叶绿体中的ATP与ADP转化持续进行,并未停止,B项错误;在黑暗20~30
min内,叶绿体因无光照,光反应停止,无法持续合成ATP,而暗反应在停止光照的短暂时间内继续
进行,会继续消耗ATP,同时产生ADP,从而导致了ATP和ADP的含量呈相反变化,C项正确;曲
线显示在光暗交替处理30 min内,ATP与ADP含量变化较大,这说明光暗条件主要对叶绿体内
ADP与ATP转化过程的影响较大,D项正确。
关键能力提升练
9.B 解析 图甲中利用光能分解水,为光合作用的光反应阶段,所以图甲为叶绿体中的类囊体薄
膜,图乙中利用NADH生成水和ATP,应为有氧呼吸第三阶段,所以图乙为线粒体内膜,自养需氧
型生物,如硝化细菌为原核生物,不存在图甲结构和图乙结构,A、C两项错误;由图可知,这两种膜
结构上的ATP合成酶在合成ATP时,都需要利用膜两侧的H+跨膜运输,即H+的梯度势能转移到
ATP中,B项正确;图甲中的NADP+接受电子变成NADPH,NADP+为电子最终受体,图乙中O 接
2
受电子变成水,O 为电子最终受体,D项错误。
2
10.C 解析 绿色植物进行光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,故两个光系统均位于类囊体薄
膜上,A项错误;单位时间内光合色素对光能的吸收量取决于光照强度、光合色素的量等,由图可
知,双光增益现象得益于PSⅡ和PSⅠ之间形成电子传递链,相互促进,最终提高了光能的利用
率,B项错误,C项正确;由图可知,只有光系统Ⅱ可以氧化水,D项错误。
11.ABC 解析 由题意可知,海藻糖是一种非还原二糖,不可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀,A
项错误;叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上,B项错误;光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素,
由表格数据可知,T1.0和T1.5处理组的叶绿素a含量有显著提高,但叶绿素b含量无显著差异,类
胡萝卜素含量未测定,C项错误;在高温环境下,在番茄幼苗叶片上分别喷施1.0%和1.5%的海藻
糖溶液,叶绿素a的含量均显著增多,可推测其光合作用能力得到提高,D项正确。
12.答案 (1)ATP NADPH 叶绿体基质
(2)1∶0.8条件下,叶绿素含量最高 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
(3)红 细胞核 调控叶绿素合成
(4)调整光质红光与蓝光为1∶0.8,以提升叶绿素含量,从而提高光合速率,达到增产的目的
解析 (1)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,即光反应的过
程,将能量储存在ATP和NADPH中,这两种物质在暗反应过程中还原C ,该反应发生在叶绿体基
3
质中。
(2)由图1可知,各光质比例下,叶绿素含量相差较大,但类胡萝卜素含量相差不大,且在红光与蓝
光比例为1∶0.8条件下,叶绿素含量最高,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,所以该条件下光合速率最高。
(3)由图2可知,在适宜的光周期下,叶绿素含量显著提升,说明光敏色素吸收红光后,将信号传入
细胞核,增加调控叶绿素合成的基因的表达,提高叶绿素含量,从而提高叶绿体对光的捕获能力。
8(4)由图2可知,光照时长在8~12 h时,叶绿素含量相对较低,此时可通过调整光质红光与蓝光为
1∶0.8,以提升叶绿素含量,从而提高光合速率,达到增产的目的。
13.答案 (1)O 和H+ ATP和NADPH
2
(2)降低 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节能力,进而影响细
胞对Mg、N等元素的吸收,使叶绿素合成减少
(3)①分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA ②根据编码Rubisco的两个基因的两
端DNA序列设计相应引物 ③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 ⑤
和已知基因序列进行比较
解析 (1)光反应过程中水的光解会产生O 和H+,H+再和NADP+结合产生NADPH。该过程中光
2
能转化为电能,电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)由“钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进
光合产物的运输和转化等”可知,长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低,其原因是钾参与酶活
性的调节,缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞的渗透压,进而
影响细胞对Mg、N等元素的吸收,而Mg和N是合成叶绿素的必需元素。
(3)Rubisco由两个基因编码,这两个基因及两端的DNA序列已知,因此检测其是否突变的基本思
路是利用PCR技术扩增突变体的相应基因,测序后与已知序列进行比较。
14.答案 (1)类囊体薄膜 NADPH和ATP C 上升
3
(2)突变型水稻光能转化效率比野生型高;突变型水稻RuBP羧化酶含量比野生型高
(3)温度过低,光合作用有关酶的活性受到抑制 维持叶绿体膜内、外溶液的渗透压
解析 (1)叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,叶绿素等光合色素吸收的光能用于光反应中
NADPH和ATP的合成。RuBP羧化酶是催化CO 固定的酶,能催化CO 与C 结合生成2分子的
2 2 5
C 。突然降低光照强度,光反应产生NADPH和ATP减少,C 的还原速率降低,而CO 的固定短时
3 3 2
间内仍在进行,导致C 的含量上升。
3
(2)据图可知,突变型水稻光能转化效率比野生型高导致光反应速率比野生型高;突变型水稻
RuBP羧化酶含量比野生型高导致暗反应速率比野生型高,因此,突变型水稻光合作用强度比野
生型高。
(3)温度通过影响光合作用有关酶的活性对光合速率产生影响。为维持叶绿体的正常形态和功
能,需保持叶绿体膜内、外的渗透压平衡,即需要形成等渗溶液,故配制叶绿体悬浮液时应加入等
渗的蔗糖溶液。
9
