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专题06 光合作用
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
试剂
原理
提取
无水乙醇
绿叶中的色素溶于有机溶剂，而不溶于水
分离
层析液
各种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
(2)实验步骤
(3)实验结果分析
色素种类
颜色
吸收光谱
胡萝卜素
类胡萝卜素(含量约占1/4)
橙黄色
主要吸收蓝紫光
叶黄素
黄色
叶绿素
a
叶绿素(含量约占3/4)
蓝绿色
主要吸收蓝紫光和红光
叶绿素b
黄绿色
结果分析：
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素
a ，最窄的
是胡萝卜素，叶绿素b 的色素带比叶黄素的稍宽。
1
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③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素
a 和叶绿素
b 。
2．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只
是吸收量较少。
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：
H2
18O＋CO2→植物→18O2；
H2O＋C18O2→植物→O2
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.光合作用的概念及反应式
(1)光合作用的概念：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)反应式：CO2＋H2O――→(CH2O)＋O2
3．光合作用的过程
2
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项目
光反应
暗反应
过程模型
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、NADP ＋、
Pi，必须有光
多种酶、ATP 、NADPH 、
CO2、C5，有无光均可
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
①水的光解：
2H2O――→4H＋＋O2；
②ATP 的合成：
ADP＋Pi＋能量――→ATP；
③NADPH 的合成：
NADP＋＋H＋――→NADPH
①CO2的固定：
CO2＋C5――→2C3；
②C3的还原：
注：NADPH 为C3 还原提供还
原剂和能量。
能量转化
光能→ATP
和
NADPH
中活跃的化学能
ATP 和NADPH 中活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
关系
在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后，将水分解为
O2和
H ＋ 等，形成ATP
和
NADPH
，于是光能转化成ATP
和
NADPH
中的化
学能；ATP
和
NADPH
驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为
储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化
密不可分
(1)源于必修1 P104“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1 P104“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1 P104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30 s 的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，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
CO
2转化成的第一个产物。
(4)源于必修1 P106“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
3
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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
4.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”分析各物质变化
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，
分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
5．光合作用的意义
太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生
物学途径。
4
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难度：★★★☆☆ 建议用时： 30 分钟 正确率 ： /20
一、单选题
1．根据科学家对光合作用的探索历程部分实验的分析，下列有关叙述正确的是（ ）
A．希尔反应模拟了叶绿体光合作用中的光反应阶段，说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都
来自水
B．鲁宾和卡门通过两组对比实验证明了光合作用释放的氧气来自H2O 而不来源于CO2，并检测到了具
有放射性的
18O2
C．阿尔农的实验说明ATP 的合成总是与水的光解相伴随
D．希尔反应中氧化态电子受体变为还原态电子受体，其实质是NADP+与H+结合形成NADH
2．下列有关科学史和科学研究方法的说法错误的是（ ）
A．卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明了CO2→C5→（CH2O）
B．希尔制取叶绿体悬液并加入草酸铁，光照后发现存在还原性物质将Fe3+还原成Fe2+
C．鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自于H2O
D．恩格尔曼用水绵进行实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
3．将某种植物栽培于玻璃温室内，下图为用CO2浓度测定仪测定的密闭玻璃温室内一昼夜CO2浓度的变
化情况，则下列相关说法错误的是（ ）
A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，玻璃罩内O2的含量在f 点后又开始出现下降
B．图中b 点和f 点时，光合作用强度等于呼吸作用强度
C．de 段CO2浓度下降趋于平缓的原因主要是叶肉细胞的部分气孔关闭
D．植物体的所有细胞都能进行光合作用和细胞呼吸，且ATP 的合成都是在膜上进行的
4．光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、
TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT 支路），如图虚线所示。据图分析，下
列推测正确的是（ ）
5
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A．光呼吸时C5与O2的结合发生在线粒体内膜上
B．在光呼吸中有ATP 和NADPH 的生成和消耗
C．有GCGT 支路的转基因植物发生了基因突变
D．GCGT 支路可以降低碳损失从而提高光合效率
5．滴灌是干旱缺水地区最有效的节水灌溉方式。为制定珍稀中药龙脑香樟的施肥方案，研究者设置3 个实
验组（T1-T3，滴灌）和对照组（CK，传统施肥方式），按下表中施肥量对龙脑香樟林中生长一致的个体
施肥，培养一段时间后测得相关指标如下表。据表分析错误的是（ ）
处
理
施肥
量/（mg/kg）
呼吸速
率/（μmol·m-2s-1）
最大净光合速
率/（μmol·m-2s-1）
光补偿
点/（μmol·m-2s-1）
光饱和点
/（μmol·m-2s-1）
T1
35.0
2.74
13.74
84
1340
T2
45.5
2.47
16.96
61
1516
T3
56.0
2.32
15.33
61
1494
CK
35.0
3.13
11.59
102
1157
（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程
中释放的CO2等量时的光照强度。）
A．光照强度为100μmol·m-2s-1时，实验组比对照组积累更多有机物
B．光照强度为1600μmol·m-2s-1时，实验组的光合速率比对照组更高
C．实验结果不能说明滴灌能够提高水肥利用效率
D．各处理中T2 的施肥方案最有利于龙脑香樟生长
6．大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco 的酶，参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下，
Rubisco 以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP 结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，
使RuBP 结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是（ ）
6
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A．大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B．光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C．有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D．干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
7．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验，结果
如题图。下列分析错误的是（ ）
A．光合作用时ATP 从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质移动
B．只要供给ATP 和NADPH，叶绿体可在里暗中将CO2转变为糖
C．该实验直接测量出来的O2释放速率是净光合作用速率
D．阴影部分的面积可表示一个光暗交替的时间内NADPH 和ATP 的积累量
8．研究人员为进行相关探究，设计了以下实验装置，基本使用过程如图所示。甲基蓝结晶使溶液呈蓝色，
其对浓度的影响忽略不计。若a 管溶液浓度小于b 管，则蓝色液滴上浮；反之，则蓝色液滴下沉；若相等，
则蓝色液滴位置不变。下列说法正确的是（ ）
A．科研人员的实验目的可能是比较不同植物种类叶圆片的细胞液浓度大小
B．若蓝色液滴上移，则光学显微镜下能观察到叶圆片细胞中细胞液的绿色变深
7
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C．若将装置中的蔗糖溶液换成硝酸钾溶液，当叶圆片细胞质壁分离又复原时，蓝色液滴位置不变
D．若将a 管中液体换成适宜浓度碳酸钠溶液，通过观察叶圆片上浮的数量可以探究光照强度对光合作
用强度的影响
9．研究人员测定了不同温度条件下，水稻植株在黑暗中单位时间内O₂ 的消耗量以及光照条件下单位时间
内O₂ 的释放量，结果如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．O₂ 产生的场所是叶绿体的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质
B．35℃时水稻植株的有机物积累量大于20℃时的有机物积累量
C．30℃时水稻植株固定CO₂ 的量是其产生CO₂ 量的2 倍
D．据图分析可知，40℃时水稻植株的光合作用停止
10．为探究 C4 植物中的 PEPC 酶和 PPDK 酶能否提高C3植物光合作用的 效率，研究者将玉米（C4 植
物）的PEPC 酶基因和PPDK 酶基因导入水稻（C3植物）。在灌浆期一定的 CO2 浓度条件下，分别测定
了双转基因水稻和原种水稻的叶绿素含量及净光合速率，结果如下图所示。下列有关分析，错误的是（
）
A．该实验的自变量为是否导入 PEPC 酶基因和和 PPDK 酶基因
B．由图甲可知，双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高
C．PEPC 酶基因和PPDK 酶基因通过降低细胞呼吸作用来提高净光合速率
D．若在适宜光照条件下提高实验时CO2的浓度，可增加双转基因水稻的产量
11．下图表示某植物同化CO2的过程，夜晚气孔开放，吸收CO2并转化为苹果酸储存起来；白天气孔关闭，
苹果酸分解生成CO2，相关描述正确的是（ ）
8
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A．细胞内的pH 值清晨比傍晚时高
B．白天进行光合作用利用的CO2全部来自苹果酸的分解
C．该植物白天将光能转化为活跃的化学能，夜晚将活跃的化学能转化为稳定的化学能
D．白天气孔关闭可有效减少水分蒸发，有利于适应高温干旱环境
12．如图为RuBP 羧化酶的催化过程，下列有关RuBP 羧化酶的叙述，正确的是（ ）
A．提取RuBP 羧化酶时，研磨叶片时应加入无水乙醇
B．RuBP 羧化酶能为CO2固定提供所需的活化能
C．若突然升高CO2浓度，短时间内RuBP 的量将增大，3-PGA 的量将减少
D．适当增强光照时，叶绿体基质中RuBP 羧化酶活性增强，催化C3合成速率加快
13．某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。图表示两
者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是（ ）
9
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A．光照强度低于P 时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P 时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度高于P 时，光照强度不是限制突变型光合速率的主要环境因素
D．光照强度低于P 时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
14．科研人员研究了温度对人工种植的番茄幼苗光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验
结果如图所示。据图分析，下列说法错误的是（ ）
A．真光合的最适温度在30~35℃之间
B．P 点时，叶绿体吸收CO2与线粒体产生CO2达到平衡
C．持续光照条件下，25℃最有利于番茄幼苗生长
D．日夜各12 小时，20℃
最有利于番茄幼苗生长
15．Rubisco 酶是一种能催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。某种藻类能够吸收水体
中的CO2和HCO3
-，使细胞中无机碳含量高出胞外500～1000 倍以上，极大地提高了Rubisco 酶所在局部空
间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。下列相关叙述错误的是（ ）
A．Rubisco 酶催化CO2固定的过程发生在叶绿体基质中
B．由图可知，该藻类可以通过主动运输方式吸收并积累HCO3
-
C．光合作用中卡尔文循环过程所需的ATP 全部来自于细胞呼吸
D．若培养液中加入一定量H14CO3
-，追踪放射性可验证图中碳的转移途径
二、多选题
16．光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使
10
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PSI 和PSII 上发生电荷分离产生高能电子，高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一
方面引起水的裂解以及NADP+的还原；另一方面建立跨膜的H+浓度梯度，启动光合磷酸化形成ATP。光
反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．原初反应实现了光能到电能的能量转化过程
B．类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关
C．图中H+通过主动运输进入叶绿体基质
D．光反应产生的NADPH 和ATP 用于暗反应中三碳化合物的还原
17．在光照强度等其他条件相同且适宜的情况下，测定了某幼苗在不同温度下的CO2吸收速率，在黑暗条
件下测定了该幼苗在不同温度下的CO2生成速率，实验结果如表所示。下列叙述正确的是（ ）
温度/℃
25
30
35
40
45
50
55
CO2吸收速率
μmolCO2·dm－2·h－1
3.0
4.0
4.0
2.0
-1.0
-3.0
-2.0
CO2释放速率
μmolCO2·dm－2·h－1
1.5
2.0
3.0
4.0
3.5
3.0
2.0
A．分析表中的数据，可知35℃时植物实际光合速率最大
B．若进一步测量实际光合速率的最适宜温度，需要在30~40℃设置温度梯度继续实验
C．若昼夜时间相等，植物在25~35C 时可以正常生长
D．30℃与40℃时实际光合速率相同，说明酶的活性不受温度的影响
18．下图表示夏季某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化。据图分析，下列有关叙述错
误的是（ ）
11
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A．b 点时产生NADPH 的细胞器有线粒体、叶绿体
B．影响ef 段净光合速率的主要环境因素是CO2浓度
C．cd 段植物体内有机物含量基本不发生变化
D．由图可知，一定程度的遮光可以提高净光合速率
19．下图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程及两者之间的联系。其中甲—戊表示生理过程，
a—d 表示相关物质。下列说法不正确的是（ ）
A．物质a 表示ATP，物质c 表示O2，物质d 表示CO2
B．甲表示光合作用的光反应阶段，对光能的吸收不需要酶的直接参与
C．若该叶肉细胞产生的物质c 和物质d 的量相等，则该植物的净光合速率为0
D．用
18O 同时标记H2O 和CO2，可探究光合产物O2中O 元素的来源
20．蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示，其中Rubisco 是光合作用过程中催化CO2固定的酶，也能催化
O2与C5结合，下列叙述正确的是（ ）
A．CO2与O2可能竞争性结合Rubisco 的同一活性位点
B．CO2通过细胞膜和光合片层膜的跨膜运输方式相同
C．CO2固定过程不消耗能量与Rubisco 作用机理有关
D．蓝细菌的CO2浓缩机制可以提高羧化体中的CO2浓度
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