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第10 讲 光合作用
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01 课标达标练
【题型一】捕获光能的色素和结构
【题型二】光合作用的原理和应用
02 能力突破练
03 高考溯源练
题型一 捕获光能的色素和结构
1．细胞中由生物膜形成的各种区室在结构和功能上既相对独立又密切联系，这与各种生物膜的结构和功
能有着直接关系。下列叙述错误的是（ ）
A．细胞膜具有物质运输、能量转化、信息传递与识别等功能
B．叶绿体以类囊体堆叠的方式扩大膜面积，有利于吸收光能
C．溶酶体的膜蛋白高度糖基化，可以防止被内部水解酶降解
D．各种细胞器、细胞膜和细胞核等构成了细胞的生物膜系统
2．五彩斑斓的生物世界与生物体内各种色素有着重要关联。下列关于生物色素的说法，正确的是
（ ）
A．与青菜相比，发菜中光合色素的种类与青菜中的光合色素种类相同
B．叶绿素不仅可以吸收蓝紫光，还可以吸收红光和红外光
C．缺Mg 会影响光合色素的合成，使绿色植物的光补偿点变大和光饱和点变小
D．用红色苋菜叶进行色素分离实验可得到5 条色素带，花青素位于叶绿素a、b 之间
3．下列有关高中生物实验的叙述，正确的是（ ）
A．质壁分离实验中，用蔗糖溶液处理紫色洋葱表皮细胞后需立即用显微镜观察其动态变化
B．鉴定脂肪时，苏丹Ⅲ染色后的花生子叶切片可直接用高倍显微镜观察到橘黄色颗粒
C．观察黑藻细胞叶绿体时，需在载玻片上滴加生理盐水后放置黑藻小叶片再加盖玻片
D．提取叶绿体色素时加入无水乙醇用于溶解色素，质壁分离自动复原说明细胞仍存活
4．某兴趣小组利用色素的提取和分离技术，设计实验验证：光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响
类胡萝卜素的合成。下列叙述错误的是（ ）
A．提取色素时加入碳酸钙是为了避免色素被破坏
B．将暗处生长的韭菜幼苗等分为两组，一组光照，一组暗处理
C．分离色素时滤液细线不能触及层析液，否则色素会被溶解
D．暗处理组比光照组色素带窄，缺少自下而上的第3、4 条色素带
5．韭黄是韭菜隔绝光照在黑暗中种植获得的。某同学用韭菜和韭黄进行了光合色素的提取和分离实验，
分别得到滤纸条甲和乙，如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．该实验不能证明光照影响叶绿素的合成
B．研磨时加入二氧化硅可以防止研磨中叶绿素被破坏
C．滤纸条乙的2 条色素带从上至下为叶绿素a、叶绿素b
D．色素分离的原理是不同色素在有机溶剂中的溶解度不同
6．经甲基磺酸乙酯诱变籼稻，获得黄绿叶突变体y。研究者提取野生型及突变体y 的光合色素并测定其含
量，结果如下图所示，下列叙述错误的是（ ）
A．突变体y 叶片颜色变化与叶绿素含量变化有关
B．实验时常用无水乙醇提取绿叶中的各种光合色素
C．将籼稻幼苗遮荫处理后可得到类似突变体y 的结果
D．光合色素所吸收的光能可直接转换成有机物中的化学能
7．将羽衣甘蓝的叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果
如图所示。已知1、2、3、4、5 代表不同类型的色素。下列分析错误的是（ ）
A．色素5 在层析液中的溶解度最小
B．蒸馏水分离时点样点应浸没在蒸馏水中
C．色素1、2、3、4 均可吸收蓝紫光
D．缺镁会影响色素3 和4 的含量
题型二 光合作用的原理和应用
8．下列是探索光合作用的有关实验，说法正确的是（ ）
A．希尔反应中，离体的叶绿体在光照及其他适宜条件下释放了O₂
B．鲁宾和卡门给植物提供H₂O 和C¹⁸O₂，可判断O₂ 是来自H₂O
C．卡尔文用¹⁴ CO₂ 追踪，未探明CO₂ 中的C 转化为有机物中C 的过程
D．恩格尔曼用极细光束照射离体的叶绿体，好氧细菌集中于被光束照射部位
9．科学家在浅海火山口发现了一种新的蓝细菌，这种蓝细菌特别擅长在二氧化碳存在的情况下快速生长，
并将二氧化碳转变成碳储存颗粒，蓝细菌的这种特性，最可能与下列哪种细胞结构或生理过程有关
（ ）
A．细胞壁的成分主要是肽聚糖，能有效吸附二氧化碳
B．蓝细菌含有藻蓝素和叶绿素，能进行光合作用固定二氧化碳
C．蓝细菌的核糖体数量特别多，蛋白质合成能力强
D．蓝细菌的细胞膜具有特殊的通道蛋白，能快速运输二氧化碳
10．利用蓝细菌通过光合作用将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。下图表示的是某蓝细菌
的光合作用过程，下列说法不正确的是（ ）
A．过程I 场所在叶绿体类囊体薄膜上
B．过程Ⅱ中③的缺乏会导致C3含量下降
C．物质①和②用于C3分子的还原
D．图中色素可以用无水乙醇提取
11．科研人员利用“间隙光”（光照20 秒、黑暗20 秒交替进行）处理叶肉细胞一段时间后，检测叶肉细
胞O2释放速率和CO2吸收速率，部分实验结果如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．在AB 段，产生O2的部位是叶绿体内膜
B．在BC 段，叶绿体中没有ATP 消耗
C．在CD 段，光合作用强度等于呼吸作用强度
D．在EF 段，叶绿体能利用CO2合成有机物
12．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，其能量转化效率是玉米的3.5 倍。相关装置及过程如图所
示。模块3 中甲、乙表示物质，反应过程与卡尔文循环过程相同。回答下列问题。
(1)该系统中模块1 和2 相当于光合作用中 能转化为储存在 中化学能的过程。
(2)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量 （填“高于”“低于”
或“等于”）植物，原因可能是 。
(3)玉米的能量转化效率低于人工光合作用系统，但高于水稻。玉米是C4植物，通过PEP 羧化酶催化CO2
与PEP 反应，形成C4。水稻是C3植物，通过Rubisco 酶催化CO2与RuBP 反应，形成C3。这两种酶均可固
定CO2，但PEP 羧化酶与CO2的亲和力比Rubisco 酶高出60 多倍，在夏季高温干旱季节，水稻和玉米相比，
植株生长占优势，理由是 。
(4)人工光合作用系统的应用前景广阔，具有哪些优点 。（答出1 点）
13．小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家粮食安全。
材料一：小麦的光反应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为光系统
Ⅰ和光系统Ⅱ）中的电子被光激发的反应，如图所示。
（1）据图可知，光系统Ⅱ中，光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态，这个高能电子随后
丢失能量而进入光系统Ⅰ，光系统Ⅱ中丢失的电子由 中的电子补充；光系统Ⅰ中也有高能电子，其
作用是形成 。
材料二：当光照过强，小麦吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。强
光条件下，气孔关闭，叶肉细胞内因NADP+不足、O2浓度过高，会生成一系列光有毒产物，若这些物质不
能及时清理，会攻击叶绿素和光系统Ⅱ中的D₁ 蛋白，从而损伤光合结构。
（2）强光条件下，叶肉细胞O2浓度过高，分析可能的原因 。
（3）研究发现，Ca2+能够缓解因强光引起的D1蛋白含量下降。请以小麦为实验材料设计实验验证该结论，
请写出实验思路和预期结果 。
1．关于细胞中的
和
，下列说法正确的是（ ）
A．给植物提供
，一段时间后会发现含
的氧气
B．若给动物提供
不会出现在
中
C．给植物提供
后，一段时间后
会出现在葡萄糖等有机物中
D．用
标记葡萄糖，培养动物细胞，每隔一段时间检测含
的化合物，可探究有氧呼吸的过程
2．研学小组成员将某种大型绿藻的叶状体剪成大小相同的小段，以相同时间内从水下上浮的叶状体小段
数量为指标，探究温度对其光合作用强度的影响，结果如图。相关叙述正确的是（ ）
A．叶状体中CO2的减少导致其上浮
B．4℃条件下该绿藻叶状体无法进行光合作用
C．各组实验应在CO2浓度较高且相同的水中进行
D．增加光照强度可使得各组叶状体小段上浮数量均增加
3．原初反应是光合作用的初始步骤，包括光能被天线色素吸收、传递至反应中心和反应中心色
素与原初电子供体D 和原初电子受体A 之间的氧化还原反应。图甲为原初反应示意图，Chl、Chl*和
Chl+分别为反应中心色素的初始态、激发态和氧化态。图乙为光合色素X 的结构简式。下列相关说法，正
确的是（ ）
A．光能自养型生物进行原初反应的场所均为类囊体薄膜
B．色素X 为叶绿素，尾部可锚定于类囊体膜中，R 结构不同时色素X 的吸收光谱相同
C．D 释放的电子最初来自水的光解，A 接受的电子最终进入ATP 和NADPH
D．反应中心色素能将光能转换为电能，为后续ATP 和NADPH 的生成提供能量
4．下图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。下列叙述正确的是（ ）
A．图示中能产生ATP 的结构有细胞质基质和线粒体
B．图中
浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体基质>类囊体腔
C．水光解产生的H⁺可进一步形成NADH，为暗反应提供还原剂和能量
D．光反应通过确保暗反应中CO2的供应，帮助该绿藻适应水生环境
5．绿色硫细菌（厌氧菌）因缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧的光合作用，如图所示。下
列说法错误的是（ ）
A．绿色硫细菌在光合片层上将光能转化为NADPH 和ATP 中的化学能，用于暗反应
B．ATP 合酶利用H⁺浓度差合成ATP，H+浓度差的形成是因为高能电子提供能量进行H+的跨膜运输
C．绿硫细菌的光合片层的结构和功能类似类囊体
D．绿色硫细菌光合作用的光解底物是H2S 而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在氧气稀缺
的环境中得以延续和发展
6．某生物研究小组在密闭恒温玻璃室内进行植物栽培实验，从凌晨0 点开始连续48 小时测定温室内CO2
浓度及植物CO2吸收速率，得到如图所示曲线（假设整个过程呼吸速率保持恒定），下列相关叙述错误的
是（ ）
A．经过48 小时，该植物体内有机物积累量大于0
B．0 点时叶肉细胞中产生 ATP 的场所是线粒体和细胞质基质
C．若夜间突然开启光照，短时间内叶肉细胞中C3含量将上升
D．12~18 小时CO2浓度下降速率渐缓，可能与暗反应速率下降有关
7．当光照强度大于光饱和点时，常引起光抑制或光损伤。光抑制主要发生在光系统PSII 上，电
子积累过多时产生的活性氧ROS（自由基）会破坏PSII，使光合速率下降。铁氰化钾可有效解除植物的光
抑制现象。菠菜植株光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成，如图1 所示。高温
胁迫也会导致ROS 积累，引起光抑制现象，如图2 所示。根据所学知识回答下列问题：
（1）由图1 可知，位于类囊体薄膜上的光系统是由蛋白质和 组成的复合物。
（2）强光会造成叶绿体内电子积累过多，若NADP+不足，电子会传递给O2生成ROS。若某物质X 会阻断
NADP+和电子的结合，则物质X 处理植物后光抑制可能会 （填“增强”或“减弱”）。强光条件下，
图示中e-的转移途径为e-→NADP+→ （氧化剂），从而缓解光抑制。
（3）ROS 破坏光系统，使植物光合速率下降，请用自由基学说解释其原因可能是 。
（4）高温胁迫也会引发ROS 积累。分析图2，ROS 过量合成后引起光抑制的机制是 。（答出2 点）。
（5）当植物处于高温环境中，会通过代谢调节过程，使叶绿素含量降低，引起叶片衰老。该过程的积极
意义是 。
8．通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每
天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处
理
指标
光饱和
光补偿
低于5klx 光合曲线的斜率
叶绿素含量
单株
单株
单株
点
（klx）
点
（klx）
（mgCO2·dm-2·hr-1·klx-1）
（mg·dm-2）
光合
产量
（g
干
重）
叶光
合产
量
（g
干
重）
果实
光合
产量
（g
干
重）
不
遮
阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮
阴
2
小
时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮
阴
4
小
时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线
回答下列问题：
（1）从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加 ，提高吸
收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ；结合光
补偿点的变化趋势，说明植株通过降低 ，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根
据表中 的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。
（2）植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，
植株优先将光合产物分配至 中。
（3）与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作
物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 （A．<2 小时B．2 小时C．4 小时D．
>4 小时），才能获得较高的花生产量。
（4）为研究干旱对水稻耐热性的影响，科学家将相同的水稻种子分别置于正常条件(CK)，单一高温条件
(H)和干旱—高温交叉条件(DH，先干旱后高温)下萌发，测定其幼苗叶片的叶绿素含量、净光合速率和气
孔导度结果如图3 所示：
结合光合作用原理分析，净光合速率H 组降低程度 DH 组，推测对水稻进行适度的干旱预处理，
可 水稻的耐热性，原因是用干旱-高温交叉条件处理时水稻的
。
9．小球藻由于光合效率高、油脂含量高等特点被视为新型生物柴油的首选原料之一。图1 为小
球藻叶绿体内的光反应机制，其中PSI 和PSII 表示光系统，图2 表示小球藻细胞合成生物柴油等代谢的过
程。
（1）ATP 合成酶分布于图1 和图2 中的 膜上,作用是 ;水光解产生的电
子经一系列的传递，与①共同形成了② ，PSI 和PSII 吸收的光能储存于
中，参与暗反应。
（2）图2 中，物质X 是 ，可跨膜转运至线粒体内，转变为 参与三羧酸循
环；此外，物质X 还能在相关酶的作用下生成 。
（3）科研人员将小球藻在不同条件进行培养，发现在缺氮条件下，小球藻会降低蛋白质、淀粉的合成，
转而合成更多的油脂，请从元素组成和能量角度分析小球藻调整物质合成的意义 。
10．目前全球土壤盐渍化问题严重，盐渍环境下，植物生长会受到抑制。为了解盐胁迫对水稻光合作用的
影响，科研人员探究了不同程度盐胁迫下水稻抽穗期光合生理的响应，结果如下表所示。
分组处理
叶绿素含量
（mg/g）
净光合速率
[μmol/（m2·s）]
气孔导度
[μmol/（m2·s）]
胞间CO2浓度
（μL/L）
叶绿素
a
叶绿素
b
对照
2.52
0.24
36.11
1495.16
303.55
盐胁
迫
轻
度
2.38
0.21
26.49
1242.28
307.40
中
度
1.80
0.15
24.00
1069.34
310.98
重
度
1.48
0.12
18.94
1025.03
317.62
（1）水稻叶肉细胞中叶绿素主要吸收的光为 。测定叶片叶绿素含量时，可用 提取光合色
素；分离色素时，色素在滤纸条上的扩散速度与 有关。
（2）导致光合速率降低的因素包括气孔限制因素（CO2供应不足）和非气孔限制因素（CO2得不到充分利
用）。盐胁迫处理，导致水稻光合速率降低的因素属于 （填“气孔”或“非气孔”）限制因素。
盐碱胁迫条件下，叶片等部位合成的 含量上升，该激素可能诱导气孔关闭。
（3）研究表明，盐胁迫会使植物体内的可溶性小分子物质含量升高，从而减少盐胁迫对水分吸收的影响，
可能的原因是 。
（4）有关研究表明，叶片喷施含Ca2＋的溶液可以缓解高盐对水稻的胁迫，为验证这一结论，在上述实验
的基础上还应增加的处理为 。
1．（2025·山东·高考真题）“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列说法错误的是
（ ）
A．应使用干燥的定性滤纸
B．绿叶需烘干后再提取色素
C．重复画线前需等待滤液细线干燥
D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
2．（2025·河北·高考真题）ATP 是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP 的是（ ）
A．肌肉的收缩
B．光合作用的暗反应
C．Ca2+载体蛋白的磷酸化
D．水的光解
3．（2025·安徽·高考真题）关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验，下列叙述错误的是（ ）
A．用打孔器打出叶圆片时，为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B．调节LED 灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离，以进行对比实验
C．用化学传感器监测光照时O2浓度变化，可计算出实际光合作用强度
D．同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同，可能与其接受的光照强度不同有关
4．（2025·河北·高考真题）对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是（ ）
A．类囊体膜上消耗H2O、而线粒体基质中生成H2O
B．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2
C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2
D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物
5．（2024·福建·高考真题）叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳
定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳
梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两
组，A 组不处理，B 组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所
示。
下列分析正确的是（ ）
A．0min 时，A 组胞间CO2浓度等于B 组胞间CO2浓度
B．30min 时，B 组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A 组
C．30min 时，限制A 组光合速率的主要因素是光照时间
D．与A 组叶片相比，B 组叶片光合作用的光诱导期更长
6．（2025·四川·高考真题）在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温
室的平均光照强度约为200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了
补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。
组
别
光照强度
μmol·m-2·s-1
CO2浓度
μmol·mol-1
净光合速率
μmol·m-2·s-1
气孔导度
mol·m-2·s-1
叶绿素含量
mg·g-1
对
照
200
400
7.5
0.08
42.8
甲
400
400
14.0
0.15
59.1
乙
200
800
10.0
0.08
55.3
丙
400
800
17.5
0.13
65.0
注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关
（1）为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用 提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素
的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择 （填“蓝紫光”或“红光”）来测定叶绿素含量。
（2）与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的 ，从而提高了净光合速率。与
甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能
的原因是 。
（3）根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一
种措施来提高番茄产量，应选择 ，依据是 。
7．（2025·山东·高考真题）高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光
合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其
部分光合过程如图所示。
（1）叶绿体膜的基本支架是 ；叶绿体中含有许多由类囊体组成的 ，扩展了受光面积。
（2）据图分析，生成NADPH 所需的电子源自于 。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含
3H2O
的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被
3H 标记
的物质有H2O、 ，离心收集绿藻并重新放入含H2
18O 的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻
产生的带
18O 标记的气体有 。
（3）据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为 。
8．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco 是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco 基因转入某
作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良
提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。
（1）Rubisco 在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），
这一过程中能量转换是 。
（2）据图分析，当胞间CO2浓度高于B 点时，曲线②与③重合是由于 不足。A 点之前曲线①和
②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体
原因是 。
（3）研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S 植株固定CO2生成C3的速率比WT 更快。使用同
位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。
9．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两
种底物竞争R 酶同一活性位点；线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细
胞中G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增
加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
（1）R 酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等
有机物。
（2）植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶
表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
（3）保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S 的净光合速率 （填“增
大”或“减小”）；相较于植株W，植株S 的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判
断”）。
（4）若需确认保卫细胞中G 酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结
果： 。
