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第四节 能量之源-光与光合作用
一、捕获光能的色素
1.实验：绿叶中色素的提取和分离
①绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿
叶中的色素。
②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。
③实验过程中加入少许的二氧化硅和碳酸钙，二氧化硅有助于充分研磨，碳酸
钙可以防止研磨中色素被破坏。
2.分类
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素（含量约占3/4）
绿叶中的色素
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
类胡萝卜素（含量约占1/4）
叶黄素（黄色）
①最上层的是：胡萝卜素；
②最下层是：叶绿素b；
③最宽的色素带是：叶绿素a；
3.叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝
紫光，叶绿素主要存在于叶绿体中。
【习题一】
下列关于光合色素的叙述，错误的是（ ）
A．叶绿素a 和叶绿素b 都含镁元素
B．胡萝卜素在层析液中的溶解度最大
C．叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收红光和蓝紫光
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
【分析】1、叶绿体含有叶绿素和类胡萝卜素，是光合作用的场所．主要由叶绿
体外被、类囊体和基质三部分构成，其中类囊体包括基粒类囊体和基质类囊体．
光合色素都存在于叶绿体的类囊体膜上．
2、叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg．类胡萝卜素不含Mg．
3、分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素．溶
解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢．滤纸条从上到下依次是：胡萝
卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b．
【解答】解：A、叶绿素a 和叶绿素b 都含镁元素，类胡萝卜素不含Mg．A 正
确；
B、胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸条上扩散的最快，B 正确；
C、叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，
C 正确；
D、植物呈现绿色是由于，叶绿素几乎不吸收绿光，绿光被反射回来的缘故，D
错误。
故选：D。
【习题二】
为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用
石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）．下
列叙述正确的是（ ）
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度大小是I＜Ⅱ＜Ⅲ＜Ⅳ
D．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间
【分析】析题图：滤纸条从上到下依次是：Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素
a（最宽）、Ⅳ叶绿素b（第2 宽），色素带的宽窄与色素含量相关．强光照和
正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素
含量增加有利于该植物抵御强光照．
【解答】解：A、根据题图来看：强光照导致了该植物叶绿素含量降低，绿色
变浅，A 错误；
B、强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见
强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B 正确；
C、四种色素在层析液中溶解度大小是I＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，C 错误；
D、素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液，D 错误。
故选：B。
二、叶绿体的结构
①吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
②叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸
收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必须的酶。
【习题三】
下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是（ ）
A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B．H2O 在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中
C．CO2的固定过程发生在叶绿体类囊体薄膜上
D．光合作用的产物淀粉是在叶绿体基质中合成的
【分析】叶绿体中的色素主要分布在类囊体的薄膜上，H2O 在光下分解为[H]和
O2的过程发生在类囊体的薄膜上，CO2的固定过程发生在叶绿体基质中，光合
作用是将光能转化为稳定化学能．
【解答】解：A、叶绿体中的色素分布在类囊体膜上，A 错误；
B、H2O 在光下分解为[H]和O2的过程发生叶绿体的类囊体膜上，B 错误；
C、在叶肉细胞中，CO2的固定发生在叶绿体基质，C 错误；
D、光合作用的产物淀粉发生在暗反应阶段，场所为叶绿体基质，D 正确。
故选：D。
三、光合作用的过程
项目
光 反 应
暗 反 应
部位
叶绿体类囊体的薄膜
叶绿体基质
条件
有光、色素、酶、水
有光或无光都行，CO2、多种
酶
物质变化
①水的光解：2 H 2O 光
→4[H]+
O2
②ATP 的合成：
ATP+Pi+光能酶
→ATP
①CO2的固定：CO2+C5 酶
→C3
②C3化合物的还原
2C3+[H]+ATP
酶
→（C H 2O ）+C5
能量转换
光能转化活跃的化学能储存
在ATP 中
ATP 中活跃的化学能转变为糖
类等有机物中稳定的化学能
联 系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ATP+Pi
总反应方程式：CO2+ H 2O+ 光能叶绿体
→
（C H 2O ）+O2
影响光合作用的因素：①CO2浓度；②水分含量③光照时间、光照强度以及光
的成分；④温度。
【习题四】
如图表示生物细胞内[H]的转移过程，下列分析正确的是（ ）
A．①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ADP 的产生
B．②过程一定发生在叶绿体基质中，且必须在光下才能进行
C．真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与
D．真核细胞的④过程发生在线粒体基质中，且必须有水参与反应
【分析】本题主要考查呼吸作用和光合作用的过程．
1、呼吸作用是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成
二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程．有氧呼吸的第一、二、三阶
段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜．有氧呼吸第一阶段是
葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二
氧化碳和[H]，合成少量ATP；第三阶段是氧气和[H]反应生成水，合成大量
ATP．
2、光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着
能量的有机物，并释放出氧气的过程．光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体
的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP 的形成．光合作用的暗反
应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2 被C5 固定形成C3，C3 在光反应提供
的ATP 和[H]的作用下还原生成淀粉等有机物．
据图可知，①表示光反应阶段，②表示暗反应阶段，④表示有氧呼吸的第一、
二阶段，③表示有氧呼吸的第三阶段．
【解答】解：A、①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ATP 的产生，A 错
误；
B、②过程一定发生在叶绿体基质中，且有光无光均可进行，B 错误；
C、真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与，C 正确；
D、真核细胞的④过程发生在细胞质基质和线粒体基质中，且必须有水参与反
应，D 错误。
故选：C。
【习题五】
如图表示某植物叶肉细胞中部分物质变化途径，其中①～④代表有关生理过程。
相关叙述错误的是（ ）
A．过程③、④不在生物膜上进行
B．过程①、②、④都有ATP 生成
C．过程③产生的C6H12O6中的氧来自H2O 和CO2
D．过程④产生的[H]并不全都来自于C6H12O6
【分析】据图分析：图示表示光合作用与呼吸作用的过程，①表示水的光解过
程，②表示有氧呼吸的第三阶段，③表示暗反应阶段三碳化合物的还原过程，
④表示有氧呼吸的第一二阶段。据此分析作答。
【解答】解：A、图中③是三碳化合物的还原过程，发生在叶绿体基质中，④
表示有氧呼吸的第一二阶段，发生在细胞质基质和线粒体基质中，A 正确；
B、光合作用的水的光解过程①，有氧呼吸的三个阶段②④都有ATP 的生成，B
正确；
C、光合作用暗反应阶段产生的葡萄糖中的氧来自于二氧化碳中的氧，C 错误；
D、有氧呼吸的第一阶段产生的[H]来自于葡萄糖，第二阶段产生的[H]来自于丙
酮酸和水，D 正确。
故选：C。
【习题六】
如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图
中结果成立的是（ ）
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
【分析】影响光合作用的环境因素：
（1）光照强度：曲线分析
a、A 点光照强度为零，只进行细胞呼吸，A 点即表示植物呼吸速率。
b、AB 段表明随光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，
有一部分用于光合作用；到B 点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，
即光合作用强度等于细胞呼吸强度，B 点称为光补偿点，阴生植物光补偿点左
移（如虚线所示）。
c、BC 段表明随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C 点以上不再
加强了。C 点对应的光照强度称为光合作用的饱和点，C 点对应的CO2吸收值
表示净光合速率。
d、真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。
（2）二氧化碳浓度：该因素通过影响暗反应阶段中二氧化碳的固定进而影响光
合速率；
（3）温度：该因素通过影响酶活性进而影响光合速率。
【解答】解：A、植物光合作用具有最适温度，在最适温度条件下净光合速率
最高，高于或低于该温度净光合速率均有所下降，因此不能确定甲乙两条曲线
温度的高低，A 错误；
B、温度会影响酶活性，温度过高酶活性反而下降，净光合速率会降低，因此横
轴不能表示温度，B 错误；
C、色素主要吸收红光和蓝紫光，即净光合速率与光波长没有正相关的关系，
并且不能确定两条曲线的温度大小，C 错误；
D、横轴可以表示光照强度，二氧化碳是光合作用的原料，甲可以表示较高CO2
浓度，乙可以表示较低CO2浓度，D 正确。
故选：D。
【习题七】
根据下面光合作用图解，请回答：
（1）图中编号所代表的物质分别是：①____；②______；③_______； ④____．
（2）碳反应中需要光反应提供的物质是_________ 和_________．
（3）图中5 是________ 阶段，反应场所是叶绿体的________，图中6 是_________
阶段，反应场所是叶绿体的__________．
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段．图中⑤表示光反应阶段，包
括水的光解和ATP 的合成；⑥表示暗反应阶段，包括二氧化碳的固定和三碳化
合物的还原．
【解答】解：（1）根据光合作用过程，结合图形分析，图中①到④代表的物质
分别是：〔H〕、ATP、CO2、④（CH2O）或糖类．
（2）光合作用过程中光反应为碳反应中三碳化合物的还原提供的物质是[H]
（或NADPH）和 ATP．
（3）图中⑤表示光反应阶段，发生的场所是叶绿体的类囊体薄膜，包括水的光
解和ATP 的合成两个过程；⑥表示暗反应阶段，发生的场所是叶绿体基质，包
括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原两个过程．
故答案是：
（1）〔H〕ATP CO2 （CH2O）或糖类．
（2）NADPH ATP
（3）光反应 类囊体薄膜上 碳反应 基质中
【习题八】
研究小组将某绿色植物置于一密闭玻璃容器内，下图表示不同条件时玻璃罩内
CO2浓度变化（实验期间细胞的呼吸强度无显著变化）．回答下列问题：
（1）叶绿体中的叶绿素主要吸收___________光，可用___________法分离出叶绿
体中的色素．
（2）进行光合作用时，叶绿体中ADP 从_________移向______________
（3）如图，限制E 点之后光合速率的最主要环境因素是____________，E 点叶绿
体中O2的生成速率较D 点时_______（填“高““低“或“相等“），E 点之后玻璃罩内
CO2浓度稳定的原因是_____________________________________________________．
（4）G 点时，该植物体中的有机物含量比A 点时__________（填“减少”“不变”或
“增加”）
【分析】分析曲线图：在黑暗条件下，植物只进行呼吸作用并且产生二氧化碳，
因此密闭玻璃罩内的二氧化碳浓度升高；光照条件下，植物既进行光合作用又
进行呼吸作用，当光合作用大于呼吸作用时，二氧化碳利用大于产生，因此玻
璃罩内的二氧化碳浓度下降；但是由于受到玻璃罩内的二氧化碳量的限制，最
终光合作用将等于呼吸作用．
光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧
气，以及ATP 的形成．光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：
CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP 和[H]的作用下还原生成糖类等有
机物．
【解答】解：（1）叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，可用纸层析法分
离出叶绿体中的色素．
（2）进行光合作用时，光反应消耗ADP，暗反应产生ADP，故叶绿体中ADP
从叶绿体的基质移向叶绿体的类囊体膜．
（3）分析图解可知，E 点之后玻璃罩内的二氧化碳浓度维持稳定，即光合作用
等于呼吸作用，这是由于密闭玻璃罩内的二氧化碳浓度是有限的，即限制E 点
之后光合速率的主要环境因素是CO2浓度．E 点和D 点比较，两点的光照强度
相同，由于E 点的CO2浓度较低，暗反应慢，所以导致光反应慢，故E 点叶绿
体中O2的生成速率较D 点时低．随着玻璃罩内CO2浓度降低，光合速率降低，
光合作用消耗的CO2等于呼吸产生的CO2，因此E 点之后玻璃罩内CO2浓度维
持稳定．
（4）G 点时，CO2浓度比A 点时少，CO2用于光合作用中合成有机物的原料，
因此说明该植物体中的有机物含量比A 点时增加．
故答案为：
（1）红光和蓝紫 纸层析
（2）叶绿体的基质 叶绿体的类囊体膜
（3）CO2浓度 低 随着玻璃罩内CO2浓度降低，光合速率降低，光合作
用消耗的CO2等于呼吸产生的CO2
（4）增加
三、光合作用的重要意义
1.为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供物质来源和能量来源。
2.维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定。
3.从物质转变和能量转化的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和
能量代谢；
【习题九】
光合作用的实质是（ ）
A．把CO2转换成 ATP
B．产生化学能、储存在有机物中
C．把光能转变成化学能，储存在 ATP 中
D．把无机物转化成有机物，把光能转变成化学能
【分析】绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成淀粉等有机物，并且把
光能转变成化学能，储存在有机物中的过程，称为光合作用；光合作用的实质
是物质转化和能量转化：物质转化是指将无机物转化为有机物的过程，能量转
化是指将光能转化为储存在有机物里的化学能的过程．
【解答】解：光合作用的实质是物质转化和能量转化：物质转化是指将无机物
转化为有机物的过程，能量转化是指将光能转化为储存在有机物里的化学能的
过程。
故选：D。
四、化能合成作用
1.化能合成作用：自然界中存在某些微生物，它们能以二氧化碳为主要碳源，
以无机含氮化合物为氮源，合成细胞物质，并通过氧化外界无机物获得生长所
需要的能量，这一过程就称为化能合成作用
2.亚硝化细菌和硝化细菌，利用NH3 和HNO2 氧化所释放的能量合成有机物.
【习题十】
化能合成作用的特点不包括（ ）
A．以太阳能作为能源
B．将无机物转变为有机物
C．需要利用NH3氧化释放的能量
D．属于自养生物
【分析】1、硝化细菌、硫细菌属于原核生物，其能通过化能合成作用合成有机
物，属于自养型生物；
2、自然界中存在某些微生物，它们能以二氧化碳为主要碳源，以无机含氮化合
物为氮源，合成细胞物质，并通过氧化外界无机物获得生长所需要的能量，这
一过程就称为化能合成作用。
【解答】解：根据化能合成作用的概念分析，化能合成作用是利用无机物氧化
分解释放的能量将无机物转化为有机物，从而供生物自身利用，因此生物同化
作用类型为自养型。
故选：A。
【习题十一】
下列对生物细胞代谢活动的描述，不正确的是（ ）
A．硝化细菌制造的有机物中能量来自于氮氧化时放出的化学能
B．硝化细菌属于自养型生物
C．叶肉细胞中，CO2的固定场所是叶绿体类囊体薄膜
D．光合作用与化能合成作用的主要区别是能量来源不同
【分析】本题是对化能合成作用、无氧呼吸的过程和产物、光合作用的具体过
程和场所的综合性考查，根据题干涉及的内容，回忆相关知识点，然后分析选
项进行解答。
【解答】解：A、硝化细菌的同化作用是利用氨气氧化释放的化学能将二氧化
碳和水合成有机物，A 正确；
B、硝化细菌能够将无机物转变为有机物，属于自养型生物，B 正确；
C、植物是叶肉细胞中，二氧化碳的固定发生在光合作用的暗反应阶段，场所
是叶绿体基质，C 错误；
D、光合作用的光能来自于太阳能，化能合成作用的能量来自于化学物质的氧
化，D 正确。
故选：C。
