新人教（2019）生物必修1分层训练：第5章 细胞的能量供应和利用 4光合作用与能量转化（解析版）

新人教（2019）生物必修1分层训练
第5章　4光合作用与能量转化
题组一　捕获光能的色素和结构
1．研究人员发现，从蔬菜叶中可提取大量的各种天然色素，这为目前市场上天然色素供不应求的状况提供了一条解决的途径。在进行“植物中色素的提取”实验时，如果在研钵中研磨绿叶时没有加入碳酸钙，最可能会出现的结果是(　　)
A．研磨不充分，提取的色素少
B．层析后滤纸条上位于下边的两条色素带变窄
C．层析时各种色素不能相互分离，造成色素带的重叠
D．层析后滤纸条上只剩两条色素带
【答案】B　【解析】CaCO3是保护色素的，不加CaCO3会导致部分叶绿素被破坏，导致叶绿素含量减少，滤纸条上色素带变窄。
2．1881年，德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察到细菌的聚集情况如图所示。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是(　　)
A．细菌在不同光下的分布不同，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速率加快，则该种光有利于光合作用
【答案】B　【解析】细菌在不同光下的分布不同，细菌聚集多的地方说明氧气多，表明水绵的该部位光合作用强，A错误；需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，说明水绵的该部位光合作用强，B正确；需氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用强，产生的有机物多，这句话是正确的，但不符合本实验的原理、思路，C错误；水绵主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用并向外释放O2，使需氧细菌集中在这两个区域，需氧细菌消耗O2多，不是使水绵光合作用速率加快的原因，D错误。
题组二　光合作用原理和应用
3．(2020·江西南昌考试)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示物质。有关分析错误的是(　　)
A．图中A为氧气，该过程产生的氧气部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，在增加CO2浓度时，B含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自叶绿体基质
D．该过程发生了光能到活跃化学能的转化，能量储存在B、ATP中
【答案】B　【解析】题图为光反应阶段过程图。A是水的光解产生的氧气，B指NADPH，C为ADP，部分氧气被细胞呼吸利用，剩余的释放到空气中；在增加CO2浓度时，B含量暂时下降；该过程消耗的NADP＋和C是暗反应产生的，场所是叶绿体基质；该过程中光能转化成活跃化学能储存在B、ATP中。
4．科学家提取植物细胞中的叶绿体，用高速离心法打破叶绿体膜后，分离出类囊体和基质，在不同条件下进行实验(如下表所示)，用来研究光合作用过程，下列选项中对各试管得到的产物情况判断正确的是(　　)
试管 叶绿体结构 光照 C18O2 ATP、NADPH C5
甲 类囊体 ＋ ＋ － －
乙 基质 － ＋ ＋ ＋
丙 基质 ＋ ＋ － ＋
丁 基质和类囊体 ＋ ＋ － ＋
注：表中的“＋”表示“添加”，“－”表示“不添加”。
A．甲试管可得到18O2
B．乙试管可得到三碳化合物
C．丙试管可得到葡萄糖和淀粉
D．丁试管可得到蔗糖
【答案】B　【解析】光合作用中氧气来自水，A项错误；乙试管有叶绿体基质无光照，但有暗反应需要的五碳化合物、二氧化碳和ATP、NADPH，二氧化碳被五碳化合物固定形成三碳化合物，B项正确；暗反应不需要光照，但没有NADPH和ATP，三碳化合物不能被还原成糖类，C项错误；丁试管中蔗糖是在叶绿体外产生，D项错误。
5．(2020·山东桓台考试)用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的C3浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是(　　)
A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．Oa段叶肉细胞中C5浓度有所下降
C．ab段C3浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．b点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶绿体内无NADPH和ATP的供应
【答案】C　【解析】叶肉细胞中固定CO2的场所是叶绿体基质；从题图分析，Oa段C3的含量持续上升，说明消耗的C5越来越多，因此C5的含量有所下降；ab段C3浓度不变的原因是C3生成的量与被还原的量基本相等；黑暗条件下叶绿体不能进行光反应，不能为暗反应提供NADPH和ATP等物质，导致C3的还原受阻，含量上升。
题组三　探究环境因素对光合作用的影响
6．如图所示光照强度与植物吸收或释放二氧化碳的量之间的关系，A点是曲线与横坐标的交点，表示光补偿点，B点对应曲线上的C点，表示光饱和点。下列说法不正确的是(　　)
A．光补偿点是光合作用强度与呼吸作用强度相等时的光照强度
B．光合作用强度最大时的光照强度即光饱和点
C．如果增加环境中二氧化碳的浓度，则光补偿点左移
D．CD段影响光合作用的主要环境因素为二氧化碳浓度和温度
【答案】B　【解析】光合作用强度最大时的光照强度不一定是光饱和点，如题图中D点对应的光照强度就不是光饱和点；如果增加环境中二氧化碳的浓度，则光合作用强度增大，当光照强度变小时才能使光合作用强度等于呼吸作用强度，即光补偿点左移。
7．光合作用速率的变化。在N点时改变某种条件，结果发生了如曲线b的变化。下列分析不正确的是(　　)
A．在N点时改变的某种条件可能是适当提高了温度
B．在N点时改变的某种条件可能是增加了CO2浓度
C．图中M点与N点相比较，M点时叶绿体产生的NADPH少
D．K点时光合作用的限制因素可能是光照强度
【答案】D　【解析】图中M点与N点相比较，M点时光照强度弱，光反应弱，产生的NADPH少；适当升温和增加CO2浓度都能提高光合作用速率；从曲线看出K点时光照强度是充足的，限制光合作用的因素可能是CO2浓度和温度。
8．(2020·湖北武汉检测)如图为光合作用示意图，请根据该图回答下列问题。
(1)甲指光合作用的__________，乙指光合作用的__________。
(2)在炎热夏季中午，植物的“午休”现象发生的直接原因是________的供给不足。
(3)在该过程中具有还原性的物质是____________。若CO2停止供应，首先增加的是________。(均填图中字母)
(4)能量转换的过程是光能→________→________。(均填图中字母)
(5)请写出光合作用的总反应式：________________。请写出E生成F的反应式：________________________________________________________________________。
(6)在D中，含量最少的色素是________，含量最多的色素是__________。
【答案】(1)光反应阶段　暗反应阶段　(2)CO2　(3)C　I
(4)E、C　L
(5)CO2＋H2O(CH2O)＋O2
ATPADP＋Pi＋能量
(6)胡萝卜素　叶绿素a
【解析】(1)据题图分析，甲是光合作用的光反应阶段，乙是光合作用的暗反应阶段。(2)植物“午休”现象的直接原因是植物为避免蒸腾作用过强而部分气孔关闭，二氧化碳供应不足。(3)光合作用过程中具有还原性的物质是C，即NADPH。CO2停止供应，五碳化合物(I)的消耗停止，短时间内其来源不变，所以首先增加的是五碳化合物(I)。(4)光合作用能量转换的过程是光反应将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，经暗反应转换为有机物中稳定的化学能。(5)光合作用的总反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2。E是ATP，F是ADP和Pi，E生成F的反应式为ATPADP＋Pi＋能量。(6)D是色素分子，含量最少的是胡萝卜素，最多的是叶绿素a。
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9．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(　　)
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
【答案】A　【解析】弱光条件下植物没有氧气的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有氧气的释放，A错误；二氧化碳性质不活泼，在暗反应阶段，一个二氧化碳分子被一个C5分子固定以后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并且被NADPH还原，因此二氧化碳不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期减掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和二氧化碳，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
10．下图表示绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具，有关叙述错误的是(　　)
A．图①加入研钵内的物质有无水乙醇、SiO2、CaCO3
B．将浆糊状研磨液倒入②中，漏斗基部应放一块单层尼龙布
C．③画滤液细线的要求是细、齐、直
D．④层析结果色素带最宽的是叶绿素b，扩散最快的是叶黄素
【答案】D　【解析】色素提取时无水乙醇的目的是溶解色素，加入SiO2的目的是更容易使细胞中的色素释放出来，加入CaCO3的目的是防止色素被破坏，在过滤时漏斗的基部应放一块单层尼龙布，层析的结果是叶绿素a的色素带最宽，扩散最快的是胡萝卜素。
11．(2020·江西宜春考试)某生物兴趣小组就影响植物光合作用的因素进行了研究，获得如下图所示的实验结果。下列有关分析正确的是(　　)
A．该实验表明，温度、光照强度和CO2浓度都会影响植物光合作用的强度
B．当光照强度大于7时，该植物在15 ℃和25 ℃的环境中合成有机物的速率相同
C．随着温度的升高，该植物的呼吸速率逐渐增强
D．该植物可在较低温度、较弱光照的环境中快速生长
【答案】D　【解析】图中影响植物光合作用的因素只涉及温度和光照强度，并没有涉及CO2浓度；当光照强度大于7时，该植物在15 ℃和25 ℃的环境中积累有机物的速率相同，但是在25 ℃环境中该植物呼吸速率较大，所以25 ℃环境中该植物合成有机物的速率较大；在一定温度范围内，随着温度升高，该植物呼吸速率逐渐增强，但超过一定温度后，该植物的呼吸速率会减少。
12．图1表示空气中的CO2含量对某绿色植物光合作用的影响，图2表示一天24 h蔬菜大棚内CO2浓度随时间的变化曲线(水平虚线为实验开始时大棚内的CO2浓度)。据图回答下列问题。
　
(1)图2中光合作用强度和呼吸作用强度相等的点有________________，图2中积累有机物最多的点是________________。
(2)经过24 h后，大棚内植物有机物的含量会________(填“增加”“减少”或“不变”)。据图分析原因是______________________。
(3)图1中限制N点的主要外界因素是__________和__________。N点时叶肉细胞叶绿体中的ADP的运动方向是__________。
(4)某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验后，绘制了四种光合色素在滤纸上的分离情况(如图3所示)，据图分析，溶解度最大的色素是__________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。另一同学由于研磨绿叶过程中粗心大意，漏加了某些试剂或药品，导致实验结果不理想(如图4所示)，请指出该同学漏加的试剂或药品是__________。
【答案】(1)D、H　H
(2)增加　I点CO2浓度低于A点，说明光合作用合成的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物
(3)光照强度　温度　从叶绿体基质到类囊体薄膜
(4)丁　碳酸钙(CaCO3)
【解析】(1)图2中光合作用强度和呼吸作用强度相等的点有D、H。DH段光合作用强度大于呼吸作用强度，植物积累有机物，而HI段呼吸作用强度大于光合作用强度，植物消耗自身有机物，所以图2中积累有机物最多的点是H。(2)图2中I点与A点相比较，二氧化碳浓度降低，说明光合作用合成的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物，故经过24 h后，大棚内植物有机物的含量会增加。(3)图1中N点时光合作用强度达到最大，以后随二氧化碳含量增加，光合作用强度不再增加，说明二氧化碳含量不再是限制因素，所以限制N点的主要外界因素是光照强度和温度。N点时光合速率大于呼吸速率，叶肉细胞叶绿体中的ADP由产生场所叶绿体基质向消耗场所类囊体薄膜运输。(4)色素在层析液中的溶解度越大，扩散距离越大，所以溶解度最大的是丁。图4中色素分离的结果中缺少下面两种色素，即叶绿素a、叶绿素b，这可能是研磨时漏加了碳酸钙导致。因为碳酸钙能够保护叶绿素，如不加碳酸钙，叶绿素就会被破坏。
13．(2020·山东济南考试)图甲为某同学探究影响植物光合速率的因素的实验装置图，图乙表示的是线粒体和叶绿体之间物质的交换。试回答：
(1)图甲装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱的作用是________________________________________________________________________。
(2)若实验中每隔5 min改变一次试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，气泡产生速率下降，请分析影响这一结果的外界因素：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(3)为了探究光照强度对光合速率的影响，利用图甲装置进行实验的设计思路是：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在什么情况下，会出现如图乙所示的情况？____________________________。
(5)在产生气泡的情况下，请在图乙中用箭头标出此状态时氧气的移动方向。
【答案】(1)吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响
(2)①光照强度减弱，光合作用产生的O2减少
②水中CO2含量逐渐下降，光合作用产生的O2减少
(3)用多组相同装置，只更换灯泡大小或只改变试管与灯之间的距离，进行对照实验
(4)光合作用速率等于呼吸作用速率
(5)如图所示
【解析】(1)盛水玻璃柱位于灯和盛有水藻的试管之间，由于灯不仅发光而且也能发热，所以盛水玻璃柱可以吸收热量。(2)由于试管水中溶解的二氧化碳量是有限的，一段时间后二氧化碳的浓度会降低，同时距离增加会使光照强度降低。(3)自变量是光照强度，可以通过更换灯泡大小或改变灯和试管之间的距离来改变光照强度。(4)由于叶绿体产生的氧气全部用于细胞呼吸，而线粒体产生的二氧化碳全部用于光合作用，所以此时的光合速率和呼吸速率是相同的。(5)出现产生气泡的情况，说明此时光合作用强度大于呼吸作用强度，产生的氧气一部分用于细胞呼吸，一部分释放到大气中。