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人教(2019)生物必修1课时训练
5.4 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
一、选择题
1.鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,然后进行两组实验:第一组向小球藻培养液提供H2O和C18O2;第二组向同种植物提供O和CO2。在其他条件都相同的情况下,分析了两组实验释放的氧气。卡尔文用小球藻做实验:用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,探究CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。下列相关叙述正确的是( C )
A.小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
B.鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化
规律
C.鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放氧气的相对分子质量比为8∶9
D.卡尔文实验中14C的转移途径是C5→(14CH2O)+14C3
解析:小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞,二者均有核膜;18O不具有放射性,只是相对原子质量和16O不同;鲁宾和卡门的实验中第一组释放的氧气为16O2,第二组释放的氧气为18O2,二者相对分子质量比为8∶9;卡尔文实验中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5。
2.如图表示植物细胞代谢的过程,下列有关叙述错误的是( D )
A.图中②过程O2的释放量小于⑩过程O2的吸收量,若长期如此则该植物将无法正常存活
B.植物细胞④过程的进行与⑤～⑩过程密切相关,与②过程无直接
关系
C.若植物缺Mg则首先会受到显著影响的生理过程是②
D.蓝细菌的①②过程发生在类囊体薄膜上,③发生在叶绿体基质中
解析:题图中②光反应过程O2的释放量小于⑩有氧呼吸过程O2的吸收量,则净光合作用量<0,该植物体内有机物的量将减少,长期如此则该植物将无法正常存活;植物细胞④吸收矿质元素离子是主动运输的过程,需要消耗能量,故与⑤～⑩呼吸作用过程密切相关,与②光反应过程无关;Mg是合成叶绿素的成分,光反应阶段需要叶绿素吸收光能,若植物缺Mg则叶绿素的合成受到影响,首先会受到显著影响的生理过程是②光反应过程;蓝细菌是原核细胞,没有叶绿体,不具备类囊体薄膜,其光合作用发生在光合片层上。
3.一般来说,光照增强,光合作用增强。但在夏天光照最强的中午,光合作用强度反而下降。其原因主要是( B )
A.蒸腾作用太强,体内水分不足
B.气孔关闭,CO2供应不足
C.气孔关闭,O2释放不出,抑制光反应
D.酶的活性降低
解析:光合作用的原料是二氧化碳和水,二氧化碳是通过叶片的气孔进入叶肉细胞的,水是由植物的根从土壤中吸收的。因此夏日中午,光照过强,使气孔关闭,就会影响二氧化碳的进入,从而抑制光合作用暗反应的进行,导致光合作用速率下降。
4.将一株正常生长的盆栽植物突然转移到黑暗环境中,其叶肉细胞的叶绿体中( C )
①C3增多,C5减少 ②NADPH增多,(CH2O)增多 ③ADP增多,ATP减少 ④C3减少,C5增多
A.①② B.②③
C.①③ D.②④
解析:将一株正常生长的盆栽植物突然转移到黑暗环境中,由于没有光照,光反应停止,不能产生ATP和NADPH,所以细胞中的ATP减少、ADP增加、NADPH减少,②错误、③正确;ATP和NADPH减少,导致暗反应C3还原生成C5受阻,而短时间内二氧化碳固定过程基本不变,所以细胞中C3增加,C5减少,①正确、④错误。
5.图乙是将甲置于自然环境中,测定南方晴天一昼夜密闭透明小室内氧气的增加或减少量而得到的。下列说法错误的是( C )
A.12时对应的点是气孔关闭导致CO2供应不足造成的
B.若该植株培养液中缺镁,那么A点应向右移动
C.AB段的限制因素主要是CO2
D.小室内O2总量最大时刻是16时
解析:12时光合作用速率降低是因为气孔关闭导致二氧化碳吸收减少;A点代表的是光合作用强度等于呼吸作用强度,如果缺镁会影响叶绿素的形成,叶绿素吸收的光能减少,光合作用速率减小,A点应向右移动;AB段光照强度逐渐增强,光合作用随之增强,故AB段的限制因素是光照强度;超过16时净光合速率为负值,故小室内氧气总量最大值应是16时。
6.某细菌生活在富含Fe2+的水中,它能将Fe2+氧化成Fe3+,并能利用该过程所产生的能量来生产有机物,这种制造有机物的方式是( C )
A.光合作用 B.呼吸作用
C.化能合成作用 D.氧化作用
解析:据题干信息可知,该细菌能将Fe2+氧化成Fe3+,并能利用该过程所产生的能量来生产有机物,这种制造有机物的方式为化能合成作用。
7.如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图,下列相关叙述错误的是( D )
A.若细胞①处于黑暗环境中,则该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率
B.若细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换,可判断此时细胞光合速率等于呼吸速率
C.若细胞③处在较强光照条件下,则细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D.分析细胞④可得出,此时的光照强度较弱且N1小于m2
解析:根据题图分析,细胞①处于黑暗环境中,细胞只进行呼吸作用,因此可以测定该细胞的呼吸速率,即单位时间释放的CO2量或O2的吸收量;细胞②中叶绿体产生的氧气全部被线粒体所利用,线粒体产生的二氧化碳全部被叶绿体利用,此时该细胞中光合作用速率等于呼吸作用速率;细胞③光合作用强度大于呼吸作用强度,光合作用所需的CO2,来源有外来的CO2和呼吸作用产生的CO2,故细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和;细胞④的呼吸作用强度大于光合作用强度,可能原因是此时光照强度较弱,细胞有氧呼吸和光合作用过程中,O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量N1相等。
二、非选择题
8.如图表示菠菜叶肉细胞的光合作用与有氧呼吸过程。图中①～⑤表示相关生理过程,字母表示物质。回答下列问题。
(1)图中g表示 ,m表示 。
(2)①表示 ,④发生的具体场所是 。
(3)夏季晴朗的中午,光合速率明显下降,②过程中k的合成速率 (填“升高”或“降低”),原因是
。
(4)在某光照条件下,测得叶肉细胞内②过程n的量等于⑤过程c的量,此条件下植物不能正常生长,原因是
。
解析:(1)题图中g表示光反应产生的NADPH,m表示有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸。
(2)①过程表示光反应,④过程表示有氧呼吸第二阶段,发生的场所是线粒体基质。
(3)夏季晴朗的中午,由于蒸腾速率较大,植物为了减少水分的散失,气孔部分关闭,导致CO2吸收量减少,合成C3速率降低。
(4)在某光照条件下,测得叶肉细胞内②过程n的量等于⑤过程c的量,说明该叶肉细胞的光合速率=呼吸速率,但植株的非绿色部分不进行光合作用,只进行呼吸作用消耗有机物,导致植株有机物的积累量(净光合量)小于零,所以此条件下植物不能正常生长。
答案:(1)NADPH(还原型辅酶Ⅱ) C3H4O3(丙酮酸) (2)光反应 线粒体基质
(3)降低 气孔部分关闭,CO2吸收量减少,合成C3速率降低
(4)植株的非绿色部分进行呼吸作用,导致植株有机物的积累量(净光合量)小于零
9.某生物兴趣小组为探究光合作用的相关问题,将银边天竺葵(叶边缘呈白色)先在黑暗处放置几小时,在叶柄基部做环剥处理(限制叶片有机物的输入和输出),并用适当方法阻止叶片两侧物质和能量的转移,将一定大小不透光的黑色纸片用回形针从上下两面夹在绿色部位(如图所示),然后把天竺葵放在阳光下照射4 h。之后取下该叶片,用打孔器分别在叶片的不同部位取下面积均为12 cm2的A、B、C三个叶圆片,放在酒精溶液中水浴加热脱色,再放入清水中漂洗后取出,滴加碘液。下列相关叙述错误的是( D )
A.将植株放在黑暗处几小时的目的是除去叶片中原有的淀粉
B.通过分析比较图中A、B叶圆片,可以验证光合作用需要光
C.通过分析比较图中A、C叶圆片,可以验证光合作用需要叶绿体
D.A、B两个叶圆片烘干称重的差值为净光合作用制造的有机物质量
解析:将植株放在黑暗处几小时的目的是除去叶片中原有的淀粉,防止其对实验结果造成干扰;比较图中A、B叶圆片,自变量是有无光照,可以验证光合作用需要光;比较图中A、C叶圆片,自变量是有无叶绿体,可以验证光合作用需要叶绿体;假设A、B两叶圆片初始干重为x,则a-x 表示12 cm2叶圆片光照4小时光合作用积累的有机物质量(净光合作用),x-b表示12 cm2叶圆片黑暗4小时呼吸作用消耗的有机物质量(呼吸作用),两式相加可得出a与b的差值表示12 cm2叶圆片光照4小时光合作用制造的有机物质量(总光合作用)。
10.科学家提取植物细胞中的叶绿体,打破叶绿体膜后用高速离心法分离出类囊体和基质,在不同条件下进行实验(如表所示),研究光合作用过程,下列选项中各试管得到的产物情况正确的是( C )
试管 叶绿体 结构 光照 C18O2 ATP、 NADPH 三碳 化合物
甲 类囊体 + + - -
乙 基质 - + + -
丙 基质 - - + +
注:表中的“+”表示“添加或有”,“-”表示“不添加或无”。
①甲试管不会产生18O2 ②乙试管可得到三碳化合物 ③丙试管可能得到淀粉(糖类)
A.①② B.②③
C.全对 D.全错
解析:甲试管中进行光反应,氧气来自水,但18O存在于C18O2中,故不会产生18O2;乙试管中能进行暗反应,固定二氧化碳形成三碳化合物;丙试管中含有光反应的产物ATP、NADPH,又具有暗反应的条件(基质和三碳化合物),故能进行暗反应,得到淀粉。
11.(不定项)如图为红松和人参两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是( BC )
A.若土壤中镁的含量减少,一段时间后人参的a点右移
B.光照强度在b点之后,限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C.光照强度为c时,红松和人参的净光合速率相等
D.光照强度为a时,每日光照12小时,一昼夜后人参和红松的干重
减少
解析:由题图可知,对于人参而言,a点光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1,对应的光照强度为光补偿点;若土壤中镁的含量减少,人参合成叶绿素减少,由于呼吸速率不变,因此达到光补偿点需要的光照强度变大,故一段时间后人参的a点右移;光照强度在b点之后,限制红松P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度,在d点之后,限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2浓度;阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低,光照强度为c时,二者的P/R值相同,但呼吸速率不一定相同,故红松和人参的净光合速率不一定相同;光照强度为a时,对于人参而言,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1,白天12小时没有积累有机物,晚上进行呼吸作用消耗有机物,一昼夜后干重减少,而对红松而言,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)小于1,白天12小时不但没有积累有机物,而且还消耗有机物,晚上进行呼吸作用也消耗有机物,因此一昼夜后干重减少。
12.(不定项)我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP),成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下,PSP能够将CO2直接还原,使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法正确的是( ACD )
A.自然光合系统只能还原C3,而光敏蛋白可直接还原CO2
B.黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行,而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C.光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D.该研究为减轻温室效应提供了新思路
解析:自然光合系统只能还原C3,而题干中说明PSP能够将CO2直接还原;黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应产生的ATP和NADPH,无法持续进行;在光照条件下,PSP能够将CO2直接还原,说明光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似;温室效应是由二氧化碳过量排放导致的,该研究为减轻温室效应提供了新思路。
13.科研人员为探究土壤含水量、CO2浓度对番茄光合作用的影响,在适宜温度和光照强度的智能温室内进行实验,结果如表。分析回答下列问题。
组别 土壤 含水量 CO2 浓度/ % 净光合速率/ (μmol CO2· m-2·s-1) 相对气 孔开 度/% 水分利 用效率
A 适宜 0.03 12 100 1.78
B 干旱 0.03 7.5 62 1.81
C 适宜 0.06 15 83 3.10
D 干旱 0.06 9.5 47 3.25
(1)光合作用过程中CO2参与反应的场所是 ,CO2中碳元素的转移途径是
。
(2)由表可知,与C组相比,限制B组番茄光合作用的环境因素有
;D组与B组相比,CO2浓度倍增不仅能提高番茄的净光合速率,还能通过提高 来增强抗旱能力。
(3)干旱条件下,净光合作用速率下降,结合表中数据分析,主要原因是 。
解析:(1)光合作用过程中CO2参与暗反应,场所是叶绿体基质,包括CO2的固定和C3的还原,所以CO2中碳元素的转移途径是CO2C3(CH2O)。
(2)据题表分析可知,与C组相比,B组与其不同之处为土壤含水量和CO2浓度,所以限制B组番茄光合作用的环境因素有土壤含水量(干旱)、CO2浓度(0.03%);D组与B组相比,CO2浓度倍增不仅能提高番茄的净光合速率,还能通过提高水分利用效率(从1.81上升到3.25)来增强抗旱能力。
(3)在干旱条件下,相对气孔开度低,叶绿体获得的CO2减少从而影响暗反应,导致净光合作用速率下降。
答案:(1)叶绿体基质 CO2C3(CH2O)
(2)土壤含水量、CO2浓度 水分利用效率(从1.81上升到3.25) (3)相对气孔开度低,叶绿体获得的二氧化碳减少从而影响暗反应
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5.4 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
一、选择题
1.鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,然后进行两组实验:第一组向小球藻培养液提供H2O和C18O2;第二组向同种植物提供O和CO2。在其他条件都相同的情况下,分析了两组实验释放的氧气。卡尔文用小球藻做实验:用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,探究CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。下列相关叙述正确的是( )
A.小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
B.鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化
规律
C.鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放氧气的相对分子质量比为8∶9
D.卡尔文实验中14C的转移途径是C5→(14CH2O)+14C3
2.如图表示植物细胞代谢的过程,下列有关叙述错误的是( )
A.图中②过程O2的释放量小于⑩过程O2的吸收量,若长期如此则该植物将无法正常存活
B.植物细胞④过程的进行与⑤～⑩过程密切相关,与②过程无直接
关系
C.若植物缺Mg则首先会受到显著影响的生理过程是②
D.蓝细菌的①②过程发生在类囊体薄膜上,③发生在叶绿体基质中
3.一般来说,光照增强,光合作用增强。但在夏天光照最强的中午,光合作用强度反而下降。其原因主要是( )
A.蒸腾作用太强,体内水分不足
B.气孔关闭,CO2供应不足
C.气孔关闭,O2释放不出,抑制光反应
D.酶的活性降低
4.将一株正常生长的盆栽植物突然转移到黑暗环境中,其叶肉细胞的叶绿体中( )
①C3增多,C5减少 ②NADPH增多,(CH2O)增多 ③ADP增多,ATP减少 ④C3减少,C5增多
A.①② B.②③
C.①③ D.②④
5.图乙是将甲置于自然环境中,测定南方晴天一昼夜密闭透明小室内氧气的增加或减少量而得到的。下列说法错误的是( )
A.12时对应的点是气孔关闭导致CO2供应不足造成的
B.若该植株培养液中缺镁,那么A点应向右移动
C.AB段的限制因素主要是CO2
D.小室内O2总量最大时刻是16时
6.某细菌生活在富含Fe2+的水中,它能将Fe2+氧化成Fe3+,并能利用该过程所产生的能量来生产有机物,这种制造有机物的方式是( )
A.光合作用 B.呼吸作用
C.化能合成作用 D.氧化作用
7.如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图,下列相关叙述错误的是( )
A.若细胞①处于黑暗环境中,则该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率
B.若细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换,可判断此时细胞光合速率等于呼吸速率
C.若细胞③处在较强光照条件下,则细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D.分析细胞④可得出,此时的光照强度较弱且N1小于m2
二、非选择题
8.如图表示菠菜叶肉细胞的光合作用与有氧呼吸过程。图中①～⑤表示相关生理过程,字母表示物质。回答下列问题。
(1)图中g表示 ,m表示 。
(2)①表示 ,④发生的具体场所是 。
(3)夏季晴朗的中午,光合速率明显下降,②过程中k的合成速率 (填“升高”或“降低”),原因是
。
(4)在某光照条件下,测得叶肉细胞内②过程n的量等于⑤过程c的量,此条件下植物不能正常生长,原因是
。
等级考试训练
9.某生物兴趣小组为探究光合作用的相关问题,将银边天竺葵(叶边缘呈白色)先在黑暗处放置几小时,在叶柄基部做环剥处理(限制叶片有机物的输入和输出),并用适当方法阻止叶片两侧物质和能量的转移,将一定大小不透光的黑色纸片用回形针从上下两面夹在绿色部位(如图所示),然后把天竺葵放在阳光下照射4 h。之后取下该叶片,用打孔器分别在叶片的不同部位取下面积均为12 cm2的A、B、C三个叶圆片,放在酒精溶液中水浴加热脱色,再放入清水中漂洗后取出,滴加碘液。下列相关叙述错误的是( )
A.将植株放在黑暗处几小时的目的是除去叶片中原有的淀粉
B.通过分析比较图中A、B叶圆片,可以验证光合作用需要光
C.通过分析比较图中A、C叶圆片,可以验证光合作用需要叶绿体
D.A、B两个叶圆片烘干称重的差值为净光合作用制造的有机物质量
10.科学家提取植物细胞中的叶绿体,打破叶绿体膜后用高速离心法分离出类囊体和基质,在不同条件下进行实验(如表所示),研究光合作用过程,下列选项中各试管得到的产物情况正确的是( )
试管 叶绿体 结构 光照 C18O2 ATP、 NADPH 三碳 化合物
甲 类囊体 + + - -
乙 基质 - + + -
丙 基质 - - + +
注:表中的“+”表示“添加或有”,“-”表示“不添加或无”。
①甲试管不会产生18O2 ②乙试管可得到三碳化合物 ③丙试管可能得到淀粉(糖类)
A.①② B.②③
C.全对 D.全错
11.(不定项)如图为红松和人参两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是( )
A.若土壤中镁的含量减少,一段时间后人参的a点右移
B.光照强度在b点之后,限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C.光照强度为c时,红松和人参的净光合速率相等
D.光照强度为a时,每日光照12小时,一昼夜后人参和红松的干重
减少
12.(不定项)我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP),成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下,PSP能够将CO2直接还原,使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法正确的是( )
A.自然光合系统只能还原C3,而光敏蛋白可直接还原CO2
B.黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行,而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C.光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D.该研究为减轻温室效应提供了新思路
13.科研人员为探究土壤含水量、CO2浓度对番茄光合作用的影响,在适宜温度和光照强度的智能温室内进行实验,结果如表。分析回答下列问题。
组别 土壤 含水量 CO2 浓度/ % 净光合速率/ (μmol CO2· m-2·s-1) 相对气 孔开 度/% 水分利 用效率
A 适宜 0.03 12 100 1.78
B 干旱 0.03 7.5 62 1.81
C 适宜 0.06 15 83 3.10
D 干旱 0.06 9.5 47 3.25
(1)光合作用过程中CO2参与反应的场所是 ,CO2中碳元素的转移途径是
。
(2)由表可知,与C组相比,限制B组番茄光合作用的环境因素有
;D组与B组相比,CO2浓度倍增不仅能提高番茄的净光合速率,还能通过提高 来增强抗旱能力。
(3)干旱条件下,净光合作用速率下降,结合表中数据分析,主要原因是 。
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