高中生物新教材知识对点专练：6 光合作用(含解析）

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高中生物新教材知识对点专练
第二单元 细胞代谢
专题六 光合作用
考点1　光合色素和叶绿体
1.[2019江苏,17,2分]如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是 (　　)
A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C.在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作
D.实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
2.[2017全国卷Ⅲ,3,6分]植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 (　　)
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
考点2　光合作用的原理及其应用
3.[2019全国卷Ⅰ,3,6分]将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自于 (　　)
A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气
4.[2017天津理综,6,6分]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。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是 (　　)
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
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
5.[2020山东,21,9分]人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是　　　　,模块3中的甲可与CO2结合,甲为　　　 　。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将　　　　(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是　　　　　　　　　。
(3)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,原因是 。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
6.[2018浙江11月选考,30节选,3分] 在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中,选用某植物幼苗,用含有100 mmol/L NaCl的完全营养液进行培养,测定其光合作用速率和气孔导度,结果如图所示。本实验可推出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　。实验中设置了前后自身对照,还可设置　　　　　　　　　　　　作为空白对照。测量光合作用速率的指标除本实验采用的之外,还可采用　　　　　　　　　　(答出两点即可)。
7.[2017全国卷Ⅰ,30,9分]植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是　　　　　　　　　　　。甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率　　　　(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
专题探究　光合作用与细胞呼吸的综合分析
8.[2020海南,21,9分]在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是　　　　;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度　　　　。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是　　　　　　　　　　　　　。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是　　　　　　。
9.[2018江苏,29,9分]如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H]),请回答下列问题:
(1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为　　　　,其中大多数高等植物的　　　　需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中,细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到甲内,在　　　　(填场所)组装;核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内,在　　　　(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为　　　　后进入乙,继而在乙的　　　　(填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的　　　　(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括　　　　(填序号)。
①C3的还原　②内外物质运输　③H2O裂解释放O2　④酶的合成
10.[2018全国卷Ⅲ,29节选,7分]回答下列问题:
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知:当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均　　　　。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是　 。
(3)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度　　　　(填“高”或“低”)。
拓展变式
1.将某植物放在透明密闭容器内,给予不同的光照条件,定时检测密闭容器中CO2含量,下列说法错误的是 (　　)
条件件CO2含量(mg)条件CO2含量(mg)时间(s) 0 50 100 150
黑暗 340 347 354 361
遮光75% 340 342 344 346
遮光25% 340 332 324 316
全光照 340 336 332 328
A.不同组别的温度必须相同
B.本实验中该植物生长的适宜光照条件是遮光25%
C.在遮光75%的条件下,光照强度是限制该植物光合作用的主要因素
D.100~150 s全光照条件下植物固定CO2的总量为4 mg
2.[2019全国卷Ⅰ,29,12分]将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力　　　　　　。
(2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会　　　　　　,出现这种变化的主要原因是　 。
(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
3.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下,测定某植物叶片在不同光照条件下的净光合作用速率,单位为mg/(100 cm2·h)。下列有关说法错误的是 (　　)
A.在a点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体
B.该植物叶片的呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h)
C.在一昼夜中,将该植物叶片置于c点对应的光照强度条件下11小时,其余时间置于黑暗中,则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变),则图中b点将右移,c点将下移
4.[10分]半叶法是总光合速率测定的常用方法,其一般实验步骤:①用刀片将叶柄的外皮进行环割处理,切断韧皮部的物质(如有机物)运输,但不切断木质部的导管;②选择对称性较好的叶片,沿中央叶脉一半遮光,另一半不进行任何处理;③经一段时间(T)适宜的光照后,剪下叶片并将两半对应部位叠在一起,用大小适当的打孔器在叶片的中部打下相同叶面积(A)的叶片,经烘干后分别称重,遮光部分干重记为W1,曝光部分干重记为W2;④计算总光合速率。
(1)光照处理之前将叶柄的外皮进行环割处理,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)根据半叶法的实验步骤及实验记录整理出用有机物表示总光合速率的计算公式:单位叶面积的总光合速率=　　　　(用题中的字母表示)。
(3)重复以上实验,同时将步骤③改为将叶片剪下经酒精脱色处理后滴加碘液染色,比较遮光部分与曝光部分是否变蓝。该实验　　　　(填“能”或“不能”)说明叶片在光下生成了淀粉,理由是 。
答案
专题六 光合作用
1.D　研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏,A项错误;层析液由有机溶剂配制而成,B项错误;层析液易挥发,层析分离时烧杯上要加盖,C项错误;对照图示结果分析可知,该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b,D项正确。
2.A　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以其在蓝紫光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成,A错误;叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B正确;光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的,因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示,C正确;叶绿素吸收640~660 nm的红光,使水光解释放O2,D正确。
3.A　水是占细胞鲜重最多的化合物,矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础,植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素等使植株质量增加;另外,植物在光照条件下可进行光合作用,通过吸收空气中的CO2合成有机物从而使植株质量增加。故A符合题意。
4.D　光照强度低于P时,突变型的光合作用强度(光反应和暗反应强度)低于野生型,A项正确;光照强度高于P时,突变型的光合作用强度(光反应和暗反应强度)高于野生型,B项正确;光照强度低于P时,限制突变型和野生型光合速率的主要环境因素为横坐标所表示的因素,即光照强度,C项正确;光照强度高于P时,突变型光合速率随光照强度的增大而增加,因此限制其光合速率的主要环境因素仍然为横坐标所表示的因素,即光照强度,D项错误。
5.(除标明外,每空1分)(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5)　(2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足　(3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)(2分)　(4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少(2分)
【解析】　(1)根据题图可知,模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能,模块2利用电能电解水生成H+和O2,并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类,相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO2的固定为CO2和C5结合生成C3,C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原,随后经过一系列反应形成糖类和C5,故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5),乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则CO2浓度突然降低,CO2的固定受阻,而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行,因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,若该系统气泵停转时间较长,则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足,从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量=光合作用合成糖类的量-细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比,该系统没有呼吸作用消耗糖类,所以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高于植物。(4)干旱条件下,土壤含水量低,导致植物叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少。因此,干旱条件下,很多植物光合作用速率降低。
6.(每空1分)NaCl处理导致光合作用速率及气孔导度下降,且随处理时间的延长,抑制作用越明显　不加NaCl的完全营养液　单位时间单位叶面积的O2释放量、单位时间单位叶面积的干物质积累量
【解析】　根据题图实验结果可推知,NaCl处理会导致光合作用速率及气孔导度下降,且随处理时间的延长,抑制作用越明显。本实验设置了前后自身对照,还可以设置不加NaCl的完全营养液作为空白对照。除本实验所用测量光合作用速率的方法外,还可以通过检测单位时间单位叶面积的O2释放量、单位时间单位叶面积的干物质积累量来表示光合作用速率。
7.(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低(3分)　大于0(2分)　(2)甲种植物在光下经光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加(4分)
【解析】　(1)将甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养,培养后两种植物的光合速率都降低的原因是植物在光下光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量,总体上两种植物都要从小室中吸收CO2,因此,小室中的CO2浓度会降低,从而影响两种植物的光合速率。由题干信息可知,甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,因此,当甲种植物的净光合速率为0时,对于乙种植物来说,外界的CO2浓度是超过其CO2补偿点的,乙种植物的光合速率一定大于呼吸速率,即净光合速率大于0。(2)甲种植物在光下经光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水发生在有氧呼吸过程中,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加。
8.(1)光照强度(1分)　降低(2分)　(2)B菜地光照强度过强,温度过高,导致蔬菜部分气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低(3分)　(3)C地温度上升,光合作用有关酶活性降低,呼吸作用有关酶活性增加,C地净光合作用降低,有机物积累量下降,因此C菜地蔬菜产量低于B菜地(3分)
【解析】　(1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,与10时相比,7时光照强度弱,此时,影响光合作用的主要外界因素是光照强度;10时到12时,从图中分析可知,光合作用强度在降低。(2)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加,当光照强度持续增加同时温度上升,会导致部分气孔关闭,植物从外界吸收二氧化碳受阻,植物暗反应受到限制,光合作用强度降低。(3)当温度升高后,与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低,光合作用强度降低;呼吸作用有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度,呼吸作用强度升高,最终导致净光合作用减弱,蔬菜的有机物积累量减少,产量降低。
9.(除标明外,每空1分)(1)叶绿素、类胡萝卜素　叶绿素　(2)类囊体膜上　基质中　(3)丙酮酸　基质中　内膜上　(4)①②④(2分)
【解析】　(1)由题图可知甲为叶绿体,乙为线粒体。植物通过光合作用将光能转变为化学能,参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素,其中大多数高等植物的叶绿素需在光照条件下合成。(2)光反应的场所为类囊体膜,参与光反应中心的蛋白在类囊体膜上组装;Rubisco(催化CO2固定的酶)是参与暗反应的相关酶,在叶绿体基质中组装。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为丙酮酸后进入线粒体,在线粒体基质中被彻底氧化分解生成CO2;NADPH可被线粒体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用,NADPH 中的能量最终被转移到ATP中。(4)线粒体产生的ATP被叶绿体利用时,可参与叶绿体内C3的还原、内外物质运输、有关酶的合成等代谢过程,H2O光解释放O2利用的是光能。
10.(2)增加(2分)　群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低(3分)　(3)低(2分)
【解析】　(2)由图可知,叶面积系数小于a时,群体干物质积累速率和群体光合速率都增加;叶面积系数超过b时,群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,因此群体净光合速率降低,干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常,与阳生植物相比,阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低,即达到此点需要的光照强度较低。
1.D　该实验中,温度为无关变量,不同组别的温度应保持适宜且一致,A正确;由题表可知,该植物在遮光25%条件下净光合速率最大,故本实验中遮光25%最适宜植物生长,B正确;在遮光75%的条件下,植物的光合速率较慢,此时光照强度是限制该植物光合作用的主要因素,C正确;100~150 s全光照条件下植物固定CO2的总量表示总光合量,为7+4=11(mg),D错误。
2.(除标明外,每空1分)(1)增强　(2)降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少(2分)　(3)实验思路:取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。(3分)将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。(5分)
【解析】　(1)经干旱处理后,根细胞的溶质浓度增大,细胞内渗透压增大,对水分子吸引力增大,植物根细胞的吸水能力增强。(2)据题干条件可知干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小,导致叶片细胞吸收CO2减少,暗反应减弱,因此光合速率会下降。(3)根据题意分析可知,实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的,故实验应分为两部分:①证明干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的;②证明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。该实验材料为ABA缺失突变体植株(不能合成ABA),自变量应分别为①正常条件和缺水环境、②植物体中ABA的有无,因变量均为气孔开度变化,据此设计实验。①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度,预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化,即干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的。②将上述经干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度,预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。可说明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。
3.A　由题图可知,在a点该植物只进行呼吸作用,呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h),不能进行光合作用,所以在a点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体,A错误、B正确。将该植物叶片置于c点所对应光照强度条件下11小时,每100 cm2叶片CO2的净吸收量为10×11=110(mg);其余时间置于黑暗中,每100 cm2叶片CO2的释放量为 5×13=65(mg),故每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为 110-65=45(mg),C正确。若将温度升高到 30 ℃,则细胞呼吸强度会增大,光合作用强度会减小,故b点将右移,c点将下移,D正确。
4.(除标明外,每空3分)(1)阻止韧皮部将光合作用的产物运出叶片而影响实验结果　(2)(W2-W1)/(A×T)　(3)不能(1分)　叶片事先没有经过暗处理,无法排除叶片中原有淀粉的影响
【解析】　(1)已知植物的木质部中导管主要运输水和无机盐,而韧皮部中筛管主要运输糖类等有机物,将叶柄的外皮进行环割处理的结果是切断了糖类(光合作用产物)等有机物的运输,没有切断水和无机盐的运输。因此,环割是防止光合作用产物输出而影响叶片的干重变化。(2)本小题需注意要求的是“单位叶面积的总光合速率”,此处需要分别得出总光合作用量(用有机物产生量表示)、叶面积和时间,即总光合作用量=W2-W1,因此,单位叶面积的总光合速率=总光合作用量/(叶面积×时间)=(W2-W1)/(A×T)。(3)回顾教材实验可知,先对植物进行暗处理(饥饿处理)后,再进行遮光和曝光处理,最后证明了光合作用产生淀粉,本题中叶片事先没有经过暗处理,无法排除叶片中原有淀粉的影响。