2024人教版新教材高中生物必修1同步练习--第4节　光合作用与能量转化（含解析）

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2023人教版新教材高中生物必修1
第4节　光合作用与能量转化
第1课时　捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一　掌握绿叶中色素的提取和分离实验
1.(2022江苏江阴期末改编)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是(　　)
A.将干燥处理过的定性滤纸用于研磨液过滤和层析
B.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线1~2次
C.层析分离时,将试管用棉塞塞紧管口后置于通风处
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
2.(2022黑龙江大庆实验中学期末)如图是小明同学所做“新鲜菠菜叶片内叶绿体中色素的提取和分离实验”的实验结果,老师认为实验结果不理想,则产生此结果最可能的原因是(　　)
A.研磨时未加入SiO2
B.误用蒸馏水作提取液
C.层析液没过滤液细线
D.研磨时未加入CaCO3
3.(2021山东济南长清一中月考)在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是(　　)
①未加石英砂,研磨不充分　②一次性加入大量的无水乙醇提取　③分次加入少量无水乙醇提取　④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②④
4.(2021山东泰安模拟)某生物兴趣小组欲制作彩色“叶片”书签,即将滤纸片剪成如图形状(“叶柄”处已剪去两角)来分离绿叶中提取出的色素,趣味实验完成后“叶片书签”自上而下留下4条色素带。下列说法中,正确的是(　　)
A.书签不同色素带宽度不同,但都只能吸收可见光
B.需用铅笔在“叶柄”处画一条细直的横线作为滤液细线
C.绿叶中色素溶解于有机溶剂中,故不同色素能在书签上扩散分离开
D.一段时间后叶绿素被分解,书签只剩下3、4两条带,分别为橙黄色、黄色
5.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请根据问题回答:
图1　　图2
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是　　　　　,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于　　　　　　　　。从上到下数,叶黄素位于第　　　条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间,通过分析色素溶液的　　　　　　　　　　　来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在　　　　(填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在　　　　中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是　　　　　(填色素的名称)。
题组二　捕获光能的色素
6.(2022河南洛阳统测)叶绿素是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用,在光照条件下形成的。如图为叶绿素a的分子结构式,其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性特点。下列分析正确的是(　　)
A.叶绿素a和叶黄素都能吸收红光用于光合作用
B.叶绿素a在层析液中的溶解度大于胡萝卜素
C.组成叶绿素a分子的化学元素有大量元素和微量元素
D.尾部对于叶绿素a分子在类囊体薄膜上的固定起重要作用
7.植物的叶片不透光,多数叶片呈绿色。下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是　(　　)
A.植物呈绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光
B.叶绿体中的色素与液泡中的色素功能不相同
C.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
D.叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区的吸收峰值不同
题组三　叶绿体的结构适于进行光合作用
8.(2022山西太原期中)将培养有水绵的培养皿置于黑暗中一段时间,并阻止氧气进入,此时只有厌氧细菌生长,当水绵被通过分光镜获得的单色光光束照射时(如图),藻丝上厌氧细菌聚集最多的部位是(　　)
A.1、3 B.2、3 C.3、4 D.1、4
9.(2022四川成都简阳阳安中学月考)如图为某种细胞器的结构模式图,下列叙述错误的是　(　　)
A.结构①的基本骨架是磷脂双分子层
B.结构②的选择透过性与蛋白质的种类和数量有关
C.结构③的膜表面积大,有利于有氧呼吸的酶附着
D.结构④中含量最多的化合物是水
能力提升练
题组　综合分析捕获光能的色素和结构
1.(2022福建龙岩长汀一中月考)某兴趣小组为了探究光照对绿叶中色素合成的影响,将韭菜根分别置于光照和黑暗条件下培养,分别发育成韭菜和韭黄,然后提取和分离二者叶片中的色素,结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A.实验结果说明光照是叶绿素和类胡萝卜素合成的必要条件
B.两滤纸条上共有的色素主要吸收红光和蓝紫光
C.若提取韭菜色素时未加SiO2,可获得与韭黄类似的色素带
D.在光下培养的韭菜根也有可能发育成韭黄
2.(不定项)恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个实验,现象分别如图。有关说法正确的是　(　　)
实验1
实验2
A.选择水绵为材料,其叶绿体呈螺旋带状分布是重要因素之一
B.选择需氧细菌是为了证明光合作用有氧气产生
C.实验1可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
D.实验2可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光
3.(2022湖北天门期末节选)野生型(WT)拟南芥叶片呈深绿色。对叶片的一部分(整体遮光,中部留出一条缝隙)强光照射1小时后,被照射的窄缝处变成浅绿色(如图一所示)。
图一
图二
实验分析:对强光照射后的窄缝处变成浅绿色可以有以下两种假设。
(1)第一种假设:由于叶绿素结构不稳定,强光下可能部分分解导致该部位呈浅绿色。该假设可以通过　　　　　　　　　　实验进行验证。最少要做　　　　　　组实验才能验证该假设正确与否。
实验现象及结果分析:如果　　　　　　(填颜色)的色素带变窄,则说明该假设正确。
(2)第二种假设:叶绿体在细胞内的位置分布受到动态调控。该假设可以通过图二中的　　　　(选填“WT”或“chup1”)组得以证实。
第2课时　光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一　了解光合作用原理的探索
1.(2022河北邯郸期末)植物学家希尔发现,将离体叶绿体悬浮液(含H2O,不含CO2)与黄色的高铁盐(Fe3+,作为氧化剂)混合,照光后发现叶绿体有气泡放出,溶液由黄色变成浅绿色(Fe2+);但在遮光条件下,溶液颜色不会发生变化,也没有气泡产生。下列有关叙述正确的是(　　)
A.该实验说明没有CO2,叶绿体也可以进行光合作用
B.气泡产生过程中同时产生了NADPH
C.遮光条件下混合液中只进行了暗反应
D.上述反应过程发生在叶绿体基质中
2.(2022河北唐山期末改编)如果用18O标记H2O,14C标记CO2,下列有关光合作用的叙述,正确的是(　　)
A.18O2会首先出现在叶绿体基质中
B.14C转移的途径是14CO2→C5→糖类
C.产生18O2的同时也会产生NADPH
D.14C一定会在光反应产物——ATP中发现
题组二　掌握光合作用过程
3.(2022山东潍坊诸城一中月考)科学家往小球藻培养液中通入14CO2,分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质分布情况,结果如表所示。下列叙述错误的是(　　)
实验 组别 光照时间 (s) 放射性物质分布
1 2 大量3-磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等
A.本实验可以证明小球藻暗反应首先发生的是CO2的固定
B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布
C.本实验证明了暗反应消耗光反应提供的NADPH和ATP
D.实验结果说明光合作用产生多种类型的有机物
4.图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图,下列叙述正确的是(　　)
A.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
B.CO2可直接被NADPH还原,再经过一系列的变化形成糖类
C.被还原的C3在有关酶的作用下,可再形成C5
D.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
题组三　分析影响光合作用的因素及应用
5.(2022广东深圳宝安联考)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化,下列叙述错误的是　(　　)
A.该实验的目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响
B.加入CO2缓冲液是为了保持容器内一定浓度的CO2
C.单位时间内,红色光下测得的O2浓度高于自然光下测得的O2浓度
D.若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸作用强度
6.(2022重庆清华中学月考)如图为植物光合作用强度随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是(　　)
A.a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.b点时植物光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,此图表示该植物处于25 ℃环境中,若将温度提高到30 ℃时,则a点上移,b点左移,d点下移
D.当植物缺镁时,b点将右移
7.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响,得到实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是(　　)
A.光照强度为c时,曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B.光照强度为c时,曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C.光照强度为a~b时,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D.光照强度为a~c时,曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
8.夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在不同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b~c段和d~e段下降的原因相同
D.两曲线b~d段不同的原因可能是乙植株气孔部分关闭
9.下列有关光合作用及其影响因素的叙述,错误的是(　　)
A.“正其行,通其风”能为植物提供更多的CO2提高光合作用速率
B.“六月盖被,没有谷米”说明水稻光合作用受温度的影响
C.“春生夏长,秋收冬藏”中植物“夏长”主要影响因素是光照、温度
D.“合理施肥,粮食满囤”表明植物可直接吸收土壤中的有机营养
10.(2021河北唐山期末)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的　　　　上,该物质主要捕获可见光中的　　　　　　　。
(2)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是　　　　。
(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是　　　　。
(4)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”)。
11.如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题:
(1)图1装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴　　　　(填“向左”“向右”或“不移动”),原因是　　　　　　　　。
(2)若图1装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是　　　　　　　　　　　　　　　,原因是酵母菌是　　　　　　生物。
(3)如果要在(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图1装置 　　　　　　　　　　　　　。
(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为　　　　　　　　,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
题组四　理解化能合成作用概念
12.(2021湖南衡阳八中期末改编)硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中,其部分代谢反应如图所示,下列关于硝化细菌的化能合成作用的描述正确的是(　　)
A.碳源为葡萄糖
B.培养时需隔绝空气
C.化能合成的生物利用无机物中的化学能
D.硝化细菌是自养生物
能力提升练
题组一　分析环境变化时各物质含量变化
1.(2022北京朝阳期末)正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A.ATP/ADP比值下降
B.NADPH/NADP+比值下降
C.CO2的固定加快
D.O2的产生停止
2.(2022吉林长春外国语学校期末)将如图所示水稻叶肉细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是(　　)
A.黑暗条件下,①增大、④减小　
B.光照强度低于光补偿点时,①减小、③增大
C.光照强度等于光补偿点时,②③保持不变
D.光照强度等于光饱和点时,②减小、④增大
3.(不定项)(2021湖北十堰高一期末改编)用14CO2“饲喂”叶肉细胞,让该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,细胞内含放射性的C3浓度的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A.叶肉细胞光合作用的暗反应全过程都会消耗ATP和NADPH
B.ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3的生成和14C3的消耗相对稳定
C.若a点时突然停止供应CO2,则叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低
D.b点后叶肉细胞内仍然有少量有机物的合成
题组二　综合分析光合作用及其影响因素
4.(2021安徽五校联考)安徽怀远县是中国石榴之乡,榴花似火,果实营养丰富,果皮可以入药。如图是石榴树在不同温度和光强度条件下的光合速率变化情况,光合速率以干重增加速率[mg/(单位叶面积 h)]表示。其他条件均为最适宜,下列有关说法正确的是(　　)
A.25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞中产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
B.5 klx光强度时15 ℃和25 ℃条件下的总光合速率相等
C.15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是CO2浓度
D.25 ℃条件下,石榴黑暗处理1 h后再在12 klx光强度下照射1 h,则实验期间干重积累量约为10 mg/单位叶面积
5.(2022天津耀华月考)用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片并用气泵抽出叶片内气体直至沉底,然后将等量的叶圆片分别转至含有等浓度的CO2缓冲液的多个培养皿中,并给予一定的光照,在相同且适宜的条件下,测量不同温度下的叶圆片全部上浮至液面所用的平均时间,如图所示。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
B.在ab段,随着水温的增加,净光合速率逐渐减小
C.叶片真正光合作用的最适温度一定位于bc段
D.在cd段,主要是由CO2减少导致上浮至液面的时间延长
6.(2021江苏部分高中联考)某同学将生长旺盛的银边天竺葵(幼叶叶片全绿色,成熟叶片边缘银白色)置于密闭容器内(已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等,气体含量相对值为1),在天气晴朗的早6时将该容器移至阳光下,日落后移到暗室中,测得容器中两种气体的相对含量如图所示。请回答下列问题:
注:两条曲线在20时前沿水平虚线上下对称,20时后不对称。
(1)利用银边天竺葵成熟叶片提取叶绿体色素的实验中,对叶片进行　　　　　　　　　　　　的处理,能够提高提取液中叶绿体色素的含量。
(2)图中在　　　　　时该植株的光合作用强度等于呼吸作用强度,此时叶绿体中二氧化碳来源是　　　　　　　　　　。
(3)从6时到8时,影响曲线变化的主要环境因素是　　　　　　,此环境因素对光合作用产生的影响是　 　 (从光反应与暗反应的关系具体分析)。
(4)相比较17时,20时该植物干重　　　　　　(填“增多”“减少”或“一样多”)。
(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是　　　　　　　。
题组三　绿色植物光合速率与呼吸速率的测
定与判断
7.(2022河南范县一中月考)将绿色植物放在特定的实验装置内,研究温度对光合速率与呼吸速率的影响(其余的实验条件都是理想的),实验以植物对CO2的吸收量与释放量为指标,实验结果如表所示。下列叙述正确的是(　　)
温度 (℃) 5 10 15 20 25 30 35
光照下 吸收 CO2的量 (mg/h) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00
黑暗中 释放 CO2的量 (mg/h) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50
　　　　 　　　　 　　　　
①昼夜不停地给予光照,在35 ℃条件下该植物能生长
②昼夜不停地给予光照,该植物生长的最适宜温度是25 ℃
③在30 ℃条件下与在35 ℃条件下相比,光合作用合成的有机物的速率不同
④每天交替进行12小时光照、12小时黑暗,温度均在5 ℃条件下该植物不能生长
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
8.(2022安徽师大附中月考)某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合作用速率=(2y-z-x)/6[g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)
A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射1小时
D.晚上8时后在无光下放置3小时
9.(不定项)(2022湖南长郡中学期末)如图表示一定温度和CO2浓度条件下,在不同光照强度条件下某植株CO2释放量和叶绿体的O2释放量,假设呼吸作用速率不随光照强度改变。下列说法正确的是(　　)
A.光照强度为a时,植物产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体
B.光照强度为b时,植物的光合作用速率小于呼吸作用速率
C.光照强度为c时,植物的有机物积累量为0
D.在光照强度为d时光照18 h,再黑暗6 h,植物仍不能正常生长
答案与分层梯度式解析
第1课时　捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.C　将干燥处理过的定性滤纸用于层析,不能用于研磨液过滤,A错误;在画出一条滤液细线后,待滤液干后再重复画线1~2次,B错误;研磨叶片时,用无水乙醇溶解色素,D错误。
2.D　在层析液中色素溶解度大小关系为胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b,而色素含量大小的关系为叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。图中叶绿素含量较少,可能是研磨时未加入CaCO3,导致部分叶绿素被破坏,D符合题意。
方法技巧
巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
　　胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙黄)黄蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
3.D　未加石英砂,导致研磨不充分,使色素的提取量减少,①符合;一次性加入大量的无水乙醇,使色素提取液浓度降低,②符合;分次加入少量无水乙醇不影响色素的提取,③不符合;放置数天的菠菜叶片发黄,叶绿素含量减少,提取量也会减少,④符合。
4.A　绿叶中的色素一般吸收可见光,且色素带宽度不同,A正确;滤液细线是由毛细吸管吸取少量滤液画成的,B错误;色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,C错误;色素带从上往下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素见光分解后剩下1和2两条带,D错误。
5.答案　(1)纸层析法　色素在层析液中溶解度的大小　2　(2)吸收光谱(不同波长的光被吸收的情况)　(3)a　层析液　叶绿素b
解析　(1)分离色素使用的方法为纸层析法;分离原理是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。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)色素有不同的吸收光谱,因此可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素的种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光(教材第99页)。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央的地方,即a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。
6.D　叶黄素不吸收红光,A错误;组成叶绿素a分子的化学元素有C、H、O、N、Mg,都属于大量元素,没有微量元素,C错误;叶绿素a的尾部具有亲脂性特点,而生物膜的基本骨架由磷脂双分子层构成,故叶绿素a的尾部有利于固定在类囊体膜上,D正确。
7.A　植物呈绿色是由于叶绿体色素对绿光吸收最少,反射多,A错误;叶绿素和类胡萝卜素均可吸收蓝紫光,但在蓝紫光区的吸收峰值不同,D正确。
8.B　1、4区域是红光和蓝紫光区,叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,因此在图中1、4部位的光合作用较强,产生的氧气较多,在图中2、3部位的光合作用较弱,产生的氧气较少,B正确。
9.C　结构③为基粒,由类囊体堆叠而成,增大了基粒的膜面积,有利于光合色素的附着,C错误。
能力提升练
1.D　在光下发育成的韭菜叶片,提取和分离叶片中的色素得到四条色素带(胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b),在黑暗下发育成的韭黄叶片,提取和分离叶片中的色素得到两条色素带(胡萝卜素、叶黄素),说明光照影响叶绿素的合成,A错误;两滤纸条上共有的色素为类胡萝卜素,主要吸收的是蓝紫光,B错误;色素提取时加入SiO2是为了使研磨充分,若提取韭菜色素时未加SiO2,不会获得与韭黄类似的色素带,C错误。
2.ACD　恩格尔曼选择水绵和需氧细菌进行实验,是因为水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察,而需氧细菌可确定氧气释放多的部位,A正确,B错误;实验1中需氧细菌集中分布在有光束照射的叶绿体部位,可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气,C正确;实验2需氧细菌集中分布在红光和蓝紫光区域,故可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光,D正确。
3.答案　(1)绿叶中色素的提取和分离　2　(实验组)黄绿色和蓝绿色　(2)WT
解析　(1)要证明强光照射导致拟南芥叶片中的叶绿素部分分解,使被照射的窄缝处变成浅绿色,自变量是光强度,因变量是叶绿素的含量(可用色素带的宽窄表示色素的含量)。可通过对强光和自然光照射的拟南芥叶片进行叶绿体色素的提取和分离实验进行验证,其中自然光照射组为对照组。(2)观察图二中拟南芥叶片中叶绿体分布可知,用强光照射拟南芥叶片中间部位,WT组拟南芥叶片中叶绿体向叶片两侧的遮光部位移动,chup1组无变化,说明叶绿体在细胞内的位置分布受到动态调控。
第2课时　光合作用的原理和应用
基础过关练
1.B　没有CO2,离体叶绿体只进行了光反应,不能进行完整的光合作用产生有机物,A错误;产生的气泡为O2,该过程是光反应,能产生NADPH,B正确;遮光条件下不能进行光反应和暗反应,C错误;光反应产生氧气的过程发生在叶绿体类囊体薄膜上,D错误。
2.C　水分解为氧和,H+与NADP+、e-结合形成NADPH,且光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误,C正确;14C转移的途径是14CO2→14C3→(14CH2O),B错误;14C参与的是暗反应,与ATP的合成无关,D错误。
3.C　该实验利用放射性的14CO2探究光合作用的碳元素的利用途径,自变量是不同的光照时间,因变量是放射性碳元素的分布情况,CO2参与光合作用的暗反应过程,无法证明光反应为暗反应提供的物质。第1组实验生成的是三碳化合物,说明小球藻光合作用的暗反应首先发生CO2的固定,A正确;每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,防止细胞内化学反应的进行使碳元素转移,干扰实验结果,B正确;这三组实验在多种有机物中检测到了放射性,说明光合作用产生多种类型的有机物,D正确。
4.C　光照强度由强变弱时,ATP和NADPH合成减少,C3的还原减慢,CO2的固定不变,短时间内C5含量会减少,A错误;CO2需被固定后形成C3才能被NADPH和ATP还原,在相关酶的作用下形成糖类和C5,B错误,C正确;CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程,没有ATP的消耗,D错误。
5.C　该实验的自变量是不同单色光,因变量是释放的O2量(代表光合作用强度),故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确;相同条件下,自然光下比单色光(红光)下的光合作用要强,因此单位时间内,红色光下测得的O2浓度低于自然光下测得的O2浓度,C错误;若将此装置放在黑暗处,金鱼藻只进行呼吸作用,可测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。
6.C　图中a点只进行呼吸作用,b点的光照强度为光合作用的光补偿点,此时光合作用强度等于呼吸作用强度,c点的光照强度为光合作用的光饱和点。温度从25 ℃提高到30 ℃后,光合速率减慢,呼吸速率加快,图中a点的O2吸收量可代表呼吸速率,呼吸速率加快,故a点上移;由于光合速率减慢,呼吸速率加快,因此b点右移;d点表示最大光合速率,光合速率减慢,故d点上移,C错误。b点光合速率等于呼吸速率,当植物缺Mg时,光合速率降低,需增大光照强度以提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率,即植物缺Mg时,b点将向右移动,D正确。
7.D　曲线Ⅱ和Ⅲ相比,CO2浓度不同,曲线Ⅰ和Ⅱ相比,温度不同,A、B正确;光照强度为a~c时,曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高,但曲线Ⅲ光合作用强度在a点后几乎无变化,D错误。
8.D　a点净光合速率为0,此时光合速率与呼吸速率相等,甲植株在a点之前就已经开始进行光合作用,只是a点之前光合速率小于呼吸速率,A错误;乙植株18时之后,呼吸速率大于光合速率,有机物积累量减少,因此18时有机物积累量最多,B错误;曲线b~c段下降的原因是气温高,蒸腾作用旺盛,植物为了减少水分的散失而关闭部分气孔,导致植物吸收的CO2减少,d~e段的变化是由光照强度减弱引起的,C错误;b~d段,乙曲线的变化为植物的“午休现象”,部分气孔关闭导致叶片内CO2浓度降低,而甲植物可能不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小,D正确。
9.D　有机物需被微生物分解为无机盐后才能被植物吸收。
10.答案　(1)类囊体薄膜　红光和蓝紫光　(2)甲　(3)甲　(4)低
解析　图中净光合速率为0时,光合速率等于呼吸速率,此时是甲、乙植物的光补偿点,由图可知,甲植物的光补偿点大于乙植物的光补偿点,且随着光照强度的增大,甲植物的净光合速率上升较快,且曲线高于乙植物,推测甲植物可能是阳生植物,乙是阴生植物。(2)当光照强度大于a时,甲植物的净光合速率明显升高,而乙植物的净光合速率上升缓慢,故当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是甲。(3)在低光照强度下,净光合速率下降幅度较大的植物是甲。(4)通常情况下,阳生植物的光补偿点与光饱和点都比阴生植物高,所以与阳生植物相比,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低。
11.答案　(1)不移动　小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等　(2)刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动　兼性厌氧型　(3)用NaOH溶液代替清水,其他条件不变　(4)CO2缓冲液　光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量
解析　图2中的绿色植物可以同时进行有氧呼吸和光合作用,若烧杯中的Y是二氧化碳缓冲液,则Y可以为光合作用提供CO2,且保持装置中CO2浓度不变。(1)图1中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,小鼠进行无氧呼吸既不消耗O2,也不释放CO2,所以装置中的气体体积不变,玻璃管中红色液滴不移动。(2)酵母菌是异养兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则玻璃管中红色液滴右移。(3)酵母菌有氧呼吸时,CO2释放量与O2吸收量相等,将图1装置中的清水换成氢氧化钠溶液,其他条件不变,则玻璃管中红色液滴的移动距离可表示酵母菌O2的吸收量,即酵母菌有氧呼吸释放CO2的量。(4)植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液,由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则玻璃管中红色液滴右移。
12.D　土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用,将二氧化碳和水合成糖类,且硝化细菌为需氧型细菌,A、B错误;硝化细菌能利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物,C错误。
能力提升练
1.C　用黑布将培养瓶罩上,没有光照,绿藻不能进行光反应,不再生成ATP、NADPH和O2,则ATP与ADP和NADPH与NADP+比值下降,A、B、D不符合题意;光反应停止,导致C3的还原受阻,进而导致CO2的固定减弱,C符合题意。
2.B　黑暗条件下,细胞只进行呼吸作用,有氧呼吸消耗O2,产生CO2,细胞外的O2通过扩散进入细胞内,产生的CO2会扩散至细胞外,A正确;光照强度低于光补偿点时,光合作用强度小于呼吸作用强度,CO2从细胞内向细胞外扩散,①增大,胞内O2被消耗,③减小,B错误;光照强度等于光补偿点时,光合作用强度等于呼吸作用强度,叶肉细胞不向外扩散CO2,也不从外界吸收O2,②③保持不变,C正确;光照强度等于光饱和点时,光合作用强度大于呼吸作用强度,O2从细胞内扩散到细胞外,④增大,胞内CO2被消耗,②减小,D正确。
3.BCD　暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原,其中二氧化碳的固定过程不需要消耗ATP和NADPH,三碳化合物的还原过程需要消耗ATP和NADPH,A错误;ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3生成的量与被还原的量基本相等,达到动态平衡,B正确;若a点时突然停止供应CO2,则二氧化碳的固定过程受阻,而三碳化合物的还原过程仍可继续,所以叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低,C正确;刚进入黑暗条件时,光反应不能发生,不能合成ATP和NADPH,但叶肉细胞内仍含有少量ATP和NADPH,所以仍然有少量有机物的合成,D正确。
4.D　光照强度为0时,植物只进行呼吸作用,图中可以看出,15 ℃条件下,植物呼吸速率为2 mg/(单位叶面积·h),25 ℃条件下,植物呼吸速率为4 mg/(单位叶面积·h)。25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞可以进行光合作用和呼吸作用,产生ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质,A错误;5 klx光强度时,两种温度下石榴的净光合速率相等,因植物的呼吸作用速率不同,所以二者的总光合速率不相等,B错误;根据题干“其他条件均为最适宜”可知,15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是温度,C错误;25 ℃条件下,石榴黑暗处理1 h后,再在12 klx光强度下照射1 h,则实验期间干重积累量为14-4=10(mg/单位叶面积),D正确。
5.A　该实验的目的是探究不同温度对光合作用的影响,实验原理是光合作用产生的氧气在细胞间隙积累,使叶圆片的浮力增加,叶片上浮,根据上浮至液面的时间判断光合作用的强弱。ab段,随着水温的增加,叶圆片上浮至液面需要的时间缩短,说明氧气产生速率加快,净光合速率逐渐增大,B错误;上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小,真正光合作用=净光合作用+呼吸作用,bc段净光合速率最大,但叶片真正光合作用的最适温度不一定位于bc段,A正确,C错误;不同温度条件下的实验组中含有等浓度的CO2缓冲液,因此cd段不是由CO2减少导致上浮至液面的时间延长,而是温度过高,导致光合作用有关酶的活性降低,使叶圆片上浮至液面需要的时间延长,D错误。
6.答案　(1)剪去银白边和叶脉并剪碎叶片　(2)8和17　从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放　(3)光照强度　光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制　(4)减少　(5)叶肉细胞不进行光合作用,植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
解析　(1)剪去成熟叶片的银白边和叶脉并剪碎叶片,能提高提取液中叶绿体色素的含量。(2)6时至8时之间,该植株呼吸作用强度大于光合作用强度,8时至17时之间,该植株呼吸作用强度小于光合作用强度,17时后,该植株光合作用强度小于呼吸作用强度,在8和17时,该植株光合作用强度等于呼吸作用强度。此时对于叶肉细胞而言光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶绿体中二氧化碳的来源是从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放。(3)从6时到8时,光合作用强度小于呼吸作用强度,且光合作用在逐渐增强,因此6时到8时影响曲线变化的主要环境因素是光照强度,光照强度较弱,光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制。(4)17时植株光合作用强度与呼吸作用强度相等,此时植物有机物积累量最大,干重最大,17时以后即使进行光合作用,但光合作用强度小于呼吸作用强度,因此20时植物体内的干重小于17时。
7.A　该题研究的是温度对光合速率与呼吸速率的影响,自变量为温度,光照下吸收CO2的量为净吸收量,即净光合作用量;黑暗中释放CO2的量代表呼吸作用强度。温度在35 ℃时植物的净光合速率为3.00 mg/h,因此昼夜不停地给予光照,植物能生长,①正确;昼夜不停地给予光照,该植物生长的最适温度为净光合作用速率最大点,即25 ℃,②正确;光合作用合成有机物的速率=净光合作用速率+呼吸作用速率,30 ℃条件下和35 ℃条件下,两者光合作用合成有机物的速率相等,③错误;每天交替进行12小时光照、12小时黑暗,温度均在5 ℃条件下植物能正常生长,④错误。
8.B　上午10时到下午4时之间的6个小时,植物既进行光合作用,也进行呼吸作用,其重量变化表示的是净光合作用量,则净光合速率=净光合作用量÷6=;计算总光合作用时,要知道净光合作用和呼吸作用,测定呼吸作用要在黑暗条件下进行,设M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光n小时,此时叶片只进行呼吸作用,则呼吸速率=;根据呼吸速率=总光合速率-净光合速率,即=-,解得n=6。
9.BCD　光照强度为a时,叶绿体O2释放量为0,说明此时只进行呼吸作用,CO2释放量为6 μmol·m-2·g-1表示呼吸作用速率,此时植物产生ATP的细胞器是线粒体,A错误;当光照强度为b时,叶绿体O2释放量为3 μmol·m-2·g-1,光合作用速率为3 μmol·m-2·g-1,B正确;当光照强度为c时,叶绿体O2释放量为6 μmol·m-2·g-1,植物光合作用速率等于呼吸作用速率,植物的有机物积累量为0,C正确;光照强度为d时,无CO2的释放,光合作用速率(8 μmol·m-2·g-1)大于呼吸作用速率,每天18 h光照、6 h黑暗交替进行,植物的有机物积累量为(8-6)×18-6×6=0,植物不能正常生长,D正确。
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