2024新教材生物高考专题复习--专题6光合作用（含答案）

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专题6　光合作用
五年高考
考点1　光合作用的原理及应用
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是(　　)
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
答案　D　
2.(2023湖北,8,2分)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　)
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
答案　C　
3.(2022湖北,12,2分)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是(　　)
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
答案　D　
4.(2021广东,12,2分)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是(　　)
A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合
答案　D　
5.(2021辽宁,2,2分)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　　)
A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
答案　B　
6.(2021重庆,6,2分)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜
B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH
C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节
答案　A　
7.(2023全国甲,29,10分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是　　　　　　　　(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在　　　　　上,其中类胡萝卜素主要吸收　　　　(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是
　。
(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
答案　 (1)差速离心法　类囊体薄膜　蓝紫光
(2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类　(3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。
8.(2023全国乙,29,10分)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、　　　　　　　　　(答出2点即可)等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片,气孔开度可进一步增大,因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是,蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。请推测该研究小组得出这一结论的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应,用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔　　　(填“能”或“不能”)维持一定的开度。
答案　 (1)呼吸作用、光合作用　(2)保卫细胞在红光下进行光合作用合成蔗糖等有机物,使保卫细胞的渗透压增大,引起保卫细胞吸水,体积膨大,气孔打开　(3)蓝光作为一种信号促进保卫细胞逆浓度吸收K+,使保卫细胞内渗透压升高,保卫细胞吸水,体积膨大,气孔进一步打开　(4)能
9.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。
回答下列问题。
(1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是　　　　;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第　　　　条。
(2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是　　　　　　　,该光源的最佳补光时间是　　　小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是　 　。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源,设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
答案　 (1)叶绿素　1、2　(2)红光+蓝光　6　在不同的补光时间内,红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,有利于促进火龙果的成花　(3)将成花诱导完成后的火龙果植株(成花数目相同)随机均分成A、B、C三组,分别置于三种不同光照强度的白色光源中照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的产量,产量最高的则为最适光照强度。
10.(2023山东,21,10分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为　　　　　　　　　　。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有　
　　　　　　　　　(答出2个因素即可)。
(2)根据本实验,　　　　(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是　　　　　　　　　　　　　。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量　　　　(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)有无光照、有无H基因或H蛋白　温度、CO2浓度、水　(2)不能　野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复　(3)少　突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多
11.(2023湖南,17,12分)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1(Km越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　(填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　　　　(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过　　　　长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度　　　　(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是 (答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　(答出三点即可)。
答案　 (1)3-磷酸甘油醛　蔗糖　筛管　(2)高于　玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisco酶要高,能利用低浓度的CO2;水光解主要在叶肉细胞进行,暗反应在维管束鞘细胞中进行,维管束鞘细胞中CO2/O2较高,提高了光合作用效率;通过C3和C4在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环,将CO2转运到维管束鞘细胞浓缩,维管束鞘细胞中CO2浓度较高　(3)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的Rubisco酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
12.(2022河北,19,10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
(1)从叶片中分离叶绿体可采用　　　法。
(2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低,其原因是　　　　　　　　　　　　　
　　　　　(写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少　　　　　　　　　。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于　　　　　中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于　　　　　中的基因编码。
答案　(1)差速离心　(2)叶绿体内部结构解体;光合色素减少　(3)水分的散失　(4)细胞核　叶绿体
13.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和　　　　　　。在细胞中,这些光合色素分布在　　　　　　。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
样品 叶绿素a(mg·g-1) 叶绿素b(mg·g-1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为　　　　　　　　　。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和　　　　　　。研磨时加入缓冲液的主要作用是　　　　　　稳定。离心后的　　　为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为　　　μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会　　　　浒苔乙酶Y的活性。
答案　(1)类胡萝卜素　类囊体薄膜　(2)下层光照弱,浒苔通过增加叶绿素含量,以提高对光能的利用率　(3)高温变性　维持酸碱度(pH)　上清液　(4)1 800　抑制
14.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。
图1
图2
图3
【注】曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。
回答下列问题:
(1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会　　　(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明 　。
(3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的　　　　　　　　　　　　　　　　　,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案　(1)增大　(2)高浓度臭氧处理甲植物的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小　(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组　长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同　(4)A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同
15.(2022重庆,23,14分)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
Ⅰ
Ⅱ
(1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是　　　　　　　　　　　　　;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持　　　　(填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是 　。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是　　　　　　　　　　　　　　　。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是　　　。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有　　　　　　　　　　。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答两点)。
答案　 (1)保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂　低温　(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养的,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差　(3)类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高　水　(4)NADPH、ATP和CO2　增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
16.(2021河北,19,10分)为探究水和氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组,在限制水肥的条件下做如下处理:(1)对照组;(2)施氮组,补充尿素(12 g·m-2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标,结果见表。
生理指标 对照组 施氮组 水+氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度(mmol·m-2·s-1) 85 65 196
叶绿素含量(mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性(μmol·h-1·g-1) 316 640 716
光合速率(μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4
注:气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题:
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的　　　　　　　,提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与　　　　离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动　　　　　　　两种物质的合成以及　　　　的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到　　　分子上,反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率,这需要足量的CO2供应。据实验结果分析,叶肉细胞CO2供应量增加的原因是 　 。
答案　(1)细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物(任写两点即可)　吸收和运输　(2)镁(或Mg)　NADPH和ATP　水　C5　(3)玉米植株气孔导度增大,吸收的CO2增加
17.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成　　　　,进而被还原生成糖类,此过程发生在　
　　　　　中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是　　　　(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有　　　　　　　　　　　。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力　　　　(填 “高于”或“低于”或“等于”) Rubisco。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是　　　　　　　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　　　　　　(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用　　　　　　技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有　　　　(多选)。
A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案　(1)C3(三碳化合物)　叶绿体基质　(2)叶绿体　呼吸作用和光合作用(光反应)　(3)①高于　②NADPH和ATP　吸能反应　③同位素标记　(4)ACD
18.(2021天津,15,10分)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制,如图所示。
据图分析,CO2依次以　　　　和　　　　方式通过细胞膜和光合片层膜。
蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进　　　　　和抑制　　　　提高光合效率。
(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的　　　　　　中观察到羧化体。
(3)研究发现,转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上该转基因植株暗反应水平应　　　　,光反应水平应　　　　,从而提高光合速率。
答案　 (1)自由扩散　主动运输　 CO2 固定　O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高
19.(2021山东,21,8分)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS 浓度 (mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作 用强度 (CO2 μmol· m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸 强度 (CO2 μmol· m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的　　　中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是　 　。
(2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度　　　(填:“高”或“低” ),据表分析,原因是　 　。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度, 据表分析,应在　mg/L
之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案　(1)基质　光照停止,产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多　(2)低　喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少,即叶片中的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等　(3)100~300
20.(2020北京,19,12分)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
创建D1合成新途径,提高植物光合效率
　　植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PS Ⅱ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PS Ⅱ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PS Ⅱ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PS Ⅱ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PS Ⅱ的修复,进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。
该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。
(1)光合作用的　　　　反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与　　　形成的复合体吸收、传递并转化光能。
(2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。
(3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是: 　。
(4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括　　　　。
A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同
答案　(1)光　光合色素　(2)高温会造成叶绿体内ROS 的积累,ROS 既破坏D1 蛋白,又抑制psbA mRNA 的翻译。　(3)高温时,高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达,补充高温造成的D1不足,修复PSⅡ,提高光能利用率;非高温时低水平表达,避免不必要的物质和能量消耗　(4)A、B、C
考点2　光合作用与呼吸作用
1.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是(　　)
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
答案　A　
2.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是(　　)
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
答案　D　
3.(2022全国甲,29,9分)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是　　　　　　　(答出3点即可)。
(2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)NADPH(或答:还原型辅酶Ⅱ)、O2、ATP　(2)植物叶片产生的光合产物除运输至其他部位外,还要用于自身生长、发育等(其他答案合理均可)　(3)干旱条件下,植物气孔开度减小,吸收的CO2减少;由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物的,因此,在同等干旱情况下,C4植物比C3植物更容易适应CO2浓度较低的情况
4.(2022天津,16,10分)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料,有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物,细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于　　　　和　　　　等生理过程,为各项生命活动提供能量。
(2)蓝细菌可通过D-乳酸脱氢酶(Ldh),利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌,以期提高D-乳酸产量,但结果并不理想。分析发现,是由于细胞质中的NADH被大量用于　　　作用产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K,以补充ATP产量,使更多NADH用于生成D-乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量,结果如表。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
注:数据单位为pmol/OD730
　　由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的ATP含量升高,且有氧呼吸第三阶段　　　　(被抑制/被促进/不受影响),光反应中的水光解　　　　　(被抑制/被促进/不受影响)。
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L。与初始蓝细菌相比,工程菌L能积累更多D-乳酸,是因为其　　　(双选)。
A.光合作用产生了更多ATP
B.光合作用产生了更多NADPH
C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
答案　(1)光合作用　呼吸作用(以上两空可调换)　(2)有氧呼吸　(3)被抑制　不受影响　(4)AD
5.(2021全国乙,29,11分)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有　　　　　　　　　　　　。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和　　　释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止　　　　　　　　　,又能保证　　　　正常进行。
(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案　(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体　细胞呼吸　(2)水分大量散失　光合作用　(3)实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH;预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
三年模拟
一、单项选择题
1.(2023福建福州二模,6)植物学家希尔发现,在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。根据光合作用原理推测,加入的铁盐类似叶绿体中的(　　)
A.NADP+　　B.ATP　　C.H+　　D.CO2
答案　A　
2.(2023湖北师大附中三模,14)在番茄幼苗叶片上喷施不同浓度的海藻糖(一种非还原性二糖)溶液,探究其在高温环境下(40 ℃处理9天)对植物光合作用的影响,观测并统计叶绿素含量如表所示。下列叙述正确的是(　　)
含量 海藻糖浓度
0 (CK) 0.5% (T0.5) 1.0% (T1.0) 1.5% (T1.5)
叶绿素a 0.78 0.82 1.02* 1.01*
叶绿素b 0.35 0.38 0.36 0.35
注:*表示数据在统计学水平上存在显著差异
A.可用斐林试剂鉴定海藻糖,产生砖红色沉淀
B.叶绿素a与叶绿素b是重要的光合色素,分布于叶绿体双层膜上
C.T1.0和T1.5处理组显著提高了番茄幼苗各光合色素的含量
D.番茄幼苗在高温逆境下通过利用海藻糖提高了光合作用的能力
答案　D　
3.(2023东北师大附中三模,3)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点,成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先后置于层析液和蒸馏水中进行层析和分离,过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是(　　)
A.色素1在层析液中的溶解度最大
B.色素1、2、3、4难溶于蒸馏水
C.色素5可能存在于植物的液泡中
D.缺Mg会影响色素1和2的含量
答案　D　
4.(2023湖北武汉二模,8)甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.CO2浓度为200 μL/L时,限制两种植物光合速率的主要因素均为光照强度或温度
B.CO2浓度为400 μL/L时,甲、乙植物的总光合速率相等
C.CO2浓度为500 μL/L时,甲植物水的光解能力强于乙
D.与甲植物相比,乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存
答案　C　
5.(2023河北唐山一模,4)植物的气孔一般是指叶片表面的一对保卫细胞围成的小孔,是植物体与外界环境进行水气交换的重要结构,其开闭多遵循昼开夜闭的节律,气孔的分布与开闭对植物适应干旱条件至关重要。下列推断合理的是(　　)
A.夏季晴朗的中午,气孔大量关闭,短时间内叶肉细胞中NADPH的含量将下降
B.若某陆生植物平展生长的叶片气孔分布不均匀,则其上表面的气孔数量较多
C.若气孔昼开夜闭的节律与胞间CO2浓度有关,则胞间CO2浓度升高促进气孔关闭
D.沙漠地区的仙人掌气孔遵循昼闭夜开的节律,推测其光合作用在夜晚进行
答案　C　
6.(2023湖北八市一模,5)将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中,并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量,下列叙述正确的是(　　)
A.若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量,则呼吸作用的底物只有糖类
B.若在密闭容器中充入18O标记的O2,一段时间后能检测到放射性的CO2
C.若经过一昼夜,密闭容器中CO2的浓度降低,则萌发的种子已进行光合作用
D.种子发芽长出绿叶后,若光照条件变弱,叶肉细胞中C5的含量会突然升高
答案　C　
7.(2023湖北七市州一模,6)A、B两种植物在不同温度下(其他条件适宜)光合速率(CO2固定量)和呼吸速率(黑暗条件下CO2释放量)如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.温度由40 ℃升至45 ℃,植物B叶绿体中ATP的合成速率增大
B.环境温度由57 ℃降至30 ℃,植物B总光合速率将升高
C.若植物A长期处于45 ℃环境中,有机物积累量比30°C条件下低
D.植物A光合作用比呼吸作用对高温更敏感,可能光合作用酶的最适温度更低
答案　D　
8.(2022辽宁锦州二模,5)我国科学家模拟植物光合作用,设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线,流程如图所示。下列相关分析正确的是(　　)
A.①②③过程是卡尔文循环
B.②③④的缩合或聚合过程均有肽键形成
C.步骤③④的顺利进行,需要多种酶的催化,但不需消耗能量
D.在与植物光合作用固定的CO2量相等时,该体系淀粉的积累量比植物体内高
答案　D　
二、不定项或多项选择题
9.(2023河北张家口期末,14)(多选)CO2补偿点是指植物光合作用强度等于呼吸作用强度时的CO2浓度。如图表示野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况。下列叙述错误的是(　　)
A.光照引起叶绿体在细胞中的分布和位置改变,利于叶绿体更充分吸收光能
B.在弱光条件下,CHUP1蛋白缺失突变体的CO2补偿点低于野生型拟南芥
C.可用叶绿体释放氧气的速率或吸收CO2的速率表示叶肉细胞的净光合速率
D.图示结果说明CHUP1蛋白与叶绿体的运动有关,其可能参与构成细胞骨架
答案　ABC　
10.(2023湖南常德模拟预测,13)(不定项)为了探究不同光照强度对番茄幼苗光合色素含量的影响,设计实验如表所示,实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
激光和LED补光栽培实验光源设计
处理组 光量子通量密度PPFD/(μmol·m-2·s-1)
激光 LED 白光
R B R B 色温
对照组 — — — — 88
T1组 — — 12 6 70
T2组 12 6 — — 70
T3组 18 — — — 70
注:表中“—”表示未补同一列的单色光;光量子通量密度和色温代表光照强度,数值越大代表光照强度越强
A.白光补激光处理组幼苗的所有色素含量显著高于对照组
B.白光补LED光处理组的叶绿素b的含量与对照组无显著差异
C.激光可能影响叶绿素b的合成
D.据结果可知,激光可能会促进类胡萝卜素的合成
答案　BCD　
三、非选择题
11.(2023福建福州二模,17)科研工作者以某品种春玉米为材料,研究氮肥施用量对玉米光合作用关键酶活性、光合速率及产量的影响,部分实验结果如图,回答下列问题:
(1)氮是植物需求量较大的矿质元素,它是细胞中　　　　　　　(写出2种化合物)的组成元素。RuBP羧化酶催化CO2固定,其作用的场所是　　　　　　　。
(2)灌浆期与蜡熟期的净光合速率对产量起决定性作用,据图分析,与N0、N1组相比,N2组这两个时期RuBP羧化酶活性最高且　　　　　　　　　　　　　,有助于产量的提高。
(3)拔节期和蜡熟期降水量较少,土壤含水量较低,研究发现这两个发育时期细胞中可溶性糖含量随施氮量的增加而增加。据此推测,施氮有利于植物适应干旱环境的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)科研工作者针对本地普遍种植的多个品种,在不同生长发育期,都开展了施氮措施对产量影响的研究,该研究的意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)氨基酸、核酸、叶绿素等(合理即可)　叶绿体基质　(2)灌浆期后RuBP羧化酶活性下降速度相对较慢　(3)施氮后RuBP羧化酶活性高,光合速率增强,植物细胞通过积累可溶性糖,使细胞液的渗透压升高,有利于植物吸水(保水),适应干旱环境　(4)根据不同品种不同时期对氮肥的需求,制定合理的施氮措施
12.(2023辽宁大连二十四中一模,21)德国景天可以生活在高温、干旱的环境中,科研人员对其进行了研究。
模式一
模式二
图1
(1)植物适应不同环境有不同的代谢途径,图1为两类常见的碳固定模式。据图分析,模式一和二都在多种酶的催化作用下,将　　　　转变成糖类。除此以外,模式一和模式二的整个光合作用过程还有许多共同点,请列举出其中的两点:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)为确定德国景天的碳固定模式,研究人员将德国景天分为甲、乙两组,一次性浇足水后,甲组正常浇水,乙组停止浇水,每隔10天,测定叶片的胞间CO2浓度和PEP羧化酶的活性,结果如图2。据实验结果分析,德国景天的碳固定模式为　　　　　　　　　　　　　　　。
图2
(3)综合上述研究,请对德国景天为何能适应高温、干旱作出解释: 。
答案　(1)CO2　都分解水产生氧气;暗反应都需要光反应提供ATP和NADPH(或都在叶绿体基质中进行暗反应;或暗反应都包括CO2的固定和C3的还原过程;或都可将光能转变成化学能储存)　(2)模式一、模式二　(3)夜间气孔打开,PEP羧化酶活性高,固定CO2形成苹果酸,储存在液泡中;白天气孔关闭、减少水分散失,但苹果酸分解提供暗反应所需的二氧化碳,不影响光合作用进行
13.(2023河北邯郸一模,19)气孔是植物体和外界环境之间进行水气交换的重要结构。研究发现,胞间CO2浓度和气孔导度(气孔开放程度)呈正相关。在一定的环境条件下,气孔还会进行周期性的闭合,这种现象称为“气孔振荡”,如图所示。回答下列问题:
(1)CO2经过气孔进入叶肉细胞后,在　　　　　　　(填场所)中首先和C5结合形成C3,然后C3被还原为有机物,有机物中的能量直接来自　　　　　　　　(填物质名称)中的化学能。
(2)比较A和B两点,胞间CO2浓度较高的点是　　　　,结合题干阐述判断的理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)“气孔振荡”最可能发生在　　　　(填“干旱”或“湿润”)环境中,这种现象对于植物适应该环境有何意义:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)叶绿体基质　ATP和NADPH　(2)B点　胞间CO2浓度与气孔导度呈正相关,A点气孔开放程度小,胞间CO2浓度较低,A点后气孔开放程度逐渐增大,胞间CO2浓度逐渐升高,因此B点的胞间CO2浓度较高　(3)干旱　“气孔振荡”既能降低蒸腾作用强度,减少水分散失;又能保障CO2的供应,使光合作用能正常进行
14.(2022 T8联考,21)20世纪60年代,科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等,除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3),简称C3途径]外,还存在另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物是四碳化合物(C4),简称C4途径,这种植物被称为C4植物,其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题:
(1)在C4植物光合作用中,CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　(利用箭头符号表示),维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内　　　(填“高”或“低”)。
(2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析,植物　　　　更可能是C4植物,作出此判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)Rubisco是一种双功能酶,当CO2/O2的值高时,可催化C5固定CO2合成有机物;当CO2/O2的值低时,可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,结合题意分析,在炎热干旱环境中,C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前,科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,这项研究的意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O)　高　(2)乙　在CO2浓度较低的条件下,植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高)　(3)在炎热干旱环境中,植物部分气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长　(4)提高粮食产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性
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