高考生物真题分类汇编：6 光合作用（含解析）
文档属性
| 名称 | 高考生物真题分类汇编：6 光合作用（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-29 23:31:44 | ||
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文档简介
高考生物真题分类汇编
专题6 光合作用
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 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此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,C正确;叶绿体中的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,D错误。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
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 从图示可以看出,弱光下LHCⅡ能与PSⅡ结合,增强其对光能的捕获;强光下LHCⅡ能与PSⅡ分离,减弱其对光能的捕获;由题干可知,LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ与PSⅡ分离,减少其对光能的捕获,所以该酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ不易分离,PSⅡ光复合体对光的捕获会增强,A正确,C错误。Mg2+参与叶绿素(为光合色素)的合成,Mg2+含量下降,PSⅡ光复合体上光合色素含量减少,对光能的捕获减弱,B正确。PSⅡ光复合体能将水分解,产生H+、电子和O2,D正确。
3.(2022浙江1月选考,2,2分)以黑藻为材料进行“观察叶绿体”活动。下列叙述正确的是 ( )
A.基部成熟叶片是最佳观察材料 B.叶绿体均匀分布于叶肉细胞中心
C.叶绿体形态呈扁平的椭球形或球形 D.不同条件下叶绿体的位置不变
答案 C 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
4.(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 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
5.(2022湖南,13,4分)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
6.(2022海南,3,3分)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中,从烧杯底部给予适宜光照,记录叶圆片上浮所需时长,结果如图。下列有关叙述正确的是 ( )
A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C.四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D.若在4 ℃条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
答案 B 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
7.(2022北京,2,2分)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出 ( )
A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高
B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C. CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率影响小
D. 10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
答案 D 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL L-1上升到370 μL L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL L-1上升到1 000 μL L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
8.(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 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
9. (2021湖南,7,2分)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 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
10.(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
实验方案 对照组(光照时数:小时/天,6天) 实验组(光照时数: X小时/天,6天)
A. 10 4≤X<10设置梯度
B. 10 8≤X<10, 10C. 10 10D. 10 10答案 C 已知该短日照植物在日照时数为10小时/天时,连续处理6天就能开花。若将该植物引种到每天光照时数最长为16 h的环境中,欲探究诱导该植物在该地区开花的光照时数的最大值,设计时,实验组的光照时数应大于对照组的光照时数,且小于或等于16小时/天。故选C。
11.(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
12.(2021浙江6月选考,23,2分)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HC形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是( )
甲
乙
A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似
B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大
C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降
D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
答案 A 图甲中显示山梨醇浓度在0.27~0.33 mol·L-1时,叶绿体完整率差别不大,而此时的放氧率却有很大差异,B正确;分析图乙,可以看出低渗条件与等渗条件(浓度为0.33 mol·L-1)相比,完整叶绿体ATP含量相似但放氧量较低,推断在低渗条件下,叶绿体中的ATP因没有有效用于碳反应而有所积累,说明卡尔文循环效率较低,光合速率也较低,A错误,C正确;分析图甲可以得出山梨醇浓度越低,叶绿体完整率越低,破碎叶绿体所占比例越高,放氧率越低,D正确。
13.(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 暗反应阶段的CO2的固定为Rubisco催化C5与CO2反应的过程,该过程发生在叶绿体基质中,暗反应有光无光均可进行,故Rubisco的活性与是否有光无关,A、B错误,D正确;CO2固定过程不消耗ATP,C错误。
14.(2020天津,5,4分)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是( )
A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素
答案 A 绿色植物光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜,产物有O2、NADPH、ATP,暗反应的场所是叶绿体基质,产物有糖类等有机物,据此推理该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质,A正确;该反应体系不断消耗的物质不仅有CO2,还有水,B错误;类囊体膜上产生的NADPH、ATP参与C3的还原,C错误;该反应体系含有从菠菜中分离出的类囊体,吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上,故该反应体系中含有光合作用色素,D错误。
15.(2020江苏单科,6,2分)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
16.(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
17.(2019课标全国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( )
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
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
18.(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
19.(2018北京理综,3,6分)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下,向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP,照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A.需要ATP提供能量
B.DCIP被氧化
C.不需要光合色素参与
D.会产生氧气
答案 D 本题以光合作用光反应过程的相关知识为载体,考查考生对光反应过程相关反应的理解与迁移能力,体现了对生命观念中结构与功能以及科学思维素养中归纳与概括要素的考查。光反应过程中,光合色素利用光能,将水分解成[H]和氧气,同时在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应,生成ATP,A、C错误,D正确;[H]将DCIP还原,使之由蓝色逐渐变为无色,B错误。
20.(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
21.(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
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
22.(2017海南单科,10,2分)将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是( )
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
答案 A 叶绿体是光合作用的场所,在自然光下,叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气,A正确;叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光,因此在红光和蓝紫光下,叶绿体会产生氧气,B、C错误;水在叶绿体中分解产生氧气需要的能量是光能,D错误。
23.(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
24.(2017课标全国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
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色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;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以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,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,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,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
25.(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
26.(2016课标全国Ⅲ,2,6分)在前人进行的下列研究中,采用的核心技术相同(或相似)的一组是( )
①证明光合作用所释放的氧气来自水
②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株
③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质
④用甲基绿和吡罗红对细胞染色,观察核酸的分布
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
答案 B ①③采用的核心技术均是同位素标记法,②为用紫外线等诱导青霉菌发生基因突变,属于诱变育种,④为用染色剂对细胞染色进而观察特定结构,B项正确。
疑难突破 本题解题的关键是识记各实验所采用的实验方法,并注意进行归纳总结。
27.(2016天津理综,2,6分)在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是( )
A.红光,ATP下降 B.红光,未被还原的C3上升
C.绿光,[H]下降 D.绿光,C5上升
答案 C 植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后,光反应速率加快,产物[H]和ATP上升,进而C3的还原过程加快,未被还原的C3下降,A、B项错误;而改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物[H]和ATP下降,进而C3的还原过程减慢,C5下降,C项正确,D项错误。
28.(2016四川理综,5,6分)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽,备受人们青睐。如图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn,以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线,以下分析正确的是( )
A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少
C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
答案 D 与11:00时相比,13:00时叶片净光合速率下降,此现象是因13:00时气孔关闭导致吸收CO2减少引起的“光合午休”,此时叶绿体中合成C3的速率相对较低,A项错误;14:00后叶片的Pn下降,但仍大于零,植株积累有机物的量仍在增多,B项错误;17:00后因光照强度的降低,光反应减弱,产生的[H]和ATP均减少,暗反应速率也降低,C项错误;Pn第一次下降,是因气孔关闭,CO2浓度限制了光合速率,Pn第二次下降是光照强度降低引起的,D项正确。
28.(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
30.(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
31.(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
32.(2015江苏单科,21,3分)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)( )
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
答案 ABC 分析正常光照和强光照下的不同色素带宽度可以发现,强光导致了叶绿素含量降低、类胡萝卜素含量升高,这可能与类胡萝卜素可以抵御强光照有关,A、B正确;叶绿素a的吸收波长更广一些,C正确;为增加色素带的色素含量,画滤液细线时,滤液应在点样线上重复画几次,D错误。
审题方法 本题的关键是对题图的分析,通过对图解的分析找出强光照下与正常光照下移栽幼苗光合色素滤纸层析结果的不同之处,理解色素带宽窄与色素的含量及强光照的关系;同时结合已学相关知识对各选项作出准确分析判断。
33.(2015海南单科,24,2分)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养。从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变。在上述整个时间段内,玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( )
A.降低至一定水平时再升高
B.降低至一定水平时保持不变
C.持续保持相对稳定状态
D.升高至一定水平时保持相对稳定
答案 B 本题主要考查密闭容器中光合速率和呼吸速率的分析等相关知识。由题干信息可知,从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0的过程中,光合速率大于呼吸速率,植物需要不断从外界吸收CO2,因此玻璃容器内CO2浓度不断降低。在净光合速率为0且之后保持不变过程中,植物真光合速率等于呼吸速率,CO2浓度保持不变,B正确,A、C、D错误。
34.(2015福建理综,3,6分)在光合作用中,RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B CO2固定过程属于暗反应,发生在叶绿体基质中,有光、无光条件下均可进行;该实验利用了同位素标记法,C3为CO2固定的产物,故单位时间内14C3生成量越多,说明RuBP羧化酶的活性越高。故选B。
知识拓展 光反应为暗反应提供[H]、ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。 没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成。
35.(2015安徽理综,2,6分)下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.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B.CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类
C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5
D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
答案 C 由图解可知,光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原,而不参与CO2的固定,A项、B项错误;被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O),另一部分又形成了C5,C项正确;光照强度变弱时,光反应产生的ATP和[H]减少,故短时间内C5含量会降低,D项错误。
36.(2014课标全国Ⅰ,2,6分)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.O2的产生停止 B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降 D.NADPH/NADP+的值下降
答案 B 正常生长的绿藻,照光培养一段时间,说明绿藻可以正常进行光合作用,用黑布遮光后,改变了绿藻光合作用的条件,此时光合作用的光反应停止,光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生,但暗反应还在消耗已产生的ATP和NADPH生成ADP和NADP+等,A、C、D正确;光照停止,暗反应中C3还原受影响,C5减少,CO2的固定减慢,B错误。
37.(2014海南单科,6,2分)下列关于生长在同一植株上绿色叶片和黄绿色叶片的叙述,错误的是( )
A.两种叶片都能吸收蓝紫光
B.两种叶片均含有类胡萝卜素
C.两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素a
D.黄绿色叶片在光反应中不会产生ATP
答案 D 两种叶片中含有类胡萝卜素和叶绿素,二者均吸收蓝紫光,A正确;当叶绿素含量高时呈现绿色,含量少时则呈现类胡萝卜素的颜色,B正确;叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,C正确;黄绿色叶片在光下时仍能进行光合作用,故在光反应过程中能产生ATP用于暗反应,D错误。
解题关键 相对绿色叶片来说,黄绿色叶片的叶绿素含量稍低。
38.(2014北京理综,5,6分)在25 ℃的实验条件下可顺利完成的是( )
A.光合色素的提取与分离
B.用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖
C.大鼠神经细胞的培养
D.制备用于植物组织培养的固体培养基
答案 A 用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖时需水浴加热,B错误;培养大鼠神经细胞时,温度需要保持在大鼠的正常体温37~39 ℃范围内,C错误;制备用于植物组织培养的固体培养基需高温灭菌,D错误;光合色素的提取与分离在室温下即可完成,A正确。
39.(2014四川理综,4,6分)下列有关实验方法或检测试剂的叙述,正确的是( )
A.用改良苯酚品红染色观察低温诱导的植物染色体数目变化
B.用健那绿和吡罗红染色观察DNA和RNA在细胞中的分布
C.用纸层析法提取菠菜绿叶中的色素和鉴定胡萝卜素提取粗品
D.用标志重捕法调查田鼠种群密度及农田土壤小动物的丰富度
答案 A 改良的苯酚品红染液可用于染色体着色,A正确;观察DNA和RNA在细胞中的分布用到的试剂是甲基绿和吡罗红染液,B错误;纸层析法是分离光合色素的方法,提取光合色素需要用有机溶剂,C错误;调查农田土壤小动物丰富度的方法是取样器取样法,D错误。
40.(2013课标全国Ⅱ,2,6分)关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
答案 D 本题主要考查叶绿素的相关知识。镁是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,用于光合作用的光反应过程;叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同;叶绿素不能有效地吸收绿光,绿光被反射出去,使植物呈现绿色。
41.(2013广东理综,6,4分)以下为某兴趣小组获得的实验结果及其分析,正确的是( )
答案 B 将画有滤液细线的滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中后(注意层析液不能触及滤液细线),滤纸条上出现的色素带从上往下依次为:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,选项中Ⅳ为叶绿素b,A项错误;在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红能与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红—纤维素复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,题中菌Ⅲ透明圈最大,可知菌Ⅲ分解纤维素能力最强,B项正确;题中所示细胞每条染色体的着丝点排在赤道板上,该细胞处于有丝分裂中期,C项错误;在H2O2溶液中分别加入Fe3+和过氧化氢酶,通过观察实验现象比较两者的催化效率,证明酶具有高效性,D项错误。
42.(2013江苏单科,5,2分)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是( )
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2~3次
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
答案 B 本题考查叶绿体色素的提取和分离实验的相关知识。实验过程中用单层尼龙布过滤研磨液;在划出一条滤液细线后,待干燥后再重复划线2~3次;研磨叶片时,用无水乙醇或95%的乙醇溶解色素。
43.(2013海南单科,8,2分)关于叶绿素提取的叙述,错误的是( )
A.菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B.加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C.用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D.研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
答案 C 菠菜绿叶中含大量的色素且易于研磨,是提取色素的良好材料,A正确;研磨时,加入石英砂可使叶片研磨得更充分,D正确;加入少许碳酸钙可以中和液泡破坏后释放的酸性物质,防止研磨中色素被破坏,B正确;叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等,四种色素均溶于乙醇,C错误。
44.(2013海南单科,10,2分)某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置48 h后,用锡箔纸遮蔽叶片两面,如下图所示。在日光下照光一段时间,去除锡箔纸,用碘染色法处理叶片,观察到叶片有的部位出现蓝色,有的没有出现蓝色。其中,没有出现蓝色的部位是( )
A.a、b和d B.a、c和e
C.c、d和e D.b、c和e
答案 B 光合作用需要光照,c部位被锡箔纸遮盖,所以c部位的叶肉细胞不能进行光合作用;而a、e部位为黄白色,没有叶绿素,故也不能进行光合作用,所以加碘液后,a、c、e部位不会变蓝。
45.(2013重庆理综,6,6分)题6图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述,正确的是( )
(注:箭头所指为处理开始时间)
题6图
A.t1→t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,暗反应(碳反应)限制光合作用。若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高
C.t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3化合物还原后的直接产物含量降低
答案 D 本题主要考查影响光合作用因素的相关知识。t1→t2,光照增强叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,类囊体膜上水光解加快、O2释放增多;t2→t3,暗反应限制光合作用,若在t2时刻增加光照,光合速率不会提高;t3→t4,充入CO2,光反应速率、暗反应速率均增强;t4后短暂时间内,因无光照,ATP的合成停止,叶绿体中ADP和Pi含量升高,水的光解也停止,C3还原受阻,致使C3还原后的直接产物糖类含量降低。故D项正确。
46.(2012山东理综,2,4分)夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下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甲植株气孔无法关闭
答案 D 本题主要考查了环境因素对植物光合速率影响的相关知识。图中两曲线可表示植物的净光合速率,a点时光合速率等于呼吸速率,说明甲植株在a点前就已经开始进行光合作用,A错误;乙植株在18时后净光合速率小于0,该植株在18时有机物的积累量最多,B错误;曲线b-c段下降的原因是气孔关闭,乙植株因二氧化碳供应不足导致光合速率下降,曲线d-e段光合速率下降的原因则是光照强度减弱,C错误。分析两曲线b-d段可知,中午时乙植株出现净光合速率先下降后上升的现象,这可能是由于乙植株气孔发生关闭造成的,而甲植株没有发生类似的现象可能是甲植株气孔无法关闭,D正确。
47.(2012海南单科,9,2分)关于叶绿体色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光
B.绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同
C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素
D.乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能
答案 D 本题主要考查叶绿体色素的种类、含量、吸收光的种类等方面的知识。叶绿素a、叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。绿叶中叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4。利用层析液可分离叶绿体色素,提取的叶绿体色素仍可吸收光能,但叶绿体结构被破坏,导致完整的光合作用不能进行。
48.(2011江苏单科,4,2分)某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
答案 B 叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,所以当水稻叶黄素缺失突变体进行红光照射时,光吸收差异不显著;对正常叶片叶绿体中的色素提取后,层析的结果自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,故B正确。
49.(2011海南单科,12,2分)红枫是一种木本观赏植物,在生长季节叶片呈红色。下列关于该植物的叙述,正确的是( )
A.红枫叶片不含叶绿素
B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用
D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
答案 C 红枫叶片含叶绿素,可进行光合作用,红枫叶片呈红色是因液泡中含有色素,其色素是不能吸收光能进行光合作用的。
50.(2011课标,3,6分)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是( )
A.光反应强度升高,暗反应强度降低
B.光反应强度降低,暗反应强度降低
C.光反应强度不变,暗反应强度降低
D.光反应强度降低,暗反应强度不变
答案 B 镁是叶绿素的组成成分,缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低,进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。
51.(2011福建理综,2,6分)图是夏季晴朗的白天,玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线,下列叙述错误的是( )
A.在9:30~11:00之间,花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11:00~12:30之间,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多
C.在17:00时,玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同
D.在18:30时,玉米既能进行光反应,也能进行暗反应
答案 B 结合题干信息分析题图,9:30~11:00之间,花生净光合速率下降的原因是夏季晴朗的白天在该段时间内温度过高,蒸腾作用过强,导致花生叶片的气孔关闭,使花生吸收的CO2量减少,由此引起暗反应速率下降,故A正确;比较11:00~12:30之间花生与玉米单位叶面积有机物积累量可以看出,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米少,故B错误;从题图中可以直接看出在17:00时,玉米和花生单位叶面积净光合速率相同,因此二者释放O2的速率相同,故C正确;从题图中可知18:30时玉米的净光合速率为零,此时,光合作用速率与呼吸作用速率相等,故D正确。
52.(2011江苏单科,23,3分)某种铁线莲的根茎可作中药,有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果,相关叙述正确的是(多选)( )
遮光比例 (%) 叶绿素 a/b 叶绿素含量 (mg/g) 净光合速率 (μmol·m-2·s-1) 植株干重 (g)
0 4.8 2.1 8.0 7.5
10 5.3 2.3 9.6 9.9
30 5.2 2.4 8.9 9.2
50 4.4 2.6 5.2 7.2
70 4.1 2.9 2.7 4.8
90 3.3 3.0 0 3.2
A.适当的遮光处理,可提高其干重
B.叶绿素含量与净光合速率呈正相关
C.叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标
D.遮光90%时,铁线莲不进行光合作用
答案 AC 分析表中数据可以发现,遮光比例为10%、30%时,铁线莲的净光合速率比全光照时都高,说明选项A正确;当遮光比例由10%增加到90%时,叶绿素a/b的值逐渐减小,铁线莲的净光合速率也随之减小,说明叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标,故选项C正确;叶绿素含量与净光合速率不呈正相关,遮光90%时,铁线莲的净光合速率为0,说明此时其真正光合速率与细胞呼吸速率相等,故选项B、D错误。
53.(2023浙江1月选考,23,12分)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:
(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
题图
表2
果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g)
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是 。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项 (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
54.(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。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
55.(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
解析 (1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H基因或H蛋白。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温度、CO2浓度、水等。(2)野生型PSⅡ损失大,但损失可被H蛋白修复;突变体PSⅡ损失小,无H蛋白修复损失,所以不能比较出强光照射下突变体和野生型的PSⅡ活性强弱。(3)强光照射下,突变体通过NPQ增加了光能的耗散,流向光合所用的能量减少。若测得突变体的暗反应强度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多。
56.(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)C3(3-磷酸甘油酸) 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
解析 (1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行,在PEPC酶的催化下,PEP与CO2反应生成C4,C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环,据此推理,并结合水稻的暗反应图示,可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。在叶绿体内,其可用于淀粉等的合成,大部分运至叶绿体外,并转变成蔗糖。与葡萄糖相比,蔗糖属于非还原糖,较稳定,对渗透压影响也小,蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱环境下,大部分气孔关闭,植物能吸收的CO2减少,与水稻叶肉细胞中的Rubisco酶相比,玉米叶肉细胞中的PEPC酶对CO2的Km小,亲和力大,玉米在较低浓度的CO2下仍能固定CO2进行光合作用;在高光照强度环境下,光反应较强,产生的O2较多,与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细胞的叶绿体),水稻叶肉细胞O2较多易进行光呼吸,使得暗反应减弱;与水稻叶肉细胞相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4,C4进入维管束鞘细胞后释放CO2,使CO2得到浓缩,保障了暗反应的进行。(3)在光饱和条件下,水稻叶绿体的光反应强度不再增加,产生的ATP和NADPH不再增多,限制了C3的还原;水稻叶绿体内固定CO2的Rubisco酶的量有限;光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多,抑制了反应的进行。
57.(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
解析 (1)气孔是植物体蒸腾失水的“门户”,也是植物体与外界进行气体交换的“窗口”,二氧化碳和氧气也通过气孔进出。所以,气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等。(2)保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含叶绿体,可以吸收红光进行光合作用,光合作用过程中合成的蔗糖等有机物使细胞渗透压增大,发生渗透吸水,体积膨大,气孔打开。(3)见答案。(4)阻断光反应,光合作用无法进行,有机物不能积累,但不影响蓝光信号下K+的逆浓度运输,故气孔能维持一定的开度。
58.(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。
解析 (1)光合色素中叶绿素(包括叶绿素a、叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光;纸层析法分离得到的四条色素带(以滤液细线为基准)自下而上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。(2)从柱形图可知:在不同的补光时间内,使用红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,促进火龙果成花的效果最好,当该光源补光时间为6小时/天时,获得的平均花朵数最多。(3)由实验目的可知,自变量是光照强度,由题干可知光照强度有三种,故可将实验分为3组;实验观测指标为火龙果产量,具体实验思路见答案。
59.(2023广东,18,13分)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见表和图1。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
水稻 材料 叶绿素 (mg/g) 类胡萝卜素 (mg/g) 类胡萝卜素/ 叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
图1
分析图表,回答下列问题:
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ,叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在图2给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图1a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题
。
答案 (1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫 (2)高于 呼吸速率较高 (3)在强光下光能利用率更高
(4)
为什么ygl在高光照强度下的光合速率比WT高,而在低光照强度下ygl的光合速率比WT低
解析 (1)从表中数据可得,与WT相比,ygl的类胡萝卜素与叶绿素的比值更高,ygl为0.27,可能导致叶色黄绿。叶片含叶绿素和类胡萝卜素,主要吸收红光和蓝紫光。(2)由题干可知,光饱和点为光合速率不再随光照强度增加时的最小光照强度,ygl的光饱和点为2 000 μmol·m-2·s-1,比WT的光饱和点高。光补偿点是光合作用和呼吸作用相等的点,呼吸速率高时,光补偿点可能更大,从图1c可得ygl呼吸速率更高,可能导致光补偿点更高。(3)在强光下,高密度栽培ygl群体可通过下层叶片充分吸收光能,提高光能的利用率。(4)曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,通过图1c可知,WT呼吸速率为0.6 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,ygl呼吸速率为0.9 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,所以ygl与纵轴的交点应在WT下面;曲线与横轴的交点表示光补偿点,由图1b知,WT应为14 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,ygl为28 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,所以绘制曲线如答案所示。通过比较可知低光照强度条件下低叶绿素的ygl净光合速率比WT低,高光照强度条件下ygl净光合速率比WT高,据此提出科学问题。
60.(2023浙江6月选考,22,10分)植物工厂是一种新兴的农业生产模式,可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示,不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组输出的功率相同。
甲
乙
丙
回答下列问题:
(1)光为生菜的光合作用提供 ,又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求,若营养液中的离子浓度过高,根细胞会因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知,A、B、C组的干重都比CK组高,原因是 。由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为 ,最有利于生菜产量的提高,原因是 。
(3)进一步探究在不同温度条件下,增施CO2对生菜光合速率的影响,结果如图丙所示。由图可知,在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳,判断依据是 。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度,还可以 ,使光合速率进一步提高,从农业生态工程角度分析,优点还有 。
答案 (1)能量 渗透 (2)光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在光照功率相同的情况下,相比于白光(CK组),单独使用红光和蓝光时,光合色素对光能的利用率更高,光合速率更高,干重也更高 3∶2 从甲、乙两图可知,B组比其他组叶绿素含量、氮含量更高,干物质积累最多,最有利于提高产量 (3)高CO2浓度下25 ℃时光合速率最大,且在此温度时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大,有机物合成增加值更高 为植物工厂供热,以保持最适温度 实现物质的循环利用和能量的多级利用,提高了能量的利用率,使物质和能量更多地流向对人类有益的方向
解析 (1)光为植物光合作用的进行提供了能量;若培养液中的离子浓度过高,细胞会因渗透作用而失水。(2)从图甲可知,B组幼苗体内氮含量和叶绿素含量最高,而氮又是光合酶和叶绿素的组成成分,故红、蓝光配比为3∶2时,可大大提高光合酶和叶绿素的含量,从而促进植物的光合作用,增加干物质积累。(3)从图丙可知,在25 ℃时,高CO2浓度条件下,生菜的光合速率最高,且25 ℃时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大。冬季燃烧沼气,不仅可提高CO2浓度,还可提高植物工厂内的温度,有利于促进植物的光合作用。从生态工程角度分析,利用秸秆发酵生产沼气,能使秸秆中的物质和能量更多地流向对人类有益的部分,实现物质的良性循环和能量的多级利用,提高了能量的利用率。
61.(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
解析 (1)制备类囊体时,提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖,这样可保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂。低温可抑制蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)图Ⅱ实验中,光照条件下,将类囊体置于pH=4的提取液中培养,将平衡后的类囊体转移到pH=8的提取液中,在黑暗条件下培养并加入ADP和Pi,可产生ATP,该实验无法排除ATP的生成所需的能量来自光能的情况,若实验全过程都在黑暗中进行才可证明ATP生成所需的能量来自膜内外H+浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,悬液pH在光照时升高,可推测是因为光照下类囊体膜外的H+被转移到类囊体膜内,使溶液pH升高。光反应中水的光解反应式为H2O 1/2O2+2H++2e-,电子的最终来源物质是水。(4)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,故要实现黑暗中使人工叶绿体持续生产,需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP,以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,说明此时光合作用的限制因素是光照强度以外的因素,如二氧化碳浓度、温度等,增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度可有效提高光合效率。
62(2022广东,18,14分)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a),测定相关指标(图b),探究遮阴比例对植物的影响。
图a
图b
回答下列问题:
(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量 ,原因可能是 。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的 ,因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:
实验材料:选择前期 一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法:按图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以 为对照,并保证除 外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是 。
答案 (1)升高 遮阴环境中,叶绿素合成增加或分解减少 (2)有机物 (3)株高(或叶片数) A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例,探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)由题图可知,C组与A组相比,遮阴环境中的玉米叶绿素含量较光照环境中的玉米叶绿素含量高,这是植物对弱光的一种适应,通过增加叶绿素合成或减少叶绿素分解来提高叶绿素含量,进而提高对光能的利用率。(2)净光合速率可反映植物单位时间积累的有机物的量,结合图b中B1照光区域与B2遮阴区域的数据可知,B组玉米植株的平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μmol CO2·m-2·s-1),大于A组玉米植株的净光合速率(11.8 μmol CO2·m-2·s-1),即B组的玉米植株有机物积累更多,生长更快。(3)探究B组处理方法是否能提高产量,需选用前期株高(或叶片数)一致、生长状态相似的玉米植株为材料,分组设置对照。据图a可知,该实验的自变量为遮阴比例,常态处理组(A组)为对照组,为控制单一变量,需保证除遮阴比例外其他环境条件一致。若已证明50%遮阴比例可以提高作物产量,则下一步可探究提高作物产量的最适遮阴比例,比如进一步探究25%、75%等遮阴比例时的作物产量。
63.(2022浙江6月选考,27,8分)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处理 指标
光饱和点 (klx) 光补偿点 (lx) 低于5 klx光 合曲线的斜率 (mg CO2·dm-2· hr-1·klx-1) 叶绿素含量 (mg·dm-2) 单株光 合产量 (g干重) 单株叶光 合产量 (g干重) 单株果实 光合产量 (g干重)
不遮阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25
遮阴2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21
遮阴4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13
注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题:
(1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加 ,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低 ,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中 的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至 中。
(3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 (A.<2小时 B.2小时 C.4小时 D.>4小时),才能获得较高的花生产量。
答案 (每空1分) (1)叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5 klx光合曲线的斜率 (2)蔗糖 叶 (3)降低 A
解析 (1)与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的叶绿素含量都有提高,故花生通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力来适应弱光环境。与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的光饱和点和光补偿点均降低,这说明植株在较低光强度下也能达到最大的光合速率,而植株通过降低呼吸速率,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm-2·hr-1·klx-1)分别为1.22、1.23、1.46,这说明,在实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官。对比表格中不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下的单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量可知,在较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至叶中。(3)在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,花生植株的单株光合产量(g干重)分别为18.92、18.84、16.64,与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均降低。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,单株果实光合产量(g干重)分别为8.25、8.21、6.13,可判断在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间<2小时,才能获得较高的花生产量。
64.(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)O2、NADPH、ATP (2)部分光合产物用于叶片自身的细胞呼吸,为新陈代谢提供能量;部分光合产物用于叶片自身的生长发育 (3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,与C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,能在较低浓度的CO2条件下,固定利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长
解析 (1)植物光合作用过程中光反应阶段发生水的光解、NADPH和ATP的合成,其中水的光解过程中会释放O2,并产生H+、e-,H+、e-与NADP+反应生成NADPH,ATP的合成过程中以ADP和Pi为原料,利用光能合成ATP,因此光反应阶段的产物有O2、NADPH和ATP。(2)正常情况下,叶片光合作用合成的有机物一部分用于叶片自身的呼吸作用,为叶片的生命活动提供能量;一部分光合产物会储存在叶片中,用于叶片自身的生长发育,因此植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,CO2补偿点是衡量植物对低CO2浓度适应能力的指标,和C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,C4植物能在较低浓度的CO2条件下,固定并利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长。
知识拓展 若植物固定CO2的第一个产物是C3,这种植物称C3植物,如大豆、棉花、小麦和水稻等;若植物固定CO2的第一个产物是C4,这种植物称C4植物,如玉米、高粱和甘蔗等。C4植物的CO2首先在叶肉细胞内被固定生成C4,然后被运输到维管束鞘细胞中,进入维管束鞘细胞的C4发生脱去CO2的反应,将CO2释放出来,放出的CO2被Rubisco催化的羧化反应再次固定,这个循环像一个二氧化碳泵,使Rubisco羧化部位的CO2浓度比C3植物的高很多,因而C4植物在较低的CO2浓度下具有比C3植物更高的光合速率。
65.(2022浙江1月选考,27,8分)(8分)不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料,研究不同光质对植物光合作用的影响,实验结果如图1,其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下,用不同单色光处理(30 s/次),实验结果如图2,图中“蓝光+绿光”表示先蓝光后绿光处理,“蓝光+绿光+蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。
图1
图2
回答下列问题:
(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素,常用 方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能,可用于碳反应中 的还原。
(2)据图1分析,相对于红光,蓝光照射下胞间CO2浓度低,其原因是 。气孔主要由保卫细胞构成,保卫细胞吸收水分,气孔开放,反之关闭。由图2可知,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用,但这种作用可被 光逆转。由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放,其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多,也可以促进K+、Cl-的吸收等,最终导致保卫细胞 ,细胞吸水,气孔开放。
(3)生产上选用 LED灯或滤光性薄膜获得不同光质环境,已用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的 或 、合理的光照次序照射,利于次生代谢产物的合成。
答案 (1)层析 3-磷酸甘油酸(三碳酸) (2)光合速率大,消耗的二氧化碳多 蓝 溶质浓度升高 (3)不同颜色 光强度 光照时间
解析 (1)光合色素的分离常采用(纸)层析的方法。光反应产生的ATP和NADPH中的化学能可用于碳反应中3-磷酸甘油酸(三碳酸)的还原。(2)据题图1分析,相对于红光,蓝光照射下胞间CO2浓度低,但气孔导度和光合速率较大,说明蓝光照射下光合速率较大,CO2消耗较多,导致胞间CO2浓度低。据题图2分析,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用,而在此基础上进一步施加蓝光可实现逆转。蓝光可使保卫细胞光合产物增多,也可使离子吸收增加,这些都会增大保卫细胞内的溶质浓度,从而使细胞渗透吸水,气孔开放。(3)利用不同颜色的LED灯或滤光性薄膜均可获得不同光质环境。结合本题的实验结果可知,合理调整红光和蓝光两种光照射的强度或时间比例或光照次序,利于植物代谢和次生代谢产物的合成。
66.(2022山东,21,8分)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
答案 (1)蓝紫色 (2)NADPH、ATP等的浓度不再增加 CO2的浓度有限(或其他合理答案,两空答案顺序可颠倒) 光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)限制苹果幼苗光合作用暗反应速率的因素有多种,如CO2、NADPH、ATP的浓度等;强光照射后短时间内,光反应增强,O2产生速率增加。(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光合作用强度较高,说明BR可减弱光抑制现象;与乙组(BR处理)相比,丙组(BR+L处理)光合作用强度较低,由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成,因此可推测BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成来发挥作用。
67.(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
解析 (1)在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,则光合作用条件更适宜,甲、乙植物的光合速率会增加,光饱和点会增大。(2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率,图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率,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)O3处理75天后,甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别,说明长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。(4)用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降),测定乙植物净光合速率;使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天,测定其净光合速率;若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关,则实验现象为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。
68.(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
解析 (1)高等植物的光合色素包括叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)。在细胞中,光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上。(2)“藻席”下层光照弱,弱光环境中的植物可通过增加叶绿素含量来提高对光能的利用率,以此来适应环境。(3)酶Y的化学本质为蛋白质,强酸、强碱及高温均会对其空间
专题6 光合作用
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 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此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,C正确;叶绿体中的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,D错误。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
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 从图示可以看出,弱光下LHCⅡ能与PSⅡ结合,增强其对光能的捕获;强光下LHCⅡ能与PSⅡ分离,减弱其对光能的捕获;由题干可知,LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ与PSⅡ分离,减少其对光能的捕获,所以该酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ不易分离,PSⅡ光复合体对光的捕获会增强,A正确,C错误。Mg2+参与叶绿素(为光合色素)的合成,Mg2+含量下降,PSⅡ光复合体上光合色素含量减少,对光能的捕获减弱,B正确。PSⅡ光复合体能将水分解,产生H+、电子和O2,D正确。
3.(2022浙江1月选考,2,2分)以黑藻为材料进行“观察叶绿体”活动。下列叙述正确的是 ( )
A.基部成熟叶片是最佳观察材料 B.叶绿体均匀分布于叶肉细胞中心
C.叶绿体形态呈扁平的椭球形或球形 D.不同条件下叶绿体的位置不变
答案 C 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
4.(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 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
5.(2022湖南,13,4分)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
6.(2022海南,3,3分)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中,从烧杯底部给予适宜光照,记录叶圆片上浮所需时长,结果如图。下列有关叙述正确的是 ( )
A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C.四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D.若在4 ℃条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
答案 B 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
7.(2022北京,2,2分)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出 ( )
A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高
B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C. CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率影响小
D. 10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
答案 D 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL L-1上升到370 μL L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL L-1上升到1 000 μL L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
8.(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 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
9. (2021湖南,7,2分)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 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
10.(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
实验方案 对照组(光照时数:小时/天,6天) 实验组(光照时数: X小时/天,6天)
A. 10 4≤X<10设置梯度
B. 10 8≤X<10, 10
11.(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
12.(2021浙江6月选考,23,2分)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HC形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是( )
甲
乙
A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似
B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大
C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降
D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
答案 A 图甲中显示山梨醇浓度在0.27~0.33 mol·L-1时,叶绿体完整率差别不大,而此时的放氧率却有很大差异,B正确;分析图乙,可以看出低渗条件与等渗条件(浓度为0.33 mol·L-1)相比,完整叶绿体ATP含量相似但放氧量较低,推断在低渗条件下,叶绿体中的ATP因没有有效用于碳反应而有所积累,说明卡尔文循环效率较低,光合速率也较低,A错误,C正确;分析图甲可以得出山梨醇浓度越低,叶绿体完整率越低,破碎叶绿体所占比例越高,放氧率越低,D正确。
13.(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 暗反应阶段的CO2的固定为Rubisco催化C5与CO2反应的过程,该过程发生在叶绿体基质中,暗反应有光无光均可进行,故Rubisco的活性与是否有光无关,A、B错误,D正确;CO2固定过程不消耗ATP,C错误。
14.(2020天津,5,4分)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是( )
A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素
答案 A 绿色植物光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜,产物有O2、NADPH、ATP,暗反应的场所是叶绿体基质,产物有糖类等有机物,据此推理该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质,A正确;该反应体系不断消耗的物质不仅有CO2,还有水,B错误;类囊体膜上产生的NADPH、ATP参与C3的还原,C错误;该反应体系含有从菠菜中分离出的类囊体,吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上,故该反应体系中含有光合作用色素,D错误。
15.(2020江苏单科,6,2分)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
16.(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
17.(2019课标全国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( )
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
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
18.(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
19.(2018北京理综,3,6分)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下,向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP,照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A.需要ATP提供能量
B.DCIP被氧化
C.不需要光合色素参与
D.会产生氧气
答案 D 本题以光合作用光反应过程的相关知识为载体,考查考生对光反应过程相关反应的理解与迁移能力,体现了对生命观念中结构与功能以及科学思维素养中归纳与概括要素的考查。光反应过程中,光合色素利用光能,将水分解成[H]和氧气,同时在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应,生成ATP,A、C错误,D正确;[H]将DCIP还原,使之由蓝色逐渐变为无色,B错误。
20.(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
21.(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
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
22.(2017海南单科,10,2分)将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是( )
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
答案 A 叶绿体是光合作用的场所,在自然光下,叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气,A正确;叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光,因此在红光和蓝紫光下,叶绿体会产生氧气,B、C错误;水在叶绿体中分解产生氧气需要的能量是光能,D错误。
23.(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
24.(2017课标全国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
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色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;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以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,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,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,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
25.(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
26.(2016课标全国Ⅲ,2,6分)在前人进行的下列研究中,采用的核心技术相同(或相似)的一组是( )
①证明光合作用所释放的氧气来自水
②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株
③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质
④用甲基绿和吡罗红对细胞染色,观察核酸的分布
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
答案 B ①③采用的核心技术均是同位素标记法,②为用紫外线等诱导青霉菌发生基因突变,属于诱变育种,④为用染色剂对细胞染色进而观察特定结构,B项正确。
疑难突破 本题解题的关键是识记各实验所采用的实验方法,并注意进行归纳总结。
27.(2016天津理综,2,6分)在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是( )
A.红光,ATP下降 B.红光,未被还原的C3上升
C.绿光,[H]下降 D.绿光,C5上升
答案 C 植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后,光反应速率加快,产物[H]和ATP上升,进而C3的还原过程加快,未被还原的C3下降,A、B项错误;而改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物[H]和ATP下降,进而C3的还原过程减慢,C5下降,C项正确,D项错误。
28.(2016四川理综,5,6分)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽,备受人们青睐。如图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn,以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线,以下分析正确的是( )
A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少
C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
答案 D 与11:00时相比,13:00时叶片净光合速率下降,此现象是因13:00时气孔关闭导致吸收CO2减少引起的“光合午休”,此时叶绿体中合成C3的速率相对较低,A项错误;14:00后叶片的Pn下降,但仍大于零,植株积累有机物的量仍在增多,B项错误;17:00后因光照强度的降低,光反应减弱,产生的[H]和ATP均减少,暗反应速率也降低,C项错误;Pn第一次下降,是因气孔关闭,CO2浓度限制了光合速率,Pn第二次下降是光照强度降低引起的,D项正确。
28.(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
30.(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
31.(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
32.(2015江苏单科,21,3分)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)( )
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
答案 ABC 分析正常光照和强光照下的不同色素带宽度可以发现,强光导致了叶绿素含量降低、类胡萝卜素含量升高,这可能与类胡萝卜素可以抵御强光照有关,A、B正确;叶绿素a的吸收波长更广一些,C正确;为增加色素带的色素含量,画滤液细线时,滤液应在点样线上重复画几次,D错误。
审题方法 本题的关键是对题图的分析,通过对图解的分析找出强光照下与正常光照下移栽幼苗光合色素滤纸层析结果的不同之处,理解色素带宽窄与色素的含量及强光照的关系;同时结合已学相关知识对各选项作出准确分析判断。
33.(2015海南单科,24,2分)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养。从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变。在上述整个时间段内,玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( )
A.降低至一定水平时再升高
B.降低至一定水平时保持不变
C.持续保持相对稳定状态
D.升高至一定水平时保持相对稳定
答案 B 本题主要考查密闭容器中光合速率和呼吸速率的分析等相关知识。由题干信息可知,从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0的过程中,光合速率大于呼吸速率,植物需要不断从外界吸收CO2,因此玻璃容器内CO2浓度不断降低。在净光合速率为0且之后保持不变过程中,植物真光合速率等于呼吸速率,CO2浓度保持不变,B正确,A、C、D错误。
34.(2015福建理综,3,6分)在光合作用中,RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B CO2固定过程属于暗反应,发生在叶绿体基质中,有光、无光条件下均可进行;该实验利用了同位素标记法,C3为CO2固定的产物,故单位时间内14C3生成量越多,说明RuBP羧化酶的活性越高。故选B。
知识拓展 光反应为暗反应提供[H]、ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。 没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成。
35.(2015安徽理综,2,6分)下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.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B.CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类
C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5
D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
答案 C 由图解可知,光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原,而不参与CO2的固定,A项、B项错误;被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O),另一部分又形成了C5,C项正确;光照强度变弱时,光反应产生的ATP和[H]减少,故短时间内C5含量会降低,D项错误。
36.(2014课标全国Ⅰ,2,6分)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.O2的产生停止 B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降 D.NADPH/NADP+的值下降
答案 B 正常生长的绿藻,照光培养一段时间,说明绿藻可以正常进行光合作用,用黑布遮光后,改变了绿藻光合作用的条件,此时光合作用的光反应停止,光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生,但暗反应还在消耗已产生的ATP和NADPH生成ADP和NADP+等,A、C、D正确;光照停止,暗反应中C3还原受影响,C5减少,CO2的固定减慢,B错误。
37.(2014海南单科,6,2分)下列关于生长在同一植株上绿色叶片和黄绿色叶片的叙述,错误的是( )
A.两种叶片都能吸收蓝紫光
B.两种叶片均含有类胡萝卜素
C.两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素a
D.黄绿色叶片在光反应中不会产生ATP
答案 D 两种叶片中含有类胡萝卜素和叶绿素,二者均吸收蓝紫光,A正确;当叶绿素含量高时呈现绿色,含量少时则呈现类胡萝卜素的颜色,B正确;叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,C正确;黄绿色叶片在光下时仍能进行光合作用,故在光反应过程中能产生ATP用于暗反应,D错误。
解题关键 相对绿色叶片来说,黄绿色叶片的叶绿素含量稍低。
38.(2014北京理综,5,6分)在25 ℃的实验条件下可顺利完成的是( )
A.光合色素的提取与分离
B.用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖
C.大鼠神经细胞的培养
D.制备用于植物组织培养的固体培养基
答案 A 用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖时需水浴加热,B错误;培养大鼠神经细胞时,温度需要保持在大鼠的正常体温37~39 ℃范围内,C错误;制备用于植物组织培养的固体培养基需高温灭菌,D错误;光合色素的提取与分离在室温下即可完成,A正确。
39.(2014四川理综,4,6分)下列有关实验方法或检测试剂的叙述,正确的是( )
A.用改良苯酚品红染色观察低温诱导的植物染色体数目变化
B.用健那绿和吡罗红染色观察DNA和RNA在细胞中的分布
C.用纸层析法提取菠菜绿叶中的色素和鉴定胡萝卜素提取粗品
D.用标志重捕法调查田鼠种群密度及农田土壤小动物的丰富度
答案 A 改良的苯酚品红染液可用于染色体着色,A正确;观察DNA和RNA在细胞中的分布用到的试剂是甲基绿和吡罗红染液,B错误;纸层析法是分离光合色素的方法,提取光合色素需要用有机溶剂,C错误;调查农田土壤小动物丰富度的方法是取样器取样法,D错误。
40.(2013课标全国Ⅱ,2,6分)关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
答案 D 本题主要考查叶绿素的相关知识。镁是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,用于光合作用的光反应过程;叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同;叶绿素不能有效地吸收绿光,绿光被反射出去,使植物呈现绿色。
41.(2013广东理综,6,4分)以下为某兴趣小组获得的实验结果及其分析,正确的是( )
答案 B 将画有滤液细线的滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中后(注意层析液不能触及滤液细线),滤纸条上出现的色素带从上往下依次为:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,选项中Ⅳ为叶绿素b,A项错误;在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红能与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红—纤维素复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,题中菌Ⅲ透明圈最大,可知菌Ⅲ分解纤维素能力最强,B项正确;题中所示细胞每条染色体的着丝点排在赤道板上,该细胞处于有丝分裂中期,C项错误;在H2O2溶液中分别加入Fe3+和过氧化氢酶,通过观察实验现象比较两者的催化效率,证明酶具有高效性,D项错误。
42.(2013江苏单科,5,2分)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是( )
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2~3次
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
答案 B 本题考查叶绿体色素的提取和分离实验的相关知识。实验过程中用单层尼龙布过滤研磨液;在划出一条滤液细线后,待干燥后再重复划线2~3次;研磨叶片时,用无水乙醇或95%的乙醇溶解色素。
43.(2013海南单科,8,2分)关于叶绿素提取的叙述,错误的是( )
A.菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B.加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C.用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D.研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
答案 C 菠菜绿叶中含大量的色素且易于研磨,是提取色素的良好材料,A正确;研磨时,加入石英砂可使叶片研磨得更充分,D正确;加入少许碳酸钙可以中和液泡破坏后释放的酸性物质,防止研磨中色素被破坏,B正确;叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等,四种色素均溶于乙醇,C错误。
44.(2013海南单科,10,2分)某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置48 h后,用锡箔纸遮蔽叶片两面,如下图所示。在日光下照光一段时间,去除锡箔纸,用碘染色法处理叶片,观察到叶片有的部位出现蓝色,有的没有出现蓝色。其中,没有出现蓝色的部位是( )
A.a、b和d B.a、c和e
C.c、d和e D.b、c和e
答案 B 光合作用需要光照,c部位被锡箔纸遮盖,所以c部位的叶肉细胞不能进行光合作用;而a、e部位为黄白色,没有叶绿素,故也不能进行光合作用,所以加碘液后,a、c、e部位不会变蓝。
45.(2013重庆理综,6,6分)题6图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述,正确的是( )
(注:箭头所指为处理开始时间)
题6图
A.t1→t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,暗反应(碳反应)限制光合作用。若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高
C.t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3化合物还原后的直接产物含量降低
答案 D 本题主要考查影响光合作用因素的相关知识。t1→t2,光照增强叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,类囊体膜上水光解加快、O2释放增多;t2→t3,暗反应限制光合作用,若在t2时刻增加光照,光合速率不会提高;t3→t4,充入CO2,光反应速率、暗反应速率均增强;t4后短暂时间内,因无光照,ATP的合成停止,叶绿体中ADP和Pi含量升高,水的光解也停止,C3还原受阻,致使C3还原后的直接产物糖类含量降低。故D项正确。
46.(2012山东理综,2,4分)夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下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甲植株气孔无法关闭
答案 D 本题主要考查了环境因素对植物光合速率影响的相关知识。图中两曲线可表示植物的净光合速率,a点时光合速率等于呼吸速率,说明甲植株在a点前就已经开始进行光合作用,A错误;乙植株在18时后净光合速率小于0,该植株在18时有机物的积累量最多,B错误;曲线b-c段下降的原因是气孔关闭,乙植株因二氧化碳供应不足导致光合速率下降,曲线d-e段光合速率下降的原因则是光照强度减弱,C错误。分析两曲线b-d段可知,中午时乙植株出现净光合速率先下降后上升的现象,这可能是由于乙植株气孔发生关闭造成的,而甲植株没有发生类似的现象可能是甲植株气孔无法关闭,D正确。
47.(2012海南单科,9,2分)关于叶绿体色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光
B.绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同
C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素
D.乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能
答案 D 本题主要考查叶绿体色素的种类、含量、吸收光的种类等方面的知识。叶绿素a、叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。绿叶中叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4。利用层析液可分离叶绿体色素,提取的叶绿体色素仍可吸收光能,但叶绿体结构被破坏,导致完整的光合作用不能进行。
48.(2011江苏单科,4,2分)某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
A.光吸收差异显著,色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条
C.光吸收差异显著,色素带缺第3条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条
答案 B 叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,所以当水稻叶黄素缺失突变体进行红光照射时,光吸收差异不显著;对正常叶片叶绿体中的色素提取后,层析的结果自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,故B正确。
49.(2011海南单科,12,2分)红枫是一种木本观赏植物,在生长季节叶片呈红色。下列关于该植物的叙述,正确的是( )
A.红枫叶片不含叶绿素
B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用
D.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
答案 C 红枫叶片含叶绿素,可进行光合作用,红枫叶片呈红色是因液泡中含有色素,其色素是不能吸收光能进行光合作用的。
50.(2011课标,3,6分)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是( )
A.光反应强度升高,暗反应强度降低
B.光反应强度降低,暗反应强度降低
C.光反应强度不变,暗反应强度降低
D.光反应强度降低,暗反应强度不变
答案 B 镁是叶绿素的组成成分,缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低,进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。
51.(2011福建理综,2,6分)图是夏季晴朗的白天,玉米和花生净光合速率(单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)的变化曲线,下列叙述错误的是( )
A.在9:30~11:00之间,花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓
B.在11:00~12:30之间,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多
C.在17:00时,玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同
D.在18:30时,玉米既能进行光反应,也能进行暗反应
答案 B 结合题干信息分析题图,9:30~11:00之间,花生净光合速率下降的原因是夏季晴朗的白天在该段时间内温度过高,蒸腾作用过强,导致花生叶片的气孔关闭,使花生吸收的CO2量减少,由此引起暗反应速率下降,故A正确;比较11:00~12:30之间花生与玉米单位叶面积有机物积累量可以看出,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米少,故B错误;从题图中可以直接看出在17:00时,玉米和花生单位叶面积净光合速率相同,因此二者释放O2的速率相同,故C正确;从题图中可知18:30时玉米的净光合速率为零,此时,光合作用速率与呼吸作用速率相等,故D正确。
52.(2011江苏单科,23,3分)某种铁线莲的根茎可作中药,有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果,相关叙述正确的是(多选)( )
遮光比例 (%) 叶绿素 a/b 叶绿素含量 (mg/g) 净光合速率 (μmol·m-2·s-1) 植株干重 (g)
0 4.8 2.1 8.0 7.5
10 5.3 2.3 9.6 9.9
30 5.2 2.4 8.9 9.2
50 4.4 2.6 5.2 7.2
70 4.1 2.9 2.7 4.8
90 3.3 3.0 0 3.2
A.适当的遮光处理,可提高其干重
B.叶绿素含量与净光合速率呈正相关
C.叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标
D.遮光90%时,铁线莲不进行光合作用
答案 AC 分析表中数据可以发现,遮光比例为10%、30%时,铁线莲的净光合速率比全光照时都高,说明选项A正确;当遮光比例由10%增加到90%时,叶绿素a/b的值逐渐减小,铁线莲的净光合速率也随之减小,说明叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标,故选项C正确;叶绿素含量与净光合速率不呈正相关,遮光90%时,铁线莲的净光合速率为0,说明此时其真正光合速率与细胞呼吸速率相等,故选项B、D错误。
53.(2023浙江1月选考,23,12分)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:
(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
题图
表2
果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g)
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是 。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项 (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
54.(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。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
55.(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
解析 (1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H基因或H蛋白。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温度、CO2浓度、水等。(2)野生型PSⅡ损失大,但损失可被H蛋白修复;突变体PSⅡ损失小,无H蛋白修复损失,所以不能比较出强光照射下突变体和野生型的PSⅡ活性强弱。(3)强光照射下,突变体通过NPQ增加了光能的耗散,流向光合所用的能量减少。若测得突变体的暗反应强度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多。
56.(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)C3(3-磷酸甘油酸) 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
解析 (1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行,在PEPC酶的催化下,PEP与CO2反应生成C4,C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环,据此推理,并结合水稻的暗反应图示,可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。在叶绿体内,其可用于淀粉等的合成,大部分运至叶绿体外,并转变成蔗糖。与葡萄糖相比,蔗糖属于非还原糖,较稳定,对渗透压影响也小,蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱环境下,大部分气孔关闭,植物能吸收的CO2减少,与水稻叶肉细胞中的Rubisco酶相比,玉米叶肉细胞中的PEPC酶对CO2的Km小,亲和力大,玉米在较低浓度的CO2下仍能固定CO2进行光合作用;在高光照强度环境下,光反应较强,产生的O2较多,与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细胞的叶绿体),水稻叶肉细胞O2较多易进行光呼吸,使得暗反应减弱;与水稻叶肉细胞相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4,C4进入维管束鞘细胞后释放CO2,使CO2得到浓缩,保障了暗反应的进行。(3)在光饱和条件下,水稻叶绿体的光反应强度不再增加,产生的ATP和NADPH不再增多,限制了C3的还原;水稻叶绿体内固定CO2的Rubisco酶的量有限;光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多,抑制了反应的进行。
57.(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
解析 (1)气孔是植物体蒸腾失水的“门户”,也是植物体与外界进行气体交换的“窗口”,二氧化碳和氧气也通过气孔进出。所以,气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等。(2)保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含叶绿体,可以吸收红光进行光合作用,光合作用过程中合成的蔗糖等有机物使细胞渗透压增大,发生渗透吸水,体积膨大,气孔打开。(3)见答案。(4)阻断光反应,光合作用无法进行,有机物不能积累,但不影响蓝光信号下K+的逆浓度运输,故气孔能维持一定的开度。
58.(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。
解析 (1)光合色素中叶绿素(包括叶绿素a、叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光;纸层析法分离得到的四条色素带(以滤液细线为基准)自下而上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。(2)从柱形图可知:在不同的补光时间内,使用红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,促进火龙果成花的效果最好,当该光源补光时间为6小时/天时,获得的平均花朵数最多。(3)由实验目的可知,自变量是光照强度,由题干可知光照强度有三种,故可将实验分为3组;实验观测指标为火龙果产量,具体实验思路见答案。
59.(2023广东,18,13分)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见表和图1。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
水稻 材料 叶绿素 (mg/g) 类胡萝卜素 (mg/g) 类胡萝卜素/ 叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
图1
分析图表,回答下列问题:
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ,叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在图2给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图1a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题
。
答案 (1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫 (2)高于 呼吸速率较高 (3)在强光下光能利用率更高
(4)
为什么ygl在高光照强度下的光合速率比WT高,而在低光照强度下ygl的光合速率比WT低
解析 (1)从表中数据可得,与WT相比,ygl的类胡萝卜素与叶绿素的比值更高,ygl为0.27,可能导致叶色黄绿。叶片含叶绿素和类胡萝卜素,主要吸收红光和蓝紫光。(2)由题干可知,光饱和点为光合速率不再随光照强度增加时的最小光照强度,ygl的光饱和点为2 000 μmol·m-2·s-1,比WT的光饱和点高。光补偿点是光合作用和呼吸作用相等的点,呼吸速率高时,光补偿点可能更大,从图1c可得ygl呼吸速率更高,可能导致光补偿点更高。(3)在强光下,高密度栽培ygl群体可通过下层叶片充分吸收光能,提高光能的利用率。(4)曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,通过图1c可知,WT呼吸速率为0.6 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,ygl呼吸速率为0.9 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,所以ygl与纵轴的交点应在WT下面;曲线与横轴的交点表示光补偿点,由图1b知,WT应为14 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,ygl为28 μmol(CO2)·m-2·s-1左右,所以绘制曲线如答案所示。通过比较可知低光照强度条件下低叶绿素的ygl净光合速率比WT低,高光照强度条件下ygl净光合速率比WT高,据此提出科学问题。
60.(2023浙江6月选考,22,10分)植物工厂是一种新兴的农业生产模式,可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示,不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组输出的功率相同。
甲
乙
丙
回答下列问题:
(1)光为生菜的光合作用提供 ,又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求,若营养液中的离子浓度过高,根细胞会因 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知,A、B、C组的干重都比CK组高,原因是 。由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为 ,最有利于生菜产量的提高,原因是 。
(3)进一步探究在不同温度条件下,增施CO2对生菜光合速率的影响,结果如图丙所示。由图可知,在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳,判断依据是 。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度,还可以 ,使光合速率进一步提高,从农业生态工程角度分析,优点还有 。
答案 (1)能量 渗透 (2)光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在光照功率相同的情况下,相比于白光(CK组),单独使用红光和蓝光时,光合色素对光能的利用率更高,光合速率更高,干重也更高 3∶2 从甲、乙两图可知,B组比其他组叶绿素含量、氮含量更高,干物质积累最多,最有利于提高产量 (3)高CO2浓度下25 ℃时光合速率最大,且在此温度时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大,有机物合成增加值更高 为植物工厂供热,以保持最适温度 实现物质的循环利用和能量的多级利用,提高了能量的利用率,使物质和能量更多地流向对人类有益的方向
解析 (1)光为植物光合作用的进行提供了能量;若培养液中的离子浓度过高,细胞会因渗透作用而失水。(2)从图甲可知,B组幼苗体内氮含量和叶绿素含量最高,而氮又是光合酶和叶绿素的组成成分,故红、蓝光配比为3∶2时,可大大提高光合酶和叶绿素的含量,从而促进植物的光合作用,增加干物质积累。(3)从图丙可知,在25 ℃时,高CO2浓度条件下,生菜的光合速率最高,且25 ℃时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大。冬季燃烧沼气,不仅可提高CO2浓度,还可提高植物工厂内的温度,有利于促进植物的光合作用。从生态工程角度分析,利用秸秆发酵生产沼气,能使秸秆中的物质和能量更多地流向对人类有益的部分,实现物质的良性循环和能量的多级利用,提高了能量的利用率。
61.(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
解析 (1)制备类囊体时,提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖,这样可保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂。低温可抑制蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)图Ⅱ实验中,光照条件下,将类囊体置于pH=4的提取液中培养,将平衡后的类囊体转移到pH=8的提取液中,在黑暗条件下培养并加入ADP和Pi,可产生ATP,该实验无法排除ATP的生成所需的能量来自光能的情况,若实验全过程都在黑暗中进行才可证明ATP生成所需的能量来自膜内外H+浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,悬液pH在光照时升高,可推测是因为光照下类囊体膜外的H+被转移到类囊体膜内,使溶液pH升高。光反应中水的光解反应式为H2O 1/2O2+2H++2e-,电子的最终来源物质是水。(4)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,故要实现黑暗中使人工叶绿体持续生产,需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP,以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,说明此时光合作用的限制因素是光照强度以外的因素,如二氧化碳浓度、温度等,增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度可有效提高光合效率。
62(2022广东,18,14分)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a),测定相关指标(图b),探究遮阴比例对植物的影响。
图a
图b
回答下列问题:
(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量 ,原因可能是 。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的 ,因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究:
实验材料:选择前期 一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法:按图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以 为对照,并保证除 外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是 。
答案 (1)升高 遮阴环境中,叶绿素合成增加或分解减少 (2)有机物 (3)株高(或叶片数) A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例,探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)由题图可知,C组与A组相比,遮阴环境中的玉米叶绿素含量较光照环境中的玉米叶绿素含量高,这是植物对弱光的一种适应,通过增加叶绿素合成或减少叶绿素分解来提高叶绿素含量,进而提高对光能的利用率。(2)净光合速率可反映植物单位时间积累的有机物的量,结合图b中B1照光区域与B2遮阴区域的数据可知,B组玉米植株的平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μmol CO2·m-2·s-1),大于A组玉米植株的净光合速率(11.8 μmol CO2·m-2·s-1),即B组的玉米植株有机物积累更多,生长更快。(3)探究B组处理方法是否能提高产量,需选用前期株高(或叶片数)一致、生长状态相似的玉米植株为材料,分组设置对照。据图a可知,该实验的自变量为遮阴比例,常态处理组(A组)为对照组,为控制单一变量,需保证除遮阴比例外其他环境条件一致。若已证明50%遮阴比例可以提高作物产量,则下一步可探究提高作物产量的最适遮阴比例,比如进一步探究25%、75%等遮阴比例时的作物产量。
63.(2022浙江6月选考,27,8分)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处理 指标
光饱和点 (klx) 光补偿点 (lx) 低于5 klx光 合曲线的斜率 (mg CO2·dm-2· hr-1·klx-1) 叶绿素含量 (mg·dm-2) 单株光 合产量 (g干重) 单株叶光 合产量 (g干重) 单株果实 光合产量 (g干重)
不遮阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25
遮阴2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21
遮阴4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13
注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题:
(1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加 ,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低 ,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中 的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至 中。
(3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 (A.<2小时 B.2小时 C.4小时 D.>4小时),才能获得较高的花生产量。
答案 (每空1分) (1)叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5 klx光合曲线的斜率 (2)蔗糖 叶 (3)降低 A
解析 (1)与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的叶绿素含量都有提高,故花生通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力来适应弱光环境。与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的光饱和点和光补偿点均降低,这说明植株在较低光强度下也能达到最大的光合速率,而植株通过降低呼吸速率,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm-2·hr-1·klx-1)分别为1.22、1.23、1.46,这说明,在实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官。对比表格中不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下的单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量可知,在较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至叶中。(3)在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,花生植株的单株光合产量(g干重)分别为18.92、18.84、16.64,与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均降低。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,单株果实光合产量(g干重)分别为8.25、8.21、6.13,可判断在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间<2小时,才能获得较高的花生产量。
64.(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)O2、NADPH、ATP (2)部分光合产物用于叶片自身的细胞呼吸,为新陈代谢提供能量;部分光合产物用于叶片自身的生长发育 (3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,与C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,能在较低浓度的CO2条件下,固定利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长
解析 (1)植物光合作用过程中光反应阶段发生水的光解、NADPH和ATP的合成,其中水的光解过程中会释放O2,并产生H+、e-,H+、e-与NADP+反应生成NADPH,ATP的合成过程中以ADP和Pi为原料,利用光能合成ATP,因此光反应阶段的产物有O2、NADPH和ATP。(2)正常情况下,叶片光合作用合成的有机物一部分用于叶片自身的呼吸作用,为叶片的生命活动提供能量;一部分光合产物会储存在叶片中,用于叶片自身的生长发育,因此植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,CO2补偿点是衡量植物对低CO2浓度适应能力的指标,和C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,C4植物能在较低浓度的CO2条件下,固定并利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长。
知识拓展 若植物固定CO2的第一个产物是C3,这种植物称C3植物,如大豆、棉花、小麦和水稻等;若植物固定CO2的第一个产物是C4,这种植物称C4植物,如玉米、高粱和甘蔗等。C4植物的CO2首先在叶肉细胞内被固定生成C4,然后被运输到维管束鞘细胞中,进入维管束鞘细胞的C4发生脱去CO2的反应,将CO2释放出来,放出的CO2被Rubisco催化的羧化反应再次固定,这个循环像一个二氧化碳泵,使Rubisco羧化部位的CO2浓度比C3植物的高很多,因而C4植物在较低的CO2浓度下具有比C3植物更高的光合速率。
65.(2022浙江1月选考,27,8分)(8分)不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料,研究不同光质对植物光合作用的影响,实验结果如图1,其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下,用不同单色光处理(30 s/次),实验结果如图2,图中“蓝光+绿光”表示先蓝光后绿光处理,“蓝光+绿光+蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。
图1
图2
回答下列问题:
(1)高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素,常用 方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能,可用于碳反应中 的还原。
(2)据图1分析,相对于红光,蓝光照射下胞间CO2浓度低,其原因是 。气孔主要由保卫细胞构成,保卫细胞吸收水分,气孔开放,反之关闭。由图2可知,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用,但这种作用可被 光逆转。由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放,其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多,也可以促进K+、Cl-的吸收等,最终导致保卫细胞 ,细胞吸水,气孔开放。
(3)生产上选用 LED灯或滤光性薄膜获得不同光质环境,已用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的 或 、合理的光照次序照射,利于次生代谢产物的合成。
答案 (1)层析 3-磷酸甘油酸(三碳酸) (2)光合速率大,消耗的二氧化碳多 蓝 溶质浓度升高 (3)不同颜色 光强度 光照时间
解析 (1)光合色素的分离常采用(纸)层析的方法。光反应产生的ATP和NADPH中的化学能可用于碳反应中3-磷酸甘油酸(三碳酸)的还原。(2)据题图1分析,相对于红光,蓝光照射下胞间CO2浓度低,但气孔导度和光合速率较大,说明蓝光照射下光合速率较大,CO2消耗较多,导致胞间CO2浓度低。据题图2分析,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用,而在此基础上进一步施加蓝光可实现逆转。蓝光可使保卫细胞光合产物增多,也可使离子吸收增加,这些都会增大保卫细胞内的溶质浓度,从而使细胞渗透吸水,气孔开放。(3)利用不同颜色的LED灯或滤光性薄膜均可获得不同光质环境。结合本题的实验结果可知,合理调整红光和蓝光两种光照射的强度或时间比例或光照次序,利于植物代谢和次生代谢产物的合成。
66.(2022山东,21,8分)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
答案 (1)蓝紫色 (2)NADPH、ATP等的浓度不再增加 CO2的浓度有限(或其他合理答案,两空答案顺序可颠倒) 光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)限制苹果幼苗光合作用暗反应速率的因素有多种,如CO2、NADPH、ATP的浓度等;强光照射后短时间内,光反应增强,O2产生速率增加。(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光合作用强度较高,说明BR可减弱光抑制现象;与乙组(BR处理)相比,丙组(BR+L处理)光合作用强度较低,由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成,因此可推测BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成来发挥作用。
67.(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
解析 (1)在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,则光合作用条件更适宜,甲、乙植物的光合速率会增加,光饱和点会增大。(2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率,图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率,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)O3处理75天后,甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别,说明长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。(4)用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降),测定乙植物净光合速率;使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天,测定其净光合速率;若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关,则实验现象为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。
68.(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
解析 (1)高等植物的光合色素包括叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)。在细胞中,光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上。(2)“藻席”下层光照弱,弱光环境中的植物可通过增加叶绿素含量来提高对光能的利用率,以此来适应环境。(3)酶Y的化学本质为蛋白质,强酸、强碱及高温均会对其空间
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