高考生物真题分类汇编：专题6 光合作用（含解析）
文档属性
| 名称 | 高考生物真题分类汇编：专题6 光合作用（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-01-16 16:01:27 | ||
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文档简介
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高考生物真题分类汇编
专题6 光合作用
题组一 难度:★★★ 限时:20分钟 满分:56分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2022全国乙理综,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
2.(2021湖南,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
3.(2020江苏,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
4.(2019全国Ⅰ理综,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
二、非选择题
5.(2022全国甲理综,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 。
6.(2021全国乙理综,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)
7.(2021海南,10分)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是 ;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是 。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是 。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是 。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度 ;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量 。
8.(2020全国Ⅰ理综,10分)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/μmol·m-2·s-1 1 200 1 180 560 623
题组二 难度:★★★★ 限时:20分钟 满分:35分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2022湖南,4分)(不定项)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
2.(2021北京,2分)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是 ( )
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
二、非选择题
3.(2022浙江1月选考,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。
4.(2021福建,12分)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化,影响海洋藻类生长,进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类,生长速度快,一年可多次种植和收获。科研人员设置不同CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验,结果如图所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下, 。
(2)ATP水解酶的主要功能是 。ATP水解酶活性可通过测定 表示。
(3)由图1、2可知,在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞 增强,导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知,大气CO2条件下,高磷浓度能 龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化,有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是 。
5.(2020海南,9分)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是 ;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度 。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是 。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是 。
题组三 难度:★★★★ 限时:25分钟 满分:44分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021辽宁,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
2.(2020天津,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
3.(2019海南,2分)下列关于绿色植物的叙述,错误的是 ( )
A.植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B.植物细胞内ATP的合成都是在膜上进行的
C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
4.(2018江苏,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
二、非选择题
5.(2021河北,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 。
6.(2020江苏,8分)大豆与根瘤菌是互利共生关系,如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径,请据图回答下列问题:
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上;在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和 。
(2)如图所示的代谢途径中, 催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA) 的酶在 中,PGA还原成磷酸丙糖(TP) 运出叶绿体后合成蔗糖, 催化TP合成蔗糖的酶存在于 。
(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成,氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成 键。
(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自 ;根瘤中合成ATP的能量主要源于 的分解。
(5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是 。
7.(2019全国Ⅱ理综节选,7分)(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
8.(2018全国Ⅰ理综,9分)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)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 。
(2)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 ,判断的依据是 。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。
题组四 难度:★★★★★ 限时:25分钟 满分:37分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021浙江6月选考,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
二、非选择题
2.(2022广东,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 。
3.(2021天津,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。
注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。
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。
4.(2021江苏,11分)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要,如图表示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
(1)叶绿体在 上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是 。
(2)光合作用时,CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3)。为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生 ;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 个CO2分子。
(3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的 中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为 中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是取培养10~14 d大麦苗,将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定、计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤和目的 简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组 ①
② 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧
③ 称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定
题组五 难度:★★★★★ 限时:25分钟 满分:44分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021广东,4分)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。 在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 ( )
a b
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
二、非选择题
2.(2021湖南,12分)图a为叶绿体的结构示意图,图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题:
图a 图b
注:e-表示电子
(1)图b表示图a中的 结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为 和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中电子传递速率会 (填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了 4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+ 为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。
叶绿体类型 相对值 实验项目 叶绿体A: 双层膜结构完整 叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤 叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂 叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。
据此分析:
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以 (填“Fecy”或“DCIP” )为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是 。
②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于 ,从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释: 。
3.(2020山东,9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
模块1 模块2 模块3
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量 (填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是 。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
4.(2019全国Ⅰ理综,12分)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力 。
(2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会 ,出现这种变化的主要原因是 。
(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
5.(2018江苏节选,7分)如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H]),请回答下列问题:
(1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为 ,其中大多数高等植物的 需在光照条件下合成。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为 后进入乙,继而在乙的 (填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的 (填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括 (填序号)。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2 ④酶的合成
专题6 光合作用
题组一
1.D 在适宜且恒定的温度和光照条件下,密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内CO2含量逐渐降低;由于密闭容器内的CO2含量有限,随着光合作用持续进行,CO2逐渐被消耗,其含量降低,进而光合作用强度减小;当CO2含量降低到一定水平时,小麦的光合速率和呼吸速率相等,容器内的CO2含量保持相对稳定,D合理。
2.A 绿色植物在光下可进行光合作用,弱光条件下植物没有O2的释放,此时光合作用强度可能小于或等于呼吸作用强度,A项错误;在光合作用的暗反应阶段,CO2首先和C5结合形成C3,C3在[H]和ATP的作用下被还原,B项正确;植物开花期光合作用的产物优先供应生殖器官的生长,若剪掉部分花穗,光合产物输出受阻,叶片的光合速率会暂时下降,C项正确;合理密植可为农作物提供充足的光照和CO2,增施的有机肥被微生物分解后可为农作物提供CO2和无机盐,二者均能提高农作物的光合作用强度,D项正确。
3.B 叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D正确。
4.A 水是占细胞鲜重最多的化合物,矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础,植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素使植株质量增加;另外,植物在光照条件下可进行光合作用,通过吸收空气中的CO2合成有机物使植株质量增加。故A符合题意。
5.(每空3分)(1)O2、ATP和NADPH(或[H]) (2)自身呼吸作用要消耗一部分 (3)干旱条件下,植物胞间CO2浓度低,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用(合理即可)
【解析】 (1)光反应阶段的化学反应是在类囊体薄膜上进行的,在光反应阶段,叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解生成O2,同时生成NADPH(或[H]),另一方面在有关酶的催化作用下,使ADP与Pi发生化学反应,形成ATP。(2)植物叶片细胞会通过呼吸作用消耗一部分光合产物,故正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱导致气孔开度减小,通过气孔进入叶肉细胞的CO2减少,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用,故在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。
6.(除标明外,每空2分)(1)叶绿体(类囊体薄膜)、细胞质基质、线粒体 细胞呼吸 (2)蒸腾作用过强导致植物失水 光合作用 (3)实验思路:取若干长势相同的植物甲,平均分为A、B两组;将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件相同且适宜;一段时间后,分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果:B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化,A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。(3分)
【解析】 (1)白天植物的叶肉细胞既可以进行光合作用,又可以进行呼吸作用,光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体(类囊体薄膜),呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知,白天液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,此时叶肉细胞也进行呼吸作用,经呼吸作用释放出的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中,白天气孔关闭,可以降低蒸腾作用,避免植物细胞过度失水而死亡,夜间气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,白天气孔关闭时,储存在液泡中的苹果酸脱羧释放的CO2可为光合作用提供原料,保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式,根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性,由白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降,因此实验中需检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
7.(除标明外,每空1分)(1)促进生菜根部细胞的有氧呼吸(2分) 营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收,更换营养液可为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长(2分) (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光可以提高植物的光合速率,从而提高生菜的产量(2分) B 向右上方移动 (3)低 减少
【解析】 (1)用营养液培植生菜过程中,要定时向营养液通入空气,这样可以促进生菜根部细胞的有氧呼吸,保证生菜正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合速率,从而提高生菜的产量。B点对应的光照强度为光饱和点(达到最大光合速率所需的最小光照强度),因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度。CO2是光合作用的原料,增大CO2浓度,可使光合速率加快,达到光饱和点所需的光照强度增大,因此,在培植区适当提高CO2浓度,B点将向右上方移动。(3)据题图可知,光合速率的最适温度为T5,而在实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现,则光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6,则光合速率减小、呼吸速率增大,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量减少。
8.(除标明外,每空2分)(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(答案合理即可) (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用(4分)
【解析】 (1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争,使能量更多地流向农作物;松土可以使土壤中氧气含量增多,有利于根细胞进行有氧呼吸,进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而农田施肥的同时常适当浇水,以使肥料中的矿质元素溶解在水中;另外,浇水还可以降低土壤溶液的渗透压,防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源,间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足,应选择光饱和点较高的作物(作物A);株高较低的作物获取的光照较少,应选择光饱和点较低的作物(作物C)。
题组二
1.AD 夏季晴朗无云的白天12时左右,光照强度和温度较高,叶片蒸腾作用强,组成气孔结构的保卫细胞失水过多导致气孔部分关闭,进入植物叶肉细胞的CO2量减少,光合作用强度减弱,A符合题意。12时左右,光合作用强度减弱,但是光合作用强度依然大于呼吸作用强度,呼吸作用释放的CO2量小于光合作用固定的CO2量,B不符合题意。光合色素位于类囊体薄膜上,而不是叶绿体内膜上,C不符合题意。根据化学平衡原理,光反应产物积累,对光反应过程的抑制作用会加强,使叶片转化光能的能力下降,D符合题意。
2.B 由图可知,两组植株的CO2吸收速率最大值非常接近,A项不符合题意;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,CO2吸收速率代表净光合速率,由图可知,35 ℃时两组植株的净光合速率相等,而两组植株的呼吸速率未知,故不能判断出两组植株的总光合速率是否相等,B项符合题意;50 ℃时HT植株的净光合速率大于0,而CT植株的净光合速率小于0,即50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能,C项不符合题意;由图可知,当叶片温度超过35 ℃时,HT植株的净光合速率大于CT植株的净光合速率,HT植株表现出对高温环境的适应性,D项不符合题意。
3.(每空1分)(1)层析 3-磷酸甘油酸 (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)可用层析法分离光合色素。光反应产生的ATP和NADPH可用于碳反应中3-磷酸甘油酸的还原。(2)由图1可知,蓝光条件下植物的光合速率远大于红光条件下的,因此会消耗更多的CO2,导致胞间CO2浓度降低。由图2可知,蓝光+绿光组气孔导度明显低于蓝光组,表明绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用;而蓝光+绿光+蓝光组气孔导度比蓝光+绿光组的大,且比蓝光组更大,说明先蓝光再绿光后蓝光处理可逆转绿光的阻止作用。(3)可采用不同颜色的LED灯或者利用滤光性薄膜来获得不同的光质环境。
4.(每空2分)(1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响 (2)催化ATP水解 单位时间磷酸的生成量(单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量) (3)呼吸作用 (4)提高 龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态
【解析】 (1)据题图可知,该实验的目的是探究在一定光照强度下,不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)ATP水解酶可催化ATP水解。酶活性可用单位时间内反应物的减少量或产物的增加量来表示。(3)在较强的光照强度下,HC+HP处理组的CO2浓度比LC+HP处理组的高,但HC+HP处理组的净光合速率比LC+HP处理组的低,原因可能是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞呼吸作用增强,导致有机物消耗增加。(4)据图2可知,在相同光照强度下,LC+HP处理组的净光合速率大于LC+LP处理组的,说明在大气CO2条件下,高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率。龙须菜在高磷条件下能快速生长,可收获经济效益,同时还能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态,故可以在富营养化的海域种植龙须菜。
5.(除标明外,每空2分)(1)光照强度 降低 (2)B地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低 (3)C菜地的温度上升,呼吸作用有关酶活性增加,光合作用有关酶活性下降,C菜地蔬菜的净光合作用降低,产量下降(合理即可,3分)
【解析】 (1)与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,影响光合作用的主要外界因素是光照强度。10时到12时,蔬菜的光合作用强度降低。(2)光照强度过强,会导致气孔关闭。10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同,测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是B菜地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合速率降低。(3)将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地的高,一段时间后发现C菜地的蔬菜产量低于B菜地的。原因可能是C菜地的温度上升,与呼吸作用有关酶活性增加,与光合作用有关酶活性下降,C菜地蔬菜的净光合作用降低,产量下降。
题组三
1.B 不同植物生长所需的光的波长和光照强度有所不同,故可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度,A正确;采用无土栽培技术培养植物时,为保证植物根系正常吸水,一般情况下,培养液的浓度应小于植物根部细胞的细胞液浓度,B错误;合理控制昼夜温差可增加有机物的积累,提高作物产量,C正确;适时通风可增强空气流动,提高生产系统内的二氧化碳浓度,D正确。
2.A 题干信息“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”说明,乙醇酸是在暗反应中合成的,合成场所相当于叶绿体基质,A正确;该反应体系既能在类囊体上进行光反应,又能利用16种酶等物质进行暗反应,因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等,B错误;类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP,光反应产生的O2不参与暗反应,C错误;该反应体系中有类囊体,在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原,说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素,D错误。
3.B 活细胞在不停地进行细胞呼吸,因此植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸,A正确;植物细胞内ATP的合成场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,在细胞质基质和线粒体基质中合成ATP不发生在生物膜上,B错误;叶绿素的合成需要在光照条件下进行,因此遮光培养时植物叶肉细胞中叶绿素的含量降低,C正确;植物幼茎的绿色部分含有叶绿体,可进行光合作用和呼吸作用,D正确。
4.D 由题图可知,甲、乙两曲线刚开始重叠,之后又分开,A项所述条件不会出现图示结果,A项不符合题意。横坐标为温度,则相应曲线应存在最适温度下的最高净光合速率,呈现先上升后下降趋势,B项不符合题意。叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。若横坐标表示光波长,随着波长增大植物的净光合速率不应是先增大后趋于稳定,C项不符合题意。随着光照强度的增加,净光合速率先增加后趋于稳定,在某一光照强度下,较高浓度的CO2条件下植物净光合速率大,D项符合题意。
【技巧点拨】 影响光合速率的多因素分析
P点:限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素,随着该因素的不断增大,光合速率不断提高。
Q点:横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素,若要提高光合速率,可适当提高图中的其他因素。
5.(除标明外,每空1分)(1)反应介质、良好溶剂、参与物质运送和生化反应(2分) 吸收 (2)镁 ATP和NADPH(2分) 水 C5 (3)气孔导度增大,植株从外界吸收更多的CO2(2分)
【解析】 (1)自由水是细胞内的良好溶剂,许多种物质溶解在这部分水中,细胞内的许多生物化学反应也都需要水的参与;水在生物体内流动,可以运送营养物质和代谢废物。分析题表数据可知,与施氮组相比,水+氮组各项生理指标都增大,说明补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收,提高植株氮供应水平。(2)氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,在光合作用的光反应阶段,吸收的光能可用于水的分解,产生NADPH和O2,还可促使ADP和Pi发生化学反应,形成ATP。在暗反应阶段,在RuBP羧化酶的催化下,CO2和五碳化合物结合,生成三碳化合物。(3)分析表格数据可知,与施氮组相比,水+氮组气孔导度明显增大,有利于植株从外界吸收CO2。
6.(每空1分)(1)类囊体(薄)膜 C5 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)肽 (4)光能 糖类 (5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小)
【解析】 (1)叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上;在暗反应过程中,一分子CO2和一分子C5在酶的催化下结合、反应,形成两分子C3。(2)光合作用的暗反应阶段发生在叶绿体基质中,固定CO2形成PGA发生在暗反应过程中,相关酶分布在叶绿体基质中。由题图可以看出,TP合成蔗糖的过程发生在细胞质基质中,相关酶也分布在细胞质基质中。(3)氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成肽键。(4)光合作用的光反应阶段,叶绿体中的光合色素可将光能转变成ATP中的化学能。根瘤中没有叶绿体,不进行光合作用,故其中合成ATP的能量主要来自呼吸作用中糖类的氧化分解。(5)与葡萄糖相比,蔗糖是二糖,而且是非还原糖,化学性质较稳定;质量分数相同的蔗糖溶液和葡萄糖溶液,蔗糖溶液溶质分子数少,渗透压低,对植物细胞的渗透压影响相对小。
7.(2)生产者净光合作用的放氧量(2分) 生产者光合作用的总放氧量(3分) 生产者呼吸作用的耗氧量(2分)
【解析】 (2)若干小时后,透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量;水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量;C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
【高分必备】 总光合作用量=净光合作用量+呼吸作用量。即总光合作用产生的有机物的量等于呼吸作用消耗的有机物量与净光合作用积累的有机物量的总和。
8.(1)甲(1分) (2)甲(2分) 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大(3分) (3)乙(2分) (4)CO2(1分)
【解析】 (1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时,甲种植物的净光合速率更高说明甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的CO2不足,叶片的光合速率明显下降。
题组四
1.A 由题干可知,0.33 mol·L-1是叶绿体处于等渗状态时的山梨醇浓度,当山梨醇浓度为0.105 mol·L-1时,叶绿体处于低渗状态,由图乙可知,与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,对光合速率影响较大,低渗时放氧速率明显低于等渗状态时的,故A项错误;由图甲可知,渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下(如图中山梨醇浓度为0.27 mol·L-1、0.33 mol·L-1时,叶绿体完整率相似),放氧率差异较大,故B项正确;如图甲所示,山梨醇浓度为0.27 mol·L-1时,叶绿体的完整率与等渗状态时的非常相似,但此时放氧率低于等渗状态时的,推测低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降,故C项正确;由图甲可知,叶绿体完整率越低,即破碎的叶绿体越多,放氧率越低,故D项正确。
2.(每空2分)(1)较高 遮阴条件减弱了叶绿素的降解,同时增加了叶绿素的合成 (2)糖类等光合产物 (3)光照等培养条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的最适遮阴比例
【解析】 (1)分析图b可知,与A组相比,C组叶片叶绿素含量较高,原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解,另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b可知,B组的净光合速率大于A组和C组的,推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物,因而生长更快。(3)结合题意可知,该实验的目的是探究B组条件可能会提高作物产量。因此,应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株,再按图a所示条件,将实验分为A、B、C三组,每组30株;其中以A组作为对照,并保证除遮阴比例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,然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
3.(除标明外,每空1分)(1)自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合(2分) (2)叶绿体 (3)提高(2分) 提高(2分)
【解析】 (1)由图可知,CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助,也不需要消耗能量,故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散;CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助,同时需要消耗能量,故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,进而促进CO2固定,抑制O2与C5结合,从而提高光合效率。(2)烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体,若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,说明蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达,形成羧化体。(3)转基因烟草的光合速率并未提高,可能是受CO2浓度的限制。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,则可以提高叶绿体中的CO2浓度,理论上,该转基因植株的暗反应水平应提高,暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP+,光反应水平也提高,从而提高光合速率。
4.(除标明外,每空1分)(1)类囊体膜 叶绿素和类胡萝卜素 (2)C5 12 (3)NADPH ATP (4)①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮(2分) ②减少叶片差异产生的误差 ③叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)(2分)
【解析】 (2)C3在叶绿体基质中合成,可运到细胞质基质中,运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。蔗糖是二糖,一分子蔗糖是由两分子单糖结合形成的,进而推出每运出一分子蔗糖需要固定12个CO2分子。(4)③根据光合放氧速率的单位:μmolO2·mg-1chl·h-1,推出还要测定叶绿素含量。
题组五
1.D 由图a可知,t1中较多的叶绿体分布在光下,t2中较少的叶绿体分布在光下,结合图b,t2中叶绿体相对受光面积低于t1,由此推断,t2比t1具有更高的光饱和点,A正确。在正常光照下,t2中叶绿体相对受光面积低于t1,当呼吸作用释放CO2的速率等于光合作用吸收CO2的速率时,t1所需光照强度低于t2,即t1比t2具有更低的光补偿点,B正确。由题干信息可知,三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关,C正确。正常光照条件下,三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同,造成叶绿体相对受光面积的不同,从而影响光合速率。在一定的光照强度后,三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大,D错误。
2.(除标明外,每空1分)(1)类囊体膜 NADPH(2分) 减慢 (2)①Fecy 当叶绿体双层膜结构完整时,以Fecy和DCIP为电子受体的放氧量相同,当叶绿体双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体的放氧量增加更明显(2分) ②色素对光能的吸收、传递和转化(2分) ③类囊体结构被破坏程度越大,H+的浓度梯度越不容易形成,ATP合酶越不容易被激活,产生ATP效率越低(3分)
【解析】 (1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜上,即图b表示图a中的类囊体膜。光反应过程中,色素吸收的光能最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。若二氧化碳浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中的电子去路受阻,电子传递速率会减慢。(2)①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果,实验一中叶绿体B双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜结构完整时,实验二中叶绿体B双层膜局部受损时,以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜结构完整时无明显差异,说明叶绿体的双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下,更有利于类囊体上的色素吸收光能,从而提高光反应速率。③根据图b可知,ATP的合成依赖于H+顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶,叶绿体A、B、C、D的类囊体膜受损程度依次增大,因此ATP的产生效率逐渐降低。
3.(除标明外,每空1分)(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5) (2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)(2分) (4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少(2分)
【解析】 (1)根据题图可知,模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能,模块2利用电能电解水生成H+和O2,并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类,相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO2的固定为CO2和C5结合生成C3,C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原,随后经过一系列反应形成糖类和C5,故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5),乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则CO2浓度突然降低,CO2的固定受阻,而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行,因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,若该系统气泵停转时间较长,则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足,从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量=光合作用合成糖类的量-细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比,该系统没有呼吸作用消耗糖类,所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下,土壤含水量低,导致植物叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少。因此,干旱条件下,很多植物光合作用速率降低。
4.(除标明外,每空1分)(1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少(2分) (3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。(3分) 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。(5分)
【解析】 (1)经干旱处理后,植物根细胞的细胞液浓度增大,细胞液和外界溶液的浓度差增大,植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后,叶片气孔开度减小,使CO2供应不足,暗反应减弱,从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照,证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照,证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
5.(除标明外,每空1分)(1)叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素 (3)丙酮酸 基质中 内膜上 (4)①②④(2分)
【解析】 (1)由题图可知甲为叶绿体,乙为线粒体。植物通过光合作用将光能转变为化学能,参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素,其中大多数高等植物的叶绿素需在光照条件下合成。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为丙酮酸后进入线粒体,在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2;NADPH可被线粒体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用,NADPH 中的能量最终被转移到ATP中。(4)线粒体产生的 ATP 被叶绿体利用时,可参与叶绿体内C3的还原、内外物质运输、有关酶的合成等代谢过程,水裂解释放O2利用的是光能。
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高考生物真题分类汇编
专题6 光合作用
题组一 难度:★★★ 限时:20分钟 满分:56分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2022全国乙理综,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
2.(2021湖南,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
3.(2020江苏,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
4.(2019全国Ⅰ理综,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
二、非选择题
5.(2022全国甲理综,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 。
6.(2021全国乙理综,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)
7.(2021海南,10分)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是 ;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是 。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是 。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是 。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度 ;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量 。
8.(2020全国Ⅰ理综,10分)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/μmol·m-2·s-1 1 200 1 180 560 623
题组二 难度:★★★★ 限时:20分钟 满分:35分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2022湖南,4分)(不定项)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
2.(2021北京,2分)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是 ( )
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
二、非选择题
3.(2022浙江1月选考,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。
4.(2021福建,12分)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化,影响海洋藻类生长,进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类,生长速度快,一年可多次种植和收获。科研人员设置不同CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验,结果如图所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下, 。
(2)ATP水解酶的主要功能是 。ATP水解酶活性可通过测定 表示。
(3)由图1、2可知,在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞 增强,导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知,大气CO2条件下,高磷浓度能 龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化,有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是 。
5.(2020海南,9分)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是 ;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度 。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是 。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是 。
题组三 难度:★★★★ 限时:25分钟 满分:44分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021辽宁,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
2.(2020天津,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
3.(2019海南,2分)下列关于绿色植物的叙述,错误的是 ( )
A.植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B.植物细胞内ATP的合成都是在膜上进行的
C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
4.(2018江苏,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
二、非选择题
5.(2021河北,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 。
6.(2020江苏,8分)大豆与根瘤菌是互利共生关系,如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径,请据图回答下列问题:
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上;在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和 。
(2)如图所示的代谢途径中, 催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA) 的酶在 中,PGA还原成磷酸丙糖(TP) 运出叶绿体后合成蔗糖, 催化TP合成蔗糖的酶存在于 。
(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成,氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成 键。
(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自 ;根瘤中合成ATP的能量主要源于 的分解。
(5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是 。
7.(2019全国Ⅱ理综节选,7分)(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
8.(2018全国Ⅰ理综,9分)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)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 。
(2)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 ,判断的依据是 。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。
题组四 难度:★★★★★ 限时:25分钟 满分:37分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021浙江6月选考,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
二、非选择题
2.(2022广东,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 。
3.(2021天津,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。
注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。
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。
4.(2021江苏,11分)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要,如图表示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
(1)叶绿体在 上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是 。
(2)光合作用时,CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3)。为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生 ;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 个CO2分子。
(3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的 中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为 中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是取培养10~14 d大麦苗,将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定、计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤和目的 简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组 ①
② 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧
③ 称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定
题组五 难度:★★★★★ 限时:25分钟 满分:44分 用时: 分钟 得分: 分 答案:题后
一、选择题
1.(2021广东,4分)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。 在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 ( )
a b
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
二、非选择题
2.(2021湖南,12分)图a为叶绿体的结构示意图,图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题:
图a 图b
注:e-表示电子
(1)图b表示图a中的 结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为 和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中电子传递速率会 (填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了 4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+ 为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。
叶绿体类型 相对值 实验项目 叶绿体A: 双层膜结构完整 叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤 叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂 叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。
据此分析:
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以 (填“Fecy”或“DCIP” )为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是 。
②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于 ,从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释: 。
3.(2020山东,9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
模块1 模块2 模块3
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量 (填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是 。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
4.(2019全国Ⅰ理综,12分)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力 。
(2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会 ,出现这种变化的主要原因是 。
(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
5.(2018江苏节选,7分)如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H]),请回答下列问题:
(1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为 ,其中大多数高等植物的 需在光照条件下合成。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为 后进入乙,继而在乙的 (填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的 (填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括 (填序号)。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2 ④酶的合成
专题6 光合作用
题组一
1.D 在适宜且恒定的温度和光照条件下,密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内CO2含量逐渐降低;由于密闭容器内的CO2含量有限,随着光合作用持续进行,CO2逐渐被消耗,其含量降低,进而光合作用强度减小;当CO2含量降低到一定水平时,小麦的光合速率和呼吸速率相等,容器内的CO2含量保持相对稳定,D合理。
2.A 绿色植物在光下可进行光合作用,弱光条件下植物没有O2的释放,此时光合作用强度可能小于或等于呼吸作用强度,A项错误;在光合作用的暗反应阶段,CO2首先和C5结合形成C3,C3在[H]和ATP的作用下被还原,B项正确;植物开花期光合作用的产物优先供应生殖器官的生长,若剪掉部分花穗,光合产物输出受阻,叶片的光合速率会暂时下降,C项正确;合理密植可为农作物提供充足的光照和CO2,增施的有机肥被微生物分解后可为农作物提供CO2和无机盐,二者均能提高农作物的光合作用强度,D项正确。
3.B 叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D正确。
4.A 水是占细胞鲜重最多的化合物,矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础,植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素使植株质量增加;另外,植物在光照条件下可进行光合作用,通过吸收空气中的CO2合成有机物使植株质量增加。故A符合题意。
5.(每空3分)(1)O2、ATP和NADPH(或[H]) (2)自身呼吸作用要消耗一部分 (3)干旱条件下,植物胞间CO2浓度低,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用(合理即可)
【解析】 (1)光反应阶段的化学反应是在类囊体薄膜上进行的,在光反应阶段,叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解生成O2,同时生成NADPH(或[H]),另一方面在有关酶的催化作用下,使ADP与Pi发生化学反应,形成ATP。(2)植物叶片细胞会通过呼吸作用消耗一部分光合产物,故正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱导致气孔开度减小,通过气孔进入叶肉细胞的CO2减少,C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用,故在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。
6.(除标明外,每空2分)(1)叶绿体(类囊体薄膜)、细胞质基质、线粒体 细胞呼吸 (2)蒸腾作用过强导致植物失水 光合作用 (3)实验思路:取若干长势相同的植物甲,平均分为A、B两组;将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件相同且适宜;一段时间后,分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果:B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化,A组液泡中的pH夜晚明显低于白天。(3分)
【解析】 (1)白天植物的叶肉细胞既可以进行光合作用,又可以进行呼吸作用,光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体(类囊体薄膜),呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知,白天液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,此时叶肉细胞也进行呼吸作用,经呼吸作用释放出的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中,白天气孔关闭,可以降低蒸腾作用,避免植物细胞过度失水而死亡,夜间气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,白天气孔关闭时,储存在液泡中的苹果酸脱羧释放的CO2可为光合作用提供原料,保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式,根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性,由白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降,因此实验中需检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
7.(除标明外,每空1分)(1)促进生菜根部细胞的有氧呼吸(2分) 营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收,更换营养液可为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长(2分) (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光可以提高植物的光合速率,从而提高生菜的产量(2分) B 向右上方移动 (3)低 减少
【解析】 (1)用营养液培植生菜过程中,要定时向营养液通入空气,这样可以促进生菜根部细胞的有氧呼吸,保证生菜正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合速率,从而提高生菜的产量。B点对应的光照强度为光饱和点(达到最大光合速率所需的最小光照强度),因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度。CO2是光合作用的原料,增大CO2浓度,可使光合速率加快,达到光饱和点所需的光照强度增大,因此,在培植区适当提高CO2浓度,B点将向右上方移动。(3)据题图可知,光合速率的最适温度为T5,而在实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现,则光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6,则光合速率减小、呼吸速率增大,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量减少。
8.(除标明外,每空2分)(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(答案合理即可) (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用(4分)
【解析】 (1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争,使能量更多地流向农作物;松土可以使土壤中氧气含量增多,有利于根细胞进行有氧呼吸,进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而农田施肥的同时常适当浇水,以使肥料中的矿质元素溶解在水中;另外,浇水还可以降低土壤溶液的渗透压,防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源,间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足,应选择光饱和点较高的作物(作物A);株高较低的作物获取的光照较少,应选择光饱和点较低的作物(作物C)。
题组二
1.AD 夏季晴朗无云的白天12时左右,光照强度和温度较高,叶片蒸腾作用强,组成气孔结构的保卫细胞失水过多导致气孔部分关闭,进入植物叶肉细胞的CO2量减少,光合作用强度减弱,A符合题意。12时左右,光合作用强度减弱,但是光合作用强度依然大于呼吸作用强度,呼吸作用释放的CO2量小于光合作用固定的CO2量,B不符合题意。光合色素位于类囊体薄膜上,而不是叶绿体内膜上,C不符合题意。根据化学平衡原理,光反应产物积累,对光反应过程的抑制作用会加强,使叶片转化光能的能力下降,D符合题意。
2.B 由图可知,两组植株的CO2吸收速率最大值非常接近,A项不符合题意;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,CO2吸收速率代表净光合速率,由图可知,35 ℃时两组植株的净光合速率相等,而两组植株的呼吸速率未知,故不能判断出两组植株的总光合速率是否相等,B项符合题意;50 ℃时HT植株的净光合速率大于0,而CT植株的净光合速率小于0,即50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能,C项不符合题意;由图可知,当叶片温度超过35 ℃时,HT植株的净光合速率大于CT植株的净光合速率,HT植株表现出对高温环境的适应性,D项不符合题意。
3.(每空1分)(1)层析 3-磷酸甘油酸 (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)可用层析法分离光合色素。光反应产生的ATP和NADPH可用于碳反应中3-磷酸甘油酸的还原。(2)由图1可知,蓝光条件下植物的光合速率远大于红光条件下的,因此会消耗更多的CO2,导致胞间CO2浓度降低。由图2可知,蓝光+绿光组气孔导度明显低于蓝光组,表明绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用;而蓝光+绿光+蓝光组气孔导度比蓝光+绿光组的大,且比蓝光组更大,说明先蓝光再绿光后蓝光处理可逆转绿光的阻止作用。(3)可采用不同颜色的LED灯或者利用滤光性薄膜来获得不同的光质环境。
4.(每空2分)(1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响 (2)催化ATP水解 单位时间磷酸的生成量(单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量) (3)呼吸作用 (4)提高 龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态
【解析】 (1)据题图可知,该实验的目的是探究在一定光照强度下,不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)ATP水解酶可催化ATP水解。酶活性可用单位时间内反应物的减少量或产物的增加量来表示。(3)在较强的光照强度下,HC+HP处理组的CO2浓度比LC+HP处理组的高,但HC+HP处理组的净光合速率比LC+HP处理组的低,原因可能是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞呼吸作用增强,导致有机物消耗增加。(4)据图2可知,在相同光照强度下,LC+HP处理组的净光合速率大于LC+LP处理组的,说明在大气CO2条件下,高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率。龙须菜在高磷条件下能快速生长,可收获经济效益,同时还能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态,故可以在富营养化的海域种植龙须菜。
5.(除标明外,每空2分)(1)光照强度 降低 (2)B地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低 (3)C菜地的温度上升,呼吸作用有关酶活性增加,光合作用有关酶活性下降,C菜地蔬菜的净光合作用降低,产量下降(合理即可,3分)
【解析】 (1)与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,影响光合作用的主要外界因素是光照强度。10时到12时,蔬菜的光合作用强度降低。(2)光照强度过强,会导致气孔关闭。10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同,测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是B菜地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合速率降低。(3)将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地的高,一段时间后发现C菜地的蔬菜产量低于B菜地的。原因可能是C菜地的温度上升,与呼吸作用有关酶活性增加,与光合作用有关酶活性下降,C菜地蔬菜的净光合作用降低,产量下降。
题组三
1.B 不同植物生长所需的光的波长和光照强度有所不同,故可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度,A正确;采用无土栽培技术培养植物时,为保证植物根系正常吸水,一般情况下,培养液的浓度应小于植物根部细胞的细胞液浓度,B错误;合理控制昼夜温差可增加有机物的积累,提高作物产量,C正确;适时通风可增强空气流动,提高生产系统内的二氧化碳浓度,D正确。
2.A 题干信息“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”说明,乙醇酸是在暗反应中合成的,合成场所相当于叶绿体基质,A正确;该反应体系既能在类囊体上进行光反应,又能利用16种酶等物质进行暗反应,因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等,B错误;类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP,光反应产生的O2不参与暗反应,C错误;该反应体系中有类囊体,在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原,说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素,D错误。
3.B 活细胞在不停地进行细胞呼吸,因此植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸,A正确;植物细胞内ATP的合成场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,在细胞质基质和线粒体基质中合成ATP不发生在生物膜上,B错误;叶绿素的合成需要在光照条件下进行,因此遮光培养时植物叶肉细胞中叶绿素的含量降低,C正确;植物幼茎的绿色部分含有叶绿体,可进行光合作用和呼吸作用,D正确。
4.D 由题图可知,甲、乙两曲线刚开始重叠,之后又分开,A项所述条件不会出现图示结果,A项不符合题意。横坐标为温度,则相应曲线应存在最适温度下的最高净光合速率,呈现先上升后下降趋势,B项不符合题意。叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。若横坐标表示光波长,随着波长增大植物的净光合速率不应是先增大后趋于稳定,C项不符合题意。随着光照强度的增加,净光合速率先增加后趋于稳定,在某一光照强度下,较高浓度的CO2条件下植物净光合速率大,D项符合题意。
【技巧点拨】 影响光合速率的多因素分析
P点:限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素,随着该因素的不断增大,光合速率不断提高。
Q点:横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素,若要提高光合速率,可适当提高图中的其他因素。
5.(除标明外,每空1分)(1)反应介质、良好溶剂、参与物质运送和生化反应(2分) 吸收 (2)镁 ATP和NADPH(2分) 水 C5 (3)气孔导度增大,植株从外界吸收更多的CO2(2分)
【解析】 (1)自由水是细胞内的良好溶剂,许多种物质溶解在这部分水中,细胞内的许多生物化学反应也都需要水的参与;水在生物体内流动,可以运送营养物质和代谢废物。分析题表数据可知,与施氮组相比,水+氮组各项生理指标都增大,说明补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收,提高植株氮供应水平。(2)氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,在光合作用的光反应阶段,吸收的光能可用于水的分解,产生NADPH和O2,还可促使ADP和Pi发生化学反应,形成ATP。在暗反应阶段,在RuBP羧化酶的催化下,CO2和五碳化合物结合,生成三碳化合物。(3)分析表格数据可知,与施氮组相比,水+氮组气孔导度明显增大,有利于植株从外界吸收CO2。
6.(每空1分)(1)类囊体(薄)膜 C5 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)肽 (4)光能 糖类 (5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小)
【解析】 (1)叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上;在暗反应过程中,一分子CO2和一分子C5在酶的催化下结合、反应,形成两分子C3。(2)光合作用的暗反应阶段发生在叶绿体基质中,固定CO2形成PGA发生在暗反应过程中,相关酶分布在叶绿体基质中。由题图可以看出,TP合成蔗糖的过程发生在细胞质基质中,相关酶也分布在细胞质基质中。(3)氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成肽键。(4)光合作用的光反应阶段,叶绿体中的光合色素可将光能转变成ATP中的化学能。根瘤中没有叶绿体,不进行光合作用,故其中合成ATP的能量主要来自呼吸作用中糖类的氧化分解。(5)与葡萄糖相比,蔗糖是二糖,而且是非还原糖,化学性质较稳定;质量分数相同的蔗糖溶液和葡萄糖溶液,蔗糖溶液溶质分子数少,渗透压低,对植物细胞的渗透压影响相对小。
7.(2)生产者净光合作用的放氧量(2分) 生产者光合作用的总放氧量(3分) 生产者呼吸作用的耗氧量(2分)
【解析】 (2)若干小时后,透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量;水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量;C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
【高分必备】 总光合作用量=净光合作用量+呼吸作用量。即总光合作用产生的有机物的量等于呼吸作用消耗的有机物量与净光合作用积累的有机物量的总和。
8.(1)甲(1分) (2)甲(2分) 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大(3分) (3)乙(2分) (4)CO2(1分)
【解析】 (1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时,甲种植物的净光合速率更高说明甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的CO2不足,叶片的光合速率明显下降。
题组四
1.A 由题干可知,0.33 mol·L-1是叶绿体处于等渗状态时的山梨醇浓度,当山梨醇浓度为0.105 mol·L-1时,叶绿体处于低渗状态,由图乙可知,与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,对光合速率影响较大,低渗时放氧速率明显低于等渗状态时的,故A项错误;由图甲可知,渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下(如图中山梨醇浓度为0.27 mol·L-1、0.33 mol·L-1时,叶绿体完整率相似),放氧率差异较大,故B项正确;如图甲所示,山梨醇浓度为0.27 mol·L-1时,叶绿体的完整率与等渗状态时的非常相似,但此时放氧率低于等渗状态时的,推测低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降,故C项正确;由图甲可知,叶绿体完整率越低,即破碎的叶绿体越多,放氧率越低,故D项正确。
2.(每空2分)(1)较高 遮阴条件减弱了叶绿素的降解,同时增加了叶绿素的合成 (2)糖类等光合产物 (3)光照等培养条件 A组 遮阴比例 探究能提高作物产量的最适遮阴比例
【解析】 (1)分析图b可知,与A组相比,C组叶片叶绿素含量较高,原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解,另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b可知,B组的净光合速率大于A组和C组的,推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物,因而生长更快。(3)结合题意可知,该实验的目的是探究B组条件可能会提高作物产量。因此,应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株,再按图a所示条件,将实验分为A、B、C三组,每组30株;其中以A组作为对照,并保证除遮阴比例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,然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
3.(除标明外,每空1分)(1)自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合(2分) (2)叶绿体 (3)提高(2分) 提高(2分)
【解析】 (1)由图可知,CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助,也不需要消耗能量,故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散;CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助,同时需要消耗能量,故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,进而促进CO2固定,抑制O2与C5结合,从而提高光合效率。(2)烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体,若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,说明蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达,形成羧化体。(3)转基因烟草的光合速率并未提高,可能是受CO2浓度的限制。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,则可以提高叶绿体中的CO2浓度,理论上,该转基因植株的暗反应水平应提高,暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP+,光反应水平也提高,从而提高光合速率。
4.(除标明外,每空1分)(1)类囊体膜 叶绿素和类胡萝卜素 (2)C5 12 (3)NADPH ATP (4)①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮(2分) ②减少叶片差异产生的误差 ③叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)(2分)
【解析】 (2)C3在叶绿体基质中合成,可运到细胞质基质中,运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。蔗糖是二糖,一分子蔗糖是由两分子单糖结合形成的,进而推出每运出一分子蔗糖需要固定12个CO2分子。(4)③根据光合放氧速率的单位:μmolO2·mg-1chl·h-1,推出还要测定叶绿素含量。
题组五
1.D 由图a可知,t1中较多的叶绿体分布在光下,t2中较少的叶绿体分布在光下,结合图b,t2中叶绿体相对受光面积低于t1,由此推断,t2比t1具有更高的光饱和点,A正确。在正常光照下,t2中叶绿体相对受光面积低于t1,当呼吸作用释放CO2的速率等于光合作用吸收CO2的速率时,t1所需光照强度低于t2,即t1比t2具有更低的光补偿点,B正确。由题干信息可知,三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关,C正确。正常光照条件下,三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同,造成叶绿体相对受光面积的不同,从而影响光合速率。在一定的光照强度后,三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大,D错误。
2.(除标明外,每空1分)(1)类囊体膜 NADPH(2分) 减慢 (2)①Fecy 当叶绿体双层膜结构完整时,以Fecy和DCIP为电子受体的放氧量相同,当叶绿体双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体的放氧量增加更明显(2分) ②色素对光能的吸收、传递和转化(2分) ③类囊体结构被破坏程度越大,H+的浓度梯度越不容易形成,ATP合酶越不容易被激活,产生ATP效率越低(3分)
【解析】 (1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜上,即图b表示图a中的类囊体膜。光反应过程中,色素吸收的光能最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。若二氧化碳浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中的电子去路受阻,电子传递速率会减慢。(2)①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果,实验一中叶绿体B双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜结构完整时,实验二中叶绿体B双层膜局部受损时,以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜结构完整时无明显差异,说明叶绿体的双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下,更有利于类囊体上的色素吸收光能,从而提高光反应速率。③根据图b可知,ATP的合成依赖于H+顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶,叶绿体A、B、C、D的类囊体膜受损程度依次增大,因此ATP的产生效率逐渐降低。
3.(除标明外,每空1分)(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5) (2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)(2分) (4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少(2分)
【解析】 (1)根据题图可知,模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能,模块2利用电能电解水生成H+和O2,并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类,相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO2的固定为CO2和C5结合生成C3,C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原,随后经过一系列反应形成糖类和C5,故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5),乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则CO2浓度突然降低,CO2的固定受阻,而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行,因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,若该系统气泵停转时间较长,则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足,从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量=光合作用合成糖类的量-细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比,该系统没有呼吸作用消耗糖类,所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下,土壤含水量低,导致植物叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少。因此,干旱条件下,很多植物光合作用速率降低。
4.(除标明外,每空1分)(1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少(2分) (3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。(3分) 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。(5分)
【解析】 (1)经干旱处理后,植物根细胞的细胞液浓度增大,细胞液和外界溶液的浓度差增大,植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后,叶片气孔开度减小,使CO2供应不足,暗反应减弱,从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照,证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的;再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照,证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
5.(除标明外,每空1分)(1)叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素 (3)丙酮酸 基质中 内膜上 (4)①②④(2分)
【解析】 (1)由题图可知甲为叶绿体,乙为线粒体。植物通过光合作用将光能转变为化学能,参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素,其中大多数高等植物的叶绿素需在光照条件下合成。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为丙酮酸后进入线粒体,在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2;NADPH可被线粒体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用,NADPH 中的能量最终被转移到ATP中。(4)线粒体产生的 ATP 被叶绿体利用时,可参与叶绿体内C3的还原、内外物质运输、有关酶的合成等代谢过程,水裂解释放O2利用的是光能。
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