高考生物二轮复习限时集训：3（B）光合作用与呼吸作用（含解析）

高考生物二轮复习限时集训(三)
3（B）　光合作用与呼吸作用
[时间:30min]
1.ATP主要通过在线粒体内膜进行的氧化磷酸化反应产生。线粒体复合物Ⅰ是线粒体内膜的氧化磷酸化反应最大和最复杂的催化功能单位。动物和植物线粒体复合物Ⅰ的装配存在一些差异。下列有关说法正确的是 (　)
A.线粒体内膜的氧化磷酸化反应过程需要O2参与,同时产生CO2
B.小鼠细胞和小麦细胞无氧呼吸产物不同与线粒体复合物Ⅰ的不同无关
C.线粒体内膜上的线粒体复合物Ⅰ能将氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ
D.线粒体复合物Ⅰ的合成需要消耗ATP,ATP的生成离不开线粒体复合物Ⅰ
2.[2023·湖北武汉二模] 叶绿体中光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,其核心蛋白D1由叶绿体基因psbA编码。我国科学家将psbA进行了改造,使其在高温下易于表达且产物能够转运至叶绿体内,进而将其导入拟南芥核基因组中,建立了细胞中D1合成的“双途径”机制。下列叙述正确的是 (　)
A.D1蛋白参与CO2的固定与C3的还原
B.D1蛋白在类囊体腔内发挥相应作用
C.高温下转基因拟南芥中D1蛋白合成增加
D.核基因组控制合成的D1蛋白经自由扩散进入叶绿体
3.[2023·北京通州区三模] 甲醛(HCHO)是室内空气污染的主要成分之一,室内栽培观赏植物常春藤能够清除一定浓度范围内的甲醛污染,具体过程如图(其中Hu6P、Ru5P是中间产物),以下叙述错误的是 (　)
A.采用同位素示踪法研究碳元素转移路径
B.甲醛可作为碳源参与常春藤的光合作用
C.常春藤分解甲醛的酶分布在叶绿体基质
D.常春藤光合作用强度与甲醛浓度成正比
4.氰化物有剧毒,人体微量摄入即有致命风险。实际上,氰化物广泛存在于生物界,许多植物可合成氰化物。研究发现,氰化物能够抑制线粒体内膜上的细胞色素氧化酶(复合体Ⅳ,正常呼吸所需要的酶)活性,而对植物细胞的同在该膜上的交替氧化酶(AOX)活性无影响,使细胞在消耗等量呼吸底物的情况下比正常情况下产生更多的热量,这种呼吸方式称为抗氰呼吸。下列推测不合理的是 (　)
A.复合体Ⅳ和AOX参与催化NADH与氧气结合的反应
B.氰化物对复合体Ⅳ和AOX的活性影响不同,可推知二者结构不同
C.在消耗等量的底物情况下,抗氰呼吸产生的ATP不会减少
D.AOX能够提高植物细胞的抗氰能力,对植株在逆境中生存有利
5.[2023·山东聊城二模] 取野生拟南芥(W)和转基因拟南芥(T)数株,各均分为三组后分别喷施蒸馏水、寡霉素(抑制ATP合成酶的活性)和NaHSO3,24 h后各组再均分为两组,分别进行正常条件和高盐条件处理8 h并测定W和T的光合速率,结果如图所示。下列叙述错误的是 (　)
A.寡霉素可通过抑制ATP的合成来抑制C3的还原而降低光合速率
B.高盐条件下可通过降低气孔导度使CO2供应不足而降低光合速率
C.喷施NaHSO3可促进光合作用,且减缓高盐条件引起的光合速率的下降
D.通过转基因技术可提高光合作用的效率,且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
6.[2023·广东韶关二模] 试管苗的光合作用能力较弱,需要逐步适应外界环境才能往大田移栽,研究人员进行了“改变植物组织培养条件以缩短试管苗适应过程”的实验。图甲是在适宜温度、CO2浓度的培养条件下,试管苗在不同光照强度下的光合速率;图乙是在不加蔗糖的培养条件下,测得的密闭试管中一天24小时的CO2浓度变化。结果分析正确的是 (　)
A.由图甲可知,试管苗在不加蔗糖的培养条件下的光饱和点更低、光合速率更高
B.图乙bc段上升缓慢的原因是呼吸作用释放的CO2比光合作用吸收的CO2少
C.图乙11:00时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞叶绿体中的C5减少、C3增多
D.不加蔗糖、适当提高CO2浓度的培养条件可缩短试管苗的适应过程
7.[2023·湖南长沙二模] 科研工作者以作物甲为材料,探索通过改善细胞代谢途径达到提高光合作用效率,从而实现提高作物产量的目的。
(1)图甲是叶肉细胞中部分碳代谢过程的模式图。其中环形代谢途径表示的是光合作用中的　　反应。
(2)图甲中的R酶是一种双功能酶(羧化酶—加氧酶),CO2浓度高时,R酶催化CO2的固定。在高光强、高O2浓度时,R酶催化C5和O2发生反应,完成有机物的加氧氧化。后者在酶的催化作用下转换为　　　　后通过膜上的载体(T)离开叶绿体。再经过代谢途径Ⅰ最终将2分子乙醇酸转换成1分子甘油酸并释放1分子CO2,又称光呼吸。研究发现强光下ATP和NADPH 的积累会产生(超氧阴离子自由基),而会对叶绿体造成伤害。依据图示信息解释植物在干旱天气和过强光照下,光呼吸的积极意义是　　　　　。如果作物甲发生突变导致加氧酶基因不能正常表达,在同样高光强、高O2浓度栽培条件下,若叶绿体损伤不严重,将导致作物甲中有机物积累量　　　　。
(3)为了减少叶绿体内碳的丢失,研究人员利用转基因技术将编码某种藻类C酶(乙醇酸脱氢酶)的基因和某种植物的M酶(苹果酸合成酶)基因转入作物甲,与原有的代谢途径Ⅲ相连,人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径(图乙中的途径Ⅱ)。
①将C酶和M酶的编码基因转入作物甲,能够实现的目的是利用途径Ⅱ,通过　　 　,降低叶绿体基质中该物质的含量,减少其对叶绿体的毒害作用。
②转基因操作后,途径Ⅲ能够提高光合作用速率,从而提高作物产量的原因是 　。
(4)研究人员还尝试探索将玉米PEPC基因导入作物甲并实现高效表达,获得光合速率显著增加的转基因品种,现测得光照强度对转基因品种和原品种的气孔导度(气孔开放程度)和光合速率的影响。据下图中信息分析,PEPC酶所起的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
8.[2023·湖北荆州模拟] Fv/Fm可反映光反应中心光能转换效率,强光条件下叶片捕获的光能经常会超过“碳同化”所能利用的范围,叶片吸收的能量过剩,会导致该参数明显下降,出现光抑制现象。某科研团队以纯合品种玉簪为材料进行了实验。通过遮阴网(透光率为25%左右)遮阴,网内午间最大光强在300~500 mol·m-2·s-1(弱光组,LT)处理8周,之后将部分植株转移至全日照下(转光组,LHT)。选取各处理中刚刚发育成熟的叶片进行各项形态和生理指标的测定,得到如图所示结果。回答下列问题:
(1)“碳同化”属于光合作用中的　　　　阶段。如果该阶段加强,就会　　　　(填“加剧”或“减弱”)光抑制现象。
(2)在测量光合作用速率时,发现 LHT 组有明显的“午休”现象,LHT 组出现此现象的原因有 　 (至少回答两点)。
(3)科研团队发现茉莉酸甲酯(MeJA)可以缓解玉簪的光抑制现象。光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物,包括PSⅠ和PSⅡ)在光反应中的能量转化中具有重要作用。有人认为光抑制的出现是由于PSⅡ被破坏,MeJA可以促进PSⅡ的修复,也有人认为光抑制的出现是由于PSⅠ被破坏,MeJA可以促进PSⅠ的修复。现有如下的实验方案来探究上述两种观点:
①取长势相同的玉簪随机均分为甲、乙、丙、丁四组;②甲组进行LHT处理,乙组使用MeJA处理后再进行LHT处理,丙组使用PSⅡ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理,丁组使用PSⅠ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理;
③一段时间后,测量各组的Fv/Fm值。
Ⅰ.步骤①中的四组玉簪需要进行　　　　　　　以满足步骤②的前提要求。
Ⅱ.若　　　　　　　　　　,说明光抑制的出现是由于 PSⅡ被破坏,MeJA可以促进PSⅡ的修复;
若　　　　　　　　,说明光抑制的出现是由于 PSⅠ被破坏,MeJA可以促进PSⅠ的修复。
　
限时集训(三)B
1.B　[解析] CO2是在线粒体基质中产生的,并不是在线粒体内膜上产生的,A错误;线粒体复合物Ⅰ存在于线粒体内膜上,小鼠细胞和小麦细胞无氧呼吸的场所是细胞质基质,因此小鼠细胞和小麦细胞无氧呼吸产物不同与线粒体复合物Ⅰ的不同无关,B正确;在有氧呼吸的第一、二阶段,产生还原型辅酶Ⅰ,氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ是在细胞质基质和线粒体基质进行的,C错误;在有氧呼吸的第一、二阶段也能产生ATP,因此ATP的生成并非离不开线粒体复合物Ⅰ,D错误。
2.C　[解析] 分析题意可知,D1是叶绿体中光合复合体PSⅡ的核心蛋白,该复合体主要参与光反应,故D1蛋白参与光合作用的光反应阶段,光反应场所位于类囊体薄膜,A、B错误;分析题意,改造后的psbA在高温下易于表达且产物能够转运至叶绿体内,故高温下转基因拟南芥中D1蛋白合成增加,C正确;D1蛋白是生物大分子,不能经自由扩散进入叶绿体,D错误。
3.D　[解析] 同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律,故可采用同位素示踪法研究碳元素转移路径,A正确;据图可知,甲醛经过图示过程可以产生二氧化碳供给常春藤的光合作用,B正确;据图分析可知,常春藤分解甲醛的过程发生在叶绿体基质,所以分解甲醛的酶分布在叶绿体基质,C正确;室内栽培观赏植物常春藤能够清除一定浓度范围内的甲醛污染,不能判断常春藤光合作用强度与甲醛浓度成正比,D错误。
4.C　[解析] 据题意可知,复合体Ⅳ和AOX在线粒体内膜上,参与了有氧呼吸的第三阶段,即二者参与催化NADH与氧气结合的反应,A正确;氰化物对AOX与复合体Ⅳ的活性影响不同,可知二者对氰化物的敏感程度不同,按照结构决定功能的原则推测,二者结构不同,B正确;细胞在消耗等量呼吸底物情况下有氧呼吸释放的能量总量是相同的,其中一部分用于合成ATP,其余部分以热能形式散失,抗氰呼吸比正常呼吸产生的热量更多,则合成的ATP就会减少,C错误;氰化物不影响AOX活性,使得植物细胞可以进行抗氰呼吸,对植株在逆境中生存有利,D正确。
5.D　[解析] 由题意可知,寡霉素抑制ATP合成酶的活性,光合作用过程中,寡霉素可通过抑制光反应过程中ATP的合成,来抑制C3的还原而降低光合速率,A正确。高盐条件下各组的光合速率均低于正常条件下,可推知,高盐条件下可通过降低气孔导度使CO2供应不足而降低光合速率,B正确。比较图中W+H2O和W+NaHSO3两组的柱形图可知,施加NaHSO3之后,植物在正常和高盐状态下的光合速率均有所提高,W+NaHSO3组未胁迫与盐胁迫条件下光合速率的差值小于W+H2O组,说明喷施NaHSO3可促进光合作用,减缓高盐条件引起的光合速率的下降,C正确。比较图中W+H2O和T+H2O两组的柱形图可知,转基因拟南芥在正常和高盐条件下光合速率均比野生拟南芥的光合速率高,所以转基因技术能提高光合作用的效率;比较图中正常条件下W+H2O、W+寡霉素两组光合速率的差值和T+H2O、T+寡霉素两组光合速率的差值,可知施加了寡霉素之后转基因拟南芥光合速率下降的幅度更小,所以转基因技术能减弱寡霉素对光合作用的抑制作用,D错误。
6.D　[解析] 由图甲可知,在不同光照强度下,不加蔗糖组试管苗光合速率始终高于加蔗糖组试管苗,在不加蔗糖的培养条件下光合速率和光饱和点更高,A错误;bc段为黑暗条件,不进行光合作用,bc段上升缓慢的原因是凌晨温度较低,呼吸作用相关酶活性降低,且CO2浓度过高使呼吸速率减慢,导致CO2释放速率减慢,B错误;图乙d点以后试管内CO2浓度不变,光合速率等于呼吸速率,CO2浓度是光合作用的限制因素,11点时光照强度较高,达到光饱和点,此时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞光合速率基本不变,叶绿体中的C5、C3含量基本不变,C错误;由图甲和图乙结果推知,采用无蔗糖培养基、增加光照强度、延长光照时间、增加CO2浓度等措施均可缩短试管苗的适应过程,D正确。
7.(1)暗
(2)乙醇酸　减少乙醇酸对细胞的毒害,防止强光对叶绿体的破坏、回收碳元素等　增加
(3)转基因技术,将乙醇酸转化为苹果酸　由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量,使叶绿体基质内CO2的浓度增加,提高了暗反应速率
(4)增大气孔导度,提高转基因品种在强光下的光合速率
[解析] (1)图甲中环形代谢途径表示的是光合作用中的暗反应,主要包括CO2的固定和C3的还原。(2)分析图甲可知,在高CO2浓度时,R酶催化CO2的固定。在高光强、高O2浓度时,R酶催化C5和O2发生反应,完成有机物的加氧氧化。后者在酶的催化作用下转换为乙醇酸后通过膜上的载体(T)离开叶绿体。再经过代谢途径Ⅰ最终将2 分子乙醇酸转换为1分子甘油酸,并释放1分子CO2。光呼吸的意义:①减少乙醇酸对细胞的毒害;②防止强光对叶绿体的破坏;③回收碳元素。在同样栽培条件下(即高光强、高O2浓度)加氧酶基因不能正常表达,则没有酶催化有机物加氧氧化,有机物氧化分解减弱,因此,有机物的积累量会增加。(3)分析图乙可知:通过转基因技术人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径Ⅱ,即将乙醇酸通过C酶和M酶的催化作用转化为苹果酸,由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量,苹果酸通过代谢途径Ⅲ,使叶绿体基质内CO2的浓度增加,有利于提高光合速率。(4)两图信息显示,与原品种相比,转基因品种气孔导度更大,且光饱和点明显增大,由此可推知,PEPC酶可增大气孔导度,提高水稻在强光下的光合速率,使转基因品种更适应强光环境。
8.(1)暗反应　减弱
(2)光照过强,光反应速率超过暗反应速率,出现光抑制现象,限制了光合作用速率;温度过高导致气孔关闭,二氧化碳吸收不足,抑制了暗反应速率,使光合作用速率受到限制
(3)LT处理8周(遮阴处理8周)　乙组和丁组的结果相差不大,且都大于甲组和丙组　乙组和丙组的结果相差不大,且都大于甲组和丁组
[解析] (1)“碳同化”包括二氧化碳的固定等过程,属于光合作用的暗反应阶段;分析题意可知,强光条件下叶片捕获的光能经常会超过“碳同化”所能利用的范围,叶片吸收的能量过剩,会导致光能转换效率明显下降,出现光抑制现象,若“碳同化”加强,对于光反应产物的利用增加,就会减弱光抑制现象。(2)二氧化碳是暗反应过程中的原料,二氧化碳要通过气孔进出细胞,且暗反应的进行需要光反应提供NADPH和ATP等物质,LHT 组(转光组)有明显的“午休”现象,原因可能是光照过强,光反应速率超过暗反应速率,出现光抑制现象,限制了光合作用速率;温度过高导致气孔关闭,二氧化碳吸收不足,抑制了暗反应速率,使光合作用速率受到限制。(3)分析题意,本实验目的是探究光抑制的原因,结合实验步骤可知,实验的自变量是处理方式的不同,检测指标是Fv/Fm值。根据实验设计的对照与单一变量原则可知,Ⅰ.步骤①中的四组玉簪需要进行LT处理8周(遮阴处理8周)以满足步骤②的前提要求。Ⅱ.若光抑制的出现是由于 PSⅡ被破坏,MeJA可以促进PSⅡ的修复,则乙组(使用MeJA处理后再进行LHT处理)和丁组(使用PSⅠ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理)的结果相差不大,且都大于甲组(进行LHT处理)和丙组(使用PSⅡ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理);若光抑制的出现是由于 PSⅠ被破坏,MeJA可以促进PSⅠ的修复,则结果为乙组(使用MeJA处理后再进行LHT处理)和丙组(使用PSⅡ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理)的结果相差不大,且都大于甲组(进行LHT处理)和丁组(使用PSⅠ修复抑制剂处理后,再使用MeJA处理,然后进行LHT处理)。