【备考2025】高中生物人教版（2019）一轮基础练习--专题6光合作用（含答案）
文档属性
| 名称 | 【备考2025】高中生物人教版（2019）一轮基础练习--专题6光合作用（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-27 10:15:25 | ||
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文档简介
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2025广东版新教材生物学高考第一轮
专题6 光合作用
五年高考
考点1 捕获光能的色素和结构
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
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
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
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 1235 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
5.(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,叙述错误的是( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
6.(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。
考点2 光合作用的原理
7.(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
8.（新情境）(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
9.（新思维）(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对CO2的Km为450μmol·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(PEPC对CO2的Km为7μmol·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)。
10.（新情境）(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。
考点3 光合作用的影响因素及应用
11.(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
12.(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200μL·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
13.(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
14.(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 。
15.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。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)。
16.(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 。
17.(2022浙江1月选考,27,8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(30s/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。
考点4 光合作用和细胞呼吸
18.(2021广东,15,4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.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
19.(2023湖北,11,2分)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐,研究发现平均气温每升高1℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
20.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
21.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
22.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
23.(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2000μmol·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0~50μmol·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 。
24.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1500μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
25.（新情境）(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是
。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
26.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届佛山顺德质检,6)细胞呼吸和光合作用是自然界中两种主要的细胞代谢,下列有关叙述错误的是( )
A.细胞生命活动所需的ATP均来自细胞呼吸
B.蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可通过细胞呼吸过程联系起来
C.光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
D.除光合作用外,自然界还有不需要光也能制造有机物的代谢
2.(2023华南师大附中月考二,4)如图表示蚕豆叶肉细胞叶绿体中部分代谢变化,其中M、N、X代表小分子物质,①、②、③代表生理过程。有关叙述正确的是( )
A.组成M的化学元素来源于H2O、ADP和Pi
B.过程②说明叶绿体有一定的自主性,X为核糖核苷酸
C.过程①在叶绿体内膜上进行,过程②、③在叶绿体基质中完成
D.过程③中碳元素的转化过程是CO2→C3→(CH2O)
3.(2024届广东四校二联,5)如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况,下列有关说法错误的是( )
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C.d点时,甲,乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
4.(2024届大浦虎山中学月考二,15)氮元素是植物生长的必需元素,合理施用氮肥可提高农作物的产量。为了科学施氮肥,科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标,结果见表。表中氮肥农学效率=(施氮肥的产量-不施氮肥的产量)/施氮肥的量,下列说法正确的是( )
施氮量 (g·m-2) 叶绿素含量 (mg·g-1) 净光合速率 (μmol·m-2· s-1) 氮肥农学效率 (g·g-1)
0 1.18 9.66 -
25 1.35 10.21 1.51
40 1.42 12.34 2.42
55 1.40 10.48 1.72
A.茶树细胞利用氮元素合成DNA、RNA、蛋白质、磷脂等有机大分子物质
B.在茶树体内,氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C.氮元素与茶树体内叶绿素等合成无关,科学施氮肥不能够促进光反应
D.净光合速率能够反映氮肥农学效率,生产过程中可依此指导科学施氮肥
5.（新情境）(2023茂名三模,13)2021年9月24日,我国科学家在国际知名期刊《Science》上发表重大科技成果,首次对外公布了一种颠覆性的淀粉制备方法,其合成代谢路线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该技术中C3的合成途径与植物体内相同
B.该技术中水的分解产物与叶绿体中的相同
C.每步反应都应在温和、有酶的条件下进行
D.该技术可解决粮食危机并缓解温室效应
二、非选择题
6.(2024届广东四校一联,17)将长势相同且健壮的黄瓜幼苗随机均分为三组,利用人工气候室控制三组的培养条件(甲组:正常光照、正常供水;乙组:15%的正常光照、正常供水;丙组:15%的正常光照、50%的正常供水),培养一段时间后测定相关指标,结果如图。
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上,提取光合色素时,应加入少许碳酸钙以防止 。利用纸层析法能将四种色素分离是由于 。
(2)本实验的自变量是 ,净光合速率可通过测定单位时间、单位叶面积 的释放量表示。
(3)丙组黄瓜幼苗的最大净光合速率大于乙组的原因之一是该组黄瓜幼苗叶绿素含量较高,有利于吸收更多的 光,使光反应能为碳反应提供更多的 。根据上述实验结果,当黄瓜幼苗处于冬春栽培季节时,光照减弱,可适当 ,以提高其光合作用强度。
7.(2023广东六校一联,17)Ⅰ.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。请回答下列问题:
(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 (回答2点)。
(2)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)的方法以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 ,选择这两种作物的依据是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点 /μmol·m-2·s-1 1200 1180 560 623
Ⅱ.某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。在CO2充足的条件下测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图。分析并回答下列问题:
(3)4~6h,检测发现番茄体内有机物含量的变化是 ,容器内O2含量增加的原因是 。
(4)进行实验时,番茄叶片出现黄斑,工作人员猜测是由缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄,设计一简单实验加以证明。实验思路是 。
限时拔高练2
一、选择题
1.（新教材）(2024届肇庆质检,3)ATP、NADH和NADPH是三种参与细胞代谢的重要物质。下列有关说法正确的是( )
A.光照下,叶肉细胞中的ATP均来自光能的直接转化
B.NADH和NADPH均能参与C3的还原过程
C.氧气充足时,线粒体外膜氧化NADH生成ATP
D.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是细胞的共性
2.(2024届广东四校一联,14)如图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.ab段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.bc段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.据图可以推断限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
3.(2024届广州大学附中月考,13)如图表示某植物叶肉细胞中的各种生理过程的示意图。结合图中信息,判断下列说法不正确的是( )
A.用18O标记H2O,可在O2和(CH2O)检测到放射性
B.检测到叶肉细胞CO2释放量和O2吸收量均为0时,植株有机物积累量也为0
C.该细胞中的ATP可在生物膜上产生,也可在无膜结构上产生
D.在植物体中,各种生理活动有条不紊地进行是受基因控制的
4.(2024届潮州松昌中学期中,8)百草枯是一种快速灭生性的除草剂,原理是内吸后作用于光合作用的光反应。百草枯偷走水分解后所产生的电子,并将电子送给水分解产生的氧气,生成超氧离子,超氧离子对细胞极具杀伤力。下列叙述中不合理的是( )
A.百草枯发挥上述作用过程的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜
B.百草枯发挥作用的过程中,光合作用的暗反应阶段也会受到影响
C.阴雨天等环境湿度高的条件下,百草枯更容易发挥作用
D.根据百草枯的作用原理推测,百草枯应在作物“出苗”前使用
5.(2024届肇庆香山中学月考,14)叶绿体是一种动态的细胞器,随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也会发生相应改变,称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验,观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,并将吸收的能量全部储存在ATP中
B.弱光条件下叶绿体汇集到细胞顶面,有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,则推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D.实验表明,CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
二、非选择题
6.(2024届广东四校二联,18)番茄是生物学中常用的实验材料。阅读材料,回答问题。
材料一:某班学生进行新鲜番茄植株叶片色素的提取和分离实验,研磨时未加入CaCO3,实验结果如图甲所示。图乙是番茄植株进行光合作用的示意图,其中PSⅡ和PSⅠ是吸收、传递、转化光能的光系统。请回答下列问题:
(1)分析图甲所示实验结果可知,含量最多的色素为 ,光通过三棱镜后,照射到材料一中的色素提取液,发现其与正确操作下获得的色素提取液的吸收光谱的差异最大在于 光。
(2)PSⅡ中的色素吸收光能后,将H2O分解为H+和 。图乙中ATP和NADPH为过程 (填序号)供能,其中H+在 积累,从而推动ATP的合成。
材料二:某研究者测得番茄植株在CK条件(适宜温度和适宜光照)和HH条件(亚高温高光)下,培养5天后的相关指标数据如表。
组别 温度 /℃ 光照 强度/ (μmol· m-2· s-1) 净光合 速率/ (μmol· m-2· s-1) 气孔 导度/ (mmol· m-2· s-1) 胞间 CO2 浓度/ ppm Rubisco 活性/ (U· mL-1)
CK 25 500 12.1 114.2 308 189
HH 35 1000 1.8 31.2 448 61
注:两组实验,除温度和光照有差异外,其余条件相同且适宜。
(3)由表中数据可以推知,HH条件下番茄净光合速率下降的原因是 。此条件下的短时间内光反应产物NADPH和ATP在叶绿体中的含量 (选填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)D1蛋白是PSⅡ复合物的组成部分,对维持PSⅡ的结构和功能起重要作用,且过剩的光能可使D1蛋白失活。已知药物SM可抑制D1蛋白的合成,植物可通过合成新的D1蛋白缓解亚高温高光对光合作用的抑制。某研究人员利用番茄植株验证其缓解亚高温高光对光合作用抑制的机制,写出实验思路并预测结果: 。
考法综合练
1.（新情境）(2023广州调研,10)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)途径,高效地将CO2转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是( )
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体能持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可缓解碳排放的影响
2.(2024届汕头金山中学月考,6)不同光质对某高等绿色植物光合作用的影响如图1所示。用不同次序组合的单色光处理该植物叶片,检测气孔开放程度结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.与红光照射相比,蓝光照射下的光合速率大,导致胞间CO2浓度较低
B.蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞的细胞液浓度升高
C.绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有促进作用,该作用可被蓝光逆转
D.该实验表明,不同光质及次序组合的单色光均会影响植物的光合作用速率
3.(2024届普宁二中月考一,14)植物叶片的光合作用强度可通过通气法来测定,如图1所示(装置中通入气体的CO2浓度是可以调节的)。将适量叶片置于同化箱中,在一定的光照强度和温度条件下,让空气沿箭头方向缓慢流动,并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。请判断下列说法正确的是( )
A.欲使A、B两处气体CO2浓度相同,只能通过控制光照强度来实现
B.如果B处气体CO2浓度低于A处,说明叶片光合作用强度小于呼吸作用强度
C.将该同化箱放在黑暗中测得通入与通出气体的CO2浓度差值(设压强恒定),可得出植物呼吸吸收氧气或产生二氧化碳的量
D.若该叶片在适宜条件下进行如图2所示的处理,则叶片光合作用制造有机物的量可表示为a+c-b
4.(2024届大浦虎山中学开学考,15)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中,当白天气孔关闭时,液泡中的苹果酸经脱羧作用,释放出CO2用于光合作用,下列叙述错误的( )
A.该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分,有利于适应干旱环境
B.景天科植物白天进行光合作用,暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C.与常见的C3途径植物相比,夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D.白天,突然降低外界CO2浓度,景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
5.（新情境）(2023茂名二模,17)研究发现,水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下,存在吸收O2、释放CO2的现象,该过程与光合作用同时发生,称为光呼吸,具体过程如图。请分析回答:
(1)据图推测,水稻叶片中消耗O2的具体场所有 。若突然停止光照,短时间内C5的含量将 (填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)若用放射性同位素14C标记C5,则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为:C5→ ,参与该过程的细胞结构有 。
(3)当环境中CO2与O2含量比值 (填“偏高”或“偏低”),叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量,原因是 。
(4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO基因、OXO基因和CAT基因导入水稻叶绿体基因组中,构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路),显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制: 。
专题6 光合作用
五年高考
考点1 捕获光能的色素和结构
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
答案 D
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B
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
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 1235 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
5.(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,叙述错误的是( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
答案 C
6.(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
考点2 光合作用的原理
7.(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
8.（新情境）(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
9.（新思维）(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对CO2的Km为450μmol·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(PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 (填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度 (填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是 (答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化,其原因可能是 (答出三点即可)。
答案 (1)3-磷酸甘油醛 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC的Km小,可以利用低浓度的CO2;玉米的叶肉细胞光解水释放氧气,加上PEPC起到的CO2泵的作用,维管束鞘细胞内CO2/O2的值高,Rubisco的羧化大于加氧,光呼吸很弱;玉米的光合产物能及时从维管束运走 (3)光反应生成的ATP、NADPH有限(同化力有限);暗反应的酶活性有限;光合产物输出速率有限
10.（新情境）(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
考点3 光合作用的影响因素及应用
11.(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
12.(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200μL·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
13.(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
14.(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)高(或多) 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素以适应弱光环境(或促进叶绿素相关基因的表达) (2)有机物[或糖类、或(CH2O)n] (3)培养条件 A组和C组 光照条件 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
15.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。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。
16.(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
17.(2022浙江1月选考,27,8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(30s/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
考点4 光合作用和细胞呼吸
18.(2021广东,15,4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.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
答案 D
19.(2023湖北,11,2分)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐,研究发现平均气温每升高1℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
答案 D
20.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
答案 A
21.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
答案 C
22.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
答案 D
23.(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2000μmol·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0~50μmol·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)等于 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
24.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1500μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇 (2)HH1 (3)大于 植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,此时LH12和HH1的净光合速率基本相等,但是LH12的呼吸速率大于HH1的呼吸速率 叶绿素 NADPH和ATP (4)LH12
25.（新情境）(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是
。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
答案 (1)①⑥ 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) (2)H2O2(过氧化氢) (3)①细胞呼吸 光呼吸和细胞呼吸 ②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和 (4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的CO2浓度 直接
26.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)C3(三碳化合物) 叶绿体基质 (2)叶绿体 呼吸作用和光合作用(光反应) (3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素标记 (4)ACD
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届佛山顺德质检,6)细胞呼吸和光合作用是自然界中两种主要的细胞代谢,下列有关叙述错误的是( )
A.细胞生命活动所需的ATP均来自细胞呼吸
B.蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可通过细胞呼吸过程联系起来
C.光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
D.除光合作用外,自然界还有不需要光也能制造有机物的代谢
答案 A
2.(2023华南师大附中月考二,4)如图表示蚕豆叶肉细胞叶绿体中部分代谢变化,其中M、N、X代表小分子物质,①、②、③代表生理过程。有关叙述正确的是( )
A.组成M的化学元素来源于H2O、ADP和Pi
B.过程②说明叶绿体有一定的自主性,X为核糖核苷酸
C.过程①在叶绿体内膜上进行,过程②、③在叶绿体基质中完成
D.过程③中碳元素的转化过程是CO2→C3→(CH2O)
答案 D
3.(2024届广东四校二联,5)如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况,下列有关说法错误的是( )
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C.d点时,甲,乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
答案 C
4.(2024届大浦虎山中学月考二,15)氮元素是植物生长的必需元素,合理施用氮肥可提高农作物的产量。为了科学施氮肥,科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标,结果见表。表中氮肥农学效率=(施氮肥的产量-不施氮肥的产量)/施氮肥的量,下列说法正确的是( )
施氮量 (g·m-2) 叶绿素含量 (mg·g-1) 净光合速率 (μmol·m-2· s-1) 氮肥农学效率 (g·g-1)
0 1.18 9.66 -
25 1.35 10.21 1.51
40 1.42 12.34 2.42
55 1.40 10.48 1.72
A.茶树细胞利用氮元素合成DNA、RNA、蛋白质、磷脂等有机大分子物质
B.在茶树体内,氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C.氮元素与茶树体内叶绿素等合成无关,科学施氮肥不能够促进光反应
D.净光合速率能够反映氮肥农学效率,生产过程中可依此指导科学施氮肥
答案 D
5.（新情境）(2023茂名三模,13)2021年9月24日,我国科学家在国际知名期刊《Science》上发表重大科技成果,首次对外公布了一种颠覆性的淀粉制备方法,其合成代谢路线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该技术中C3的合成途径与植物体内相同
B.该技术中水的分解产物与叶绿体中的相同
C.每步反应都应在温和、有酶的条件下进行
D.该技术可解决粮食危机并缓解温室效应
答案 D
二、非选择题
6.(2024届广东四校一联,17)将长势相同且健壮的黄瓜幼苗随机均分为三组,利用人工气候室控制三组的培养条件(甲组:正常光照、正常供水;乙组:15%的正常光照、正常供水;丙组:15%的正常光照、50%的正常供水),培养一段时间后测定相关指标,结果如图。
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上,提取光合色素时,应加入少许碳酸钙以防止 。利用纸层析法能将四种色素分离是由于 。
(2)本实验的自变量是 ,净光合速率可通过测定单位时间、单位叶面积 的释放量表示。
(3)丙组黄瓜幼苗的最大净光合速率大于乙组的原因之一是该组黄瓜幼苗叶绿素含量较高,有利于吸收更多的 光,使光反应能为碳反应提供更多的 。根据上述实验结果,当黄瓜幼苗处于冬春栽培季节时,光照减弱,可适当 ,以提高其光合作用强度。
答案 (1)类囊体薄膜 色素被破坏 各种色素在层析液中的溶解度不同 (2)光照强度和供水量 氧气 (3)红光和蓝紫 ATP、NADPH 减少供水量
7.(2023广东六校一联,17)Ⅰ.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。请回答下列问题:
(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 (回答2点)。
(2)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)的方法以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 ,选择这两种作物的依据是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点 /μmol·m-2·s-1 1200 1180 560 623
Ⅱ.某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。在CO2充足的条件下测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图。分析并回答下列问题:
(3)4~6h,检测发现番茄体内有机物含量的变化是 ,容器内O2含量增加的原因是 。
(4)进行实验时,番茄叶片出现黄斑,工作人员猜测是由缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄,设计一简单实验加以证明。实验思路是 。
答案 (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,促进根系的细胞呼吸 (2)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 (3)增加 4~6h,番茄的光合速率大于呼吸速率,光合作用产生的氧气量大于呼吸作用消耗的氧气量,有氧气释放(或植株从容器中吸收二氧化碳并释放出氧气) (4)在黄斑番茄的培养液中添加适当比例的镁元素,培养一段时间后,观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)或将黄斑番茄分别放在含镁元素和缺镁元素的完全培养液中培养,适宜条件下培养一段时间后,观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)
限时拔高练2
一、选择题
1.（新教材）(2024届肇庆质检,3)ATP、NADH和NADPH是三种参与细胞代谢的重要物质。下列有关说法正确的是( )
A.光照下,叶肉细胞中的ATP均来自光能的直接转化
B.NADH和NADPH均能参与C3的还原过程
C.氧气充足时,线粒体外膜氧化NADH生成ATP
D.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是细胞的共性
答案 D
2.(2024届广东四校一联,14)如图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.ab段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.bc段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.据图可以推断限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
答案 C
3.(2024届广州大学附中月考,13)如图表示某植物叶肉细胞中的各种生理过程的示意图。结合图中信息,判断下列说法不正确的是( )
A.用18O标记H2O,可在O2和(CH2O)检测到放射性
B.检测到叶肉细胞CO2释放量和O2吸收量均为0时,植株有机物积累量也为0
C.该细胞中的ATP可在生物膜上产生,也可在无膜结构上产生
D.在植物体中,各种生理活动有条不紊地进行是受基因控制的
答案 B
4.(2024届潮州松昌中学期中,8)百草枯是一种快速灭生性的除草剂,原理是内吸后作用于光合作用的光反应。百草枯偷走水分解后所产生的电子,并将电子送给水分解产生的氧气,生成超氧离子,超氧离子对细胞极具杀伤力。下列叙述中不合理的是( )
A.百草枯发挥上述作用过程的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜
B.百草枯发挥作用的过程中,光合作用的暗反应阶段也会受到影响
C.阴雨天等环境湿度高的条件下,百草枯更容易发挥作用
D.根据百草枯的作用原理推测,百草枯应在作物“出苗”前使用
答案 C
5.(2024届肇庆香山中学月考,14)叶绿体是一种动态的细胞器,随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也会发生相应改变,称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验,观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,并将吸收的能量全部储存在ATP中
B.弱光条件下叶绿体汇集到细胞顶面,有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,则推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D.实验表明,CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
答案 A
二、非选择题
6.(2024届广东四校二联,18)番茄是生物学中常用的实验材料。阅读材料,回答问题。
材料一:某班学生进行新鲜番茄植株叶片色素的提取和分离实验,研磨时未加入CaCO3,实验结果如图甲所示。图乙是番茄植株进行光合作用的示意图,其中PSⅡ和PSⅠ是吸收、传递、转化光能的光系统。请回答下列问题:
(1)分析图甲所示实验结果可知,含量最多的色素为 ,光通过三棱镜后,照射到材料一中的色素提取液,发现其与正确操作下获得的色素提取液的吸收光谱的差异最大在于 光。
(2)PSⅡ中的色素吸收光能后,将H2O分解为H+和 。图乙中ATP和NADPH为过程 (填序号)供能,其中H+在 积累,从而推动ATP的合成。
材料二:某研究者测得番茄植株在CK条件(适宜温度和适宜光照)和HH条件(亚高温高光)下,培养5天后的相关指标数据如表。
组别 温度 /℃ 光照 强度/ (μmol· m-2· s-1) 净光合 速率/ (μmol· m-2· s-1) 气孔 导度/ (mmol· m-2· s-1) 胞间 CO2 浓度/ ppm Rubisco 活性/ (U· mL-1)
CK 25 500 12.1 114.2 308 189
HH 35 1000 1.8 31.2 448 61
注:两组实验,除温度和光照有差异外,其余条件相同且适宜。
(3)由表中数据可以推知,HH条件下番茄净光合速率下降的原因是 。此条件下的短时间内光反应产物NADPH和ATP在叶绿体中的含量 (选填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)D1蛋白是PSⅡ复合物的组成部分,对维持PSⅡ的结构和功能起重要作用,且过剩的光能可使D1蛋白失活。已知药物SM可抑制D1蛋白的合成,植物可通过合成新的D1蛋白缓解亚高温高光对光合作用的抑制。某研究人员利用番茄植株验证其缓解亚高温高光对光合作用抑制的机制,写出实验思路并预测结果: 。
答案 (1)叶黄素 红 (2)O2 ③ 类囊体腔 (3)Rubisco活性下降影响了CO2的固定过程,进而引起净光合速率下降 增加 (4)实验思路:把生理状态相同的番茄植株等量分成甲、乙、丙三组,甲组处在CK条件(适宜温度和适宜光照)下,乙组处在HH条件(亚高温高光)下,丙组处在HH条件下并加入适量的药物SM,其他条件相同且适宜,每天定期测定各组植株的D1蛋白含量。预测结果:D1蛋白含量从高到低依次为甲组>乙组>丙组
考法综合练
1.（新情境）(2023广州调研,10)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)途径,高效地将CO2转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是( )
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体能持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可缓解碳排放的影响
答案 C
2.(2024届汕头金山中学月考,6)不同光质对某高等绿色植物光合作用的影响如图1所示。用不同次序组合的单色光处理该植物叶片,检测气孔开放程度结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.与红光照射相比,蓝光照射下的光合速率大,导致胞间CO2浓度较低
B.蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞的细胞液浓度升高
C.绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有促进作用,该作用可被蓝光逆转
D.该实验表明,不同光质及次序组合的单色光均会影响植物的光合作用速率
答案 C
3.(2024届普宁二中月考一,14)植物叶片的光合作用强度可通过通气法来测定,如图1所示(装置中通入气体的CO2浓度是可以调节的)。将适量叶片置于同化箱中,在一定的光照强度和温度条件下,让空气沿箭头方向缓慢流动,并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。请判断下列说法正确的是( )
A.欲使A、B两处气体CO2浓度相同,只能通过控制光照强度来实现
B.如果B处气体CO2浓度低于A处,说明叶片光合作用强度小于呼吸作用强度
C.将该同化箱放在黑暗中测得通入与通出气体的CO2浓度差值(设压强恒定),可得出植物呼吸吸收氧气或产生二氧化碳的量
D.若该叶片在适宜条件下进行如图2所示的处理,则叶片光合作用制造有机物的量可表示为a+c-b
答案 C
4.(2024届大浦虎山中学开学考,15)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中,当白天气孔关闭时,液泡中的苹果酸经脱羧作用,释放出CO2用于光合作用,下列叙述错误的( )
A.该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分,有利于适应干旱环境
B.景天科植物白天进行光合作用,暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C.与常见的C3途径植物相比,夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D.白天,突然降低外界CO2浓度,景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
答案 B
5.（新情境）(2023茂名二模,17)研究发现,水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下,存在吸收O2、释放CO2的现象,该过程与光合作用同时发生,称为光呼吸,具体过程如图。请分析回答:
(1)据图推测,水稻叶片中消耗O2的具体场所有 。若突然停止光照,短时间内C5的含量将 (填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)若用放射性同位素14C标记C5,则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为:C5→ ,参与该过程的细胞结构有 。
(3)当环境中CO2与O2含量比值 (填“偏高”或“偏低”),叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量,原因是 。
(4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO基因、OXO基因和CAT基因导入水稻叶绿体基因组中,构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路),显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制: 。
答案 (1)线粒体内膜和叶绿体基质 减少 (2)乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO2 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 (3)偏低 O2竞争性地与Rubisco结合,导致其催化CO2固定的过程减弱,光合作用合成的有机物减少 (4)GOC型水稻光呼吸产生的部分乙醇酸能在叶绿体内被催化为草酸,草酸最终完全分解为CO2,提高了叶绿体中的CO2浓度,从而抑制了光呼吸,提高了植物的光合效率,使水稻增产
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2025广东版新教材生物学高考第一轮
专题6 光合作用
五年高考
考点1 捕获光能的色素和结构
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
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
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
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 1235 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
5.(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,叙述错误的是( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
6.(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。
考点2 光合作用的原理
7.(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
8.（新情境）(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
9.（新思维）(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对CO2的Km为450μmol·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(PEPC对CO2的Km为7μmol·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)。
10.（新情境）(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。
考点3 光合作用的影响因素及应用
11.(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
12.(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200μL·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
13.(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
14.(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 。
15.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。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)。
16.(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 。
17.(2022浙江1月选考,27,8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(30s/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。
考点4 光合作用和细胞呼吸
18.(2021广东,15,4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.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
19.(2023湖北,11,2分)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐,研究发现平均气温每升高1℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
20.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
21.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
22.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
23.(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2000μmol·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0~50μmol·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 。
24.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1500μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
25.（新情境）(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是
。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
26.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届佛山顺德质检,6)细胞呼吸和光合作用是自然界中两种主要的细胞代谢,下列有关叙述错误的是( )
A.细胞生命活动所需的ATP均来自细胞呼吸
B.蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可通过细胞呼吸过程联系起来
C.光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
D.除光合作用外,自然界还有不需要光也能制造有机物的代谢
2.(2023华南师大附中月考二,4)如图表示蚕豆叶肉细胞叶绿体中部分代谢变化,其中M、N、X代表小分子物质,①、②、③代表生理过程。有关叙述正确的是( )
A.组成M的化学元素来源于H2O、ADP和Pi
B.过程②说明叶绿体有一定的自主性,X为核糖核苷酸
C.过程①在叶绿体内膜上进行,过程②、③在叶绿体基质中完成
D.过程③中碳元素的转化过程是CO2→C3→(CH2O)
3.(2024届广东四校二联,5)如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况,下列有关说法错误的是( )
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C.d点时,甲,乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
4.(2024届大浦虎山中学月考二,15)氮元素是植物生长的必需元素,合理施用氮肥可提高农作物的产量。为了科学施氮肥,科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标,结果见表。表中氮肥农学效率=(施氮肥的产量-不施氮肥的产量)/施氮肥的量,下列说法正确的是( )
施氮量 (g·m-2) 叶绿素含量 (mg·g-1) 净光合速率 (μmol·m-2· s-1) 氮肥农学效率 (g·g-1)
0 1.18 9.66 -
25 1.35 10.21 1.51
40 1.42 12.34 2.42
55 1.40 10.48 1.72
A.茶树细胞利用氮元素合成DNA、RNA、蛋白质、磷脂等有机大分子物质
B.在茶树体内,氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C.氮元素与茶树体内叶绿素等合成无关,科学施氮肥不能够促进光反应
D.净光合速率能够反映氮肥农学效率,生产过程中可依此指导科学施氮肥
5.（新情境）(2023茂名三模,13)2021年9月24日,我国科学家在国际知名期刊《Science》上发表重大科技成果,首次对外公布了一种颠覆性的淀粉制备方法,其合成代谢路线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该技术中C3的合成途径与植物体内相同
B.该技术中水的分解产物与叶绿体中的相同
C.每步反应都应在温和、有酶的条件下进行
D.该技术可解决粮食危机并缓解温室效应
二、非选择题
6.(2024届广东四校一联,17)将长势相同且健壮的黄瓜幼苗随机均分为三组,利用人工气候室控制三组的培养条件(甲组:正常光照、正常供水;乙组:15%的正常光照、正常供水;丙组:15%的正常光照、50%的正常供水),培养一段时间后测定相关指标,结果如图。
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上,提取光合色素时,应加入少许碳酸钙以防止 。利用纸层析法能将四种色素分离是由于 。
(2)本实验的自变量是 ,净光合速率可通过测定单位时间、单位叶面积 的释放量表示。
(3)丙组黄瓜幼苗的最大净光合速率大于乙组的原因之一是该组黄瓜幼苗叶绿素含量较高,有利于吸收更多的 光,使光反应能为碳反应提供更多的 。根据上述实验结果,当黄瓜幼苗处于冬春栽培季节时,光照减弱,可适当 ,以提高其光合作用强度。
7.(2023广东六校一联,17)Ⅰ.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。请回答下列问题:
(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 (回答2点)。
(2)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)的方法以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 ,选择这两种作物的依据是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点 /μmol·m-2·s-1 1200 1180 560 623
Ⅱ.某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。在CO2充足的条件下测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图。分析并回答下列问题:
(3)4~6h,检测发现番茄体内有机物含量的变化是 ,容器内O2含量增加的原因是 。
(4)进行实验时,番茄叶片出现黄斑,工作人员猜测是由缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄,设计一简单实验加以证明。实验思路是 。
限时拔高练2
一、选择题
1.（新教材）(2024届肇庆质检,3)ATP、NADH和NADPH是三种参与细胞代谢的重要物质。下列有关说法正确的是( )
A.光照下,叶肉细胞中的ATP均来自光能的直接转化
B.NADH和NADPH均能参与C3的还原过程
C.氧气充足时,线粒体外膜氧化NADH生成ATP
D.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是细胞的共性
2.(2024届广东四校一联,14)如图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.ab段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.bc段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.据图可以推断限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
3.(2024届广州大学附中月考,13)如图表示某植物叶肉细胞中的各种生理过程的示意图。结合图中信息,判断下列说法不正确的是( )
A.用18O标记H2O,可在O2和(CH2O)检测到放射性
B.检测到叶肉细胞CO2释放量和O2吸收量均为0时,植株有机物积累量也为0
C.该细胞中的ATP可在生物膜上产生,也可在无膜结构上产生
D.在植物体中,各种生理活动有条不紊地进行是受基因控制的
4.(2024届潮州松昌中学期中,8)百草枯是一种快速灭生性的除草剂,原理是内吸后作用于光合作用的光反应。百草枯偷走水分解后所产生的电子,并将电子送给水分解产生的氧气,生成超氧离子,超氧离子对细胞极具杀伤力。下列叙述中不合理的是( )
A.百草枯发挥上述作用过程的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜
B.百草枯发挥作用的过程中,光合作用的暗反应阶段也会受到影响
C.阴雨天等环境湿度高的条件下,百草枯更容易发挥作用
D.根据百草枯的作用原理推测,百草枯应在作物“出苗”前使用
5.(2024届肇庆香山中学月考,14)叶绿体是一种动态的细胞器,随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也会发生相应改变,称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验,观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,并将吸收的能量全部储存在ATP中
B.弱光条件下叶绿体汇集到细胞顶面,有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,则推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D.实验表明,CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
二、非选择题
6.(2024届广东四校二联,18)番茄是生物学中常用的实验材料。阅读材料,回答问题。
材料一:某班学生进行新鲜番茄植株叶片色素的提取和分离实验,研磨时未加入CaCO3,实验结果如图甲所示。图乙是番茄植株进行光合作用的示意图,其中PSⅡ和PSⅠ是吸收、传递、转化光能的光系统。请回答下列问题:
(1)分析图甲所示实验结果可知,含量最多的色素为 ,光通过三棱镜后,照射到材料一中的色素提取液,发现其与正确操作下获得的色素提取液的吸收光谱的差异最大在于 光。
(2)PSⅡ中的色素吸收光能后,将H2O分解为H+和 。图乙中ATP和NADPH为过程 (填序号)供能,其中H+在 积累,从而推动ATP的合成。
材料二:某研究者测得番茄植株在CK条件(适宜温度和适宜光照)和HH条件(亚高温高光)下,培养5天后的相关指标数据如表。
组别 温度 /℃ 光照 强度/ (μmol· m-2· s-1) 净光合 速率/ (μmol· m-2· s-1) 气孔 导度/ (mmol· m-2· s-1) 胞间 CO2 浓度/ ppm Rubisco 活性/ (U· mL-1)
CK 25 500 12.1 114.2 308 189
HH 35 1000 1.8 31.2 448 61
注:两组实验,除温度和光照有差异外,其余条件相同且适宜。
(3)由表中数据可以推知,HH条件下番茄净光合速率下降的原因是 。此条件下的短时间内光反应产物NADPH和ATP在叶绿体中的含量 (选填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)D1蛋白是PSⅡ复合物的组成部分,对维持PSⅡ的结构和功能起重要作用,且过剩的光能可使D1蛋白失活。已知药物SM可抑制D1蛋白的合成,植物可通过合成新的D1蛋白缓解亚高温高光对光合作用的抑制。某研究人员利用番茄植株验证其缓解亚高温高光对光合作用抑制的机制,写出实验思路并预测结果: 。
考法综合练
1.（新情境）(2023广州调研,10)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)途径,高效地将CO2转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是( )
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体能持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可缓解碳排放的影响
2.(2024届汕头金山中学月考,6)不同光质对某高等绿色植物光合作用的影响如图1所示。用不同次序组合的单色光处理该植物叶片,检测气孔开放程度结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.与红光照射相比,蓝光照射下的光合速率大,导致胞间CO2浓度较低
B.蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞的细胞液浓度升高
C.绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有促进作用,该作用可被蓝光逆转
D.该实验表明,不同光质及次序组合的单色光均会影响植物的光合作用速率
3.(2024届普宁二中月考一,14)植物叶片的光合作用强度可通过通气法来测定,如图1所示(装置中通入气体的CO2浓度是可以调节的)。将适量叶片置于同化箱中,在一定的光照强度和温度条件下,让空气沿箭头方向缓慢流动,并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。请判断下列说法正确的是( )
A.欲使A、B两处气体CO2浓度相同,只能通过控制光照强度来实现
B.如果B处气体CO2浓度低于A处,说明叶片光合作用强度小于呼吸作用强度
C.将该同化箱放在黑暗中测得通入与通出气体的CO2浓度差值(设压强恒定),可得出植物呼吸吸收氧气或产生二氧化碳的量
D.若该叶片在适宜条件下进行如图2所示的处理,则叶片光合作用制造有机物的量可表示为a+c-b
4.(2024届大浦虎山中学开学考,15)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中,当白天气孔关闭时,液泡中的苹果酸经脱羧作用,释放出CO2用于光合作用,下列叙述错误的( )
A.该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分,有利于适应干旱环境
B.景天科植物白天进行光合作用,暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C.与常见的C3途径植物相比,夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D.白天,突然降低外界CO2浓度,景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
5.（新情境）(2023茂名二模,17)研究发现,水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下,存在吸收O2、释放CO2的现象,该过程与光合作用同时发生,称为光呼吸,具体过程如图。请分析回答:
(1)据图推测,水稻叶片中消耗O2的具体场所有 。若突然停止光照,短时间内C5的含量将 (填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)若用放射性同位素14C标记C5,则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为:C5→ ,参与该过程的细胞结构有 。
(3)当环境中CO2与O2含量比值 (填“偏高”或“偏低”),叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量,原因是 。
(4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO基因、OXO基因和CAT基因导入水稻叶绿体基因组中,构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路),显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制: 。
专题6 光合作用
五年高考
考点1 捕获光能的色素和结构
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
答案 D
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B
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
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 1235 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
5.(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学相关实验,叙述错误的是( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
答案 C
6.(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
考点2 光合作用的原理
7.(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
8.（新情境）(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
9.（新思维）(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对CO2的Km为450μmol·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(PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 (填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度 (填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是 (答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化,其原因可能是 (答出三点即可)。
答案 (1)3-磷酸甘油醛 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC的Km小,可以利用低浓度的CO2;玉米的叶肉细胞光解水释放氧气,加上PEPC起到的CO2泵的作用,维管束鞘细胞内CO2/O2的值高,Rubisco的羧化大于加氧,光呼吸很弱;玉米的光合产物能及时从维管束运走 (3)光反应生成的ATP、NADPH有限(同化力有限);暗反应的酶活性有限;光合产物输出速率有限
10.（新情境）(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
考点3 光合作用的影响因素及应用
11.(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
12.(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200μL·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
13.(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
14.(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)高(或多) 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素以适应弱光环境(或促进叶绿素相关基因的表达) (2)有机物[或糖类、或(CH2O)n] (3)培养条件 A组和C组 光照条件 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
15.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。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。
16.(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
17.(2022浙江1月选考,27,8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(30s/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
考点4 光合作用和细胞呼吸
18.(2021广东,15,4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.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
答案 D
19.(2023湖北,11,2分)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐,研究发现平均气温每升高1℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
答案 D
20.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
答案 A
21.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
答案 C
22.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
答案 D
23.(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2000μmol·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0~50μmol·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)等于 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
24.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1500μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇 (2)HH1 (3)大于 植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,此时LH12和HH1的净光合速率基本相等,但是LH12的呼吸速率大于HH1的呼吸速率 叶绿素 NADPH和ATP (4)LH12
25.（新情境）(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是
。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
答案 (1)①⑥ 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) (2)H2O2(过氧化氢) (3)①细胞呼吸 光呼吸和细胞呼吸 ②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和 (4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的CO2浓度 直接
26.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)C3(三碳化合物) 叶绿体基质 (2)叶绿体 呼吸作用和光合作用(光反应) (3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素标记 (4)ACD
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届佛山顺德质检,6)细胞呼吸和光合作用是自然界中两种主要的细胞代谢,下列有关叙述错误的是( )
A.细胞生命活动所需的ATP均来自细胞呼吸
B.蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可通过细胞呼吸过程联系起来
C.光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
D.除光合作用外,自然界还有不需要光也能制造有机物的代谢
答案 A
2.(2023华南师大附中月考二,4)如图表示蚕豆叶肉细胞叶绿体中部分代谢变化,其中M、N、X代表小分子物质,①、②、③代表生理过程。有关叙述正确的是( )
A.组成M的化学元素来源于H2O、ADP和Pi
B.过程②说明叶绿体有一定的自主性,X为核糖核苷酸
C.过程①在叶绿体内膜上进行,过程②、③在叶绿体基质中完成
D.过程③中碳元素的转化过程是CO2→C3→(CH2O)
答案 D
3.(2024届广东四校二联,5)如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的情况,下列有关说法错误的是( )
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C.d点时,甲,乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
答案 C
4.(2024届大浦虎山中学月考二,15)氮元素是植物生长的必需元素,合理施用氮肥可提高农作物的产量。为了科学施氮肥,科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标,结果见表。表中氮肥农学效率=(施氮肥的产量-不施氮肥的产量)/施氮肥的量,下列说法正确的是( )
施氮量 (g·m-2) 叶绿素含量 (mg·g-1) 净光合速率 (μmol·m-2· s-1) 氮肥农学效率 (g·g-1)
0 1.18 9.66 -
25 1.35 10.21 1.51
40 1.42 12.34 2.42
55 1.40 10.48 1.72
A.茶树细胞利用氮元素合成DNA、RNA、蛋白质、磷脂等有机大分子物质
B.在茶树体内,氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C.氮元素与茶树体内叶绿素等合成无关,科学施氮肥不能够促进光反应
D.净光合速率能够反映氮肥农学效率,生产过程中可依此指导科学施氮肥
答案 D
5.（新情境）(2023茂名三模,13)2021年9月24日,我国科学家在国际知名期刊《Science》上发表重大科技成果,首次对外公布了一种颠覆性的淀粉制备方法,其合成代谢路线如图所示。下列说法正确的是( )
A.该技术中C3的合成途径与植物体内相同
B.该技术中水的分解产物与叶绿体中的相同
C.每步反应都应在温和、有酶的条件下进行
D.该技术可解决粮食危机并缓解温室效应
答案 D
二、非选择题
6.(2024届广东四校一联,17)将长势相同且健壮的黄瓜幼苗随机均分为三组,利用人工气候室控制三组的培养条件(甲组:正常光照、正常供水;乙组:15%的正常光照、正常供水;丙组:15%的正常光照、50%的正常供水),培养一段时间后测定相关指标,结果如图。
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上,提取光合色素时,应加入少许碳酸钙以防止 。利用纸层析法能将四种色素分离是由于 。
(2)本实验的自变量是 ,净光合速率可通过测定单位时间、单位叶面积 的释放量表示。
(3)丙组黄瓜幼苗的最大净光合速率大于乙组的原因之一是该组黄瓜幼苗叶绿素含量较高,有利于吸收更多的 光,使光反应能为碳反应提供更多的 。根据上述实验结果,当黄瓜幼苗处于冬春栽培季节时,光照减弱,可适当 ,以提高其光合作用强度。
答案 (1)类囊体薄膜 色素被破坏 各种色素在层析液中的溶解度不同 (2)光照强度和供水量 氧气 (3)红光和蓝紫 ATP、NADPH 减少供水量
7.(2023广东六校一联,17)Ⅰ.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。请回答下列问题:
(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 (回答2点)。
(2)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)的方法以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 ,选择这两种作物的依据是 。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点 /μmol·m-2·s-1 1200 1180 560 623
Ⅱ.某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。在CO2充足的条件下测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图。分析并回答下列问题:
(3)4~6h,检测发现番茄体内有机物含量的变化是 ,容器内O2含量增加的原因是 。
(4)进行实验时,番茄叶片出现黄斑,工作人员猜测是由缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄,设计一简单实验加以证明。实验思路是 。
答案 (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,促进根系的细胞呼吸 (2)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 (3)增加 4~6h,番茄的光合速率大于呼吸速率,光合作用产生的氧气量大于呼吸作用消耗的氧气量,有氧气释放(或植株从容器中吸收二氧化碳并释放出氧气) (4)在黄斑番茄的培养液中添加适当比例的镁元素,培养一段时间后,观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)或将黄斑番茄分别放在含镁元素和缺镁元素的完全培养液中培养,适宜条件下培养一段时间后,观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)
限时拔高练2
一、选择题
1.（新教材）(2024届肇庆质检,3)ATP、NADH和NADPH是三种参与细胞代谢的重要物质。下列有关说法正确的是( )
A.光照下,叶肉细胞中的ATP均来自光能的直接转化
B.NADH和NADPH均能参与C3的还原过程
C.氧气充足时,线粒体外膜氧化NADH生成ATP
D.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是细胞的共性
答案 D
2.(2024届广东四校一联,14)如图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.ab段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.bc段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.据图可以推断限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
答案 C
3.(2024届广州大学附中月考,13)如图表示某植物叶肉细胞中的各种生理过程的示意图。结合图中信息,判断下列说法不正确的是( )
A.用18O标记H2O,可在O2和(CH2O)检测到放射性
B.检测到叶肉细胞CO2释放量和O2吸收量均为0时,植株有机物积累量也为0
C.该细胞中的ATP可在生物膜上产生,也可在无膜结构上产生
D.在植物体中,各种生理活动有条不紊地进行是受基因控制的
答案 B
4.(2024届潮州松昌中学期中,8)百草枯是一种快速灭生性的除草剂,原理是内吸后作用于光合作用的光反应。百草枯偷走水分解后所产生的电子,并将电子送给水分解产生的氧气,生成超氧离子,超氧离子对细胞极具杀伤力。下列叙述中不合理的是( )
A.百草枯发挥上述作用过程的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜
B.百草枯发挥作用的过程中,光合作用的暗反应阶段也会受到影响
C.阴雨天等环境湿度高的条件下,百草枯更容易发挥作用
D.根据百草枯的作用原理推测,百草枯应在作物“出苗”前使用
答案 C
5.(2024届肇庆香山中学月考,14)叶绿体是一种动态的细胞器,随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也会发生相应改变,称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合。用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥进行实验,观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,并将吸收的能量全部储存在ATP中
B.弱光条件下叶绿体汇集到细胞顶面,有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,则推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D.实验表明,CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
答案 A
二、非选择题
6.(2024届广东四校二联,18)番茄是生物学中常用的实验材料。阅读材料,回答问题。
材料一:某班学生进行新鲜番茄植株叶片色素的提取和分离实验,研磨时未加入CaCO3,实验结果如图甲所示。图乙是番茄植株进行光合作用的示意图,其中PSⅡ和PSⅠ是吸收、传递、转化光能的光系统。请回答下列问题:
(1)分析图甲所示实验结果可知,含量最多的色素为 ,光通过三棱镜后,照射到材料一中的色素提取液,发现其与正确操作下获得的色素提取液的吸收光谱的差异最大在于 光。
(2)PSⅡ中的色素吸收光能后,将H2O分解为H+和 。图乙中ATP和NADPH为过程 (填序号)供能,其中H+在 积累,从而推动ATP的合成。
材料二:某研究者测得番茄植株在CK条件(适宜温度和适宜光照)和HH条件(亚高温高光)下,培养5天后的相关指标数据如表。
组别 温度 /℃ 光照 强度/ (μmol· m-2· s-1) 净光合 速率/ (μmol· m-2· s-1) 气孔 导度/ (mmol· m-2· s-1) 胞间 CO2 浓度/ ppm Rubisco 活性/ (U· mL-1)
CK 25 500 12.1 114.2 308 189
HH 35 1000 1.8 31.2 448 61
注:两组实验,除温度和光照有差异外,其余条件相同且适宜。
(3)由表中数据可以推知,HH条件下番茄净光合速率下降的原因是 。此条件下的短时间内光反应产物NADPH和ATP在叶绿体中的含量 (选填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)D1蛋白是PSⅡ复合物的组成部分,对维持PSⅡ的结构和功能起重要作用,且过剩的光能可使D1蛋白失活。已知药物SM可抑制D1蛋白的合成,植物可通过合成新的D1蛋白缓解亚高温高光对光合作用的抑制。某研究人员利用番茄植株验证其缓解亚高温高光对光合作用抑制的机制,写出实验思路并预测结果: 。
答案 (1)叶黄素 红 (2)O2 ③ 类囊体腔 (3)Rubisco活性下降影响了CO2的固定过程,进而引起净光合速率下降 增加 (4)实验思路:把生理状态相同的番茄植株等量分成甲、乙、丙三组,甲组处在CK条件(适宜温度和适宜光照)下,乙组处在HH条件(亚高温高光)下,丙组处在HH条件下并加入适量的药物SM,其他条件相同且适宜,每天定期测定各组植株的D1蛋白含量。预测结果:D1蛋白含量从高到低依次为甲组>乙组>丙组
考法综合练
1.（新情境）(2023广州调研,10)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)途径,高效地将CO2转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是( )
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体能持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可缓解碳排放的影响
答案 C
2.(2024届汕头金山中学月考,6)不同光质对某高等绿色植物光合作用的影响如图1所示。用不同次序组合的单色光处理该植物叶片,检测气孔开放程度结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.与红光照射相比,蓝光照射下的光合速率大,导致胞间CO2浓度较低
B.蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞的细胞液浓度升高
C.绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有促进作用,该作用可被蓝光逆转
D.该实验表明,不同光质及次序组合的单色光均会影响植物的光合作用速率
答案 C
3.(2024届普宁二中月考一,14)植物叶片的光合作用强度可通过通气法来测定,如图1所示(装置中通入气体的CO2浓度是可以调节的)。将适量叶片置于同化箱中,在一定的光照强度和温度条件下,让空气沿箭头方向缓慢流动,并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。请判断下列说法正确的是( )
A.欲使A、B两处气体CO2浓度相同,只能通过控制光照强度来实现
B.如果B处气体CO2浓度低于A处,说明叶片光合作用强度小于呼吸作用强度
C.将该同化箱放在黑暗中测得通入与通出气体的CO2浓度差值(设压强恒定),可得出植物呼吸吸收氧气或产生二氧化碳的量
D.若该叶片在适宜条件下进行如图2所示的处理,则叶片光合作用制造有机物的量可表示为a+c-b
答案 C
4.(2024届大浦虎山中学开学考,15)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中,当白天气孔关闭时,液泡中的苹果酸经脱羧作用,释放出CO2用于光合作用,下列叙述错误的( )
A.该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分,有利于适应干旱环境
B.景天科植物白天进行光合作用,暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C.与常见的C3途径植物相比,夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D.白天,突然降低外界CO2浓度,景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
答案 B
5.（新情境）(2023茂名二模,17)研究发现,水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下,存在吸收O2、释放CO2的现象,该过程与光合作用同时发生,称为光呼吸,具体过程如图。请分析回答:
(1)据图推测,水稻叶片中消耗O2的具体场所有 。若突然停止光照,短时间内C5的含量将 (填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)若用放射性同位素14C标记C5,则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为:C5→ ,参与该过程的细胞结构有 。
(3)当环境中CO2与O2含量比值 (填“偏高”或“偏低”),叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量,原因是 。
(4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO基因、OXO基因和CAT基因导入水稻叶绿体基因组中,构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路),显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制: 。
答案 (1)线粒体内膜和叶绿体基质 减少 (2)乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO2 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 (3)偏低 O2竞争性地与Rubisco结合,导致其催化CO2固定的过程减弱,光合作用合成的有机物减少 (4)GOC型水稻光呼吸产生的部分乙醇酸能在叶绿体内被催化为草酸,草酸最终完全分解为CO2,提高了叶绿体中的CO2浓度,从而抑制了光呼吸,提高了植物的光合效率,使水稻增产
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