2025人教版高中生物必修1同步练习题--第2课时　光合作用的原理和应用（含解析）

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2025人教版高中生物必修1
第2课时　光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一　探索光合作用原理的部分实验
1.(2024山东烟台统考期末)1937年,英国植物学家希尔发现,在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照条件下会发生水的光解、产生O2的化学反应。下列说法错误的是(　　)
A.该实验说明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O
B.该实验说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
D.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化
2.如果用18O标记H2O,14C标记CO2,下列有关光合作用的叙述,正确的是　(　　)
A.18O2会首先出现在叶绿体基质中
B.14C转移的途径是14CO2→14C5→糖类
C.产生18O2的同时也会产生NADPH
D.14C一定会在光反应产物——ATP中发现
题组二　光合作用的原理
3.(2024安徽阜阳期末)如图表示光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(　　)
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ在叶绿体基质中进行
D.阶段Ⅱ在黑暗条件下发生
4.(2023陕西西安铁一中期中)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图,下列叙述不正确的是(　　)
A.叶绿素a吸收的光能可在类囊体膜上转化为ATP和NADPH中的化学能
B.CO2不可直接被NADPH还原成糖类
C.被还原的C3在有关酶的作用下,可再形成C5
D.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
5.(2024湖南郴州十校联盟月考)下图表示在一定光强度下黑藻细胞内部分代谢过程,其中A、B、C、D、E、F分别表示光合作用不同阶段中的物质。据图分析,下列说法正确的是(　　)
A.该膜结构属于生物膜系统,且甲侧为叶绿体基质
B.B是H+,C是还原型辅酶Ⅰ
C.产生的O2离开该细胞,至少需要穿过4层磷脂分子
D.黑藻没有叶绿体,依靠叶绿素和藻蓝素完成光合作用
6.(2024北京丰台统考期末)色素缺失会严重影响叶绿体的功能造成玉米减产。科研人员诱变得到叶色突变体玉米,并检测突变体与野生型玉米叶片中的色素含量,结果如图1。请回答问题。
(1)据图1可知,与野生型相比,叶色突变体色素含量均降低,其中
　　　　的含量变化最大,它主要吸收　　　　　　光。
(2)结合图2分析,叶色突变体色素含量降低会影响光反应,使光反应产物[①]　　　　和NADPH减少,导致叶绿体　　　　中进行的暗反应减弱,合成的[②]　　　　减少,使玉米产量降低。
(3)从结构与功能的角度分析,若在显微镜下观察叶色突变体的叶肉细胞,其叶绿体可能出现　　　　　　　　　等的变化,从而导致色素含量降低,光合作用强度下降。
题组三　光合作用原理的应用
7.(易错题)(2024河南南阳一中月考)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,作物采用无土栽培。生菜是植物工厂常年培养的速生蔬菜。下列有关植物工厂中对生菜培养的说法正确的是(　　)
A.培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要目的是为光合作用提供CO2
B.同等强度下使用白光比红光更有利于生菜光合作用制造有机物
C.培养过程中需要定期更换营养液,主要目的是保证无机盐的供应
D.合理的控制温度可以提高生菜的光补偿点,有利于增产
8.(2024山东威海月考)农业生产中,农民会采取一些措施来提高农作物的产量。下列增产措施原理描述错误的是(　　)
A.“正其行,通其风”指的是合理种植,提高O2和CO2流通,加强呼吸作用
B.“玉米带大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作,可以增加光能利用率
C.“小暑不种薯,立伏不种豆”是因为不同的植物体内酶的最适温度条件不同
D.“有收无收在于水,收多收少在于肥”说明了植物的生长和发育过程离不开水和无机盐
9.(2024河北沧州阶段测试)图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片,再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底,然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度NaHCO3溶液的培养装置中,给予一定的光照,测量每个培养装置中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙),以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析不正确的是(　　)
　
A.在ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐增强
B.在bc段,单独增加光照或温度,都可能缩短叶圆片上浮至液面的时间
C.在c点以后,因NaHCO3溶液浓度过高,叶肉细胞失水而使代谢水平下降
D.因为配制的NaHCO3溶液中不含O2,所以整个实验过程中叶片只能进行无氧呼吸
能力提升练
题组一　光合作用的环境影响因素及相关曲线分析
1.(2024广东深圳期末)黄瓜是最普遍的大棚栽培蔬菜之一。图1为不同温度和光照强度下大棚黄瓜叶片的光合速率示意图,图2为25 ℃时黄瓜叶肉细胞中甲、乙两种细胞器在某一状态下部分物质及能量代谢途径示意图。据图判断,下列相关说法不正确的是(　　)
　
A.图1中的B点处,影响黄瓜叶片光合速率的因素有光照强度和温度
B.15 ℃时黄瓜叶片释放O2的速率刚好达到最大值时对应图1中的C点
C.图2中甲释放O2的速率和乙释放CO2的速率相等时应对应图1中的D点
D.据图1分析,在温度为25 ℃、光照强度为q时黄瓜的产量较高
2.(多选题)如图表示不同CO2浓度下,某植物CO2吸收速率随光照强度变化的曲线,下列叙述错误的是(　　)
A.与c点比,b点时叶肉细胞的光合速率更大
B.“a→b”条件改变后,短时间内叶肉细胞中C5含量升高
C.“b→c”条件改变后,短时间内叶肉细胞中C3/C5的值增大
D.光照强度为a时,该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率,植物不能正常生长
3.(2024江苏淮安期末,)图甲、乙分别为阳生植物鸡血藤在不同条件下相关指标的变化曲线(速率单位:mmol· cm-2·h-1)。下列说法正确的是(　　)
　
A.温度为30 ℃和40 ℃时,叶绿体消耗CO2的速率相等
B.换成阴生植物,图中的D点一般要右移
C.影响D、E两点光合速率的主要环境因素不同
D.光照强度为1 klx时,只要白天时间比晚上时间长,鸡血藤即可正常生长
4.(2024湖南师大附中期末)将甲、乙两种植株分别置于两个密闭玻璃罩内,在光照、温度等相同且适宜条件下培养、定时测量玻璃罩内CO2含量,结果如图所示,下列有关叙述正确的是(　　)
A.AB段,甲植株光合作用制造的有机物大于细胞呼吸消耗的有机物
B.B点,甲植株所在玻璃罩内的O2含量达到最小值
C.降低光照强度,则甲植株光合速率降低,B点左移
D.甲、乙植株置于同一密闭玻璃罩内培养,一段时间后,乙植株将先死亡
5.(不定项)(2024山东泰安统考期末,)图1为某植物在适宜的光照、CO2浓度环境中,在不同温度条件下的净光合速率和呼吸速率曲线;图2是在适宜恒温密闭玻璃温室中测定的,连续24 h室内CO2浓度和植物CO2吸收速率。据图分析,下列说法错误的是　(　　)
　
A.图1中,20 ℃与37 ℃单位时间内积累的有机物量相等,说明20 ℃和37 ℃下光反应产生的NADPH相等
B.据图1可知,温度为55~60 ℃时,与光合作用和呼吸作用有关的酶的活性相同
C.结合图1数据分析,进行图2所示实验时,为了减少无关变量带来的干扰,温度应设置在30 ℃左右
D.图1中40 ℃与图2中6 h、18 h对应曲线点的净光合速率相同
6.(2024湖北武汉月考)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,不同光质及单色光的不同次序组合均会影响植物的光合作用效率
7.(2024山东曹县一中月考)图甲是叶绿体模式图,图乙表示光合作用的部分过程,图丙表示在密闭恒温(温度为25 ℃)小室内测定的a、b两种不同植物光合作用强度和光照强度的关系。请回答下列问题:
(1)绿色叶片长时间浸泡在乙醇中会变成白色,原因是　　　　　　　　　　　　。图甲叶绿体中的色素主要吸收　　　　　　,绿光因为吸收最少而被反射出去。
(2)图乙中A的作用是　　　　　　　　　　　　　,①表示的过程是　　　　　　　。若光照强度突然减弱,短时间内叶绿体中含量随之减少的物质有　　　　　　　　(填序号:④C5、⑤ATP、⑥NADPH、⑦C3)。
(3)图丙中光照强度为Z时,a、b植物制造葡萄糖速率之比为　　　　　。
(4)对a植物而言,假如白天和黑夜的时间各为12 h,平均光照强度大于　　　klx时才能使该植物处于生长状态。若a植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将温度提高到30 ℃(其他条件不变),则图丙中M点的位置理论上会向　　　　(填“左”“左下”“右”或“右上”)方移动。
题组二　光合作用速率的测定及相关计算
8.(2024陕西西安月考)某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合速率=(2y-z-x)/6[g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)
A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射1小时
D.晚上8时后在无光下放置3小时
9.(2024湖南衡阳统考期末)某生物兴趣小组为探究某光照强度下植物光合作用的速率,设计了由透明的玻璃罩构成的小室(如图A所示,其中CO2缓冲液可以吸收或提供CO2,保证小室内CO2浓度稳定)。
(1)为了排除无关变量的干扰,使该实验的数据更加准确,应增加一组进行对照,与图A的区别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。如果要测出该植物总光合速率,还应该增加一组实验,与图A的区别是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)兴趣小组又将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜小室内植物O2释放速率的变化,得到图B所示曲线。
①影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是　　　　　　　。
②小室内O2浓度最高的时间是图B中的　　　　点。
③e点时刻C3的合成速率比f点　　　。
(3)图C表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。不考虑光照对温度的影响,那么植物在d光照强度下单位时间内从周围环境吸收　　　个单位的CO2。
答案与分层梯度式解析
第2课时　光合作用的原理和应用
基础过关练
1.A 2.C 3.A 4.D 5.A 7.C 8.A 9.D
1.A　希尔反应没有证明植物光合作用产生的O2中的O全部来自H2O,A错误;希尔反应是离体叶绿体在有氧化剂的条件下,发生水的光解、产生O2,模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化,可以说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2,B、D正确;希尔反应过程中有O2的产生,但没有糖类的生成,可以说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应,C正确。
2.C　光反应中,O→18O2+H+,H++NADP+→NADPH,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误,C正确;14C转移的途径是14CO2→14C3→(14CH2O),B错误;14CO2参与的是暗反应,不参与ATP的合成,D错误。
3.A　分析题图过程:
光反应阶段(Ⅰ) 暗反应(碳反应)阶段(Ⅱ)
场所 类囊体薄膜,C错误 叶绿体基质
发生 条件 有光 原料充足时,有光和无光均可,D错误
物质 变化 水的光解:H2OH++O2; NADP++H+NADPH(物质a),A正确; ADP+Pi+能量ATP(物质b),B错误 CO2的固定: CO2+C52C3; C3的还原: 2C3C5+(CH2O)
4.D　叶绿素a分布在类囊体膜上,在类囊体膜上(光反应阶段),叶绿素a吸收的光能→ATP和NADPH中的化学能;在叶绿体基质中(暗反应阶段),ATP和NADPH中的化学能→有机物中的化学能,A正确。CO2需被固定形成C3,C3接受NADPH和ATP中的能量,被NADPH还原,在相关酶的作用下形成糖类和C5,B、C正确。CO2的固定是指CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程,没有ATP的消耗,D错误。
5.A　题图中乙侧进行H2OH++O2,则该膜结构为类囊体薄膜,属于生物膜系统,甲侧为叶绿体基质,A正确;B是H+,C是还原型辅酶Ⅱ(NADPH),B错误;O2离开这个植物细胞,至少需要穿过1层类囊体膜、2层叶绿体膜和1层细胞膜,每层膜有两层磷脂分子,所以至少需要穿过8层磷脂分子,C错误;黑藻是真核生物,有叶绿体,D错误。
6.答案　(1)叶绿素a　红光和蓝紫　(2)ATP　基质　(CH2O)　(3)数量、形态、结构
解析　(2)光合色素可捕获光能,用于光反应形成NADPH和ATP,叶色突变体色素含量降低会导致捕获光能减少,进而影响光反应,使光反应产物ATP和NADPH减少;ATP和NADPH减少导致叶绿体基质中进行的暗反应减弱,合成的(CH2O)减少,使玉米产量降低。
7.C　培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要是为根部提供O2,保证根部细胞的有氧呼吸,A错误。植物光合色素主要吸收红光和蓝紫光,白光中红光和蓝紫光只占一部分,同等强度下,使用红光比白光更有利于生菜光合作用制造有机物,B错误。光补偿点(光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度)提高后,与之前相比,相同光照条件下植物有机物积累量减少,不利于增产;合理的控制温度可以降低生菜的光补偿点,提高光饱和点(光合作用强度达到最大时的最小光照强度),有利于增产,D错误。
8.A　分析增产措施的含义和原理:
含义 原理
正其行,通其风 合理种植 提高O2和CO2流通,增加CO2浓度,以加强植物的光合作用,A错误
玉米带大豆,十年九不漏 玉米和大豆间作 充分利用了光照资源,增加了光能利用率,B正确
小暑不种薯,立伏不种豆 强调温度等对植物生长的影响 不同的植物体内酶的最适温度条件不同,C正确
有收无收在于水,收多收少在于肥 绿色植物的生命活动需要水和无机盐 水是植物体的重要组成成分,植物体内水分充足时,植株才能保持直立的姿态,叶片才能舒展,有利于光合作用,提高产量; 植物的生长需要无机盐,无机盐溶解在水中才能被植物吸收利用,D正确
9.D　分析图乙:
ab段 NaHCO3溶液浓度增加→叶圆片上浮至液面所用时间减少→单位时间内释放的O2量增多→光合作用速率逐渐增强,A正确
bc段 在达到光饱和点前增加光照,或增加温度至最适温度,都可能提高光合速率,从而缩短叶圆片上浮至液面的时间,B正确
c点后 NaHCO3溶液浓度过高→叶肉细胞失水而导致代谢水平下降→单位时间内产生O2量减少→叶圆片上浮至液面所用时间增加,C正确
配制的NaHCO3溶液中不含O2,但随着光合作用(释放O2)的进行,实验过程中叶圆片能进行有氧呼吸,D错误。
能力提升练
1.C 2.CD 3.A 4.A 5.AB 6.C 8.B
1.C　题图1中的B点处未达到光饱和点,BC段光合速率随光照强度增大而升高,说明B点时影响黄瓜叶片光合速率的因素有光照强度;光照强度为n时,黄瓜叶片在25 ℃时的光合速率比15 ℃时高,可推知此时影响黄瓜叶片光合速率的因素还有温度,A正确。图1中C点为15 ℃下光饱和点所对应的净光合速率,说明此时净光合速率达到最大,黄瓜叶片释放O2的速率刚好达到最大值,B正确。图2中,甲释放O2的速率=乙释放CO2的速率(光合作用强度=呼吸作用强度),对应图1中的A点,C错误。由图1可知,在温度为25 ℃、光照强度为q时,黄瓜叶片的净光合速率较大,积累的有机物较多,产量较高,D正确。
2.CD　与c点比,b点时叶肉细胞的CO2吸收速率更大,光合速率更大,A正确。
分析 结果
“a→b”条件改变(光照强度增强) 光反应增强→NADPH和ATP增多→C3的还原加快→C5来源增加,但消耗不变 短时间内叶绿体中C5含量升高,B正确
“b→c”条件改变(CO2浓度降低) CO2固定减少→C5消耗减少(生成不变),C3生成减少(消耗不变) 短时间内C5含量增加而C3含量减少,C3/C5的值减小,C错误
光照强度为a(光补偿点)时,该植物光合作用速率=呼吸速率(该植物叶肉细胞的光合作用速率>呼吸速率),植株不能积累有机物,不能正常生长,D错误。
3.A　总光合速率(叶绿体消耗CO2的速率)=呼吸速率+净光合速率,分析图甲,如下所示,可知A正确。
阴生植物的光补偿点(D点)通常比阳生植物小,因此,若换成阴生植物,图中的D点一般要左移,B错误。图乙中影响D、E两点(均位于曲线“上升段”)光合速率的主要环境因素都是光照强度,C错误。光照强度为1 klx时,植物净光合速率为0,白天没有有机物积累(晚上还需要消耗有机物),鸡血藤不能正常生长,D错误。
4.A　
B点甲植株所在玻璃罩内CO2浓度最低,则O2含量达到最大值,B错误;若降低光照强度,则光合速率降低,甲植株达到B点所需时间延长,故B点右移,C错误。
5.AB　分析题图:
图示信息 图示分析
图1 实线:存在有机物的积累和消耗 净光合速率,即单位时间光合作用产生的有机物量-单位时间呼吸作用消耗的有机物量
虚线:只存在有机物的消耗 呼吸速率
图2 0~6 h室内CO2浓度增加 植物总光合速率<呼吸速率
18~24 h CO2吸收速率<0
6~18 h室内CO2浓度减少 植物总光合速率>呼吸速率
6~18 h CO2吸收速率>0
6 h、18 h室内CO2浓度曲线的“拐点” 植物总光合速率=呼吸速率(净光合速率=0)
6 h、18 h CO2吸收速率=0
总光合速率=净光合速率+呼吸速率,图1中20 ℃与37 ℃单位时间内积累的有机物量(净光合速率)相等,但37 ℃时的呼吸速率更大,则总光合速率更大,光反应产生的NADPH更多,A错误;图1中,温度为55~60 ℃时,植物不再进行光合作用,只进行呼吸作用,与光合作用和呼吸作用有关的酶的活性不同,B错误;结合图1数据可知,植物净光合速率最大时的温度为30 ℃,此时植物生长最佳,进行图2所示实验时温度应设置在30 ℃左右,C正确;图1中,总光合速率与呼吸速率相等(净光合速率为0)时的温度条件为40 ℃,结合表格中对图2的分析,可知D正确。
6.C　据图1分析,相对于红光,蓝光照射下气孔导度大但胞间CO2浓度低,其原因是蓝光照射下植物光合速率大,消耗的CO2多,A正确;由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞光合产物增多等,最终导致保卫细胞的细胞液浓度升高,细胞吸水膨胀,气孔开放,B正确;分析图2可知,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有抑制作用,但这种作用又可被蓝光逆转;且一段时间内,蓝光+绿光+蓝光组的气孔开放程度大于蓝光组,C错误;该实验的自变量是光质及单色光的不同次序组合,据实验结果可知,不同光质及单色光的不同次序组合均会影响植物的光合作用效率,D正确。
7.答案　(1)绿叶中的色素会溶解在乙醇中　红光和蓝紫光　(2)还原C3并提供能量　CO2的固定　④⑤⑥　(3)10∶7　(4)Y　左下
解析　(2)光照强度突然减弱→光反应减弱→产生的NADPH和ATP减少→被还原的C3减少,剩余的C3增多,C5的变化与C3相反(C5减少),因此短时间内叶绿体中含量随之减少的物质有④⑤⑥。(3)图丙中光照强度为Z时,a、b植物的CO2吸收速率(净光合速率)分别是8 mg·m-2·h-1、6 mg·m-2·h-1,呼吸速率分别为2 mg·m-2·h-1、1 mg·m-2·h-1,故CO2的固定速率(总光合速率)分别是10 mg·m-2·h-1、7 mg·m-2·h-1,所以a、b植物制造葡萄糖的速率之比为10∶7。(4)对a植物而言,假如白天和黑夜的时间各为12 h,当每小时CO2的吸收量(白天12 h的净光合速率)-每小时CO2的产生量(夜晚12 h的呼吸速率)>0时,才能使a植物处于生长状态,由图丙可知,平均光照强度应大于Y klx。a植物光合作用的最适温度为25 ℃,呼吸作用的最适温度是30 ℃,若将温度由25 ℃(题干设置温度)提高到30 ℃,a植物的呼吸速率上升,光合速率下降,图丙中M点的位置理论上会向左下方移动。
8.B　测定总光合作用速率需要测定光下净光合速率和黑暗中的呼吸速率,据此分析实验如下。
9.答案　(1)将新鲜植物换成死亡植物,其余条件不变　将此装置遮光(黑暗),每隔一定时间记录刻度数据　(2)①温度和光照强度　②g　③慢(低)　(3)2
解析　(1)总光合作用速率=净光合速率+呼吸速率,所以要测定该植物总光合速率,应该增加一组实验测出呼吸速率,测定呼吸速率应对装置进行遮光。(2)①图A是密闭装置,内有CO2缓冲液(实验过程中小室内CO2浓度始终不变),则影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是光照强度和温度。②图B中g点光合作用速率=呼吸作用速率,超过该点植物将消耗小室内的O2,故g点时小室内O2浓度最高。③e点气温过高,气孔关闭,吸收的CO2减少,CO2固定减弱,即C3的合成速率变慢。(3)当没有O2产生时,CO2的释放量表示呼吸速率,如a条件下的状态,即呼吸速率为6。在d条件下,O2的产生总量(总光合速率)是8,且净光合速率=总光合速率-呼吸速率=8-6=2,则植物单位时间内从周围环境吸收2个单位的CO2。
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