【一轮复习基础知识随堂练】第三单元 细胞的能量供应和利用-影响光合作用的因素及应用 （含解析）

第三单元　细胞的能量供应和利用
影响光合作用的因素及应用
一、选择题
1．大多数植物气孔的开闭都遵循昼开夜闭的近似昼夜节律。但在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合称为“气孔振荡”。气孔的昼开夜闭与叶片胞间CO2浓度的变化密切相关。下列关于“气孔振荡”的叙述，错误的是(　　)
A．叶片细胞光合作用强度大于呼吸作用强度导致气孔张开
B．干旱条件下气孔关闭与夜间气孔关闭的原因相同
C．“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应
D．胞间CO2浓度下降，气孔不一定会张开
2．(2024·山东滨州模拟)为研究高温对不同植物光合速率的影响，研究者将甲、乙、丙三种植物从25 ℃环境移入40 ℃环境中培养，测得相关数据如图所示。下列结论正确的是(　　)
A．与40 ℃相比，25 ℃环境更有利于三种植物的光合作用
B．据图推测，甲植物的胞间CO2浓度与处理前相等
C．处理后，丙植物光合作用时吸收CO2的速率最小
D．与乙植物相比，丙植物光合速率降低的原因主要是光反应受到了限制
3．(2024·广东东莞模拟)原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用。过程如图所示。据图分析，下列说法错误的是(　　)
A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和还原氢，晚上进行暗反应合成有机物
B．图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干旱环境
C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物
D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化
4．薇甘菊是外来入侵物种，研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12：00时的光照强度表示为100%，8：00时的光照强度为40%，17：00时的光照强度为20%，18：00时的光照强度为0，结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．17：00～18：00淀粉含量下降是因为呼吸作用大于光合作用
B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，说明此时光合速率较低
C．8：00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体
D．薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片厚度会变厚，有利于捕获更多光能适应弱光环境
5．(2022·海南卷)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
6．为了探究不同光照强度对番茄幼苗光合色素含量的影响，设计实验如表所示，实验结果如图所示。下列说法错误的是(　　)
激光和LED补光栽培实验光源设计
处理组 光量子通量密度PPFD/(μmol·m-2·s-1)
激光 LED 白光
R B R B 色温
对照组 — — — — 88
T1组 — — 12 6 70
T2组 12 6 — — 70
T3组 18 — — — 70
注：表中“—”表示未补同一列的单色光；光量子通量密度和色温代表光照强度，数值越大代表光照强度越强。
A．白光补激光处理组幼苗的所有色素含量显著高于对照组
B．白光补LED光处理组的叶绿素b的含量与对照组无显著差异
C．激光可能影响叶绿素b的合成
D．据结果可知，激光可能会促进类胡萝卜素的合成
7．大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度(CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数)表示。下列说法错误的是(　　)
A．植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B．增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C．缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D．叶肉导度越大，光合速率越大
8．(2024·广东佛山模拟)用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(真核藻类)，将其置于4种不同温度下(t1A．氧气在细胞的线粒体基质处被消耗，在叶绿体的类囊体薄膜处产生
B．温度为t3时，光照时间至少长于9.6小时绿藻才能正常生长
C．t4的呼吸速率较t3的高，但二者的光合速率相同
D．随着温度逐渐升高，绿藻的光反应速率不变，暗反应速率增强
9．非光化学猝灭(NPQ)是光合色素通过分子振动将吸收的过剩光能以热能形式散失的机制，该机制可避免强光损伤光合结构，但强光下发生的NPQ在光减弱时仍会持续一段时间。自然环境中光照强度通常在短时间中剧烈波动，为探究光波动对植物光合作用的影响，研究人员以黄瓜幼苗为材料，设置光照强度相同但强光—弱光波动频率不同的T1、T2、T3组(光波动频率T1A．与T1组相比，T2组黄瓜幼苗光合作用固定的光能少
B．光波动频率越高，黄瓜幼苗在弱光期NPQ的总持续时间越长
C．T3组黄瓜幼苗色素含量的变化，不利于其适应光剧烈波动环境
D．培育出光照减弱时NPQ降低的黄瓜品种，能提高其光合产量
10．为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作用，研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度，然后将长势一致的棉花植株随机均分为A、B、C、D四组，通过不同遮光处理一周后，测得结果如下表所示。下列分析错误的是(　　)
处理 光照强度/(μmol·m-2) 叶绿素含量(SPAD) 净光合作用/(mg·g-1)
无遮光处理(A组) 1 292.7 40.9 25.4
红色透光膜(B组) 410.3 40.0 10.7
蓝色透光膜(C组) 409.9 39.6 13.2
黄色透光膜(D组) 930.7 42.1 21.2
A．导致四组棉花叶片净光合作用不同的环境因素主要是光照强度和光的波长
B．将处理后的D组棉花分别置于不同遮光环境中，黄色透光膜下的棉花叶光合速率最高
C．将处理后的四组棉花同时置于红色透光膜下，叶绿体中生成NADPH最多的是D组
D．雾霾天气下，选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长
二、非选择题
11．科研人员以野生型拟南芥为材料进行了相关实验，探究气孔开度的影响因素。首先对若干组野生型拟南芥进行干旱处理，发现其ABA含量均有所升高，进一步测定其叶肉细胞渗透压和气孔阻力，绘制出三者之间的变化关系，如图1所示，ABA调节机制与保卫细胞内K＋浓度有关，其作用机制如图2所示。
(1)拟南芥叶肉细胞中的光合色素分布在____________，作用是____________________。可用体积分数为95%的乙醇中加入__________来代替无水乙醇提取色素。
(2)据图分析可知，恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度，理由是____________________________________________。
(3)由图2可知，K＋出细胞的运输方式是______________，ABA与受体结合后，通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用，即____________________________，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态。
(4)为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，研究者以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的__________；若_______________________________________________________________，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
12．(2024·山东潍坊模拟)为研究干旱胁迫对植物光合作用的影响，研究人员以决明子为实验材料，进行盆栽控水试验。正常灌水(CK)为田间最大持水量的75%～85%、轻度干旱和重度干旱分别为田间最大持水量的55%～65%、35%～45%，每个处理重复3次。在处理15 d后，每株选取受光相同、叶龄和叶位相对一致的3个成熟型功能叶片作为被测对象，测量结果如下图。
(1)上述实验中，自变量是____________________，实验操作中每个处理重复3次，目的是________________________________。在色素的提取和分离实验中，为充分提取叶绿体色素并防止其被破坏，通常采用的措施是____________________________。
(2)从实验结果分析，干旱处理会使决明子的净光合作用______，理由是____________________________________________________________。
(3)研究表明，植物在逆境胁迫下光合速率降低主要取决于气孔和非气孔因素。从胞间CO2浓度检测结果可看出，重度干旱胁迫下决明子的胞间CO2浓度高于轻度干旱胁迫，推测出现这种现象的原因是_________________________________________________________。
答案解析
1、B　解析：叶片细胞光合作用强度大于呼吸作用强度时需要从外界吸收CO2，导致气孔张开，A正确。干旱条件下为了保持水分，减少水分的散失，叶片气孔周期性关闭；夜间没有光照，不进行光合作用，不需要通过气孔吸收CO2，气孔关闭，B错误。通过“气孔振荡”可以在一定程度上缓解水分的流失，也可保证CO2的供应，是植物对干旱条件的一种适应性反应，C正确。由题意可知，干旱条件下会发生气孔振荡，即使胞间CO2浓度下降，气孔不一定会张开，D正确。
2、D　解析：甲植物40 ℃环境下的光合速率上升，A错误；与处理前相比，甲植物光合速率上升，CO2消耗较快，但气孔导度几乎不变，甲植物的胞间CO2浓度与处理前相比下降，B错误；题图所测指标是处理后占处理前的比例，不能比较三者之间吸收CO2的速率大小，C错误；由于与乙植物相比，丙植物40 ℃环境下光能捕获效率明显减少较多，而气孔导度减少较少，说明其光合速率降低的原因主要是光反应受到了限制，D正确。
3、A　解析：白天在光照条件下，景天酸代谢的植物通过光反应可生成NADPH和ATP，用于暗反应，A错误；图示景天酸代谢途径，白天气孔关闭减少水分的流失，因此可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干旱环境，B正确；由于景天酸代谢途径植物晚上气孔张开，不断吸收二氧化碳用于合成苹果酸，减少了空气中的二氧化碳，因此，与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物，C正确；多肉植物在晚上吸收二氧化碳生成苹果酸进入液泡中(pH降低)，白天苹果酸分解产生二氧化碳用于暗反应(pH升高)，因此这些植物的液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化，D正确。
4、A　解析：17：00以后，光合作用速率下降直至黑暗下无光合作用，此时细胞呼吸消耗有机物量大于光合作用合成量，淀粉含量下降，薇甘菊白天储存的淀粉在夜间被分解，生成ATP，用于生长发育，A正确；题图中8：00～12：00淀粉量增加较多，说明光合速率加快，B错误；光照条件下，薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸，产生ATP的场所有叶绿体(类囊体)、细胞质基质、线粒体(基质和内膜)，C错误；薇甘菊长期在弱光下生长时，为捕获更多光能，叶面积和冠面积会增大，叶片厚度会变薄，有利于适应弱光环境，D错误。
5、B　解析：本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸释放的氧气时，叶圆片上浮，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，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，其光合速率最低，C错误；若在4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。
6、A　解析：白光补激光处理组(T2、T3组)幼苗的叶绿素a和类胡萝卜素的含量显著高于对照组，叶绿素b的含量低于对照组，A错误；分析题图可知，白光补LED光处理组(T1组)幼苗的叶绿素b和类胡萝卜素的含量与对照组无显著差异，B正确；分析题图可知，白光补激光组(T2、T3组)幼苗的叶绿素b的含量少于对照组，可能是因为激光影响了叶绿素b的合成，C正确；分析题图可知，T2组和T3组处理的类胡萝卜素含量高于对照组和T1组，说明激光可能会促进类胡萝卜素的合成，D正确。
7、A　解析：植物细胞壁具有全透性，其厚度不影响CO2从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，叶肉导度变大，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D正确。
8、B　解析：绿藻是真核生物，有氧呼吸的主要场所是线粒体，O2消耗的场所为线粒体内膜，光合作用中O2产生的场所为叶绿体中的类囊体薄膜，A错误；温度为t3时，假设光照时间至少为n小时绿藻才能正常生长，则应满足12n－8(24－n)>0，可求得n＝9.6，B正确；光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，黑暗中O2的消耗值＝呼吸速率，光下O2增加值＝净光合速率，据题图可知，t4的呼吸速率较t3的高，但两者净光合速率相同，故二者的光合速率不相同，C错误；真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图中光照条件下O2增加值可代表净光合速率，黑暗条件下O2消耗值可表示呼吸速率，据题图可知，温度逐渐升高的过程，光合速率逐渐增加，即绿藻的光反应速率和暗反应速率均增强，D错误。
9、C　解析：T1组和T2组的光合色素基本相同，但T1组的生物量远高于T2组，由此推断，与T1组相比，T2组黄瓜幼苗光合作用固定的光能少，A正确；由题意“强光下发生的NPQ在光减弱时仍会持续一段时间”可知，随着光波动频率的增大，NPQ指标也在增加，黄瓜幼苗在弱光期NPQ的总持续时间越长，B正确；NPQ能够避免强光损伤光合结构，分析题图可知，T3组NPQ指标最高，能更好地适应光剧烈波动的环境，C错误；NPQ指标越大，其生物量越小，故培育出光照减弱时NPQ降低的黄瓜品种，能提高其光合产量，D正确。
10、B　解析：不同的透光膜透过的光的波长不同，光照强度不同，进而导致了净光合作用不同，故导致四组棉花叶片净光合作用不同的环境因素主要是光照强度和光的波长，A正确；由于不同环境中的呼吸速率未知，故无法判断哪种透光膜下棉花叶的光合速率最高，B错误；不同的处理条件下，D组叶绿素含量最高，故推测将处理后的四组棉花同时置于红色透光膜下，D组吸收的光能最多，光合作用最强，叶绿体中生成的NADPH最多，C正确；根据B、C、D三组实验结果可知，黄色透光膜下，棉花叶的净光合作用更强，故推测雾霾天气下，选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长，D正确。
11、解析：(1)植物叶肉细胞中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，作用是吸收、传递和转化光能。在叶绿体色素的提取和分离实验中，可用体积分数为95%的乙醇中加入无水碳酸钠来代替无水乙醇提取色素。(2)据题图分析可知，恢复浇水后ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，而CO2是光合作用的原料之一，则光合作用增强，故恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度。(3)细胞内的K＋浓度高于细胞外，故K＋出细胞为顺浓度梯度运输，且需要K＋外出通道的协助，故运输方式是协助扩散。由题图2可知，当ABA与受体结合后，促进保卫细胞内Ca2+增加，促进K＋外流，使气孔关闭，同时抑制K＋内流，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态(抑制气孔开放)，即通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用。(4)由于当ABA与受体结合后，使气孔维持关闭状态，故为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因(ABA受体增多)的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的气孔阻力，本实验自变量为ABA受体的多少，因变量的指标应为叶片的气孔阻力。若实验组(超表达ABA受体基因的拟南芥植株)叶片的气孔阻力大于对照组(野生型拟南芥植株)，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
答案：(1)类囊体薄膜　吸收、传递、转化光能　无水碳酸钠　(2)ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，光合作用增强　(3)协助扩散　促进保卫细胞内Ca2+增加，促进K＋外流，同时抑制K＋内流　(4)气孔阻力　实验组叶片的气孔阻力大于对照组
12、解析：(1)由题干可知，本实验目的是研究干旱胁迫对植物光合作用的影响，实验中设置了正常灌水、轻度干旱和重度干旱三个组别，因此干旱胁迫程度是本实验的自变量。为了遵循实验设计的平行重复原则，减小实验误差和偶然性因素对实验结果的影响，增加实验结果的可靠性，每个组别都要进行3次重复处理。在色素的提取和分离实验中，添加二氧化硅可使研磨更加充分，添加少量的碳酸钙，可以减少有机酸对叶绿素的分解，防止研磨中色素被破坏。(2)分析题图可知，与正常灌水(CK)组对比，两个干旱胁迫组的胞间CO2浓度下降幅度较小、气孔导度下降幅度较大，可推测出叶片中叶肉细胞从胞间吸收的CO2较少(导致胞间CO2浓度下降幅度较小)，即植物的净光合速率下降。(3)由题干可知，重度干旱胁迫下的气孔导度小于轻度干旱胁迫下的气孔导度，但是其胞间CO2浓度却高于轻度干旱胁迫下的CO2浓度，说明在重度干旱胁迫下植物并不缺乏CO2的供应，因此气孔导度不是导致光合速率降低的关键因素。可能是由于重度干旱导致叶片中叶绿体结构被破坏，光合速率降低，暗反应中CO2的固定减慢，CO2的消耗减少，积累增多。
答案：(1)干旱胁迫程度　减小实验误差，增加实验结果的可靠性　添加二氧化硅和少量的碳酸钙　(2)下降　叶片的气孔导度下降幅度大，但胞间CO2浓度下降幅度较小，说明叶片净吸收的CO2减少，植物的净光合速率下降　(3)重度干旱导致叶片中叶绿素结构被破坏，光合速率降低、暗反应中CO2的固定减慢，CO2的消耗减少，积累增多