2025版新教材高考生物学第二轮复习专题练--专题6 光合作用（含答案）
文档属性
| 名称 | 2025版新教材高考生物学第二轮复习专题练--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 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-02-11 00:15:08 | ||
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文档简介
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2025版新教材高考生物学第二轮复习
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用的原理及应用
考向1 捕获光能的色素
1.(2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
2.(2024广东,3,2分)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
3.(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
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 1 235 519 419 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
考向2 光合作用的原理
5.(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
6.(2020天津,5,4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
考向3 光合作用的影响因素及应用
7.(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
8.(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
9.(2021湖南,7,2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
10.(2024湖北,21,14分)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 (填“ht1”或“rhc1”)。
11.(2024山东,21,9分)从开花至籽粒成熟,小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比,某突变体叶片变黄的速度慢,籽粒淀粉含量低。研究发现,该突变体内细胞分裂素合成异常,进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性,而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示,开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示,其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂,KT为细胞分裂素类植物生长调节剂,气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度 (μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)光反应在类囊体上进行,生成可供暗反应利用的物质有 。结合细胞分裂素的作用,据图分析,与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析,与野生型相比,开花14天后突变体的光饱和点 (填“高”或“低”),理由是 。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析,突变体籽粒淀粉含量低的原因是 。
12.(2023重庆,19,11分)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。
光反应 暗反应
光能转 化效率 类囊体薄膜电子传 递速率 RuBP羧化酶 含量 vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
[注]RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是 ,外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型 (填“高”“低”或“相等”)。
13.(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。
注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 。
14.(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。
15.(2022河北,19,10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
(1)从叶片中分离叶绿体可采用 法。
(2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低,其原因是 (写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少 。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于 中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于 中的基因编码。
16.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 。在细胞中,这些光合色素分布在 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
样品 叶绿素a(mg·g-1) 叶绿素b(mg·g-1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为 。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 稳定。离心后的 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 浒苔乙酶Y的活性。
17.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。
图1 图2 图3
【注】曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。
回答下列问题:
(1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会 (填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明 。
(3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的 ,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明 。
(4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为 ,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
新考向 光系统、光合电子传递和光合磷酸化
18.(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
19.(2022重庆,23,14分)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是 ;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持 (填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是 。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是 。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是 。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有 。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有 (答两点)。
20.(2021湖南,18,12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
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。
相 对 值 叶绿体类型
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 项 目 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 。
新考向 光抑制、光呼吸和CO2的浓缩机制
21.(2024黑、吉、辽,21,12分)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自 和 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 。
22.(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 。
23.(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390 μmol·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
24.(2021全国乙,29,11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)
考点2 光合作用与细胞呼吸的综合
25.(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
26.(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是( )
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
27.(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
28.(2023河北,19,10分)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题:
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和 中的化学能,这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 (填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度 。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体 ,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
29.(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2 000 μmol·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0~50 μmol·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 。
30.(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:
图2
(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500 μmol·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1 500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·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(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
三年模拟
综合基础练
1.(2024江苏南通二模,8)南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同,当使用层析液分离时,吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢,反之则快。相关叙述错误的是( )
A.层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出
B.叶黄素的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢
C.色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素
D.本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同
2.(2024河北石家庄一模,2)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP需借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻,成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是( )
A.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B.细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应
C.H基因表达量的变化,表明叶肉细胞正在发生细胞分化
D.成熟叶绿体行使其功能所需ATP可在类囊体膜上合成
3.(2024重庆一模,6)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行闪光实验,结果如图。下列分析错误的是( )
A.光合作用时ATP从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质移动
B.供给ATP和NADPH,叶绿体可在黑暗中将CO2转变为糖
C.该实验直接测量出来的O2释放速率是净光合作用速率
D.阴影部分的面积可表示第一次光照时间段内NADPH和ATP的积累量
4.(2024湖北七市一模,14)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物,Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用,其过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.磷是生物膜的重要组分,中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成磷酸丙糖过程中,NADPH不供能,只作为还原剂
C.摘除植物全部果实,一段时间后叶肉细胞的光合速率会减慢
D.若抑制磷酸转运体的功能,卡尔文循环会马上停止
5.(2024九省联考黑龙江、吉林卷,21)为探究某植物生长所需的适宜光照,在不同光照条件下,测得该植物叶片的呼吸速率、净光合速率和叶绿素含量如图所示。回答下列问题:
注:自然光下用遮阳网遮光,透过的光占自然光的百分数为透光率(%)
(1)图1表明,植物叶片在透光率25%~75%内,呼吸速率随透光率降低而下降,可能的原因是 ;在线粒体中, 经过一系列化学反应与氧结合形成水,催化这一反应过程的酶分布在 。
(2)据图可知,在25%透光率下叶片固定二氧化碳的速率是 7.5 μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果,初步判断最适合该植株生长的透光率是 ,依据是 。
(4)图3中50%、75%透光率下植物叶片中叶绿素含量不同,设计实验验证这种差异(简要写出实验思路和预期结果)。
实验思路:取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干,分为甲、乙两组,分别提取两组叶片中的叶绿素,并比较两组中叶绿素的含量。预期结果:75%透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量。
6.(2024九省联考甘肃卷,17)我国西北地区干旱少雨,生长于此的植物形成了适应干旱环境的对策,为探究植物适应干旱的机理,某科研小组分别对植物甲、乙进行干旱处理,对照组正常浇水,测定两种植物叶片的光合生理指标,结果如表所示。回答下列问题。
净光合速率 (μmol CO2·m-2·s-1) 气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg· g-1)
处理 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙
正常浇水 19.34 9.36 0.45 0.42 5.56 3.25
干旱5天 10.26 7.38 0.42 0.29 2.36 3.08
干旱 10天 3.23 6.25 0.38 0.11 1.22 2.91
注:气孔导度是度量植物气孔开度的指标,气孔导度越大,气孔开度越大
(1)植物光合作用中光反应阶段的终产物有氧气、 、 。
(2)根据表中数据判断,随干旱天数的增加,植物乙净光合速率的下降主要与 有关,植物甲净光合速率下降的主要原因是 。
(3)若给对照组植物提供O和CO2,合成的(CH2O)中 能 (填“能”或“不能”)检测到18O,原因是 。
(4)干旱环境下,一些植物叶片叶面积减小、气孔下陷,其适应环境的意义是 。
综合拔高练1
1.(2024重庆三模,5)质体是一类与碳水化合物合成、贮藏密切相关的半自主性细胞器,根据所含色素的不同,可分成三种类型:叶绿体、有色体和白色体。有色体富含类胡萝卜素,白色体不含色素。质体由细胞中的前质体发育而来。前质体在光照下发育成叶绿体,在无光下发育成白色体,而见光后白色体能够转变为叶绿体。有色体一般认为不是由前质体直接转变来的,而是由白色体或叶绿体转变而来的。有色体也能转化为叶绿体,如胡萝卜根的有色体见光后可转变为叶绿体。下列相关叙述错误的是( )
A.白色体、有色体在有光情况下可以转化为叶绿体
B.无光情况下,叶绿素不能合成,原有叶绿素也会分解
C.叶绿体、有色体都是能进行光合作用的双层膜细胞器
D.植物的花瓣可能富含有色体,马铃薯根部细胞可能富含白色体
2.(2024四川德阳二模,3)实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器中,在T1时刻前后,分别给予X1和X2的不同光照强度,容器内CO2浓度的变化情况如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.该植物在实验期间无有机物积累
B.T1时刻后短期内叶绿体中C3减少
C.C~D段不再下降是受到光照强度的限制
D.A~B段叶肉细胞的光合速率一定小于呼吸速率
3.(2024山东烟台一模,3)科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是( )
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
4.(多选)(2024江西九江二模,13)某植物为适应热带干旱地区的环境,形成了独特的CO2利用模式,即白天气孔开放程度小,夜晚开放程度大,如图所示。下列说法不正确的是( )
A.据图推测过程①②③发生在不同细胞中
B.该植物白天CO2吸收速率大于O2释放速率
C.该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物
D.该模式有利于植物白天减弱蒸腾作用而保水
5.(2024 T8一联,19)线粒体和叶绿体可进行能量转换,都可利用H+的跨膜浓度差来合成ATP,图1、图2分别为这两种细胞器中的部分结构及发生的部分生理过程,①②③⑤表示H+的跨膜运输,回答下列问题:
(1)图1中消耗的NADH来自 (场所),图2过程将光能转化成电能,最终转化为 中活跃的化学能。
(2)图中过程②和⑤的运输方式属于 。参与过程⑤的蛋白质由CF0、CF1构成,可推断CF0含疏水部分,推断理由是 。
(3)从破碎叶肉细胞中提取完整类囊体并制备成悬液,对其进行光照处理后悬液的pH明显升高,结合图2分析,造成pH升高的过程有 (答2点)。
(4)蓝细菌细胞质中的NADH可将丙酮酸还原为D-乳酸,NADH也可参与有氧呼吸产生ATP,蓝细菌光合作用中存在途径1(发生水的光解产生ATP)和途径2(产生ATP不发生水光解)。某研究人员构建了一种途径2被增强的蓝细菌工程菌K,发现其能积累更多的D-乳酸,分析原因是 。
6.(2024重庆二模,19)光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,运输原则为就近运输、向生长中心(芽、果实等)运输等,如马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏,部分过程如图所示[注:磷酸丙糖转运蛋白(TPT)能将暗反应中产生的磷酸丙糖运出叶绿体,同时将等分子数的磷酸(Pi)反向运至叶绿体基质]。
(1)磷酸丙糖的产生过程需要光反应提供 ,若TPT的活性被抑制,光合速率会降低,其原因是 。当Pi缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中输出减少,在农业生产上可以采取 措施增加马铃薯产量。
(2)农民在生产过程中,去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶,这样操作可以提高马铃薯的产量,你认为原因是 。
(3)科研人员发明了一种转光膜(该膜可将部分紫外光和绿光转变成蓝紫光、红光)。与普通大棚膜相比,这种转光膜 (填“能”或“不能”)提高大棚马铃薯的产量,理由是 。
综合拔高练2
1.(2024安徽江南十校一模,4)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列相关分析正确的是( )
A.第4分钟前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
B.第4分钟后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
C.第6分钟时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是光照强度
D.第7分钟时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量会短时增加
2.(2024湖北十一校二模,5)光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子,高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原;另一方面建立跨膜的H+浓度梯度,启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.原初反应实现了光能直接到化学能的能量转化过程
B.类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关
C.图中H+通过主动运输进入叶绿体基质
D.光反应产生的NADH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原
3.(2024湖北八市一联,14)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据,并在图中以点的形式呈现(光—暗处理过程中温度等条件保持适宜且稳定)。下列相关分析正确的是( )
A.200 s以后叶肉细胞内ATP和NADPH的合成均停止
B.光下拟南芥叶片的总光合速率约为0.2~0.6 μmol CO2·m-2·s-1
C.300 s后CO2释放量逐渐增加,并达到一个相对稳定的水平
D.据图可知光下拟南芥叶片可能存在另一个释放CO2的过程
4.(多选)(2024江苏宿迁一模,15)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时,利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-,经传递到达D结合H+后生成E
C.物质F浓度降低至原浓度一半时,短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
5.(2024湖北十一校二模,19)植物的一些生理指标之间存在相互影响,其影响关系的确定需根据实际情况进行分析。回答下列问题:
(1)植物细胞释放到胞外的ATP(eATP)可通过受体介导的方式,调节植物生理活动。为探究eATP对光合速率的影响,科研小组用去离子水配制了适宜浓度的eATP溶液,并用其处理菜豆叶片。一段时间后,测定叶片净光合速率和胞间CO2浓度等变化,结果如图1所示。
①该实验对照组的处理方式为 。
②活性氧(ROS)能促进植物叶肉细胞气孔的开放,NADPH氧化酶是ROS产生的关键酶。科研人员用eATP处理NADPH氧化酶基因缺失突变体,发现净光合速率与对照组基本一致。试推测eATP调节植物光合速率的机制: 。
(2)一般认为,胞间CO2浓度越高,光合作用原料越丰富,净光合速率越高。为了验证该规律是否成立,研究人员以菜豆叶片为实验材料进行如下实验:在同样自然光照的情况下,用人工光源给实验组额外补充光照,检测净光合速率和胞间CO2浓度,结果如图2所示。
①测定净光合速率是以单位 CO2的吸收量为指标,测定的数据 (填“需要”或“不需要”)加上遮光处理的数据。
②该结果 (填“支持”或“不支持”)上述规律,理由是 。
图2
6.(2024辽宁鞍山二模,21)植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时,引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在PSⅡ,PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物,能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ,使光合速率下降。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略,利用能接收电子的人工电子梭(铁氰化钾)有效解除微藻的光抑制现象,实验结果如图所示。
(1)PSⅡ将水分解释放的电子用于 ,形成NADPH。
(2)据图分析,光照强度由I1增加到I2的过程中,对照组微藻的光能转化效率 (填“下降”“不变”或“上升”),理由是 。
(3)根据实验结果可知,当光照强度过大时,加入铁氰化钾能够有效解除光抑制,原因是 。
(4)若将对照组中经I1和I3光照强度处理的微藻分别加入铁氰化钾后置于I3光照强度下, (填“I1”或“I3”)光照强度处理的微藻光合放氧速率较高,原因是 。
7.(2024辽宁沈阳二模,21)为提高温室草莓产量,科学家以“红颜”品种草莓为实验材料,对影响其生长发育的相关因素进行了研究,测得结果如图所示。据图回答下列问题:
(1)由图1和图2可知,与11:00相比,在12:00草莓叶片净光合速率明显降低由 (填“气孔”或“非气孔”)限制因素所导致,判断的依据是 ;在16:00~18:00胞间CO2浓度明显升高,其主要原因是 ,对胞间CO2的消耗减少。
(2)图3、图4均是在最适温度下测得的草莓净光合速率变化曲线;图4所示实验的CO2浓度为400 μmol/mol。据图分析可知,图3所示实验所使用的光照强度应在图4 μmol·m-2·s-1范围内。在适宜光照强度下,提高CO2浓度,可提高植物的光合速率,请结合光反应和暗反应过程分析其原因: ; 。
(3)实验过程中,科研人员发现以黑色地膜覆盖草莓根部,也能有效提高草莓产量,原因是黑色地膜除具无色地膜能保温、保水、保肥功能外,还可以 。
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用的原理及应用
考向1 捕获光能的色素
1.(2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(D)
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
2.(2024广东,3,2分)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是(C)
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
3.(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(D)
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
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(D)
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 1 235 519 419 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
考向2 光合作用的原理
5.(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(D)
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
6.(2020天津,5,4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)
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
考向3 光合作用的影响因素及应用
7.(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(B)
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
8.(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(B)
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
9.(2021湖南,7,2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)
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
10.(2024湖北,21,14分)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 失水 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 减小 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 促进 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 脱落酸含量上升会导致气孔关闭,蒸腾作用散失水分减少,有利于适应干旱环境 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 rhc1 (填“ht1”或“rhc1”)。
11.(2024山东,21,9分)从开花至籽粒成熟,小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比,某突变体叶片变黄的速度慢,籽粒淀粉含量低。研究发现,该突变体内细胞分裂素合成异常,进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性,而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示,开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示,其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂,KT为细胞分裂素类植物生长调节剂,气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度 (μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)光反应在类囊体上进行,生成可供暗反应利用的物质有 NADPH、ATP 。结合细胞分裂素的作用,据图分析,与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 突变体类囊体膜蛋白的稳定性较高,叶绿素降解慢 。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析,与野生型相比,开花14天后突变体的光饱和点 高 (填“高”或“低”),理由是 气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明光合作用消耗CO2的速度更快 。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析,突变体籽粒淀粉含量低的原因是 蔗糖转化酶的活性高,蔗糖分解成单糖的量更多,光合产物主要以蔗糖形式运往籽粒,所以运往籽粒的光合产物减少 。
12.(2023重庆,19,11分)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。
光反应 暗反应
光能转 化效率 类囊体薄膜电子传 递速率 RuBP羧化酶 含量 vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
[注]RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 NADPH 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP) 。
②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是 突变体叶绿素含量太低 ,外因是 光照强度太低 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 蔗糖 ,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型 高 (填“高”“低”或“相等”)。
13.(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。
注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 红光、蓝紫 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 ATP、NADPH和O2 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 先增加后减少 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 ADE 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 过量施氮肥增加生产成本,反而可能减产;过量施氮肥会导致土壤污染、水体污染等环境问题 。
14.(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、 呼吸作用、光合作用 (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 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)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 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)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 能 (填“能”或“不能”)维持一定的开度。
15.(2022河北,19,10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
(1)从叶片中分离叶绿体可采用 差速离心 法。
(2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低,其原因是 叶绿体内部结构解体;光合色素减少 (写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少 水分的散失 。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于 细胞核 中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于 叶绿体 中的基因编码。
16.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 类胡萝卜素 。在细胞中,这些光合色素分布在 类囊体薄膜 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
样品 叶绿素a(mg·g-1) 叶绿素b(mg·g-1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为 下层光照弱,浒苔通过增加叶绿素含量,以提高对光能的利用率 。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 高温变性 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 维持酸碱度(pH) 稳定。离心后的 上清液 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 1 800 μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 抑制 浒苔乙酶Y的活性。
17.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。
图1 图2 图3
【注】曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。
回答下列问题:
(1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会 增大 (填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明 高浓度臭氧处理甲植物的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小 。
(3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的 实验组的净光合速率均明显小于对照组 ,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 。
(4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为 A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同 ,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
新考向 光系统、光合电子传递和光合磷酸化
18.(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(C)
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
19.(2022重庆,23,14分)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是 保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂 ;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持 低温 (填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是 实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养的,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差 。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是 类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高 。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是 水 。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有 NADPH、ATP和CO2 。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 (答两点)。
20.(2021湖南,18,12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
注:e-表示电子
(1)图b表示图a中的 类囊体膜 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 NADPH 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 减慢 (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。
相 对 值 叶绿体类型
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 项 目 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 Fecy (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 叶绿体B双层膜局部受损,类囊体略有损伤时,以Fecy为电子受体时的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时,而以DCIP为电子受体时的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时,差别不大 。
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 电子传递 ,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 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类囊体膜的受损程度依次增大,因此ATP的产生效率逐渐降低 。
新考向 光抑制、光呼吸和CO2的浓缩机制
21.(2024黑、吉、辽,21,12分)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 CO2的固定 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 细胞质基质 和 线粒体基质 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自 呼吸作用 和 光呼吸 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 株系1和2光呼吸速率低 。据图3中的数据 不能 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 光呼吸和呼吸作用的速率未知 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 在同等光照强度和CO2浓度下,株系1光呼吸速率最低,净光合速率最高 。
22.(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 有无光照、有无H基因或H蛋白 。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 温度、CO2浓度、水 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, 不能 (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 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 。
(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 少 (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 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 。
23.(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390 μmol·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 C3(三碳化合物) ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 叶绿体基质 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 叶绿体 (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 呼吸作用和光合作用(光反应) 。
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 高于 (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 NADPH和ATP 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 吸能反应 (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 同位素标记 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 ACD (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
24.(2021全国乙,29,11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 细胞质基质、线粒体、叶绿体 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 细胞呼吸 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 水分大量散失 ,又能保证 光合作用 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)
实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH;预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
考点2 光合作用与细胞呼吸的综合
25.(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3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是(D)
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
26.(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是(C)
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
27.(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(D)
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
28.(2023河北,19,10分)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题:
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 线粒体(或“线粒体内膜”) 合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和 NADPH(或“还原型辅酶Ⅱ”) 中的化学能,这些化学能经 暗反应(或“卡尔文循环”) 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 降低 。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 叶绿体 (填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度 升高 。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调 H基因表达(或“H蛋白数量”) 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体 过多消耗光合产物(或“有氧呼吸增强”) ,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
29.(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 类胡萝卜素/叶绿素的值较高 ,叶片主要吸收可见光中的 红光和蓝紫 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·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 等于 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 呼吸速率较高 。
(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 在强光下光能利用率更高 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μmol·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 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 。
30.(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:
图2
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 叶绿素a和叶绿素b ,主要吸收 红光和蓝紫 光,可用 无水乙醇 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 HH1 。
(3)在光照强度为500 μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 大于 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 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 。在光照强度为1 500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·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 叶绿素 含量高,光反应生成更多的 NADPH和ATP ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 LH12 品种。
三年模拟
综合基础练
1.(2024江苏南通二模,8)南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同,当使用层析液分离时,吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢,反之则快。相关叙述错误的是(D)
A.层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出
B.叶黄素的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢
C.色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素
D.本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同
2.(2024河北石家庄一模,2)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP需借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻,成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是(B)
A.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B.细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应
C.H基因表达量的变化,表明叶肉细胞正在发生细胞分化
D.成熟叶绿体行使其功能所需ATP可在类囊体膜上合成
3.(2024重庆一模,6)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行闪光实验,结果如图。下列分析错误的是(C)
A.光合作用时ATP从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质移动
B.供给ATP和NADPH,叶绿体可在黑暗中将CO2转变为糖
C.该实验直接测量出来的O2释放速率是净光合作用速率
D.阴影部分的面积可表示第一次光照时间段内NADPH和ATP的积累量
4.(2024湖北七市一模,14)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物,Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用,其过程如图所示。下列叙述正确的是(C)
A.磷是生物膜的重要组分,中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成磷酸丙糖过程中,NADPH不供能,只作为还原剂
C.摘除植物全部果实,一段时间后叶肉细胞的光合速率会减慢
D.若抑制磷酸转运体的功能,卡尔文循环会马上停止
5.(2024九省联考黑龙江、吉林卷,21)为探究某植物生长所需的适宜光照,在不同光照条件下,测得该植物叶片的呼吸速率、净光合速率和叶绿素含量如图所示。回答下列问题:
注:自然光下用遮阳网遮光,透过的光占自然光的百分数为透光率(%)
(1)图1表明,植物叶片在透光率25%~75%内,呼吸速率随透光率降低而下降,可能的原因是 通过降低叶片呼吸速率以减少自身消耗以确保自身有机物正常积累量,从而保证自身正常生长 ;在线粒体中, [H] 经过一系列化学反应与氧结合形成水,催化这一反应过程的酶分布在 线粒体内膜 。
(2)据图可知,在25%透光率下叶片固定二氧化碳的速率是 7.5 μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果,初步判断最适合该植株生长的透光率是 75% ,依据是 此透光率下净光合速率最高,有机物的积累量最多 。
(4)图3中50%、75%透光率下植物叶片中叶绿素含量不同,设计实验验证这种差异(简要写出实验思路和预期结果)。
实验思路:取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干,分为甲、乙两组,分别提取两组叶片中的叶绿素,并比较两组中叶绿素的含量。预期结果:75%透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量。
6.(2024九省联考甘肃卷,17)我国西北地区干旱少雨,生长于此的植物形成了适应干旱环境的对策,为探究植物适应干旱的机理,某科研小组分别对植物甲、乙进行干旱处理,对照组正常浇水,测定两种植物叶片的光合生理指标,结果如表所示。回答下列问题。
净光合速率 (μmol CO2·m-2·s-1) 气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg· g-1)
处理 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙
正常浇水 19.34 9.36 0.45 0.42 5.56 3.25
干旱5天 10.26 7.38 0.42 0.29 2.36 3.08
干旱 10天 3.23 6.25 0.38 0.11 1.22 2.91
注:气孔导度是度量植物气孔开度的指标,气孔导度越大,气孔开度越大
(1)植物光合作用中光反应阶段的终产物有氧气、 ATP 、 NADPH 。
(2)根据表中数据判断,随干旱天数的增加,植物乙净光合速率的下降主要与 气孔导度下降 有关,植物甲净光合速率下降的主要原因是 叶绿素含量下降 。
(3)若给对照组植物提供O和CO2,合成的(CH2O)中 能 (填“能”或“不能”)检测到18O,原因是 O能参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2,C18O2可参与光合作用暗反应形成(CH218O) 。
(4)干旱环境下,一些植物叶片叶面积减小、气孔下陷,其适应环境的意义是 减少水分散失 。
综合拔高练1
1.(2024重庆三模,5)质体是一类与碳水化合物合成、贮藏密切相关的半自主性细胞器,根据所含色素的不同,可分成三种类型:叶绿体、有色体和白色体。有色体富含类胡萝卜素,白色体不含色素。质体由细胞中的前质体发育而来。前质体在光照下发育成叶绿体,在无光下发育成白色体,而见光后白色体能够转变为叶绿体。有色体一般认为不是由前质体直接转变来的,而是由白色体或叶绿体转变而来的。有色体也能转化为叶绿体,如胡萝卜根的有色体见光后可转变为叶绿体。下列相关叙述错误的是(C)
A.白色体、有色体在有光情况下可以转化为叶绿体
B.无光情况下,叶绿素不能合成,原有叶绿素也会分解
C.叶绿体、有色体都是能进行光合作用的双层膜细胞器
D.植物的花瓣可能富含有色体,马铃薯根部细胞可能富含白色体
2.(2024四川德阳二模,3)实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器中,在T1时刻前后,分别给予X1和X2的不同光照强度,容器内CO2浓度的变化情况如图所示。下列有关叙述正确的是(B)
A.该植物在实验期间无有机物积累
B.T1时刻后短期内叶绿体中C3减少
C.C~D段不再下降是受到光照强度的限制
D.A~B段叶肉细胞的光合速率一定小于呼吸速率
3.(2024山东烟台一模,3)科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是(B)
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
4.(多选)(2024江西九江二模,13)某植物为适应热带干旱地区的环境,形成了独特的CO2利用模式,即白天气孔开放程度小,夜晚开放程度大,如图所示。下列说法不正确的是(AB)
A.据图推测过程①②③发生在不同细胞中
B.该植物白天CO2吸收速率大于O2释放速率
C.该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物
D.该模式有利于植物白天减弱蒸腾作用而保水
5.(2024 T8一联,19)线粒体和叶绿体可进行能量转换,都可利用H+的跨膜浓度差来合成ATP,图1、图2分别为这两种细胞器中的部分结构及发生的部分生理过程,①②③⑤表示H+的跨膜运输,回答下列问题:
(1)图1中消耗的NADH来自 细胞质基质和线粒体基质 (场所),图2过程将光能转化成电能,最终转化为 ATP和NADPH 中活跃的化学能。
(2)图中过程②和⑤的运输方式属于 协助扩散(易化扩散) 。参与过程⑤的蛋白质由CF0、CF1构成,可推断CF0含疏水部分,推断理由是 CF0大都位于类囊体膜的磷脂双分子层中,磷脂分子疏水的尾部均朝向内部 。
(3)从破碎叶肉细胞中提取完整类囊体并制备成悬液,对其进行光照处理后悬液的pH明显升高,结合图2分析,造成pH升高的过程有 NADP+与H+结合形成NADPH;H+跨膜运输进入类囊体腔 (答2点)。
(4)蓝细菌细胞质中的NADH可将丙酮酸还原为D-乳酸,NADH也可参与有氧呼吸产生ATP,蓝细菌光合作用中存在途径1(发生水的光解产生ATP)和途径2(产生ATP不发生水光解)。某研究人员构建了一种途径2被增强的蓝细菌工程菌K,发现其能积累更多的D-乳酸,分析原因是 工程菌K通过途径2合成ATP,使参与有氧呼吸的NADH减少,从而使更多的NADH被用于将丙酮酸还原形成D-乳酸 。
6.(2024重庆二模,19)光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,运输原则为就近运输、向生长中心(芽、果实等)运输等,如马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏,部分过程如图所示[注:磷酸丙糖转运蛋白(TPT)能将暗反应中产生的磷酸丙糖运出叶绿体,同时将等分子数的磷酸(Pi)反向运至叶绿体基质]。
(1)磷酸丙糖的产生过程需要光反应提供 ATP和NADPH ,若TPT的活性被抑制,光合速率会降低,其原因是 TPT的活性被抑制时,磷酸丙糖不能运出叶绿体,进而转化为淀粉,淀粉含量增加会抑制暗反应的进行,进而使光合速率降低 。当Pi缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中输出减少,在农业生产上可以采取 施加磷肥 措施增加马铃薯产量。
(2)农民在生产过程中,去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶,这样操作可以提高马铃薯的产量,你认为原因是 去掉生长中心(芽),让光合作用产物更多运输到马铃薯块茎;去掉上部枝叶使下侧叶片获得更多的光照,提高光合速率,运输到马铃薯块茎的有机物增多 。
(3)科研人员发明了一种转光膜(该膜可将部分紫外光和绿光转变成蓝紫光、红光)。与普通大棚膜相比,这种转光膜 能 (填“能”或“不能”)提高大棚马铃薯的产量,理由是 该转光膜能将叶绿体色素几乎不吸收的紫外光和绿光转化为可吸收的蓝紫光和红光,有利于光合作用的进行 。
综合拔高练2
1.(2024安徽江南十校一模,4)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列相关分析正确的是(D)
A.第4分钟前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
B.第4分钟后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
C.第6分钟时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是光照强度
D.第7分钟时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量会短时增加
2.(2024湖北十一校二模,5)光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子,高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原;另一方面建立跨膜的H+浓度梯度,启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是(B)
A.原初反应实现了光能直接到化学能的能量转化过程
B.类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关
C.图中H+通过主动运输进入叶绿体基质
D.光反应产生的NADH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原
3.(2024湖北八市一联,14)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据,并在图中以点的形式呈现(光—暗处理过程中温度等条件保持适宜且稳定)。下列相关分析正确的是(D)
A.200 s以后叶肉细胞内ATP和NADPH的合成均停止
B.光下拟南芥叶片的总光合速率约为0.2~0.6 μmol CO2·m-2·s-1
C.300 s后CO2释放量逐渐增加,并达到一个相对稳定的水平
D.据图可知光下拟南芥叶片可能存在另一个释放CO2的过程
4.(多选)(2024江苏宿迁一模,15)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体
2025版新教材高考生物学第二轮复习
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用的原理及应用
考向1 捕获光能的色素
1.(2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
2.(2024广东,3,2分)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
3.(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
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 1 235 519 419 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
考向2 光合作用的原理
5.(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
6.(2020天津,5,4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
考向3 光合作用的影响因素及应用
7.(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
8.(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
9.(2021湖南,7,2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
10.(2024湖北,21,14分)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 (填“ht1”或“rhc1”)。
11.(2024山东,21,9分)从开花至籽粒成熟,小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比,某突变体叶片变黄的速度慢,籽粒淀粉含量低。研究发现,该突变体内细胞分裂素合成异常,进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性,而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示,开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示,其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂,KT为细胞分裂素类植物生长调节剂,气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度 (μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)光反应在类囊体上进行,生成可供暗反应利用的物质有 。结合细胞分裂素的作用,据图分析,与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析,与野生型相比,开花14天后突变体的光饱和点 (填“高”或“低”),理由是 。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析,突变体籽粒淀粉含量低的原因是 。
12.(2023重庆,19,11分)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。
光反应 暗反应
光能转 化效率 类囊体薄膜电子传 递速率 RuBP羧化酶 含量 vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
[注]RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是 ,外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型 (填“高”“低”或“相等”)。
13.(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。
注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 。
14.(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。
15.(2022河北,19,10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
(1)从叶片中分离叶绿体可采用 法。
(2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低,其原因是 (写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少 。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于 中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于 中的基因编码。
16.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 。在细胞中,这些光合色素分布在 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
样品 叶绿素a(mg·g-1) 叶绿素b(mg·g-1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为 。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 稳定。离心后的 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 浒苔乙酶Y的活性。
17.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。
图1 图2 图3
【注】曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。
回答下列问题:
(1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会 (填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明 。
(3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的 ,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明 。
(4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为 ,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
新考向 光系统、光合电子传递和光合磷酸化
18.(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
19.(2022重庆,23,14分)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是 ;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持 (填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是 。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是 。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是 。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有 。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有 (答两点)。
20.(2021湖南,18,12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
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。
相 对 值 叶绿体类型
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 项 目 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 。
新考向 光抑制、光呼吸和CO2的浓缩机制
21.(2024黑、吉、辽,21,12分)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自 和 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 。
22.(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 。
23.(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390 μmol·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
24.(2021全国乙,29,11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)
考点2 光合作用与细胞呼吸的综合
25.(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
26.(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是( )
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
27.(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
28.(2023河北,19,10分)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题:
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和 中的化学能,这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 (填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度 。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体 ,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
29.(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2 000 μmol·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0~50 μmol·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 。
30.(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:
图2
(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500 μmol·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1 500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·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(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
三年模拟
综合基础练
1.(2024江苏南通二模,8)南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同,当使用层析液分离时,吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢,反之则快。相关叙述错误的是( )
A.层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出
B.叶黄素的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢
C.色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素
D.本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同
2.(2024河北石家庄一模,2)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP需借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻,成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是( )
A.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B.细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应
C.H基因表达量的变化,表明叶肉细胞正在发生细胞分化
D.成熟叶绿体行使其功能所需ATP可在类囊体膜上合成
3.(2024重庆一模,6)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行闪光实验,结果如图。下列分析错误的是( )
A.光合作用时ATP从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质移动
B.供给ATP和NADPH,叶绿体可在黑暗中将CO2转变为糖
C.该实验直接测量出来的O2释放速率是净光合作用速率
D.阴影部分的面积可表示第一次光照时间段内NADPH和ATP的积累量
4.(2024湖北七市一模,14)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物,Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用,其过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.磷是生物膜的重要组分,中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成磷酸丙糖过程中,NADPH不供能,只作为还原剂
C.摘除植物全部果实,一段时间后叶肉细胞的光合速率会减慢
D.若抑制磷酸转运体的功能,卡尔文循环会马上停止
5.(2024九省联考黑龙江、吉林卷,21)为探究某植物生长所需的适宜光照,在不同光照条件下,测得该植物叶片的呼吸速率、净光合速率和叶绿素含量如图所示。回答下列问题:
注:自然光下用遮阳网遮光,透过的光占自然光的百分数为透光率(%)
(1)图1表明,植物叶片在透光率25%~75%内,呼吸速率随透光率降低而下降,可能的原因是 ;在线粒体中, 经过一系列化学反应与氧结合形成水,催化这一反应过程的酶分布在 。
(2)据图可知,在25%透光率下叶片固定二氧化碳的速率是 7.5 μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果,初步判断最适合该植株生长的透光率是 ,依据是 。
(4)图3中50%、75%透光率下植物叶片中叶绿素含量不同,设计实验验证这种差异(简要写出实验思路和预期结果)。
实验思路:取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干,分为甲、乙两组,分别提取两组叶片中的叶绿素,并比较两组中叶绿素的含量。预期结果:75%透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量。
6.(2024九省联考甘肃卷,17)我国西北地区干旱少雨,生长于此的植物形成了适应干旱环境的对策,为探究植物适应干旱的机理,某科研小组分别对植物甲、乙进行干旱处理,对照组正常浇水,测定两种植物叶片的光合生理指标,结果如表所示。回答下列问题。
净光合速率 (μmol CO2·m-2·s-1) 气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg· g-1)
处理 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙
正常浇水 19.34 9.36 0.45 0.42 5.56 3.25
干旱5天 10.26 7.38 0.42 0.29 2.36 3.08
干旱 10天 3.23 6.25 0.38 0.11 1.22 2.91
注:气孔导度是度量植物气孔开度的指标,气孔导度越大,气孔开度越大
(1)植物光合作用中光反应阶段的终产物有氧气、 、 。
(2)根据表中数据判断,随干旱天数的增加,植物乙净光合速率的下降主要与 有关,植物甲净光合速率下降的主要原因是 。
(3)若给对照组植物提供O和CO2,合成的(CH2O)中 能 (填“能”或“不能”)检测到18O,原因是 。
(4)干旱环境下,一些植物叶片叶面积减小、气孔下陷,其适应环境的意义是 。
综合拔高练1
1.(2024重庆三模,5)质体是一类与碳水化合物合成、贮藏密切相关的半自主性细胞器,根据所含色素的不同,可分成三种类型:叶绿体、有色体和白色体。有色体富含类胡萝卜素,白色体不含色素。质体由细胞中的前质体发育而来。前质体在光照下发育成叶绿体,在无光下发育成白色体,而见光后白色体能够转变为叶绿体。有色体一般认为不是由前质体直接转变来的,而是由白色体或叶绿体转变而来的。有色体也能转化为叶绿体,如胡萝卜根的有色体见光后可转变为叶绿体。下列相关叙述错误的是( )
A.白色体、有色体在有光情况下可以转化为叶绿体
B.无光情况下,叶绿素不能合成,原有叶绿素也会分解
C.叶绿体、有色体都是能进行光合作用的双层膜细胞器
D.植物的花瓣可能富含有色体,马铃薯根部细胞可能富含白色体
2.(2024四川德阳二模,3)实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器中,在T1时刻前后,分别给予X1和X2的不同光照强度,容器内CO2浓度的变化情况如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.该植物在实验期间无有机物积累
B.T1时刻后短期内叶绿体中C3减少
C.C~D段不再下降是受到光照强度的限制
D.A~B段叶肉细胞的光合速率一定小于呼吸速率
3.(2024山东烟台一模,3)科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是( )
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
4.(多选)(2024江西九江二模,13)某植物为适应热带干旱地区的环境,形成了独特的CO2利用模式,即白天气孔开放程度小,夜晚开放程度大,如图所示。下列说法不正确的是( )
A.据图推测过程①②③发生在不同细胞中
B.该植物白天CO2吸收速率大于O2释放速率
C.该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物
D.该模式有利于植物白天减弱蒸腾作用而保水
5.(2024 T8一联,19)线粒体和叶绿体可进行能量转换,都可利用H+的跨膜浓度差来合成ATP,图1、图2分别为这两种细胞器中的部分结构及发生的部分生理过程,①②③⑤表示H+的跨膜运输,回答下列问题:
(1)图1中消耗的NADH来自 (场所),图2过程将光能转化成电能,最终转化为 中活跃的化学能。
(2)图中过程②和⑤的运输方式属于 。参与过程⑤的蛋白质由CF0、CF1构成,可推断CF0含疏水部分,推断理由是 。
(3)从破碎叶肉细胞中提取完整类囊体并制备成悬液,对其进行光照处理后悬液的pH明显升高,结合图2分析,造成pH升高的过程有 (答2点)。
(4)蓝细菌细胞质中的NADH可将丙酮酸还原为D-乳酸,NADH也可参与有氧呼吸产生ATP,蓝细菌光合作用中存在途径1(发生水的光解产生ATP)和途径2(产生ATP不发生水光解)。某研究人员构建了一种途径2被增强的蓝细菌工程菌K,发现其能积累更多的D-乳酸,分析原因是 。
6.(2024重庆二模,19)光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,运输原则为就近运输、向生长中心(芽、果实等)运输等,如马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏,部分过程如图所示[注:磷酸丙糖转运蛋白(TPT)能将暗反应中产生的磷酸丙糖运出叶绿体,同时将等分子数的磷酸(Pi)反向运至叶绿体基质]。
(1)磷酸丙糖的产生过程需要光反应提供 ,若TPT的活性被抑制,光合速率会降低,其原因是 。当Pi缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中输出减少,在农业生产上可以采取 措施增加马铃薯产量。
(2)农民在生产过程中,去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶,这样操作可以提高马铃薯的产量,你认为原因是 。
(3)科研人员发明了一种转光膜(该膜可将部分紫外光和绿光转变成蓝紫光、红光)。与普通大棚膜相比,这种转光膜 (填“能”或“不能”)提高大棚马铃薯的产量,理由是 。
综合拔高练2
1.(2024安徽江南十校一模,4)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列相关分析正确的是( )
A.第4分钟前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
B.第4分钟后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
C.第6分钟时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是光照强度
D.第7分钟时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量会短时增加
2.(2024湖北十一校二模,5)光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子,高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原;另一方面建立跨膜的H+浓度梯度,启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.原初反应实现了光能直接到化学能的能量转化过程
B.类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关
C.图中H+通过主动运输进入叶绿体基质
D.光反应产生的NADH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原
3.(2024湖北八市一联,14)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据,并在图中以点的形式呈现(光—暗处理过程中温度等条件保持适宜且稳定)。下列相关分析正确的是( )
A.200 s以后叶肉细胞内ATP和NADPH的合成均停止
B.光下拟南芥叶片的总光合速率约为0.2~0.6 μmol CO2·m-2·s-1
C.300 s后CO2释放量逐渐增加,并达到一个相对稳定的水平
D.据图可知光下拟南芥叶片可能存在另一个释放CO2的过程
4.(多选)(2024江苏宿迁一模,15)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时,利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-,经传递到达D结合H+后生成E
C.物质F浓度降低至原浓度一半时,短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
5.(2024湖北十一校二模,19)植物的一些生理指标之间存在相互影响,其影响关系的确定需根据实际情况进行分析。回答下列问题:
(1)植物细胞释放到胞外的ATP(eATP)可通过受体介导的方式,调节植物生理活动。为探究eATP对光合速率的影响,科研小组用去离子水配制了适宜浓度的eATP溶液,并用其处理菜豆叶片。一段时间后,测定叶片净光合速率和胞间CO2浓度等变化,结果如图1所示。
①该实验对照组的处理方式为 。
②活性氧(ROS)能促进植物叶肉细胞气孔的开放,NADPH氧化酶是ROS产生的关键酶。科研人员用eATP处理NADPH氧化酶基因缺失突变体,发现净光合速率与对照组基本一致。试推测eATP调节植物光合速率的机制: 。
(2)一般认为,胞间CO2浓度越高,光合作用原料越丰富,净光合速率越高。为了验证该规律是否成立,研究人员以菜豆叶片为实验材料进行如下实验:在同样自然光照的情况下,用人工光源给实验组额外补充光照,检测净光合速率和胞间CO2浓度,结果如图2所示。
①测定净光合速率是以单位 CO2的吸收量为指标,测定的数据 (填“需要”或“不需要”)加上遮光处理的数据。
②该结果 (填“支持”或“不支持”)上述规律,理由是 。
图2
6.(2024辽宁鞍山二模,21)植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时,引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在PSⅡ,PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物,能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ,使光合速率下降。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略,利用能接收电子的人工电子梭(铁氰化钾)有效解除微藻的光抑制现象,实验结果如图所示。
(1)PSⅡ将水分解释放的电子用于 ,形成NADPH。
(2)据图分析,光照强度由I1增加到I2的过程中,对照组微藻的光能转化效率 (填“下降”“不变”或“上升”),理由是 。
(3)根据实验结果可知,当光照强度过大时,加入铁氰化钾能够有效解除光抑制,原因是 。
(4)若将对照组中经I1和I3光照强度处理的微藻分别加入铁氰化钾后置于I3光照强度下, (填“I1”或“I3”)光照强度处理的微藻光合放氧速率较高,原因是 。
7.(2024辽宁沈阳二模,21)为提高温室草莓产量,科学家以“红颜”品种草莓为实验材料,对影响其生长发育的相关因素进行了研究,测得结果如图所示。据图回答下列问题:
(1)由图1和图2可知,与11:00相比,在12:00草莓叶片净光合速率明显降低由 (填“气孔”或“非气孔”)限制因素所导致,判断的依据是 ;在16:00~18:00胞间CO2浓度明显升高,其主要原因是 ,对胞间CO2的消耗减少。
(2)图3、图4均是在最适温度下测得的草莓净光合速率变化曲线;图4所示实验的CO2浓度为400 μmol/mol。据图分析可知,图3所示实验所使用的光照强度应在图4 μmol·m-2·s-1范围内。在适宜光照强度下,提高CO2浓度,可提高植物的光合速率,请结合光反应和暗反应过程分析其原因: ; 。
(3)实验过程中,科研人员发现以黑色地膜覆盖草莓根部,也能有效提高草莓产量,原因是黑色地膜除具无色地膜能保温、保水、保肥功能外,还可以 。
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用的原理及应用
考向1 捕获光能的色素
1.(2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(D)
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
2.(2024广东,3,2分)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是(C)
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
3.(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(D)
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
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(D)
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 1 235 519 419 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
考向2 光合作用的原理
5.(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(D)
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
6.(2020天津,5,4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)
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
考向3 光合作用的影响因素及应用
7.(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(B)
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
8.(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(B)
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
9.(2021湖南,7,2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)
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
10.(2024湖北,21,14分)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。
图1 图2
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 失水 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 减小 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 促进 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 脱落酸含量上升会导致气孔关闭,蒸腾作用散失水分减少,有利于适应干旱环境 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 rhc1 (填“ht1”或“rhc1”)。
11.(2024山东,21,9分)从开花至籽粒成熟,小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比,某突变体叶片变黄的速度慢,籽粒淀粉含量低。研究发现,该突变体内细胞分裂素合成异常,进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性,而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示,开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示,其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂,KT为细胞分裂素类植物生长调节剂,气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度 (μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)光反应在类囊体上进行,生成可供暗反应利用的物质有 NADPH、ATP 。结合细胞分裂素的作用,据图分析,与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 突变体类囊体膜蛋白的稳定性较高,叶绿素降解慢 。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析,与野生型相比,开花14天后突变体的光饱和点 高 (填“高”或“低”),理由是 气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明光合作用消耗CO2的速度更快 。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析,突变体籽粒淀粉含量低的原因是 蔗糖转化酶的活性高,蔗糖分解成单糖的量更多,光合产物主要以蔗糖形式运往籽粒,所以运往籽粒的光合产物减少 。
12.(2023重庆,19,11分)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。
光反应 暗反应
光能转 化效率 类囊体薄膜电子传 递速率 RuBP羧化酶 含量 vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
[注]RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 NADPH 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP) 。
②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是 突变体叶绿素含量太低 ,外因是 光照强度太低 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 蔗糖 ,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型 高 (填“高”“低”或“相等”)。
13.(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。
注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 红光、蓝紫 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 ATP、NADPH和O2 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 先增加后减少 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 ADE 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 过量施氮肥增加生产成本,反而可能减产;过量施氮肥会导致土壤污染、水体污染等环境问题 。
14.(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、 呼吸作用、光合作用 (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 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)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 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)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 能 (填“能”或“不能”)维持一定的开度。
15.(2022河北,19,10分)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
(1)从叶片中分离叶绿体可采用 差速离心 法。
(2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低,其原因是 叶绿体内部结构解体;光合色素减少 (写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少 水分的散失 。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于 细胞核 中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于 叶绿体 中的基因编码。
16.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 类胡萝卜素 。在细胞中,这些光合色素分布在 类囊体薄膜 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
样品 叶绿素a(mg·g-1) 叶绿素b(mg·g-1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为 下层光照弱,浒苔通过增加叶绿素含量,以提高对光能的利用率 。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 高温变性 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 维持酸碱度(pH) 稳定。离心后的 上清液 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 1 800 μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 抑制 浒苔乙酶Y的活性。
17.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。
图1 图2 图3
【注】曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。
回答下列问题:
(1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会 增大 (填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明 高浓度臭氧处理甲植物的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小 。
(3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的 实验组的净光合速率均明显小于对照组 ,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明 长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 。
(4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为 A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同 ,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
新考向 光系统、光合电子传递和光合磷酸化
18.(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(C)
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
19.(2022重庆,23,14分)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是 保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂 ;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持 低温 (填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下,也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是 实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养的,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差 。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图Ⅲ所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是 类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高 。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是 水 。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有 NADPH、ATP和CO2 。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 (答两点)。
20.(2021湖南,18,12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
注:e-表示电子
(1)图b表示图a中的 类囊体膜 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 NADPH 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 减慢 (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。
相 对 值 叶绿体类型
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 项 目 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 Fecy (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 叶绿体B双层膜局部受损,类囊体略有损伤时,以Fecy为电子受体时的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时,而以DCIP为电子受体时的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时,差别不大 。
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 电子传递 ,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 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类囊体膜的受损程度依次增大,因此ATP的产生效率逐渐降低 。
新考向 光抑制、光呼吸和CO2的浓缩机制
21.(2024黑、吉、辽,21,12分)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 CO2的固定 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 细胞质基质 和 线粒体基质 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外,还可来自 呼吸作用 和 光呼吸 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 株系1和2光呼吸速率低 。据图3中的数据 不能 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 光呼吸和呼吸作用的速率未知 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 在同等光照强度和CO2浓度下,株系1光呼吸速率最低,净光合速率最高 。
22.(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 有无光照、有无H基因或H蛋白 。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 温度、CO2浓度、水 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, 不能 (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 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 。
(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 少 (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 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 。
23.(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390 μmol·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 C3(三碳化合物) ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 叶绿体基质 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 叶绿体 (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 呼吸作用和光合作用(光反应) 。
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 高于 (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 NADPH和ATP 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 吸能反应 (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 同位素标记 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 ACD (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
24.(2021全国乙,29,11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 细胞质基质、线粒体、叶绿体 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 细胞呼吸 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 水分大量散失 ,又能保证 光合作用 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)
实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH;预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
考点2 光合作用与细胞呼吸的综合
25.(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3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是(D)
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
26.(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是(C)
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
27.(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(D)
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
28.(2023河北,19,10分)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题:
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 线粒体(或“线粒体内膜”) 合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和 NADPH(或“还原型辅酶Ⅱ”) 中的化学能,这些化学能经 暗反应(或“卡尔文循环”) 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 降低 。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 叶绿体 (填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度 升高 。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调 H基因表达(或“H蛋白数量”) 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体 过多消耗光合产物(或“有氧呼吸增强”) ,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
29.(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 类胡萝卜素/叶绿素的值较高 ,叶片主要吸收可见光中的 红光和蓝紫 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·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 等于 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 呼吸速率较高 。
(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 在强光下光能利用率更高 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μmol·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 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 。
30.(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:
图2
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 叶绿素a和叶绿素b ,主要吸收 红光和蓝紫 光,可用 无水乙醇 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 HH1 。
(3)在光照强度为500 μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 大于 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 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 。在光照强度为1 500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·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 叶绿素 含量高,光反应生成更多的 NADPH和ATP ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 LH12 品种。
三年模拟
综合基础练
1.(2024江苏南通二模,8)南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同,当使用层析液分离时,吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢,反之则快。相关叙述错误的是(D)
A.层析液应该从层析柱的上端滴入从下端流出
B.叶黄素的吸附力最强在层析柱中移动的速度最慢
C.色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素
D.本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同
2.(2024河北石家庄一模,2)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP需借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻,成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是(B)
A.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
B.细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应
C.H基因表达量的变化,表明叶肉细胞正在发生细胞分化
D.成熟叶绿体行使其功能所需ATP可在类囊体膜上合成
3.(2024重庆一模,6)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行闪光实验,结果如图。下列分析错误的是(C)
A.光合作用时ATP从叶绿体类囊体膜向叶绿体基质移动
B.供给ATP和NADPH,叶绿体可在黑暗中将CO2转变为糖
C.该实验直接测量出来的O2释放速率是净光合作用速率
D.阴影部分的面积可表示第一次光照时间段内NADPH和ATP的积累量
4.(2024湖北七市一模,14)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物,Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用,其过程如图所示。下列叙述正确的是(C)
A.磷是生物膜的重要组分,中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成磷酸丙糖过程中,NADPH不供能,只作为还原剂
C.摘除植物全部果实,一段时间后叶肉细胞的光合速率会减慢
D.若抑制磷酸转运体的功能,卡尔文循环会马上停止
5.(2024九省联考黑龙江、吉林卷,21)为探究某植物生长所需的适宜光照,在不同光照条件下,测得该植物叶片的呼吸速率、净光合速率和叶绿素含量如图所示。回答下列问题:
注:自然光下用遮阳网遮光,透过的光占自然光的百分数为透光率(%)
(1)图1表明,植物叶片在透光率25%~75%内,呼吸速率随透光率降低而下降,可能的原因是 通过降低叶片呼吸速率以减少自身消耗以确保自身有机物正常积累量,从而保证自身正常生长 ;在线粒体中, [H] 经过一系列化学反应与氧结合形成水,催化这一反应过程的酶分布在 线粒体内膜 。
(2)据图可知,在25%透光率下叶片固定二氧化碳的速率是 7.5 μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果,初步判断最适合该植株生长的透光率是 75% ,依据是 此透光率下净光合速率最高,有机物的积累量最多 。
(4)图3中50%、75%透光率下植物叶片中叶绿素含量不同,设计实验验证这种差异(简要写出实验思路和预期结果)。
实验思路:取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干,分为甲、乙两组,分别提取两组叶片中的叶绿素,并比较两组中叶绿素的含量。预期结果:75%透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量。
6.(2024九省联考甘肃卷,17)我国西北地区干旱少雨,生长于此的植物形成了适应干旱环境的对策,为探究植物适应干旱的机理,某科研小组分别对植物甲、乙进行干旱处理,对照组正常浇水,测定两种植物叶片的光合生理指标,结果如表所示。回答下列问题。
净光合速率 (μmol CO2·m-2·s-1) 气孔导度 (mol H2O·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg· g-1)
处理 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙 植物甲 植物乙
正常浇水 19.34 9.36 0.45 0.42 5.56 3.25
干旱5天 10.26 7.38 0.42 0.29 2.36 3.08
干旱 10天 3.23 6.25 0.38 0.11 1.22 2.91
注:气孔导度是度量植物气孔开度的指标,气孔导度越大,气孔开度越大
(1)植物光合作用中光反应阶段的终产物有氧气、 ATP 、 NADPH 。
(2)根据表中数据判断,随干旱天数的增加,植物乙净光合速率的下降主要与 气孔导度下降 有关,植物甲净光合速率下降的主要原因是 叶绿素含量下降 。
(3)若给对照组植物提供O和CO2,合成的(CH2O)中 能 (填“能”或“不能”)检测到18O,原因是 O能参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2,C18O2可参与光合作用暗反应形成(CH218O) 。
(4)干旱环境下,一些植物叶片叶面积减小、气孔下陷,其适应环境的意义是 减少水分散失 。
综合拔高练1
1.(2024重庆三模,5)质体是一类与碳水化合物合成、贮藏密切相关的半自主性细胞器,根据所含色素的不同,可分成三种类型:叶绿体、有色体和白色体。有色体富含类胡萝卜素,白色体不含色素。质体由细胞中的前质体发育而来。前质体在光照下发育成叶绿体,在无光下发育成白色体,而见光后白色体能够转变为叶绿体。有色体一般认为不是由前质体直接转变来的,而是由白色体或叶绿体转变而来的。有色体也能转化为叶绿体,如胡萝卜根的有色体见光后可转变为叶绿体。下列相关叙述错误的是(C)
A.白色体、有色体在有光情况下可以转化为叶绿体
B.无光情况下,叶绿素不能合成,原有叶绿素也会分解
C.叶绿体、有色体都是能进行光合作用的双层膜细胞器
D.植物的花瓣可能富含有色体,马铃薯根部细胞可能富含白色体
2.(2024四川德阳二模,3)实验小组将某绿色植物置于密闭、透明的容器中,在T1时刻前后,分别给予X1和X2的不同光照强度,容器内CO2浓度的变化情况如图所示。下列有关叙述正确的是(B)
A.该植物在实验期间无有机物积累
B.T1时刻后短期内叶绿体中C3减少
C.C~D段不再下降是受到光照强度的限制
D.A~B段叶肉细胞的光合速率一定小于呼吸速率
3.(2024山东烟台一模,3)科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是(B)
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
4.(多选)(2024江西九江二模,13)某植物为适应热带干旱地区的环境,形成了独特的CO2利用模式,即白天气孔开放程度小,夜晚开放程度大,如图所示。下列说法不正确的是(AB)
A.据图推测过程①②③发生在不同细胞中
B.该植物白天CO2吸收速率大于O2释放速率
C.该植物在夜间无法通过卡尔文循环积累产物
D.该模式有利于植物白天减弱蒸腾作用而保水
5.(2024 T8一联,19)线粒体和叶绿体可进行能量转换,都可利用H+的跨膜浓度差来合成ATP,图1、图2分别为这两种细胞器中的部分结构及发生的部分生理过程,①②③⑤表示H+的跨膜运输,回答下列问题:
(1)图1中消耗的NADH来自 细胞质基质和线粒体基质 (场所),图2过程将光能转化成电能,最终转化为 ATP和NADPH 中活跃的化学能。
(2)图中过程②和⑤的运输方式属于 协助扩散(易化扩散) 。参与过程⑤的蛋白质由CF0、CF1构成,可推断CF0含疏水部分,推断理由是 CF0大都位于类囊体膜的磷脂双分子层中,磷脂分子疏水的尾部均朝向内部 。
(3)从破碎叶肉细胞中提取完整类囊体并制备成悬液,对其进行光照处理后悬液的pH明显升高,结合图2分析,造成pH升高的过程有 NADP+与H+结合形成NADPH;H+跨膜运输进入类囊体腔 (答2点)。
(4)蓝细菌细胞质中的NADH可将丙酮酸还原为D-乳酸,NADH也可参与有氧呼吸产生ATP,蓝细菌光合作用中存在途径1(发生水的光解产生ATP)和途径2(产生ATP不发生水光解)。某研究人员构建了一种途径2被增强的蓝细菌工程菌K,发现其能积累更多的D-乳酸,分析原因是 工程菌K通过途径2合成ATP,使参与有氧呼吸的NADH减少,从而使更多的NADH被用于将丙酮酸还原形成D-乳酸 。
6.(2024重庆二模,19)光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,运输原则为就近运输、向生长中心(芽、果实等)运输等,如马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏,部分过程如图所示[注:磷酸丙糖转运蛋白(TPT)能将暗反应中产生的磷酸丙糖运出叶绿体,同时将等分子数的磷酸(Pi)反向运至叶绿体基质]。
(1)磷酸丙糖的产生过程需要光反应提供 ATP和NADPH ,若TPT的活性被抑制,光合速率会降低,其原因是 TPT的活性被抑制时,磷酸丙糖不能运出叶绿体,进而转化为淀粉,淀粉含量增加会抑制暗反应的进行,进而使光合速率降低 。当Pi缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中输出减少,在农业生产上可以采取 施加磷肥 措施增加马铃薯产量。
(2)农民在生产过程中,去掉马铃薯植株的一些芽和上部枝叶,这样操作可以提高马铃薯的产量,你认为原因是 去掉生长中心(芽),让光合作用产物更多运输到马铃薯块茎;去掉上部枝叶使下侧叶片获得更多的光照,提高光合速率,运输到马铃薯块茎的有机物增多 。
(3)科研人员发明了一种转光膜(该膜可将部分紫外光和绿光转变成蓝紫光、红光)。与普通大棚膜相比,这种转光膜 能 (填“能”或“不能”)提高大棚马铃薯的产量,理由是 该转光膜能将叶绿体色素几乎不吸收的紫外光和绿光转化为可吸收的蓝紫光和红光,有利于光合作用的进行 。
综合拔高练2
1.(2024安徽江南十校一模,4)将小球藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的pH和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列相关分析正确的是(D)
A.第4分钟前,葡萄糖在线粒体中氧化分解需要吸收悬浮液中的溶解氧
B.第4分钟后,CO2在叶绿体基质中可直接被光反应产生的NADPH还原
C.第6分钟时,限制小球藻光合作用的环境因素主要是光照强度
D.第7分钟时,小球藻叶绿体中NADP+和ADP含量会短时增加
2.(2024湖北十一校二模,5)光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子,高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原;另一方面建立跨膜的H+浓度梯度,启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是(B)
A.原初反应实现了光能直接到化学能的能量转化过程
B.类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关
C.图中H+通过主动运输进入叶绿体基质
D.光反应产生的NADH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原
3.(2024湖北八市一联,14)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据,并在图中以点的形式呈现(光—暗处理过程中温度等条件保持适宜且稳定)。下列相关分析正确的是(D)
A.200 s以后叶肉细胞内ATP和NADPH的合成均停止
B.光下拟南芥叶片的总光合速率约为0.2~0.6 μmol CO2·m-2·s-1
C.300 s后CO2释放量逐渐增加,并达到一个相对稳定的水平
D.据图可知光下拟南芥叶片可能存在另一个释放CO2的过程
4.(多选)(2024江苏宿迁一模,15)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体
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