专题6 光合作用（教师版）-2026版十年高考真题分类汇编·生物学
文档属性
| 名称 | 专题6 光合作用（教师版）-2026版十年高考真题分类汇编·生物学 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 4.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-07 17:14:30 | ||
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文档简介
专题6 光合作用
考点1 光合作用的原理及应用
（2025河北，5，2分）某科创小组将叶绿素合成相关基因转入小麦愈伤组织,获得再生植株,并进行相关检测。下列实验操作错误的是( )
A.将种子消毒后,取种胚接种到适当的固体培养基诱导愈伤组织
B.在提取的DNA溶液中加入二苯胺试剂,沸水浴后观察颜色以鉴定DNA
C.将小麦色素提取液滴加到滤纸条,然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析
D.对叶片抽气处理后,转到富含CO2的清水中,探究不同光照下的光合作用强度
答案 C 种子消毒后,取种胚作为外植体,经脱分化可形成愈伤组织,该过程用的是固体培养基,A正确;DNA可用二苯胺试剂进行鉴定,在提取的DNA溶液中加入二苯胺试剂,沸水浴后呈现蓝色,B正确;色素提取与分离实验中,应用毛细吸管吸取少量色素提取液在滤纸条上画均匀且直的滤液细线,且层析时层析液不能触及滤液细线,否则色素会溶解在层析液中,无法观察到条带,C错误;对叶片抽气处理,可排除叶片中空气对光合作用的影响,将叶片转到富含CO2的清水中,使叶片沉入水底,可用于探究不同光照下的光合作用强度,D正确。
(2025山东,13,2分)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是( )
A.应使用干燥的定性滤纸
B.绿叶需烘干后再提取色素
C.重复画线前需等待滤液细线干燥
D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
答案B 叶绿素对高温敏感,烘干过程中叶绿素易被破坏;长时间高温也可导致类胡萝卜素发生氧化分解,B错误。
（2025湖北，7，2分）我国农学家贾思勰所著《齐民要术》记载:“凡五谷种子,浥郁则不生,生者亦寻死。”意思是种子如果受潮发霉就不会发芽,即使发芽也会很快死亡。下列叙述错误的是( )
A.农业生产中,种子储藏需要干燥的环境
B.种子受潮导致细胞内结合水比例升高,自由水比例降低,细胞代谢减弱
C.霉菌在种子上大量繁殖,消耗了种子的营养物质,不利于种子正常萌发
D.发霉过程中,微生物代谢产生的有害物质可能抑制种子萌发相关酶的活性
答案B 种子储藏需要干燥环境,以减少自由水含量,降低细胞呼吸速率,减少有机物消耗,A正确;种子受潮时,自由水比例应升高而非降低,结合水比例降低,此时细胞代谢应增强而非减弱,B错误;霉菌繁殖会消耗种子储存的有机物,导致种子缺乏萌发所需的营养,不利于正常萌发,C正确;霉菌代谢产物(如毒素)可能破坏种子细胞结构或抑制种子萌发相关酶活性,阻碍种子萌发,D正确。
（不定项）(2025山东,16,3分)在低氧条件下,某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究藻释放H2的培养条件,将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成2等份,1份形成松散菌-藻体,另1份形成致密菌-藻体,在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量,2种菌-藻体培养体系中的O2含量变化相同,结果如图所示。培养过程中,任意时刻2体系之间的光反应速率无差异。下列说法错误的是( )
A.菌-藻体不能同时产生O2和H2
B.菌-藻体的致密程度可影响H2生成量
C.H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜
D.培养至72 h,致密菌-藻体暗反应产生的有机物多于松散菌-藻体
答案ACD
审题指导 光合作用分为光反应和暗反应,光反应的场所为类囊体薄膜,生成O2、ATP和NADPH,暗反应场所为叶绿体基质,能够固定CO2,并利用光反应生成的ATP和NADPH,经过一系列反应生成糖类。
解析 由题干可知,蛋白F位于藻叶绿体基质中,可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2,因此H2的产生场所是该藻的叶绿体基质,C错误。光合作用光反应产生O2,光反应场所为叶绿体类囊体薄膜,结合C项可知,产生H2的场所为藻叶绿体基质,因此菌-藻体能同时产生O2和H2,A错误。由图可知,在培养过程中,致密菌-藻体培养体系H2含量大于松散菌-藻体,因此菌-藻体的致密程度可影响H2的生成量,B正确。两种体系中光反应速率相同,产生的NADPH也相同;培养至72 h,致密菌-藻体培养体系H2含量多于松散菌-藻体,推知致密菌-藻体消耗的NADPH多于松散菌-藻体,故致密菌-藻体用于光合作用暗反应的NADPH少于松散菌-藻体,因此致密菌-藻体暗反应产生的有机物少于松散菌-藻体,D错误。
【名师点睛】该题的突破口是理解藻叶绿体基质中既发生蛋白F利用H+和光合作用产生的NADPH产生H2的过程,又发生正常的暗反应产生有机物的过程。
(2025安徽,2,3分)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是( )
A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验
C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度
D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关
答案C 实验中,使用打孔器获取叶圆片时,需要避开大的叶脉,因为叶脉部位叶绿体含量少,避开大的叶脉可确保叶圆片在大小、厚度和光合能力上相对一致,减少实验误差,A正确。通过调节光源(如LED灯)与盛有叶圆片的烧杯之间的距离,可以改变光照强度(距离增加,光照强度减弱;距离减小,光照强度增强),从而设置不同光照强度的对照条件,进行对比实验,B正确。用化学传感器监测光照时的O2浓度变化得到的是净光合速率(即总光合速率-呼吸速率),计算实际光合作用强度还需要额外测量呼吸速率(通常在黑暗条件下测定O2的消耗速率),C错误。一开始叶圆片沉于水底,光合作用产生O2使其浮起,浮起快慢取决于光合作用强度,而同一烧杯中的叶圆片可能因位置差异(如相互遮挡或光源不均匀)使接受的光照强度不同,从而影响浮起的快慢,D正确。
(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
答案 C 应选择新鲜程度一致的叶片混合研磨,A错误;提取液是无水乙醇,加水补充会使乙醇浓度降低,不利于色素的提取,B错误;层析液中含有有毒的挥发性物质,应妥善处理,D错误。
(2024北京,4,2分)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验,测定单位时间单位叶面积的氧气释放量,结果如图所示。若想提高X,可采取的做法是( )
A.增加叶片周围环境CO2浓度
B.将叶片置于4 ℃的冷室中
C.给光源加滤光片改变光的颜色
D.移动冷光源缩短与叶片的距离
答案 A 题图曲线体现了光照强度对光合速率的影响,当氧气释放速率达到X时,氧气释放速率已不再随光照强度的增加而增大,要提高X,就需要考虑改变影响光合作用的其他因素,如可采取增加叶片周围环境CO2浓度,A正确;在4 ℃的冷室中,叶片中与光合作用有关的酶活性降低,光合速率下降,不能提高X,B错误;给光源加滤光片等同于降低光照强度,X可能降低,缩小冷光源与叶片的距离可增加光照强度,但对X无影响,C、D错误。
(2024北京,12,2分)五彩缤纷的月季装点着美丽的京城,其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验,难以达成目的的是( )
A.用花瓣细胞观察质壁分离现象
B.用花瓣大量提取叶绿素
C.探索生长素促进其插条生根的最适浓度
D.利用幼嫩茎段进行植物组织培养
答案 B 成熟的花瓣细胞中含有中央液泡,可用于观察质壁分离现象;月季插条易生根,可用于探索生长素促进其插条生根的最适浓度;幼嫩茎段分裂能力强可作为外植体进行植物组织培养,A、C、D不符合题意。“光谱”月季花瓣细胞中不含叶绿素,B符合题意。
(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
答案 D 叶绿素和类胡萝卜素均能吸收蓝紫光,故测定叶绿素的含量时不可使用蓝紫光波段,D错误。
(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 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此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,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,D错误。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(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 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但会使滤液细线过宽,分离后滤纸上易出现色素带重叠,B正确;该实验分离色素后,滤纸条上色素带的宽窄只能比较各种色素相对含量的多少,但不能测定各种色素的具体含量,C错误;花青素易溶于水而不易溶于石油醚等有机溶剂,若得到5条色素带,距离滤液细线最近的应为花青素,即在叶绿素b的下方,D错误。
(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 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
(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
答案 D 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
(2022江苏,5,2分)下列有关实验方法的描述合理的是 ( )
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
答案 B 胡萝卜素属于脂溶性物质,应用有机溶剂提取,而非用水提取,A错误;黑藻叶片含有叶绿体和中央液泡,用适当浓度蔗糖溶液处理,可以叶绿体的运动为标志观察到细胞质的流动,一段时间后可观察到质壁分离现象,B正确;双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应不需要加热,C错误;溴麝香草酚蓝溶液可用来检测CO2,检测酒精可用酸性重铬酸钾溶液,颜色变化为由橙色变为灰绿色,D错误。
(2022湖南,13,4分)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
(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 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
(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200 μL·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 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL L-1上升到370 μL L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL L-1上升到1 000 μL L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
(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
答案 C 自然状态下,随着环境CO2浓度升高,固定CO2的C5和相关酶达到饱和,CO2吸收速率不再增加,但一般不会出现曲线后段的下降,所以不能用曲线a表示,A错误;葡萄糖以协助扩散方式进入红细胞,膜两侧葡萄糖浓度差越大,运输速率越大,但最终受到细胞膜上葡萄糖载体数量的限制,故曲线达到最大值后维持相对稳定,不能用曲线a表示,B错误;自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化先上升后下降,关系如曲线b所示,C正确;在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度的变化而变化,清晨或傍晚光强较弱时净光合速率可能小于零,不符合曲线b,D错误。
(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 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
(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
答案 A 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
实验方案 对照组(光照时数:小时/天,6天) 实验组(光照时数: X小时/天,6天)
A. 10 4≤X<10设置梯度
B. 10 8≤X<10, 10C. 10 10D. 10 10答案 C 已知该短日照植物在日照时数为10小时/天时,连续处理6天就能开花。若将该植物引种到每天光照时数最长为16 h的环境中,欲探究诱导该植物在该地区开花的光照时数的最大值,设计时,实验组的光照时数应大于对照组的光照时数,且小于或等于16小时/天。故选C。
(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学实验,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 肝细胞里含过氧化氢酶,A正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,B正确;不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快,反之则慢,即依据溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离,C错误;蛋白质含肽键,与双缩脲试剂反应呈紫色,D正确。
(2021天津,6,4分)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是( )
A.用洋葱鳞片叶表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
答案 C 紫色洋葱鳞片叶外表皮可以用来观察细胞的质壁分离和复原现象;洋葱鳞片叶可以用来粗提取DNA;洋葱根尖分生区可以用来观察植物细胞有丝分裂。由于洋葱鳞片叶没有叶绿体,因此不能用来提取和分离叶绿体中的色素,故选C。
(2021辽宁,5,2分)下列有关中学生物学实验中观察指标的描述,正确的是 ( )
选项 实验名称 观察指标
A 探究植物细胞的吸水和失水 细胞壁的位置变化
B 绿叶中色素的提取和分离 滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄
C 探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌培养液的浑浊程度
D 观察根尖分生组织细胞有丝分裂 纺锤丝牵引染色体的运动
答案 B 探究植物细胞的吸水和失水实验中,应观察原生质层与细胞壁的位置关系,A错误;探究酵母菌细胞呼吸的方式,应检测CO2和酒精,可观察石灰水的浑浊程度,C错误;观察有丝分裂实验,主要观察染色体的形态、数目和位置,观察的细胞是死细胞,看不到纺锤丝牵引染色体的运动,D错误。
(2020江苏单科,6,2分)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
(2019课标全国Ⅰ,3,6分)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自( )
A.水、矿质元素和空气
B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤
D.光、矿质元素和空气
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
(2017课标全国Ⅲ,3,6分)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B正确;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
(2017天津理综,6,6分)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
（2025江苏，21，10分）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题:
(1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破 膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入 溶液重新悬浮,并保存备用。
(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的 溶液中,混匀后,测定出叶绿素浓度为3 μg/mL,则类囊体的浓度为 μg/mL。
(3)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有 。
(4)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度 (填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有 。
(5)在光反应研究的基础上,利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究,理论上还需要的物质有 。
答案 (1)叶绿体 等渗 (2)无水乙醇 600 (3)ATP、NADPH (4)变弱 吸收、利用光能,可分解水产生H+,转运H+等 (5)CO2、C5、暗反应相关的酶等
解析 (1)类囊体位于叶绿体内部,要使其释放出来,在细胞已被破坏的情况下还需要把叶绿体膜涨破。要保持游离类囊体正常的结构与活性,需要将其置于等渗溶液中保存。(2)利用光合色素易溶于无水乙醇的特点,可利用无水乙醇作溶剂将类囊体上的光合色素溶解并提取出来;再结合类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示,分析5 μL的类囊体悬液溶于995 μL的溶剂后,被稀释了200倍,若测得的叶绿素浓度为3 μg/mL,说明原液的类囊体浓度可表示为3 μg/mL×200=600 μg/mL。(3)光反应产物主要有氧气、ATP、NADPH等,氧气大多释放出去,留存在悬液中的主要是ATP和NADPH。(4)适宜光照下,类囊体利用吸收的光能分解水,产生O2、H+和电子等,H+会导致人工细胞pH下降,再结合荧光素Y的强弱与pH大小正相关可知,pH下降则荧光强度变弱。(5)光合作用的暗反应阶段生成糖类,该阶段除了需要光反应提供ATP和NADPH外,还依赖于一系列相关的酶以及CO2、C5等。
（2025北京，18，12分）植物的光合作用效率与叶绿体的发育(形态结构建成)密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控,以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。
(1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定,其BG基因功能缺失,命名为bg。图1是使用 观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比,可见突变体基粒(“[”所示)中的 增多。
(2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录,BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk(叶绿素含量降低)及双突变体bggk。对三种突变体进行观察,发现双突变体的表型与突变体 相同,由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。
(3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制,将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后,再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段,反应一段时间后,经电泳检测DNA所在位置,结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是 _________________________________________。
(4)基于突变体bg的表型,从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义。
答案 (1)电子显微镜(3分) 类囊体(3分) (2)gk (3)BG与GK结合抑制GK与CAO启动子片段结合 (4)BG通过动态调控叶绿体类囊体数量,有助于植物适应光强不断变化的环境
解析(1)观察细胞器的亚显微结构需使用电子显微镜。叶绿体基粒由多个类囊体堆叠而成,据图示可知,与野生型相比,突变体基粒厚度增大,即层数显著增多,类囊体个数增多。(2)根据题示信息:“BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育”,可以对如下通路进行相关分析:
(3)根据图2信息可知:
(4)光响应基因BG参与调控类囊体的形成。BG基因在正常情况下能够抑制类囊体数目过度增加(类囊体数量增加需要消耗更多蛋白质和脂质),可帮助植物在资源利用和光合效率之间达到平衡,避免过度消耗资源。BG基因的意义可能在于赋予植物动态调节类囊体结构的能力,以适应不同光照条件,优化资源利用,从而在进化过程中提高适应性和生存竞争力。
【名师点睛】
若题干中出现“A通过促进/抑制B进而影响C”相关句式,应该根据已知信息绘制信号通路图示,如本题(2),双突变体的表型一般与下游基因的突变体一致。
（2025陕晋青宁，17，10分）叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ,产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率 (填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度 (填“大”“小”或“无法判断”)。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果 。
答案 (1)基质 ATP、NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,一方面消耗了O2,同时产生了CO2,促进了R酶与CO2的结合,另一方面释放的CO2转化成HC,促进可溶性糖等溶质的生成,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞渗透压增大吸水,气孔开度增大,有利于CO2的吸收,暗反应速率加快,提高了叶片的净光合速率,所以植株S叶片的净光合速率高于植株W (3)减小 小 (4)实验思路:构建保卫细胞中G酶基因缺失的突变体(或构建敲除了保卫细胞中G酶基因的植株),与野生型植株W在相同且适宜的条件下培养一段时间后,测定两组植株在不同光照强度下的净光合速率。
预期结果:突变体植株在不同光照强度下的净光合速率小于野生型植株W
【解析】(1)叶绿体中,CO2固定的场所是叶绿体基质。C3的还原需要光反应提供的ATP和NADPH参与。(2)由图(a)可知,G酶增加会促进甘氨酸向丝氨酸的转化,一方面消耗了O2,同时产生了CO2促进了R酶与CO2的结合,另一方面释放的CO2转化成HC,促进可溶性糖等溶质的生成,保卫细胞渗透压升高吸水使气孔开度增大,有利于增加暗反应原料CO2的供应,暗反应速率加快,提高了叶片的净光合速率,所以植株S叶片的净光合速率高于植株W。(3)根据图(a)信息,O2会与CO2竞争R酶同一活性位点,因此增大环境中O2浓度,会使植株S净光合速率减小。与植株W相比,植株S保卫细胞中G酶基因表达量增加,将甘氨酸转化为丝氨酸和CO2的量增加,使植株光合作用中可利用的CO2增多,故环境O2浓度升高时植株S光合速率的降低幅度较小,且两植株呼吸速率接近,故植株S的净光合速率降低幅度较小。(4)前述实验中,已进行了植株W(野生型)和植株S(保卫细胞中G酶表达量增加)间的比较,为了进一步证明G酶的作用,可以新增保卫细胞中G酶基因缺失突变体(或G酶基因敲除)的植株作为实验组,在与前述实验相同的条件下处理以进行对照实验观察净光合速率的变化。
(2025湖南,17,12分)对硝基苯酚可用于生产某些农药和染料,其化学性质稳定。研究发现,某细菌不能在无氧条件下生长,在适宜条件下能降解和利用对硝基苯酚,并释放CO2。在Burk无机培养基和光照条件下,培养某栅藻(真核生物)的过程中,对硝基苯酚含量与栅藻光合放氧量的关系如图a。为进一步分析栅藻与细菌共培养条件下对硝基苯酚(40 mg·L-1)的降解情况,开展了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组对比实验,结果如图b。回答下列问题:
(1)栅藻的光合放氧反应部位是 (填细胞器名称)。图a结果表明,对硝基苯酚 栅藻的光合放氧反应。
(2)细菌在利用对硝基苯酚时,限制因子是 。
(3)若Ⅰ中对硝基苯酚含量为20 mg·L-1,培养10 min后,推测该培养液pH会 ,培养液中对硝基苯酚相对含量 。
(4)细菌与栅藻通过原始合作,可净化被对硝基苯酚污染的水体,理由是 。
答案(1)叶绿体 抑制 (2)氧气 (3)升高 基本不变 (4)栅藻进行光合放氧为细菌的生长提供有氧环境,细菌降解水体中的对硝基苯酚,并将产生的CO2提供给栅藻进行光合作用
解析 (1)栅藻是真核生物,进行光合作用的细胞器是叶绿体。图a结果表明,对硝基苯酚可抑制栅藻光合放氧反应,且在一定范围内,随着对硝基苯酚浓度增加,对光合放氧的抑制作用增强。(2)由题意知,该细菌不能在无氧条件下生长,栅藻在光照下会产生氧气,分析图b知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组对比,Ⅰ组有氧气,Ⅱ、Ⅲ组有细菌+氧气,Ⅱ、Ⅲ组对硝基苯酚相对含量下降趋势基本一致,Ⅰ组基本不变,则细菌在有氧条件下可降解对硝基苯酚,可推知细菌利用对硝基苯酚的限制因子是氧气。(3)图b中,Ⅰ组为“栅藻+光照”,对硝基苯酚含量为40 mg·L-1;分析图a可知,对硝基苯酚含量为20 mg·L-1时,栅藻进行光合放氧量较高,而光合作用会消耗培养液中的CO2,故培养液的pH会升高;结合图b可知,栅藻不能吸收利用对硝基苯酚,培养液中对硝基苯酚相对含量基本不变。(4)由Ⅲ组可知,在光照条件下栅藻进行光合放氧为细菌提供有氧环境,而细菌在有氧环境下可降解对硝基苯酚,并为栅藻提供CO2,故二者可通过原始合作净化被对硝基苯酚污染的水体。
(2025广东,18,11分)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。
回答下列问题:
(1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1 200 μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是 ,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是 。
(2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是 。
(3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为 。通路2中吸收光的物质②为 。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关。
(4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式: 。
答案(1)光照强度 植物对蓝光利用效率更高 （2）突变体水稻PIL15基因的功能缺失，使得脱落酸信号通路异常，无法正常调控气孔的开闭 （3）有机物中稳定的化学能 光敏色素
(4)光照既可以为植物提供能量,又可以作为信号
解析 (1)限制因素的分析方法如图所示:
胞间CO2浓度处于900~1 200 μmol·mol-1时,红光条件下的净光合速率达到最大值并保持稳定,稳定,低于同等条件下的蓝光对应的净光合速率,即同等CO2浓度条件下,蓝光合成有机物的速率更快,推测光合色素对不同光质(不同颜色的光)的吸收利用效率不同,蓝光条件下的光反应速率更快,产生的ATP和NADPH更多,因而C3还原速率更快,有机物合成速率也更快。
(2)(3)题目信息结合教材内容如下:
(4)综上分析,植物利用光的第一种途径是以光为能源,驱动光合作用的进行,把CO2和水合成有机物,将光能转变为化学能储存在有机物中;第二种途径是以光为信号,光敏色素接收并传递光信号影响细胞核中相关基因表达,从而调控植物的生命活动。
(2025河南,17,10分)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。
回答下列问题
(1)光对植物生长发育的作用有 和 两个方面。
(2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述 组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有 (答出2点即可)。
(3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率 (填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是 。
答案(1)为光合作用提供能量 作为一种信号调节植物生长发育 (2)①②④ 温度和二氧化碳浓度 (3)始终大于 ④组呼吸作用强于③组,但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等,所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组
解析(1)光既是光合作用的能量来源,又是一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。(2)通过②④比较可知实验光下盐胁迫对作物生长的影响,再通过①②④比较可判断实验光是否完全抵消盐胁迫对作物生长的影响。无关变量包含温度、二氧化碳浓度、光照时长等。(3)见答案。
(2025黑吉辽蒙,21,11分)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如图)和产量潜力。回答下列问题。
注:光照强度在曲线②和③中为n,在曲线①中为n×120%。
(1)Rubisco在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是 。
(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。
答案(1)基质 C5 (ATP和NADPH中)活跃的化学能转换为有机物中稳定的化学能 (2)光照强度 CO2浓度 与曲线②相比,曲线①中S植株获得的光照更强,光反应生成了更多的ATP和NADPH,用于暗反应还原C3,生成有机物的速率更快 (3)用放射性同位素14C标记CO2供作物进行光合作用,在饱和光照、适宜CO2浓度等相同条件下,同时培养相同数量的长势良好且生理状况相似的WT植株和S植株,检测并比较相同时间内两组植株中的14C标记的C3的量。
解析 (1)Rubisco参与暗反应,在叶绿体基质中催化C5与CO2结合。部分产物(指的是C3)经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中的能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转换为有机物中稳定的化学能。(2)据图分析,B点后,S组(曲线②)的光合速率低于S+补光组(曲线①),但与WT组(曲线③)相同,说明当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于光照强度不足。A点之前,胞间CO2浓度较低,即使补光,也不能使作物的光合速率提高,因此此时的主要限制因素是CO2浓度。当胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,S+补光组(曲线①)的光合速率高于S组(曲线②),分析可知,S+补光组光照强度更强,光反应生成了更多的ATP和NADPH,用于暗反应还原C3,生成有机物的速率更快,故曲线①比②光合速率更高。(3)要使用同位素标记的方法来验证“在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快”,自变量是植株的种类,因变量是植株固定CO2生成C3的速率,注意无关变量的控制,实验方法是同位素标记法,实验思路设计见答案。
21.(2025山东,21,9分)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是 ;叶绿体中含有许多由类囊体组成的 ,扩展了受光面积。
(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源于 。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、 。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有 。
(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为 。
答案(1)磷脂双分子层 基粒 (2)H2O 丙酮酸和[H](NADH) O2和CO2 (3)途径①以电能的方式耗散光能;途径②以热能的方式耗散光能
解析 (1)生物膜的基本支架为磷脂双分子层,每个基粒由一个个类囊体堆叠而成。(2)图中虚线箭头表示电子的传递路径,据图可知,电子来源于水的光解。用含3H2O的溶液培养绿藻,3H2O可参与光合作用而使主要光合产物葡萄糖含3H标记(3H2O光解得到3H+→3H+参与NADPH的合成→NADPH(含3H)参与C3的还原→含3H标记的葡萄糖),以含3H标记的葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,葡萄糖在细胞质基质被分解成含3H标记的丙酮酸和NADH,含3H标记的丙酮酸和3H2O可进入线粒体基质反应生成CO2和含3H标记的NADH。绿藻可利用O通过光合作用生成18O2,也可利用3H2O通过有氧呼吸第二阶段生成C18O2。(3)据图可知,途径①一部分电子传递给O2生成H2O2,进一步将H2O2分解为H2O,主要以电能的方式耗散光能。途径②Y将一部分光能传递给Z,Z将光能转化为热能,以热能的方式耗散光能,减弱光能对光合系统的损伤。
(2025浙江1月选考,22,11分)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成的花球,采摘后容易出现褪色、黄化、老化等现象。某兴趣小组进行如下实验,以探究西兰花花球的保鲜方法。
实验分黑暗组、日光组和红光组三组。日光组和红光组的光照强度均为50 μmol·m-2·s-1。各处理的西兰花花球均贮藏于20 ℃条件下,测定指标和结果如图所示。
回答下列问题:
(1)西兰花花球采摘后水和 供应中断。水是光合作用的原料,在光反应中,水裂解产生O2和 。
(2)三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而 。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组,原因有 。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组,原因可能是日光诱导气孔开放,引起 增强从而散失较多水分。
(3)第4天日光组和红光组的 下降比黑暗组更明显,但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组,因此推测日光或红光照射能减轻 过程产生的过氧化氢对细胞的损伤,从而延缓衰老。
(4)第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象,原因是 。综合分析图中结果, 处理对西兰花花球保鲜效果最明显。
答案 (11分,除了特殊标注外,其余每空1分) (1)矿质营养 H+和e-(氢) (2)增大 这两组通过光合作用合成有机物,抑制细胞呼吸,减少了有机物的消耗(2分) 蒸腾作用 (3)呼吸强度 细胞代谢 (4)叶绿素含量少(合成少/分解多),类胡萝卜素比例升高(2分) 红光
解析 (1)西兰花花球采摘后离开了植株,水和矿质元素供应中断。水在光反应中裂解产生O2、H+和e-。(2)由质量损失率-贮藏时间柱形图,可知三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而增大。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组,原因有:①日光组和红光组的花球可以进行光合作用合成有机物;②由呼吸强度-贮藏时间柱形图可知,黑暗组呼吸强度一般较大,可知日光和红光抑制了细胞呼吸,减少了有机物消耗;③由过氧化氢酶活性-贮藏时间柱形图还可推知黑暗组酶活性小,过氧化氢分解少,对细胞损伤大,反之,日光组和红光组细胞损伤小。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组,原因可能是日光诱导气孔开放,引起蒸腾作用增强从而散失较多水分。(3)由图可知,第4天日光组和红光组比黑暗组下降更明显的指标只有呼吸强度,但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组,过氧化氢有氧化性,会对细胞造成损伤,过氧化氢酶可催化过氧化氢分解,从而减少其对细胞的损伤,因此推测日光或红光照射能减轻细胞代谢过程产生的过氧化氢对细胞的损伤,从而延缓衰老。(4)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成的花球,推知绿色花蕾有叶绿体。第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象,原因是叶绿素合成少或分解多,叶绿素含量减少,而类胡萝卜素较稳定,从而呈现黄色。综合分析图中结果,三组中红光组呼吸强度最小、过氧化氢酶活性最高、质量损失率最小、叶绿素含量最高,故红光处理对西兰花花球保鲜效果最明显。
(2024重庆,18,11分)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一,黄连生长缓慢,存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。
(1)探寻提高黄连产量的技术措施,研究人员对黄连的光合特征进行了研究,结果见图1。
①黄连的光饱和点约为 μmol·m-2·s-1。光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,胞间CO2浓度增加主要是由于 。
②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 (答2点)。
(2)黄连露天栽培易发生光抑制,严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)。为减轻光抑制,黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括 (多选)。①叶片叶绿体避光运动,②提高光合产物生成速率,③自由基清除能力增强,④提高叶绿素含量,⑤增强热耗散。
(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制,为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是 。
答案 (除标注外每空2分,共11分)(1)①500(1分) 光合作用受到抑制,消耗的CO2减少,且气孔导度增加 ②黄连在弱光条件下随光强增加生长速度加快,光照过强其生长速度减慢 叶片较薄,叶绿素较多(叶色深绿,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大) (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加光合面积,补充CO2提高暗反应
命题点:光合作用
解析 (1)①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度,由图1净光合速率的曲线可知,当光照强达到约500 μmol·m-2·s-1时光合速率不再增加;光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,净光合速率下降,光合作用受到抑制,消耗的CO2减少,且气孔导度增加,所以胞间CO2浓度增加。②由图1净光合速率曲线可知光强对黄连生长的影响主要表现为弱光条件下随光强增加生长速度加快,光照过强其生长速度减慢;弱光时,可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率,所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄,叶绿素较多。(2)①叶片叶绿体避光运动,可减少对光的吸收;②提高光合产物生成速率,从而提高光合速率,消耗更多的光能;③自由基清除能力增强,可减少对光合结构的破坏;④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收,不能减轻光抑制;⑤热耗散为图2中光能的主要去向,增强热耗散也可减轻光抑制。故答案为①②③⑤。(3)为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积,补充CO2提高暗反应等。
(2024江苏,20,11分)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:
(1)图1中,H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。
(2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是 (从“甲”“乙”中选填);据图判断,总光合速率最高时对应的温度是 (从“20 ℃”“ 25 ℃”“30 ℃”中选填),理由为 。
(3)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
测定样液 蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血球计数板计数。取样前需①
浓缩蓝细菌 ②
③ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放
建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算
答案 (11分,特殊注明除外,每空1分)(1)选择透过性 ATP、NADPH(2分) 细胞质基质 (2)乙 30 ℃ 30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率二者之和最高 (3)①摇匀 ②将稀释样液离心,取下层沉淀物 ③提取叶绿素(溶解蓝细菌) ④防止叶绿素降解
解析 (1)类囊体膜允许某些物质通过,也会限制另一些物质通过,这体现了类囊体膜具有选择透过性。碳反应中,在有关酶的催化下,C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下,经过一系列生化反应,部分转变为糖类,部分形成C5,蓝细菌是原核生物,此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。(2)细胞呼吸的最适温度一般高于光合作用的最适温度,因此,当细胞呼吸处于最适温度时,细胞呼吸旺盛,而光合作用可能已经有所减弱,由此推测图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙,即净光合速率曲线。总光合速率=净光合速率+呼吸速率,结合图2曲线分析,在20 ℃~30 ℃,30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高,则总光合速率最高。(3)①用血球计数板对蓝细菌计数时,取样前需振荡摇匀,以保证计数的准确性。②为了浓缩蓝细菌,需将稀释样液离心,取下层沉淀物。③依据“无水乙醇等有机溶剂能溶解光合色素”推测,将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮是为了提取叶绿素a。④用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放,以防止叶绿素降解。
(2024甘肃,17,11分)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ,加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为 。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;② 。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是 。
若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计:
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在 条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果: 。
答案 (1)无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成 (3)正常光照下纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求 (4)与野生型相比,正常光和弱光下纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量均极低 (5)脱落酸 ①弱光 ②气孔大小 ③B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同
解析 (5)由题干“干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量”“白色种子未完全成熟即可在母体上萌发”可推知,激素X为脱落酸,因为脱落酸可维持种子休眠,促进气孔关闭(气孔关闭可减少水分蒸发,利于其在干旱环境下生存)。①结合(3)知,正常光照下,纯合突变体无法生长,故萌发后应该在弱光条件下培养一周。②干旱处理能提高野生型植株中脱落酸的含量,但不影响纯合突变体中脱落酸含量,已知脱落酸可以促进气孔关闭,由题干知,取叶片在显微镜下观察、测量,故推知,测量指标是气孔大小。③干旱条件下,野生型植株脱落酸含量升高,脱落酸可促进气孔关闭,而纯合突变体存在脱落酸的合成缺陷,故预期结果为B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同。
(2024浙江6月选考,24,14分)原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片绿色。回答下列问题:
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色后提出了问题:红叶是否具有光合作用能力
②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法:先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加KI-I2溶液(或碘液),观察颜色变化。
③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设: 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理 预期结果
绿叶+光照 变蓝
绿叶+黑暗 不变蓝
ⅰ ⅱ
ⅲ ⅳ
⑤分析:检测叶片淀粉的方法中,叶片浸入沸水处理的目的是 。热甲醇处理的目的是 。
(2)对一品红研究发现,红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)·m-2和0.20 g(Chl)·m-2,红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力;ETR值反映光合膜上电子传递的速率,与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
甲乙
①分析图甲可知,在光强500~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,相对于绿叶,红叶的 能力较弱。分析图乙可知,在光强800~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,红叶并未出现类似绿叶的光合作用被 现象。结合图丙可知,强光下,贮藏于红叶细胞 内的花青素可通过 方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实,生长在高光强环境下的一品红,红叶叶面积大,颜色更红。综合上述研究结果可知,在强光环境下,红叶具有较高花青素含量和较大叶面积,其作用除了能进行光合作用外,还有保护 的功能。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引 ,完成传粉。
答案 (除特殊标注外,其余每空1分)(1)③答案一:若一品红的红色叶片具有光合作用的能力,则红色叶片内可检测到淀粉;答案二:若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力,则红色叶片内无法检测到淀粉
④答案一:
分组处理 预期结果
ⅰ红叶+光照 ⅱ变蓝
ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝
答案二:
分组处理 预期结果
ⅰ红叶+光照 ⅱ不变蓝
ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝
(说明:④与③答案对应;ⅰ和ⅱ都正确得1分、ⅲ和ⅳ都正确得1分) ⑤增加细胞透性,使水溶性色素渗出(2分) 充分去除脂溶性色素(2分) (2)①叶绿体去除过剩光能 抑制 液泡 吸收光能 ②自身和下部绿叶(2分) 媒介生物
解析 (1)③光合作用的产物淀粉可通过碘液进行检测,因此可通过检测红叶中是否有淀粉来判断红叶是否具有光合作用能力。④根据前两个分组处理可推出后两个分组处理应为红叶+光照(ⅰ)、红叶+黑暗(ⅲ),若红叶可以进行光合作用,则可产生淀粉,ⅱ变蓝、ⅳ不变蓝(答案一),其中ⅳ不变蓝能证明红叶中的淀粉是通过光合作用产生的,而不是通过其他途径获得的;若红叶不可进行光合作用,则ⅱ、ⅳ均不变蓝(答案二)。⑤沸水处理可以使细胞死亡(透性增加),使水溶性色素渗出,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰;光合色素等脂溶性色素能溶解于有机溶剂中,用热甲醇处理可以溶解叶片中的光合色素,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰。(2)①分析图甲可知,自变量为光强和叶片颜色,因变量为qNP值,当光强为500~2 000 μmol·m-2·s-1时,红叶qNP值较小,即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。分析图乙可知,随着光强的增加,绿叶的ETR值显著增大,但光照强度超过800 μmol·m-2·s-1时,ETR值减小,即随着光照强度增加,绿叶光合速率先增大后减小,由此可推出光强800~2 000 μmol·m-2·s-1时,绿叶的光合作用会被抑制;而在光强为800~2 000 μmol·m-2·s-1时,红叶的光合作用强度可随光强增大而增大,并未出现光合作用被抑制的现象。结合图丙可知,花青素主要吸收400~600 nm波长的光,可推知储藏在细胞液泡中的花青素,可通过吸收光能的方式,保护叶绿体不受强光损伤。②综合上述研究结果可知,在强光环境下,富含花青素(可吸收光能)和有较大叶面积的红叶(可遮光)能有效保护自身和下部绿叶不受强光损伤。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引媒介生物(如蜜蜂、蝴蝶等),为其完成传粉工作。
(2024湖南,17,12分)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大;Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题:
(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生 ;光能转化为电能,再转化为 中储存的化学能,用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量 ,从叶绿素的合成角度分析,原因是 (答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:
① ;
② ;
③ ;
④基因测序;
⑤ 。
答案 (1)O2和H+ ATP和NADPH (2)减少 缺钾会使与叶绿素合成相关的酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,使叶绿素合成减少 (3)①分别提取该叶片组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA ②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物 ③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 ⑤和已知基因序列进行比较
解析 (1)在光反应过程中,水的光解会产生O2和H+,该过程中光能转化为电能,电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低,其原因是钾参与酶活性调节,缺钾会降低与叶绿素合成相关的酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞渗透压,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,而Mg和N是合成叶绿素的原料,因此长期缺钾会影响叶绿素的合成。(3)由题干信息知,Rubisco由两个基因编码,这两个基因及两端的DNA序列已知,因此检测Rubisco的编码基因的突变位点时,可利用PCR技术扩增突变体的相应基因,再进行电泳并与已知序列进行比较。步骤详见答案。
(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 。
答案 (1)NADPH、ATP 突变体类囊体膜蛋白的稳定性较高,叶绿素降解慢 (2)高 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)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
解析 (1)光反应产生的NADPH和ATP驱动暗反应中C3的还原。叶绿素存在于类囊体薄膜上,由图知,与野生型相比,未处理组的突变体类囊体膜蛋白稳定性较高,叶绿素降解慢,故开花后突变体叶片不易变黄。(2)与野生型相比,开花14天后突变体气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明CO2用于CO2的固定的量较多,生成的C3较多,故需要更强的光反应产生较多的NADPH和ATP来驱动暗反应的进行,故开花14天后突变体光饱和点较高。(3)蔗糖转化酶可催化蔗糖分解为单糖,光合产物从叶片运往籽粒主要以蔗糖的形式运输,与野生型相比,突变体蔗糖转化酶的活性较高,故突变体叶片中以蔗糖形式存在的光合产物较少,最终运往籽粒的蔗糖较少,故其籽粒淀粉含量低。
(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。
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”)。
答案 (1)失水 减小 (2)促进 (3)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)rhc1
解析 (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,会使细胞液浓度降低,保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后,CO2吸收减少,光合速率减小。(2)图2中,比较wt组和r组,wt组有rhc1基因产物,r组无rhc1基因产物,高浓度CO2时wt组气孔开放程度低于r组,说明rhc1基因产物促进气孔关闭。(3)图1中,干旱时脱落酸含量升高,通过蛋白丙将保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致气孔关闭,这样可以减少蒸腾作用散失水分,有利于适应干旱环境。(4)图2中,与h/r组相比,r组含ht1基因产物,高浓度CO2时r组气孔开放度高于h/r组,可推测ht1基因产物抑制蛋白丙对保卫细胞液泡的溶质的转运,从而抑制气孔关闭;wt组(含ht1基因产物和rhc1基因产物)高浓度CO2时气孔关闭,这说明rhc1基因产物可抑制ht1基因产物的作用,rhc1与ht1基因的作用关系如图所示:
故图1中的蛋白甲为rhc1基因产物。
(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”)。
答案 (1)①NADPH C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP) ②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 (2)①突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 ②蔗糖 ③高
解析 (1)①光反应中,水分解为氧和H+的同时,被色素分子夺去两个电子,电子经传递,用于NADP+与H+结合形成NADPH,故类囊体薄膜电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶催化CO2与C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP)结合生成C3,故RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②据题表可知,与野生型相比,突变体的光反应速率(光能转化效率和类囊体薄膜电子传递速率)和暗反应速率(RuBP羧化酶含量和RuBP羧化酶催化的最大速率)都快,故其光合速率高于野生型。(2)①由题意知,突变体因叶绿素含量降低(内因),在遮阴即光照强度低(外因)的情况下,水稻产量明显低于野生型。②光合作用的产物有淀粉和蔗糖,两者可以相互转化,其中蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,在开花结实期则主要运往籽粒。③光补偿点是指光合速率和呼吸速率相等时的光照强度,由于在田间遮阴条件下突变体的光合产量较低,推测其在较低光照强度下光合速率较低,故突变体的光补偿点较野生型高。
(2023浙江1月选考,23,12分)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:
(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
题图 表2
果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g)
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是 。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项 (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
(2023全国甲,29,10分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是 (答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在 上,其中类胡萝卜素主要吸收 (填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是 。
(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
答案 (1)差速离心法 类囊体薄膜 蓝紫光
(2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类 (3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
(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
考点1 光合作用的原理及应用
（2025河北，5，2分）某科创小组将叶绿素合成相关基因转入小麦愈伤组织,获得再生植株,并进行相关检测。下列实验操作错误的是( )
A.将种子消毒后,取种胚接种到适当的固体培养基诱导愈伤组织
B.在提取的DNA溶液中加入二苯胺试剂,沸水浴后观察颜色以鉴定DNA
C.将小麦色素提取液滴加到滤纸条,然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析
D.对叶片抽气处理后,转到富含CO2的清水中,探究不同光照下的光合作用强度
答案 C 种子消毒后,取种胚作为外植体,经脱分化可形成愈伤组织,该过程用的是固体培养基,A正确;DNA可用二苯胺试剂进行鉴定,在提取的DNA溶液中加入二苯胺试剂,沸水浴后呈现蓝色,B正确;色素提取与分离实验中,应用毛细吸管吸取少量色素提取液在滤纸条上画均匀且直的滤液细线,且层析时层析液不能触及滤液细线,否则色素会溶解在层析液中,无法观察到条带,C错误;对叶片抽气处理,可排除叶片中空气对光合作用的影响,将叶片转到富含CO2的清水中,使叶片沉入水底,可用于探究不同光照下的光合作用强度,D正确。
(2025山东,13,2分)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是( )
A.应使用干燥的定性滤纸
B.绿叶需烘干后再提取色素
C.重复画线前需等待滤液细线干燥
D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
答案B 叶绿素对高温敏感,烘干过程中叶绿素易被破坏;长时间高温也可导致类胡萝卜素发生氧化分解,B错误。
（2025湖北，7，2分）我国农学家贾思勰所著《齐民要术》记载:“凡五谷种子,浥郁则不生,生者亦寻死。”意思是种子如果受潮发霉就不会发芽,即使发芽也会很快死亡。下列叙述错误的是( )
A.农业生产中,种子储藏需要干燥的环境
B.种子受潮导致细胞内结合水比例升高,自由水比例降低,细胞代谢减弱
C.霉菌在种子上大量繁殖,消耗了种子的营养物质,不利于种子正常萌发
D.发霉过程中,微生物代谢产生的有害物质可能抑制种子萌发相关酶的活性
答案B 种子储藏需要干燥环境,以减少自由水含量,降低细胞呼吸速率,减少有机物消耗,A正确;种子受潮时,自由水比例应升高而非降低,结合水比例降低,此时细胞代谢应增强而非减弱,B错误;霉菌繁殖会消耗种子储存的有机物,导致种子缺乏萌发所需的营养,不利于正常萌发,C正确;霉菌代谢产物(如毒素)可能破坏种子细胞结构或抑制种子萌发相关酶活性,阻碍种子萌发,D正确。
（不定项）(2025山东,16,3分)在低氧条件下,某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究藻释放H2的培养条件,将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成2等份,1份形成松散菌-藻体,另1份形成致密菌-藻体,在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量,2种菌-藻体培养体系中的O2含量变化相同,结果如图所示。培养过程中,任意时刻2体系之间的光反应速率无差异。下列说法错误的是( )
A.菌-藻体不能同时产生O2和H2
B.菌-藻体的致密程度可影响H2生成量
C.H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜
D.培养至72 h,致密菌-藻体暗反应产生的有机物多于松散菌-藻体
答案ACD
审题指导 光合作用分为光反应和暗反应,光反应的场所为类囊体薄膜,生成O2、ATP和NADPH,暗反应场所为叶绿体基质,能够固定CO2,并利用光反应生成的ATP和NADPH,经过一系列反应生成糖类。
解析 由题干可知,蛋白F位于藻叶绿体基质中,可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2,因此H2的产生场所是该藻的叶绿体基质,C错误。光合作用光反应产生O2,光反应场所为叶绿体类囊体薄膜,结合C项可知,产生H2的场所为藻叶绿体基质,因此菌-藻体能同时产生O2和H2,A错误。由图可知,在培养过程中,致密菌-藻体培养体系H2含量大于松散菌-藻体,因此菌-藻体的致密程度可影响H2的生成量,B正确。两种体系中光反应速率相同,产生的NADPH也相同;培养至72 h,致密菌-藻体培养体系H2含量多于松散菌-藻体,推知致密菌-藻体消耗的NADPH多于松散菌-藻体,故致密菌-藻体用于光合作用暗反应的NADPH少于松散菌-藻体,因此致密菌-藻体暗反应产生的有机物少于松散菌-藻体,D错误。
【名师点睛】该题的突破口是理解藻叶绿体基质中既发生蛋白F利用H+和光合作用产生的NADPH产生H2的过程,又发生正常的暗反应产生有机物的过程。
(2025安徽,2,3分)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是( )
A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验
C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度
D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关
答案C 实验中,使用打孔器获取叶圆片时,需要避开大的叶脉,因为叶脉部位叶绿体含量少,避开大的叶脉可确保叶圆片在大小、厚度和光合能力上相对一致,减少实验误差,A正确。通过调节光源(如LED灯)与盛有叶圆片的烧杯之间的距离,可以改变光照强度(距离增加,光照强度减弱;距离减小,光照强度增强),从而设置不同光照强度的对照条件,进行对比实验,B正确。用化学传感器监测光照时的O2浓度变化得到的是净光合速率(即总光合速率-呼吸速率),计算实际光合作用强度还需要额外测量呼吸速率(通常在黑暗条件下测定O2的消耗速率),C错误。一开始叶圆片沉于水底,光合作用产生O2使其浮起,浮起快慢取决于光合作用强度,而同一烧杯中的叶圆片可能因位置差异(如相互遮挡或光源不均匀)使接受的光照强度不同,从而影响浮起的快慢,D正确。
(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
答案 C 应选择新鲜程度一致的叶片混合研磨,A错误;提取液是无水乙醇,加水补充会使乙醇浓度降低,不利于色素的提取,B错误;层析液中含有有毒的挥发性物质,应妥善处理,D错误。
(2024北京,4,2分)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验,测定单位时间单位叶面积的氧气释放量,结果如图所示。若想提高X,可采取的做法是( )
A.增加叶片周围环境CO2浓度
B.将叶片置于4 ℃的冷室中
C.给光源加滤光片改变光的颜色
D.移动冷光源缩短与叶片的距离
答案 A 题图曲线体现了光照强度对光合速率的影响,当氧气释放速率达到X时,氧气释放速率已不再随光照强度的增加而增大,要提高X,就需要考虑改变影响光合作用的其他因素,如可采取增加叶片周围环境CO2浓度,A正确;在4 ℃的冷室中,叶片中与光合作用有关的酶活性降低,光合速率下降,不能提高X,B错误;给光源加滤光片等同于降低光照强度,X可能降低,缩小冷光源与叶片的距离可增加光照强度,但对X无影响,C、D错误。
(2024北京,12,2分)五彩缤纷的月季装点着美丽的京城,其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验,难以达成目的的是( )
A.用花瓣细胞观察质壁分离现象
B.用花瓣大量提取叶绿素
C.探索生长素促进其插条生根的最适浓度
D.利用幼嫩茎段进行植物组织培养
答案 B 成熟的花瓣细胞中含有中央液泡,可用于观察质壁分离现象;月季插条易生根,可用于探索生长素促进其插条生根的最适浓度;幼嫩茎段分裂能力强可作为外植体进行植物组织培养,A、C、D不符合题意。“光谱”月季花瓣细胞中不含叶绿素,B符合题意。
(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
答案 D 叶绿素和类胡萝卜素均能吸收蓝紫光,故测定叶绿素的含量时不可使用蓝紫光波段,D错误。
(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 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此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,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,D错误。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(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 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但会使滤液细线过宽,分离后滤纸上易出现色素带重叠,B正确;该实验分离色素后,滤纸条上色素带的宽窄只能比较各种色素相对含量的多少,但不能测定各种色素的具体含量,C错误;花青素易溶于水而不易溶于石油醚等有机溶剂,若得到5条色素带,距离滤液细线最近的应为花青素,即在叶绿素b的下方,D错误。
(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 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
(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
答案 D 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
(2022江苏,5,2分)下列有关实验方法的描述合理的是 ( )
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
答案 B 胡萝卜素属于脂溶性物质,应用有机溶剂提取,而非用水提取,A错误;黑藻叶片含有叶绿体和中央液泡,用适当浓度蔗糖溶液处理,可以叶绿体的运动为标志观察到细胞质的流动,一段时间后可观察到质壁分离现象,B正确;双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应不需要加热,C错误;溴麝香草酚蓝溶液可用来检测CO2,检测酒精可用酸性重铬酸钾溶液,颜色变化为由橙色变为灰绿色,D错误。
(2022湖南,13,4分)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 ( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
(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 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
(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200 μL·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 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL L-1上升到370 μL L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL L-1上升到1 000 μL L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
(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
答案 C 自然状态下,随着环境CO2浓度升高,固定CO2的C5和相关酶达到饱和,CO2吸收速率不再增加,但一般不会出现曲线后段的下降,所以不能用曲线a表示,A错误;葡萄糖以协助扩散方式进入红细胞,膜两侧葡萄糖浓度差越大,运输速率越大,但最终受到细胞膜上葡萄糖载体数量的限制,故曲线达到最大值后维持相对稳定,不能用曲线a表示,B错误;自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化先上升后下降,关系如曲线b所示,C正确;在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度的变化而变化,清晨或傍晚光强较弱时净光合速率可能小于零,不符合曲线b,D错误。
(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 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
(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
答案 A 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
实验方案 对照组(光照时数:小时/天,6天) 实验组(光照时数: X小时/天,6天)
A. 10 4≤X<10设置梯度
B. 10 8≤X<10, 10
(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学实验,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 肝细胞里含过氧化氢酶,A正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,B正确;不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快,反之则慢,即依据溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离,C错误;蛋白质含肽键,与双缩脲试剂反应呈紫色,D正确。
(2021天津,6,4分)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是( )
A.用洋葱鳞片叶表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
答案 C 紫色洋葱鳞片叶外表皮可以用来观察细胞的质壁分离和复原现象;洋葱鳞片叶可以用来粗提取DNA;洋葱根尖分生区可以用来观察植物细胞有丝分裂。由于洋葱鳞片叶没有叶绿体,因此不能用来提取和分离叶绿体中的色素,故选C。
(2021辽宁,5,2分)下列有关中学生物学实验中观察指标的描述,正确的是 ( )
选项 实验名称 观察指标
A 探究植物细胞的吸水和失水 细胞壁的位置变化
B 绿叶中色素的提取和分离 滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄
C 探究酵母菌细胞呼吸的方式 酵母菌培养液的浑浊程度
D 观察根尖分生组织细胞有丝分裂 纺锤丝牵引染色体的运动
答案 B 探究植物细胞的吸水和失水实验中,应观察原生质层与细胞壁的位置关系,A错误;探究酵母菌细胞呼吸的方式,应检测CO2和酒精,可观察石灰水的浑浊程度,C错误;观察有丝分裂实验,主要观察染色体的形态、数目和位置,观察的细胞是死细胞,看不到纺锤丝牵引染色体的运动,D错误。
(2020江苏单科,6,2分)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
(2019课标全国Ⅰ,3,6分)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自( )
A.水、矿质元素和空气
B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤
D.光、矿质元素和空气
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
(2017课标全国Ⅲ,3,6分)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B正确;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
(2017天津理综,6,6分)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
（2025江苏，21，10分）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题:
(1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破 膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入 溶液重新悬浮,并保存备用。
(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的 溶液中,混匀后,测定出叶绿素浓度为3 μg/mL,则类囊体的浓度为 μg/mL。
(3)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有 。
(4)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度 (填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有 。
(5)在光反应研究的基础上,利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究,理论上还需要的物质有 。
答案 (1)叶绿体 等渗 (2)无水乙醇 600 (3)ATP、NADPH (4)变弱 吸收、利用光能,可分解水产生H+,转运H+等 (5)CO2、C5、暗反应相关的酶等
解析 (1)类囊体位于叶绿体内部,要使其释放出来,在细胞已被破坏的情况下还需要把叶绿体膜涨破。要保持游离类囊体正常的结构与活性,需要将其置于等渗溶液中保存。(2)利用光合色素易溶于无水乙醇的特点,可利用无水乙醇作溶剂将类囊体上的光合色素溶解并提取出来;再结合类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示,分析5 μL的类囊体悬液溶于995 μL的溶剂后,被稀释了200倍,若测得的叶绿素浓度为3 μg/mL,说明原液的类囊体浓度可表示为3 μg/mL×200=600 μg/mL。(3)光反应产物主要有氧气、ATP、NADPH等,氧气大多释放出去,留存在悬液中的主要是ATP和NADPH。(4)适宜光照下,类囊体利用吸收的光能分解水,产生O2、H+和电子等,H+会导致人工细胞pH下降,再结合荧光素Y的强弱与pH大小正相关可知,pH下降则荧光强度变弱。(5)光合作用的暗反应阶段生成糖类,该阶段除了需要光反应提供ATP和NADPH外,还依赖于一系列相关的酶以及CO2、C5等。
（2025北京，18，12分）植物的光合作用效率与叶绿体的发育(形态结构建成)密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控,以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。
(1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定,其BG基因功能缺失,命名为bg。图1是使用 观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比,可见突变体基粒(“[”所示)中的 增多。
(2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录,BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk(叶绿素含量降低)及双突变体bggk。对三种突变体进行观察,发现双突变体的表型与突变体 相同,由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。
(3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制,将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后,再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段,反应一段时间后,经电泳检测DNA所在位置,结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是 _________________________________________。
(4)基于突变体bg的表型,从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义。
答案 (1)电子显微镜(3分) 类囊体(3分) (2)gk (3)BG与GK结合抑制GK与CAO启动子片段结合 (4)BG通过动态调控叶绿体类囊体数量,有助于植物适应光强不断变化的环境
解析(1)观察细胞器的亚显微结构需使用电子显微镜。叶绿体基粒由多个类囊体堆叠而成,据图示可知,与野生型相比,突变体基粒厚度增大,即层数显著增多,类囊体个数增多。(2)根据题示信息:“BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育”,可以对如下通路进行相关分析:
(3)根据图2信息可知:
(4)光响应基因BG参与调控类囊体的形成。BG基因在正常情况下能够抑制类囊体数目过度增加(类囊体数量增加需要消耗更多蛋白质和脂质),可帮助植物在资源利用和光合效率之间达到平衡,避免过度消耗资源。BG基因的意义可能在于赋予植物动态调节类囊体结构的能力,以适应不同光照条件,优化资源利用,从而在进化过程中提高适应性和生存竞争力。
【名师点睛】
若题干中出现“A通过促进/抑制B进而影响C”相关句式,应该根据已知信息绘制信号通路图示,如本题(2),双突变体的表型一般与下游基因的突变体一致。
（2025陕晋青宁，17，10分）叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ,产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。
(2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率 (填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度 (填“大”“小”或“无法判断”)。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果 。
答案 (1)基质 ATP、NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,一方面消耗了O2,同时产生了CO2,促进了R酶与CO2的结合,另一方面释放的CO2转化成HC,促进可溶性糖等溶质的生成,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞渗透压增大吸水,气孔开度增大,有利于CO2的吸收,暗反应速率加快,提高了叶片的净光合速率,所以植株S叶片的净光合速率高于植株W (3)减小 小 (4)实验思路:构建保卫细胞中G酶基因缺失的突变体(或构建敲除了保卫细胞中G酶基因的植株),与野生型植株W在相同且适宜的条件下培养一段时间后,测定两组植株在不同光照强度下的净光合速率。
预期结果:突变体植株在不同光照强度下的净光合速率小于野生型植株W
【解析】(1)叶绿体中,CO2固定的场所是叶绿体基质。C3的还原需要光反应提供的ATP和NADPH参与。(2)由图(a)可知,G酶增加会促进甘氨酸向丝氨酸的转化,一方面消耗了O2,同时产生了CO2促进了R酶与CO2的结合,另一方面释放的CO2转化成HC,促进可溶性糖等溶质的生成,保卫细胞渗透压升高吸水使气孔开度增大,有利于增加暗反应原料CO2的供应,暗反应速率加快,提高了叶片的净光合速率,所以植株S叶片的净光合速率高于植株W。(3)根据图(a)信息,O2会与CO2竞争R酶同一活性位点,因此增大环境中O2浓度,会使植株S净光合速率减小。与植株W相比,植株S保卫细胞中G酶基因表达量增加,将甘氨酸转化为丝氨酸和CO2的量增加,使植株光合作用中可利用的CO2增多,故环境O2浓度升高时植株S光合速率的降低幅度较小,且两植株呼吸速率接近,故植株S的净光合速率降低幅度较小。(4)前述实验中,已进行了植株W(野生型)和植株S(保卫细胞中G酶表达量增加)间的比较,为了进一步证明G酶的作用,可以新增保卫细胞中G酶基因缺失突变体(或G酶基因敲除)的植株作为实验组,在与前述实验相同的条件下处理以进行对照实验观察净光合速率的变化。
(2025湖南,17,12分)对硝基苯酚可用于生产某些农药和染料,其化学性质稳定。研究发现,某细菌不能在无氧条件下生长,在适宜条件下能降解和利用对硝基苯酚,并释放CO2。在Burk无机培养基和光照条件下,培养某栅藻(真核生物)的过程中,对硝基苯酚含量与栅藻光合放氧量的关系如图a。为进一步分析栅藻与细菌共培养条件下对硝基苯酚(40 mg·L-1)的降解情况,开展了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组对比实验,结果如图b。回答下列问题:
(1)栅藻的光合放氧反应部位是 (填细胞器名称)。图a结果表明,对硝基苯酚 栅藻的光合放氧反应。
(2)细菌在利用对硝基苯酚时,限制因子是 。
(3)若Ⅰ中对硝基苯酚含量为20 mg·L-1,培养10 min后,推测该培养液pH会 ,培养液中对硝基苯酚相对含量 。
(4)细菌与栅藻通过原始合作,可净化被对硝基苯酚污染的水体,理由是 。
答案(1)叶绿体 抑制 (2)氧气 (3)升高 基本不变 (4)栅藻进行光合放氧为细菌的生长提供有氧环境,细菌降解水体中的对硝基苯酚,并将产生的CO2提供给栅藻进行光合作用
解析 (1)栅藻是真核生物,进行光合作用的细胞器是叶绿体。图a结果表明,对硝基苯酚可抑制栅藻光合放氧反应,且在一定范围内,随着对硝基苯酚浓度增加,对光合放氧的抑制作用增强。(2)由题意知,该细菌不能在无氧条件下生长,栅藻在光照下会产生氧气,分析图b知,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组对比,Ⅰ组有氧气,Ⅱ、Ⅲ组有细菌+氧气,Ⅱ、Ⅲ组对硝基苯酚相对含量下降趋势基本一致,Ⅰ组基本不变,则细菌在有氧条件下可降解对硝基苯酚,可推知细菌利用对硝基苯酚的限制因子是氧气。(3)图b中,Ⅰ组为“栅藻+光照”,对硝基苯酚含量为40 mg·L-1;分析图a可知,对硝基苯酚含量为20 mg·L-1时,栅藻进行光合放氧量较高,而光合作用会消耗培养液中的CO2,故培养液的pH会升高;结合图b可知,栅藻不能吸收利用对硝基苯酚,培养液中对硝基苯酚相对含量基本不变。(4)由Ⅲ组可知,在光照条件下栅藻进行光合放氧为细菌提供有氧环境,而细菌在有氧环境下可降解对硝基苯酚,并为栅藻提供CO2,故二者可通过原始合作净化被对硝基苯酚污染的水体。
(2025广东,18,11分)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。
回答下列问题:
(1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1 200 μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是 ,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是 。
(2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是 。
(3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为 。通路2中吸收光的物质②为 。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关。
(4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式: 。
答案(1)光照强度 植物对蓝光利用效率更高 （2）突变体水稻PIL15基因的功能缺失，使得脱落酸信号通路异常，无法正常调控气孔的开闭 （3）有机物中稳定的化学能 光敏色素
(4)光照既可以为植物提供能量,又可以作为信号
解析 (1)限制因素的分析方法如图所示:
胞间CO2浓度处于900~1 200 μmol·mol-1时,红光条件下的净光合速率达到最大值并保持稳定,稳定,低于同等条件下的蓝光对应的净光合速率,即同等CO2浓度条件下,蓝光合成有机物的速率更快,推测光合色素对不同光质(不同颜色的光)的吸收利用效率不同,蓝光条件下的光反应速率更快,产生的ATP和NADPH更多,因而C3还原速率更快,有机物合成速率也更快。
(2)(3)题目信息结合教材内容如下:
(4)综上分析,植物利用光的第一种途径是以光为能源,驱动光合作用的进行,把CO2和水合成有机物,将光能转变为化学能储存在有机物中;第二种途径是以光为信号,光敏色素接收并传递光信号影响细胞核中相关基因表达,从而调控植物的生命活动。
(2025河南,17,10分)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。
回答下列问题
(1)光对植物生长发育的作用有 和 两个方面。
(2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述 组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有 (答出2点即可)。
(3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率 (填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是 。
答案(1)为光合作用提供能量 作为一种信号调节植物生长发育 (2)①②④ 温度和二氧化碳浓度 (3)始终大于 ④组呼吸作用强于③组,但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等,所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组
解析(1)光既是光合作用的能量来源,又是一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。(2)通过②④比较可知实验光下盐胁迫对作物生长的影响,再通过①②④比较可判断实验光是否完全抵消盐胁迫对作物生长的影响。无关变量包含温度、二氧化碳浓度、光照时长等。(3)见答案。
(2025黑吉辽蒙,21,11分)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如图)和产量潜力。回答下列问题。
注:光照强度在曲线②和③中为n,在曲线①中为n×120%。
(1)Rubisco在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是 。
(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。
(3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。
答案(1)基质 C5 (ATP和NADPH中)活跃的化学能转换为有机物中稳定的化学能 (2)光照强度 CO2浓度 与曲线②相比,曲线①中S植株获得的光照更强,光反应生成了更多的ATP和NADPH,用于暗反应还原C3,生成有机物的速率更快 (3)用放射性同位素14C标记CO2供作物进行光合作用,在饱和光照、适宜CO2浓度等相同条件下,同时培养相同数量的长势良好且生理状况相似的WT植株和S植株,检测并比较相同时间内两组植株中的14C标记的C3的量。
解析 (1)Rubisco参与暗反应,在叶绿体基质中催化C5与CO2结合。部分产物(指的是C3)经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中的能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转换为有机物中稳定的化学能。(2)据图分析,B点后,S组(曲线②)的光合速率低于S+补光组(曲线①),但与WT组(曲线③)相同,说明当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于光照强度不足。A点之前,胞间CO2浓度较低,即使补光,也不能使作物的光合速率提高,因此此时的主要限制因素是CO2浓度。当胞间CO2浓度为300 μmol·mol-1时,S+补光组(曲线①)的光合速率高于S组(曲线②),分析可知,S+补光组光照强度更强,光反应生成了更多的ATP和NADPH,用于暗反应还原C3,生成有机物的速率更快,故曲线①比②光合速率更高。(3)要使用同位素标记的方法来验证“在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快”,自变量是植株的种类,因变量是植株固定CO2生成C3的速率,注意无关变量的控制,实验方法是同位素标记法,实验思路设计见答案。
21.(2025山东,21,9分)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是 ;叶绿体中含有许多由类囊体组成的 ,扩展了受光面积。
(2)据图分析,生成NADPH所需的电子源于 。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、 。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有 。
(3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为 。
答案(1)磷脂双分子层 基粒 (2)H2O 丙酮酸和[H](NADH) O2和CO2 (3)途径①以电能的方式耗散光能;途径②以热能的方式耗散光能
解析 (1)生物膜的基本支架为磷脂双分子层,每个基粒由一个个类囊体堆叠而成。(2)图中虚线箭头表示电子的传递路径,据图可知,电子来源于水的光解。用含3H2O的溶液培养绿藻,3H2O可参与光合作用而使主要光合产物葡萄糖含3H标记(3H2O光解得到3H+→3H+参与NADPH的合成→NADPH(含3H)参与C3的还原→含3H标记的葡萄糖),以含3H标记的葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,葡萄糖在细胞质基质被分解成含3H标记的丙酮酸和NADH,含3H标记的丙酮酸和3H2O可进入线粒体基质反应生成CO2和含3H标记的NADH。绿藻可利用O通过光合作用生成18O2,也可利用3H2O通过有氧呼吸第二阶段生成C18O2。(3)据图可知,途径①一部分电子传递给O2生成H2O2,进一步将H2O2分解为H2O,主要以电能的方式耗散光能。途径②Y将一部分光能传递给Z,Z将光能转化为热能,以热能的方式耗散光能,减弱光能对光合系统的损伤。
(2025浙江1月选考,22,11分)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成的花球,采摘后容易出现褪色、黄化、老化等现象。某兴趣小组进行如下实验,以探究西兰花花球的保鲜方法。
实验分黑暗组、日光组和红光组三组。日光组和红光组的光照强度均为50 μmol·m-2·s-1。各处理的西兰花花球均贮藏于20 ℃条件下,测定指标和结果如图所示。
回答下列问题:
(1)西兰花花球采摘后水和 供应中断。水是光合作用的原料,在光反应中,水裂解产生O2和 。
(2)三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而 。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组,原因有 。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组,原因可能是日光诱导气孔开放,引起 增强从而散失较多水分。
(3)第4天日光组和红光组的 下降比黑暗组更明显,但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组,因此推测日光或红光照射能减轻 过程产生的过氧化氢对细胞的损伤,从而延缓衰老。
(4)第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象,原因是 。综合分析图中结果, 处理对西兰花花球保鲜效果最明显。
答案 (11分,除了特殊标注外,其余每空1分) (1)矿质营养 H+和e-(氢) (2)增大 这两组通过光合作用合成有机物,抑制细胞呼吸,减少了有机物的消耗(2分) 蒸腾作用 (3)呼吸强度 细胞代谢 (4)叶绿素含量少(合成少/分解多),类胡萝卜素比例升高(2分) 红光
解析 (1)西兰花花球采摘后离开了植株,水和矿质元素供应中断。水在光反应中裂解产生O2、H+和e-。(2)由质量损失率-贮藏时间柱形图,可知三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而增大。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组,原因有:①日光组和红光组的花球可以进行光合作用合成有机物;②由呼吸强度-贮藏时间柱形图可知,黑暗组呼吸强度一般较大,可知日光和红光抑制了细胞呼吸,减少了有机物消耗;③由过氧化氢酶活性-贮藏时间柱形图还可推知黑暗组酶活性小,过氧化氢分解少,对细胞损伤大,反之,日光组和红光组细胞损伤小。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组,原因可能是日光诱导气孔开放,引起蒸腾作用增强从而散失较多水分。(3)由图可知,第4天日光组和红光组比黑暗组下降更明显的指标只有呼吸强度,但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组,过氧化氢有氧化性,会对细胞造成损伤,过氧化氢酶可催化过氧化氢分解,从而减少其对细胞的损伤,因此推测日光或红光照射能减轻细胞代谢过程产生的过氧化氢对细胞的损伤,从而延缓衰老。(4)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成的花球,推知绿色花蕾有叶绿体。第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象,原因是叶绿素合成少或分解多,叶绿素含量减少,而类胡萝卜素较稳定,从而呈现黄色。综合分析图中结果,三组中红光组呼吸强度最小、过氧化氢酶活性最高、质量损失率最小、叶绿素含量最高,故红光处理对西兰花花球保鲜效果最明显。
(2024重庆,18,11分)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一,黄连生长缓慢,存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。
(1)探寻提高黄连产量的技术措施,研究人员对黄连的光合特征进行了研究,结果见图1。
①黄连的光饱和点约为 μmol·m-2·s-1。光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,胞间CO2浓度增加主要是由于 。
②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 (答2点)。
(2)黄连露天栽培易发生光抑制,严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)。为减轻光抑制,黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括 (多选)。①叶片叶绿体避光运动,②提高光合产物生成速率,③自由基清除能力增强,④提高叶绿素含量,⑤增强热耗散。
(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制,为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是 。
答案 (除标注外每空2分,共11分)(1)①500(1分) 光合作用受到抑制,消耗的CO2减少,且气孔导度增加 ②黄连在弱光条件下随光强增加生长速度加快,光照过强其生长速度减慢 叶片较薄,叶绿素较多(叶色深绿,叶绿体颗粒较大,叶绿体类囊体膜面积更大) (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加光合面积,补充CO2提高暗反应
命题点:光合作用
解析 (1)①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度,由图1净光合速率的曲线可知,当光照强达到约500 μmol·m-2·s-1时光合速率不再增加;光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,净光合速率下降,光合作用受到抑制,消耗的CO2减少,且气孔导度增加,所以胞间CO2浓度增加。②由图1净光合速率曲线可知光强对黄连生长的影响主要表现为弱光条件下随光强增加生长速度加快,光照过强其生长速度减慢;弱光时,可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率,所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄,叶绿素较多。(2)①叶片叶绿体避光运动,可减少对光的吸收;②提高光合产物生成速率,从而提高光合速率,消耗更多的光能;③自由基清除能力增强,可减少对光合结构的破坏;④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收,不能减轻光抑制;⑤热耗散为图2中光能的主要去向,增强热耗散也可减轻光抑制。故答案为①②③⑤。(3)为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积,补充CO2提高暗反应等。
(2024江苏,20,11分)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:
(1)图1中,H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。
(2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是 (从“甲”“乙”中选填);据图判断,总光合速率最高时对应的温度是 (从“20 ℃”“ 25 ℃”“30 ℃”中选填),理由为 。
(3)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
测定样液 蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血球计数板计数。取样前需①
浓缩蓝细菌 ②
③ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放
建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算
答案 (11分,特殊注明除外,每空1分)(1)选择透过性 ATP、NADPH(2分) 细胞质基质 (2)乙 30 ℃ 30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率二者之和最高 (3)①摇匀 ②将稀释样液离心,取下层沉淀物 ③提取叶绿素(溶解蓝细菌) ④防止叶绿素降解
解析 (1)类囊体膜允许某些物质通过,也会限制另一些物质通过,这体现了类囊体膜具有选择透过性。碳反应中,在有关酶的催化下,C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下,经过一系列生化反应,部分转变为糖类,部分形成C5,蓝细菌是原核生物,此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。(2)细胞呼吸的最适温度一般高于光合作用的最适温度,因此,当细胞呼吸处于最适温度时,细胞呼吸旺盛,而光合作用可能已经有所减弱,由此推测图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙,即净光合速率曲线。总光合速率=净光合速率+呼吸速率,结合图2曲线分析,在20 ℃~30 ℃,30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高,则总光合速率最高。(3)①用血球计数板对蓝细菌计数时,取样前需振荡摇匀,以保证计数的准确性。②为了浓缩蓝细菌,需将稀释样液离心,取下层沉淀物。③依据“无水乙醇等有机溶剂能溶解光合色素”推测,将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮是为了提取叶绿素a。④用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放,以防止叶绿素降解。
(2024甘肃,17,11分)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ,加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为 。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;② 。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是 。
若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计:
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在 条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果: 。
答案 (1)无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成 (3)正常光照下纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求 (4)与野生型相比,正常光和弱光下纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量均极低 (5)脱落酸 ①弱光 ②气孔大小 ③B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同
解析 (5)由题干“干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量”“白色种子未完全成熟即可在母体上萌发”可推知,激素X为脱落酸,因为脱落酸可维持种子休眠,促进气孔关闭(气孔关闭可减少水分蒸发,利于其在干旱环境下生存)。①结合(3)知,正常光照下,纯合突变体无法生长,故萌发后应该在弱光条件下培养一周。②干旱处理能提高野生型植株中脱落酸的含量,但不影响纯合突变体中脱落酸含量,已知脱落酸可以促进气孔关闭,由题干知,取叶片在显微镜下观察、测量,故推知,测量指标是气孔大小。③干旱条件下,野生型植株脱落酸含量升高,脱落酸可促进气孔关闭,而纯合突变体存在脱落酸的合成缺陷,故预期结果为B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同。
(2024浙江6月选考,24,14分)原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片绿色。回答下列问题:
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色后提出了问题:红叶是否具有光合作用能力
②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法:先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加KI-I2溶液(或碘液),观察颜色变化。
③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设: 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理 预期结果
绿叶+光照 变蓝
绿叶+黑暗 不变蓝
ⅰ ⅱ
ⅲ ⅳ
⑤分析:检测叶片淀粉的方法中,叶片浸入沸水处理的目的是 。热甲醇处理的目的是 。
(2)对一品红研究发现,红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)·m-2和0.20 g(Chl)·m-2,红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力;ETR值反映光合膜上电子传递的速率,与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
甲乙
①分析图甲可知,在光强500~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,相对于绿叶,红叶的 能力较弱。分析图乙可知,在光强800~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,红叶并未出现类似绿叶的光合作用被 现象。结合图丙可知,强光下,贮藏于红叶细胞 内的花青素可通过 方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实,生长在高光强环境下的一品红,红叶叶面积大,颜色更红。综合上述研究结果可知,在强光环境下,红叶具有较高花青素含量和较大叶面积,其作用除了能进行光合作用外,还有保护 的功能。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引 ,完成传粉。
答案 (除特殊标注外,其余每空1分)(1)③答案一:若一品红的红色叶片具有光合作用的能力,则红色叶片内可检测到淀粉;答案二:若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力,则红色叶片内无法检测到淀粉
④答案一:
分组处理 预期结果
ⅰ红叶+光照 ⅱ变蓝
ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝
答案二:
分组处理 预期结果
ⅰ红叶+光照 ⅱ不变蓝
ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝
(说明:④与③答案对应;ⅰ和ⅱ都正确得1分、ⅲ和ⅳ都正确得1分) ⑤增加细胞透性,使水溶性色素渗出(2分) 充分去除脂溶性色素(2分) (2)①叶绿体去除过剩光能 抑制 液泡 吸收光能 ②自身和下部绿叶(2分) 媒介生物
解析 (1)③光合作用的产物淀粉可通过碘液进行检测,因此可通过检测红叶中是否有淀粉来判断红叶是否具有光合作用能力。④根据前两个分组处理可推出后两个分组处理应为红叶+光照(ⅰ)、红叶+黑暗(ⅲ),若红叶可以进行光合作用,则可产生淀粉,ⅱ变蓝、ⅳ不变蓝(答案一),其中ⅳ不变蓝能证明红叶中的淀粉是通过光合作用产生的,而不是通过其他途径获得的;若红叶不可进行光合作用,则ⅱ、ⅳ均不变蓝(答案二)。⑤沸水处理可以使细胞死亡(透性增加),使水溶性色素渗出,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰;光合色素等脂溶性色素能溶解于有机溶剂中,用热甲醇处理可以溶解叶片中的光合色素,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰。(2)①分析图甲可知,自变量为光强和叶片颜色,因变量为qNP值,当光强为500~2 000 μmol·m-2·s-1时,红叶qNP值较小,即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。分析图乙可知,随着光强的增加,绿叶的ETR值显著增大,但光照强度超过800 μmol·m-2·s-1时,ETR值减小,即随着光照强度增加,绿叶光合速率先增大后减小,由此可推出光强800~2 000 μmol·m-2·s-1时,绿叶的光合作用会被抑制;而在光强为800~2 000 μmol·m-2·s-1时,红叶的光合作用强度可随光强增大而增大,并未出现光合作用被抑制的现象。结合图丙可知,花青素主要吸收400~600 nm波长的光,可推知储藏在细胞液泡中的花青素,可通过吸收光能的方式,保护叶绿体不受强光损伤。②综合上述研究结果可知,在强光环境下,富含花青素(可吸收光能)和有较大叶面积的红叶(可遮光)能有效保护自身和下部绿叶不受强光损伤。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引媒介生物(如蜜蜂、蝴蝶等),为其完成传粉工作。
(2024湖南,17,12分)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大;Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题:
(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生 ;光能转化为电能,再转化为 中储存的化学能,用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量 ,从叶绿素的合成角度分析,原因是 (答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:
① ;
② ;
③ ;
④基因测序;
⑤ 。
答案 (1)O2和H+ ATP和NADPH (2)减少 缺钾会使与叶绿素合成相关的酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,使叶绿素合成减少 (3)①分别提取该叶片组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA ②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物 ③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 ⑤和已知基因序列进行比较
解析 (1)在光反应过程中,水的光解会产生O2和H+,该过程中光能转化为电能,电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低,其原因是钾参与酶活性调节,缺钾会降低与叶绿素合成相关的酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞渗透压,进而影响细胞对Mg、N等的吸收,而Mg和N是合成叶绿素的原料,因此长期缺钾会影响叶绿素的合成。(3)由题干信息知,Rubisco由两个基因编码,这两个基因及两端的DNA序列已知,因此检测Rubisco的编码基因的突变位点时,可利用PCR技术扩增突变体的相应基因,再进行电泳并与已知序列进行比较。步骤详见答案。
(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 。
答案 (1)NADPH、ATP 突变体类囊体膜蛋白的稳定性较高,叶绿素降解慢 (2)高 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)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
解析 (1)光反应产生的NADPH和ATP驱动暗反应中C3的还原。叶绿素存在于类囊体薄膜上,由图知,与野生型相比,未处理组的突变体类囊体膜蛋白稳定性较高,叶绿素降解慢,故开花后突变体叶片不易变黄。(2)与野生型相比,开花14天后突变体气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明CO2用于CO2的固定的量较多,生成的C3较多,故需要更强的光反应产生较多的NADPH和ATP来驱动暗反应的进行,故开花14天后突变体光饱和点较高。(3)蔗糖转化酶可催化蔗糖分解为单糖,光合产物从叶片运往籽粒主要以蔗糖的形式运输,与野生型相比,突变体蔗糖转化酶的活性较高,故突变体叶片中以蔗糖形式存在的光合产物较少,最终运往籽粒的蔗糖较少,故其籽粒淀粉含量低。
(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。
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”)。
答案 (1)失水 减小 (2)促进 (3)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)rhc1
解析 (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,会使细胞液浓度降低,保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后,CO2吸收减少,光合速率减小。(2)图2中,比较wt组和r组,wt组有rhc1基因产物,r组无rhc1基因产物,高浓度CO2时wt组气孔开放程度低于r组,说明rhc1基因产物促进气孔关闭。(3)图1中,干旱时脱落酸含量升高,通过蛋白丙将保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致气孔关闭,这样可以减少蒸腾作用散失水分,有利于适应干旱环境。(4)图2中,与h/r组相比,r组含ht1基因产物,高浓度CO2时r组气孔开放度高于h/r组,可推测ht1基因产物抑制蛋白丙对保卫细胞液泡的溶质的转运,从而抑制气孔关闭;wt组(含ht1基因产物和rhc1基因产物)高浓度CO2时气孔关闭,这说明rhc1基因产物可抑制ht1基因产物的作用,rhc1与ht1基因的作用关系如图所示:
故图1中的蛋白甲为rhc1基因产物。
(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”)。
答案 (1)①NADPH C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP) ②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 (2)①突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 ②蔗糖 ③高
解析 (1)①光反应中,水分解为氧和H+的同时,被色素分子夺去两个电子,电子经传递,用于NADP+与H+结合形成NADPH,故类囊体薄膜电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶催化CO2与C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP)结合生成C3,故RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②据题表可知,与野生型相比,突变体的光反应速率(光能转化效率和类囊体薄膜电子传递速率)和暗反应速率(RuBP羧化酶含量和RuBP羧化酶催化的最大速率)都快,故其光合速率高于野生型。(2)①由题意知,突变体因叶绿素含量降低(内因),在遮阴即光照强度低(外因)的情况下,水稻产量明显低于野生型。②光合作用的产物有淀粉和蔗糖,两者可以相互转化,其中蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,在开花结实期则主要运往籽粒。③光补偿点是指光合速率和呼吸速率相等时的光照强度,由于在田间遮阴条件下突变体的光合产量较低,推测其在较低光照强度下光合速率较低,故突变体的光补偿点较野生型高。
(2023浙江1月选考,23,12分)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:
(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
题图 表2
果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g)
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是 。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项 (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
(2023全国甲,29,10分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是 (答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在 上,其中类胡萝卜素主要吸收 (填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是 。
(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
答案 (1)差速离心法 类囊体薄膜 蓝紫光
(2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类 (3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
(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
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