2023届高考生物二轮复习光合作用作业含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习光合作用作业含答案，共36页。试卷主要包含了以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验等内容，欢迎下载使用。
专题6　光合作用
高频考点
考点1　捕获光能的色素与结构
该考点中基础部分训练内容为光合色素的提取与分离,重难部分为光合色素的种类和作用及提取与分离等,综合部分为不同因素对植物光合色素的影响其探究等。
基础
1.(2020江苏,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　
2.(2021江苏新高考适应卷二,9)某研究小组以绿色果肉猕猴桃果实为材料,采用分光光度计法,选用红光波长测定叶绿素的含量,实验流程为:去皮打浆→称重取样→乙醇定容混匀→离心→取上清液测定→计算叶绿素含量。下列相关叙述正确的是(　　)
A.选用红光波长测定是因为叶绿素仅在红光区有吸收峰
B.为将叶绿素从液泡中提取出来,乙醇与果肉须充分混匀
C.为防止叶绿素被破坏,离心后应及时在提取液中加入碳酸钙
D.如果先离心后加乙醇定容,可能会导致测定结果偏低
答案　　D　
重难
3.(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　
4.(2022淮安期中,14)南通某中学课外兴趣小组利用如图所示的装置对绿叶中的色素进行分离、收集实验,其中层析柱是在注射器的外套内加入脱脂棉、滤纸纤维粉压实制成,底部注射器可收集相应色素溶液。分离色素时先在层析柱中滴加7~8滴色素提取液,待干后重复3次,再打开输液器调节阀,滴加石油醚进行层析。相关叙述错误的是(　　)

A.分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度大
B.重复3次滴加色素提取液可提高收集色素的量
C.层析柱需达到一定高度才能确保不同色素相互分离开
D.第一个分离出来的色素是胡萝卜素,其液体呈橙黄色
答案　　A　
5.(2019江苏,17,2分)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻(蓝细菌)经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)

A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C.在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作
D.实验验证了该种蓝藻(蓝细菌)没有叶绿素b
答案　　D　
综合
6.(2020浙江7月选考,27,7分)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题:
(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生　　　　现象来判断。 
(2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏　　色。分离光合色素时,因不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的　　　不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的　　　。 
(3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后,　　　　　有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂　　　　期细胞的染色体,原因是　 
　。 
答案　　(1)质壁分离　(2)黄　移动速率　吸收光谱　(3)轻压盖玻片　中　中期的染色体缩短到最小的程度,最便于观察和研究
考点2　光合作用的原理与应用
该考点中基础部分训练内容为光合作用过程及其影响因素分析与应用等,重难部分为光合作用过程及其原理在生产实践中的应用及对影响因素的探究等,综合部分为结合生活实际中的不同方面,探究某因素对光合作用的影响等。
基础
1.(2021广东,12,2分)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是(　　)
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
答案　　D　
2.(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
答案　　A　
3.(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　
重难
4.(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(不定项)(　　)
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　
5.(2022南通海门中学期末,15)“光斑”是阳光穿过树冠枝叶投射到地面的光点,它会随太阳运动和枝叶摆动而移动。如图表示某一生长旺盛的植物细胞的叶绿体在“光斑”照射前后O2释放速率和CO2吸收速率的变化曲线,下列叙述正确的是(多选)(　　)

A.“光斑”照射前,植物进行着较弱的光合作用
B.“光斑”照射后,短时间内C3含量增多
C.图示O2释放速率的变化说明暗反应限制了光反应
D.CO2吸收曲线AB段的变化说明暗反应与光照有关
答案　　ACD　
6.(2022南京、盐城一模,21)甜瓜是新疆重要的经济作物。图1为甜瓜叶绿体内进行的光合作用过程。磷酸转运器是叶绿体膜上的重要蛋白质。在有光条件下,磷酸转运器将磷酸丙糖不断运出叶绿体用于蔗糖合成,同时将释放的Pi运回叶绿体。温室种植甜瓜常需要补光以增加产量。图2表示三种不同补光条件下甜瓜光合速率的曲线图。请回答下列问题:

图1

图2
(1)图1中,场所Ⅰ处影响光合速率的内因主要有　　　　　和光反应相关的酶等;场所Ⅱ的名称是　　　　。 
(2)图1中,物质C是　　　　　　　,物质B的去向是进入　　　　和大气中。若其他条件不变,CO2供应突然减少,则短时间内物质E的相对含量将　　　　。 
(3)据图1分析,若磷酸转运器的活性受抑制,则甜瓜的光合速率将　　　　。 
(4)据图2分析,　　　　更有利于提高甜瓜的产量,其原因是该措施能直接促进光合作用　　　　阶段的效果更显著。 
(5)随着温室甜瓜补光天数的增加,发现有些甜瓜出现叶面发黄的现象,从而降低了甜瓜的光合速率。瓜农经多年种植发现用苦豆子作为绿肥可解决这一问题。研究人员测定了不同苦豆子绿肥施用量下甜瓜的单果重及粗蛋白、Vc(维生素C)含量,M0~M4组分别是每株0 g、100 g、200 g、300 g、400 g的绿肥施用量,结果如图3所示。据此分析,甜瓜品质最佳的苦豆子绿肥施用量是　　　　组。 


图3
答案　　(1)光合色素　叶绿体基质　(2)NADPH和ATP　线粒体　减小　(3)降低　(4)红光补光　光反应　(5)M3(或300 g/株)
综合
7.(2022南京六校联合体期初,20)淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物,马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏,红薯叶片合成的有机物主要运向块根储存,如图1是光合作用产物的形成及运输示意图。请分析回答:

图1
(1)提取并分离马铃薯下侧叶片叶肉细胞叶绿体中的光合色素,提取液是　　　　,在提取过程中还需要加入　　　　化学试剂,层析后的滤纸条上最宽的色素带是　　　　(填色素名称)。 
(2)图中②过程需要光反应提供　　　　将C3转变成磷酸丙糖。在电子显微镜下观察,可看到叶绿体内部有一些颗粒,它们被看作是叶绿体的“脂质仓库”,其体积随叶绿体的生长而逐渐变小,可能的原因是颗粒中的脂质参与构成　　　结构。 
(3)气孔有利于CO2进入植物叶片进行光合作用,但同时也是蒸腾作用丧失水分的门户。科研人员在拟南芥气孔周围的保卫细胞中表达了一种K+载体蛋白(BLINK1),如图2所示。该载体蛋白能调控气孔快速开启与关闭,而野生拟南芥无BLINK1,气孔开闭较慢。图3表示拟南芥在一天中连续光照和间隔光照(强光和弱光交替光照)下的实验结果。

图2

图3
①据图2分析,转基因拟南芥保卫细胞吸收K+的方式为　　　　　　　,K+进入保卫细胞后,提高了细胞内的　　　　,导致气孔快速开启。若通过一定办法测得某株拟南芥单位时间内二氧化碳的吸收量与氧气的消耗量相等,一段时间后该植物的干重将　　　　。 
②结合题干信息及图3可知,　　　　条件下,转基因植株每升水可产生植物茎的干重大于野生植株,其原因可能是　  　。 
答案　　(1)无水乙醇　CaCO3和SiO2　叶绿素a　(2)NADPH和ATP　叶绿体中的膜(答案合理即可)　(3)①主动运输　渗透压　增加　②间隔光照　相对于野生型,在间隔光照下,含BLINK1的植株弱光时气孔能快速打开吸收CO2,强光时气孔能快速关闭减少水分蒸发
8.(2020江苏,27,8分)大豆与根瘤菌是互利共生关系,如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径,请据图回答下列问题:

(1)在叶绿体中,光合色素分布在　　　　　上;在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和　　　　。 
(2)如图所示的代谢途径中,催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在　　　　　　中,PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖,催化TP合成蔗糖的酶存在于　　　　　　　。 
(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成,氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成　　　　键。 
(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自　　　;根瘤中合成ATP的能量主要源于　　　的分解。 
(5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是　。 
答案　　(1)类囊体(薄)膜　C5　(2)叶绿体基质　细胞质基质　(3)肽　(4)光能　糖类　(5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小)
9.(2020山东,21,9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。

(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是　　　　　　　　　,模块3中的甲可与CO2结合,甲为　　　　　　。 
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将　　(填:“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是　。 
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量　　　　(填:“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是　。 
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是　　　　　　　　　。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 
答案　　(1)模块1和模块2　五碳化合物(或:C5)　(2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足　(3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或:植物呼吸作用消耗糖类)　(4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少
考点3　光合作用与细胞呼吸
该考点中基础部分训练内容为光合作用和呼吸作用的物质和能量变化及影响因素,以及相关模型分析;重难部分为结合具体情境分析,考查光合作用和呼吸作用的关系及其影响因素的探究;综合部分多为以影响经济作物的产量等方面作试题情境,综合考查影响光合作用和呼吸作用的因素及实验探究等内容。
基础
1.(2022淮安期中,8)如图表示某细胞中发生的物质代谢过程(①~④表示不同过程),有关叙述错误的是(　　)

A.①过程可在线粒体中进行,也可在细胞质基质中进行
B.②过程可产生[H],也可消耗[H]
C.③过程可消耗ATP,也可储存能量
D.④过程可在叶绿体中进行,也可不在叶绿体中进行
答案　　A　
2.(2022盐城阜宁中学三检,6)设置不同CO2浓度,分组光照培养蓝藻,测定净光合速率和呼吸速率(光合速率=净光合速率+呼吸速率),结果见图。据图判断,下列叙述正确的是(　　)

A.与d3浓度相比,d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生成的NADPH多
B.与d2浓度相比,d3浓度下单位时间内蓝藻细胞呼吸过程产生的ATP多
C.若d1、d2、d3浓度下蓝藻种群的K值分别为K1、K2、K3,则K1>K2>K3
D.密闭光照培养蓝藻,测定种群密度及代谢产物即可判断其是否为兼性厌氧生物
答案　　A　
3.(2022扬州中学3月月考,5)如图表示在光照充足、CO2浓度适宜的条件下,温度对某植物光合速率和呼吸速率的影响结果。下列相关叙述错误的是(　　)

A.该植物在30 ℃时生长速度最快
B.该植物细胞呼吸的最适温度大于光合作用的最适温度
C.温度高于40 ℃时,该植物不能正常生长
D.在15~35 ℃范围内,随着温度的升高,该植物的生长速度逐渐变快
答案　　D　
重难
4.(2021广东,15,4分)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是(　　)


A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
答案　　D　
5.(2022扬州期末,3)如图表示夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化曲线,据图分析有关叙述正确的是(　　)

A.一天中适当遮光均会显著增强净光合速率
B.a~b段叶肉细胞内合成ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
C.M点时该植物体内叶肉细胞消耗的二氧化碳量一般大于该细胞呼吸产生的二氧化碳量
D.6:30左右在不遮光的条件下限制该植物光合速率的主要环境因素是二氧化碳浓度
答案　　C　
综合
6.(2022全国甲,29,9分)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是　 (答出3点即可)。 
(2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是  　(答出1点即可)。 
(3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是　 。 
答案　　(1)O2、NADPH、ATP　(2)部分光合产物用于叶片自身的细胞呼吸,为新陈代谢提供能量;部分光合产物用于叶片自身的生长发育　(3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,与C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,能在较低浓度的CO2条件下,固定利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长
7.(2021江苏,20,11分)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。

(1)叶绿体在　　　　　　　上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是　　　　　　　　　　　。 
(2)光合作用时, CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3)。为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生　　　　;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了　　　　个CO2分子。 
(3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的　　　　中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为　　　　中的化学能。 
(4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是:取培养10~14 d大麦苗,将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定、计算光合放氧速率(单位为μmol O2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。
实验步骤的目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
①　　　　　　　　　　　　(2分) 
②　　　　　　　　　　　　　 
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③　　　　　　　　　　(2分) 
称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定
答案　　(1)类囊体膜　叶绿素和类胡萝卜素　(2)C5　12　(3)[H](NADPH)　ATP　(4)①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮　②减少叶片差异产生的误差　③叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)

易混易错
易混　光合色素的吸收光谱
1.(2021南通如皋期末,16)如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。植物进行光合作用时,下列物质的变化趋势与作用光谱基本一致的是(多选)(　　)

A.O2的释放量　　　　　B.有机物的生成量
C.C3的总量　　　　　D.C5的总量
答案　　AB　
易错　光合色素含量和溶解度
2.(2021扬州期初,17)下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法中错误的有(多选)(　　)

A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏
B.水稻在收获时节,叶片中色素量是(甲+乙)>(丙+丁)
C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大
D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光
答案　　BCD　
疑难　外界条件骤变对光合作用相关物质含量的影响
3.(2021扬州期中,11)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上,短期内检测到叶绿体中C3的含量下降,C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是(　　)
A.促进叶绿体中CO2的固定　　　　　
B.促进叶绿体中ATP的合成
C.抑制叶绿体中NADPH的形成　　　　　
D.抑制叶绿体中有机物的输出
答案　　B　
4.(2021南通启东质检,4)如图是菠菜叶肉细胞进行光合作用的部分过程,其中a~c代表相关物质,①~③代表相关生理过程,下列叙述正确的是(　　)

A.叶肉细胞呼吸作用过程中也能产生物质a
B.过程①无需酶参与,过程②③需要酶参与
C.过程②的产物除b外还有ADP和Pi
D.物质c减少,将导致物质a和b减少
答案　　C　
题型模板
模型一　光合作用和细胞呼吸综合曲线
典型模型
模型　“三率”经典曲线
模型解读:“三率”指呼吸速率、净光合速率、真正(总)光合速率。通过分析曲线图中点的含义(及曲线变化趋势),来判断环境因素或植物自身特性对“三率”的影响。
1.(2018江苏,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　
变式模型
变式1　自然环境中某时间段植物光合曲线
模型特征:分析CO2吸收或释放速率随时间的变化曲线,明确曲线与坐标轴的交点、曲线的最高点和最低点的含义,解读曲线变化的原因,如晴朗的夏季中午有些植物会因部分气孔关闭而出现“午休现象”,该阶段曲线呈“V”型。
2.(2022南通一检,15)夏季晴朗的一天,甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2 吸收速率的变化如图,下列说法正确的是(多选)(　　)

A.甲植株在a点之前进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线bc 段和de段下降的原因相同
D.两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
答案　　AD　
3.(2021湖南郴州模拟,3)如图是三倍体无子西瓜叶片净光合速率(用Pn表示)与胞间CO2浓度(用Ci表示)的日变化曲线,以下分析正确的是(　　)

A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少
C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
答案　　D　
变式2　密闭容器中的植物光合曲线
模型特征:处于密闭透光小室中的植物,光合作用所需要的CO2有两个来源:一是自身呼吸作用产生的CO2,二是从密闭小室中吸收的CO2。密闭小室内CO2浓度变化反映了光合作用强度和呼吸作用强度间的关系。
4.(2022山东邹城期中,17)将一植株放在密闭玻璃罩内,置于室外一昼夜,获得实验结果如图所示。下列说法正确的是(不定项)(　　)

甲

乙
A.图甲中的C点之前植物已经开始进行了光合作用
B.图甲中的F点对应图乙中的g点
C.到达图乙中的d点时,玻璃罩内的CO2浓度最高
D.经过这一昼夜之后,植物体的有机物含量会增加
答案　　ACD　
实践应用
5.(2022江苏扬州高邮期初,20节选)如图甲表示在最适温度及其他条件保持不变的情况下植物叶片CO2释放量随光照强度变化的曲线,图乙表示在不同温度条件下CO2浓度对净光合速率的影响,请分析回答:

甲

乙
(1)图甲中,E点后曲线保持水平不变,此时限制植物光合作用速率的主要环境因素是　　　　　　　　,若图中其他条件不变,温度上升5 ℃,则E点将向　　　　方向移动(选填“左上”“左下”“右上”或“右下”)。图中C点对应光照强度下,叶绿体中磷酸的移动方向是　　　　　　　　　。 
(2)据图乙可知,与20 ℃相比,温度为15 ℃时,增加CO2浓度对提高净光合速率的效果不显著,其原因是　　　　　　　　　　　　。当CO2浓度低于300 μmol·L-1时,28 ℃条件下植物净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃,原因可能是　。 
(3)干旱可导致叶肉细胞中光合色素含量减少,　　　　　供给减少,从而使光合作用过程减弱。在干旱条件下,与大气CO2浓度相比,CO2浓度倍增能使光饱和点　　　　(选填“增大”或“减小”)。 
答案　　(1)CO2浓度　左上　叶绿体基质到类囊体薄膜　(2)由于温度偏低,酶不能充分发挥催化作用(或酶活性较低)　真正光合速率都不高,而28 ℃时的呼吸速率又很强　(3)ATP和NADPH　增大
模型二　光合作用与细胞呼吸实验探究
典型模型
模型　气体体积变化法
模型特征:通过测定密闭容器中O2或CO2在单位时间内的体积变化量,计算植物的净光合速率或呼吸速率。
1.(2022湖北黄冈期中,8)利用如图所示装置可探究某生存状态良好的绿色植物的生理作用。假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖,且不能进行产生乳酸的无氧呼吸(忽略装置内其他微生物的干扰)。下列相关叙述,正确的是(　　)

A.若要验证该植物在光下释放氧气,应将装置二和三分别放在黑暗和光照条件下
B.若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料,应选择装置一和装置三
C.光照条件下,装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量
D.黑暗条件下,若装置一、二中的红色液滴均不移动,则该植物只进行有氧呼吸
答案　　B　
变式模型
变式1　黑白瓶法
模型特征:将装有水和水生植物的黑、白(即透光)玻璃瓶置于相同水层中,测定单位时间内瓶中溶氧量的变化,借此测定水生植物的光合速率和呼吸速率。
2.(2019全国Ⅱ,31,11分)回答下列与生态系统相关的问题。
(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自　　　　,生产者的能量可以直接流向　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。 
(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内　; 
C与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　　　;A与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　　　　。 
答案　　(1)太阳能　初级消费者、分解者　(2)生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量
变式2　间隔光照法
模型特征:持续光照下,光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被暗反应完全利用,从而降低了光能的利用率。在光照强度与光照时间不变的情况下,交替光照比连续光照制造的有机物多。
3.(2022河北邯郸一中期末,7)研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料,在相同的条件下进行了四组实验,每组处理的总时间为135 s。其中D组连续光照,A、B、C组依次加大光照—黑暗的交替频率。A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s,光合作用产物的相对含量为70%。C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒),光合作用产物的相对含量为94%。D组(对照组):光照时间为135 s,光合作用产物的相对含量为100%。下列相关说法正确的是(　　)

A.本实验中光照强度是无关变量,故各组光合作用产物生成量和光照强度无关
B.光照处理期间,光反应通过水的分解为暗反应提供O2和NADPH
C.本实验中,暗反应一定和光反应同时进行
D.单位光照时间内,C组植物合成有机物的量大于D组
答案　　D　
变式3　叶圆片上浮法
模型特征:利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气,使叶片沉于水中。植物在光合作用过程中吸收CO2放出O2,由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累,因此会使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短),即能比较光合作用强度的大小。
4.(2022江西临江一中月考一,15)如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片,再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底,然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中,给予一定的光照,测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙),以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析不正确的是(　　)

A.在ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐增加
B.在bc段,单独增加光照或温度,都可能缩短叶圆片上浮至液面的时间
C.在c点以后,因NaHCO3溶液浓度过高,叶肉细胞失水而使代谢水平下降
D.因为配制的NaHCO3溶液中不含氧气,所以整个实验过程中叶圆片只能进行无氧呼吸
答案　　D　
实践应用
5.(2021天津十二校联考二模,14)某中学生物研究性学习小组以菠菜叶片为材料进行如下实验,主要实验步骤如下:

步骤1:制备叶圆片。取生长旺盛的菠菜叶片,用打孔器制备直径为1 cm的叶圆片。
步骤2:如图1,去除叶肉细胞间隙的气体,制备真空叶圆片,置于黑暗环境中保存。
步骤3:实验探究。取注射器5个,分别放入20片菠菜叶圆片,再依次加入10 mL蒸馏水及不同浓度的NaHCO3溶液,然后将5个注射器插入实验架上圆盘内圈小孔中(如图2),置于适宜温度下,开启LED冷光源,在实验进行4 min时记录上浮叶圆片的数量。每组实验重复3次,记录数据,求平均值(取整数)。实验结果如表所示,请分析回答下列有关问题:

时间
上浮的叶圆片数量(片)
蒸馏水
0.5%NaHCO3
1%NaHCO3
1.5% NaHCO3
2% NaHCO3
4 min
0
15
16
13
7

(1)该实验的实验目的是　。 
(2)随着 NaHCO3溶液浓度从1.5%到2%,叶绿体基质中C3化合物的生成速率　　　　(填“提高”“降低”或“不变”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)如图,某小组将菠菜上对称叶片的一部分(U)遮光,另一部分(V)不遮光,并设法使两部分之间的物质不发生转移。用适宜光照照射6 h后,在U和V的对应部位截取等面积的叶片,烘干称重,分别为MU和MV(单位:mg)。则该植物细胞总光合作用速率为　　　　　mg/h。 

(4)该小组还利用内、中、外三圈各三个小孔来探究光照强度对菠菜叶片光合速率的影响,以下说法正确的是(多选)(　　)
A.如果观察到各个注射器中叶圆片上浮均较快且差异不明显,其原因可能是光照强度过强、光照强度差异不明显
B.实验中叶圆片上浮是由于光合速率大于呼吸速率,O2在细胞间隙积累,使叶圆片浮力增大
C.此实验中小叶圆片的数量、NaHCO3溶液的浓度、温度均为无关变量
D.实验中选用“LED冷光源”是为防止温度变化影响实验结果
答案　　(1)探究NaHCO3浓度对叶片光合速率的影响　(2)降低　NaHCO3溶液浓度升高,细胞失水增多,细胞代谢减慢　(3)MV-MU6　(4)ABCD
情境应用
简单情境
1.植物叶片气孔的关闭(2022扬州中学3月月考,4)植物叶片的气孔开闭与含叶绿体的保卫细胞的渗透压有关,保卫细胞吸水时气孔张开,失水时气孔关闭。相关叙述正确的是(　　)
A.保卫细胞的叶绿体中的ATP白天产生,在夜间消耗
B.保卫细胞失水和吸水的过程中,水分子均可进出细胞
C.夏季中午气孔导度下降导致叶片光合速率下降,对植物生长不利
D.保卫细胞是高度分化的细胞,失去了分裂能力和全能性
答案　　B　
复杂情境
2.非自然固碳与淀粉合成(2022江苏押题卷1,12)淀粉通常由农作物通过光合作用固定二氧化碳产生。自然界的淀粉合成与积累,涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。2021年9月24日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队采用一种类似“搭积木”的方式,设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径,在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。该途径包含了来自动物、植物、微生物等31种不同物种的62个生物酶催化剂。以下有关说法不正确的是(多选)(　　)
A.构成淀粉的元素只有C、H、O三种
B.该技术的11步反应是将自然界的60多步删减得到的
C.该技术之所以能高效地合成淀粉主要是因为科学家设计合成了全新的更加高效的酶
D.该技术可能的机制:首先把二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇,然后将还原的甲醇转换成为三碳,然后是将三碳合成六碳,最后再将六碳聚合成为淀粉
答案　　BC　
3.沉水植物与环境因子的关系探究(2022苏、锡、常、镇调研二,20)研究金鱼藻等沉水植物对水环境的适应性特征及其生长与环境因子的关系,将有利于人类更好地利用沉水植物。请分析并回答下列问题:
(1)图1是金鱼藻叶片横切局部图。在长期水环境的选择作用下,金鱼藻形成了许多适应性特征:叶片细裂成丝状,增加了　　　　　　　　　　　　　　　　;叶片结构中有　　　　　　　　　,增加了叶片中气体的含量而使其易在水中舒展,有利于接受光照;表皮细胞中含有　　　　,使表皮细胞具备了进行光合作用的能力。 

图1

图2
(2)某实验小组利用金鱼藻探究光照强度对光合作用的影响,部分实验装置如图2所示。材料用具包括金鱼藻、玻璃棒、量筒、20W LED台灯、弯曲的玻璃喷管(尖端可匀速喷出气泡)、CO2缓冲液、清水等。实验步骤如下:
①剪取2~4根金鱼藻,将切口端部分插入玻璃喷管,并固定在玻璃棒上。
②将图2装置放入量筒中,注意将玻璃喷管的尖端朝　　(填“上”或“下”),且全部浸没在水中。 
③将上述装置按一定距离放置在20W LED台灯前。
④打开灯的电源开关。
⑤计数一分钟内　。 
⑥按一定值(如10 cm)调整光源的距离,重复③~⑤步骤至少3次。
⑦设计记录实验结果的表格:
上述步骤中,金鱼藻的切口插到玻璃喷管上有利于　　　　,玻璃喷管不能过于弯曲的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)研究发现,部分水生植物在夜间吸收CO2并转变为有机酸,白天将这些有机酸运输到叶绿体,释放出CO2,这种CO2固定方式的优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　　(1)光合作用面积和气体的吸收面积　通气组织、气腔　叶绿体　(2)②上　⑤从玻璃喷管中冒出的气泡数量(不可只答“气泡数量”)
⑦不同光照强度下金鱼藻每分钟产生的气泡数
距离/cm
5
15
25
35
平均气泡数/个




收集气体(并计数气泡)　避免气体聚集在管口而不喷出(表达出“不利于气泡冒出”的意思即可)　(3)白天水生植物对CO2的竞争激烈,夜晚水体中含有丰富的CO2,有利于其获得更多CO2进行光合作用
4.盐胁迫与植物的光合作用(2022扬州中学4月考,20)黄秋葵具有抗氧化、抗疲劳等保健效果,是一种保健型蔬菜,且具有一定的耐盐性。为揭示黄秋葵对盐胁迫的适应机理,科研人员用无土栽培培养液稀释海水后连续浇灌黄秋葵幼苗7天,探究海水胁迫对黄秋葵光合作用的影响,结果如图1、图2。请回答下列问题:

图1

图2
(1)本实验是在植物培养室中进行的,实验过程中除调节海水浓度外,温度和CO2浓度等条件应处于　　　　　　　　的状态,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　。对照组的黄秋葵幼苗处理是　　　　　　　　　　。 
(2)图1中,净光合速率可用单位时间内单位叶面积上　　　表示。当海水浓度等于50%时,黄秋葵叶肉细胞光合作用产生的有机物总量　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物总量。 
(3)图2中,可用　　　　提取光合色素,再用可见分光光度计测定各种色素的含量并计算叶绿素a+b和叶绿素a/b的值。当海水浓度大于20%后,海水胁迫对叶绿素a合成的影响比叶绿素b　　　　,依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)植物受到盐胁迫时产生的活性氧增加,高浓度的活性氧对植物具有毒害作用。超氧化物歧化酶(SOD)能清除活性氧,不同海水浓度下黄秋葵中SOD的活性如图3,说明低浓度海水处理下黄秋葵可通过　　　　　　　　　　　　,从而降低对自身的伤害。 

图3
(5)脯氨酸是植物叶片中主要的渗透调节物质之一,则一定浓度的海水胁迫能使黄秋葵细胞中脯氨酸的含量　　　　,从而减少对细胞的损伤。 
(6)根据本研究,低浓度海水(0%~20%)胁迫下,黄秋葵仍能生长的原因有 
　。 
答案　　(1)相同且适宜　避免无关变量对实验结果产生干扰,使实验结果更准确　每天浇灌等量的不含海水的无土栽培培养液　(2)CO2吸收量(或O2释放量或光合作用积累的有机物的量)　大于　(3)无水乙醇(或有机溶剂)　大　叶绿素a+b的降幅明显,且叶绿素a/b的值同时降低　(4)提高SOD活性,以更好地清除活性氧　(5)增加　(6)低浓度海水(0%~20%)的胁迫下,黄秋葵能保持较高的叶绿素含量和净光合速率,SOD的活性增加,脯氨酸含量增加等
5.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ(2022南通通州期末,20)铜绿微囊藻是造成水华现象最主要的一种蓝细菌。研究者尝试用中草药黄连提取物——小檗碱来抑制铜绿微囊藻的生长。
(1)在铜绿微囊藻培养液中添加4 mg/L小檗碱,分别在正常光照和黑暗条件下培养。每24 h取样测定培养液中的藻细胞密度,得到的曲线如图。

图甲

图乙
根据实验结果,研究者推断小檗碱对铜绿微囊藻的生长具有抑制作用,且主要抑制其光合作用。甲、乙两图中表示光照条件的是　　　　图。铜绿微囊藻在一定温度(60 ℃)内水浴加热后,计数结果会变得更加准确,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)为进一步探究小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用的原因,研究者测定了正常光照条件下,加入小檗碱的铜绿微囊藻光合色素含量,发现与对照组差异不显著。说明　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)测定铜绿微囊藻的全链电子传递活性、PSⅡ和PSⅠ电子传递活性,结果见表。结果表明,小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用的主要作用位点位于　　　　。 
小檗碱浓
度(mg/L)
光合电子传递活性(μmolO2·mg Chla-1· h-1)
全链
PSⅡ
PSⅠ
0
132.63
248.06
62.75
0.5
108.53
103.85
69.23
(4)真核藻类的光反应主要在光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)内进行,结构如图所示。这两个光系统协同完成受光激发推动的高能电子从　　　　向　　　　的传递,能使类囊体膜内外建立质子(H+)梯度,质子(H+)穿过膜上ATP合成酶复合体的方式为　　　　　　。最终光反应形成的　　　　　　用于暗反应中C3的还原。 

(5)实验表明,小檗碱无法对真核藻类的光合作用发挥抑制效应。从细胞结构的角度分析,小檗碱对真核藻类无效的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　　(1)乙　铜绿微囊藻群体逐渐解体成为单细胞　(2)小檗碱不抑制光合色素的合成(答不促进分解的角度也可)　(3)PSⅡ　(4)H2O　NADP+　协助扩散　ATP和NADPH　(5)真核藻类具有叶绿体结构,小檗碱无法通过叶绿体膜
审题解题
1.(2021北京东城一模,4)如图是各种环境因素影响黑藻光合速率变化的示意图。相关叙述正确的是(　　)

A.若在t1前充CO2,则暗反应速率将显著提高
B.t1→t2,光反应速率显著提高而暗反应速率不变
C.t3→t4,叶绿体基质中NADPH的消耗速率提高
D.t4后短暂时间内,叶绿体中C3/C5的值下降
补充设问
设问① 曲线各时间段光合速率的主要影响因素如何分析?
设问② 环境改变时如何分析光合作用过程中各物质的含量变化?
答案　　C　
补充设问答案 设问① t1前为弱光,t1时给予充足光照,光合速率显著升高,说明t1前光合作用的主要影响因素是光照强度;t1→t2给予充足光照后光合速率逐渐增加至最大值,说明该阶段影响因素为光照强度;t2→t3时光合速率不发生变化,但t3时充入CO2,光合速率增加,说明t2→t3时影响光合作用的主要因素是CO2浓度。
设问② 环境改变时,可用“过程法”分析各物质的变化:

2.(2022北京西城期末,17)蓝细菌细胞色素C6能提高光反应中电子传递效率,SBP酶可促进卡尔文循环中C5的再生。研究人员为提高植物光合效率,尝试将控制C6和SBP酶合成的两个基因分别导入烟草。
(1)光合色素吸收的光能,可将H2O分解为　　　　和H+,产生的电子传递给NADP+。转基因烟草细胞中SBP酶发挥作用的场所为　　　　。 
(2)采用　　　　法将两个目的基因分别导入烟草细胞,再通过　　　　技术获得转基因植株T0,分别记为C6和SB株系。写出利用C6和SB株系快速获得纯合双转基因C6SB株系的育种方案。(用文字或流程图均可) 
(3)在温室提供一定浓度CO2的条件下,检测四种株系的相关指标,结果如表。
组别

电子传递效率
(相对值)
C5再生效率
(μmol·m-2·s-1)
光合效率
(μmol·m-2·s-1)
野生型

0.118
121.5
24.6
C6株系

0.123
124.8
25.6
SB株系

0.130
128.7
27.0
C6SB株系

0.140
132.0
27.4

①C6株系的电子传递效率并未高于SB株系的原因是　　　　　　　　　　受限导致的。 
②写出C6SB株系光合速率明显提高的原理流程图。(用文字和“→”表示)
(4)研究人员还发现C6SB植株的气孔开放度小,胞间CO2浓度低。请据此推测C6SB适合推广的地域环境,并说明理由。
补充设问
设问① 依据(2)的题干信息,如何确定育种方案?
设问② C6SB株系光合速率明显提高的原因?
答案　　(1)O2　叶绿体基质　(2)农杆菌转化(花粉管通道/基因枪)　植物组织培养　方案1为T0中C6和SB株系分别自交,获得纯合C6和SB植株,二者再杂交,取子代F1的花药离体培养,幼苗期秋水仙素处理后筛选纯合C6SB株系。方案2为T0:C6×SB→F1→(筛选双杂合体)→花药离体培养→秋水仙素处理幼苗→筛选纯合C6SB株系。方案3为C6和SB株系通过植物体细胞杂交技术获得四倍体→花药离体培养筛选纯合C6SB株系。　(3)①C5再生(暗反应)速率　②C6增加→电子传递效率增强→光反应产生ATP和NADPH增加→C3还原速率提高;SBP酶增多→C5再生效率提高→CO2固定增强。以上两条均可使暗反应增强→光合速率增强　(4)高温干旱环境,C6SB植株的气孔开放度小,可减少水分过度蒸腾,利于保水。胞间CO2浓度低,但光合效率高,说明利用低浓度CO2能力强。
补充设问答案 设问① 实验材料为C6和SB株系,育种目的是培育双转基因C6SB株系,可知育种的目的是整合C6和SB株系的性状于一身,故确定为杂交育种,但杂交育种存在育种年限较长的缺点,不能实现题干中的“快速”获得,故本育种方案除将优良性状集于一身之外,还有大大缩短育种年限,可确定育种方案中也应存在单倍体育种。将多个优良性状集于一身的方法除杂交育种外,也可选用植物体细胞杂交技术。
设问② 蓝细菌细胞色素C6能提高光反应中电子传递效率,促进NADPH和ATP的合成,但此时如果没有充足的ADP、Pi和NADP+,光反应速率也不可能维持较高的速率,故C6株系光合速率提升不明显;同理SB株系的暗反应速率加快,但由于NADPH和ATP的来源限制,其光合作用速率也不是最高的;C6SB株系可通过提高光反应和暗反应速率,使二者相辅相成,从而明显提高光合作用速率。