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2023届高考生物二轮复习光合作用作业含答案
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这是一份2023届高考生物二轮复习光合作用作业含答案,共43页。试卷主要包含了95和0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
该考点的基础层级训练内容为色素的提取和分离实验、色素对光的吸收,重难层级多结合层析图谱、异常色素带考查色素的种类与作用。
限时15分钟,正答率: /6。
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.(2022山西太原五中月考一,24)将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出,以下不正确的是( )
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则会产生大量氧气
D.若将叶绿体置于绿光下,也会产生少量氧气
答案 B
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.(2021湖北新高考适应卷,14)黄豆种子置于黑暗中萌发,生长的豆芽呈浅黄色,再移至光照条件下,一段时间后,生长的豆芽呈绿色。下列叙述正确的是( )
A.豆芽进行了光合作用,变成绿色
B.黑暗中黄色物质合成较多,掩盖了绿色
C.光照引起温度升高,导致豆芽变成绿色
D.光照诱导了叶绿素的形成,导致豆芽变成绿色
答案 D
5.(2017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
6.(2022广东广州调研,13)迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,可用于色素的鉴定。以新鲜菠菜绿叶为材料进行色素的提取和分离实验,得到结果如表。下列相关叙述,错误的是( )
层析液
色素1
色素2
色素3
色素4
移动距
离/cm
8.00
7.60
4.24
1.60
0.80
迁移率
—
0.95
0.53
0.20
0.10
注:迁移率=色素移动距离/层析液移动距离
A.可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替无水乙醇
B.新鲜菠菜绿叶的色素提取液呈绿色主要是由于存在色素3、4
C.4种色素在层析液中的溶解度由大到小依次是色素1、2、3、4
D.迁移率为0.95和0.53的色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光
答案 D
考点2 光合作用原理与应用
该考点的基础层级训练内容为光合作用的过程,重难、综合层级多考查光合作用的影响因素、CO2的浓缩机制等。
限时35分钟,正答率: /11。
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.(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
3.(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
重难
4.(2022湖南,13,4分)(不定项)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
5.(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
6.(2021浙江6月选考,23,2分)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO3-形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是( )
甲
乙
A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似
B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大
C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降
D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
答案 A
7.(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。
答案 (1)增大 (2)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)实验组的净光合速率均明显小于对照组 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)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
综合
8.(2021河北,19,10分)为探究水和氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组,在限制水肥的条件下做如下处理:(1)对照组;(2)施氮组,补充尿素(12 g·m-2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标,结果见表。
生理指标
对照组
施氮组
水+氮组
自由水/结合水
6.2
6.8
7.8
气孔导度(mmol·m-2·s-1)
85
65
196
叶绿素含量(mg·g-1)
9.8
11.8
12.6
RuBP羧化酶活性(μmol·h-1·g-1)
316
640
716
光合速率(μmol·m-2·s-1)
6.5
8.5
11.4
注:气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题:
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括 等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的 ,提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动 两种物质的合成以及 的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到 分子上,反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率,这需要足量的CO2供应。据实验结果分析,叶肉细胞CO2供应量增加的原因是 。
答案 (1)细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物(任写两点即可) 吸收和运输 (2)镁(或Mg) NADPH和ATP 水 C5 (3)玉米植株气孔导度增大,吸收的CO2增加
9.(2021天津,15,10分)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制,如图所示。
据图分析,CO2依次以 和 方式通过细胞膜和光合片层膜。
蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进 和抑制 提高光合效率。
(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 中观察到羧化体。
(3)研究发现,转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3-和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上该转基因植株暗反应水平应 ,光反应水平应 ,从而提高光合速率。
答案 (1)自由扩散 主动运输 CO2 固定 O2与C5结合 (2)叶绿体 (3)提高 提高
10.(2021山东,21,8分)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
光合作用强度(CO2 μmol·m-2·s-1)
光呼吸强度(CO2 μmol·m-2·s-1)
0
18.9
6.4
100
20.9
6.2
200
20.7
5.8
300
18.7
5.5
400
17.6
5.2
500
16.5
4.8
600
15.7
4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是 。
(2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度 (填:“高”或“低” ),据表分析,原因是
。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度, 据表分析,应在 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案 (1)基质 光照停止,产生的ATP、[H](NADPH)减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多 (2)低 喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等 (3)100~300
11.(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HCO3-两种形式存在,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HCO3-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HCO3-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HCO3-转运蛋白基因,增强HCO3-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
答案 (1)C3(三碳化合物) 叶绿体基质 (2)叶绿体 呼吸作用和光合作用(光反应) (3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素标记 (4)ACD
考点3 光合作用与细胞呼吸
该考点的基础层级直接考查光合作用与细胞呼吸的过程,重难、综合层级多为影响光合作用与细胞呼吸的曲线分析与实验探究类试题。
限时25分钟,正答率: /8。
基础
1.(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
答案 D
2.(2021河北新高考适应卷二,4)光合作用和呼吸作用是植物细胞内两个重要的代谢过程,下列叙述正确的是( )
A.光合作用的反应都在叶绿体中进行,呼吸作用的反应都在线粒体中进行
B.光合作用可以产生还原型辅酶Ⅰ,呼吸作用可以产生还原型辅酶Ⅱ
C.光合作用产生的O2可以供给呼吸作用,呼吸作用产生的CO2也可用于光合作用
D.光合作用只有合成反应,没有分解反应;呼吸作用只有分解反应,没有合成反应
答案 C
3.(2021山东,16,3分)(不定项)关于细胞中的H2O和O2,下列说法正确的是( )
A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生
B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C.植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O
答案 ABD
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.(2021北京,3,2分)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是( )
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
答案 B
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.(2022湖南,17,12分)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μmol/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题:
(1)在此条件下,该水稻种子 (填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是 。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻 (填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是 (答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害和减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有 特性。
答案 (1)不能 光照强度为2 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量小于呼吸作用释放的CO2量,不能积累有机物,故不能萌发并成苗 (2)不能 该水稻品种在光照强度为10 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量,白天不能积累有机物,夜晚呼吸作用消耗有机物,适龄秧苗不能正常生长;该水稻品种日照时长短于12小时才能开花,现在每天光照时长为14小时,所以该水稻不能开花并繁育出新的种子 (3)耐水淹
综合
8.(2020海南,21,9分)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。
(1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是 ;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度 。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是 。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是 。
答案 (1)光照强度 降低 (2)B菜地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低 (3)C菜地的温度上升,光合作用有关酶活性下降,呼吸作用有关酶活性增加,C菜地的净光合作用降低,产量下降,因此C菜地的蔬菜产量低于B菜地
易混易错
易混 植物的“三率”
1.(2022福建晋江一中月考三,10)某植物种子的种皮透水性和透气性极差,导致萌发率低。生物小组为了解该植物种子萌发过程中细胞呼吸的情况,在适宜条件下测得CO2的吸收速率(单位:mL CO2·g-1·h-1),结果如图。下列有关叙述错误的是( )
A.种子萌发前主要进行无氧呼吸,并产生酒精
B.种子萌发后需要先合成相关色素才能进行光合作用
C.在萌发后的第4天,幼苗在线粒体基质中生成CO2
D.在萌发后的第6天,幼苗的光合速率是30 mL CO2·g-1·h-1
答案 D
2.(2022河北石家庄二中月考二,14)(多选)科研人员用3个相同透明玻璃容器将生长状况相近的三株天竺葵分别罩住并形成密闭气室,在不同的光照处理下,利用传感器定时测量气室中CO2浓度,得到如下结果。下列分析不正确的是( )
A.三组天竺葵的叶肉细胞中产生ATP的场所完全相同
B.Ⅰ组气室中CO2浓度逐渐增大,气室内气压必定升高
C.Ⅱ组叶肉细胞叶绿体产生的O2可扩散到线粒体和细胞外
D.在O~x1时段,Ⅲ组天竺葵固定CO2的平均速率为(y2-y1)/x1 ppm/s
答案 ACD
疑难 饱和点和补偿点的移动
3.(2021四川石室中学零诊,20)图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻,研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响,试管A的结果如图乙曲线所示。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.Q点O2净释放量为零,此点光合作用强度为零
B.在图乙上绘制装置B的曲线,Q点应该向右移
C.P为负值是细胞呼吸消耗的氧气,适当降低温度P点将下降
D.降低CO2浓度时,在图乙上绘制装置A的曲线,R点应右移
答案 B
题型模板
模型一 光合作用和细胞呼吸综合曲线
典型模型
“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.(2022云南模拟,3)如图表示在适宜的光照强度、温度和水分等条件下,某实验小组所测得的生长状况相同的甲、乙两种植株叶片CO2吸收速率与CO2浓度的关系。下列叙述正确的是( )
A.CO2浓度为B时,甲、乙植株的真正光合作用速率相等
B.该实验的自变量是CO2的浓度
C.CO2浓度为A时,甲植株的光合速率等于呼吸作用速率
D.若将甲、乙植株同时置于密闭的玻璃钟罩内,一段时间后甲植株先死亡
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江苏南通一检,15)(多选)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( )
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
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。
3.(2022山东邹城期中,17)(不定项)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( )
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
4.(2021海南,21,10分)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是 ;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是 。
(2)
植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是 。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是 。
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度 ;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量 。
答案 (1)促进生菜根部细胞呼吸 为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光可以提高植物的光合作用,从而提高生菜的产量 B 右上方 (3)低 减少
模型二 光合作用与细胞呼吸实验探究
典型模型
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
1.叶绿素循环(2022重庆育才中学一模,9)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.该曲线的纵坐标为吸收光能的百分比
B.弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
C.色素①可以吸收少量的红光用于光合作用
D.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中C3的量减少
答案 C
2.能进行光合作用的动物(2022山西太原二模,6)在加拿大的盐碱滩有一种通体碧绿的软体动物——海兔,海兔能在取食藻类后,将其叶绿体保留在自己体内合成有机物。下列叙述错误的是( )
A.海兔与藻类的种间关系属于互利共生
B.直接或间接以海兔为食的生物可以属于消费者
C.海兔体内的叶绿素有可能会吸收并转化光能
D.绿色海兔的存在是长期自然选择的结果
答案 A
复杂情境
3.人工合成淀粉(2022广东惠州一模,6)我国科学家模拟植物光合作用,设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线,流程如图所示。下列相关分析正确的是( )
A.①②过程与光反应的过程完全相同,③④过程与暗反应过程完全相同
B.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应
C.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中
D.步骤①需要催化剂,②③④既不需要催化剂也不需消耗能量
答案 C
4.国家粮食安全大策略(2022安徽合肥一模,21)粮食安全是国家安全的一部分,中国有着上千年的农耕文明,在农业生产活动中积累了大量的实践经验和农业知识。请回答下列问题:
(1)垄作是重要的耕作方式,春季易旱、夏季易涝地区采用较普遍。垄作可以提高田间透光条件,使土壤受光面积增大,白昼吸热快,夜晚散热快。垄作促进光合作用、提高产量的原因有 (写出两点)。
(2)“追肥在雨前,一夜长一拳。”农耕者一般在雨前追化肥的因为是 。农作物在不同生长阶段需肥不同,一般在营养发育阶段施用氮肥较多,在生殖生长期需要磷肥等较多,据此推测,磷肥可以促进 。
(3)“勤除草,谷粒饱。”农田杂草过多会与农作物竞争 降低产量。生长素类调节剂2,4-D等可以作为除草剂去除单子叶作物农田中的双子叶杂草,原因是 。
(4)无土栽培可以有效解决农耕土地资源不足的困境。最早的水培法是将植物根系长期直接浸入培养液中,但植物根部易腐烂死亡,原因是 。
答案 (1)增大了光照面积;垄台有利于作物根系生长和对土壤中矿质元素的吸收;昼夜土温温差大,有利于光合产物积累 (2)肥料中的矿质元素需要溶解在水中以离子状态才能被植物的根系吸收 植物的开花率、结实率;促使植物正常生长发育,缩短果实的成熟所需时间 (3)阳光、二氧化碳、土壤中的矿质元素等 生长素具有较低浓度促进生长、过高浓度抑制生长的特点,双子叶植物比单子叶植物对生长素更敏感 (4)根部长期直接浸入培养液中,氧气缺乏,细胞进行无氧呼吸产生酒精,导致植物根部酒精中毒,出现腐烂死亡
复杂陌生情境
5.C4植物(2022 T8联考二模,21)20世纪60年代,科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等,除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3),简称C3途径]外,还存在另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物是四碳化合物(C4),简称C4途径,这种植物称为C4植物,其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题:
(1)在C4植物光合作用中,CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是 (利用箭头符号表示),维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内 (填“高”或“低”)。
(2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析,植物 更可能是C4植物,作出此判断的依据是 。
(3)Rubisco是一种双功能酶,当CO2/O2的值高时,可催化C5固定CO2合成有机物;当CO2/O2的值低时,可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,结合题意分析,在炎热干旱环境中,C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是 。
(4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前,科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,这项研究的意义是 。
答案 (1)CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O) 高 (2)乙 在CO2浓度较低的条件下,植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙的二氧化碳补偿点更低/植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高) (3)在炎热干旱环境中,植物部分气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长 (4)提高粮食产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性
6.景天酸代谢途径(2022辽宁沈阳一模,21)菠萝同化CO2的方式比较特殊:夜间气孔开放,吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用,以适应其生活环境。其部分代谢途径如图所示。回答下列问题。
(1)白天菠萝叶肉细胞产生ATP的场所有 ,参与①过程的CO2来源于 过程。
(2)图中所示物质参与CO2固定的是 ,推测甲是 ;甲还可以通过细胞呼吸的 过程产生。
(3)能为②过程提供能量的物质是在叶绿体 上产生的 。
(4)如果白天适当提高环境中的CO2浓度,菠萝的光合作用速率变化是 (填“增加”或“降低”或“基本不变”),其原因是 。
(5)研究发现,植物的Rubisco在CO2浓度较高时能催化RuBP与CO2反应;当O2浓度较高时却催化RuBP与O2反应。在较高CO2浓度环境中,Rubisco所催化反应的产物是 。由此推测适当 (填“提高”或“降低”)O2/CO2值可以提高农作物光合作用速率。
答案 (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 苹果酸脱羧作用和细胞呼吸 (2)PEP和RuBP 丙酮酸 葡萄糖分解(或第一阶段) (3)类囊体薄膜 NADPH、ATP (4)基本不变 白天菠萝气孔关闭,不从外界环境中吸收CO2(合理即可) (5)C3 降低
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
审题方法
设问① 曲线各时间段光合速率的主要影响因素如何分析?
解题思路
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前光合作用的影响因素主要是光照强度;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时影响光合作用的因素主要是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
审题方法
设问① 依据(2)的题干信息,如何确定育种方案?
解题思路
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。
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