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高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用达标测试
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用达标测试，共38页。试卷主要包含了下列有关叶绿体的叙述,错误的是，科学家用水绵进行了如下实验，纸层析法可分离绿叶中的光合色素等内容，欢迎下载使用。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一 了解色素的种类和作用
1.(2020北京东城高一期末)北方秋季,银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红,一时间层林尽染,分外妖娆。低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是 ( )
A.叶黄素 B.叶绿素 C.花青素 D.胡萝卜素
2.下列关于叶绿素和类胡萝卜素吸收光谱的说法,正确的是( )
A.叶绿素只能吸收较少的绿光
B.类胡萝卜素也能吸收红光,只是少于叶绿素
C.温室或大棚种植蔬菜时,补充白光最有利于植物的光合作用
D.叶绿素a和叶绿素b主要吸收紫外光和红外光
题组二 了解叶绿体的结构及功能
3.下列有关叶绿体的叙述,错误的是( )
A.叶绿体具有双层膜结构
B.叶绿体可携带遗传信息
C.叶绿体存在于高等植物的每一个细胞中
D.蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用
4.科学家用水绵进行了如下实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气和光照的条件下一段时间,然后用极细的光束照射水绵不同部位,观测到一些部位有好氧细菌积聚,另一些部位则没有积聚(如图所示)。由此得出的结论是( )
A.光合作用产生淀粉,场所是叶绿素
B.光合作用产生氧气,场所是叶绿体
C.光合作用产生淀粉,需要水
D.光合作用产生氧气,需要二氧化碳
题组三 进行绿叶中色素的提取和分离
5.(2020江苏扬州高一期末)下列对提取光合色素,进行纸层析分离的实验中各种现象的解释,正确的是( )
A.SiO2的作用是防止色素被破坏
B.层析液的作用是使色素分离
C.CaCO3的作用是使研磨充分
D.没有色素带呈现,原因可能为材料是黄化叶片
6.纸层析法可分离绿叶中的光合色素。分离装置示意图中正确的是( 易错 )
7.在纸层析法提取绿叶的色素实验中,我们看到滤纸条上橙黄色的条带在最上面,而蓝绿色条带最宽。对此以下解释正确的是( )
A.橙黄色的是胡萝卜素,其在提取液中的溶解度最大
B.橙黄色的是叶黄素,其在层析液中的溶解度最大
C.蓝绿色的是叶绿素a,其含量最多
D.蓝绿色的是叶绿素b,其含量最多
8.某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别,选择了新鲜菠菜的“绿叶和嫩黄叶”,做“绿叶中色素的提取和分离”实验。色素层析结果如图,下面叙述正确的是( )
A.提取色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B.如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果
C.如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.甲为“嫩黄叶”的色素层析结果,乙为“绿叶”的色素层析结果
9.如图是关于“绿叶中色素的提取和分离”实验过程的图解:
(1)分离叶绿体色素的方法是 。
(2)步骤A加入的试剂是 ,其作用是 。
(3)步骤B是在 ,其目的是 ,这一步要尽可能做到
。
(4)实验结果表明,分布在滤纸条上的色素带的颜色从下到上依次为 、 、黄色和 。
能力提升练
题组一 分析叶绿体的结构及所含色素的作用
1.()如图为叶绿体亚显微结构简图,下列叙述中错误的是( )
A.与光合作用有关的酶只分布在③上
B.与光合作用有关的色素分布在③上
C.③扩展了叶绿体的受光面积
D.①②均为选择透过性膜
2.()科研人员探究了补充蓝光对油桃叶片色素含量的影响,结果如下表。下列分析不正确的是( )
叶绿素a
(mg/g)
叶绿素b
(mg/g)
叶绿素总量(a+b)
(mg/g)
实验组
2.6
0.9
3.5
对照组
2.3
0.7
3.0
A.可用无水乙醇提取光合色素
B.蓝光处理使叶绿素a、b的量均增加
C.蓝光使叶绿素a/叶绿素b的值增加
D.蓝光促进叶绿素b合成的作用更显著
3.()为探究不同时间北方某乔木叶片中光合色素含量的变化情况,某实验小组进行了相关实验,结果如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.叶绿素和类胡萝卜素都能够吸收蓝紫光
B.若研磨时不加二氧化硅,则滤纸条上各色素带均变窄
C.7~11月份,植株中叶绿素含量与类胡萝卜素的含量呈负相关
D.调查期间,导致叶片叶绿素含量下降的主要因素可能是光照和温度
题组二 综合分析绿叶中色素的
提取和分离实验
4.(2020江苏无锡高三期末,)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.叶片充分研磨后应立即加入少许碳酸钙,防止色素被破坏
B.画滤液细线时应迅速地重复画线,保证滤纸条上有足量的色素
C.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合色素
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液挥发而消失
5.(2020北京高二学业水平考试,)如图①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果,则图②所示结果最有可能来自( )
A.清水培养的水仙叶片
B.盆栽的天竺葵的叶片
C.大蒜发芽长出的绿叶
D.秋冬季节的银杏落叶
6.(不定项)()如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。下列与之有关的叙述中,正确的是( )
A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在b处,而不能滴在a处
C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆
D.实验得到的若干个同心圆中,最大的一个圆呈黄色
7.()如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法正确的是( 深度解析 )
A.色素丙和色素丁主要吸收红光
B.四种色素在层析液中溶解度最大的是乙
C.发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙
D.提取色素时加入SiO2的目的是防止色素被破坏
8.(2020重庆南岸高一期末,)如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验流程,请分析回答:
图1
图2
(1)提取色素和分离色素所用的试剂分别是 。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示,其中共有的色素带的颜色是 ,据此能得出的结论是 。
(3)纸层析法分离色素的原理是 。
(4)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间,“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在 光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1~2 h,再重复上述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,其原因是 。
(5)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等替换。韭菜滤液用5%的HCl溶液处理一段时间后,其颜色与研磨时未加 的颜色相似,呈现黄褐色。实验室常用含Cu2+的试剂处理叶片,可形成铜代叶绿素,能长时间保持叶片标本的绿色,其原因是 。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一 描述光合作用的探究历程
1.(2020山东师大附中高一月考)用14C标记CO2,可用于研究光合作用中( )
A.光反应的条件 B.暗反应(碳反应)的条件
C.能量的转换过程 D.由CO2合成糖的过程
2.用同位素18O分别标记二氧化碳和水,做了如图所示实验,就实验结果、结论的描述不正确的是( 易错 )
A.结果:物质A和物质B都是氧气
B.结果:物质A和物质B均无放射性
C.结论:物质A和物质B的分子量之比为9∶8
D.结论:光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水
3.1937年,植物学家希尔将叶绿体分离后置于试管中,加入1 %的DCPIP(DCPIP是一种可以接受氢的化合物,被氧化时是蓝色的,被还原时是无色的)后,将试管置于光下,发现溶液由蓝色变成无色并放出氧气,以上实验证明了( )
A.光合作用产生的氧气来自H2O
B.光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.光合作用的光反应在类囊体上进行
D.光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
题组二 归纳光合作用的过程
4.光合作用过程中光反应阶段和暗反应阶段的能量来源分别是( )
A.光能、ATP和NADPH中的化学能
B.光能、光能
C.ATP和NADPH中的化学能、光能
D.ATP和NADPH中的化学能、ATP和NADPH中的化学能
5.(2020江苏扬州高一期末)下列有关光合作用的叙述,错误的是( 深度解析 )
A.光反应的发生依赖叶绿体中的色素
B.暗反应的发生场所是叶绿体基质
C.暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)
D.光合作用中能量转换是光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能
6.(2020山东济南历城二中高一期末)光合作用过程包括光反应和暗反应。如图表示光反应与暗反应的关系,据图判断下列叙述不正确的是( )
A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照,叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体到基质
D.植物在暗处可大量合成(CH2O)
7.适宜环境下进行光合作用时,如果突然停止光照,短暂时间内叶绿体中五碳化合物与NADPH相对含量的变化是( 深度解析 )
A.五碳化合物增多,NADPH减少
B.五碳化合物增多,NADPH增多
C.五碳化合物减少,NADPH减少
D.五碳化合物减少,NADPH增多
8.如图是绿色植物光合作用过程示意图。下列与此图相关的说法错误的是( )
A.如果A代表某结构,则A为类囊体
B.形成C、D的过程发生在叶绿体基质中
C.突然降低环境中CO2浓度,一段时间后B的产生速率下降
D.C3中不仅有来自CO2中的C,也有来自CO2中的O
9.改变全球气候变暖的主要措施有减少CO2等温室气体的排放,植树造林,利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解,请据图回答:
(1)光合作用过程可以分为两个阶段:②表示 阶段,③表示 阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是 。
(3)写出图中所示物质,B: ;C: 。
(4)②阶段为③阶段提供 和 。
(5)经过②和③阶段,A最终转化成储存在 (用图中字母表示)中的化学能。
题组三 分析影响光合作用的因素及其应用
10.(2020河南郑州高一期末)将生长在水分正常土壤中的黄瓜植株通过减少浇水进行干旱处理,该植株根细胞中溶质浓度增大,叶片气孔开度(气孔开放的程度)减小。下列分析正确的是( )
A.经干旱处理后,该植株根细胞的吸水能力减弱
B.经干旱处理后,该植物的光合速率降低的主要原因是吸收的水分减少,使光反应减弱
C.在一定的光照条件下,气孔开度减小,叶肉细胞中的C5含量减少
D.该植株的根系将变得发达
11.(2020吉林辽源田家炳高中高一期末联考)在封闭的温室内栽种农作物,下列能提高作物产量的措施是( )
A.降低室内CO2浓度 B.降低昼夜温差
C.适当增加光照强度 D.缩短光照时间
12.如图曲线a表示某种植物在最适温度和CO2浓度恒定的条件下,光合作用强度随光照强度变化的曲线,若在B点时改变某种条件,结果发生了如曲线b所示的变化,则改变的环境因素是( )
A.适当提高温度
B.增加光照强度
C.适当增加CO2浓度
D.增加酶的数量
13.下图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图描述错误的是( )
A.AB段光合作用强度变化的主要原因是光照强度增大
B.BC段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降
C.DE段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
14.现在园艺师们往往将李子树、杏树等果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形。“有空就有枝,有枝就有果”是对该树形的最佳描述。由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是( )
A.提高了对光的利用率
B.提高了对CO2的利用率
C.增强了果树的抗病能力
D.增强了果树的呼吸作用
15.(2020山东青岛高一选科抽测)2019年1月由重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验载荷罐内载了几种生物的种子,几天后部分种子萌发。研究种子萌发和幼苗生长对农业生产有重要的指导意义。如图为小麦种子萌发形成幼苗后的生长情况,下列相关说法不正确的是( )
A.该实验探究的可能是有无光照对幼苗生长的影响
B.黑暗条件下幼苗体内有机物的总量没有增加
C.前10 d光照对幼苗的生长可能有抑制作用
D.白光条件下的幼苗体内有机物的量一直在增加
16.某大棚种植的蔬菜在一定的条件下,植物个体O2净产量(植物个体光合作用O2的总产量-植物个体呼吸作用O2的消耗量)与光照强度之间的关系如图所示。请据图作答:
(1)O2是在光合作用的 阶段产生的,场所是 ,CO2固定后形成的 ,被NADPH还原成(CH2O)。
(2)光照强度为B时,叶肉细胞中叶绿体产生的O2量 (填“大于”“等于”或“小于”)叶肉细胞呼吸消耗的O2量。
(3)要想提高C点后O2净产量,可采取的措施有 。
题组四 理解化能合成作用的概念
17.(2020河北唐山高一期末)硫细菌能利用体外环境中H2S氧化所释放的能量,将无机物合成有机物。硫细菌的这种生理作用被称为( )
A.化能合成作用 B.光合作用
C.呼吸作用 D.分解作用
18.(2020黑龙江哈师大附中高一期末)天竺葵和硝化细菌都属于自养型生物。在合成有机物过程中,这两种生物的共同特征是( 深度解析 )
A.以CO2为原料,产物有(CH2O)
B.使用同种酶
C.能量来源相同
D.反应场所相同
能力提升练
题组一 分析光合作用过程中的物质变化
1.()利用小球藻培养液进行光合作用实验时,在其中加入抑制暗反应的药物后,发现在同样的光照条件下释放氧气的速率下降。主要原因是( )
A.叶绿素吸收光能的效率下降
B.NADPH等的积累,使光反应速率减慢
C.合成ATP所需的酶活性受到抑制
D.暗反应中生成的水减少,使光反应的原料不足
2.()在条件适宜的情况下,用自然光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与自然光相同的绿色光照射,在照射瞬间叶绿体中的物质所发生的变化错误的是( )
A.ATP含量减少 B.C5的含量减少
C.C3的含量增加 D.NADP+的含量减少
题组二 分析光合作用与
细胞呼吸的关系
3.()实验室里有三种植物细胞,分别取自植物的三种营养器官。在适宜的光照、温度条件下,测得甲细胞只释放二氧化碳而不释放氧气,乙细胞只释放氧气而不释放二氧化碳,丙细胞既不释放氧气也不释放二氧化碳。以下叙述中不正确的是( )
A.甲可能取自茎 B.甲不可能取自叶
C.丙可能是死细胞 D.乙不可能取自根
4.(2020湖北荆州高一期末,)下图中的a、b、c、d为植物细胞内物质转化的过程。下列有关叙述错误的是( )
A.b、d过程都有热能的释放
B.b、d过程在人体细胞中也可进行
C.a、c、d过程都是在生物膜上进行的
D.在光照充足等适宜条件下,a、c强于b、d
5.(2020河北唐山高一期末,)如图是在不同光照强度下测得的桑树与大豆间作(两种隔行种植)和大豆单作(单独种植)时大豆的净光合速率。假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.单作、间作时大豆植株的呼吸速率相同
B.光照强度为a时,影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光强
C.光照强度为b时,大豆植株单作固定CO2的速率约为24 μmol·m-2·s-1
D.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作
6.(2020湖南湘潭高一期末,)以CO2的吸收速率与释放速率为指标,研究温度对某植物光合作用与细胞呼吸的影响(其余实验条件均适宜),结果如表,下列对该表数据分析正确的是( )
温度(℃)
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2
速率(mg/h)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗下释放CO2
速率(mg/h)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
A.植物细胞呼吸速率与温度表现为负相关
B.该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高
C.昼夜不停地光照,该植物生长的最适宜温度是30 ℃
D.在恒温条件下,每天光照、黑暗各12小时,25 ℃时该植物积累的有机物最多
7.(2020安徽黄山高三一模,)下图是夏季晴天某一种植物叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线(假定该植物的呼吸速率不变)。请回答下列问题:
(1)净光合速率的数值可以用 (填“CO2吸收量”或“CO2固定量”)来表示,当净光合速率大于0时,叶绿体产生氧气的去向是 。
(2)据图分析,9:00至11:00时净光合速率上升,而胞间CO2浓度下降,造成此现象的原因是 ;推测13:00时,净光合速率下降的原因是
。
(3)17:00至18:00胞间CO2浓度快速上升,可能的原因是 。
题组三 综合分析影响光合作用
的因素及其应用
8.(2020北京西城高一期末,)在适宜光照和温度条件下,给豌豆植株供应14CO2,测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的相对含量,结果如下图所示。下列叙述不正确的是( )
A.含14C的有机物最先出现在叶绿体基质
B.A→B,叶肉细胞吸收CO2的速率增加
C.B→C,叶片的光合速率等于呼吸速率
D.B→C,叶肉细胞的光合速率不再增加
9.()密闭温室大棚内CO2浓度的变化如图所示,其中B、C两点的温度相同。下列说法错误的是( )
A.经一昼夜后大棚内植物有机物积累量增加
B.经一昼夜后大棚内O2浓度增加
C.B、C两点时温室大棚中植物有机物的含量分别达到最高和最低
D.B、C两点时叶肉细胞的光合作用速率大于细胞呼吸速率
10.(2020山东枣庄滕州一中高一月考,)下图中纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是( )
注:不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式,单位的表示方法相同。
A.若F点以后进一步提高光照强度,光合作用强度会一直不变
B.若A为O2吸收量,D点时,叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C.C点时,叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D.若A为CO2释放量,适当提高大气中的CO2浓度,E点可能向右下移动
11.()玉米叶肉细胞中有一种酶,可通过一系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞,使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2,保证卡尔文循环顺利进行,这种酶被形象地称为“CO2泵”。图1表示玉米CO2同化途径,图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2后的大棚内玉米光合速率变化曲线。回答下列相关问题:
图1
图2
(1)白天时,玉米植株消耗NADPH的具体场所为 。当环境中光照增强,温度过高时,玉米光合作用速率不会明显下降甚至可能会提高,其原因是 。
(2)由图2可知,15时以后限制玉米光合速率的主要环境因素是 。与15时相比,17时自然种植大棚内玉米植株C5的合成速率 (填“升高”“不变”或“降低”)。由图2中两条曲线的变化规律可知:人工施加CO2的最佳时间是 时左右,两个大棚同时通风的时间是 时左右。
(3)已知水稻没有“CO2泵”这种机制,但随着胞间CO2浓度的升高,玉米的光合速率不再变化,而水稻的光合速率可以逐渐上升。请从暗反应中酶的角度分析可能的原因是 。
12.(2020河北衡水武邑中学高一月考,)如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题:
(1)图1装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴 (填“向左”“向右”或“不移动”),原因是 。
(2)若图1装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是 ,原因是酵母菌是 生物。
(3)如果要在(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图1装置? 。
(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为 ,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是 。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.B
2.A
3.C
4.B
5.B
6.C
7.C
8.B
1.B 树叶中除含有大量的叶绿素外,还含有叶黄素、胡萝卜素等,其中叶绿素a为蓝绿色,叶绿素b为黄绿色,进入秋季天气渐凉,气温下降,叶绿素的合成受到阻碍,叶绿素含量减少,绿色变浅,叶黄素、胡萝卜素以及花青素的颜色显现出来,导致树叶呈现黄色或红色。
2.A 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光的吸收较少,A正确;类胡萝卜素不能吸收红光,B错误;叶绿体中的色素可吸收、传递并利用光能进行光合作用,光合色素主要吸收红光和蓝紫光,因此在温室或大棚种植蔬菜时,补充同等强度红光或蓝紫光更有利于植物的光合作用,C错误;光合色素吸收的是可见光,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,不能吸收红外光和紫外光,D错误。
3.C 叶绿体具有内膜和外膜,内部含基粒,基粒与基粒之间为基质,基质内含少量的DNA和RNA,故叶绿体可携带遗传信息,A、B正确;高等植物的根部细胞不含叶绿体,C错误;蓝细菌为原核生物,其细胞内不含叶绿体,但含有叶绿素和藻蓝素,因此,蓝细菌能够进行光合作用,D正确。
4.B 由题图可知,好氧细菌主要集中分布在极细光束照射的叶绿体附近,说明该部位产生了O2,即进行了光合作用,由此可推知光合作用的场所为叶绿体,光合作用产生氧气。题述实验未体现光合作用产生淀粉和光合作用所需要的原料。
5.B 绿叶中色素的提取和分离实验中,SiO2的作用是使研磨更加充分,A错误;绿叶中色素的提取和分离实验中,因为色素都能溶解在层析液中,且在层析液中的溶解度不同,所以层析液的作用是分离光合色素,B正确;CaCO3的作用是防止叶绿素被破坏,C错误;黄化叶片也含有色素,实验中也可以呈现出色素带,D错误。
6.C 层析液具有一定的毒性和挥发性,因此应用棉塞塞紧瓶口,A、B错误;层析时,若滤液细线触及层析液,则色素会溶解在层析液中,滤纸条上得不到色素带,因此滤液细线不能触及层析液,C正确,D错误。
易错提醒
纸层析过程中,滤液细线不能触及层析液,否则滤液中的色素溶解在层析液中,不能在滤纸条上扩散形成色素带。
7.C 滤纸条上橙黄色的条带在最上面,橙黄色的是胡萝卜素,其在层析液中的溶解度最大,叶黄素次之,且叶黄素为黄色,A、B错误;滤纸条上蓝绿色条带最宽,蓝绿色的是叶绿素a,其含量最多,黄绿色的是叶绿素b,C正确,D错误。
8.B 提取色素的原理是叶绿体中的色素不溶于水而溶于有机溶剂,分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,A错误;研磨叶片时加CaCO3的作用是防止叶绿素被破坏,如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙,可能出现和“嫩黄叶”相似的结果,B正确;由题图可知,乙组提取到的色素中,叶绿素的含量比甲组少得多,由于叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在红光区域,C错误;滤纸条上的色素带从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素带的宽窄与色素含量相关,“绿叶”所含叶绿素a和叶绿素b较多,叶绿素a和叶绿素b的条带较宽,所以甲为“绿叶”的色素层析结果,则乙为“嫩黄叶”的色素层析结果,D错误。
9.答案 (1)纸层析法 (2)无水乙醇 溶解绿叶中的色素 (3)画滤液细线 将色素转移到滤纸条上 滤液细线要画的细、直,且待滤液干后重复画一到两次 (4)黄绿色 蓝绿色 橙黄色
解析 (1)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,这样可实现色素的分离,该方法为纸层析法。(2)研磨过程中除加入二氧化硅、碳酸钙外还要加入无水乙醇,无水乙醇的作用是溶解绿叶中的色素,达到提取色素的目的。(3)由图可知,步骤B是用色素提取液来画滤液细线,为使色素含量较多,实验结果容易观察,画滤液细线时要尽量画的又细又直,而且待滤液干后再重画一到两次。(4)通过层析,滤纸条上四条色素带从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素,其颜色依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。
能力提升练
1.A
2.C
3.C
4.C
5.D
6.AC
7.C
1.A 由题图可知:①是叶绿体外膜,②是叶绿体内膜,③是基粒,④是叶绿体基质。与光合作用有关的酶分布在基粒和基质中,而与光合作用有关的色素只分布在基粒的类囊体薄膜上,A错误,B正确;基粒是由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成的,基粒及类囊体极大地扩展了叶绿体的受光面积,C正确;叶绿体外膜、内膜都是生物膜,均具有选择透过性,D正确。
2.C 绿叶中的光合色素能溶解在无水乙醇中,所以可以用无水乙醇提取光合色素,A正确;从表中可以看出,实验组与对照组相比,叶绿素a、叶绿素b的量均增加,B正确;对照组叶绿素a/叶绿素b的值是2.3/0.7≈3.29,实验组叶绿素a/叶绿素b的值是2.6/0.9≈2.89,蓝光使叶绿素a/叶绿素b的值下降,C错误;对比实验组与对照组叶绿素a、叶绿素b的增长率,叶绿素a的增长率是(2.6-2.3)/2.3×100%≈13.04%,叶绿素b的增长率是(0.9-0.7)/0.7×100%≈28.57%,由此可以看出蓝光促进叶绿素b合成的作用更显著,D正确。
3.C 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,A正确;绿叶中色素的提取和分离实验中,研磨时加入二氧化硅是为了使研磨更充分,若研磨时不加二氧化硅,则各种色素提取量减少,滤纸条上各色素带均变窄,B正确;由图中曲线可知,7~11月份,植株中叶绿素含量逐渐减少,类胡萝卜素含量先增多后减少,C错误;叶绿素的合成与光照、温度等条件有关,调查期间,叶绿素含量有所降低,则主要因素可能是光照和温度,D正确。
4.C 叶片在研磨时,加入少许碳酸钙,防止色素被破坏,A错误;画滤液细线时,应待滤液干后再重画一到两次,B错误;菜叶剪碎不够充分,可使叶片研磨不够充分,导致提取到的色素较少,但色素没有被破坏,故仍可以提取出4种光合色素,只是色素带颜色较浅,C正确;滤纸上的色素带会因色素分解而消失,但不会随层析液挥发而消失,D错误。
5.D 图①中,由下而上的色素带依次对应叶绿素b(黄绿色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶黄素(黄色)、胡萝卜素(橙黄色)。与图①相比,图②中无叶绿素a和叶绿素b对应的色素带,即所用实验材料中不含叶绿素,含叶黄素和胡萝卜素。清水培养的水仙叶片、盆栽的天竺葵的叶片、大蒜发芽长出的绿叶都具备四种光合色素,与图②不相符;秋冬季节的银杏落叶中,叶绿素已在低温条件下分解,而叶黄素、胡萝卜素含量基本不变,与图②相符。
6.AC 利用色素在层析液中的溶解度不同,进行色素的分离,故分离色素时应向培养皿中加入层析液,A正确;利用图示装置分离色素时,应将色素提取液滴在a处,b处连接层析液,这样层析液由棉线上升至a处将色素溶解,色素在滤纸上随层析液由圆心向四周扩散,实验结果将得到4个同心圆,从外向内分别是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),B错误,C正确;胡萝卜素在层析液中溶解度最大,扩散速度最快,则形成的圆最大,颜色是橙黄色,D错误。
7.C 依据图中扩散距离可知,图中甲表示叶绿素b、乙表示叶绿素a、丙表示叶黄素、丁表示胡萝卜素。叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不吸收红光,A错误;依据分离绿叶中色素的原理可知,色素在层析液中溶解度越大,在滤纸上扩散得越快,则图中丁在滤纸上扩散最快,其在层析液中的溶解度最大,B错误;发黄的菠菜叶中叶绿素含量减少,即图中色素甲和乙含量减少,C正确;提取色素时加入SiO2的目的是使研磨更充分,研磨时加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏,D错误。
方法技巧
巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙黄)黄蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
8.答案 (1)无水乙醇(丙酮)、层析液 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)色素在层析液里的溶解度不同 (4)红 叶绿素不稳定,在强光下易分解 (5)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定
解析 (1)提取色素的原理是叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,因此提取色素和分离色素所用的试剂分别是无水乙醇、层析液。(2)滤纸条上的色素带从上到下依次对应胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,据图可知,图2中韭菜和韭黄共有的色素为胡萝卜素和叶黄素,其色素带颜色依次是橙黄色、黄色。韭黄与韭菜相比缺少叶绿素a和叶绿素b对应的色素带,说明韭黄避光生长不能合成叶绿素,即叶绿素的形成需要光。(3)纸层析法分离色素的原理是色素在层析液里的溶解度不同。(4)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,韭黄色素滤液中缺少叶绿素,所以“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。由于叶绿素不稳定,在强光下易分解,所以韭菜滤液在强光下曝光1~2 h后再重复题述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致。(5)碳酸钙能防止研磨中叶绿素被破坏,韭菜滤液用5%的HCl溶液处理一段时间后,叶绿素被破坏,滤液颜色与研磨时未加碳酸钙的颜色相似,呈现黄褐色。通过铜代叶绿素能长时间保持叶片标本的绿色可推测,铜代叶绿素比叶绿素稳定。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
1.D
2.C
3.B
4.A
5.C
6.D
7.C
8.B
10.D
11.C
12.C
13.C
14.A
15.D
17.A
18.A
1.D 卡尔文利用14C标记CO2研究了暗反应中CO2合成糖的过程,即二氧化碳中的C首先固定在三碳化合物中,之后转移到糖类等有机物中。
2.C 依题意及图示可知,一组给小球藻提供C18O2和H2O,在光照下小球藻释放的A为O2;另一组给小球藻提供CO2和H218O,在光照下小球藻释放的B为18O2。物质A为O2,物质B为18O2,二者均为氧气,A正确;18O是16O的稳定同位素,不具有放射性,因此物质A(O2)和物质B(18O2)均无放射性,B正确;物质A(O2)和物质B(18O2)的分子量之比为8∶9,C错误;综上分析,光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,D正确。
易错提醒
并非同位素都具有放射性
同位素指同一元素中,质子数相同、中子数不同的原子,有的同位素具有放射性,如14C、32P、3H、35S等,有的不具有放射性,如15N、18O等。
3.B 判断光合作用产生的氧气的来源时需用同位素标记法,本实验无法判断光合作用产生的氧气的来源,A不符合题意;溶液由蓝色变成无色并放出氧气,说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2,B符合题意;题述实验不能判断光合作用的光反应的场所和暗反应的场所,C、D不符合题意。
4.A 光反应阶段的能量来源于色素吸收的光能,暗反应阶段的能量来源于光反应阶段合成的ATP和NADPH中的活跃的化学能。
5.C 光反应需要依赖叶绿体中的色素吸收、传递和转化光能,A正确;暗反应在叶绿体基质中进行,B正确;根据卡尔文循环可知,暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O),C错误;光合作用中能量转换是光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能,D正确。
归纳总结
光合作用过程中各元素的转移途径
(1)H:3H2ONADP3H(C3H2O)
(2)C:14CO214C3(14CH2O)
(3)O:H218O18O2
C18O2C3(CH218O)
6.D 在光反应过程中,色素吸收光能将水分解产生H+与氧气,H+与氧化型辅酶Ⅱ结合形成NADPH,ADP和Pi在有关酶的作用下形成ATP,光反应产生的NADPH和ATP用于暗反应过程中C3的还原,A正确;停止光照,光反应停止,则叶绿体中ATP和NADPH含量下降,B正确;光合作用过程中,光反应产生ATP,其场所为类囊体的薄膜,暗反应消耗ATP,其场所为叶绿体基质,故叶绿体中ATP的移动方向为类囊体薄膜→叶绿体基质,C正确;植物在暗处时,光照不足,则光反应产生的ATP和NADPH不足,导致暗反应合成有机物(CH2O)减少,D错误。
7.C 突然停止光照,光反应停止,不再生成ATP和NADPH,即NADPH减少。由于缺少ATP和NADPH,暗反应中C3的还原过程受阻,即C5(五碳化合物)的生成减少,而CO2仍继续和五碳化合物结合生成C3,因此C5(五碳化合物)减少。
方法技巧
从生成和消耗两个角度分析C3和C5含量变化
实例:CO2供应正常,突然停止光照
8.B 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,光反应阶段在叶绿体类囊体薄膜上进行,主要进行水的光解和ATP、NADPH的合成;暗反应阶段在叶绿体基质中进行,主要进行二氧化碳的固定和C3的还原。如果A代表某结构,发生了水的光解,则其表示类囊体,是光反应阶段的场所,A正确;由图可知,C为NADPH、D为ATP,二者的形成场所为叶绿体类囊体薄膜,B错误;突然降低环境中的二氧化碳浓度,暗反应减弱,一段时间后,光反应随之减弱,所以氧气的产生速率会下降,C正确;二氧化碳中的C和O均参与了三碳化合物的合成,D正确。
9.答案 (1)光反应 暗反应 (2)④ (3)O2 ATP (4)NADPH ATP (5)F
解析 (1)根据光合作用对光照的需求情况,可以将光合作用过程分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示二氧化碳固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的氧气,C是光反应阶段生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中A经过②光反应阶段和③暗反应阶段最终转化为储存在有机物F中的稳定的化学能。
10.D 经干旱处理后,该植株根细胞溶质浓度增大,导致细胞吸水能力增强,A错误;经干旱处理后,该植物叶片气孔开度减小,导致吸收的二氧化碳减少,暗反应减弱,因此该植物的光合速率降低,B错误;在一定的光照条件下,气孔开度减小,细胞吸收的二氧化碳减少,C5的消耗量减少,而此时C5的来源几乎不变,因此C5含量增加,C错误;经干旱处理后,该植物要吸收更多水分,根系将变得发达,D正确。
11.C CO2是光合作用的原料,其含量直接影响绿色植物的光合作用效率,适当增加封闭温室内的CO2浓度,可以提高作物产量,A错误;温度通过影响光合作用相关酶和呼吸作用相关酶的活性来影响绿色植物的有机物的净积累,白天适当提高温度有利于增加光合作用,晚上适当降低温度有利于减弱呼吸作用,即适当增大昼夜温差,能提高有机物的净积累量,从而提高作物产量,B错误;光照是进行光合作用的条件,在一定的光照强度范围内,增加光照强度有利于促进光合作用,从而提高作物产量,C正确;适当延长光照时间可以提高光合作用速率,有助于提高农作物的产量,D错误。
12.C 由于曲线a是最适宜温度下的曲线,因此适当提高温度,酶的活性降低,光合作用强度降低,A错误;分析题图可知,B点之后光照强度已不再是限制光合作用强度的因素,则光照强度增加,光合作用强度也不会增强,B错误;由于二氧化碳是光合作用的原料,B点适当增加二氧化碳浓度,光合作用强度增强,C正确;酶的数量不属于环境因素,D错误。
13.C 由题图可知,AB段为6~10时,光照强度随时间逐渐增强,导致光合作用强度逐渐增强,A正确;BC段光合作用强度下降是因为温度很高,蒸腾作用很强,导致部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降,B正确;DE段为14时后,光照强度随时间逐渐减弱,导致光合作用强度逐渐降低,C错误;结合以上分析可知,限制图中光合作用强度的因素有光照强度、温度和CO2浓度,D正确。
14.A 将果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形,可以增加光合作用面积,进而提高果树对光的利用率,从而达到丰产效果,A符合题意;果树修剪在一定程度上能够提高对CO2的利用率,但这不是丰产的主要原因,B不符合题意;果树修剪不能改变果树的抗病能力,C不符合题意;如果增强果树的呼吸作用,果树可能会减产,D不符合题意。
15.D 据题图分析可知,该实验自变量是有无光照,因变量是幼苗长度,因此该实验探究的可能是有无光照对幼苗生长的影响,A正确;黑暗条件下,幼苗无法进行光合作用合成有机物,但可进行细胞呼吸消耗有机物,体内有机物的总量减少,B正确;根据图示,前10天黑暗下的幼苗比白光下的幼苗要长,说明前10天光照对幼苗的生长可能有抑制作用,C正确;前10天,幼苗叶子未变绿,白光条件下幼苗不能进行光合作用,只能进行细胞呼吸,幼苗体内有机物的量一直在减少,D错误。
16.答案 (1)光反应 类囊体薄膜 三碳化合物(C3) (2)大于 (3)增加二氧化碳的浓度、适当提高温度、增施肥料、合理灌溉等
解析 (1)依据光合作用的过程可知,O2是在光合作用的光反应阶段产生的,场所为类囊体薄膜。CO2固定后形成的C3被NADPH还原成(CH2O)。(2)由图可知,光照强度为B时,植物个体O2净产量为0,由于所有细胞都会进行呼吸作用,却只有含叶绿体的叶肉细胞等能进行光合作用,因此叶肉细胞中叶绿体产生的O2量大于叶肉细胞呼吸消耗的O2量。(3)曲线中,C点后O2净产量不再随着光照强度的增加而增大,说明此时光合作用的限制因素不再是光照强度,可能是二氧化碳浓度、温度、水分等。因此,要想提高C点后O2净产量,可采取增加二氧化碳的浓度、适当提高温度、增施肥料、合理灌溉等措施。
17.A 由题意可知,硫细菌将无机物合成有机物时,利用的是环境中H2S氧化所释放的能量,而不是光能,这种生理作用被称为化能合成作用。
18.A 天竺葵通过光合作用合成有机物,硝化细菌通过化能合成作用合成有机物,二者合成有机物的过程中,都以CO2为原料,产物有(CH2O);但天竺葵利用光能合成有机物,硝化细菌利用化学能合成有机物,两者的能量来源不同,A符合题意,C不符合题意。由于酶具有专一性,光合作用与化能合成作用使用的酶不同,B不符合题意。天竺葵为真核生物,其光合作用的场所为叶绿体,硝化细菌为原核生物,其化能合成作用的场所为细胞质,D不符合题意。
归纳总结
光合作用与化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
能力提升练
1.B
2.D
3.B
4.C
5.A
6.B
8.C
9.C
10.D
1.B 由题意可知,加入药物后影响了暗反应,没有影响叶绿体中的色素的功能,所以叶绿素吸收光能的效率没有下降,A错误;由于暗反应速率下降,会减少对NADPH和ATP的消耗,导致NADPH和ATP积累,进而影响光反应速率,B正确;ATP在光反应阶段合成,ATP合成酶是用于光反应阶段的物质,而加入的药物影响的是暗反应过程,C错误;光反应的原料——水,主要来自环境,而不是暗反应,D错误。
2.D 叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,光合色素吸收绿光极少,所以如果在适宜反应条件下,用自然光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与自然光相同的绿光,相当于降低了自然光的光照强度。光照强度降低,光反应速率减慢,则ATP合成减少,ATP含量减少,A正确;光反应为暗反应提供NADPH、ATP,二者参与C3还原,光反应速率减慢,导致C3的还原减慢,C5生成减少,而此时CO2浓度不变,CO2的固定量不变,即C3的合成量不变,C5的消耗量不变,则叶绿体中C3的含量增加,C5含量减少,B、C正确;光反应速率减慢,合成的NADPH减少,可导致叶绿体中NADP+积累,含量增加,D错误。
3.B 在适宜的光照、温度条件下,甲细胞只释放CO2,不释放O2,说明该细胞不进行光合作用,只进行呼吸作用,或者呼吸作用大于光合作用,该细胞可能取自茎,也可能取自叶和根,A正确,B错误;丙细胞既不释放O2也不释放CO2,可能是死细胞,C正确;乙细胞只释放O2而不释放CO2,说明乙细胞能进行光合作用,则该细胞不可能取自根,D正确。
4.C 根据图中的物质变化可知,a表示暗反应,b表示有氧呼吸的第一、二阶段,c表示光反应,d表示有氧呼吸的第三阶段。有氧呼吸的三个阶段均有热能的释放,A正确;b、d过程表示有氧呼吸过程,人体细胞可进行有氧呼吸,B正确;暗反应发生在叶绿体基质中,光反应和有氧呼吸第三阶段均在生物膜上进行,C错误;图中a、c表示光合作用,b、d表示有氧呼吸,在光照充足等条件适宜的情况下,光合作用强于有氧呼吸,D正确。
5.A 据题图分析,曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,与单作相比,间作时大豆植株的呼吸速率较小,A错误;光照强度为a时,曲线处于上升阶段,此时影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光照强度,B正确;光照强度为b时,大豆植株单作固定CO2的速率为实际的光合速率,且实际光合速率=呼吸速率+净光合速率≈4+20=24(μmol·m-2·s-1),C正确;图中间作的光补偿点小于单作的,说明大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作,D正确。
6.B 由表格信息可知,黑暗下释放CO2速率即植物细胞呼吸速率,在5~35 ℃范围内随温度的增加而增大,与温度表现为正相关,A错误。该植物30 ℃与35 ℃的实际光合速率都是6.5,故光合作用最适宜温度在30~35 ℃之间;在0~35 ℃范围内,呼吸速率在35 ℃时最大,但35 ℃不一定是细胞呼吸的最适宜温度,故该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高,B正确。昼夜不停地光照,该植物生长的最适宜温度是25 ℃,因为在此光照下有机物积累量最多,C错误。一昼夜净积累量=实际光合作用积累量-呼吸消耗量,每天交替进行12小时光照、12小时黑暗,一昼夜净积累量=光照时净积累量×12-黑暗时呼吸消耗量×12,综合可知,温度保持在20 ℃的条件下,该植物积累的有机物最多,为3.25×12-1.50×12=21(mg),D错误。
7.答案 (1)CO2吸收量 一部分进入线粒体,另一部分释放到细胞外 (2)随着光照强度逐渐增强,光合作用暗反应消耗的CO2也越来越多,胞间CO2浓度下降 夏季中午光照过强,水分蒸发加剧,导致叶片部分气孔关闭,CO2吸收量减少,净光合速率下降 (3)随着光照强度不断降低,光合作用逐渐减弱,利用的CO2越来越少,留在胞间的CO2越来越多
解析 (1)净光合速率可以用单位时间内CO2吸收量或O2释放量来表示,单位时间内CO2固定量表示总光合速率;当净光合速率大于0时,光合作用速率大于细胞呼吸速率,此时光合作用产生的氧气大于呼吸作用消耗的氧气,故叶绿体产生的氧气一部分进入线粒体,另一部分释放到细胞外。(2)据图分析,9:00至11:00时,随着光照强度逐渐增强,光合作用暗反应消耗的CO2也越来越多,净光合速率上升,而胞间CO2浓度下降;13:00时光照过强,水分蒸发加剧,导致叶片部分气孔关闭,CO2吸收量减少,净光合速率下降。(3)胞间CO2的来源为细胞呼吸和外界吸收,去路为光合作用。17:00至18:00,光照强度不断降低,光合作用逐渐减弱,利用的CO2越来越少,则留在胞间的CO2越来越多。
8.C 光合作用的暗反应过程中,CO2先与C5结合形成C3,然后C3经过还原后形成有机物或C5。暗反应发生在叶绿体基质,而CO2是暗反应的反应物,因此含14C的有机物最先出现在叶绿体基质,A正确;据图分析,A→B,C5的相对含量逐渐减小,暗反应过程中C5与CO2结合生成C3,因此叶肉细胞吸收CO2的速率增加,B正确;B→C,叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高,C5含量维持基本不变,说明CO2浓度不再是影响光合作用的因素,即达到了CO2饱和点,光合速率不再随CO2浓度增加而增大,此时光合速率大于呼吸速率,净光合速率大于0,植物积累有机物,C错误,D正确。
9.C 经一昼夜后,密闭温室大棚内CO2浓度下降,减少的CO2用于合成有机物,故大棚内植物有机物积累量增加,大棚内O2浓度增加,A、B正确。A点至B点,CO2浓度逐渐升高,说明植物光合作用小于呼吸作用,植物消耗有机物;B点至C点,CO2浓度逐渐下降,说明此阶段(除B、C点)植物光合作用大于呼吸作用,植物积累有机物;C点至D点,CO2浓度逐渐升高,此阶段(除C、D点)植物光合作用小于呼吸作用,植物消耗有机物,因此C点时大棚内有机物含量最高,B点时有机物含量最低,C错误。B点和C点时,叶肉细胞光合作用强度等于该植物所有细胞呼吸作用强度,因此叶肉细胞的光合作用速率大于叶肉细胞的呼吸速率,D正确。
10.D 图中E点的光照强度表示光饱和点,故F点以后提高光照强度,光合作用将不再增强,但是当光照太强时会引起部分气孔关闭,导致光合作用减弱,A错误;若A为O2吸收量,D点表示植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量相等,即D点的光照强度为光补偿点,植物只有叶肉细胞等可以进行光合作用,而植物的所有细胞都可以进行呼吸作用,因此D点叶肉细胞吸收的氧气量少于释放的氧气量,B错误;C点时,光照强度为0,此时植物只能进行呼吸作用,因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体,C错误;若A为CO2释放量,适当提高大气中的CO2浓度,光饱和点将增大,E点可能向右下移动,D正确。
11.答案 (1)维管束鞘细胞内的叶绿体基质 玉米叶肉细胞内有“CO2泵”,在气孔因高温关闭时,仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2,且此时光照增强,有可能使NADPH和ATP生成增加
(2)光照强度 降低 8 10 (3)水稻暗反应相关酶的活性比玉米的高(或水稻暗反应相关酶的数量比玉米的多)
解析 (1)白天时,卡尔文循环消耗NADPH,玉米植株进行卡尔文循环的场所是维管束鞘细胞内的叶绿体基质。由图1可知,玉米叶肉细胞内存有“CO2泵”,可在低CO2浓度条件下,将CO2泵到玉米维管束鞘细胞内完成暗反应,因此当温度过高气孔关闭时,CO2供应不足,此时玉米叶肉细胞内的“CO2泵”发挥作用,使玉米光合作用速率不会明显下降,同时环境中光照增强,则有可能使NADPH和ATP生成增加,从而使玉米光合作用速率提高。(2)由曲线可知,15时以后,光照强度逐渐降低,所以限制光合速率的主要环境因素是光照强度。与15时相比,17时自然种植大棚内玉米光合作用速率降低,C5的合成速率也降低。从8时开始,人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚内玉米,说明人工施加CO2的最佳时间是8时左右;10时后,自然种植的大棚的玉米光合速率明显加快,人工一次性施加CO2的大棚内,玉米光合速率因CO2浓度降低而明显减慢,因此两大棚同时通风的时间为10时左右。(3)随着胞间CO2浓度的升高,玉米的光合速率不再变化,说明玉米细胞内CO2已达到饱和,而水稻的光合速率可以逐渐上升,说明水稻可以利用更多CO2,这可能是因为水稻暗反应相关酶的活性(数量)比玉米的高(多),能够固定更多的CO2。
12.答案 (1)不移动 小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等 (2)刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动 兼性厌氧型 (3)用NaOH溶液代替清水,其他条件不变 (4)NaHCO3溶液 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量
解析 据图分析,图2中的绿色植物可以同时进行有氧呼吸和光合作用,若烧杯中的Y是二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),则Y可以为光合作用提供CO2,且保持烧杯中CO2浓度不变。(1)图1中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,小鼠进行无氧呼吸既不消耗O2,也不释放CO2,所以装置中的气体体积不变,红色液滴不移动。(2)将小鼠换成酵母菌,X仍然是清水,酵母菌是兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则红色液滴右移。(3)酵母菌有氧呼吸时,CO2释放量与O2吸收量相等,根据以上分析,若将图1装置中的清水换成氢氧化钠溶液,小鼠换成酵母菌,其他条件不变,则红色液滴的移动距离可表示酵母菌O2的吸收速率,即酵母菌有氧呼吸释放CO2的量。(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则红色液滴右移。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一 了解色素的种类和作用
1.(2020北京东城高一期末)北方秋季,银杏、黄栌、红枫等树种的叶片由绿变黄或变红,一时间层林尽染,分外妖娆。低温造成叶肉细胞中含量下降最显著的色素是 ( )
A.叶黄素 B.叶绿素 C.花青素 D.胡萝卜素
2.下列关于叶绿素和类胡萝卜素吸收光谱的说法,正确的是( )
A.叶绿素只能吸收较少的绿光
B.类胡萝卜素也能吸收红光,只是少于叶绿素
C.温室或大棚种植蔬菜时,补充白光最有利于植物的光合作用
D.叶绿素a和叶绿素b主要吸收紫外光和红外光
题组二 了解叶绿体的结构及功能
3.下列有关叶绿体的叙述,错误的是( )
A.叶绿体具有双层膜结构
B.叶绿体可携带遗传信息
C.叶绿体存在于高等植物的每一个细胞中
D.蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用
4.科学家用水绵进行了如下实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气和光照的条件下一段时间,然后用极细的光束照射水绵不同部位,观测到一些部位有好氧细菌积聚,另一些部位则没有积聚(如图所示)。由此得出的结论是( )
A.光合作用产生淀粉,场所是叶绿素
B.光合作用产生氧气,场所是叶绿体
C.光合作用产生淀粉,需要水
D.光合作用产生氧气,需要二氧化碳
题组三 进行绿叶中色素的提取和分离
5.(2020江苏扬州高一期末)下列对提取光合色素,进行纸层析分离的实验中各种现象的解释,正确的是( )
A.SiO2的作用是防止色素被破坏
B.层析液的作用是使色素分离
C.CaCO3的作用是使研磨充分
D.没有色素带呈现,原因可能为材料是黄化叶片
6.纸层析法可分离绿叶中的光合色素。分离装置示意图中正确的是( 易错 )
7.在纸层析法提取绿叶的色素实验中,我们看到滤纸条上橙黄色的条带在最上面,而蓝绿色条带最宽。对此以下解释正确的是( )
A.橙黄色的是胡萝卜素,其在提取液中的溶解度最大
B.橙黄色的是叶黄素,其在层析液中的溶解度最大
C.蓝绿色的是叶绿素a,其含量最多
D.蓝绿色的是叶绿素b,其含量最多
8.某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别,选择了新鲜菠菜的“绿叶和嫩黄叶”,做“绿叶中色素的提取和分离”实验。色素层析结果如图,下面叙述正确的是( )
A.提取色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B.如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙也可能出现和“嫩黄叶”相似的结果
C.如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
D.甲为“嫩黄叶”的色素层析结果,乙为“绿叶”的色素层析结果
9.如图是关于“绿叶中色素的提取和分离”实验过程的图解:
(1)分离叶绿体色素的方法是 。
(2)步骤A加入的试剂是 ,其作用是 。
(3)步骤B是在 ,其目的是 ,这一步要尽可能做到
。
(4)实验结果表明,分布在滤纸条上的色素带的颜色从下到上依次为 、 、黄色和 。
能力提升练
题组一 分析叶绿体的结构及所含色素的作用
1.()如图为叶绿体亚显微结构简图,下列叙述中错误的是( )
A.与光合作用有关的酶只分布在③上
B.与光合作用有关的色素分布在③上
C.③扩展了叶绿体的受光面积
D.①②均为选择透过性膜
2.()科研人员探究了补充蓝光对油桃叶片色素含量的影响,结果如下表。下列分析不正确的是( )
叶绿素a
(mg/g)
叶绿素b
(mg/g)
叶绿素总量(a+b)
(mg/g)
实验组
2.6
0.9
3.5
对照组
2.3
0.7
3.0
A.可用无水乙醇提取光合色素
B.蓝光处理使叶绿素a、b的量均增加
C.蓝光使叶绿素a/叶绿素b的值增加
D.蓝光促进叶绿素b合成的作用更显著
3.()为探究不同时间北方某乔木叶片中光合色素含量的变化情况,某实验小组进行了相关实验,结果如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A.叶绿素和类胡萝卜素都能够吸收蓝紫光
B.若研磨时不加二氧化硅,则滤纸条上各色素带均变窄
C.7~11月份,植株中叶绿素含量与类胡萝卜素的含量呈负相关
D.调查期间,导致叶片叶绿素含量下降的主要因素可能是光照和温度
题组二 综合分析绿叶中色素的
提取和分离实验
4.(2020江苏无锡高三期末,)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.叶片充分研磨后应立即加入少许碳酸钙,防止色素被破坏
B.画滤液细线时应迅速地重复画线,保证滤纸条上有足量的色素
C.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合色素
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液挥发而消失
5.(2020北京高二学业水平考试,)如图①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果,则图②所示结果最有可能来自( )
A.清水培养的水仙叶片
B.盆栽的天竺葵的叶片
C.大蒜发芽长出的绿叶
D.秋冬季节的银杏落叶
6.(不定项)()如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。下列与之有关的叙述中,正确的是( )
A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在b处,而不能滴在a处
C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆
D.实验得到的若干个同心圆中,最大的一个圆呈黄色
7.()如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法正确的是( 深度解析 )
A.色素丙和色素丁主要吸收红光
B.四种色素在层析液中溶解度最大的是乙
C.发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是甲和乙
D.提取色素时加入SiO2的目的是防止色素被破坏
8.(2020重庆南岸高一期末,)如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验流程,请分析回答:
图1
图2
(1)提取色素和分离色素所用的试剂分别是 。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示,其中共有的色素带的颜色是 ,据此能得出的结论是 。
(3)纸层析法分离色素的原理是 。
(4)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间,“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在 光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1~2 h,再重复上述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,其原因是 。
(5)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等替换。韭菜滤液用5%的HCl溶液处理一段时间后,其颜色与研磨时未加 的颜色相似,呈现黄褐色。实验室常用含Cu2+的试剂处理叶片,可形成铜代叶绿素,能长时间保持叶片标本的绿色,其原因是 。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一 描述光合作用的探究历程
1.(2020山东师大附中高一月考)用14C标记CO2,可用于研究光合作用中( )
A.光反应的条件 B.暗反应(碳反应)的条件
C.能量的转换过程 D.由CO2合成糖的过程
2.用同位素18O分别标记二氧化碳和水,做了如图所示实验,就实验结果、结论的描述不正确的是( 易错 )
A.结果:物质A和物质B都是氧气
B.结果:物质A和物质B均无放射性
C.结论:物质A和物质B的分子量之比为9∶8
D.结论:光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水
3.1937年,植物学家希尔将叶绿体分离后置于试管中,加入1 %的DCPIP(DCPIP是一种可以接受氢的化合物,被氧化时是蓝色的,被还原时是无色的)后,将试管置于光下,发现溶液由蓝色变成无色并放出氧气,以上实验证明了( )
A.光合作用产生的氧气来自H2O
B.光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.光合作用的光反应在类囊体上进行
D.光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
题组二 归纳光合作用的过程
4.光合作用过程中光反应阶段和暗反应阶段的能量来源分别是( )
A.光能、ATP和NADPH中的化学能
B.光能、光能
C.ATP和NADPH中的化学能、光能
D.ATP和NADPH中的化学能、ATP和NADPH中的化学能
5.(2020江苏扬州高一期末)下列有关光合作用的叙述,错误的是( 深度解析 )
A.光反应的发生依赖叶绿体中的色素
B.暗反应的发生场所是叶绿体基质
C.暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)
D.光合作用中能量转换是光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能
6.(2020山东济南历城二中高一期末)光合作用过程包括光反应和暗反应。如图表示光反应与暗反应的关系,据图判断下列叙述不正确的是( )
A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照,叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体到基质
D.植物在暗处可大量合成(CH2O)
7.适宜环境下进行光合作用时,如果突然停止光照,短暂时间内叶绿体中五碳化合物与NADPH相对含量的变化是( 深度解析 )
A.五碳化合物增多,NADPH减少
B.五碳化合物增多,NADPH增多
C.五碳化合物减少,NADPH减少
D.五碳化合物减少,NADPH增多
8.如图是绿色植物光合作用过程示意图。下列与此图相关的说法错误的是( )
A.如果A代表某结构,则A为类囊体
B.形成C、D的过程发生在叶绿体基质中
C.突然降低环境中CO2浓度,一段时间后B的产生速率下降
D.C3中不仅有来自CO2中的C,也有来自CO2中的O
9.改变全球气候变暖的主要措施有减少CO2等温室气体的排放,植树造林,利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解,请据图回答:
(1)光合作用过程可以分为两个阶段:②表示 阶段,③表示 阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是 。
(3)写出图中所示物质,B: ;C: 。
(4)②阶段为③阶段提供 和 。
(5)经过②和③阶段,A最终转化成储存在 (用图中字母表示)中的化学能。
题组三 分析影响光合作用的因素及其应用
10.(2020河南郑州高一期末)将生长在水分正常土壤中的黄瓜植株通过减少浇水进行干旱处理,该植株根细胞中溶质浓度增大,叶片气孔开度(气孔开放的程度)减小。下列分析正确的是( )
A.经干旱处理后,该植株根细胞的吸水能力减弱
B.经干旱处理后,该植物的光合速率降低的主要原因是吸收的水分减少,使光反应减弱
C.在一定的光照条件下,气孔开度减小,叶肉细胞中的C5含量减少
D.该植株的根系将变得发达
11.(2020吉林辽源田家炳高中高一期末联考)在封闭的温室内栽种农作物,下列能提高作物产量的措施是( )
A.降低室内CO2浓度 B.降低昼夜温差
C.适当增加光照强度 D.缩短光照时间
12.如图曲线a表示某种植物在最适温度和CO2浓度恒定的条件下,光合作用强度随光照强度变化的曲线,若在B点时改变某种条件,结果发生了如曲线b所示的变化,则改变的环境因素是( )
A.适当提高温度
B.增加光照强度
C.适当增加CO2浓度
D.增加酶的数量
13.下图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图描述错误的是( )
A.AB段光合作用强度变化的主要原因是光照强度增大
B.BC段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降
C.DE段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
14.现在园艺师们往往将李子树、杏树等果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形。“有空就有枝,有枝就有果”是对该树形的最佳描述。由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是( )
A.提高了对光的利用率
B.提高了对CO2的利用率
C.增强了果树的抗病能力
D.增强了果树的呼吸作用
15.(2020山东青岛高一选科抽测)2019年1月由重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验载荷罐内载了几种生物的种子,几天后部分种子萌发。研究种子萌发和幼苗生长对农业生产有重要的指导意义。如图为小麦种子萌发形成幼苗后的生长情况,下列相关说法不正确的是( )
A.该实验探究的可能是有无光照对幼苗生长的影响
B.黑暗条件下幼苗体内有机物的总量没有增加
C.前10 d光照对幼苗的生长可能有抑制作用
D.白光条件下的幼苗体内有机物的量一直在增加
16.某大棚种植的蔬菜在一定的条件下,植物个体O2净产量(植物个体光合作用O2的总产量-植物个体呼吸作用O2的消耗量)与光照强度之间的关系如图所示。请据图作答:
(1)O2是在光合作用的 阶段产生的,场所是 ,CO2固定后形成的 ,被NADPH还原成(CH2O)。
(2)光照强度为B时,叶肉细胞中叶绿体产生的O2量 (填“大于”“等于”或“小于”)叶肉细胞呼吸消耗的O2量。
(3)要想提高C点后O2净产量,可采取的措施有 。
题组四 理解化能合成作用的概念
17.(2020河北唐山高一期末)硫细菌能利用体外环境中H2S氧化所释放的能量,将无机物合成有机物。硫细菌的这种生理作用被称为( )
A.化能合成作用 B.光合作用
C.呼吸作用 D.分解作用
18.(2020黑龙江哈师大附中高一期末)天竺葵和硝化细菌都属于自养型生物。在合成有机物过程中,这两种生物的共同特征是( 深度解析 )
A.以CO2为原料,产物有(CH2O)
B.使用同种酶
C.能量来源相同
D.反应场所相同
能力提升练
题组一 分析光合作用过程中的物质变化
1.()利用小球藻培养液进行光合作用实验时,在其中加入抑制暗反应的药物后,发现在同样的光照条件下释放氧气的速率下降。主要原因是( )
A.叶绿素吸收光能的效率下降
B.NADPH等的积累,使光反应速率减慢
C.合成ATP所需的酶活性受到抑制
D.暗反应中生成的水减少,使光反应的原料不足
2.()在条件适宜的情况下,用自然光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与自然光相同的绿色光照射,在照射瞬间叶绿体中的物质所发生的变化错误的是( )
A.ATP含量减少 B.C5的含量减少
C.C3的含量增加 D.NADP+的含量减少
题组二 分析光合作用与
细胞呼吸的关系
3.()实验室里有三种植物细胞,分别取自植物的三种营养器官。在适宜的光照、温度条件下,测得甲细胞只释放二氧化碳而不释放氧气,乙细胞只释放氧气而不释放二氧化碳,丙细胞既不释放氧气也不释放二氧化碳。以下叙述中不正确的是( )
A.甲可能取自茎 B.甲不可能取自叶
C.丙可能是死细胞 D.乙不可能取自根
4.(2020湖北荆州高一期末,)下图中的a、b、c、d为植物细胞内物质转化的过程。下列有关叙述错误的是( )
A.b、d过程都有热能的释放
B.b、d过程在人体细胞中也可进行
C.a、c、d过程都是在生物膜上进行的
D.在光照充足等适宜条件下,a、c强于b、d
5.(2020河北唐山高一期末,)如图是在不同光照强度下测得的桑树与大豆间作(两种隔行种植)和大豆单作(单独种植)时大豆的净光合速率。假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.单作、间作时大豆植株的呼吸速率相同
B.光照强度为a时,影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光强
C.光照强度为b时,大豆植株单作固定CO2的速率约为24 μmol·m-2·s-1
D.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作
6.(2020湖南湘潭高一期末,)以CO2的吸收速率与释放速率为指标,研究温度对某植物光合作用与细胞呼吸的影响(其余实验条件均适宜),结果如表,下列对该表数据分析正确的是( )
温度(℃)
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2
速率(mg/h)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗下释放CO2
速率(mg/h)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
A.植物细胞呼吸速率与温度表现为负相关
B.该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高
C.昼夜不停地光照,该植物生长的最适宜温度是30 ℃
D.在恒温条件下,每天光照、黑暗各12小时,25 ℃时该植物积累的有机物最多
7.(2020安徽黄山高三一模,)下图是夏季晴天某一种植物叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线(假定该植物的呼吸速率不变)。请回答下列问题:
(1)净光合速率的数值可以用 (填“CO2吸收量”或“CO2固定量”)来表示,当净光合速率大于0时,叶绿体产生氧气的去向是 。
(2)据图分析,9:00至11:00时净光合速率上升,而胞间CO2浓度下降,造成此现象的原因是 ;推测13:00时,净光合速率下降的原因是
。
(3)17:00至18:00胞间CO2浓度快速上升,可能的原因是 。
题组三 综合分析影响光合作用
的因素及其应用
8.(2020北京西城高一期末,)在适宜光照和温度条件下,给豌豆植株供应14CO2,测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的相对含量,结果如下图所示。下列叙述不正确的是( )
A.含14C的有机物最先出现在叶绿体基质
B.A→B,叶肉细胞吸收CO2的速率增加
C.B→C,叶片的光合速率等于呼吸速率
D.B→C,叶肉细胞的光合速率不再增加
9.()密闭温室大棚内CO2浓度的变化如图所示,其中B、C两点的温度相同。下列说法错误的是( )
A.经一昼夜后大棚内植物有机物积累量增加
B.经一昼夜后大棚内O2浓度增加
C.B、C两点时温室大棚中植物有机物的含量分别达到最高和最低
D.B、C两点时叶肉细胞的光合作用速率大于细胞呼吸速率
10.(2020山东枣庄滕州一中高一月考,)下图中纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是( )
注:不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式,单位的表示方法相同。
A.若F点以后进一步提高光照强度,光合作用强度会一直不变
B.若A为O2吸收量,D点时,叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C.C点时,叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D.若A为CO2释放量,适当提高大气中的CO2浓度,E点可能向右下移动
11.()玉米叶肉细胞中有一种酶,可通过一系列反应将CO2“泵”入维管束鞘细胞,使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2,保证卡尔文循环顺利进行,这种酶被形象地称为“CO2泵”。图1表示玉米CO2同化途径,图2表示进行自然种植的大棚和人工一次性施加CO2后的大棚内玉米光合速率变化曲线。回答下列相关问题:
图1
图2
(1)白天时,玉米植株消耗NADPH的具体场所为 。当环境中光照增强,温度过高时,玉米光合作用速率不会明显下降甚至可能会提高,其原因是 。
(2)由图2可知,15时以后限制玉米光合速率的主要环境因素是 。与15时相比,17时自然种植大棚内玉米植株C5的合成速率 (填“升高”“不变”或“降低”)。由图2中两条曲线的变化规律可知:人工施加CO2的最佳时间是 时左右,两个大棚同时通风的时间是 时左右。
(3)已知水稻没有“CO2泵”这种机制,但随着胞间CO2浓度的升高,玉米的光合速率不再变化,而水稻的光合速率可以逐渐上升。请从暗反应中酶的角度分析可能的原因是 。
12.(2020河北衡水武邑中学高一月考,)如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题:
(1)图1装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴 (填“向左”“向右”或“不移动”),原因是 。
(2)若图1装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是 ,原因是酵母菌是 生物。
(3)如果要在(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图1装置? 。
(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为 ,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是 。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.B
2.A
3.C
4.B
5.B
6.C
7.C
8.B
1.B 树叶中除含有大量的叶绿素外,还含有叶黄素、胡萝卜素等,其中叶绿素a为蓝绿色,叶绿素b为黄绿色,进入秋季天气渐凉,气温下降,叶绿素的合成受到阻碍,叶绿素含量减少,绿色变浅,叶黄素、胡萝卜素以及花青素的颜色显现出来,导致树叶呈现黄色或红色。
2.A 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光的吸收较少,A正确;类胡萝卜素不能吸收红光,B错误;叶绿体中的色素可吸收、传递并利用光能进行光合作用,光合色素主要吸收红光和蓝紫光,因此在温室或大棚种植蔬菜时,补充同等强度红光或蓝紫光更有利于植物的光合作用,C错误;光合色素吸收的是可见光,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,不能吸收红外光和紫外光,D错误。
3.C 叶绿体具有内膜和外膜,内部含基粒,基粒与基粒之间为基质,基质内含少量的DNA和RNA,故叶绿体可携带遗传信息,A、B正确;高等植物的根部细胞不含叶绿体,C错误;蓝细菌为原核生物,其细胞内不含叶绿体,但含有叶绿素和藻蓝素,因此,蓝细菌能够进行光合作用,D正确。
4.B 由题图可知,好氧细菌主要集中分布在极细光束照射的叶绿体附近,说明该部位产生了O2,即进行了光合作用,由此可推知光合作用的场所为叶绿体,光合作用产生氧气。题述实验未体现光合作用产生淀粉和光合作用所需要的原料。
5.B 绿叶中色素的提取和分离实验中,SiO2的作用是使研磨更加充分,A错误;绿叶中色素的提取和分离实验中,因为色素都能溶解在层析液中,且在层析液中的溶解度不同,所以层析液的作用是分离光合色素,B正确;CaCO3的作用是防止叶绿素被破坏,C错误;黄化叶片也含有色素,实验中也可以呈现出色素带,D错误。
6.C 层析液具有一定的毒性和挥发性,因此应用棉塞塞紧瓶口,A、B错误;层析时,若滤液细线触及层析液,则色素会溶解在层析液中,滤纸条上得不到色素带,因此滤液细线不能触及层析液,C正确,D错误。
易错提醒
纸层析过程中,滤液细线不能触及层析液,否则滤液中的色素溶解在层析液中,不能在滤纸条上扩散形成色素带。
7.C 滤纸条上橙黄色的条带在最上面,橙黄色的是胡萝卜素,其在层析液中的溶解度最大,叶黄素次之,且叶黄素为黄色,A、B错误;滤纸条上蓝绿色条带最宽,蓝绿色的是叶绿素a,其含量最多,黄绿色的是叶绿素b,C正确,D错误。
8.B 提取色素的原理是叶绿体中的色素不溶于水而溶于有机溶剂,分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,A错误;研磨叶片时加CaCO3的作用是防止叶绿素被破坏,如果以“绿叶”为实验材料,实验中没加碳酸钙,可能出现和“嫩黄叶”相似的结果,B正确;由题图可知,乙组提取到的色素中,叶绿素的含量比甲组少得多,由于叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,如果将两组实验提取的色素放置在阳光和三棱镜之间,则吸收光谱最明显的差异出现在红光区域,C错误;滤纸条上的色素带从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素带的宽窄与色素含量相关,“绿叶”所含叶绿素a和叶绿素b较多,叶绿素a和叶绿素b的条带较宽,所以甲为“绿叶”的色素层析结果,则乙为“嫩黄叶”的色素层析结果,D错误。
9.答案 (1)纸层析法 (2)无水乙醇 溶解绿叶中的色素 (3)画滤液细线 将色素转移到滤纸条上 滤液细线要画的细、直,且待滤液干后重复画一到两次 (4)黄绿色 蓝绿色 橙黄色
解析 (1)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,这样可实现色素的分离,该方法为纸层析法。(2)研磨过程中除加入二氧化硅、碳酸钙外还要加入无水乙醇,无水乙醇的作用是溶解绿叶中的色素,达到提取色素的目的。(3)由图可知,步骤B是用色素提取液来画滤液细线,为使色素含量较多,实验结果容易观察,画滤液细线时要尽量画的又细又直,而且待滤液干后再重画一到两次。(4)通过层析,滤纸条上四条色素带从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素,其颜色依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。
能力提升练
1.A
2.C
3.C
4.C
5.D
6.AC
7.C
1.A 由题图可知:①是叶绿体外膜,②是叶绿体内膜,③是基粒,④是叶绿体基质。与光合作用有关的酶分布在基粒和基质中,而与光合作用有关的色素只分布在基粒的类囊体薄膜上,A错误,B正确;基粒是由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成的,基粒及类囊体极大地扩展了叶绿体的受光面积,C正确;叶绿体外膜、内膜都是生物膜,均具有选择透过性,D正确。
2.C 绿叶中的光合色素能溶解在无水乙醇中,所以可以用无水乙醇提取光合色素,A正确;从表中可以看出,实验组与对照组相比,叶绿素a、叶绿素b的量均增加,B正确;对照组叶绿素a/叶绿素b的值是2.3/0.7≈3.29,实验组叶绿素a/叶绿素b的值是2.6/0.9≈2.89,蓝光使叶绿素a/叶绿素b的值下降,C错误;对比实验组与对照组叶绿素a、叶绿素b的增长率,叶绿素a的增长率是(2.6-2.3)/2.3×100%≈13.04%,叶绿素b的增长率是(0.9-0.7)/0.7×100%≈28.57%,由此可以看出蓝光促进叶绿素b合成的作用更显著,D正确。
3.C 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,A正确;绿叶中色素的提取和分离实验中,研磨时加入二氧化硅是为了使研磨更充分,若研磨时不加二氧化硅,则各种色素提取量减少,滤纸条上各色素带均变窄,B正确;由图中曲线可知,7~11月份,植株中叶绿素含量逐渐减少,类胡萝卜素含量先增多后减少,C错误;叶绿素的合成与光照、温度等条件有关,调查期间,叶绿素含量有所降低,则主要因素可能是光照和温度,D正确。
4.C 叶片在研磨时,加入少许碳酸钙,防止色素被破坏,A错误;画滤液细线时,应待滤液干后再重画一到两次,B错误;菜叶剪碎不够充分,可使叶片研磨不够充分,导致提取到的色素较少,但色素没有被破坏,故仍可以提取出4种光合色素,只是色素带颜色较浅,C正确;滤纸上的色素带会因色素分解而消失,但不会随层析液挥发而消失,D错误。
5.D 图①中,由下而上的色素带依次对应叶绿素b(黄绿色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶黄素(黄色)、胡萝卜素(橙黄色)。与图①相比,图②中无叶绿素a和叶绿素b对应的色素带,即所用实验材料中不含叶绿素,含叶黄素和胡萝卜素。清水培养的水仙叶片、盆栽的天竺葵的叶片、大蒜发芽长出的绿叶都具备四种光合色素,与图②不相符;秋冬季节的银杏落叶中,叶绿素已在低温条件下分解,而叶黄素、胡萝卜素含量基本不变,与图②相符。
6.AC 利用色素在层析液中的溶解度不同,进行色素的分离,故分离色素时应向培养皿中加入层析液,A正确;利用图示装置分离色素时,应将色素提取液滴在a处,b处连接层析液,这样层析液由棉线上升至a处将色素溶解,色素在滤纸上随层析液由圆心向四周扩散,实验结果将得到4个同心圆,从外向内分别是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),B错误,C正确;胡萝卜素在层析液中溶解度最大,扩散速度最快,则形成的圆最大,颜色是橙黄色,D错误。
7.C 依据图中扩散距离可知,图中甲表示叶绿素b、乙表示叶绿素a、丙表示叶黄素、丁表示胡萝卜素。叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不吸收红光,A错误;依据分离绿叶中色素的原理可知,色素在层析液中溶解度越大,在滤纸上扩散得越快,则图中丁在滤纸上扩散最快,其在层析液中的溶解度最大,B错误;发黄的菠菜叶中叶绿素含量减少,即图中色素甲和乙含量减少,C正确;提取色素时加入SiO2的目的是使研磨更充分,研磨时加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏,D错误。
方法技巧
巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙黄)黄蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
8.答案 (1)无水乙醇(丙酮)、层析液 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)色素在层析液里的溶解度不同 (4)红 叶绿素不稳定,在强光下易分解 (5)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定
解析 (1)提取色素的原理是叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,因此提取色素和分离色素所用的试剂分别是无水乙醇、层析液。(2)滤纸条上的色素带从上到下依次对应胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,据图可知,图2中韭菜和韭黄共有的色素为胡萝卜素和叶黄素,其色素带颜色依次是橙黄色、黄色。韭黄与韭菜相比缺少叶绿素a和叶绿素b对应的色素带,说明韭黄避光生长不能合成叶绿素,即叶绿素的形成需要光。(3)纸层析法分离色素的原理是色素在层析液里的溶解度不同。(4)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,韭黄色素滤液中缺少叶绿素,所以“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。由于叶绿素不稳定,在强光下易分解,所以韭菜滤液在强光下曝光1~2 h后再重复题述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致。(5)碳酸钙能防止研磨中叶绿素被破坏,韭菜滤液用5%的HCl溶液处理一段时间后,叶绿素被破坏,滤液颜色与研磨时未加碳酸钙的颜色相似,呈现黄褐色。通过铜代叶绿素能长时间保持叶片标本的绿色可推测,铜代叶绿素比叶绿素稳定。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
1.D
2.C
3.B
4.A
5.C
6.D
7.C
8.B
10.D
11.C
12.C
13.C
14.A
15.D
17.A
18.A
1.D 卡尔文利用14C标记CO2研究了暗反应中CO2合成糖的过程,即二氧化碳中的C首先固定在三碳化合物中,之后转移到糖类等有机物中。
2.C 依题意及图示可知,一组给小球藻提供C18O2和H2O,在光照下小球藻释放的A为O2;另一组给小球藻提供CO2和H218O,在光照下小球藻释放的B为18O2。物质A为O2,物质B为18O2,二者均为氧气,A正确;18O是16O的稳定同位素,不具有放射性,因此物质A(O2)和物质B(18O2)均无放射性,B正确;物质A(O2)和物质B(18O2)的分子量之比为8∶9,C错误;综上分析,光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,D正确。
易错提醒
并非同位素都具有放射性
同位素指同一元素中,质子数相同、中子数不同的原子,有的同位素具有放射性,如14C、32P、3H、35S等,有的不具有放射性,如15N、18O等。
3.B 判断光合作用产生的氧气的来源时需用同位素标记法,本实验无法判断光合作用产生的氧气的来源,A不符合题意;溶液由蓝色变成无色并放出氧气,说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2,B符合题意;题述实验不能判断光合作用的光反应的场所和暗反应的场所,C、D不符合题意。
4.A 光反应阶段的能量来源于色素吸收的光能,暗反应阶段的能量来源于光反应阶段合成的ATP和NADPH中的活跃的化学能。
5.C 光反应需要依赖叶绿体中的色素吸收、传递和转化光能,A正确;暗反应在叶绿体基质中进行,B正确;根据卡尔文循环可知,暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O),C错误;光合作用中能量转换是光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能,D正确。
归纳总结
光合作用过程中各元素的转移途径
(1)H:3H2ONADP3H(C3H2O)
(2)C:14CO214C3(14CH2O)
(3)O:H218O18O2
C18O2C3(CH218O)
6.D 在光反应过程中,色素吸收光能将水分解产生H+与氧气,H+与氧化型辅酶Ⅱ结合形成NADPH,ADP和Pi在有关酶的作用下形成ATP,光反应产生的NADPH和ATP用于暗反应过程中C3的还原,A正确;停止光照,光反应停止,则叶绿体中ATP和NADPH含量下降,B正确;光合作用过程中,光反应产生ATP,其场所为类囊体的薄膜,暗反应消耗ATP,其场所为叶绿体基质,故叶绿体中ATP的移动方向为类囊体薄膜→叶绿体基质,C正确;植物在暗处时,光照不足,则光反应产生的ATP和NADPH不足,导致暗反应合成有机物(CH2O)减少,D错误。
7.C 突然停止光照,光反应停止,不再生成ATP和NADPH,即NADPH减少。由于缺少ATP和NADPH,暗反应中C3的还原过程受阻,即C5(五碳化合物)的生成减少,而CO2仍继续和五碳化合物结合生成C3,因此C5(五碳化合物)减少。
方法技巧
从生成和消耗两个角度分析C3和C5含量变化
实例:CO2供应正常,突然停止光照
8.B 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,光反应阶段在叶绿体类囊体薄膜上进行,主要进行水的光解和ATP、NADPH的合成;暗反应阶段在叶绿体基质中进行,主要进行二氧化碳的固定和C3的还原。如果A代表某结构,发生了水的光解,则其表示类囊体,是光反应阶段的场所,A正确;由图可知,C为NADPH、D为ATP,二者的形成场所为叶绿体类囊体薄膜,B错误;突然降低环境中的二氧化碳浓度,暗反应减弱,一段时间后,光反应随之减弱,所以氧气的产生速率会下降,C正确;二氧化碳中的C和O均参与了三碳化合物的合成,D正确。
9.答案 (1)光反应 暗反应 (2)④ (3)O2 ATP (4)NADPH ATP (5)F
解析 (1)根据光合作用对光照的需求情况,可以将光合作用过程分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示二氧化碳固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的氧气,C是光反应阶段生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中A经过②光反应阶段和③暗反应阶段最终转化为储存在有机物F中的稳定的化学能。
10.D 经干旱处理后,该植株根细胞溶质浓度增大,导致细胞吸水能力增强,A错误;经干旱处理后,该植物叶片气孔开度减小,导致吸收的二氧化碳减少,暗反应减弱,因此该植物的光合速率降低,B错误;在一定的光照条件下,气孔开度减小,细胞吸收的二氧化碳减少,C5的消耗量减少,而此时C5的来源几乎不变,因此C5含量增加,C错误;经干旱处理后,该植物要吸收更多水分,根系将变得发达,D正确。
11.C CO2是光合作用的原料,其含量直接影响绿色植物的光合作用效率,适当增加封闭温室内的CO2浓度,可以提高作物产量,A错误;温度通过影响光合作用相关酶和呼吸作用相关酶的活性来影响绿色植物的有机物的净积累,白天适当提高温度有利于增加光合作用,晚上适当降低温度有利于减弱呼吸作用,即适当增大昼夜温差,能提高有机物的净积累量,从而提高作物产量,B错误;光照是进行光合作用的条件,在一定的光照强度范围内,增加光照强度有利于促进光合作用,从而提高作物产量,C正确;适当延长光照时间可以提高光合作用速率,有助于提高农作物的产量,D错误。
12.C 由于曲线a是最适宜温度下的曲线,因此适当提高温度,酶的活性降低,光合作用强度降低,A错误;分析题图可知,B点之后光照强度已不再是限制光合作用强度的因素,则光照强度增加,光合作用强度也不会增强,B错误;由于二氧化碳是光合作用的原料,B点适当增加二氧化碳浓度,光合作用强度增强,C正确;酶的数量不属于环境因素,D错误。
13.C 由题图可知,AB段为6~10时,光照强度随时间逐渐增强,导致光合作用强度逐渐增强,A正确;BC段光合作用强度下降是因为温度很高,蒸腾作用很强,导致部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降,B正确;DE段为14时后,光照强度随时间逐渐减弱,导致光合作用强度逐渐降低,C错误;结合以上分析可知,限制图中光合作用强度的因素有光照强度、温度和CO2浓度,D正确。
14.A 将果树修整成主干突出,侧枝层次分明、呈螺旋状均匀着生在主干上的树形,可以增加光合作用面积,进而提高果树对光的利用率,从而达到丰产效果,A符合题意;果树修剪在一定程度上能够提高对CO2的利用率,但这不是丰产的主要原因,B不符合题意;果树修剪不能改变果树的抗病能力,C不符合题意;如果增强果树的呼吸作用,果树可能会减产,D不符合题意。
15.D 据题图分析可知,该实验自变量是有无光照,因变量是幼苗长度,因此该实验探究的可能是有无光照对幼苗生长的影响,A正确;黑暗条件下,幼苗无法进行光合作用合成有机物,但可进行细胞呼吸消耗有机物,体内有机物的总量减少,B正确;根据图示,前10天黑暗下的幼苗比白光下的幼苗要长,说明前10天光照对幼苗的生长可能有抑制作用,C正确;前10天,幼苗叶子未变绿,白光条件下幼苗不能进行光合作用,只能进行细胞呼吸,幼苗体内有机物的量一直在减少,D错误。
16.答案 (1)光反应 类囊体薄膜 三碳化合物(C3) (2)大于 (3)增加二氧化碳的浓度、适当提高温度、增施肥料、合理灌溉等
解析 (1)依据光合作用的过程可知,O2是在光合作用的光反应阶段产生的,场所为类囊体薄膜。CO2固定后形成的C3被NADPH还原成(CH2O)。(2)由图可知,光照强度为B时,植物个体O2净产量为0,由于所有细胞都会进行呼吸作用,却只有含叶绿体的叶肉细胞等能进行光合作用,因此叶肉细胞中叶绿体产生的O2量大于叶肉细胞呼吸消耗的O2量。(3)曲线中,C点后O2净产量不再随着光照强度的增加而增大,说明此时光合作用的限制因素不再是光照强度,可能是二氧化碳浓度、温度、水分等。因此,要想提高C点后O2净产量,可采取增加二氧化碳的浓度、适当提高温度、增施肥料、合理灌溉等措施。
17.A 由题意可知,硫细菌将无机物合成有机物时,利用的是环境中H2S氧化所释放的能量,而不是光能,这种生理作用被称为化能合成作用。
18.A 天竺葵通过光合作用合成有机物,硝化细菌通过化能合成作用合成有机物,二者合成有机物的过程中,都以CO2为原料,产物有(CH2O);但天竺葵利用光能合成有机物,硝化细菌利用化学能合成有机物,两者的能量来源不同,A符合题意,C不符合题意。由于酶具有专一性,光合作用与化能合成作用使用的酶不同,B不符合题意。天竺葵为真核生物,其光合作用的场所为叶绿体,硝化细菌为原核生物,其化能合成作用的场所为细胞质,D不符合题意。
归纳总结
光合作用与化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
能力提升练
1.B
2.D
3.B
4.C
5.A
6.B
8.C
9.C
10.D
1.B 由题意可知,加入药物后影响了暗反应,没有影响叶绿体中的色素的功能,所以叶绿素吸收光能的效率没有下降,A错误;由于暗反应速率下降,会减少对NADPH和ATP的消耗,导致NADPH和ATP积累,进而影响光反应速率,B正确;ATP在光反应阶段合成,ATP合成酶是用于光反应阶段的物质,而加入的药物影响的是暗反应过程,C错误;光反应的原料——水,主要来自环境,而不是暗反应,D错误。
2.D 叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,光合色素吸收绿光极少,所以如果在适宜反应条件下,用自然光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与自然光相同的绿光,相当于降低了自然光的光照强度。光照强度降低,光反应速率减慢,则ATP合成减少,ATP含量减少,A正确;光反应为暗反应提供NADPH、ATP,二者参与C3还原,光反应速率减慢,导致C3的还原减慢,C5生成减少,而此时CO2浓度不变,CO2的固定量不变,即C3的合成量不变,C5的消耗量不变,则叶绿体中C3的含量增加,C5含量减少,B、C正确;光反应速率减慢,合成的NADPH减少,可导致叶绿体中NADP+积累,含量增加,D错误。
3.B 在适宜的光照、温度条件下,甲细胞只释放CO2,不释放O2,说明该细胞不进行光合作用,只进行呼吸作用,或者呼吸作用大于光合作用,该细胞可能取自茎,也可能取自叶和根,A正确,B错误;丙细胞既不释放O2也不释放CO2,可能是死细胞,C正确;乙细胞只释放O2而不释放CO2,说明乙细胞能进行光合作用,则该细胞不可能取自根,D正确。
4.C 根据图中的物质变化可知,a表示暗反应,b表示有氧呼吸的第一、二阶段,c表示光反应,d表示有氧呼吸的第三阶段。有氧呼吸的三个阶段均有热能的释放,A正确;b、d过程表示有氧呼吸过程,人体细胞可进行有氧呼吸,B正确;暗反应发生在叶绿体基质中,光反应和有氧呼吸第三阶段均在生物膜上进行,C错误;图中a、c表示光合作用,b、d表示有氧呼吸,在光照充足等条件适宜的情况下,光合作用强于有氧呼吸,D正确。
5.A 据题图分析,曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,与单作相比,间作时大豆植株的呼吸速率较小,A错误;光照强度为a时,曲线处于上升阶段,此时影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光照强度,B正确;光照强度为b时,大豆植株单作固定CO2的速率为实际的光合速率,且实际光合速率=呼吸速率+净光合速率≈4+20=24(μmol·m-2·s-1),C正确;图中间作的光补偿点小于单作的,说明大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作,D正确。
6.B 由表格信息可知,黑暗下释放CO2速率即植物细胞呼吸速率,在5~35 ℃范围内随温度的增加而增大,与温度表现为正相关,A错误。该植物30 ℃与35 ℃的实际光合速率都是6.5,故光合作用最适宜温度在30~35 ℃之间;在0~35 ℃范围内,呼吸速率在35 ℃时最大,但35 ℃不一定是细胞呼吸的最适宜温度,故该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高,B正确。昼夜不停地光照,该植物生长的最适宜温度是25 ℃,因为在此光照下有机物积累量最多,C错误。一昼夜净积累量=实际光合作用积累量-呼吸消耗量,每天交替进行12小时光照、12小时黑暗,一昼夜净积累量=光照时净积累量×12-黑暗时呼吸消耗量×12,综合可知,温度保持在20 ℃的条件下,该植物积累的有机物最多,为3.25×12-1.50×12=21(mg),D错误。
7.答案 (1)CO2吸收量 一部分进入线粒体,另一部分释放到细胞外 (2)随着光照强度逐渐增强,光合作用暗反应消耗的CO2也越来越多,胞间CO2浓度下降 夏季中午光照过强,水分蒸发加剧,导致叶片部分气孔关闭,CO2吸收量减少,净光合速率下降 (3)随着光照强度不断降低,光合作用逐渐减弱,利用的CO2越来越少,留在胞间的CO2越来越多
解析 (1)净光合速率可以用单位时间内CO2吸收量或O2释放量来表示,单位时间内CO2固定量表示总光合速率;当净光合速率大于0时,光合作用速率大于细胞呼吸速率,此时光合作用产生的氧气大于呼吸作用消耗的氧气,故叶绿体产生的氧气一部分进入线粒体,另一部分释放到细胞外。(2)据图分析,9:00至11:00时,随着光照强度逐渐增强,光合作用暗反应消耗的CO2也越来越多,净光合速率上升,而胞间CO2浓度下降;13:00时光照过强,水分蒸发加剧,导致叶片部分气孔关闭,CO2吸收量减少,净光合速率下降。(3)胞间CO2的来源为细胞呼吸和外界吸收,去路为光合作用。17:00至18:00,光照强度不断降低,光合作用逐渐减弱,利用的CO2越来越少,则留在胞间的CO2越来越多。
8.C 光合作用的暗反应过程中,CO2先与C5结合形成C3,然后C3经过还原后形成有机物或C5。暗反应发生在叶绿体基质,而CO2是暗反应的反应物,因此含14C的有机物最先出现在叶绿体基质,A正确;据图分析,A→B,C5的相对含量逐渐减小,暗反应过程中C5与CO2结合生成C3,因此叶肉细胞吸收CO2的速率增加,B正确;B→C,叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高,C5含量维持基本不变,说明CO2浓度不再是影响光合作用的因素,即达到了CO2饱和点,光合速率不再随CO2浓度增加而增大,此时光合速率大于呼吸速率,净光合速率大于0,植物积累有机物,C错误,D正确。
9.C 经一昼夜后,密闭温室大棚内CO2浓度下降,减少的CO2用于合成有机物,故大棚内植物有机物积累量增加,大棚内O2浓度增加,A、B正确。A点至B点,CO2浓度逐渐升高,说明植物光合作用小于呼吸作用,植物消耗有机物;B点至C点,CO2浓度逐渐下降,说明此阶段(除B、C点)植物光合作用大于呼吸作用,植物积累有机物;C点至D点,CO2浓度逐渐升高,此阶段(除C、D点)植物光合作用小于呼吸作用,植物消耗有机物,因此C点时大棚内有机物含量最高,B点时有机物含量最低,C错误。B点和C点时,叶肉细胞光合作用强度等于该植物所有细胞呼吸作用强度,因此叶肉细胞的光合作用速率大于叶肉细胞的呼吸速率,D正确。
10.D 图中E点的光照强度表示光饱和点,故F点以后提高光照强度,光合作用将不再增强,但是当光照太强时会引起部分气孔关闭,导致光合作用减弱,A错误;若A为O2吸收量,D点表示植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量相等,即D点的光照强度为光补偿点,植物只有叶肉细胞等可以进行光合作用,而植物的所有细胞都可以进行呼吸作用,因此D点叶肉细胞吸收的氧气量少于释放的氧气量,B错误;C点时,光照强度为0,此时植物只能进行呼吸作用,因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体,C错误;若A为CO2释放量,适当提高大气中的CO2浓度,光饱和点将增大,E点可能向右下移动,D正确。
11.答案 (1)维管束鞘细胞内的叶绿体基质 玉米叶肉细胞内有“CO2泵”,在气孔因高温关闭时,仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2,且此时光照增强,有可能使NADPH和ATP生成增加
(2)光照强度 降低 8 10 (3)水稻暗反应相关酶的活性比玉米的高(或水稻暗反应相关酶的数量比玉米的多)
解析 (1)白天时,卡尔文循环消耗NADPH,玉米植株进行卡尔文循环的场所是维管束鞘细胞内的叶绿体基质。由图1可知,玉米叶肉细胞内存有“CO2泵”,可在低CO2浓度条件下,将CO2泵到玉米维管束鞘细胞内完成暗反应,因此当温度过高气孔关闭时,CO2供应不足,此时玉米叶肉细胞内的“CO2泵”发挥作用,使玉米光合作用速率不会明显下降,同时环境中光照增强,则有可能使NADPH和ATP生成增加,从而使玉米光合作用速率提高。(2)由曲线可知,15时以后,光照强度逐渐降低,所以限制光合速率的主要环境因素是光照强度。与15时相比,17时自然种植大棚内玉米光合作用速率降低,C5的合成速率也降低。从8时开始,人工一次性施加CO2的大棚内玉米光合速率高于自然种植的大棚内玉米,说明人工施加CO2的最佳时间是8时左右;10时后,自然种植的大棚的玉米光合速率明显加快,人工一次性施加CO2的大棚内,玉米光合速率因CO2浓度降低而明显减慢,因此两大棚同时通风的时间为10时左右。(3)随着胞间CO2浓度的升高,玉米的光合速率不再变化,说明玉米细胞内CO2已达到饱和,而水稻的光合速率可以逐渐上升,说明水稻可以利用更多CO2,这可能是因为水稻暗反应相关酶的活性(数量)比玉米的高(多),能够固定更多的CO2。
12.答案 (1)不移动 小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等 (2)刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动 兼性厌氧型 (3)用NaOH溶液代替清水,其他条件不变 (4)NaHCO3溶液 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量
解析 据图分析,图2中的绿色植物可以同时进行有氧呼吸和光合作用,若烧杯中的Y是二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),则Y可以为光合作用提供CO2,且保持烧杯中CO2浓度不变。(1)图1中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,小鼠进行无氧呼吸既不消耗O2,也不释放CO2,所以装置中的气体体积不变,红色液滴不移动。(2)将小鼠换成酵母菌,X仍然是清水,酵母菌是兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则红色液滴右移。(3)酵母菌有氧呼吸时,CO2释放量与O2吸收量相等,根据以上分析,若将图1装置中的清水换成氢氧化钠溶液,小鼠换成酵母菌,其他条件不变,则红色液滴的移动距离可表示酵母菌O2的吸收速率,即酵母菌有氧呼吸释放CO2的量。(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则红色液滴右移。
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