新高考生物一轮复习专题训练：第9讲 光合作用与能量转换（含解析）

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高中生物一轮复习专题训练第9讲　光合作用与能量转换(Ⅰ)1．下列关于叶绿体的叙述，正确的是(　　)A．叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B．叶绿体基质中NADP＋能形成NADPHC．类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原解析：叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜而是类囊体薄膜，A项错误；NADP＋形成NADPH的场所是基粒，B项错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C项正确；催化CO2的固定和还原的酶位于叶绿体的基质中，D项错误。答案：C2．2,6­二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色。从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6­二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。此实验证明(　　)A．光合作用在类囊体上进行B．光合作用产物O2中的氧元素来自CO2C．光反应能产生还原剂和O2D．光合作用与叶绿体基质无关解析：光反应的场所是类囊体薄膜，但不能说明光合作用的场所是类囊体，A错误；根据题中信息无法判断光合作用产物O2中的氧元素的来源，B错误；由题意，将类囊体置于2,6­二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放可知，光反应能产生还原剂和O2，C正确；本实验中没有对照实验，得不出光合作用和叶绿体基质的关系，D错误。答案：C3．下列有关叶绿体结构和功能的叙述，正确的是(　　)A．研究植物叶绿体中所含色素的种类可用同位素标记法B．叶绿体的类囊体薄膜上的磷脂分子可吸收、传递和转化光能C．叶绿体的类囊体薄膜上能发生NADP＋转化为NADPH的过程D．叶绿体内CO2中C元素的转移途径是CO2→C5→(CH2O)解析：研究植物叶绿体中所含色素的种类可用纸层析法，A错误；叶绿体的类囊体薄膜上分布的光合色素分子可吸收、传递和转化光能，B错误；叶绿体的类囊体薄膜上能进行光反应，可发生NADP＋转化为NADPH的过程，C正确；光合作用的暗反应中CO2中C元素的转移途径是CO2→C3→(CH2O)，D错误。答案：C4．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如下表所示。实验组别光照时间(s)放射性物质分布12大量3­磷酸甘油酸(三碳化合物)220多种磷酸化糖类360除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是(　　)A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等解析：提取表格中的关键词“三碳化合物”“磷酸化糖类”“氨基酸、有机酸等”，据此推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物，要想准确测定放射性物质的分布，必须阻断后续的反应，B正确；CO2进入叶绿体后，最初形成的产物应该是三碳化合物，C错误；第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类，还有其他物质，D正确。答案：C5．研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。下列相关叙述不正确的是(　　)组别起始时水中18O的比例(%)起始时HCO中18O的比例(%)释放的O2中18O的比例(%)10.850.410.8420.850.550.8530.850.610.85A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同D．释放的O2中18O的比例与水中的相近，推测O2中的氧原子来自水解析：光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放CO2，为光合作用提供碳元素，B正确；释放的O2中18O的比例与起始水中18O比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2中的氧原子来自水，放氧速率与HCO中18O的比例不同无关，C错误，D正确。答案：C6．(2022·河北唐山模拟)如图表示某生物膜结构及其上发生的部分生理过程，下列叙述正确的是(　　)A．题图所示膜结构为叶绿体内膜B．a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNAC．甲表示色素，在层析液中溶解度最高的是叶绿素aD．题图所示过程为光反应，该过程不需要酶的催化解析：图示过程需要吸收光能，且发生H2O→O2，同时生成ATP，由此可判断图示过程表示光合作用的光反应阶段，其场所为叶绿体类囊体薄膜。光反应发生在类囊体薄膜上，叶绿体内膜不是光反应的场所，A项错误。光反应过程中，所需光能来自色素吸收的外界太阳光，由此可判断a侧为叶绿体基质、b侧为类囊体腔，叶绿体基质中含有少量DNA，B项正确。叶绿体类囊体薄膜上有与光合作用有关的色素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最高，C项错误。图示表示光反应过程，该过程中色素吸收光能不需要酶，但ATP的合成需要ATP合成酶参与，D项错误。答案：B7．某小组将叶绿体破坏后，将离心得到的类囊体悬浮液和叶绿体基质分别放入4支试管中，给予试管①②光照，将试管③④置于黑暗条件下，实验如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)A．试管①②对照能说明光反应发生在类囊体上B．试管③④对照能说明暗反应的场所是叶绿体基质C．4支试管中只有试管①能产生氧气D．若向④加入①的悬浮液，通入CO2后有有机物合成解析：试管①②的变量为叶绿体的不同部位，其中①可以发生光反应，②不能发生，故两者对照能说明光反应发生在类囊体上，A正确；③④中均无法进行暗反应过程，故试管③④对照无法说明暗反应的场所是叶绿体基质，B错误；4支试管中只有①可以发生光反应，释放氧气，其余3支试管无法进行光合作用，C正确；①可进行光反应，产物有NADPH和ATP，故若向④加入①的悬浮液，通入CO2后可进行暗反应过程，故有有机物的合成，D正确。答案：B8．某同学用无水乙醇分别提取正常光源和强光源下生长的幼苗的叶绿体色素，并用层析液进行层析。如图为层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述错误的是(　　)A．若滤液细线触及层析液，则可以缩短得到四条色素带的时间B．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小C．四种色素在层析液中的溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>ⅣD．与强光照相比，正常光照下的幼苗绿色比较深解析：滤液细线触及层析液，会导致色素溶解在层析液中，将不能获得色素带，A错误；Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异较小，在滤纸条上的扩散速度相近，B正确；色素在滤纸条上离点样线越远，其在层析液中的溶解度越大，C正确；分析两个滤纸条上的色素带可知，与强光照相比，正常光照下Ⅲ(叶绿素a)的含量较大，则正常光照下的幼苗绿色比较深，D正确。答案：A9．如图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图判断不正确的是(　　)A．在水分充足时桑叶没有出现“光合午休”现象B．曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关C．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量D．适时进行灌溉可以缓解桑叶“光合午休”程度解析：曲线Ⅰ为降雨后第2天(水分充足)测得的数据，曲线Ⅰ没有出现“光合午休”现象，A正确；曲线Ⅱ和曲线Ⅲ分别是降雨后第8天和第15天测得的数据，此时土壤含水量减少，并都出现“光合午休”现象，即中午温度高，为降低蒸腾作用，气孔关闭，导致这种曲线变化的主要因素是光照强度，而导致曲线Ⅲ光合速率低的主要因素是土壤含水量，B正确，C错误；根据曲线Ⅰ可知，适时进行灌溉可以缓解桑叶“光合午休”程度，D正确。答案：C10．(多选)如图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述正确的是(　　)A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解B．c为ATP，f为NADPHC．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成化学能解析：根据光合作用过程中的物质变化可以确定图中①表示水分的吸收，②表示ATP的合成，③表示水的光解，④表示二氧化碳的固定，⑤表示三碳化合物的还原，⑥表示糖类的生成，A正确；图中物质a为色素、b为氧气、c为ATP、d为ADP、e为NADPH、f为NADP＋、g为二氧化碳，B错误；用18O标记氧气，18O参与有氧呼吸生成HO。HO参与有氧呼吸的第二阶段，与丙酮酸反应生成C18O2。C18O2参与光合作用的暗反应过程生成(CHO)，C正确；a物质表示色素，叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用。绿色植物能利用它将光能转换成化学能储存在活跃的ATP中，D正确。答案：ACD11．(多选)植物叶肉细胞的部分代谢过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)A．NADP＋在光反应过程与电子和质子结合，形成还原型的NADPHB．突然停止供应CO2，叶绿体内NADPH和ATP含量增加C．类囊体膜上的类胡萝卜素能吸收红光和蓝紫光用于光合作用D．图中H＋通过主动运输从类囊体膜内运到膜外解析：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光，C错误；由图可知，H＋从类囊体膜内运到膜外是顺浓度梯度，故为协助扩散，D错误。答案：AB12．(多选)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述正确的是(　　)A．Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少B．暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATPC．叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的D．农业生产上可通过增加CO2来提高作物中蔗糖的含量解析：根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。答案：ABC13．(2022·广东深圳统考)为了探明臭柏幼苗在遮阴处理下的光合特性，通过盆栽实验，测定了75%遮阴处理下臭柏的叶面积、叶绿素含量等生理指标。实验结果如下表所示。请分析回答： 叶面积(cm2)总叶绿素含量(mg·g－1FW)胞间CO2浓度(μ mol·mol－1)净光合速率(μ mol·m－2·s－1)75%遮阴3 7151.672974.47自然条件2 8561.4117814.05(1)叶绿素中含量较多的色素是______________。光反应的产物中用于暗反应的有______________。(2)自然条件下胞间CO2浓度更低，推测其原因是_____________________。75%遮阴处理一段时间后，臭柏幼苗产生的有利于提高光能利用率的变化是________________________________。(3)为了进一步研究臭柏光合作用过程中产生O2和利用CO2的部位，有人设计了“叶绿体膜和叶绿体基质”离体实验。实验Ⅰ：用酶破坏细胞壁，离心分离叶绿体；实验Ⅱ：用充分研磨的方法破坏细胞，离心分离生物膜。在适宜光照的条件下，分别检测两组实验装置是否产生O2和吸收CO2。若两实验达到了研究目的，那么填写各自的实验结果并分析原因。实验Ⅰ：______________________________，原因是___________________________________________________________________________________________。实验Ⅱ：__________________________，原因是___________________________________________________________________________________________________。解析：(1)叶绿素中含量较多的色素是叶绿素a。在光反应阶段产生的NADPH和ATP可用于暗反应过程中C3的还原。(2)分析表中数据可知，与75%遮阴处理组相比，自然条件下臭柏幼苗胞间CO2浓度更低，这是因为自然条件下光照强度大，净光合速率高，细胞消耗CO2的速率快。与自然条件相比，在75%遮阴条件下，臭柏幼苗的叶面积增大，总叶绿素含量增加，能够更充分地利用光能。(3)实验Ⅰ中得到的是完整的叶绿体，类囊体薄膜和叶绿体基质都得以保留，因此，光合作用能够正常进行，既有O2的产生，也有CO2的吸收。实验Ⅱ中叶绿体被破坏，导致叶绿体基质流失，但保留了类囊体薄膜，因此，实验Ⅱ中能够产生O2，但不能吸收CO2。答案：(1)叶绿素a　NADPH和ATP　(2)光照强度大，净光合速率高，消耗CO2较快　总叶绿素含量增加，叶面积增大　(3)实验Ⅰ：既有O2的产生，也有CO2的吸收　叶绿体类囊体薄膜完整，叶绿体基质得以保留(补充答案：叶绿体完整，光合作用能正常进行)　实验Ⅱ：能产生O2，但不能吸收CO2　叶绿体被破坏，离心分离后得到完整的类囊体薄膜，叶绿体基质流失(补充答案：实验Ⅱ中有类囊体薄膜，无叶绿体基质，只能进行光反应)14．Rubisco普遍分布于玉米、大豆等植物的叶绿体中，它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶，也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。Rubisco能以五碳化合物(RuBP)为底物，在CO2/O2值高时，使其结合CO2发生羧化，在CO2/O2值低时，使其结合O2发生氧化，具体过程如图所示。(1)玉米、大豆等植物的叶片中消耗O2的场所有________________________________。从能量代谢的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的区别是________________________________________________________________________。(2)科研人员利用大豆来探究光呼吸抑制剂亚硫酸氢钠的增产效果。①亚硫酸氢钠可通过改变二碳化合物(乙醇酸)氧化酶的______________来抑制该酶的活性，从而抑制光呼吸的进行。另外，亚硫酸氢钠还能促进色素对光能的捕捉，从而促进________的进行。②为探究亚硫酸氢钠使大豆增产的适宜浓度，一般要先进行预实验，目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③喷施适宜浓度的亚硫酸氢钠溶液后，大豆单位时间内释放氧气的量较喷施前________(填“增多”“减少”或“不变”)，原因是________________________________________________________________________。解析：(1)玉米、大豆等植物通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所是叶绿体基质。由图可知，光呼吸消耗ATP，故从能量代谢的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的区别是光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP。(2)①二碳化合物氧化酶在光呼吸中发挥作用，亚硫酸氢钠可通过改变二碳化合物氧化酶的空间结构来抑制该酶的活性，从而抑制光呼吸的进行。另外，亚硫酸氢钠还能促进色素对光能的捕捉，从而通过促进光反应的进行而提高光合作用强度。②预实验可以为进一步的实验探究条件；检验实验设计的科学性和可行性；避免盲目开展实验造成人力、物力、财力的浪费。③喷施适宜浓度的亚硫酸氢钠溶液后，亚硫酸氢钠通过抑制乙醇酸氧化酶的活性，进而抑制了光呼吸进行，大豆对光能的利用增加，水的光解加快，故大豆单位时间内释放氧气的量较喷施前增多。答案：(1)叶绿体(基质)、线粒体(内膜)　光呼吸消耗ATP(能量)，有氧呼吸产生ATP(能量)　(2)①空间结构　光反应(光合作用)　②为进一步的实验探究条件；检验实验设计的科学性和可行性；避免盲目开展实验造成人力、物力、财力的浪费　③增多　光能利用增加，水的光解加快；亚硫酸氢钠通过抑制乙醇酸氧化酶的活性，进而抑制了光呼吸的进行15．(2022·福建福州质检)叶绿体中的GAP脱氢酶(以下简称为G酶)是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶，因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某学习小组为探究光照对叶绿体中G酶活性的影响，将正常生长的盆栽花生在暗处放置24 h后，再给予光照和黑暗处理，并定时剪取叶片测定叶绿体中G酶的活性，结果如图所示。回答下列问题。(1)从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用__________法。G酶分布于叶绿体的________(填“基粒”或“基质”)中。(2)构建体外测定叶绿体中G酶活性的反应体系时，除了需要G酶、缓冲物质与酶保护剂外，下列哪些成分及相关条件也是必需的？________(填序号)。①ATP　②NADPH　③C3　④C5　⑤适宜的光照　⑥适宜的温度(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照，叶绿体中NADPH的生成量会增加，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)学习小组建议在大棚栽培花生时，可适当延长光照时间以提高产量。请根据图中实验结果说明该建议的合理性。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)常采用差速离心法分离细胞中的细胞器。据题干信息，叶绿体中的G酶是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶，而暗反应的场所是叶绿体基质，因此该酶分布于叶绿体基质中。(2)暗反应过程中CO2首先与植物体内的C5结合，形成C3，在G酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并被NADPH还原，因此在测定叶绿体中G酶活性的反应体系中，除了加入G酶、缓冲物质与酶保护剂外，还应加入C3、NADPH和ATP，且该反应需要在适宜的温度条件下进行，故选①②③⑥。(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照，光照后，叶绿体中的色素吸收光能，光合色素吸收的光能的用途之一是将水分解成氧和NADPH，故叶绿体中NADPH的生成量会增加。(4)据图分析可知，在光照条件下，叶绿体中G酶活性较高，适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH，将更多的C3还原成有机物，因此在大棚栽培花生时，可适当延长光照时间以提高产量。答案：(1)差速离心　基质　(2)①②③⑥　(3)光照后，叶绿体中的色素吸收光能，水在光下分解生成NADPH　(4)光照条件下，叶绿体中G酶活性较高，适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH，将更多的C3还原成有机物