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备战2025届高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢课时规范练14光合作用的影响因素及其应用
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这是一份备战2025届高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢课时规范练14光合作用的影响因素及其应用，共10页。
考点一 实验:探究环境因素对光合作用强度的影响
1.(2023·广东湛江统考)在右图所示的玻璃容器中,注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片,密闭后,设法减小液面上方的气体压强,会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器,又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A.改变温度,不影响叶片开始上浮所需的时间
B.改变光照强度,不影响叶片开始上浮所需的时间
C.改变NaHCO3溶液的浓度,不影响叶片开始上浮所需的时间
D.若将装置置于黑暗环境中,上浮的叶片又会下沉
2.(2023·辽宁三模)生物实验中经常用到定性分析和定量分析,前者是确定研究对象是否具有某种性质或某种关系。后者是研究观察对象的性质、组成和影响因素之间的数量关系。下列有关探究光合作用的实验表述,错误的是( )
A.“探究光照强度对光合作用强度的影响”需定量分析有光和无光条件下光合作用速率的不同
B.“光合作用的探究历程”中的实验主要是定性分析,以探究光合作用的条件、原料和产物等
C.“探究光合作用的最适温度”先要设计温度梯度比较大的预处理实验来定量分析实验条件
D.“探究环境因素对光合作用强度的影响”的定量分析实验中可以用O2释放量作为观测指标
3.为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作用,研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度,然后将长势一致的棉花植株随机均分为A、B、C、D四组,通过不同遮光处理一周后,测得结果如下表所示。下列分析错误的是( )
A.通过实验可知,为了保证大棚内棉花产量最好使用黄色透光膜
B.导致四组棉花叶片净光合速率不同的环境因素主要是光照强度和光的波长
C.将处理后的四组棉花同时置于自然光下,叶绿体中生成NADPH最多的是D组
D.雾霾天气下,选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长
考点二 影响光合作用的因素及其应用
4.甲、乙两种植物在不同光照强度下的O2释放量(吸收量)如下图所示,下列有关叙述错误的是( )
A.与甲植物相比,乙植物更适合在林下生长
B.与B点相比,A点时叶绿体产生O2的速率较小
C.与B点相比,D点时叶绿体中C3的消耗量增加
D.C点时,甲、乙两植物的实际光合作用速率相同
5.(2024·广东联考)下图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.AB段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.BC段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2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.据图可以推断,限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
6.在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如下图。下列对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
7.(2024·广东统考)“端稳中国碗,装满中国粮”,党的二十大对粮食安全提出了更高要求。农业生产上可采取相应栽培措施以提高粮食产量,以下哪项措施不能提高粮食产量?( )
A.适时播种
B.合理施肥
C.“地尽其用田不荒,合理密植多打粮”
D.夏季夜间时,关闭蔬菜大棚的门帘
8.(2024·山西太原联考)龙须菜是生活在近岸海域的大型经济藻类,既能给海洋生态系统提供光合产物,又能为人类提供食品原料。某研究小组的实验结果如下图所示。已知大气CO2浓度约为0.03%,实验过程中温度等其他条件适宜,下列相关说法错误的是( )
图1
图2
A.实验中的自变量为光照强度和CO2浓度
B.高光照强度下光反应速率快从而使龙须菜生长较快
C.增加光照强度或CO2浓度均能提高龙须菜的生长速率
D.选择龙须菜养殖场所时需考虑海水的透光率等因素
9.(2024·广东潮州统考)如图表示实验室条件下,花生和田七两种植物在不同光照强度下O2释放量变化情况。据图分析,下列说法错误的是( )
A.光照强度为a时,花生和田七都能进行光合作用
B.增大环境中的CO2浓度,b、d均会右移
C.光照强度为c时,花生的真正光合速率大于田七的真正光合速率
D.通过比较两条曲线可知,花生比田七更适合生长在弱光照环境中
10.外界环境影响着植物的生长,科研人员研究了不同温度和CO2浓度对某植物光合速率的影响,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.与N点相比,M点时细胞中的C3含量更高
B.光合作用过程中,CO2的固定发生在叶绿体基质中
C.由图可知,温度只能影响光合作用的暗反应阶段
D.由图可知,自然界中该植物生长的最适温度为35~40 ℃
关键能力提升练
1.薇甘菊是外来入侵物种,研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12:00的光照强度表示为100%,8:00的光照强度为40%,17:00的光照强度为20%,18:00的光照强度为0,结果如下图所示。下列说法正确的是( )
A.17:00~18:00淀粉含量下降是因为细胞呼吸强度大于光合作用强度
B.8:00~12:00薇甘菊ATP含量未提高,说明此时光合速率较低
C.8:00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体
D.薇甘菊长期在弱光下生长时,叶片厚度会变厚,有利于捕获更多光能适应弱光环境
2.试管苗的光合作用能力较弱,需要逐步适应外界环境才能往大田移栽,研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验。图甲是在适宜温度、CO2浓度的培养条件下,试管苗在不同光照强度下的光合速率;图乙是在不加蔗糖的培养条件下,测得的密闭试管中一天24小时的CO2浓度变化。下列分析正确的是( )
甲
乙
A.由图甲可知,在不加蔗糖的培养液中,试管苗的光饱和点更低、光合速率更高
B.图乙BC段上升缓慢的原因是细胞呼吸释放的CO2比光合作用吸收的CO2少
C.图乙11:00时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞叶绿体中的C5含量减少、C3含量增多
D.不加蔗糖、适当增加CO2浓度的培养条件可缩短试管苗的适应过程
3.如图1是气孔结构示意图,图2曲线a、b分别是用红光和蓝光照射某植物后,气孔开度在一定时间内的变化情况,图3是不同光照强度对甲、乙两种植物光合作用强度影响的曲线。回答下列问题。
图1
图2
图3
(1)图2中的自变量是 ;与蓝光相比,植物被红光照射后,气孔开度 ,图1保卫细胞吸收CO2更多,有利于植物 的进行,从而提高光合作用速率。
(2)图3中B2点植物叶肉细胞内产生ATP的部位有 ,E点时,甲、乙两植物的 相等,此时限制乙植物增产的主要环境因素可能是 (答两点)。
4.油菜终花后叶片大量凋落,角果皮成为生育后期最主要的光合器官。某研究小组设置了3个钾肥梯度(0 kg/hm2、60 kg/hm2、120 kg/hm2),分别表示不施钾肥处理(K0)、施钾肥量不足处理(K60)和推荐施钾肥量处理(K120),研究了不同钾肥用量下油菜角果皮的光合特性,结果如下表所示。
施钾量对油菜角果皮CO2传输特征参数的影响
(A:净光合速率;g5:气孔导度;Ci:胞间CO2浓度;Cc:叶绿体CO2浓度)
(1)用 提取到油菜的光合色素后,可通过对比光合色素对某种波长的光吸收率来计算其叶绿素含量。为减少其他光合色素的干扰,最可能是 (填“红光”“蓝紫光”或“绿光”),原因是 。
(2)据上表分析,推测增施钾肥可以提高角果皮的净光合速率的原因可能是 。
(3)大多数植物在干旱条件下,气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合,这是植物对干旱条件的一种适应性反应,有利于植物生理活动的正常进行。其原因是 。
(4)研究发现,蓝光可激活保卫细胞内的系列生理过程,引发其细胞膜上的K+通道打开,K+大量内流,有利于气孔张开。科研人员培育出保卫细胞中能大量表达K+通道蛋白的油菜突变体,试图提高气孔开合的动力,即光照增强时气孔打开得更快,光照减弱时关闭得也更快。请简要写出探究增加K+通道蛋白能否提高气孔开合速率的实验设计思路。
答案：
必备知识基础练
1.D 解析 改变温度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,A项错误;改变光照强度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,B项错误;改变NaHCO3溶液的浓度,即改变CO2的浓度,会影响光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,C项错误;若将装置置于黑暗环境中,叶片只能进行细胞呼吸,会消耗叶肉细胞间隙中的氧气,导致上浮的叶片又会下沉,D项正确。
2.A 解析 探究光照强度对光合作用的影响,自变量应该是光照强度,即定量分析不同光照强度下光合作用速率的不同,A项错误;光合作用的探究历程,目的就是确定光合作用这一未知的生理过程的条件、原料、产物、场所等,属于定性分析,B项正确;探究光合作用的最适温度,需要先做预实验,也就是先设计一组梯度比较大的温度梯度进行实验,属于定量分析,C项正确;探究环境因素对光合作用的影响,自变量是不同的环境因素(光照强度、光质、CO2浓度、温度等),但因变量都是光合作用速率,而O2释放量是净光合速率,可以代表特定条件下光合速率的大小,D项正确。
3.A 解析 通过实验可知,为了保证大棚内棉花产量最好进行无遮光处理,A项错误;不同的透光膜透过的光的波长不同,光照强度不同,进而导致了净光合速率不同,B项正确;不同处理条件下,D组处理下的叶绿素相对含量最高,D组吸收的光能最多,C项正确;黄色透光膜下,棉花叶的净光合速率更大,故推测雾霾天气下,选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长,D项正确。
4.D 解析 据图可知,乙植物的光补偿点和光饱和点都低于甲植物,因此乙植物更适合在光照弱的林下生长,A项正确;A点和B点分别是乙植物和甲植物的光补偿点,此时光合速率等于呼吸速率,由于乙植物的呼吸速率小于甲植物,所以乙植物在A点时的光合速率小于甲植物在B点时的光合速率,即A点时叶绿体产生O2的速率比B点小,B项正确;与B点相比,D点的光照强度大,光反应产生的NADPH和ATP多,暗反应还原C3的速率快,C3的消耗量增加,C项正确;C点时,甲、乙两植物的净光合速率相同,但由于呼吸速率不同,所以甲、乙两植物的实际光合速率不同,D项错误。
5.C 解析 分析题图可知,AB段随着时间的增加,光照强度逐渐增大,导致光合作用强度逐渐增强,即AB段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强,A项正确;BC段绿色植物所处环境温度不断升高,导致蒸腾作用加强,气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降,B项正确;DE段随着时间的增加,光照强度逐渐减弱,导致光合作用强度逐渐降低,即DE段光合作用强度变化的主要原因是光照强度,C项错误;据上述分析可知,限制图中光合作用强度的因素有光照强度和CO2浓度等,D项正确。
6.C 解析 CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要从外界吸收的CO2减少,A项正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强,B项正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C项错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,此时光合速率与呼吸速率的差值最大,D项正确。
7.D 解析 适时播种直接影响种子萌发,可提高粮食产量,A项不符合题意;合理施肥能保证作物吸收充足的矿质元素和水分,从而提高光合作用效率,进而提高粮食产量,B项不符合题意;合理密植能使作物充分利用光照,从而提高光合作用效率,进而提高粮食产量,C项不符合题意;夏季夜间时,关闭蔬菜大棚的门帘,会使大棚内温度升高,导致细胞呼吸增强,不利于提高粮食产量,D项符合题意。
8.C 解析 实验研究了高光和低光、CO2浓度0.03%和0.1%条件下的龙须菜相对生长速率和相对光反应速率,自变量为光照强度和CO2浓度,因变量为龙须菜相对生长速率和相对光反应速率,A项正确;据图可知,高光下龙须菜相对生长速率和相对光反应速率较高,推测高光照强度下光反应速率快从而使龙须菜生长较快,B项正确;据图可知,各组CO2浓度0.1%时的数据均不高于0.03%时的数据,故增加CO2浓度并不能提高龙须菜的生长速率,C项错误;不同的光照强度和CO2浓度对生长速率的影响不同,所以选择龙须菜养殖场所时需考虑海水的透光率等因素,D项正确。
9.D 解析 光照强度为a时,是田七的光补偿点,此时光合速率=呼吸速率;而花生的光合速率<呼吸速率,故此时花生和田七都进行光合作用,A项正确。b点为田七的光饱和点,d点为花生的光饱和点,若增大环境中的CO2浓度,田七和花生的光合速率会增大,光饱和点都会右移,B项正确。光照强度为c时,两种植物的净光合速率相同,但据图可知,花生的呼吸速率>田七的呼吸速率,故花生的真正光合速率大于田七的真正光合速率,C项正确。通过比较两条曲线可知,花生的光补偿点和光饱和点都更大,故其比田七更适合生长在强光照环境中,D项错误。
10.B 解析 与N点相比,M点的CO2浓度更低,CO2的固定更慢,C3含量更低,A项错误;光合作用过程中,CO2的固定发生在叶绿体基质中,B项正确;光合作用光反应阶段也有酶促反应,例如ATP合成,因此温度也影响光反应阶段,C项错误;由图可知,自然界中最适合该植物生长的温度是20~30℃,此时光合速率最大,D项错误。
关键能力提升练
1.A 解析 17:00以后及黑暗中,光合作用强度下降直至黑暗下无光合作用,此时细胞呼吸消耗量大于光合作用合成量,淀粉含量下降,薇甘菊白天储存的淀粉在夜间被分解,生成ATP,用于生长发育,A项正确;图中8:00~12:00光合作用速率较高,但光合作用光反应阶段合成的ATP迅速水解用于暗反应合成有机物供能,所以ATP含量不提高,B项错误;光照条件下,薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸,产生ATP的场所有叶绿体(类囊体)、细胞质基质、线粒体(基质和内膜),C项错误;薇甘菊长期在弱光下生长时,为捕获更多的光,叶面积和冠面积就会增大,叶片厚度会变薄,有利于适应弱光环境,D项错误。
2.D 解析 由图甲可知,在不同的光照强度下,不加蔗糖试管苗的光合速率始终高于加蔗糖试管苗,在不加蔗糖的培养液中,试管苗的光合速率和光饱和点更高,A项错误;图乙BC段为黑暗条件,不进行光合作用,BC段上升缓慢的原因是凌晨温度较低,相关酶活性降低,且CO2浓度过高抑制细胞呼吸,导致CO2释放速率减慢,B项错误;图乙11:00时光照强度较高,此时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞的光合速率基本不变,叶绿体中的C5、C3含量基本不变,C项错误;由图甲和图乙结果推知,采用无蔗糖培养基、提高光照强度、适当增加CO2浓度等措施均可缩短试管苗的适应过程,D项正确。
3.答案 (1)照射时间和光质(光的种类) 更大 暗反应
(2)细胞质基质、线粒体和叶绿体 净光合速率 CO2浓度、温度
解析 (1)据图可知,图2的自变量是横坐标的含义和a、b两条线的含义,即照射时间和光质(光的种类);据图可知,与蓝光(曲线b)相比,植物被红光(曲线a)照射后,气孔开度更大;CO2可参与暗反应过程中CO2的固定,气孔开度增加,有利于CO2的吸收,更利于植物暗反应的进行,从而提高光合速率。
(2)图3中B2点植物可同时进行光合作用和细胞呼吸,故叶肉细胞内产生ATP的部位有细胞质基质、线粒体和叶绿体;据图可知,E点时,甲、乙两植物的CO2吸收量相同,即两种植物的净光合速率相等;E点后乙植物的光合速率不再随着光照强度增加而增加,说明此时光照强度不再是限制因素,限制环境因素可能是CO2浓度、温度。
4.答案 (1)无水乙醇 红光 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,通过比较红光的吸收率,能更准确地计算出叶绿素含量
(2)增施钾肥能够提高角果皮的气孔导度,从而使叶绿体CO2浓度提高,暗反应速率升高
(3)既能降低蒸腾作用强度,又能保障CO2供应,使光合作用正常进行
(4)将正常油菜和油菜突变体置于蓝光下照射,检测正常油菜和油菜突变体气孔开合所需时间随光照强度的变化。
解析 (1)用无水乙醇可以提取绿叶中的色素,由于不同色素主要吸收的光不同,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,通过比较红光的吸收率,能更准确地计算出叶绿素含量,所以题意中“某种波长的光最可能是红光”。(2)由表可知,随着钾肥浓度的增大,气孔导度不断增加,从而使叶绿体CO2浓度提高,暗反应速率加快,光合速率加快,进而使角果皮的净光合速率提高。(3)气孔既是CO2进出的场所,也是蒸腾作用的通道,气孔周期性地闭合既能降低蒸腾作用强度,又能保障CO2供应,使光合作用正常进行,有利于植物对干旱条件的适应性。(4)由题可知,油菜突变体的保卫细胞中能大量表达K+通道蛋白,正常油菜的K+通道蛋白相对较少,由于蓝光照射后,可激活保卫细胞内的系列生理过程,引发其细胞膜上的K+通道打开,K+大量内流,有利于气孔张开。所以若要探究增加K+通道蛋白能否提高气孔开合速率,可将正常油菜和油菜突变体置于蓝光下照射,检测正常油菜和油菜突变体气孔开合所需时间随光照强度的变化,通过对比分析两者结果,从而说明增加K+通道蛋白与提高气孔开合速率的关系。处理
叶绿素
相对含量
净光合速率/(μml·m-2·s-1)
无遮光
处理(A组)
1 292.7
40.9
25.4
红色透
光膜(B组)
410.3
40.0
10.7
蓝色透
光膜(C组)
409.9
39.6
13.2
黄色透
光膜(D组)
930.7
42.1
21.2
施钾处理
A/(μml·m-2·s-1)
g5/(ml·m-2·s-1)
Ci/(μml·ml-1)
Cc/(μml·ml-1)
K0
6.18
0.08
254.2
59.7
K60
7.68
0.11
272.4
135.9
K120
9.81
0.12
250.8
103.0
考点一 实验:探究环境因素对光合作用强度的影响
1.(2023·广东湛江统考)在右图所示的玻璃容器中,注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片,密闭后,设法减小液面上方的气体压强,会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器,又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A.改变温度,不影响叶片开始上浮所需的时间
B.改变光照强度,不影响叶片开始上浮所需的时间
C.改变NaHCO3溶液的浓度,不影响叶片开始上浮所需的时间
D.若将装置置于黑暗环境中,上浮的叶片又会下沉
2.(2023·辽宁三模)生物实验中经常用到定性分析和定量分析,前者是确定研究对象是否具有某种性质或某种关系。后者是研究观察对象的性质、组成和影响因素之间的数量关系。下列有关探究光合作用的实验表述,错误的是( )
A.“探究光照强度对光合作用强度的影响”需定量分析有光和无光条件下光合作用速率的不同
B.“光合作用的探究历程”中的实验主要是定性分析,以探究光合作用的条件、原料和产物等
C.“探究光合作用的最适温度”先要设计温度梯度比较大的预处理实验来定量分析实验条件
D.“探究环境因素对光合作用强度的影响”的定量分析实验中可以用O2释放量作为观测指标
3.为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作用,研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度,然后将长势一致的棉花植株随机均分为A、B、C、D四组,通过不同遮光处理一周后,测得结果如下表所示。下列分析错误的是( )
A.通过实验可知,为了保证大棚内棉花产量最好使用黄色透光膜
B.导致四组棉花叶片净光合速率不同的环境因素主要是光照强度和光的波长
C.将处理后的四组棉花同时置于自然光下,叶绿体中生成NADPH最多的是D组
D.雾霾天气下,选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长
考点二 影响光合作用的因素及其应用
4.甲、乙两种植物在不同光照强度下的O2释放量(吸收量)如下图所示,下列有关叙述错误的是( )
A.与甲植物相比,乙植物更适合在林下生长
B.与B点相比,A点时叶绿体产生O2的速率较小
C.与B点相比,D点时叶绿体中C3的消耗量增加
D.C点时,甲、乙两植物的实际光合作用速率相同
5.(2024·广东联考)下图表示在夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的变化。下列叙述错误的是( )
A.AB段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强
B.BC段光合作用强度降低是因为部分气孔关闭,使CO2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.据图可以推断,限制光合作用的因素有光照强度和CO2浓度等
6.在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如下图。下列对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
7.(2024·广东统考)“端稳中国碗,装满中国粮”,党的二十大对粮食安全提出了更高要求。农业生产上可采取相应栽培措施以提高粮食产量,以下哪项措施不能提高粮食产量?( )
A.适时播种
B.合理施肥
C.“地尽其用田不荒,合理密植多打粮”
D.夏季夜间时,关闭蔬菜大棚的门帘
8.(2024·山西太原联考)龙须菜是生活在近岸海域的大型经济藻类,既能给海洋生态系统提供光合产物,又能为人类提供食品原料。某研究小组的实验结果如下图所示。已知大气CO2浓度约为0.03%,实验过程中温度等其他条件适宜,下列相关说法错误的是( )
图1
图2
A.实验中的自变量为光照强度和CO2浓度
B.高光照强度下光反应速率快从而使龙须菜生长较快
C.增加光照强度或CO2浓度均能提高龙须菜的生长速率
D.选择龙须菜养殖场所时需考虑海水的透光率等因素
9.(2024·广东潮州统考)如图表示实验室条件下,花生和田七两种植物在不同光照强度下O2释放量变化情况。据图分析,下列说法错误的是( )
A.光照强度为a时,花生和田七都能进行光合作用
B.增大环境中的CO2浓度,b、d均会右移
C.光照强度为c时,花生的真正光合速率大于田七的真正光合速率
D.通过比较两条曲线可知,花生比田七更适合生长在弱光照环境中
10.外界环境影响着植物的生长,科研人员研究了不同温度和CO2浓度对某植物光合速率的影响,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.与N点相比,M点时细胞中的C3含量更高
B.光合作用过程中,CO2的固定发生在叶绿体基质中
C.由图可知,温度只能影响光合作用的暗反应阶段
D.由图可知,自然界中该植物生长的最适温度为35~40 ℃
关键能力提升练
1.薇甘菊是外来入侵物种,研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12:00的光照强度表示为100%,8:00的光照强度为40%,17:00的光照强度为20%,18:00的光照强度为0,结果如下图所示。下列说法正确的是( )
A.17:00~18:00淀粉含量下降是因为细胞呼吸强度大于光合作用强度
B.8:00~12:00薇甘菊ATP含量未提高,说明此时光合速率较低
C.8:00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体
D.薇甘菊长期在弱光下生长时,叶片厚度会变厚,有利于捕获更多光能适应弱光环境
2.试管苗的光合作用能力较弱,需要逐步适应外界环境才能往大田移栽,研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验。图甲是在适宜温度、CO2浓度的培养条件下,试管苗在不同光照强度下的光合速率;图乙是在不加蔗糖的培养条件下,测得的密闭试管中一天24小时的CO2浓度变化。下列分析正确的是( )
甲
乙
A.由图甲可知,在不加蔗糖的培养液中,试管苗的光饱和点更低、光合速率更高
B.图乙BC段上升缓慢的原因是细胞呼吸释放的CO2比光合作用吸收的CO2少
C.图乙11:00时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞叶绿体中的C5含量减少、C3含量增多
D.不加蔗糖、适当增加CO2浓度的培养条件可缩短试管苗的适应过程
3.如图1是气孔结构示意图,图2曲线a、b分别是用红光和蓝光照射某植物后,气孔开度在一定时间内的变化情况,图3是不同光照强度对甲、乙两种植物光合作用强度影响的曲线。回答下列问题。
图1
图2
图3
(1)图2中的自变量是 ;与蓝光相比,植物被红光照射后,气孔开度 ,图1保卫细胞吸收CO2更多,有利于植物 的进行,从而提高光合作用速率。
(2)图3中B2点植物叶肉细胞内产生ATP的部位有 ,E点时,甲、乙两植物的 相等,此时限制乙植物增产的主要环境因素可能是 (答两点)。
4.油菜终花后叶片大量凋落,角果皮成为生育后期最主要的光合器官。某研究小组设置了3个钾肥梯度(0 kg/hm2、60 kg/hm2、120 kg/hm2),分别表示不施钾肥处理(K0)、施钾肥量不足处理(K60)和推荐施钾肥量处理(K120),研究了不同钾肥用量下油菜角果皮的光合特性,结果如下表所示。
施钾量对油菜角果皮CO2传输特征参数的影响
(A:净光合速率;g5:气孔导度;Ci:胞间CO2浓度;Cc:叶绿体CO2浓度)
(1)用 提取到油菜的光合色素后,可通过对比光合色素对某种波长的光吸收率来计算其叶绿素含量。为减少其他光合色素的干扰,最可能是 (填“红光”“蓝紫光”或“绿光”),原因是 。
(2)据上表分析,推测增施钾肥可以提高角果皮的净光合速率的原因可能是 。
(3)大多数植物在干旱条件下,气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合,这是植物对干旱条件的一种适应性反应,有利于植物生理活动的正常进行。其原因是 。
(4)研究发现,蓝光可激活保卫细胞内的系列生理过程,引发其细胞膜上的K+通道打开,K+大量内流,有利于气孔张开。科研人员培育出保卫细胞中能大量表达K+通道蛋白的油菜突变体,试图提高气孔开合的动力,即光照增强时气孔打开得更快,光照减弱时关闭得也更快。请简要写出探究增加K+通道蛋白能否提高气孔开合速率的实验设计思路。
答案：
必备知识基础练
1.D 解析 改变温度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,A项错误;改变光照强度,会改变光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,B项错误;改变NaHCO3溶液的浓度,即改变CO2的浓度,会影响光合作用强度,进而影响叶片开始上浮所需的时间,C项错误;若将装置置于黑暗环境中,叶片只能进行细胞呼吸,会消耗叶肉细胞间隙中的氧气,导致上浮的叶片又会下沉,D项正确。
2.A 解析 探究光照强度对光合作用的影响,自变量应该是光照强度,即定量分析不同光照强度下光合作用速率的不同,A项错误;光合作用的探究历程,目的就是确定光合作用这一未知的生理过程的条件、原料、产物、场所等,属于定性分析,B项正确;探究光合作用的最适温度,需要先做预实验,也就是先设计一组梯度比较大的温度梯度进行实验,属于定量分析,C项正确;探究环境因素对光合作用的影响,自变量是不同的环境因素(光照强度、光质、CO2浓度、温度等),但因变量都是光合作用速率,而O2释放量是净光合速率,可以代表特定条件下光合速率的大小,D项正确。
3.A 解析 通过实验可知,为了保证大棚内棉花产量最好进行无遮光处理,A项错误;不同的透光膜透过的光的波长不同,光照强度不同,进而导致了净光合速率不同,B项正确;不同处理条件下,D组处理下的叶绿素相对含量最高,D组吸收的光能最多,C项正确;黄色透光膜下,棉花叶的净光合速率更大,故推测雾霾天气下,选择黄色人工光源进行补光比红光和蓝光更适合棉花的生长,D项正确。
4.D 解析 据图可知,乙植物的光补偿点和光饱和点都低于甲植物,因此乙植物更适合在光照弱的林下生长,A项正确;A点和B点分别是乙植物和甲植物的光补偿点,此时光合速率等于呼吸速率,由于乙植物的呼吸速率小于甲植物,所以乙植物在A点时的光合速率小于甲植物在B点时的光合速率,即A点时叶绿体产生O2的速率比B点小,B项正确;与B点相比,D点的光照强度大,光反应产生的NADPH和ATP多,暗反应还原C3的速率快,C3的消耗量增加,C项正确;C点时,甲、乙两植物的净光合速率相同,但由于呼吸速率不同,所以甲、乙两植物的实际光合速率不同,D项错误。
5.C 解析 分析题图可知,AB段随着时间的增加,光照强度逐渐增大,导致光合作用强度逐渐增强,即AB段光合作用强度增大的主要原因是光照强度增强,A项正确;BC段绿色植物所处环境温度不断升高,导致蒸腾作用加强,气孔关闭,使CO2吸收量减少,暗反应速率下降,B项正确;DE段随着时间的增加,光照强度逐渐减弱,导致光合作用强度逐渐降低,即DE段光合作用强度变化的主要原因是光照强度,C项错误;据上述分析可知,限制图中光合作用强度的因素有光照强度和CO2浓度等,D项正确。
6.C 解析 CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要从外界吸收的CO2减少,A项正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强,B项正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C项错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,此时光合速率与呼吸速率的差值最大,D项正确。
7.D 解析 适时播种直接影响种子萌发,可提高粮食产量,A项不符合题意;合理施肥能保证作物吸收充足的矿质元素和水分,从而提高光合作用效率,进而提高粮食产量,B项不符合题意;合理密植能使作物充分利用光照,从而提高光合作用效率,进而提高粮食产量,C项不符合题意;夏季夜间时,关闭蔬菜大棚的门帘,会使大棚内温度升高,导致细胞呼吸增强,不利于提高粮食产量,D项符合题意。
8.C 解析 实验研究了高光和低光、CO2浓度0.03%和0.1%条件下的龙须菜相对生长速率和相对光反应速率,自变量为光照强度和CO2浓度,因变量为龙须菜相对生长速率和相对光反应速率,A项正确;据图可知,高光下龙须菜相对生长速率和相对光反应速率较高,推测高光照强度下光反应速率快从而使龙须菜生长较快,B项正确;据图可知,各组CO2浓度0.1%时的数据均不高于0.03%时的数据,故增加CO2浓度并不能提高龙须菜的生长速率,C项错误;不同的光照强度和CO2浓度对生长速率的影响不同,所以选择龙须菜养殖场所时需考虑海水的透光率等因素,D项正确。
9.D 解析 光照强度为a时,是田七的光补偿点,此时光合速率=呼吸速率;而花生的光合速率<呼吸速率,故此时花生和田七都进行光合作用,A项正确。b点为田七的光饱和点,d点为花生的光饱和点,若增大环境中的CO2浓度,田七和花生的光合速率会增大,光饱和点都会右移,B项正确。光照强度为c时,两种植物的净光合速率相同,但据图可知,花生的呼吸速率>田七的呼吸速率,故花生的真正光合速率大于田七的真正光合速率,C项正确。通过比较两条曲线可知,花生的光补偿点和光饱和点都更大,故其比田七更适合生长在强光照环境中,D项错误。
10.B 解析 与N点相比,M点的CO2浓度更低,CO2的固定更慢,C3含量更低,A项错误;光合作用过程中,CO2的固定发生在叶绿体基质中,B项正确;光合作用光反应阶段也有酶促反应,例如ATP合成,因此温度也影响光反应阶段,C项错误;由图可知,自然界中最适合该植物生长的温度是20~30℃,此时光合速率最大,D项错误。
关键能力提升练
1.A 解析 17:00以后及黑暗中,光合作用强度下降直至黑暗下无光合作用,此时细胞呼吸消耗量大于光合作用合成量,淀粉含量下降,薇甘菊白天储存的淀粉在夜间被分解,生成ATP,用于生长发育,A项正确;图中8:00~12:00光合作用速率较高,但光合作用光反应阶段合成的ATP迅速水解用于暗反应合成有机物供能,所以ATP含量不提高,B项错误;光照条件下,薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸,产生ATP的场所有叶绿体(类囊体)、细胞质基质、线粒体(基质和内膜),C项错误;薇甘菊长期在弱光下生长时,为捕获更多的光,叶面积和冠面积就会增大,叶片厚度会变薄,有利于适应弱光环境,D项错误。
2.D 解析 由图甲可知,在不同的光照强度下,不加蔗糖试管苗的光合速率始终高于加蔗糖试管苗,在不加蔗糖的培养液中,试管苗的光合速率和光饱和点更高,A项错误;图乙BC段为黑暗条件,不进行光合作用,BC段上升缓慢的原因是凌晨温度较低,相关酶活性降低,且CO2浓度过高抑制细胞呼吸,导致CO2释放速率减慢,B项错误;图乙11:00时光照强度较高,此时忽然提高光照强度,试管苗叶肉细胞的光合速率基本不变,叶绿体中的C5、C3含量基本不变,C项错误;由图甲和图乙结果推知,采用无蔗糖培养基、提高光照强度、适当增加CO2浓度等措施均可缩短试管苗的适应过程,D项正确。
3.答案 (1)照射时间和光质(光的种类) 更大 暗反应
(2)细胞质基质、线粒体和叶绿体 净光合速率 CO2浓度、温度
解析 (1)据图可知,图2的自变量是横坐标的含义和a、b两条线的含义,即照射时间和光质(光的种类);据图可知,与蓝光(曲线b)相比,植物被红光(曲线a)照射后,气孔开度更大;CO2可参与暗反应过程中CO2的固定,气孔开度增加,有利于CO2的吸收,更利于植物暗反应的进行,从而提高光合速率。
(2)图3中B2点植物可同时进行光合作用和细胞呼吸,故叶肉细胞内产生ATP的部位有细胞质基质、线粒体和叶绿体;据图可知,E点时,甲、乙两植物的CO2吸收量相同,即两种植物的净光合速率相等;E点后乙植物的光合速率不再随着光照强度增加而增加,说明此时光照强度不再是限制因素,限制环境因素可能是CO2浓度、温度。
4.答案 (1)无水乙醇 红光 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,通过比较红光的吸收率,能更准确地计算出叶绿素含量
(2)增施钾肥能够提高角果皮的气孔导度,从而使叶绿体CO2浓度提高,暗反应速率升高
(3)既能降低蒸腾作用强度,又能保障CO2供应,使光合作用正常进行
(4)将正常油菜和油菜突变体置于蓝光下照射,检测正常油菜和油菜突变体气孔开合所需时间随光照强度的变化。
解析 (1)用无水乙醇可以提取绿叶中的色素,由于不同色素主要吸收的光不同,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,通过比较红光的吸收率,能更准确地计算出叶绿素含量,所以题意中“某种波长的光最可能是红光”。(2)由表可知,随着钾肥浓度的增大,气孔导度不断增加,从而使叶绿体CO2浓度提高,暗反应速率加快,光合速率加快,进而使角果皮的净光合速率提高。(3)气孔既是CO2进出的场所,也是蒸腾作用的通道,气孔周期性地闭合既能降低蒸腾作用强度,又能保障CO2供应,使光合作用正常进行,有利于植物对干旱条件的适应性。(4)由题可知,油菜突变体的保卫细胞中能大量表达K+通道蛋白,正常油菜的K+通道蛋白相对较少,由于蓝光照射后,可激活保卫细胞内的系列生理过程,引发其细胞膜上的K+通道打开,K+大量内流,有利于气孔张开。所以若要探究增加K+通道蛋白能否提高气孔开合速率,可将正常油菜和油菜突变体置于蓝光下照射,检测正常油菜和油菜突变体气孔开合所需时间随光照强度的变化,通过对比分析两者结果,从而说明增加K+通道蛋白与提高气孔开合速率的关系。处理
叶绿素
相对含量
净光合速率/(μml·m-2·s-1)
无遮光
处理(A组)
1 292.7
40.9
25.4
红色透
光膜(B组)
410.3
40.0
10.7
蓝色透
光膜(C组)
409.9
39.6
13.2
黄色透
光膜(D组)
930.7
42.1
21.2
施钾处理
A/(μml·m-2·s-1)
g5/(ml·m-2·s-1)
Ci/(μml·ml-1)
Cc/(μml·ml-1)
K0
6.18
0.08
254.2
59.7
K60
7.68
0.11
272.4
135.9
K120
9.81
0.12
250.8
103.0
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