专题六 光合作用-2024五年高考题分类训练（生物）

这是一份专题六 光合作用-2024五年高考题分类训练（生物），共39页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1. [2023全国乙理综，6分]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是( D )
A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D. 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
[解析]叶绿素由C 、H 、O 、N 、Mg 组成，A 正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B 正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C 正确；叶绿体中的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上扩散得快，反之则慢，D 错误。
2. [2023湖北，2分]高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1℃ ,水稻、小麦等作物减产约3%∼8% 。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是( D )
A. 呼吸作用变强，消耗大量养分
B. 光合作用强度减弱，有机物合成减少
C. 蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D. 叶绿素降解，光反应生成的NADH 和ATP 减少
[解析]呼吸作用的最适温度高于光合作用，气温升高，植物呼吸作用增强，消耗的有机物增多，造成农作物减产，A 正确；温度升高，可能导致光合作用相关酶的活性降低，光合作用强度降低，有机物合成减少，B 正确；温度升高，蒸腾作用增强，植物易失水萎蔫，从而影响正常的生命活动，造成减产，C 正确；据题干信息可知，高温使叶片变黄、变褐，推测高温导致叶绿素降解，光反应产生的NADPH 和ATP 减少，NADH 在细胞呼吸过程中产生，D 错误。
3. [2022湖北，2分]某植物的2种黄叶突变体表型相似，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( D )
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
[解析]野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传多样性，未增加物种多样性，A 错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知,突变体2的叶绿素a 和叶绿素b 的含量比突变体1的少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B 错误；两种突变体的光合色素含量存在差异，有可能是不同基因突变所致,也有可能是同一基因突变所致，C 错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19 ，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D 正确。
4. [2020江苏，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( B )
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
[解析]叶绿体色素能溶解在无水乙醇中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A 正确；研磨时加入CaCO3 可以防止叶绿素被氧化破坏，B 错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C 正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D 正确。
二、非选择题
5. [2022湖南，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8～10μml /s⋅m2 时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2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2μml/s⋅m2 ，每天光照时长为14小时。回答下列问题:
（1） 在此条件下，该水稻种子不能（2分）（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），理由是在光照强度为2μml/s⋅m2 时，净光合速率小于0（3分）。
[解析]该水稻品种在光照强度为8～10μml/s⋅m2 时，固定的CO2 量等于呼吸作用释放的CO2 量，即净光合速率为0。在光照强度为2μml/s⋅m2 时，净光合速率小于0，该水稻种子不能成苗。
（2） 若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μml/s⋅m2 ，其他条件与上述实验相同，该水稻不能（2分）（填“能”或“不能”）繁育出新的种子，理由是光照强度为10μml/s⋅m2 条件下，该水稻适龄秧苗的净光合速率为0，不能正常生长；该水稻日照时长短于12小时才能开花，将该水稻适龄秧苗置于每天光照时长为14小时条件下，该水稻不能开花（3分）（答出两点即可）。
[解析]光照强度为10μml/s⋅m2 条件下，该水稻适龄秧苗的净光合速率为0，不能正常生长;该水稻日照时长短于12小时才能开花，将该水稻适龄秧苗置于每天光照时长为14小时条件下，该水稻品种不能开花，故该水稻不能繁育出新种子。
（3） 若将该水稻种子用于稻田直播（即将种子直接撒播于农田），为预防鸟害、鼠害并减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有耐受酒精毒害（2分）特性。
[解析]稻田直播后灌水覆盖，使种子在水淹条件下萌发，则要求该水稻种子能长时间耐受酒精毒害。
6. [2022山东，8分]强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯BR 对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
（1） 光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是蓝紫光。
[解析]苹果幼苗叶肉细胞中的色素主要有叶绿素a 、叶绿素b 、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，分离色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快，其主要吸收蓝紫光。
（2） 强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2 浓度有限（答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是光能的吸收速率继续增加，水的光解速率继续增加（2分。
[解析]影响光合作用的因素有光照强度、CO2 浓度、温度、酶活性、色素含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、与暗反应相关的酶有限、CO2 供应不足；强光照射后短时间内，氧气的产生速率继续增加的原因是光反应速率增加，水光解产生氧气的速率增加。
（3） 据图分析，与甲组相比，乙组加入BR 后光抑制减弱（填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明BR 可能通过促进光反应中关键蛋白的合成（2分）发挥作用。
[解析]
7. [2021全国乙理综，11分]生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2 固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2 ，吸收的CO2 通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2 可用于光合作用。回答下列问题:
（1） 白天叶肉细胞产生ATP 的场所有叶绿体（类囊体薄膜）、细胞质基质、线粒体。光合作用所需的CO2 来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2 。
[解析]白天植物的叶肉细胞既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用，光合作用过程中产生ATP 的场所是叶绿体（类囊体薄膜），呼吸作用过程中产生ATP 的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2 可用于光合作用，此时叶肉细胞也进行呼吸作用，经呼吸作用释放出的CO2 也可用于光合作用。
（2） 气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止蒸腾作用过强导致植物失水，又能保证光合作用正常进行。
[解析]干旱的环境中，白天气孔关闭，可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水而死亡，夜间气孔打开吸收CO2 ，吸收的CO2 通过生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭时，储存在液泡中的苹果酸脱羧释放的CO2 可为光合作用提供原料，保证了光合作用的正常进行。
（3） 若以pH 作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2 固定方式。（简要写出实验思路和预期结果）
[答案]实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH 。预期结果：B组液泡中的pH 白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH 夜晚明显低于白天。（3分）
[解析]该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2 固定方式，根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2 ，吸收的CO2 通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2 可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2 后液泡中酸性下降，因此实验中需检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH 。
8. [2021海南，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，目的是促进生菜根部细胞的有氧呼吸（2分）；除通气外，还需更换营养液，其主要原因是营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收，更换营养液可为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长（2分）。
[解析]用营养液培植生菜过程中，要定时向营养液通入空气，这样可以促进生菜根部细胞的有氧呼吸，保证生菜正常生长。
（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速率，从而提高生菜的产量（2分）。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B 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点的移动方向是向右上方移动。
[解析]叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光组合LED 灯培植生菜可以提高植物的光合速率，从而提高生菜的产量。B 点对应的光照强度为光饱和点（达到最大光合速率所需的最小光照强度），因此培植区的光照强度应设置在B 点所对应的光照强度。CO2 是光合作用的原料，增大CO2 浓度，可使光合速率加快，达到光饱和点所需的光照强度增大，因此，在培植区适当提高CO2 浓度，B 点将向右上方移动。
（3） 将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h ，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低；若将培植区的温度从T5 调至T6 ，培植24h 后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少。
[解析]据题图可知，光合速率的最适温度为T5 ，而在实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，则光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5 调至T6 ，则光合速率减小、呼吸速率增大，培植24h 后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少。
题组二
一、选择题
1. [2022海南，3分]某小组为了探究适宜温度下CO2 对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3 溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是( B )
A. 本实验中，温度、NaHCO3 浓度和光照都属于自变量
B. 叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C. 四组实验中，0.5%NaHCO3 溶液中叶圆片光合速率最高
D. 若在4℃ 条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
[解析]本实验的目的是探究适宜温度下CO2 对光合作用的影响,自变量是NaHCO3 浓度，温度、光照等属于无关变量，应保持相同且适宜，A 错误；若将温度从适宜温度降低到4℃ ，则与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低,各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D 错误。
【高分必备】用真空渗入法可使叶圆片叶肉细胞间隙充满水而沉于水底。在光合作用过程中，叶圆片吸收CO2 ，释放出氧气，由于氧气在水中的溶解度很小，其可在细胞间和叶圆片表面积累，使原来下沉的叶圆片上浮，根据叶圆片上浮所需的时间长短，可判断光合作用的强弱。改变测定体系的CO2 浓度、温度和光照强度等，可研究这些因素对光合作用的影响。
二、非选择题
2. [2023全国乙理综，10分]植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+ 。有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60% 左右。回答下列问题。
（1） 气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用、呼吸作用（2分）
（答出2点即可）等生理过程。
[解析]气孔的开闭会影响CO2 的吸收（光合作用）、O2 的吸收（有氧呼吸）、蒸腾作用等生理过程。
（2） 红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放（3分）。
[解析]气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。
（3） 某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+ 。请推测该研究小组得出这一结论的依据是蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+ ，使保卫细胞的渗透压进一步增大，保卫细胞吸水，体积膨大，气孔开度进一步增大（3分）。
[解析]用饱和红光照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60% 左右，补加蓝光照射叶片，可促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+ ，使保卫细胞的渗透压进一步增大，保卫细胞吸水，体积膨大，气孔开度进一步增大。
（4） 已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔能（2分）（填“能”或“不能”）维持一定的开度。
[解析]已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K+ ，使气孔维持一定的开度。
3. [2022河北，10分]某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体（仅残留少量片层结构）。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。
回答下列问题:
（1） 从叶片中分离叶绿体可采用差速离心法。
[解析]从叶片中分离叶绿体可采用差速离心法。
（2） 经检测，白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著降低，其原因是叶绿体内部结构解体，仅残留少量片层结构；叶绿体内的光合色素较少（写出两点即可）。
[解析]叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解为氧和H+ ，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+ 与氧化型辅酶ⅡNADP+ 结合，形成还原型辅酶ⅡNADPH ；另一方面在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP 与Pi 反应形成ATP 。ATP 和NADPH 的数量与叶绿体的结构、光合色素含量等有关。据此推测，白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著降低，其原因可能是叶绿体内部结构解体，仅残留少量片层结构；叶绿体内的光合色素较少。
（3） 白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2 的需求，又有助于减少水分的散失。
[解析]白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2 的需求，又有助于减少水分的散失。
（4） 叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于细胞核中的基因编码，需通过特定的机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于叶绿体中的基因编码。
[解析]叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质，这些蛋白质有些由细胞核中的基因编码，有些由叶绿体中的基因编码。其中由细胞核中的基因编码的蛋白质需要通过特定的机制完成跨膜运输。
4. [2022浙江1月选考，8分]不同光质及其组合会影响植物代谢过程。以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响,实验结果如图1,其中气孔导度大表示气孔开放程度大。该高等植物叶片在持续红光照射条件下，用不同单色光处理（30s/ 次），实验结果如图2，图中“蓝光+ 绿光”表示先蓝光后绿光处理，“蓝光+ 绿光+ 蓝光”表示先蓝光再绿光后蓝光处理。
图1
图2
回答下列问题:
（1） 高等绿色植物叶绿体中含有多种光合色素，常用层析方法分离。光合色素吸收的光能转化为ATP 和NADPH 中的化学能，可用于碳反应中3− 磷酸甘油酸的还原。
[解析]可用层析法分离光合色素。光反应产生的ATP 和NADPH 可用于碳反应中3− 磷酸甘油酸的还原。
（2） 据图1分析，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2 浓度低,其原因是光合速率大，消耗的二氧化碳多。 气孔主要由保卫细胞构成，保卫细胞吸收水分，气孔开放，反之关闭。由图2可知,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用，但这种作用可被蓝光逆转。由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放,其机理是蓝光可使保卫细胞光合产物增多，也可以促进K+ 、Cl− 的吸收等，最终保卫
细胞溶质浓度升高，细胞吸水，气孔开放。
图1
图2
[解析]由图1可知，蓝光条件下植物的光合速率远大于红光条件下的，因此会消耗更多的CO2 ，导致胞间CO2 浓度降低。由图2可知，蓝光+ 绿光组气孔导度明显低于蓝光组，表明绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用；而蓝光+ 绿光+ 蓝光组气孔导度比蓝光+ 绿光组的大，且比蓝光组更大，说明先蓝光再绿光后蓝光处理可逆转绿光的阻止作用。
（3） 生产上选用不同颜色LED 灯或滤光性薄膜获得不同光质环境，已用于某些药用植物的栽培。红光和蓝光以合理比例的光强度或光照时间、合理的光照次序照射,利于次生代谢产物的合成。
[解析]可采用不同颜色的LED 灯或者利用滤光性薄膜来获得不同的光质环境。
5. [2021福建，12分]大气中浓度持续升高的CO2 会导致海水酸化，影响海洋藻类生长，进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置不同CO2 浓度（大气CO2 浓度LC 和高CO2 浓度HC ）和磷浓度（低磷浓度LP 和高磷浓度HP ）的实验组合进行相关实验，结果如图所示。
回答下列问题：
（1） 本实验的目的是探究在一定光照强度下，不同CO2 浓度和磷浓度对龙须菜ATP 水解酶活性和净光合速率的影响。
[解析]据题图可知，该实验的目的是探究在一定光照强度下，不同CO2 浓度和磷浓度对龙须菜ATP 水解酶活性和净光合速率的影响。
（2） ATP 水解酶的主要功能是催化ATP 水解。ATP 水解酶活性可通过测定单位时间磷酸的生成量（单位时间ADP 的生成量或单位时间ATP 的消耗量）表示。
[解析]ATP 水解酶可催化ATP 水解。酶活性可用单位时间内反应物的减少量或产物的增加量来表示。
（3） 由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC+HP 处理比LC+HP 处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞呼吸作用增强，导致有机物消耗增加。
[解析]在较强的光照强度下，HC+HP 处理组的CO2 浓度比LC+HP 处理组的高，但HC+HP 处理组的净光合速率比LC+HP 处理组的低，原因可能是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞呼吸作用增强，导致有机物消耗增加。
（4） 由图2可知，大气CO2 条件下，高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态。
[解析]据图2可知，在相同光照强度下，LC+HP 处理组的净光合速率大于LC+LP 处理组的，说明在大气CO2 条件下，高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率。龙须菜在高磷条件下能快速生长，可收获经济效益，同时还能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态，故可以在富营养化的海域种植龙须菜。
题组三
一、选择题
1. [2023湖北，2分]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是( C )
A. 叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强
B. Mg2+ 含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C. 弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D. PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H+ 、电子和O2
[解析]据图可知，在强光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ分离，减弱PS Ⅱ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ结合，增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，会导致类囊体上PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合增多，从而使PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强，A 正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2+ 含量减少，PS Ⅱ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱，B 正确。弱光下PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合，有利于对光能的捕获，C 错误。类囊体膜上的PS Ⅱ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H+ 、电子和O2 ，D 正确。
2. [2022北京，2分]光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2 浓度的关系如图。据图分析不能得出( D )
A. 低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B. 在一定的范围内，CO2 浓度升高可使光合作用最适温度升高
C. CO2 浓度为200μL⋅L−1 时，温度对光合速率影响小
D. 10℃ 条件下，光合速率随CO2 浓度的升高会持续提高
【高分必备】
影响光合速率的多因素分析
P 点：限制光合速率的因素应为横轴所表示的因素，随着该因素的不断增大，光合速率不断提高。
Q 点：横轴所表示的因素不再是限制光合速率的因素，若要提高光合速率，可适当提高图中的其他因素。
[解析]分析可知，本实验的自变量是叶片温度和CO2 浓度，因变量是光合速率。低于最适温度时，随温度升高，与光合作用相关酶的活性增大，光合速率升高，A 正确。由图可看出，当CO2 浓度为200μL⋅L−1 时，光合作用最适温度约为25℃ ；当CO2 浓度为370μL⋅L−1 时，光合作用最适温度约为30℃ ，故B 正确。据图可知,CO2 浓度为200μL⋅L−1 时，光合速率随温度的变化幅度较小，故C 正确。10℃ 条件下，CO2 浓度为370μL⋅L−1 和1000μL⋅L−1 时，光合速率差异不大，推测10℃ 条件下，光合速率随CO2 浓度的升高不会持续提高，D 错误。
3. [2022湖南，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( AD )
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
[解析]夏季晴朗无云的白天12时左右，光照强度和温度较高，叶片蒸腾作用强，组成气孔结构的保卫细胞失水过多导致气孔部分关闭，进入植物叶肉细胞的CO2 量减少，光合作用强度减弱，A 项符合题意。12时左右，光合作用强度减弱，但是光合作用强度依然大于呼吸作用强度，呼吸作用释放的CO2 量小于光合作用固定的CO2 量，B 项不符合题意。光合色素位于类囊体薄膜上，而不是叶绿体内膜上，C 项不符合题意。根据化学平衡原理，光反应产物积累，对光反应过程的抑制作用会加强，使叶片转化光能的能力下降，D 项符合题意。
4. [2021北京，2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( B )
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
[解析]由图可知，两组植株的CO2 吸收速率最大值非常接近，A 项不符合题意；总光合速率= 净光合速率+ 呼吸速率，CO2 吸收速率代表净光合速率，由图可知，35℃ 时两组植株的净光合速率相等，而两组植株的呼吸速率未知，故不能判断出两组植株的总光合速率是否相等，B 项符合题意；50℃ 时HT 植株的净光合速率大于0，而CT 植株的净光合速率小于0，即50℃ 时HT 植株能积累有机物而CT 植株不能，C 项不符合题意；由图可知，当叶片温度超过35℃ 时，HT 植株的净光合速率大于CT 植株的净光合速率，HT 植株表现出对高温环境的适应性，D 项不符合题意。
5. [2020天津，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 )
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
[解析]题干信息“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”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A 正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2 、H2O 等，B 错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3 的还原提供了NADPH 和ATP ，光反应产生的O2 不参与暗反应，C 错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的CO2 固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D 错误。
二、非选择题
6. [2022重庆，14分]科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP （如图Ⅰ）。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
（1） 制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂;为避免膜蛋白被降解，提取液应保持低温（填“低温”或“常温”）。
[解析]制备类囊体时，提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应保持低温，以降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。
（2） 在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP 。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+ 浓度差，原因是实验Ⅱ是在光照以及低pH 条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自类囊体膜内外的H+ 浓度差。
[解析]由图Ⅱ可知，在光照条件下，将pH=4 条件下的类囊体悬液转移到pH=8 条件下，再在遮光的条件下加入ADP 和Pi ，也产生了ATP ，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+ 浓度差，是因为实验Ⅱ是在光照以及低pH 条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自类囊体膜内外的H+ 浓度差。
（3） 为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+ 浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH 在光照处理时升高，原因是类囊体膜外H+ 被转移到类囊体膜内，使悬液pH 升高。
类囊体膜内外的H+ 浓度差是通过光合电子传递和H+ 转运形成的，电子的最终来源物质是水。
[解析]对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH 在光照处理时升高，推测可能是因为类囊体膜外H+ 被转移到类囊体膜内，使悬液pH 升高。类囊体膜内外的H+ 浓度差是通过光合电子传递和H+ 转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子传递，故电子的最终来源物质是水。
（4） 用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有NADPH 、ATP 和CO2 。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加,若要增产，可采取的有效措施有增大二氧化碳的浓度和适当提高环境温度（答两点）。
[解析]人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下实现持续生产，则需要提供的物质有NADPH 、ATP 以及CO2 。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，可增大二氧化碳的浓度和适当提高环境温度，提高光合效率，实现增产。
7. [2021河北，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12g⋅m−2 ;（3）水+ 氮组，补充尿素12g⋅m−2 同时补水。检测相关生理指标，结果见表。
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反应介质、良好溶剂、参与物质运送和生化反应（2分）等（写出两点即可）。补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收,提高植株氮供应水平。
[解析]自由水是细胞内的良好溶剂，许多种物质溶解在这部分水中，细胞内的许多生物化学反应也都需要水的参与；水在生物体内流动，可以运送营养物质和代谢废物。分析题表数据可知，与施氮组相比，水+ 氮组各项生理指标都增大，说明补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收，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。氮与镁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ATP 和NADPH （2分）两种物质的合成以及水的分解；RuBP 羧化酶将CO2 转变为羧基加到C5 分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
[解析]氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，在光合作用的光反应阶段，吸收的光能可用于水的分解，进而产生NADPH ，还可促使ADP 和Pi 发生化学反应，形成ATP 。在暗反应阶段，在RuBP 羧化酶的催化下，CO2 和五碳化合物结合，生成三碳化合物。
（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气孔导度增大，植株从外界吸收更多的CO2 （2分）。
[解析]分析表格数据可知，与施氮组相比，水+ 氮组气孔导度明显增大，有利于植株从外界吸收CO2 。
题组四
1. [2023浙江6月选考，10分]植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2 浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK 组（白光）、A组( 红光∶蓝光=1:2) 、B组( 红光∶蓝
光=3:2) 、C组( 红光∶蓝光=2:1) ,每组输出的功率相同。
图甲
图乙
图丙
回答下列问题：
（1） 光为生菜的光合作用提供能量,又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因渗透作用失水造成生菜萎蔫。
[解析]叶绿体中的光合色素能够吸收、传递和转化光能。光为生菜的光合作用提供了能量。若营养液中的离子浓度过高，则营养液的浓度大于根细胞的细胞液浓度，可导致根细胞发生渗透失水。
（2） 由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK 组高，原因是与CK 组相比，A 、B 、C 组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A 、B 、C 组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为红光∶蓝光=3:2 ,最有利于生菜产量的提高，原因是当光质配比为B 组( 红光∶蓝光=3:2) 时，植物叶绿素和氮含量都比A 组( 红光∶蓝光=1:2) 、C 组( 红光∶蓝光=2:1) 高，有利于植物的光合作用，即B 组植物的光合作用速率大于A 组( 红光∶蓝光=1:2) 、C 组( 红光∶蓝
光=2:1) ，净光合速率更大，积累的有机物更多（2分）。
[解析]分析题图可知，A 、B 、C 组的干重都高于CK 组，这是因为光合色素主要吸收红光和蓝紫光，因此与CK 组相比，不同配比的红光和蓝光的组别光合速率高，有机物积累多。B 组( 红光：蓝光=3：2) 的氮含量、叶绿素含量以及干重均最高，因此当红光、蓝光的配比为红光：蓝光=3：2 时，最有利于生菜产量的提高。
（3） 进一步探究在不同温度条件下，增施CO2 对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃ 时，提高CO2 浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是25℃ 时,高CO2 浓度下和大气CO2 浓度下生菜的光合速率均较高，且25℃ 时高CO2 浓度下的光合速率与大气CO2 浓度下生菜的光合速率的差值较大。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2 浓度，还可以提高温度，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有有利于实现物质的循环利用，提高能量利用率，减少环境污染（2分）。
[解析]由题图丙可知，温度为25℃ 时，高CO2 浓度下和大气CO2 浓度下生菜的光合速率均较高，且高CO2 浓度下生菜的光合速率与大气CO2 浓度下生菜的光合速率的差值较大。因此在25℃ 时，提高CO2 浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。冬天燃烧沼气可提高CO2 浓度和温度，从而使植物光合速率进一步提高。利用秸秆发酵生产沼气，有利于实现物质的循环利用，提高能量的利用率，增加作物产量，减少环境污染。
2. [2022湖北，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。

【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增大（1分）（填“减小”“不变”或“增大”）。
[解析]若适当增加环境中的CO2 浓度,会使两种植物的光合作用增强，所能固定的光能增多，需要在较高光照强度下植物才能达到最大光合速率，即在该种情况下,甲、乙植物的光饱和点会增大。
（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，表明高浓度O3 处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。
[解析]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，表明高浓度O3 处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。
（3） 从图3分析可得到两个结论：①O3 处理75天后，甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，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有差异。
[解析]从图3可知，①甲、乙两种植物实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3 对植物光合作用产生了明显抑制；②长时间高浓度的O3 对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度的O3 对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。
（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A 基因过量表达与表达量下降时，乙植物的净光合速率相同，则说明A基因的功能与乙植物对O3 耐受力无关。
[解析]如果A 基因的功能与乙植物对O3 耐受力无关，则乙植物的净光合速率不会受A 基因表达量的影响，即A 基因过量表达与表达量下降时，乙植物的净光合速率相同。
3. [2022广东，14分]研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后（图a），测定相关指标（图b），探究遮阴比例对植物的影响。
图a
图b
回答下列问题：
（1） 结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件减弱了叶绿素的降解，同时增加了叶绿素的合成。
[解析]分析图b可知，与A 组相比，C 组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件一方面减弱了叶绿素的降解，另一方面增加了叶绿素的合成。
（2） 比较图b中B1 与A组指标的差异，并结合B2 相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因而生长更快。
[解析]由图b可知，B 组的净光合速率大于A 组和C 组的，推测B 组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因而生长更快。
（3） 某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A 组为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
[解析]结合题意可知，该实验的目的是探究B 组条件可能会提高作物产量。因此，应选择前期光照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株，再按图a所示条件，将实验分为A 、B 、C 三组，每组30株；其中以A 组作为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量，然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
4. [2021天津，10分]Rubisc 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Rubisc 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。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析,CO2 依次以自由扩散和主动运输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Rubisc 周围的CO2 浓度，从而通过促进CO2 固定和抑制O2 与C5 结合（2分）提高光合效率。
[解析]由图可知，CO2 通过细胞膜不需要转运蛋白协助，也不需要消耗能量，故CO2 通过细胞膜的方式为自由扩散;CO2 通过光合片层膜需要CO2 转运蛋白的协助，同时需要消耗能量，故CO2 通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2 浓缩机制可提高羧化体中Rubisc 周围的CO2 浓度，进而促进CO2 固定，抑制O2 与C5 结合，从而提高光合效率。
（2） 向烟草内转入蓝细菌Rubisc 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叶绿体中观察到羧化体。
[解析]烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisc 的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。
（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提高（2分），光反应水平应提高（2分），从而提高光合速率。
[解析]转基因烟草的光合速率并未提高，可能是受CO2 浓度的限制。若再转入HCO3− 和CO2 转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，则可以提高叶绿体中的CO2 浓度，理论上，该转基因植株的暗反应水平应提高，暗反应为光反应提供更多的ADP 和NADP+ ，光反应水平也提高，从而提高光合速率。
题组五
1. [2023全国甲理综，10分]某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。
（1） 叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是差速离心法（1分）
（答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布在类囊体薄膜（或基粒）（1分）上,其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光（1分）（填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
[解析]一般采用差速离心法分离细胞器。叶绿体中吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。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。
（2） 将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖,原因是黑暗条件下不能产生还原三碳化合物所需要的还原型辅酶ⅡNADPH 和ATP （2分）。
[解析]糖是在光合作用的暗反应阶段产生的，暗反应的进行需要光反应提供ATP 和NADPH 。将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，其原因是黑暗条件下，光反应不能正常合成NADPH 和ATP ，由于缺少NADPH 和ATP ，暗反应也不能正常合成糖。
（3） 叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
[答案]实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观察颜色变化（3分） 预期结果：A组叶绿体变为蓝色，B组叶绿体不变蓝色。（2分）
[解析]淀粉遇碘显蓝色。叶绿体呈绿色，要证明叶绿体中有淀粉存在，需要将叶绿体进行脱色处理，之后用碘液进行检测，实验设计思路及结果详见答案。
2. [2023广东，13分]光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型WT 的产量和黄绿叶突变体ygl 的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl 产量更高，其相关生理特征如表和图所示。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2 与呼吸过程中释放的CO2 等量时的光照强度。）
a
b
c
分析图表，回答下列问题：
（1） ygl 叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和类胡萝卜素/叶绿素的值较高，叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。
[解析]水稻叶绿体中的光合色素有4种：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）。据表格信息可知，与野生型水稻相比，黄绿叶突变体ygl 的叶绿素含量低，类胡萝卜素/叶绿素的值较高，导致ygl 叶色黄绿。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此ygl 叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。
（2） 光照强度逐渐增加达到2000μml⋅m−2⋅s−1 时，ygl 的净光合速率较WT 更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl 高于（1分）WT （填“高于”“低于”或“等于”）。ygl 有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和细胞呼吸速率较高。
[解析]据图a可知，ygl 的光饱和点高于WT 。根据图c可知，与WT 相比，ygl 的呼吸速率较高。据表格信息可知，与WT 相比，ygl 的叶绿素含量较低，当光照强度较低时，叶绿素含量低会导致光反应为暗反应提供的NADPH 和ATP 较少，使光合速率降低。综合上述分析可知，ygl 具有较高的光补偿点的原因可能是其叶绿素含量较低和细胞呼吸速率较高。
（3） 与WT 相比，ygl 叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl 群体的净光合速率较高，表明该群体有机物积累较多，是其高产的原因之一。
[解析]与WT 相比，在高密度栽培条件下，更多的光可到达ygl 下层叶片，导致ygl 下层叶片的光合速率较高；与WT 相比，ygl 的叶绿素含量低，但ygl 群体的净光合速率较高，表明该群体的光能利用率较高，有机物积累较多。
（4） 试分析在0∼50μml⋅m−2⋅s−1 范围的低光照强度下，WT 和ygl 净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT 和ygl 的净光合速率，提出一个科学问题探究达到光饱和点时，ygl 的净光合速率高于WT 的原因（或探究高密度栽培条件下，WT 和ygl 的最适光照强度）; 如图所示。
[解析]绘制曲线图时要注意：ygl 的呼吸速率约为0.9μmlCO2⋅m−2⋅s−1 ，WT 的呼吸速率约为0.6μmlCO2⋅m−2⋅s−1 ，而且ygl 的光补偿点( 约为30μml⋅m−2⋅s−1) 大于WT 的光补偿点( 约为15μml⋅m−2⋅s−1) ，具体曲线图见答案。分析图a和绘制的曲线可提出问题：探究达到光饱和点时，ygl 的净光合速率高于WT 的原因。为保证水稻高产，可关注最适栽培密度或最适光照强度，因此可以继续探究高密度栽培条件下，WT 和ygl 的最适光照强度或探究在较强光照条件下，WT 和ygl 的最适栽培密度。
【考情速递】
绘制曲线并提出科学问题
该题开放性强，要求考生结合题中关键信息绘制净光合速率趋势曲线，并结合题中信息提出一个科学问题，解答该题时，需要考生认真分析，发散思维将所学知识与所解决的问题联系起来。
3. [2022江苏，9分]图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(① ~⑦表示代谢途径) 。Rubisc 是光合作用的关键酶之一，CO2 和O2 竞争与其结合，分别催化C5 的羧化与氧化。C5 羧化固定CO2 合成糖；C5 氧化则产生乙醇酸C2 ,C2 在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
图1
图2
图3
（1） 图1中,类囊体膜直接参与的代谢途径有①⑥（从①~⑦中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是叶绿素( 叶绿素a 和叶绿素b) 。
[解析]类囊体薄膜上发生的反应有水的光解以及ATP 的形成，即①⑥。叶绿素( 叶绿素a 和叶绿素b) 主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。在红光照射下，参与这些反应的主要色素是叶绿素a 和叶绿素b 。
（2） 在C2 循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2 和H2O 。
[解析]过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2 和H2O ，故在C2 循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2 和H2O 。
（3） 将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2 浓度为0和0.03% 的条件下测定小室内CO2 浓度的变化，获得曲线a 、b （图2）。
① 曲线a ，0∼t1 时段（没有光照，只进行呼吸作用）释放的CO2 源于细胞呼吸；t1∼t2 时段,CO2 的释放速度有所增加,此阶段的CO2 源于光呼吸和细胞呼吸（2分）。
② 曲线b ,当时间到达t2 后，室内CO2 浓度不再改变，其原因是光合作用强度等于呼吸作用强度（2分）。
[解析]曲线a ，t1～t2 时段有光照，所以CO2 源于细胞呼吸和光呼吸。曲线b ，t2 后室内CO2 浓度不再改变，说明呼吸作用和光合作用达到了平衡。
（4） 光呼吸可使光合效率下降20%∼50% ,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的直接价值。
[解析]题中所述工作体现了遗传多样性的直接价值。
4. [2021湖南，12分]图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题:
图a
图b
（1） 图b表示图a中的类囊体膜结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2 、H+ 和e− ，光能转化成电能，最终转化为NADPH （2分）和ATP 中活跃的化学能。若CO2 浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+ 减少，则图b中电子传递速率会减慢（填“加快”或“减慢”）。
[解析]光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，即图b表示图a中的类囊体膜。光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为NADPH 和ATP 中活跃的化学能。若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+ 减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
（2） 为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了 4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy 或DCIP 替代NADP+ 为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy 具有亲水性，DCIP 具有亲脂性。
据此分析：
① 叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以Fecy （填“Fecy ”或“DCIP ” ）为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是当叶绿体双层膜结构完整时，以Fecy 和DCIP 为电子受体的放氧量相同，当叶绿体双层膜局部受损时，以Fecy 为电子受体的放氧量增加更明显（2分）。
[解析]比较叶绿体A 和叶绿体B 的实验结果，实验一中叶绿体B 双层膜局部受损时，以Fecy 为电子受体的放氧量明显大于双层膜结构完整时，实验二中叶绿体B 双层膜局部受损时，以DCIP 为电子受体的放氧量与双层膜结构完整时无明显差异，说明叶绿体的双层膜对以Fecy 为电子受体的光反应有明显阻碍作用。
② 该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于色素对光能的吸收、传递和转化（2分），从而提高光反应速率。
[解析]该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C ，表明在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收光能，从而提高光反应速率。
③ 以DCIP 为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP 产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释:类囊体结构被破坏程度越大，H+ 的浓度梯度越不容易形成，ATP 合酶越不容易被激活，产生ATP 效率越低（3分）。
[解析]根据图b可知，ATP 的合成依赖于H+ 顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP 合酶，叶绿体A 、B 、C 、D 的类囊体膜受损程度依次增大，因此ATP 的产生效率逐渐降低。
题组六
1. [2023浙江1月选考，12分]叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和光合产物分配的影响，实验结果见表1。
表1
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用​13CO2 供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界环境吸收的​13CO2 量。
回答下列问题：
（1） 叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是叶绿体色素为脂溶性物质，易溶于乙醇。
[解析]由于叶绿体色素是脂溶性物质，易溶于乙醇，故提取叶绿体色素时可选择乙醇作为提取液。
（2） 研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应​13CO2 ，​13CO2 先与叶绿体内的五碳糖C5 结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的ATP 和NADPH 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用​13CO2 的原因有CO2 是光合作用的原料、​13C 可被仪器检测（2分）（答出2点即可）。
[解析]给叶片供应​13CO2 ,​13CO2 先与五碳糖结合形成C3 ，C3 被还原为糖的反应是吸能反应，需要光反应的产物ATP 和NADPH 提供能量。由于CO2 是光合作用的基本原料，且​13C 具有放射性，可被仪器检测到，故研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应​13CO2 。
（3） 分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率降低（填“升高”或“降低”）、果实中含​13C 光合产物的量增加（填“增加”或“减少”）。库源比升高导致果实单果重变化的原因是光合作用合成的有机物总量少，可提供给果实的有机物相应减少（2分）。
[解析]分析表1可知，随着该植物库源比降低( 注：从1/2 降低到1/6) ，叶片的净光合速率降低( 注：从9.31μml⋅m−2⋅s−1 降低到8.75μml⋅m−2⋅s−1) ，果实中含​13C 光合产物的量增加( 注：从21.96mg 增加到66.06mg) 。随着库源比升高，光合作用合成的有机物总量减少，可提供给果实的有机物相应减少，单果重也相应减小。
（4） 为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验，库源处理如图所示，用​13CO2 供应给保留的叶片进行光合作用，结果见表2。
表2
根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是就近分配。
[解析]
（5） 综合上述实验结果，从调整库源比分析，下列措施中能提高单枝的合格果实产量（单果重10g 以上为合格）的是哪一项？C （2分）（A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土）。
[解析]除草和松土在一定程度上可以提高光合作用速率，但不一定能提高单枝的合格果实产量。遮光可降低光合作用速率，其不能提高单枝的合格果实产量。据题中信息可知，单果重10g 以上为合格。表2中第3果的单果重为8.19g ，为不合格果实。从调整库源比分析，为了提高单枝的合格果实产量，可将距离叶片（源）较远的果实（库）摘除掉，因此C 符合题意。
2. [2022天津，10分]利用蓝细菌将CO2 转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。
（1） 蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP 、NADPH 、NADH ( 呼吸过程中产生的[H]) 和丙酮酸等中间代谢物。ATP 来源于光合作用（1分）和呼吸作用（1分）等生理过程，为各项生命活动提供能量。
[解析]ATP 主要通过光合作用和呼吸作用等生理过程产生，其作用主要是为各项生命活动提供能量。
（2） 蓝细菌可通过D− 乳酸脱氢酶Ldh ，利用NADH 将丙酮酸还原为D− 乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldℎ 基因的工程蓝细菌，以期提高D− 乳酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH 被大量用于有氧呼吸作用产生ATP ,无法为合成D− 乳酸提供充足的NADH 。
[解析]由题中信息知，蓝细菌可通过D− 乳酸脱氢酶Ldh ，利用NADH 将丙酮酸还原为D− 乳酸，若细胞质中的NADH 被大量用于有氧呼吸第三阶段，将无法为合成D− 乳酸提供充足的NADH 。
（3） 蓝细菌还存在一种只产生ATP 不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K ，以补充ATP 产量，使更多NADH 用于生成D− 乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K 中细胞质ATP 、NADH 和NADPH 含量，结果如表。
注：数据单位为pml/OD730
由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K 的ATP 含量升高，且有氧呼吸第三阶段被抑制（被抑制/被促进/不受影响），光反应中的水光解不受影响（被抑制/被促进/不受影响）。
[解析]
（4） 研究人员进一步把Ldℎ 基因引入工程菌K 中，构建工程菌L 。与初始蓝细菌相比，工程菌L 能积累更多D− 乳酸，是因为其AD（双选）。
A. 光合作用产生了更多ATP B. 光合作用产生了更多NADPH
C. 有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP D. 有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
[解析]结合题中信息可知，工程菌L 可大量表达Ldℎ 基因，且其只产生ATP 不参与水光解的光合作用途径被加强，其通过光合作用产生了更多的ATP 供生命活动利用，且其有氧呼吸的第三阶段被抑制，其通过D− 乳酸脱氢酶Ldh ，利用NADH 将丙酮酸还原为D− 乳酸的量增加，故A 、D 选项符合题意。
3. [2021江苏，11分]线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
（1） 叶绿体在类囊体膜上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素。
（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C5 ；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12个CO2 分子。
[解析]C3 在叶绿体基质中合成，可运到细胞质基质中，运到细胞质基质中的C3 可合成蔗糖，运出细胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由两分子单糖结合形成的，进而推出每运出一分子蔗糖需要固定12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NADPH 中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为ATP 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∼14d 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μmlO2⋅mg−1chl⋅h−1 ,chl 为叶绿素）。请完成下表。
[解析]③根据光合放氧速率的单位：μmlO2⋅mg−1chl⋅h−1 ，推出还要测定叶绿素含量。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
0.36
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mml⋅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μml⋅h−1⋅g−1
316
640
716
光合速率μml⋅m−2⋅s−1
6.5
8.5
11.4
水稻材料
叶绿素mg/g
类胡萝卜素mg/g
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
叶绿体类型
相对值
实验项目
叶绿体A： 双层膜结构完整
叶绿体B： 双层膜局部受损，类囊体略有损伤
叶绿体C： 双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂
叶绿体D： 所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy 为电子受体时的放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP 为电子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
项目
甲组
乙组
丙组
处理
库源比
1/2
1/4
1/6
单位叶面积叶绿素相对含量
78.7
75.5
75.0
净光合速率/μml⋅m−2⋅s−1
9.31
8.99
8.75
果实中含​13C 光合产物mg
21.96
37.38
66.06
单果重g
11.81
12.21
19.59
果实位置
果实中含​13C 光合产物mg
单果重g
第1果
26.91
12.31
第2果
18.00
10.43
第3果
2.14
8.19
果实位置
果实中含​13C 光合产物mg
单果重g
第1果
26.91
12.31
第2果
18.00
10.43
第3果
2.14
8.19
分析可知，距离叶片（源）越近的果实（库），分配到的光合产物越多，单果越重，故从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实时遵循就近分配原则。
菌株
ATP
NADH
NADPH
初始蓝细菌
626
32
49
工程菌K
829
62
49
实验步骤和目的
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在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮（2分）
②减少叶片差异产生的误差
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叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量）（2分）
称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定