人教版高中生物必修1第5章细胞的能量供应和利用专题强化练2光合作用机理的拓展分析含答案

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专题强化练2　光合作用机理的拓展分析1.(2024陕西西安期末)某一突变体水稻的叶绿素含量低,但在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型水稻的。为探究其原因,研究人员在相同光照强度的强光照条件下,测得两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表所示。下列相关分析不正确的是(　　)注:RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶,vmax表示RuBP羧化酶催化的最大速率。A.电子经叶绿体的类囊体薄膜传递后可用于NADPH的合成B.RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C3C.突变体的叶绿素含量低,但其对光能的利用率高D.突变体的RuBP羧化酶含量高,提高了突变体对CO2的固定率2.(2024重庆巴蜀中学阶段测试)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质,在适宜条件下进行周期性的光暗交替实验,结果如图。下列叙述错误的是(　　)A.光照开始后短时间内,叶绿体内C3的含量会下降B.阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量C.光照开始后两曲线逐渐重合时,光反应速率等于暗反应速率D.光照总时间及实验时间相同的条件下,光暗交替和连续光照制造的有机物量相等3.(2024辽宁锦州统考期末)原本生活在干旱地区的多肉植物,经研究发现其CO2固定过程非常特殊,被称为景天酸代谢途径(CAM),其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用。过程如图所示。据图分析,下列说法不正确的是(　　)A.进行景天酸代谢的植物白天进行光反应,积累ATP和NADPH,晚上进行暗反应合成有机物B.图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水,从而使该类植物适应干旱环境C.与常见植物相比,夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物D.多肉植物在其原生地环境中,其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化4.(2024山东枣庄统考期末)1937年,英国植物学家希尔发现,在光照条件下,离体叶绿体中发生水的裂解,产生O2,同时将高价铁还原为低价铁。在实验室条件下,裂解水需要极强的电流或者近乎2 000 ℃的高温。植物细胞为什么在自然条件下就能实现对水的裂解呢?这与叶绿体中的光系统有关。光系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物,能完成一定功能,包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ),如图所示。光系统中的某些光合色素分子在吸收光能后,电子会由最稳定的低能量状态上升到一个不稳定的高能量状态,以驱动水的裂解并释放出O2,同时产生的电子和H+最终用于NADPH和ATP的合成,驱动光合作用的暗反应。进一步研究发现,化合物M可阻断电子传递过程。这类化合物被称为光合电子传递抑制剂。农业生产中,化合物M可作为除草剂,抑制杂草的生长,提高农作物产量。(1)图中PSⅡ和PSⅠ分布在叶绿体的　　　　　　上,提取细胞色素复合体中的色素利用的有机溶剂是　　　　。成功分离后的色素会吸附在滤纸条上,在滤纸条自上而下第3条色素带的颜色是　　　　。 (2)据图文中的信息可知,参与光反应过程中水的光解的是　　　　(填“PSⅠ”或“PSⅡ”),在光反应过程中能量形式的详细变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。根据文中信息并结合所学知识,推测化合物M抑制杂草生长的机理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)光合作用的卡尔文循环产生的最初糖类产物是磷酸丙糖,然后经过一系列反应可以在叶绿体内合成淀粉,也可以运输至细胞质基质形成蔗糖。卡尔文循环过程中首先与CO2结合的物质是　　　　,若突然停止光照,该物质的含量短时间内的变化是　　　　(填“升高”或“降低”)。如果细胞内的生理环境抑制了磷酸丙糖的跨膜运输,则细胞中淀粉的含量将会　　　　(填“升高”或“降低”)。 5.(2024北京通州统考期末)在不同的生存环境下,植物的光合作用过程有一定差异。请回答问题:(1)大豆等植物的生活环境水分相对充足,从外界吸收的CO2与　　　　结合后,生成2分子C3,之后C3被还原为糖类和C5,这一暗反应过程也称作　　　　循环,这些植物则称作C3植物。 (2)干旱环境下植物为了减少水分散失,　　　　会关闭,导致光合作用速率降低。干旱环境下,起源于热带的玉米等植物,除了与小麦等植物一样的暗反应过程外,还有一条固定CO2的途径,即C4途径,该途径的具体过程如下图所示。据图分析玉米中完成光合作用暗反应的细胞是　　　　　。 (3)相较于C3植物,玉米等C4植物能利用更低浓度CO2,从酶的角度分析原因可能是　　　　　　　　　　　　　。 (4)为了追踪玉米进行C4途径时,光合作用中C的转移路径,研究人员用14C标记的CO2来追踪,请写出最可能的转移途径是　　　　　(用物质和箭头表示)。 (5)大豆和玉米都是我国重要的粮食作物,合理密植是重要的增产措施。根据两种植物生理功能差异分析,其中更适合在密集条件下种植的植物是　　　　,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案与分层梯度式解析专题强化练2　光合作用机理的拓展分析1.B　光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上进行,这个阶段电子经传递用于合成NADPH,A正确;由题可知,RuBP羧化酶是催化CO2固定(底物是CO2和C5)的酶,B错误;由题干信息及表格信息可知,突变体水稻的叶绿素含量低,但光能转化效率高,对光能的利用率高,C正确;根据表格数据可知,突变体的RuBP羧化酶含量高,RuBP羧化酶催化反应的最大速率也高,提高了突变体对CO2的固定率,D正确。2.D　光照开始后短时间内,光反应产生的NADPH、ATP促进C3的还原,叶绿体内C3的含量会下降,A正确。题述实验以“离体叶绿体”为材料进行研究,不考虑细胞呼吸,则O2的释放速率表示光反应速率,CO2的吸收速率表示暗反应速率,据此对曲线图的一个周期进行分析如下,可知B、C正确。据上图分析可知,黑暗开始短时间内,暗反应可以继续进行一段时间(假定为x s),以光照总时间为y min、光暗交替10次为例,对连续光照和间断光照的暗反应时间分析如下图,可知光暗交替制造的有机物>连续光照制造的有机物,D错误。3.A　根据题图信息分析选项:4.答案　(1)类囊体(薄膜)　无水乙醇　蓝绿色　(2)PSⅡ　光能激发低能电子成为高能电子,高能电子中的能量转化为ATP和NADPH中活跃的化学能(或光能转化为电能再转化为ATP和NADPH中活跃的化学能)　抑制电子传递过程,使杂草无法合成有机物而死亡　(3)五碳化合物(或C5)　降低　升高解析　(1)光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物,可推断其分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)由图示可知,PSⅡ中的光合色素吸收光能后,用于水的光解。光反应中能量形式的详细变化:光能→电能→ATP和NADPH中活跃的化学能。化合物M可阻断电子传递过程,杂草会因无法合成有机物而死亡。(3)根据暗反应过程可知,若突然停止光照,NADPH和ATP减少,C3的还原减慢,短时间内CO2的固定(消耗C5)不变,故C5含量降低。根据信息对磷酸丙糖的去路分析如下:若磷酸丙糖的跨膜运输受到抑制,则其会在叶绿体中合成更多淀粉。5.答案　(1)C5　卡尔文　(2)(部分)气孔　维管束鞘细胞　(3)PEP羧化酶对CO2的亲和度更高(或PEP羧化酶固定CO2的效率较高)　(4)CO2→C4→CO2→C3→葡萄糖　(5)玉米　密集条件下植物大量消耗CO2,而玉米能利用低浓度的CO2解析　(2)干旱环境下植物为了减少水分散失,会关闭部分气孔,导致CO2的吸收减弱,光合作用速率降低。题图中维管束鞘细胞中CO2参与卡尔文循环。(3)据图可知,PEP羧化酶能催化低浓度CO2的利用过程,据此推测,相较于C3植物,玉米等C4植物能利用更低浓度CO2的原因可能是PEP羧化酶对CO2的亲和度更高(或PEP羧化酶固定CO2的效率较高)。(4)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径,该途径要经过C4和C3途径,根据题图可推知:14C的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→葡萄糖。水稻类型光反应暗反应光能转化效率叶绿体的类囊体薄膜电子传递速率RuBP羧化酶含量vmax野生型0.49180.14.6129.5突变体0.66199.57.5164.5题图信息多肉植物夜晚气孔开放,吸收CO2,CO2被固定为苹果酸储存在液泡中白天气孔关闭(可减少蒸腾作用),液泡中的苹果酸进入细胞质基质并分解产生CO2,CO2用于暗反应选项分析进行景天酸代谢的植物,白天苹果酸分解产生CO2,进行暗反应,A错误白天气孔关闭可减少水分的流失,避免植物蒸腾过度导致脱水,使该类植物适应干旱环境,B正确景天酸代谢途径植物夜间吸收CO2,夜间更适于放置在室内,C正确景天酸代谢途径植物在晚上吸收CO2,生成的苹果酸进入液泡(液泡pH降低),白天苹果酸分解产生CO2用于暗反应(液泡pH升高),D正确