10年高考生物真题专题分类6光合作用练习含答案

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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
答案 D 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此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。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但会使滤液细线过宽,分离后滤纸上易出现色素带重叠,B正确;该实验分离色素后,滤纸条上色素带的宽窄只能比较各种色素相对含量的多少,但不能测定各种色素的具体含量,C错误;花青素易溶于水而不易溶于石油醚等有机溶剂,若得到5条色素带,距离滤液细线最近的应为花青素,即在叶绿素b的下方,D错误。
3.(2022浙江1月选考,2,2分)以黑藻为材料进行“观察叶绿体”活动。下列叙述正确的是( )
A.基部成熟叶片是最佳观察材料 B.叶绿体均匀分布于叶肉细胞中心
C.叶绿体形态呈扁平的椭球形或球形 D.不同条件下叶绿体的位置不变
答案 C 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
4.(2022湖北,12,2分)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,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( )
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
答案 D 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;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,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
5.(2020江苏单科,6,2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( )
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
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
6.(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
7.(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
8.(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
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剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
9.(2015江苏单科,21,3分)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)( )
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
答案 ABC 分析正常光照和强光照下的不同色素带宽度可以发现,强光导致了叶绿素含量降低、类胡萝卜素含量升高,这可能与类胡萝卜素可以抵御强光照有关,A、B正确;叶绿素a的吸收波长更广一些,C正确;为增加色素带的色素含量,画滤液细线时,滤液应在点样线上重复画几次,D错误。
审题方法 本题的关键是对题图的分析,通过对图解的分析找出强光照下与正常光照下移栽幼苗光合色素滤纸层析结果的不同之处,理解色素带宽窄与色素的含量及强光照的关系;同时结合已学相关知识对各选项作出准确分析判断。
10.(2014北京理综,5,6分)在25 ℃的实验条件下可顺利完成的是( )
A.光合色素的提取与分离
B.用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖
C.大鼠神经细胞的培养
D.制备用于植物组织培养的固体培养基
答案 A 用斐林(本尼迪特)试剂鉴定还原糖时需水浴加热,B错误;培养大鼠神经细胞时,温度需要保持在大鼠的正常体温37~39 ℃范围内,C错误;制备用于植物组织培养的固体培养基需高温灭菌,D错误;光合色素的提取与分离在室温下即可完成,A正确。
11.(2014四川理综,4,6分)下列有关实验方法或检测试剂的叙述,正确的是( )
A.用改良苯酚品红染色观察低温诱导的植物染色体数目变化
B.用健那绿和吡罗红染色观察DNA和RNA在细胞中的分布
C.用纸层析法提取菠菜绿叶中的色素和鉴定胡萝卜素提取粗品
D.用标志重捕法调查田鼠种群密度及农田土壤小动物的丰富度
答案 A 改良的苯酚品红染液可用于染色体着色,A正确;观察DNA和RNA在细胞中的分布用到的试剂是甲基绿和吡罗红染液,B错误;纸层析法是分离光合色素的方法,提取光合色素需要用有机溶剂,C错误;调查农田土壤小动物丰富度的方法是取样器取样法,D错误。
12.(2013课标全国Ⅱ,2,6分)关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
答案 D 本题主要考查叶绿素的相关知识。镁是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,用于光合作用的光反应过程;叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同;叶绿素不能有效地吸收绿光,绿光被反射出去,使植物呈现绿色。
13.(2013广东理综,6,4分)以下为某兴趣小组获得的实验结果及其分析,正确的是( )
答案 B 将画有滤液细线的滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中后(注意层析液不能触及滤液细线),滤纸条上出现的色素带从上往下依次为:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,选项中Ⅳ为叶绿素b,A项错误;在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红能与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红—纤维素复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,题中菌Ⅲ透明圈最大,可知菌Ⅲ分解纤维素能力最强,B项正确;题中所示细胞每条染色体的着丝点排在赤道板上,该细胞处于有丝分裂中期,C项错误;在H2O2溶液中分别加入Fe3+和过氧化氢酶,通过观察实验现象比较两者的催化效率,证明酶具有高效性,D项错误。
14.(2013江苏单科,5,2分)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是( )
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2~3次
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
答案 B 本题考查叶绿体色素的提取和分离实验的相关知识。实验过程中用单层尼龙布过滤研磨液;在划出一条滤液细线后,待干燥后再重复划线2~3次;研磨叶片时,用无水乙醇或95%的乙醇溶解色素。
15.(2013海南单科,8,2分)关于叶绿素提取的叙述,错误的是( )
A.菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B.加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C.用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D.研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
答案 C 菠菜绿叶中含大量的色素且易于研磨,是提取色素的良好材料,A正确;研磨时,加入石英砂可使叶片研磨得更充分,D正确;加入少许碳酸钙可以中和液泡破坏后释放的酸性物质,防止研磨中色素被破坏,B正确;叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等,四种色素均溶于乙醇,C错误。
16.(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
17.(2017课标全国Ⅲ,3,6分)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B正确;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,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,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
18.(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
19.(2014海南单科,6,2分)下列关于生长在同一植株上绿色叶片和黄绿色叶片的叙述,错误的是( )
A.两种叶片都能吸收蓝紫光
B.两种叶片均含有类胡萝卜素
C.两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素a
D.黄绿色叶片在光反应中不会产生ATP
答案 D 两种叶片中含有类胡萝卜素和叶绿素,二者均吸收蓝紫光,A正确;当叶绿素含量高时呈现绿色,含量少时则呈现类胡萝卜素的颜色,B正确;叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,C正确;黄绿色叶片在光下时仍能进行光合作用,故在光反应过程中能产生ATP用于暗反应,D错误。
解题关键 相对绿色叶片来说,黄绿色叶片的叶绿素含量稍低。
20.(2022江苏,5,2分)下列有关实验方法的描述合理的是( )
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
答案 B 胡萝卜素属于脂溶性物质,应用有机溶剂提取,而非用水提取,A错误;黑藻叶片含有叶绿体和中央液泡,用适当浓度蔗糖溶液处理,可以叶绿体的运动为标志观察到细胞质的流动,一段时间后可观察到质壁分离现象,B正确;双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应不需要加热,C错误;溴麝香草酚蓝溶液可用来检测CO2,检测酒精可用酸性重铬酸钾溶液,颜色变化为由橙色变为灰绿色,D错误。
21.(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学实验,叙述错误的是 ( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
答案 C 肝细胞里含过氧化氢酶,A正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,B正确;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,反之则慢,即依据溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离,C错误;蛋白质含肽键,与双缩脲试剂反应呈紫色,D正确。
22.(2021天津,6,4分)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是( )
A.用洋葱鳞片叶表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
答案 C 紫色洋葱鳞片叶外表皮可以用来观察细胞的质壁分离和复原现象;洋葱鳞片叶可以用来粗提取DNA;洋葱根尖分生区可以用来观察植物细胞有丝分裂。由于洋葱鳞片叶没有叶绿体,因此不能用来提取和分离叶绿体中的色素,故选C。
23.(2021辽宁,5,2分)下列有关中学生物学实验中观察指标的描述,正确的是( )
答案 B 探究植物细胞的吸水和失水实验中,应观察原生质层与细胞壁的位置关系,A错误;探究酵母菌细胞呼吸的方式,应检测CO2和酒精,可观察石灰水的浑浊程度,C错误;观察有丝分裂实验,主要观察染色体的形态、数目和位置,观察的细胞是死细胞,看不到纺锤丝牵引染色体的运动,D错误。
24.(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 。在细胞中,这些光合色素分布在 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为
。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 稳定。离心后的 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 μml·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 浒苔乙酶Y的活性。
答案 (1)类胡萝卜素 类囊体薄膜 (2)下层光照弱,浒苔通过增加叶绿素含量,以提高对光能的利用率 (3)高温变性 维持酸碱度(pH) 上清液 (4)1 800 抑制
解析 (1)高等植物的光合色素包括叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)。在细胞中,光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上。(2)“藻席”下层光照弱,弱光环境中的植物可通过增加叶绿素含量来提高对光能的利用率,以此来适应环境。(3)酶Y的化学本质为蛋白质,强酸、强碱及高温均会对其空间结构、活性产生影响,故粗酶液制备过程需保持低温(防止酶降解和高温变性),研磨时加缓冲液主要是为了维持酸碱度稳定。破碎后的细胞碎片质量大于蛋白质,离心处理后,蛋白质应分布在上清液。(4)图2显示浒苔甲酶Y在12:00时活性最高,对应的光照强度为1 800 μml·m-2·s-1。而浒苔乙酶Y的活性在弱光环境下更高,说明强光可抑制浒苔乙酶Y的活性。
25.(2020浙江7月选考,27,7分)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题:
(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生 现象来判断。
(2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏 色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的 不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的 。
(3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后, 有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂 期细胞的染色体,原因是 。
答案 (1)质壁分离 (2)黄 移动速率 吸收光谱 (3)轻压盖玻片 中 中期的染色体缩短到最小的程度,最便于观察和研究
解析 (1)分析本题中的信息可知,本小题考查的是质壁分离实验的应用,结合所学的质壁分离知识,可直接作答。当洋葱外表皮细胞浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中时,由于蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度,因此活细胞会失水而发生质壁分离,即原生质层与细胞壁分离,故可根据是否发生质壁分离来判断细胞死活。(2)由于碳酸钙可以防止叶绿素被破坏,因此未加碳酸钙的甲组的提取液中叶绿素会因破坏而减少,提取液因类胡萝卜素的含量相对增多而偏黄色。不同光合色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,因而随层析液在滤纸条上移动的速率不同,据此特点可将4种光合色素分离。叶绿素a对不同波长光的吸收率不同,因而可绘制出该色素的吸收光谱。(3)制作植物根尖细胞有丝分裂临时装片的流程是解离→漂洗→染色和制片,制片时在载玻片上加一盖玻片,用手指轻压盖玻片,有利于根尖细胞分散开。制作染色体组型图时,通常选择处于有丝分裂中期的细胞观察染色体的形态和数目,因为中期的染色体缩短到最小的程度,染色体形态稳定、数目清晰,最便于观察和研究。
26.(2019浙江4月选考,30,7分)回答与光合作用有关的问题:
(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸(C3)的含量会 。为3-磷酸甘油酸(C3)还原成三碳糖提供能量的物质是 。若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP(C5)的含量会 。研究发现Rubisc酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体 中。
(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为 。分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的 光。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与 抑制叶绿素的合成有关。
答案 (1)增加 ATP和NADPH 增加 基质 (2)类胡萝卜素 蓝紫光和红 低温
解析 通过对光合作用过程中相关物质的变化的考查,体现了生命观念中的物质与能量观要素。(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,光反应将减弱,ATP和NADPH的生成量减少,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸(即三碳酸,C3)的含量会增加。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是ATP和NADPH。若停止CO2供应,短期内RuBP(C5)的消耗量减少而合成量不变,因此短期内小球藻细胞中RuBP的含量会增加。Rubisc酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,CO2被固定的反应发生在叶绿体基质中,因此推测该酶存在于叶绿体基质中。(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素(胡萝卜素和叶黄素)合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。
考点2 光合作用的原理
1.(2023湖北,8,2分)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是( )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
答案 C 从图示可以看出,弱光下LHCⅡ能与PSⅡ结合,增强其对光能的捕获;强光下LHCⅡ能与PSⅡ分离,减弱其对光能的捕获;由题干可知,LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ与PSⅡ分离,减少其对光能的捕获,所以该酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ不易分离,PSⅡ光复合体对光的捕获会增强,A正确,C错误。Mg2+参与叶绿素(为光合色素)的合成,Mg2+含量下降,PSⅡ光复合体上光合色素含量减少,对光能的捕获减弱,B正确。PSⅡ光复合体能将水分解,产生H+、电子和O2,D正确。
2.(2021浙江6月选考,23,2分)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO3-形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 ml·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是( )

甲 乙
A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似
B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大
C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降
D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
答案 A 图甲中显示山梨醇浓度在0.27~0.33 ml·L-1时,叶绿体完整率差别不大,而此时的放氧率却有很大差异,B正确;分析图乙,可以看出低渗条件与等渗条件(浓度为0.33 ml·L-1)相比,完整叶绿体ATP含量相似但放氧量较低,推断在低渗条件下,叶绿体中的ATP因没有有效用于碳反应而有所积累,说明卡尔文循环效率较低,光合速率也较低,A错误,C正确;分析图甲可以得出山梨醇浓度越低,叶绿体完整率越低,破碎叶绿体所占比例越高,放氧率越低,D正确。
3.(2021广东,12,2分)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc。下列叙述正确的是( )
A.Rubisc存在于细胞质基质中
B.激活Rubisc需要黑暗条件
C.Rubisc催化CO2固定需要ATP
D.Rubisc催化C5和CO2结合
答案 D 暗反应阶段的CO2的固定为Rubisc催化C5与CO2反应的过程,该过程发生在叶绿体基质中,暗反应有光无光均可进行,故Rubisc的活性与是否有光无关,A、B错误,D正确;CO2固定过程不消耗ATP,C错误。
4.(2020天津,5,4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.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
答案 A 绿色植物光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜,产物有O2、NADPH、ATP,暗反应的场所是叶绿体基质,产物有糖类等有机物,据此推理该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质,A正确;该反应体系不断消耗的物质不仅有CO2,还有水,B错误;类囊体膜上产生的NADPH、ATP参与C3的还原,C错误;该反应体系含有从菠菜中分离出的类囊体,吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上,故该反应体系中含有光合作用色素,D错误。
5.(2018北京理综,3,6分)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下,向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP,照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A.需要ATP提供能量
B.DCIP被氧化
C.不需要光合色素参与
D.会产生氧气
答案 D 本题以光合作用光反应过程的相关知识为载体,考查考生对光反应过程相关反应的理解与迁移能力,体现了对生命观念中结构与功能以及科学思维素养中归纳与概括要素的考查。光反应过程中,光合色素利用光能,将水分解成[H]和氧气,同时在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应,生成ATP,A、C错误,D正确;[H]将DCIP还原,使之由蓝色逐渐变为无色,B错误。
6.(2017海南单科,10,2分)将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是( )
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
答案 A 叶绿体是光合作用的场所,在自然光下,叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气,A正确;叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光,因此在红光和蓝紫光下,叶绿体会产生氧气,B、C错误;水在叶绿体中分解产生氧气需要的能量是光能,D错误。
7.(2016课标全国Ⅲ,2,6分)在前人进行的下列研究中,采用的核心技术相同(或相似)的一组是( )
①证明光合作用所释放的氧气来自水
②用紫外线等处理青霉菌选育高产青霉素菌株
③用T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA是遗传物质
④用甲基绿和吡罗红对细胞染色,观察核酸的分布
A.①② B.①③ C.②④ D.③④
答案 B ①③采用的核心技术均是同位素标记法,②为用紫外线等诱导青霉菌发生基因突变,属于诱变育种,④为用染色剂对细胞染色进而观察特定结构,B项正确。
疑难突破 本题解题的关键是识记各实验所采用的实验方法,并注意进行归纳总结。
8.(2016天津理综,2,6分)在适宜反应条件下,用白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白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是( )
A.红光,ATP下降 B.红光,未被还原的C3上升
C.绿光,[H]下降 D.绿光,C5上升
答案 C 植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后,光反应速率加快,产物[H]和ATP上升,进而C3的还原过程加快,未被还原的C3下降,A、B项错误;而改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物[H]和ATP下降,进而C3的还原过程减慢,C5下降,C项正确,D项错误。
9.(2015福建理综,3,6分)在光合作用中,RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B CO2固定过程属于暗反应,发生在叶绿体基质中,有光、无光条件下均可进行;该实验利用了同位素标记法,C3为CO2固定的产物,故单位时间内14C3生成量越多,说明RuBP羧化酶的活性越高。故选B。
知识拓展 光反应为暗反应提供[H]、ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。 没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成。
10.(2015安徽理综,2,6分)下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( )
A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B.CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类
C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5
D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
答案 C 由图解可知,光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原,而不参与CO2的固定,A项、B项错误;被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O),另一部分又形成了C5,C项正确;光照强度变弱时,光反应产生的ATP和[H]减少,故短时间内C5含量会降低,D项错误。
11.(2014课标全国Ⅰ,2,6分)正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降 D.NADPH/NADP+的值下降
答案 B 正常生长的绿藻,照光培养一段时间,说明绿藻可以正常进行光合作用,用黑布遮光后,改变了绿藻光合作用的条件,此时光合作用的光反应停止,光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生,但暗反应还在消耗已产生的ATP和NADPH生成ADP和NADP+等,A、C、D正确;光照停止,暗反应中C3还原受影响,C5减少,CO2的固定减慢,B错误。
12.(2016四川理综,5,6分)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽,备受人们青睐。如图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn,以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线,以下分析正确的是( )
A.与11:00时相比,13:00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少
C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
答案 D 与11:00时相比,13:00时叶片净光合速率下降,此现象是因13:00时气孔关闭导致吸收CO2减少引起的“光合午休”,此时叶绿体中合成C3的速率相对较低,A项错误;14:00后叶片的Pn下降,但仍大于零,植株积累有机物的量仍在增多,B项错误;17:00后因光照强度的降低,光反应减弱,产生的[H]和ATP均减少,暗反应速率也降低,C项错误;Pn第一次下降,是因气孔关闭,CO2浓度限制了光合速率,Pn第二次下降是光照强度降低引起的,D项正确。
13.(2015海南单科,24,2分)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养。从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变。在上述整个时间段内,玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( )
A.降低至一定水平时再升高
B.降低至一定水平时保持不变
C.持续保持相对稳定状态
D.升高至一定水平时保持相对稳定
答案 B 本题主要考查密闭容器中光合速率和呼吸速率的分析等相关知识。由题干信息可知,从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0的过程中,光合速率大于呼吸速率,植物需要不断从外界吸收CO2,因此玻璃容器内CO2浓度不断降低。在净光合速率为0且之后保持不变过程中,植物真光合速率等于呼吸速率,CO2浓度保持不变,B正确,A、C、D错误。
14.（2021山东，16，3分）（不定项）关于细胞中的H2O和O2，下列说法正确的是（ ）
A. 由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O 产生
B. 有氧呼吸第二阶段一定消耗H2 O
C. 植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D. 光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O
答案 ABD 葡萄糖是单糖，通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成，A正确；有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和[H]，B正确；有些植物细胞含有过氧化氢酶（例如土豆），可以分解过氧化氢生成O2，因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用，C错误；光反应阶段水的光解产生氧气，故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O，D正确。
15.(2023湖南,17,12分)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·L-1(Km越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μml·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 (填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度 (填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是



(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化,其原因可能是 (答出三点即可)。
答案 (1)C3(3-磷酸甘油酸) 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisc酶要高,能利用低浓度的CO2;水光解主要在叶肉细胞进行,暗反应在维管束鞘细胞中进行,维管束鞘细胞中CO2/O2较高,提高了光合作用效率;通过C3和C4在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环,将CO2转运到维管束鞘细胞浓缩,维管束鞘细胞中CO2浓度较高 (3)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的Rubisc酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
解析 (1)玉米的暗反应先在叶肉细胞中进行,在PEPC酶的催化下,PEP与CO2反应生成C4,C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环,据此推理,并结合水稻的暗反应图示,可知玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。在叶绿体内,其可用于淀粉等的合成,大部分运至叶绿体外,并转变成蔗糖。与葡萄糖相比,蔗糖属于非还原糖,较稳定,对渗透压影响也小,蔗糖通过筛管长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱环境下,大部分气孔关闭,植物能吸收的CO2减少,与水稻叶肉细胞中的Rubisc酶相比,玉米叶肉细胞中的PEPC酶对CO2的Km小,亲和力大,玉米在较低浓度的CO2下仍能固定CO2进行光合作用;在高光照强度环境下,光反应较强,产生的O2较多,与玉米维管束鞘细胞相比(水光解的主要场所为叶肉细胞的叶绿体),水稻叶肉细胞O2较多易进行光呼吸,使得暗反应减弱;与水稻叶肉细胞相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,叶肉细胞中的PEP与CO2反应生成C4,C4进入维管束鞘细胞后释放CO2,使CO2得到浓缩,保障了暗反应的进行。(3)在光饱和条件下,水稻叶绿体的光反应强度不再增加,产生的ATP和NADPH不再增多,限制了C3的还原;水稻叶绿体内固定CO2的Rubisc酶的量有限;光合作用产生的有机物在叶绿体中积累较多,抑制了反应的进行。
16.(2022重庆,23,14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(图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。
Ⅰ
Ⅱ
(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 ;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持 (填“低温”或“常温”)。
(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
。
(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 。
(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 。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 (答两点)。
答案 (1)保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂 低温 (2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养的,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差 (3)类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高 水 (4)NADPH、ATP和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
解析 (1)制备类囊体时,提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖,这样可保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂。低温可抑制蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)图Ⅱ实验中,光照条件下,将类囊体置于pH=4的提取液中培养,将平衡后的类囊体转移到pH=8的提取液中,在黑暗条件下培养并加入ADP和Pi,可产生ATP,该实验无法排除ATP的生成所需的能量来自光能的情况,若实验全过程都在黑暗中进行才可证明ATP生成所需的能量来自膜内外H+浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,悬液pH在光照时升高,可推测是因为光照下类囊体膜外的H+被转移到类囊体膜内,使溶液pH升高。光反应中水的光解反应式为H2O 1/2O2+2H++2e-,电子的最终来源物质是水。(4)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,故要实现黑暗中使人工叶绿体持续生产,需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP,以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,说明此时光合作用的限制因素是光照强度以外的因素,如二氧化碳浓度、温度等,增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度可有效提高光合效率。
17.(2022河北,19,10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 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
(写出两点即可)。
(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 。
(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 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 中的基因编码。
答案 (1)差速离心 (2)叶绿体内部结构解体;光合色素减少 (3)水分的散失 (4)细胞核 叶绿体
解析 (1)分离细胞器常用差速离心法。(2)白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构),光合色素减少,光反应减弱,则叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。(3)白化过程中光合作用减弱,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,利于植物的生存。(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质,其中部分蛋白质的合成受细胞核中的基因编码,合成后经特定机制运至叶绿体使用,其余的蛋白质由存在于叶绿体中的基因编码。
知识拓展 叶绿体是半自主性细胞器,半自主性细胞器的功能主要受细胞核基因组的调控,同时也受自身基因组的调控。叶绿体基因组编码的蛋白质在叶绿体的生命活动中重要且不可缺少,但这些蛋白质远远不足以支撑叶绿体的基本功能,更多的蛋白质来自核基因组的编码,于细胞质中合成后被运往叶绿体的功能位点。
18.(2021辽宁,22,13分)(13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μml·ml-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisc所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisc的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO3-浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO3-转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisc附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”) Rubisc。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HCO3-转运蛋白基因,增强HCO3-的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisc基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)C3 叶绿体基质 (2)叶绿体 细胞呼吸、光反应 (3)①高于 ②NADPH、ATP 吸能反应 ③同位素标记 (4)ACD
解析 (1)叶绿体基质中进行的暗反应包括两个阶段,一是CO2与C5结合生成C3,二是C3被还原成糖类等有机物。(2)图中HCO3-的运输为消耗ATP的主动运输,主动运输为逆浓度梯度的运输,HCO3-的运输方向为细胞外→细胞质基质→叶绿体,故叶绿体中HCO3-浓度最高。图中消耗ATP的过程有主动运输和暗反应(卡尔文循环),前者需要的ATP由细胞呼吸提供,后者需要的ATP一般由光反应提供。(3)①在叶肉细胞叶绿体中,PEPC催化PEP与HCO3-反应生成OAA,OAA经过一系列的变化生成Mal,Mal进入维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisc附近的CO2浓度,促进了CO2的固定,这说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisc。②光合作用中,光反应为暗反应提供NADPH和ATP。图中Pyr转变为PEP的过程消耗ATP,属于吸能反应。③利用放射性同位素标记法标记CO2中的C元素可以追踪CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所。(4)改造植物的HCO3-转运蛋白基因,增强HCO3-的运输能力,可以增加细胞内的CO2浓度,提高光合作用的效率,A合理;改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成,会使进入维管束鞘细胞叶绿体中的Mal减少,不利于CO2的浓缩,不能提高光合作用的效率,B不合理;改造植物的Rubisc基因,增强CO2固定能力,可以提高光合作用的效率,C合理;将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物,可提高该植物暗反应所需的CO2的浓度,D合理。
19.(2021天津,15,10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,如下图所示。
据图分析,CO2依次以 和 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 和抑制 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 中观察到羧化体。
(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 ,光反应水平应 ,从而提高光合速率。
答案 (1)自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合 (2)叶绿体 (3)提高 提高
解析 (1)从蓝细菌的CO2浓缩机制图示中可以看出CO2穿过细胞膜为自由扩散,穿过光合片层膜时需借助CO2转运蛋白并消耗能量,为主动运输。由题意可知Rubisc既能催化CO2固定,又能催化O2与C5结合,蓝细菌可通过CO2浓缩机制提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度,从而通过促进 CO2固定和抑制O2与C5结合来提高光合效率。
(2)烟草细胞为真核细胞,暗反应场所为叶绿体基质,若蓝细菌羧化体能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。
(3)根据题意可知,HCO3-和CO2转运蛋白有助于提高羧化体内CO2的浓度,从而提高转基因植株的暗反应水平,暗反应水平提高可为光反应提供更多的NADP+和ADP等,提高光反应水平,从而提高光合速率。
20.(2021湖南,18,12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 注:e-表示电子
(1)图b表示图a中的 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 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 (填“加快”或“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 (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 。
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 ,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 。
答案 (1)类囊体膜 NADPH 减慢
(2)①Fecy 叶绿体B双层膜局部受损,类囊体略有损伤时,以Fecy为电子受体时的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时,而以DCIP为电子受体时的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时,差别不大 ②水的分解 ③类囊体膜结构的完整性可保证其能够运输H+参与ATP的合成反应,膜结构破裂无法提供ATP合成时所需的H+导致ATP产生效率降低
解析 (1)图b所示生物膜吸收了光能,发生了水分解成e-、H+和O2的过程,因此该生物膜为图a中叶绿体的类囊体膜,是光合作用光反应的场所。光反应中,水分解为O2和H+,同时产生2个电子(e-),电子经电子传递链传递,可用于NADP+和H+结合形成NADPH;同时利用光能促使ADP与Pi反应形成ATP。这样,光能转化成电能,最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,ATP和NADPH消耗减慢,则光反应速率会减慢,水的分解减少,该过程产生的电子经过电子传递链的作用与NADP+、H+结合形成的NADPH也减少,电子传递速率会减慢。(2)①从表格中可知,叶绿体A双层膜结构完整时,以Fecy或DCIP为电子受体时放氧量相等,而叶绿体B双层膜局部受损,类囊体略有损伤时,以Fecy为电子受体时,叶绿体B的放氧量明显高于叶绿体A双层膜结构完整时的放氧量,而以DCIP为电子受体时叶绿体B的放氧量略高于叶绿体A双层膜结构完整时的放氧量,所以叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应阻碍作用更明显。②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,这是因为在无双层膜阻碍、类囊体又松散(但未断裂)的条件下,以Fecy或DCIP为电子受体,更容易与H+结合,消耗H+速率较快,更有利于水的分解,从而提高光反应速率。③图中水光解产生的H+可通过类囊体膜结构中的载体蛋白运输至ATP合成的部位,参与ATP合成的反应,当类囊体膜结构受损时,无法完成H+的运输,ATP的合成因缺少H+而受阻,使ATP产生效率降低。
21.(2021全国乙,29,11分)(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 。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 释放的CO2。
(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 ,又能保证 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 (1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞呼吸 (2)水分大量散失 光合作用 (3)实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH。预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
解析 (1)叶肉细胞的细胞呼吸场所为细胞质基质和线粒体,光合作用场所为叶绿体,细胞呼吸和光合作用均能产生ATP,所以白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。据题意可知,虽然白天气孔关闭,但液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用,此外细胞呼吸释放的CO2也可供给叶绿体,用于光合作用。(2)该类植物生活在干旱环境中,白天气孔关闭,可以防止蒸腾作用太强而导致水分大量散失;夜晚气孔打开,可以从外界吸收CO2,CO2通过生成苹果酸储存在液泡中,白天时苹果酸脱羧释放出CO2,保证了该类植物光合作用的正常进行。(3)由题干信息可知,夜间植物甲的叶肉细胞吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中,白天液泡中的苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用,故可推知夜间植物甲叶肉细胞液的pH小于白天叶肉细胞液的pH,故实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH。预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
22.(2020山东,21,9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填:“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量 (填:“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是 。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或:C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足
(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或:植物呼吸作用消耗糖类)
(4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少
解析 (1)该系统中的模块1和模块2的功能相当于光合作用光反应阶段的光合色素对光能的吸收和水的光解,同时,通过模块1和模块2将光能转化为电能再转化为化学能储存在ATP和NADPH中。所以该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2。模块3的功能相当于光合作用的暗反应,甲与CO2结合完成CO2的固定,甲为五碳化合物(或:C5)。(2)正常运转过程中气泵突然停转,系统中CO2突然减少,CO2的固定减弱,但短时间内C3的还原不变,则短时间内乙(C3)的含量将减少。若气泵停转时间较长,则模块3为模块2提供的原料ADP、Pi和NADP+就会不足,进而影响模块2中的能量转换效率。(3)在与植物光合作用固定CO2量相等的情况下,该系统只进行光合作用,不进行呼吸作用,只有糖类的积累,没有糖类的消耗,所以该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下,很多植物为了减弱蒸腾作用,减少水分散失,会降低叶片气孔开放程度,叶片气孔的开放程度会影响对CO2的吸收,CO2的吸收量减少,会使植物光合作用速率降低。
23.(2020江苏单科,27,8分)大豆与根瘤菌是互利共生关系,如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径,请据图回答下列问题:
(1)在叶绿体中,光合色素分布在 上;在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和 。
(2)如图所示的代谢途径中,催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在 中,PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖,催化TP合成蔗糖的酶存在于 。
(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成,氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成 键。
(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自 ;根瘤中合成ATP的能量主要源于 的分解。
(5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是 。
答案 (8分)(1)类囊体(薄)膜 C5 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)肽 (4)光能 糖类 (5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小)
解析 (1)(2)在叶绿体中,类囊体(薄)膜是光反应的场所,其上含有光合色素,可吸收、传递、转换光能,叶绿体基质中发生光合作用的暗反应,第一步为CO2的固定,即一分子C5与一分子CO2结合形成两分子C3。据图可知,TP合成蔗糖的场所在细胞质基质。(3)氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键,多个氨基酸聚合形成的多肽(肽链)经盘曲折叠形成蛋白质。(4)光反应将光能转化成ATP中活跃的化学能。根瘤菌与大豆共生,大豆将光合作用合成的糖类等物质提供给根瘤菌进行细胞呼吸及其他代谢活动,根瘤菌通过细胞呼吸将糖类等有机物中稳定的化学能转化成热能和ATP中活跃的化学能。(5)植物同化产物由源器官运输到库器官大多以蔗糖的形式进行,原因可能是蔗糖是非还原糖,比较稳定,且在水中溶解度较大;或是蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小,可以更好地维持植物细胞渗透压的相对稳定。
24.(2014福建理综,26,12分)(12分)
氢是一种清洁能源。莱茵衣藻能利用光能将H2O分解成[H]和O2,[H]可参与暗反应,低氧时叶绿体中的产氢酶活性提高,使[H]转变为氢气。
(1)莱茵衣藻捕获光能的场所在叶绿体的 。
(2)CCCP(一种化学物质)能抑制莱茵衣藻的光合作用,诱导其产氢。已知缺硫也能抑制莱茵衣藻的光合作用。为探究缺硫对莱茵衣藻产氢的影响,设完全培养液(A组)和缺硫培养液(B组),在特定条件下培养莱茵衣藻,一定时间后检测产氢总量。
实验结果:B组>A组,说明缺硫对莱茵衣藻产氢有 作用。
为探究CCCP、缺硫两种因素对莱茵衣藻产氢的影响及其相互关系,则需增设两实验组,其培养液为 和 。
(3)产氢会导致莱茵衣藻生长不良,请从光合作用物质转化的角度分析其原因 。
(4)在自然条件下,莱茵衣藻几乎不产氢的原因是 ,因此可通过筛选高耐氧产氢藻株以提高莱茵衣藻产氢量。
答案 (12分)(1)类囊体薄膜 (2)促进 添加CCCP的完全培养液 添加CCCP的缺硫培养液 (3)莱茵衣藻光反应产生的[H]转变为H2,参与暗反应的[H]减少,有机物生成量减少 (4)氧气抑制产氢酶的活性
解析 (1)捕获光能的色素分布在叶绿体类囊体薄膜上,所以莱茵衣藻捕获光能的场所在叶绿体的类囊体薄膜。(2)若缺硫培养液中产氢总量多于完全培养液中的产氢总量,说明缺硫对莱茵衣藻产氢有促进作用;要探究CCCP、缺硫两种因素对莱茵衣藻产氢的影响及其相互关系,应增设培养液为添加CCCP的完全培养液、添加CCCP的缺硫培养液的两组实验。(3)莱茵衣藻光反应产生的[H]转变为H2,参与暗反应的[H]减少,使有机物的生成量减少,进而生长不良。(4)在自然条件下,氧气浓度比较高,产氢酶的活性降低,[H]不能转变为氢气。
25.(2016江苏单科,32,8分)为了选择适宜栽种的作物品种,研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点,结果如图1和图2。请回答以下问题:

图1 图2
(1)最适宜在果树林下套种的品种是 ,最适应较高光强的品种是 。
(2)增加环境中CO2浓度后,测得S2的光饱和点显著提高,但S3的光饱和点却没有显著改变,原因可能是:在超过原光饱和点的光强下,S2的光反应产生了过剩的 ,而S3在光饱和点时可能 (填序号)。
①光反应已基本饱和
②暗反应已基本饱和
③光、暗反应都已基本饱和
(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2,也参与叶绿体中生物大分子 的合成。
(4)在光合作用过程中,CO2与RuBP(五碳化合物)结合的直接产物是磷酸丙糖(TP),TP的去向主要有三个。图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。
淀粉是暂时存储的光合作用产物,其合成场所应该在叶绿体的 。淀粉运出叶绿体时先水解成TP或 ,后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中,合成由 构成的蔗糖,运出叶肉细胞。
答案 (8分)(1)S2 S3 (2)ATP和[H] ①②③ (3)核酸、蛋白质 (4)基质中 葡萄糖 葡萄糖和果糖
解析 (1)光补偿点较低的作物(S2)适于生活在弱光环境中,光饱和点较高的作物(S3)适于生活在较高光强的环境中。(2)增加环境中CO2浓度后,S2的光饱和点显著提高,这说明在原光饱和点的光强下,暗反应未饱和,在超过原光饱和点的光强下,S2的光反应可产生过剩的[H]和ATP。若光反应饱和或暗反应饱和或光反应和暗反应都饱和的情况下,CO2浓度增加后光饱和点都不会发生显著改变。(3)光反应产生的能量可参与CO2的固定和C3的还原,还可用于叶绿体中DNA复制和基因的表达过程。(4)淀粉是光合作用暗反应的产物,进行暗反应的场所是叶绿体基质;淀粉是生物大分子,需水解成小分子物质即图中的TP或淀粉的基本单位葡萄糖才能运出叶绿体;蔗糖是由葡萄糖和果糖构成的。
易错辨析 叶绿体光反应产生的ATP只能在叶绿体中发挥作用(如暗反应过程以及叶绿体中DNA的复制、转录和翻译过程),不能运出叶绿体参与细胞的其他生理活动。在线粒体和细胞质基质中产生的ATP可为细胞中除叶绿体中的反应之外的所有生理活动供能。
26.(2015广东理综,26,16分)为推动生态文明建设,国务院发布了《大气污染防治行动计划》,某科研小组开展酸雨与生态系统关系的研究。下表是不同pH值的酸雨对三种植物叶绿素含量(mg/g)影响的结果。
注:括号内为与同种植物对照实验的相对百分比。
(1)叶绿素位于叶绿体内的 上,提取后经层析分离,扩散最慢的色素带呈 色。酸雨中的SO42−破坏叶绿素,导致光反应产生的 (产物)减少。由于光反应速率降低,将直接影响暗反应过程中的 ,最后导致(CH2O)生成减少。
(2)由表可知:①随着酸雨pH的降低,叶绿素含量受影响的程度 ;② ;③ 。
(3)长期酸雨影响会导致部分生物死亡,使生态系统的 稳定性降低,原因是 。
答案 (1)类囊体膜(2分) 黄绿(2分) ATP、[H]、O2(2分) C3的还原(2分)
(2)加大(1分) 叶绿素含量低(高)的植物受酸雨影响较小(大)(1分) 腊梅(木樨)叶绿素含量变化幅度最大(最小)(2分)
(3)抵抗力(1分) 营养结构变简单、自我调节能力降低(3分)
解析 (1)叶绿体色素分布于类囊体薄膜上,提取后经纸层析分离,从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,最下方的黄绿色的叶绿素b扩散最慢。酸雨中的SO42−破坏叶绿素,导致光反应产生的[H]和ATP减少,这将直接影响C3的还原过程,最后导致(CH2O)生成减少。(2)分析表格数据可知,不同植物的叶绿素含量不同;不同植物叶绿素含量受酸雨的影响不同;随着酸雨pH的降低,叶绿素含量受影响的程度加大。(3)长期酸雨导致部分生物死亡,生物种类减少,生态系统营养结构变简单,自我调节能力降低,致使生态系统抵抗力稳定性降低。
27.(2015山东理综,26,11分)油菜果实发育所需的有机物主要来源于果皮的光合作用。

图甲 图乙
(1)油菜果皮细胞内通过光合作用固定CO2的细胞器是 。光合作用产生的有机物主要以蔗糖的形式运输至种子。种子细胞内的蔗糖浓度比细胞外高,说明种子细胞吸收蔗糖的跨(穿)膜运输方式是 。
(2)图甲表示在适宜条件下油菜果实净光合速率与呼吸速率的变化。分析可知,第24天的果实总光合速率 (填“大于”或“小于”)第12天的果实总光合速率。第36天后果皮逐渐变黄,原因是叶绿素含量减少而 (填色素名称)的含量基本不变。叶绿素含量减少使光反应变慢,导致光反应供给暗反应的 和 减少,光合速率降低。
(3)图乙表示油菜种子中储存有机物含量的变化。第36天,种子内含量最高的有机物可用 染液检测;据图分析,在种子发育过程中该有机物由 转化而来。
答案 (1)叶绿体 主动运输
(2)小于 类胡萝卜素(或:叶黄素和胡萝卜素)
[H](或:NADPH) ATP(注:两空可颠倒)
(3)苏丹Ⅲ(或:苏丹Ⅳ) 可溶性糖和淀粉
解析 (1)油菜果皮细胞进行光合作用的场所是叶绿体,种子细胞内的蔗糖浓度比细胞外高,则推出种子细胞吸收蔗糖的跨膜运输方式是主动运输。(2)总光合速率=净光合速率+呼吸速率,比较第24天和第12天的净光合速率和呼吸速率可判断第24天的总光合速率较低;第36天后果皮逐渐变黄的原因是叶绿素含量降低,呈现的是类胡萝卜素的颜色。(3)由图乙可知,第36天时种子内含量最高的有机物是脂肪,可用苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液进行检测;据图分析,在种子发育过程中可溶性糖和淀粉含量减少、蛋白质含量基本不变、脂肪含量升高,故可判断脂肪由可溶性糖和淀粉转化而来。
知识拓展 相比类胡萝卜素,低温时叶绿素更易分解,故秋天温度降低,植物叶片呈黄色。
28.(2014重庆理综,9,14分)棉花幼铃(幼果)获得光合产物不足会导致其脱落。为研究某种外源激素对棉花光合产物调配的影响,某课题组选择生长整齐的健壮植株,按图1步骤进行实验,激素处理方式和实验结果如图2所示(上述处理不影响叶片光合与呼吸强度)。
激素
处理用放射性物质喂饲
叶片(位于第四果枝
节主茎上)30 min测定该叶片和幼铃
等的放射性强度
图1
图2
(1)该放射性物质中被标记的元素是 。光合作用过程中,含标记元素的化合物被光反应提供的 还原成糖类。在适宜温度下测得叶片光饱和点,若其他条件不变,进一步提高温度,则该叶片光饱和点的变化是 。
(2)由实验结果推断,幼铃脱落显著减少的是 组。B组幼铃放射性强度百分比最低,说明B组叶片的光合产物 。为优化实验设计,增设了D组(激素处理叶片),各组幼铃的放射性强度百分比由高到低排序是 。由此可知,正确使用该激素可改善光合产物调配,减少棉铃脱落。
(3)若该激素不能促进插条生根,却可促进种子萌发和植株增高,其最可能是 。
答案 (1)碳 NADPH([H]) 降低
(2)C 输出减少 C>A>B>D
(3)赤霉素
解析 (1)光合产物中有含碳有机物,故实验中被标记的元素是碳元素。光合作用过程中,C3被光反应提供的[H]还原成糖类。超过最适温度,光合作用酶活性下降,叶片光饱和点降低。
(2)由图中数据可知,C组幼铃获得光合产物最多,幼铃脱落较少。激素处理全株的实验中,幼铃获得光合产物最少,这说明B组叶片光合产物输出减少。该实验如果增加激素处理叶片的实验组,会更加科学合理。激素处理叶片,幼铃获得光合产物会更低。
(3)赤霉素可促进种子萌发和植株增高,不能促进插条生根。
考点3 光合作用的影响因素及应用
1.(2022湖南,13,4分)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( )
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
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
2.(2022海南,3,3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( )
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
答案 B 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
3.(2022北京,2,2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( )
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200 μL·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
答案 D 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL∙L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL∙L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL∙L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL∙L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL∙L-1上升到370 μL∙L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL∙L-1上升到1 000 μL∙L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
4.(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是( )
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
答案 C 自然状态下,随着环境CO2浓度升高,固定CO2的C5和相关酶达到饱和,CO2吸收速率不再增加,但一般不会出现曲线后段的下降,所以不能用曲线a表示,A错误;葡萄糖以协助扩散方式进入红细胞,膜两侧葡萄糖浓度差越大,运输速率越大,但最终受到细胞膜上葡萄糖载体数量的限制,故曲线达到最大值后维持相对稳定,不能用曲线a表示,B错误;自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化先上升后下降,关系如曲线b所示,C正确;在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度的变化而变化,清晨或傍晚光强较弱时净光合速率可能小于零,不符合曲线b,D错误。
5.(2021辽宁,2,2分)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
答案 B 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
6. (2021湖南,7,2分)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
答案 A 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
7.(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
答案 C 已知该短日照植物在日照时数为10小时/天时,连续处理6天就能开花。若将该植物引种到每天光照时数最长为16 h的环境中,欲探究诱导该植物在该地区开花的光照时数的最大值,设计时,实验组的光照时数应大于对照组的光照时数,且小于或等于16小时/天。故选C。
8.(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
9.(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
10.(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
11.(2019课标全国Ⅰ,3,6分)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自( )
A.水、矿质元素和空气
B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤
D.光、矿质元素和空气
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
12.(2017天津理综,6,6分)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
13.(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
14.(2013海南单科,10,2分)某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置48 h后,用锡箔纸遮蔽叶片两面,如下图所示。在日光下照光一段时间,去除锡箔纸,用碘染色法处理叶片,观察到叶片有的部位出现蓝色,有的没有出现蓝色。其中,没有出现蓝色的部位是( )
A.a、b和d B.a、c和e
C.c、d和e D.b、c和e
答案 B 光合作用需要光照,c部位被锡箔纸遮盖,所以c部位的叶肉细胞不能进行光合作用;而a、e部位为黄白色,没有叶绿素,故也不能进行光合作用,所以加碘液后,a、c、e部位不会变蓝。
15.(2013重庆理综,6,6分)题6图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述,正确的是( )
(注:箭头所指为处理开始时间)
题6图
A.t1→t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,暗反应(碳反应)限制光合作用。若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高
C.t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3化合物还原后的直接产物含量降低
答案 D 本题主要考查影响光合作用因素的相关知识。t1→t2,光照增强叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,类囊体膜上水光解加快、O2释放增多;t2→t3,暗反应限制光合作用,若在t2时刻增加光照,光合速率不会提高;t3→t4,充入CO2,光反应速率、暗反应速率均增强;t4后短暂时间内,因无光照,ATP的合成停止,叶绿体中ADP和Pi含量升高,水的光解也停止,C3还原受阻,致使C3还原后的直接产物糖类含量降低。故D项正确。
16.(2023浙江1月选考,23,12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 。
(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 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 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 (答出2点即可)。
(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 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(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。
题图 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 。
(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10 g以上为合格)的是哪一项? (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 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 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
17.(2023全国甲,29,10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 (答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在 上,其中类胡萝卜素主要吸收 (填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是
。
(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 (1)差速离心法 类囊体薄膜 蓝紫光
(2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类 (3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
18.(2023山东,21,10分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 。
答案 (1)有无光照、有无H基因或H蛋白 温度、CO2浓度、水 (2)不能 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 (3)少 突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多
解析 (1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H基因或H蛋白。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有温度、CO2浓度、水等。(2)野生型PSⅡ损失大,但损失可被H蛋白修复;突变体PSⅡ损失小,无H蛋白修复损失,所以不能比较出强光照射下突变体和野生型的PSⅡ活性强弱。(3)强光照射下,突变体通过NPQ增加了光能的耗散,流向光合所用的能量减少。若测得突变体的暗反应强度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多。
19.(2023全国乙,29,10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、 (答出2点即可)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 。
(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 。
(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 (填“能”或“不能”)维持一定的开度。
答案 (1)呼吸作用、光合作用 (2)保卫细胞在红光下进行光合作用合成蔗糖等有机物,使保卫细胞的渗透压增大,引起保卫细胞吸水,体积膨大,气孔打开 (3)蓝光作为一种信号促进保卫细胞逆浓度吸收K+,使保卫细胞内渗透压升高,保卫细胞吸水,体积膨大,气孔进一步打开 (4)能
解析 (1)气孔是植物体蒸腾失水的“门户”,也是植物体与外界进行气体交换的“窗口”,二氧化碳和氧气也通过气孔进出。所以,气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等。(2)保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含叶绿体,可以吸收红光进行光合作用,光合作用过程中合成的蔗糖等有机物使细胞渗透压增大,发生渗透吸水,体积膨大,气孔打开。(3)见答案。(4)阻断光反应,光合作用无法进行,有机物不能积累,但不影响蓝光信号下K+的逆浓度运输,故气孔能维持一定的开度。
20.(2023海南,16,10分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。
回答下列问题。
(1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 ;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第 条。
(2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是 ,该光源的最佳补光时间是 小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是
。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源,设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
答案 (1)叶绿素 1、2 (2)红光+蓝光 6 在不同的补光时间内,红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,有利于促进火龙果的成花 (3)将成花诱导完成后的火龙果植株(成花数目相同)随机均分成A、B、C三组,分别置于三种不同光照强度的白色光源中照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的产量,产量最高的则为最适光照强度。
解析 (1)光合色素中叶绿素(包括叶绿素a、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;纸层析法分离得到的四条色素带(以滤液细线为基准)自下而上分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。(2)从柱形图可知:在不同的补光时间内,使用红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,促进火龙果成花的效果最好,当该光源补光时间为6小时/天时,获得的平均花朵数最多。(3)由实验目的可知,自变量是光照强度,由题干可知光照强度有三种,故可将实验分为3组;实验观测指标为火龙果产量,具体实验思路见答案。
21.(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。

注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 。
答案 (1)红光、蓝紫 ATP、NADPH和O2 先增加后减少 (2)ADE (3)过量施氮肥增加生产成本,反而可能减产;过量施氮肥会导致土壤污染、水体污染等环境问题
解析 (1)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;据图1、2可知,在等量配施氮肥条件下,与秸秆不还田(NSR)相比,秸秆还田(SR)的玉米叶绿素含量高、净光合速率大,所以SR的玉米叶肉细胞的光反应会产生更多的ATP、NADPH和O2;SR玉米的净光合速率随着施氮量的增加呈先增加后减少的趋势。(2)气孔的开放程度影响叶片的CO2吸收量,叶肉细胞对CO2的固定量也影响胞间CO2浓度,A正确;据图3可知,NSR的蒸腾速率低于SR,推测NSR气孔开放程度减小,不利于CO2的吸收,B错误;与SR相比,NSR从外界吸收的CO2减少,胞间CO2浓度却较高,说明NSR叶肉细胞固定的CO2减少,C错误;当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,玉米的气孔开放程度最大,净光合速率也最大,而胞间CO2浓度却最低,说明细胞对CO2固定量增加,D正确;与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量使气孔导度下降,但胞间CO2浓度却升高,说明细胞吸收的CO2减少,暗反应速率降低,制约了光反应,E正确。(3)从经济效益角度分析,过量施用氮肥降低了玉米的净光合速率而减产,同时增加了生产成本;从环境保护角度分析,过量施用氮肥会引发土壤污染、水体污染等。
22.(2022广东,18,14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 ,原因可能是 。
(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 ,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 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 为对照,并保证除 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 。
答案 (1)升高 遮阴环境中,叶绿素合成增加或分解减少 (2)有机物 (3)株高(或叶片数) A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例,探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)由题图可知,C组与A组相比,遮阴环境中的玉米叶绿素含量较光照环境中的玉米叶绿素含量高,这是植物对弱光的一种适应,通过增加叶绿素合成或减少叶绿素分解来提高叶绿素含量,进而提高对光能的利用率。(2)净光合速率可反映植物单位时间积累的有机物的量,结合图b中B1照光区域与B2遮阴区域的数据可知,B组玉米植株的平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μml CO2·m-2·s-1),大于A组玉米植株的净光合速率(11.8 μml CO2·m-2·s-1),即B组的玉米植株有机物积累更多,生长更快。(3)探究B组处理方法是否能提高产量,需选用前期株高(或叶片数)一致、生长状态相似的玉米植株为材料,分组设置对照。据图a可知,该实验的自变量为遮阴比例,常态处理组(A组)为对照组,为控制单一变量,需保证除遮阴比例外其他环境条件一致。若已证明50%遮阴比例可以提高作物产量,则下一步可探究提高作物产量的最适遮阴比例,比如进一步探究25%、75%等遮阴比例时的作物产量。
23.(2022浙江6月选考,27,8分)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题:
(1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加 ,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低 ,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中 的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至 中。
(3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 (A.<2小时 B.2小时 C.4小时 D.>4小时),才能获得较高的花生产量。
答案 (每空1分) (1)叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5 klx光合曲线的斜率 (2)蔗糖 叶 (3)降低 A
解析 (1)与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的叶绿素含量都有提高,故花生通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力来适应弱光环境。与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的光饱和点和光补偿点均降低,这说明植株在较低光强度下也能达到最大的光合速率,而植株通过降低呼吸速率,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm-2·hr-1·klx-1)分别为1.22、1.23、1.46,这说明,在实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官。对比表格中不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下的单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量可知,在较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至叶中。(3)在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,花生植株的单株光合产量(g干重)分别为18.92、18.84、16.64,与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均降低。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,单株果实光合产量(g干重)分别为8.25、8.21、6.13,可判断在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间<2小时,才能获得较高的花生产量。
24.(2022全国甲,29,9分)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是 (答出3点即可)。
(2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是 (答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是 。
答案 (1)O2、NADPH、ATP (2)部分光合产物用于叶片自身的细胞呼吸,为新陈代谢提供能量;部分光合产物用于叶片自身的生长发育 (3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,与C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,能在较低浓度的CO2条件下,固定利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长
解析 (1)植物光合作用过程中光反应阶段发生水的光解、NADPH和ATP的合成,其中水的光解过程中会释放O2,并产生H+、e-,H+、e-与NADP+反应生成NADPH,ATP的合成过程中以ADP和Pi为原料,利用光能合成ATP,因此光反应阶段的产物有O2、NADPH和ATP。(2)正常情况下,叶片光合作用合成的有机物一部分用于叶片自身的呼吸作用,为叶片的生命活动提供能量;一部分光合产物会储存在叶片中,用于叶片自身的生长发育,因此植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱会导致气孔开度减小,胞间CO2浓度降低,CO2补偿点是衡量植物对低CO2浓度适应能力的指标,和C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,C4植物能在较低浓度的CO2条件下,固定并利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长。
知识拓展 若植物固定CO2的第一个产物是C3,这种植物称C3植物,如大豆、棉花、小麦和水稻等;若植物固定CO2的第一个产物是C4,这种植物称C4植物,如玉米、高粱和甘蔗等。C4植物的CO2首先在叶肉细胞内被固定生成C4,然后被运输到维管束鞘细胞中,进入维管束鞘细胞的C4发生脱去CO2的反应,将CO2释放出来,放出的CO2被Rubisc催化的羧化反应再次固定,这个循环像一个二氧化碳泵,使Rubisc羧化部位的CO2浓度比C3植物的高很多,因而C4植物在较低的CO2浓度下具有比C3植物更高的光合速率。
25.(2022浙江1月选考,27,8分)(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(30 s/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 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 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 。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 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,最终导致保卫细胞 ,细胞吸水,气孔开放。
(3)生产上选用 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 或 、合理的光照次序照射,利于次生代谢产物的合成。
答案 (1)层析 3-磷酸甘油酸(三碳酸) (2)光合速率大,消耗的二氧化碳多 蓝 溶质浓度升高 (3)不同颜色 光强度 光照时间
解析 (1)光合色素的分离常采用(纸)层析的方法。光反应产生的ATP和NADPH中的化学能可用于碳反应中3-磷酸甘油酸(三碳酸)的还原。(2)据题图1分析,相对于红光,蓝光照射下胞间CO2浓度低,但气孔导度和光合速率较大,说明蓝光照射下光合速率较大,CO2消耗较多,导致胞间CO2浓度低。据题图2分析,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有阻止作用,而在此基础上进一步施加蓝光可实现逆转。蓝光可使保卫细胞光合产物增多,也可使离子吸收增加,这些都会增大保卫细胞内的溶质浓度,从而使细胞渗透吸水,气孔开放。(3)利用不同颜色的LED灯或滤光性薄膜均可获得不同光质环境。结合本题的实验结果可知,合理调整红光和蓝光两种光照射的强度或时间比例或光照次序,利于植物代谢和次生代谢产物的合成。
26.(2022山东,21,8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 。
(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 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
答案 (1)蓝紫色 (2)NADPH、ATP等的浓度不再增加 CO2的浓度有限(或其他合理答案,两空答案顺序可颠倒) 光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素,胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)限制苹果幼苗光合作用暗反应速率的因素有多种,如CO2、NADPH、ATP的浓度等;强光照射后短时间内,光反应增强,O2产生速率增加。(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光合作用强度较高,说明BR可减弱光抑制现象;与乙组(BR处理)相比,丙组(BR+L处理)光合作用强度较低,由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成,因此可推测BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成来发挥作用。
27.(2022湖北,21,13分)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随着光照强度的增加,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。

图1 图2 图3
【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 (填“减小”、“不变”或“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 。
(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 ,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 。
(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 ,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案 (1)增大 (2)高浓度臭氧处理甲植物的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小 (3)实验组的净光合速率均明显小于对照组 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不同 (4)A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同
解析 (1)在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,则光合作用条件更适宜,甲、乙植物的光合速率会增加,光饱和点会增大。(2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率,图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率,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,表明高浓度臭氧处理甲植物的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小。(3)O3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;曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别,说明长时间高浓度的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不同。(4)用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降),测定乙植物净光合速率;使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天,测定其净光合速率;若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关,则实验现象为A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。
28. (2021河北,19,10分)(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(12 g·m-2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标,结果见下表。
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 等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的 ,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 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 两种物质的合成以及 的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到 分子上,反应形成的产物被还原为糖类。
(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 。
答案 (1)细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物(任写两点即可) 吸收 (2)镁(或Mg) NADPH和ATP 水 C5 (3)玉米植株气孔导度增大,吸收的CO2增加
解析 (1)植物细胞中自由水的生理作用:细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物。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)Mg是构成叶绿素的元素。叶绿体中的光合色素吸收的光能,有以下两方面用途:一是将水分解为氧和H+,H+与NADP+结合,形成NADPH;二是在有关酶的催化作用下,提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。绿叶通过气孔从外界吸收的CO2,在RuBP羧化酶的催化作用下,与C5结合,形成两个C3,C3接受NADPH和ATP释放的能量,并且被NADPH还原,最终转化为糖类和C5。(3)由表格数据可知,施氮同时补水的组的光合速率最大,对应的气孔导度最大,且RuBP羧化酶的活性最高,即叶肉细胞CO2供应量增加的原因是玉米植株气孔导度增大。
29.(2021浙江1月选考,27,8分)(8分)现以某种多细胞绿藻为材料,研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响。实验结果如图,图中的绿藻质量为鲜重。

甲 乙
回答下列问题:
(1)实验中可用95%乙醇溶液提取光合色素,经处理后,用光电比色法测定色素提取液的 ,计算叶绿素a的含量。由甲图可知,与高光强组相比,低光强组叶绿素a的含量较 ,以适应低光强环境。由乙图分析可知,在 条件下温度对光合速率的影响更显著。
(2)叶绿素a的含量直接影响光反应的速率。从能量角度分析,光反应是一种 反应。光反应的产物有 和O2。
(3)图乙的绿藻放氧速率比光反应产生O2的速率 ,理由是 。
(4)绿藻在20 ℃、高光强条件下细胞呼吸的耗氧速率为30 μml·g-1·h-1,则在该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗CO2生成 μml 的3-磷酸甘油酸。
答案 (每空1分)(1)光密度值 高 高光强 (2)吸能 ATP、NADPH (3)小 绿藻放氧速率等于光反应产生氧气的速率减去细胞呼吸消耗氧气的速率 (4)360
解析 (1)利用光电比色法测定经处理后的光合色素提取液的光密度值(OD值),再结合相关标准曲线,可计算叶绿素a的含量。由甲图可知,低光强组叶绿素a的含量较高光强组高,这有利于低光强组绿藻适应低光强环境。分析乙图可知,在高光强条件下温度对该绿藻光合速率的影响更显著。(2)从能量角度分析,光反应需要吸收光能,是一种吸能反应,光反应的产物有ATP、NADPH和O2。(3)绿藻细胞的叶绿体中光反应产生的氧气一部分用于细胞呼吸消耗,因此绿藻放氧速率应比光反应产生氧气的速率小。(4)绿藻在20 ℃、高光强条件下的放氧速率为150 μml·g-1·h-1,细胞呼吸的耗氧速率为30 μml·g-1·h-1,因此在该条件下,每克绿藻每小时光合作用消耗CO2的量为180 μml,由于1分子CO2和1分子RuBP生成2分子3-磷酸甘油酸,因此该条件下每克绿藻每小时光合作用消耗180 μml CO2可生成360 μml的3-磷酸甘油酸。
30.(2020课标全国Ⅰ,30,10分)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:
(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有 (答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是 ,选择这两种作物的理由是 。
答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用
解析 (1)中耕时去除杂草可降低作物与杂草之间在光照、水分、矿质元素等方面的竞争;中耕时松土可增加土壤氧气含量,利于根的呼吸,从而促进根对矿质元素的吸收。(2)矿质元素通常以离子的形式被作物根系吸收,故施肥的同时适当浇水,使肥料中的矿质元素溶解在水中,可促进根对矿质元素的吸收。(3)为提高光能利用率,进行间作的两种作物应该一高一矮,其中较高的作物利用上层较强的光照,故要求光饱和点较高,如作物A;另一种作物植株较矮,利用下层较弱的光照,故要求光饱和点较低,如作物C,因此最适合进行间作的两种作物是A和C。
31.(2020天津,13,10分)鬼箭锦鸡儿(灌木)和紫羊茅(草本)是高寒草甸生态系统的常见植物。科研人员分别模拟了温室效应加剧对两种植物各自生长的影响。研究结果见图。
注:相对生物量=单株干重/对照组(C1T1)单株干重
据图回答:
(1)CO2浓度和温度都会影响光合作用。植物通过光合作用将大气中的CO2转变为有机物,同时将光能转变为有机物中的化学能,体现了植物在生态系统 和 中的重要作用。
(2)本研究中,仅CO2浓度升高对两种植物的影响分别为 ,仅温度升高对两种植物的影响分别为 。
(3)两个实验的C2T2组研究结果表明温室效应加剧对两种植物各自生长的影响不同。科研人员据此推测,在群落水平,温室效应加剧可能会导致生活在同一高寒草甸中的这两种植物比例发生改变。为验证该推测是否成立,应做进一步实验。 请给出简单的实验设计思路: 。若推测成立,说明温室效应加剧可能影响群落 的速度与方向。
答案 (共10分)(1)物质循环 能量流动 (2)促进两种植物生长 抑制鬼箭锦鸡儿生长,促进紫羊茅生长 (3)将紫羊茅与鬼箭锦鸡儿种在一起,比较温室效应加剧前后相对生物量的变化 演替
解析 (1)题干信息“植物通过光合作用将大气中的CO2转变为有机物”体现了植物在生态系统物质循环中的重要作用;“将光能转变为有机物中的化学能”体现了植物在生态系统能量流动中的重要作用。(2)分析题图,比较常温条件下,常态CO2浓度和高CO2浓度条件下两种植物的相对生物量可知,两种植物在高CO2浓度条件下相对生物量均比在常态CO2浓度条件下高,由此可得出仅CO2浓度升高对两种植物的影响均为促进植物生长。比较常态CO2浓度条件下,常温和高温条件下两种植物的相对生物量可知,鬼箭锦鸡儿在高温条件下的相对生物量比常温条件下低,可知仅温度升高会抑制鬼箭锦鸡儿的生长,而紫羊茅在高温条件下的相对生物量比常温条件下高,可知仅温度升高会促进紫羊茅的生长。(3)分析题图中的鬼箭锦鸡儿实验和紫羊茅实验中C2T2组,会发现鬼箭锦鸡儿实验中的相对生物量与常态CO2浓度+常温时的几乎相同,紫羊茅实验中的相对生物量却显著高于常态CO2浓度+常温时的相对生物量。根据题中信息及高温与高CO2浓度条件下植物相对生物量的有关分析可知,若要验证温室效应加剧可能会导致生活在同一高寒草甸中的这两种植物比例发生改变,则可将紫羊茅与鬼箭锦鸡儿种在一起,通过升高CO2浓度和温度,比较温室效应加剧前后两种植物相对生物量的变化情况。若推测成立,说明温室效应加剧可能影响群落演替的速度与方向。
32.(2019课标全国Ⅰ,29,12分)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力 。
(2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会 ,出现这种变化的主要原因是 。
(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
答案 (1)增强
(2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。
解析 本题借助影响光合作用的因素的相关知识,考查考生设计实验验证简单生物学事实的能力;通过对气孔开度减小原因的分析与探究,体现了科学探究素养中的实验设计要素和生命观念素养中的物质与能量观要素。(1)干旱处理后,该植物根细胞中溶质浓度增大,使根细胞的吸水能力增强。(2)干旱处理后,叶片气孔开度减小,从外界吸收的CO2减少,使该植物的光合速率降低。(3)要验证干旱条件下ABA引起气孔开度减小,需要取ABA缺失突变体植株,在正常条件下测定其气孔开度,经干旱处理后,再测定其气孔开度,预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。再将上述干旱处理后的ABA缺失突变体植株随机分为两组,一组不进行处理(对照组),一组进行ABA处理(实验组),在干旱条件下培养一段时间后,测定两组的气孔开度,预期结果是实验组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。
33.(2018课标全国Ⅰ,30,9分)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。
回答下列问题:
(1)当光照强度大于a时, 甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。
(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 ,判断的依据是 。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 。
(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的 (填“O2”或“CO2”)不足。
答案 (1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大 (3)乙 (4)CO2
解析 (1)曲线显示,当光照强度大于a时,相同光强下,甲植物净光合速率较乙植物高,即此条件下甲植物对光能利用率较高。(2)种植密度较大时,植株接受的光照强度较弱,曲线显示,在光强减弱过程中,甲植物净光合速率下降幅度较乙大。(3)林下为弱光环境,曲线显示,在弱光条件下,乙植物净光合速率较甲植物高,故乙植物更适合在林下种植。(4)气孔是叶片水分散失和CO2进入叶片的通道。夏季晴天12:00,植物为减少蒸腾作用失水量而关闭部分气孔,同时也阻碍了CO2进入叶片,从而影响了叶片光合速率。
34.(2018课标全国Ⅱ,30,8分)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答问题:

(1)从图可知,A叶片是树冠 (填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是 。
(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的 反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是 。
答案 (1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片
(2)暗
(3)无水乙醇
解析 本题通过对不同冠层叶片净光合速率的比较分析,考查科学思维中的模型与建模和演绎与推理要素。(1)树冠上层叶片适宜接受强光照,下层叶片适宜接受弱光照,故树冠下层叶片的光饱和点较低,即A来自树冠下层。(2)根据题意,测得放氧速率不变,说明光反应速率不变,但其净光合速率下降,主要原因是光合作用的暗反应受到了抑制。(3)常用于叶绿体色素提取的有机溶剂是无水乙醇。
35.(2018浙江4月选考,30,7分)在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中,选用某植物A、B两个品种,在正常光照和弱光照下进行实验,部分实验内容与结果见表。
回答下列问题:
(1)据表推知,经弱光照处理,品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量较正常光照 ,导致其卡尔文循环中再生出 的量改变,从而影响光合作用速率。
(2)表中的光合色素位于叶绿体的 膜中。分别提取经两种光照处理的品种B的光合色素,再用滤纸进行层析分离。与正常光照相比,弱光照处理的滤纸条上,自上而下的第4条色素带变 ,这有利于品种B利用可见光中较短波长的 光。
(3)实验结果表明,经弱光照处理,该植物可通过改变光合色素的含量及其 来适应弱光环境。品种 的耐荫性较高。
答案 (1)下降 RuBP (2)类囊体 宽 蓝紫 (3)比例 B
解析 本题通过探究环境因素对光合作用的影响,考查了科学探究素养中的结果分析要素。(1)由题表中数据可知,弱光照处理下,品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量均较正常光照下低,导致卡尔文循环中再生出RuBP的量改变,从而影响光合速率。(2)光合色素位于植物细胞叶绿体类囊体膜中。品种B经弱光照处理,叶绿素b含量增加,则经提取和纸层析分离,自上而下的第4条色素带变宽,因此有利于品种B利用可见光中较短波长的蓝紫光。(3)题表中数据表明,弱光照处理下,该植物光合色素含量及比例发生改变,从而适应弱光环境。相比之下,品种B在弱光下光合作用速率下降幅度小,耐荫性较高。
36. (2017江苏单科,29,9分)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题:
图1 图2
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量 ,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是 。
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有 。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中 的干扰。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是 。若提高反应液中NaHCO3浓度,果肉放氧速率的变化是 (填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15~20 min曲线的斜率几乎不变的合理解释是 ;若在20 min后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有 (填序号:①C5 ②ATP ③[H] ④C3),可推测20~25 min曲线的斜率为 (填“正值”“负值”或“零”)。
答案 (1)CaCO3 光合色素溶解在乙醇中 (2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度 溶解氧 (3)提供CO2 增大后稳定 (4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值
解析 本题综合考查了光合色素的提取原理和环境因素对光合速率的影响。(1)CaCO3可中和果肉薄片细胞产生的有机酸,防止叶绿素降解;光合色素可溶于有机溶剂(如乙醇),所以果肉薄片长时间浸泡在乙醇中会因光合色素溶解而变成白色。(2)题图1装置中的光照强度、水浴室的温度、NaHCO3的浓度(可提供不同浓度的CO2)均可影响光合放氧速率;该实验的因变量是反应液中溶解氧的浓度变化,所以测定前应除去反应液中原有的溶解氧,以排除其对实验结果的影响。(3)提高反应液中NaHCO3浓度即提高CO2浓度,可使光合速率增大后稳定。(4)15~20 min曲线的斜率几乎不变,即光合放氧速率为0,说明光合产氧量与呼吸耗氧量相等;停止光照后,光反应产生的[H]和ATP减少,C5合成速率下降,短时间内C3合成速率不变但消耗减少,所以C3含量会增加;停止光照后光反应停止,不再产生氧气,而呼吸作用仍在消耗氧气,所以20~25 min曲线的斜率为负值。
37.(2016课标全国Ⅰ,30,8分)为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后,测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量),光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)据图判断,光照强度低于a时,影响甲组植物光合作用的限制因子是 。
(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高 (填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子,得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后,再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度,得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是 。
答案 (1)光照强度 (2)CO2浓度
(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的
解析 (1)在光饱和点(b点)之前,甲组植物光合作用的限制因子是光照强度。(2)光饱和点之后,光合作用的限制因子是温度、CO2浓度等。(3)对比甲组、乙组曲线可知,在低光照下培养后乙组植物的光合能力比甲组的低,但其子代在甲组的条件下培养,光合能力与甲组相同,这说明低光照培养未能改变植物的遗传特性,乙组光合作用强度与甲组不同是由环境因素引起的,而不是遗传物质改变造成的。
素养解读 本题通过对光合速率的曲线分析,考查科学思维中的模型建模与分析判断要素。
评分细则 表达出光合作用强度受光照强度(或环境)影响给2分;表达出遗传物质未改变的意思给2分。
A、环境条件未改变植物的遗传物质(遗传性、DNA、固有属性以及类似表述的)(4分)。
B、表现型=基因型+环境 (以此为依据的表述)(4分)。
38.(2016课标全国Ⅲ,29,10分)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响,某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组,1组在田间生长作为对照组,另4组在人工气候室中生长作为实验组,并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12:30测定各组叶片的光合速率,各组实验处理及结果如表所示:
回答下列问题:
(1)根据本实验结果,可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是 ,其依据是 ;并可推测, (填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中,若适当提高第 组的环境温度能提高小麦的光合速率,其原因是 。
(3)小麦叶片气孔开放时,CO2进入叶肉细胞的过程 (填“需要”或“不需要”)载体蛋白, (填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
答案 (1)湿度(或答相对湿度)(1分) 在相同温度条件下,相对湿度改变时光合速率变化较大(2分,其他合理答案可酌情给分) 增加(1分)
(2)四(1分) 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度(3分,其他合理答案可酌情给分)
(3)不需要 不需要(每空1分,共2分)
解析 本题主要考查影响光合速率的因素及CO2进入叶肉细胞的方式。(1)分析对照组、实验组一和实验组二可知,高温条件下(温度均为36 ℃),适当增加相对湿度时,叶片光合速率的增加量相对较大,而分析实验组二、三、四可知,在相对湿度较高的条件下(相对湿度均为52%),适当降低温度时,叶片光合速率的增加量较小,甚至降低。所以,中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是相对湿度;并由增加相对湿度,叶片的光合速率增大可推知,增加麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)对比实验组三和实验组四可知:因温度降低,叶片的光合速率下降,所以适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式为自由扩散,既不需要载体蛋白,也不需要消耗ATP。
素养解读 本题通过对实验表格数据的分析,考查科学探究中的数据分析要素。
方法总结 分析多因子变量时,一定要遵循单一变量原则,分析温度对光合速率的影响时,温度为单一变量,相对湿度为无关变量,其应该相同,同理,相对湿度为单一变量时,温度应该相同。
39. (2015课标全国Ⅰ,29,9分)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下:
A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。
B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。
C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题:
(1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量 (填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是 ;C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要 ,这些反应发生的部位是叶绿体的 。
(2)A、B、C三组处理相比,随着 的增加,使光下产生的 能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案 (1)高于(1分) C组只用了D组一半的光照时间,其光合作用产物的相对含量却是D组的94%(2分) 光照 基质(每空1分,共2分)
(2)光照和黑暗交替频率(2分) ATP和还原型辅酶Ⅱ(2分)
解析 本题综合考查了暗反应的条件及场所、光照和黑暗交替的频率对光合作用产物的影响等。(1)对比C、D两组实验,C组光照和黑暗交替处理,D组只有光照,故单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。分析C组和D组实验,可推知光合作用中有些反应不需要光照,这些反应发生在叶绿体的基质中。(2)对比A、B、C三组实验,在总光照时间相同的情况下,随着光照和黑暗交替频率的增加,光合作用产物的相对含量也增加。究其根本原因是光照与黑暗的交替频率越高,光下产生的还原型辅酶Ⅱ和ATP越能及时利用并及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。
题后反思 短时间光照后再短时间黑暗,黑暗中依然进行暗反应并生成有机物,交替时间间隔越短,还原型辅酶Ⅱ([H]) 和ATP越能及时利用和再生,生成的有机物越多。
40.(2015江苏单科,27,8分)为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性,研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量,结果如图所示。请回答下列问题:

图1 图2
(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片,在 相同的实验条件下,测得的单位时间、单位叶面积 的释放量。
(2)光合作用过程中,CO2与C5结合生成 ,消耗的C5由 经过一系列反应再生。
(3)由图可知,P1的叶片光合作用能力最强,推断其主要原因有:一方面是其叶绿素含量较高,可以产生更多的 ;另一方面是其蛋白质含量较高,含有更多的 。
(4)栽培以后,P2植株干重显著大于对照,但籽实的产量并不高,最可能的生理原因是 。
答案 (8分)(1)光照强度、CO2浓度 O2 (2)C3 C3 (3)[H]和ATP 参与光合作用的酶 (4)P2光合作用能力强,但向籽实运输的光合产物少
解析 (1)净光合速率可用单位时间、单位叶面积O2的释放量或CO2的吸收量来表示,一般选用叶龄一致的叶片在相同的光照强度、CO2浓度下进行测定。(2)光合作用暗反应中,CO2首先与C5结合生成C3,而后C3在[H]和ATP的作用下生成(CH2O)和C5。(3)由图可知,P1叶片光合作用能力最强,推断主要原因有两个方面:一是其叶绿素含量较高,可产生更多的[H]和ATP;二是其含有更多与光合作用有关的酶。(4)P2植株干重显著大于对照,但由于向籽实运输的光合产物较少,最终获得的籽实产量并不高。
阅卷分析 大多数考生第(4)小题未能根据题意分析出“向籽实运输的光合产物少”的答案,也有不少考生第(2)小题未能答出C5由C3再生形成。第(4)小题考查的是学生逻辑思维能力,题干已告知P2光合作用能力强,植株干重大,说明该品种有较强的光合作用产物积累的能力,因此不应该再从呼吸作用(净光合作用)能力等方面思考。第(2)小题的答案是两个C3,不敢填写第二个C3的原因是对基础知识点掌握得不够扎实。
41. (2014江苏单科,31,8分)(8分)为研究浮游藻类的光合作用,将一种绿藻培养至指数生长期,并以此为材料,测定了藻细胞在不同条件下的净光合速率(Pn)。图1为光合放氧测定装置的示意图;图2是不同NaHCO3浓度(pH 8.5,25 ℃)条件下测得的Pn曲线图。请回答下列问题:
(1)通过变换图1中光源,可研究 、 对光合作用的影响。
(2)在测定不同光照对Pn的影响时,如不精确控制温度,则测得的光照与Pn的关系 (填“呈正相关”、“呈负相关”或“难以确定”)。
(3)由于弱碱性的藻培养液中游离CO2浓度很低,藻光合作用主要通过胞内碳酸酐酶(CA)分解水中的HCO3-获得CO2。图2中达到最大Pn值的最低NaHCO3浓度为 ;在更高NaHCO3浓度下,Pn不再增加的主要原因有 、 。
(4)培养基中的HCO3-与CO32−之间的离子平衡与pH有关,碱性条件下pH越高,HCO3-越少,CO32−越多,而CO32−几乎不能被该藻利用。在测定不同pH(7.0~10.0)对光合作用的影响时,导致Pn发生变化的因素有 、 。
答案 (1)光强 光质
(2)难以确定
(3)120 mg·L-1 达到了CO2饱和点 CA量有限
(4)CO2(或 HCO3-)供应量不同 CA(细胞)活性变化
解析 (1)光照强度和光质均会影响光合速率,该实验可通过可调光源研究这两个因素对光合速率的影响。(2)光照的改变会使Pn改变,温度改变时Pn也随之改变,自变量不单一,无法确定光照与Pn的关系。(3)由图2可知:最大Pn值所对应的最低NaHCO3浓度为120 mg·L-1;在一定范围内,随NaHCO3浓度增加,Pn也增加;在更高NaHCO3浓度下,Pn不再增加可能是CO2达到了饱和点,也可能是CA数量有限不能分解更多的NaHCO3。(4)pH改变不仅影响HCO3-的含量,也会影响CA的活性,从而影响CO2的供应,因而导致Pn变化。
42.(2013北京理综,29,16分)为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响,研究者选取至少具有10个棉铃的植株,去除不同比例棉铃,3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。结果如图。

图1 图2
(1)光合作用碳(暗)反应利用光反应产生的ATP和 , 在 中将CO2转化为三碳糖,进而形成淀粉和蔗糖。
(2)由图1可知,随着去除棉铃百分率的提高,叶片光合速率 。本实验中对照组(空白对照组)植株的CO2固定速率相对值是 。
(3)由图2可知,去除棉铃后,植株叶片中 增加。已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用,因此去除棉铃后,叶片光合产物利用量减少, 降低,进而在叶片中积累。
(4)综合上述结果可推测,叶片中光合产物的积累会 光合作用。
(5)一种验证上述推测的方法为:去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理,使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官,检测 叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比,若检测结果是 ,则支持上述推测。
答案 (1)[H](或NADPH) 叶绿体基质 (2)逐渐下降 28 (3)淀粉和蔗糖含量 输出量 (4)抑制 (5)未遮光的 光合产物含量下降,光合速率上升
解析 (1)光合作用过程中碳(暗)反应发生在叶绿体基质中,需要光反应为其提供ATP和[H]。(2)由图1信息可知,随去除棉铃的百分率提高,叶片光合速率降低;本实验用不去除棉铃的一组作为对照组,其CO2固定速率相对值是28。(3)由于光合产物会被运输到棉铃等器官并被利用,去除棉铃后,叶片光合产物的输出量降低、利用量减少,进而在叶片中积累,因此叶片中淀粉和蔗糖的含量增加。(4)由1、2两图信息可知,去除棉铃后光合产物积累,而CO2固定速率降低,说明叶片中光合产物的积累会抑制光合作用。(5)为验证光合产物能抑制光合作用,需设置一组及时运走光合产物的实验组进行对照,即去除棉铃(保证单一变量)且对部分叶片遮光处理(消耗和利用未遮光叶片的光合产物),若未遮光叶片与只去除棉铃植株的叶片相比,其光合产物含量下降、光合速率上升,则可验证上述结论是正确的。
考点4 光合作用与细胞呼吸综合
1.(2023湖北,11,2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3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
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
答案 D 呼吸作用会消耗有机物,光合作用可合成有机物,呼吸作用最适温度比光合作用高,高温下光合作用减弱,呼吸作用增强,A、B正确;高温下蒸腾作用增强,水的散失增多,植物易萎蔫,C正确;光反应不产生NADH(还原型辅酶Ⅰ),产生的是NADPH(还原型辅酶Ⅱ),D错误。
2.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。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
答案 C 在低光强下,随叶温在一定范围内升高时,光合作用消耗的CO2量增加,但从外界吸收的CO2量减少,所以应该是呼吸速率上升,产生的CO2增多,A正确;从题图可以看出在高光强下,M点对应的温度是该植物光合酶的最适温度,所以M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强有关,B正确;CP点表示CO2吸收速率为0,代表光合速率和呼吸速率相等,而不是植物不进行光合作用,C错误;CO2吸收速率代表净光合速率,即光合速率与呼吸速率的差值,M点净光合速率最高,光合速率与呼吸速率的差值最大,D正确。
3.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
答案 A 经历低温诱导促使植物开花的作用,称为春化作用,措施②反映了低温与作物开花的关系;很多植物的开花与昼夜长短有关,措施④可反映昼夜长短与作物开花的关系,A合理。措施③风干储藏,可以降低小麦、玉米等种子的呼吸作用强度,降低有机物的消耗,但措施⑤合理密植的主要目的是提高光合作用强度,B不合理。措施②的主要目的是促进作物开花;措施⑤合理密植有利于作物充分利用光能,提高光合作用的效率;措施⑥间作种植的主要目的是提高光能利用率,C不合理。措施①低温储存和措施③风干储藏的主要目的都是降低作物或种子的呼吸作用强度,但措施④光周期处理的主要目的是影响作物开花,D不合理。
知识拓展 光周期处理可以调控花期,可通过调节光照的相对时长促进花芽分化、成花诱导、花芽发育和打破休眠。长日照花卉:在日照短的季节用灯光补光,能提早开花,相反短日照会抑制其开花;短日照花卉:在日照长的季节进行遮光处理,能提早开花,相反长日照会抑制其开花。
4.(2022全国乙,2,6分)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
答案 D 将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,小麦同时进行光合作用和呼吸作用,而容器内CO2含量初期逐渐降低,说明初期小麦的光合速率大于呼吸速率,之后CO2含量保持相对稳定,说明光合速率等于呼吸速率,D正确。
5.(2020北京,3,2分)丰富多彩的生物世界具有高度的统一性。以下对于原核细胞和真核细胞统一性的表述,不正确的是( )
A.细胞膜的基本结构是脂双层
B.DNA是它们的遗传物质
C.在核糖体上合成蛋白质
D.通过有丝分裂进行细胞增殖
答案 D
6.(2021广东,15,4分)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图5a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图5b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是( )

图5
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
答案 D 通过图5b呈现的实验结果可知,t2的叶绿体受光面积/细胞受光面积小于t1的,意味着在相同光照强度下,t1能利用更多的光能,当光照强度达到t1的光饱和点时,该光照强度还未达到t2的光饱和点,A正确;在较低的相同光照强度下,t1能利用更多的光能,因此t1光合速率等于呼吸速率时所需的光照强度小于t2,即t1的光补偿点小于t2,B正确;题干中已说明三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,因此三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关,而与叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置有关,C正确;在一定范围内,随着光照强度的增加,拟南芥WT、t1和t2的光合速率也增加,当光照强度足够大时,三者都达到了最大光合速率,此时三者光合速率的差异并不会随着光照强度的增加而变大,D错误。
7.(2015海南单科,9,2分)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( )
A.植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能
B.叶温在36~50 ℃时,植物甲的净光合速率比植物乙的高
C.叶温为25 ℃时,植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的
D.叶温为35 ℃时,甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为0
答案 D 植物进行光合作用所需能量均来自太阳能,A正确;叶温在36~50 ℃时,植物甲的曲线在植物乙曲线上方,所以植物甲的净光合速率比植物乙的高,B正确;叶温为25 ℃时,植物甲和乙的曲线没有相交,即二者的净光合速率不同,C正确;叶温为35 ℃时,甲、乙两种植物的净光合速率相同且大于零,所以这两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均大于0,D错误。
8.(2015四川理综,4,6分)在适宜温度和大气CO2浓度条件下,测得某森林中林冠层四种主要乔木的幼苗叶片的生理指标(见表)。下列分析正确的是( )
(光补偿点:光合速率等于呼吸速率时的光强;光饱和点:达到最大光合速率所需的最小光强)
A.光强大于140 μml·m-2·s-1,马尾松幼苗叶肉细胞中产生的O2全部进入线粒体
B.光强小于1 255 μml·m-2·s-1,影响苦槠幼苗光合速率的环境因素是CO2浓度
C.森林中生产者积累有机物的能量总和,即为输入该生态系统的总能量
D.在群落演替过程中,随着林冠密集程度增大青冈的种群密度将会增加
答案 D 光强大于140 μml·m-2·s-1,马尾松幼苗光合速率大于呼吸速率,故叶肉细胞中产生的O2有部分逸出细胞;光强小于1 255 μml·m-2·s-1,影响苦槠幼苗光合速率的环境因素有光强和CO2浓度等;森林中生产者制造有机物的能量总和,即为输入该生态系统的总能量;在群落演替过程中,随着林冠密集程度增大,光强减弱,光补偿点和光饱和点较低的青冈的种群密度将会增加。
9.(2019海南单科,12,2分)下列关于绿色植物的叙述,错误的是( )
A.植物细胞白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B.植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
答案 B 本题通过对光合作用和呼吸作用的考查,体现了生命观念素养中的结构与功能观。有氧呼吸不需要光照,植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸,A正确;植物细胞中ATP的合成不一定都是在膜上进行的,如ATP的合成也可以在细胞质基质和线粒体基质中进行,B错误;叶绿素的合成需要光照,遮光培养会导致叶肉细胞的叶绿素含量下降,C正确;植物幼茎的绿色部分含有叶绿体,能进行光合作用,所有的活细胞都能进行呼吸作用,D正确。
10.(2019天津理综,2,6分)下列过程需ATP水解提供能量的是( )
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
答案 B 本题借助ATP的利用,考查考生利用所学ATP的知识,作出合理判断的能力;试题通过问题探讨的方式体现了对分析与对比要素的考查。唾液淀粉酶可以在体外适宜条件下水解淀粉,但体外环境中无ATP存在,说明该反应不需要ATP水解提供能量,A错误;生长素的极性运输为消耗能量的主动运输过程,即需要ATP水解提供能量,B正确;光反应阶段水的光解不需要ATP水解提供能量,C错误;乳酸菌无氧呼吸第二阶段不需要ATP,也不产生ATP,D错误。
11.(2018浙江4月选考,26,2分)各取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)数株,分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3,24 h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素),测得未胁迫和胁迫8 h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是( )
A.寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上[H]的传递
B.寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C.转Z基因提高光合作用的效率,且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D.喷施NaHSO3促进光合作用,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
答案 D 由题可知,寡霉素抑制细胞呼吸和光合作用中ATP合成酶的活性,因此寡霉素在细胞呼吸过程中会抑制线粒体内膜上[H]的传递,在光合作用中的作用部位是类囊体膜,A、B错误;由图可知,转Z基因能提高光合作用的效率,能减少寡霉素对光合速率的抑制作用,C错误;喷施NaHSO3能促进光合作用,并且能减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降,D正确。
12.(2017北京理综,2,6分)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性理解错误的是( )
A.呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B.净光合作用的最适温度约为25 ℃
C.在0~25 ℃范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D.适合该植物生长的温度范围是10~50 ℃
答案 D 本题主要考查影响光合作用和呼吸作用的环境因素以及识图能力,体现了对科学思维素养中模型与建模要素的考查。由题图可知,该植物呼吸作用的最适温度约为55 ℃,而光合作用的最适温度约为30 ℃,呼吸作用的最适温度比光合作用的最适温度高,A正确;由题图可知,净光合作用的最适温度约为25 ℃,B正确;观察题图中的曲线可知,在0~25 ℃范围内,总光合速率上升快于呼吸速率,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大,C正确;净光合速率大于零时,植物才能生长,温度为50 ℃时,净光合速率为负值,植物不能生长,所以适合该植物生长的温度范围不是10~50 ℃,D错误。
13.(2015重庆理综,4,6分)将题图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下,细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
适宜条件下悬浮培养的水稻叶肉细胞示意图
A.黑暗条件下,①增大、④减小
B.光强低于光补偿点时,①、③增大
C.光强等于光补偿点时,②、③保持不变
D.光强等于光饱和点时,②减小、④增大
答案 B 当光强低于光补偿点或黑暗条件下,水稻叶肉细胞消耗胞外和胞内O2,释放CO2,故①②增大,③④减小;当光强等于光补偿点时,水稻叶肉细胞呼吸速率等于光合作用速率,②③①④保持不变;当光强等于光饱和点时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,②减小,④增大。
解题关键 正确理解光补偿点和光饱和点是解答本题的关键。
14.(2014课标全国Ⅱ,6,6分)关于光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物
B.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与
C.人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D.病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量
答案 C 光反应中合成ATP的原料是ADP和磷酸,A正确;叶绿素吸收光能的过程不需要酶的参与,B正确;人体在剧烈运动时所需要的能量是由葡萄糖通过呼吸作用产生的,人体细胞无氧呼吸的过程中产生了乳酸,乳酸不能直接分解供能,C错误;病毒核酸的复制是在宿主细胞中完成的,该过程所需的能量、原料均来自宿主细胞,D正确。
15.(2014海南单科,9,2分)将水生植物和小鱼放入盛有水的玻璃缸中,密闭后置于光照、温度等适宜条件下。下列相关叙述,错误的是( )
A.植物为鱼的生存提供氧气
B.鱼可为植物的光合作用提供CO2
C.能量流动可以从植物到鱼,也可以由鱼到植物
D.若该玻璃缸长期置于黑暗中,鱼和植物将会死亡
答案 C 植物通过光合作用为鱼的生存提供氧气,鱼可通过呼吸作用为植物的光合作用提供CO2,A、B正确,能量流动是单向的,不能循环,C错;若该玻璃缸长期置于黑暗中,没有能量输入,鱼和植物将会死亡,D正确。
16.(2014四川理综,6,6分)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如图所示(注:光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析,下列叙述正确的是( )

A.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
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
答案 D 由图可知与单作相比,两种植物在间作时的呼吸速率(光照强度为0时净光合速率的绝对值)不同,A错误;与单作相比,间作时桑树的光饱和点增大,大豆的光饱和点减小,B错误;间作提高了桑树的光合速率,并且间作大豆在较弱光照强度下的光合速率也高于单作,C错误;开始积累有机物时的最低光照强度即光补偿点,由图知大豆单作时的光补偿点大于间作,D正确。
17.(2013海南单科,2,2分)关于细胞代谢的叙述,错误的是( )
A.无氧呼吸能产生ATP,但没有[H]的生成过程
B.有氧呼吸过程中生成的[H]可在线粒体内氧化生成水
C.某些微生物可利用氧化无机物产生的能量合成有机物
D.光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂
答案 A 无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段是相同的,产物都是丙酮酸和[H],同时还有少量ATP,A错误;有氧呼吸第三阶段发生的反应是[H]和O2生成水,B正确;硝化细菌、铁细菌等化能自养生物可利用氧化无机物产生的能量合成有机物,C正确;光合作用光反应阶段产生的[H]被传递到叶绿体基质中,作为还原剂,参与到暗反应阶段的化学反应中去,D正确。
18.(2023广东,18,13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,其相关生理特征见表和图1。(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。)
图1
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 ,叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·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 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 。
(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 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μml·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在图2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1a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
。
答案 (1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫 (2)高于 呼吸速率较高 (3)在强光下光能利用率更高
(4)
为什么ygl在高光照强度下的光合速率比WT高,而在低光照强度下ygl的光合速率比WT低
解析 (1)从表中数据可得,与WT相比,ygl的类胡萝卜素与叶绿素的比值更高,ygl为0.27,可能导致叶色黄绿。叶片含叶绿素和类胡萝卜素,主要吸收红光和蓝紫光。(2)由题干可知,光饱和点为光合速率不再随光照强度增加时的最小光照强度,ygl的光饱和点为2 000 μml·m-2·s-1,比WT的光饱和点高。光补偿点是光合作用和呼吸作用相等的点,呼吸速率高时,光补偿点可能更大,从图1c可得ygl呼吸速率更高,可能导致光补偿点更高。(3)在强光下,高密度栽培ygl群体可通过下层叶片充分吸收光能,提高光能的利用率。(4)曲线与纵轴的交点表示呼吸速率,通过图1c可知,WT呼吸速率为0.6 μml(CO2)·m-2·s-1左右,ygl呼吸速率为0.9 μml(CO2)·m-2·s-1左右,所以ygl与纵轴的交点应在WT下面;曲线与横轴的交点表示光补偿点,由图1b知,WT应为14 μml(CO2)·m-2·s-1左右,ygl为28 μml(CO2)·m-2·s-1左右,所以绘制曲线如答案所示。通过比较可知低光照强度条件下低叶绿素的ygl净光合速率比WT低,高光照强度条件下ygl净光合速率比WT高,据此提出科学问题。
19.(2023河北,19,10分)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。
回答下列问题:
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在 合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和 中的化学能,这些化学能经 阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显 。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被 (填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度 。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体 ,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
答案 (1)线粒体(或“线粒体内膜”) (2)NADPH(或“还原型辅酶Ⅱ”) 暗反应(或“卡尔文循环”) (3)降低 叶绿体 升高 (4)H基因表达(或“H蛋白数量”) 过多消耗光合产物(或“有氧呼吸增强”)
解析 (1)拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育且尚未能进行光合作用时,其ATP主要来自自身线粒体,线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上进行。(2)植物光合作用的光反应阶段,光能被光合色素捕获后,转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。(3)叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H基因表达量下降,胞质ATP浓度远高于叶绿体。H基因过量表达后,大量H转运蛋白可解除ATP向叶绿体的流动限制。在浓度差的作用下,ATP流入叶绿体,导致胞质ATP含量下降,最后和叶绿体ATP基本持平。但即使胞质ATP大量流入叶绿体,H基因过量表达细胞叶绿体的ATP水平和非转基因细胞比较并没有明显变化,表明叶绿体消耗了流入胞质的ATP。转H基因叶肉细胞的胞质ATP含量较非转基因叶肉细胞明显下降,推测转H基因叶肉细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度,以补充胞质ATP。(4)由题分析可知,ATP由胞质向叶绿体转运过程中,H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调,H转运蛋白的数量减少,进而ATP向叶绿体的流入被有效阻止,胞质ATP可保持正常生理水平,从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光合产物,保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
20.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500 μml·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1 500 μml·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇 (2)HH1 (3)大于 植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,此时LH12和HH1的净光合速率基本相等,但是LH12的呼吸速率大于HH1的呼吸速率 叶绿素 NADPH和ATP (4)LH12
解析 (1)高等植物叶绿体中的叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收红光和蓝紫光;绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以可以用无水乙醇等有机溶剂提取叶片中的叶绿素。(2)根据图1分析可知,与无NaCl添加的空白对照组相比,四个品种在添加不同浓度的NaCl条件下,叶绿素含量相对值(SPAD)下降幅度最大的是HH1品种,所以盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是HH1。(3)植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,根据图2分析,光照强度为500 μml·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12和HH1两个品种的净光合速率基本相等,但是LH12的呼吸速率大于HH1的呼吸速率,所以LH12的总光合速率更大。图2结果表明,在光照强度为1 500 μml·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·kg-1时,HY25的净光合速率大于其他三个品种的,结合图1分析可知,原因可能是在NaCl添加量为3.0 g·kg-1时,HY25的叶绿素含量相对值最高,可以促进光合作用的光反应产生更多的NADPH和ATP,从而促进暗反应的进行。(4)根据图2分析,在中盐(2.0 g·kg-1)时,四个品种中,净光合速率最大的是LH12,所以最适合种植的是LH12品种。
21.(2023江苏,19,12分)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要,气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题:
图1
(1)光照下,光驱动产生的NADPH主要出现在 (从①~④中选填);NADPH可用于CO2固定产物的还原,其场所有 (从①~④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、 (填写2种)等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP,产生ATP的场所有 (从①~④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP,PEP再转化为 进入线粒体,经过TCA循环产生的 最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开,其机理是蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的 ,驱动细胞吸收K+等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA,并进一步转化成Mal,使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞 ,促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系,对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究,其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有 。
A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
答案 (1)④ ①④ K+、苹果酸 (2)①②④ 丙酮酸 NADH或[H] (3)电化学势梯度(或H+浓度差) (4)吸收水分 (5)ABD
解析 由题图1分析,①为细胞质基质,②为线粒体,③为液泡,④为叶绿体。
(1)光驱动产生的NADPH发生在光反应阶段,主要出现在④叶绿体的基质中。NADPH可用于CO2固定产物的还原,根据光合作用的暗反应过程及图1可知,CO2的固定产物可有两种:一种是C3,C3的还原发生在④叶绿体的基质中;另一种是OAA(PEP+CO2OAA),OAA可被NADPH还原为Mal,发生在①细胞质基质中。由图1可知K+和Mal(苹果酸)会进入液泡,影响细胞液渗透压的大小,从而影响保卫细胞的吸水能力,进而影响气孔的开闭,故液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、K+和苹果酸等。(2)ATP的合成场所有①细胞质基质(细胞呼吸的第一阶段)、②线粒体(有氧呼吸的第二、三阶段)、④叶绿体的类囊体膜(光合作用的光反应阶段)。PEP为磷酸烯醇式丙酮酸,再根据丙酮酸可以进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段,推测PEP可转化为丙酮酸进入线粒体基质,丙酮酸在酶的作用下转化成乙酰辅酶A参与TCA循环,产生含高能电子的NADH([H])和CO2等,NADH中的高能电子通过电子传递链最终传递给氧,产生ATP和H2O。(3)结合图1,蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的H+浓度差(电化学势梯度),并提供电化学势能驱动细胞吸收K+等离子,从而提高细胞液浓度,促进细胞吸水,使气孔张开。(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成OAA,并进一步转化成Mal,Mal进入细胞液中,使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞吸水,促进气孔张开。(5)结合图2可知,黑暗(叶绿体中不进行光合作用,不能产生ATP)结束时,突变体ntt1淀粉粒面积远小于WT,且突变体ntt1的叶绿体失去运入ATP的能力,据此推测保卫细胞淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP,A正确;结合图1可知,光照条件会促进保卫细胞形成淀粉和NADPH,淀粉水解相继形成G6P、PEP,PEP与CO2反应生成的OAA可被NADPH还原为Mal,Mal进入液泡可促进细胞吸水,进而促进气孔张开,故光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关,B正确;突变体ntt1只是叶绿体失去运入ATP的能力,没有失去进行光合作用的能力,C错误;结合图2可以看出,与短时间光照(2 h)相比,较长时间(8 h)光照可使WT淀粉粒面积增大,因而推测,长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉,D正确。
22.(2022天津,16,10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 和 等生理过程,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 作用产生ATP,无法为Ldh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/被促进/不受影响),光反应中的水光解 (被抑制/被促进/不受影响)。
(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 (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
答案 (1)光合作用 呼吸作用(以上两空可调换) (2)有氧呼吸 (3)被抑制 不受影响 (4)AD
解析 (1)蓝细菌含有藻蓝素和叶绿素,能进行光合作用产生氧气,也能进行有氧呼吸,其细胞质中的ATP来源于光合作用和呼吸作用等生理过程,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,即提高D-乳酸产量既需要大量的Ldh,还需充足的NADH。细胞质中的NADH可用于有氧呼吸第三阶段产生ATP,若NADH在此阶段被大量利用,则无法为Ldh提供充足的NADH,从而无法提高D-乳酸产量。(3)研究者构建了某光合作用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,且NADH可用于有氧呼吸第三阶段产生ATP。据题表分析,与初始蓝细菌相比,工程菌K的NADH含量较高,是因为初始蓝细菌的有氧呼吸第三阶段正常进行,消耗了较多的NADH,而工程菌K的有氧呼吸第三阶段被抑制,消耗了较少的NADH。由于蓝细菌该光合作用途径只产生ATP不参与水光解,且工程菌K(该途径被强化)和初始蓝细菌(该途径未被强化)水光解后产生的NADPH含量相同,说明工程菌K的水光解不受影响。(4)与初始蓝细菌相比,工程菌L不仅有被强化的一种光合作用途径,还可大量表达Ldh基因,工程菌L能积累更多D-乳酸是因为工程菌L的光合作用产生了更多ATP供生命活动所需,从而抑制了有氧呼吸的第三阶段,节省出更多的NADH供给Ldh还原丙酮酸生成D-乳酸,A、D正确。
23.(2023浙江6月选考,22,10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。
甲
乙
丙
回答下列问题:
(1)光为生菜的光合作用提供 ,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 作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知,A、B、C组的干重都比CK组高,原因是 。由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为 ,最有利于生菜产量的提高,原因是 。
(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 。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 ,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 。
答案 (1)能量 渗透 (2)光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在光照功率相同的情况下,相比于白光(CK组),单独使用红光和蓝光时,光合色素对光能的利用率更高,光合速率更高,干重也更高 3∶2 从甲、乙两图可知,B组比其他组叶绿素含量、氮含量更高,干物质积累最多,最有利于提高产量 (3)高CO2浓度下25 ℃时光合速率最大,且在此温度时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大,有机物合成增加值更高 为植物工厂供热,以保持最适温度 实现物质的循环利用和能量的多级利用,提高了能量的利用率,使物质和能量更多地流向对人类有益的方向
解析 (1)光为植物光合作用的进行提供了能量;若培养液中的离子浓度过高,细胞会因渗透作用而失水。(2)从图甲可知,B组幼苗体内氮含量和叶绿素含量最高,而氮又是光合酶和叶绿素的组成成分,故红、蓝光配比为3∶2时,可大大提高光合酶和叶绿素的含量,从而促进植物的光合作用,增加干物质积累。(3)从图丙可知,在25 ℃时,高CO2浓度条件下,生菜的光合速率最高,且25 ℃时,高CO2浓度下与大气CO2浓度下光合速率差值最大。冬季燃烧沼气,不仅可提高CO2浓度,还可提高植物工厂内的温度,有利于促进植物的光合作用。从生态工程角度分析,利用秸秆发酵生产沼气,能使秸秆中的物质和能量更多地流向对人类有益的部分,实现物质的良性循环和能量的多级利用,提高了能量的利用率。
24.(2020课标全国Ⅲ,29,10分)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O2、NADPH (5)H2O、CO2
解析 (1)(2)根据表格中信息,终产物是乙醇和CO2,综合分析判断该反应为无氧呼吸,葡萄糖可作为无氧呼吸的反应物,无氧呼吸发生在细胞质基质,其合成ATP的能量来源为化学能,终产物是乙醇和二氧化碳。(3)(4)根据表格中信息,光合作用的光反应和其发生的部位可知,其合成ATP的能量来源为光能,光反应的产物为O2、NADPH(根据表格中信息可知产物不用写ATP)。(5)根据表格中信息判断,在线粒体中利用丙酮酸等物质进行的是有氧呼吸的第二阶段和第三阶段,该过程将丙酮酸中的化学能释放出来,其中有氧呼吸第二阶段的产物是二氧化碳,第三阶段的产物是水(根据表格中信息可知产物不用写ATP)。
25.(2022湖南,17,12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8~10 μml/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2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2 μml/(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 (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 。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μml/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻 (填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是 (答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害和减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有 特性。
答案 (1)能 种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)不能 该水稻品种在光照强度为10 μml/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量,白天不能积累有机物,夜晚呼吸作用消耗有机物,适龄秧苗不能正常生长;该水稻品种日照时长短于12小时才能开花,现在每天光照时长为14小时,所以该水稻不能开花并繁育出新的种子 (3)耐水淹
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中,消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物,且光照有利于叶片叶绿素的形成,故能萌发并成苗。(2)由题意可知,该水稻品种在光照强度为10 μml/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量,白天不能积累有机物,而夜晚呼吸作用消耗有机物,适龄秧苗不能正常生长。该水稻品种日照时长短于12小时才能开花,现在每天光照时长为14小时,所以该水稻不能开花并繁育出新的种子。 (3)该水稻种子须灌水覆盖,所以该种子应具有耐水淹的特性。
26.(2022江苏,20,9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Ⅰ
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (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 。
(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 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Ⅱ)。
图Ⅱ
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是 。
(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Ⅲ代谢途径﹐通过 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 价值。
图Ⅲ
答案 (1)①⑥ 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) (2)H2O2(过氧化氢) (3)①细胞呼吸 光呼吸和细胞呼吸 ②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和 (4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的CO2浓度 直接
解析 (1)光合作用光反应阶段的场所是类囊体膜,主要代谢过程包括水的光解、ATP和NADPH的合成,对应图Ⅰ中的①⑥过程;光反应过程需要光合色素的参与,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。(2)由题空后半句“过氧化氢酶”“O2和H2O”可知,分解的底物为H2O2(过氧化氢)。(3)①由题干信息“CO2和O2竞争与其结合……完成光呼吸碳氧化循环”及图Ⅰ可知,在光照条件下(H2O可进行水的光解产生O2)且CO2浓度较低时,O2结合Rubisc的能力较强,易催化C5氧化产生C2,C2在过氧化物酶体和线粒体协同下参与完成光呼吸碳氧化循环,产生CO2;此外,细胞呼吸作用也会产生CO2,而黑暗条件下(0~t1),不能进行光呼吸,CO2来自呼吸作用;曲线a在t1点施加光照后,t1~t2时段CO2的释放速度有所增加,CO2来自光呼吸和细胞呼吸。②曲线b到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,说明CO2的吸收与释放速度达到动态平衡,即光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和。(4)根据(2)和图Ⅰ所示可知,光呼吸代谢途径为叶绿体中的乙醇酸(C2)运出后直接或间接被转化为过氧化氢、CO2和C3(消耗ATP)等,其中过氧化氢会被进一步分解为O2和水,一定程度上造成了物质和能量的浪费。与光呼吸途径相比,图Ⅲ所示途径通过将乙醇酸转化为苹果酸,把物质保留在叶绿体内,苹果酸转化过程中生成2分子CO2,提高了叶绿体中CO2与O2的比值,这不但降低了光呼吸,还提高了植物生物量,体现了遗传多样性的直接价值。
知识拓展 光呼吸代谢主要途径
光呼吸代谢途径是在叶绿体、过氧化物酶体、线粒体3种细胞器的协同参与下完成的。(1)在叶绿体中:光照条件下,O2和RUBP(C5)在Rubisc作用下形成磷酸乙醇酸,进而生成乙醇酸(C2)。(2)在过氧化物酶体中:乙醇酸被氧化成乙醛酸和H2O2,H2O2被分解成O2和H2O;在转氨酶作用下,乙醛从谷氨酸中得到氨基成为甘氨酸。(3)在线粒体中:两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放CO2。
27.(2018课标全国Ⅲ,29,9分)回答下列问题:
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的 上,该物质主要捕获可见光中的 。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知:当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均 。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是 。
(3)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度 (填“高”或“低”)。
答案 (1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低 (3)低
解析 (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质是光合色素,这些色素分布在叶绿体的类囊体膜上,主要吸收可见光中的蓝紫光和红光。(2)由图可知,当叶面积系数小于a时,随着叶面积系数增加,群体光合速率与干物质积累速率均增加。群体干物质积累速率等于群体光合速率与群体呼吸速率之差,当叶面积系数超过b时,群体呼吸速率增加,群体光合速率不变,导致群体干物质积累速率降低。(3)通常,阴生植物利用弱光能力强,且阴生植物呼吸作用强度低,所以阴生植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度比阳生植物低。
28.(2018江苏单科,29,9分)图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H]),请回答下列问题:
(1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为 ,其中大多数高等植物的 需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中,细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到甲内,在 (填场所)组装;核编码的Rubisc(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内,在 (填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为 后进入乙,继而在乙的 (填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的 (填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括 (填序号)。
①C3的还原
②内外物质运输
③H2O裂解释放O2
④酶的合成
答案 (9分)
(1)叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素
(2)类囊体膜上 基质中
(3)丙酮酸 基质中 内膜上
(4)①②④
解析 本题主要考查叶绿体和线粒体的结构和功能以及光合作用和呼吸作用的过程。(1)甲为叶绿体,甲中能将光能转化为化学能的色素有叶绿素和类胡萝卜素,其中大多数高等植物叶绿素的合成需要光。(2)参与光反应中心的蛋白分布于叶绿体的类囊体膜上,参与催化CO2固定的酶分布于叶绿体的基质中。(3)由甲(叶绿体)输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为丙酮酸后进入乙(线粒体),在线粒体的基质中被彻底分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,其中的能量最终可在乙(线粒体)的内膜上经有氧呼吸的第三阶段转移到ATP中。(4)由图知,乙(线粒体)产生的ATP可被甲(叶绿体)内的耗能过程利用,C3的还原、内外物质的主动运输及胞吞和胞吐、酶的合成均消耗ATP,H2O裂解释放O2的过程属于光反应,可以合成ATP。
29.(2017课标全国Ⅰ,30,9分)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是 。甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率 (填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是 。
答案 (1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之降低 大于0
(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加
解析 该题主要考查影响光合作用和呼吸作用的环境因素。(1)甲、乙植物在同一密闭小室中适宜条件下照光培养,由于植物进行光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量,因此密闭小室中的CO2浓度降低,植物的光合速率也随之降低;甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,当甲种植物净光合速率为0时,对应的CO2浓度大于乙种植物的CO2补偿点,故乙种植物净光合速率大于0。(2)在光照条件下植物进行光合作用释放O2,使小室中的O2浓度升高,而有机物分解产生的NADH在有氧呼吸第三阶段中需与O2结合而形成水,所以O2增多时,有氧呼吸会增加。
易错警示 植物补偿点分为光补偿点和CO2补偿点两种。植物光合作用需要光,原料之一是CO2。光照较强、CO2充足时,光合作用吸收CO2的速率大于呼吸作用释放CO2的速率。当光照强度降低时,光合速率降低,当光合速率降至与呼吸速率相等时达到“光补偿点”。同理CO2浓度降低时,光合速率也会降低,当光合速率降至与呼吸速率相等时达到“CO2补偿点”。
30.(2017课标全国Ⅱ,29,9分)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题:
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是 、 、 、 ,[H]代表的物质主要是 。
(2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成发生在A过程,还发生在 (填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是 。
答案 (1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或答:还原型辅酶Ⅰ)
(2)C和D
(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
解析 本题考查的内容涉及植物细胞的光合作用,呼吸作用过程中物质和能量的变化。(1)根据题目示意图可知,过程A和B分别代表光合作用的光反应和暗反应。①是水光解的产物且不参与暗反应,则①是氧气,②和③分别是合成NADPH、ATP的原料,即②是NADP+,③是ADP和磷酸,④参与CO2的固定,为C5,参与有氧呼吸第三阶段的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)在植物的叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体,产生ATP的过程有光合作用的光反应(A过程),还有发生在细胞质基质(C)和D(线粒体)中的有氧呼吸过程。(3)在缺氧条件下,C中的丙酮酸可以转化为酒精和CO2。
知识拓展 [H]的生成及种类
光合作用中的[H]是NADPH;呼吸作用中的[H]主要是NADH,光合作用的光反应中水光解生成NADPH,作为还原剂还原C3生成(CH2O),呼吸作用中第一阶段和第二阶段生成NADH,作为还原剂还原O2生成H2O。
31.(2016课标全国Ⅱ,31,8分)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用,进行了如下实验:用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液,并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色,之后将等量的浅绿色溶液分别加入7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草,另一支不加水草,密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来,并放在距日光灯100 cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响,回答下列问题:
(1)本实验中,50 min后1号试管的溶液是浅绿色,则说明2至7号试管的实验结果是由 引起的;若1号试管的溶液是蓝色,则说明2至7号试管的实验结果是 (填“可靠的”或“不可靠的”)。
(2)表中X代表的颜色应为 (填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”),判断依据是 。
(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下水草 。
答案 (8分)
(1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的
(2)黄色 水草不进行光合作用,只进行呼吸作用,溶液中CO2浓度高于3号管
(3)光合作用强度等于呼吸作用强度,吸收与释放的CO2量相等
解析 本题考查光照强度对光合速率的影响,用BTB(溴麝香草酚蓝)指示CO2浓度。(1)题中距日光灯的距离表示光照的强弱。1号试管没有水草,为空白对照组;2号试管遮光,其内水草不能进行光合作用,但能进行呼吸作用;3~7号试管内的水草在不同强度的光照条件下,光合作用强度与呼吸作用强度的差值大小引起各试管颜色的变化。若1号试管的溶液是蓝色,说明光照能导致CO2减少,那么,2至7号试管颜色的变化并不全是光合作用和呼吸作用所致,实验结果并不可靠。(2)2号试管在遮光条件下,水草不能进行光合作用,但能进行呼吸作用,50 min后试管内CO2较多,溶液颜色应为黄色。判断的依据是2号试管与3号试管只有一个自变量(是否遮光),2号试管比3号试管CO2多。(3)5号试管溶液颜色在照光前后没有变化,说明CO2浓度不变,因此推测水草光合作用吸收CO2的量等于呼吸作用释放CO2的量。
方法技巧 分析表格,找出表格中自变量和因变量,再分析表格中数据变化的规律,必要时,可将表格转化成坐标曲线图分析;提升对实验结果的处理能力;注意表格数据的定量分析和定性分析。
32.(2015北京理综,31,16分)(16分)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗转换条件下CO2吸收量的变化,每2 s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。
(1)在开始检测后的200 s内,拟南芥叶肉细胞利用光能分解 ,同化CO2。而在实验的整个过程中,叶片可通过 将储藏在有机物中稳定的化学能转化为 和热能。
(2)图中显示,拟南芥叶片在照光条件下CO2吸收量在 μml·m-2·s-1范围内,在300 s时CO2 达到2.2 μml·m-2·s-1。由此得出,叶片的总(真正)光合速率大约是 μml CO2·m-2·s-1。(本小题所填数值保留至小数点后一位)
(3)从图中还可看出,在转入黑暗条件下100 s以后,叶片的CO2释放 ,并达到一个相对稳定的水平,这提示在光下叶片可能存在一个与在黑暗中不同的呼吸过程。
(4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自于叶绿体中的五碳化合物,可利用 技术进行研究。
答案 (16分)(1)水 细胞呼吸 ATP中的化学能
(2)0.2~0.6 释放量 2.4~2.8
(3)逐渐减少
(4)14C同位素示踪
解析 (1)有光条件下,叶肉细胞既进行光合作用,又进行呼吸作用。光合作用过程分解H2O,同化CO2。呼吸作用过程则将储藏在有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。(2)分析题图,拟南芥叶片在照光条件下,CO2吸收量在0.2~0.6 μml·m-2·s-1范围内,此值为净光合速率。在300 s时CO2的释放量达到2.2 μml·m-2·s-1,该值为呼吸速率,则得出叶片的总(真正)光合速率约为2.2+(0.2~0.6)=2.4~2.8(μml·m-2·s-1)。(3)由图知,转入黑暗100 s后,叶片CO2释放量逐渐减少,随后达到一个相对稳定水平。(4)为追踪CO2中C元素的来源,可利用同位素标记法进行研究。
33.(2014课标全国Ⅱ,29,10分,0.667)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。
据图回答下列问题:
(1)当CO2浓度为a时,高光强下该植物的净光合速率为 。CO2浓度在a~b之间时,曲线 表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时,曲线B和C所表示的净光合速率不再增加,限制其增加的环境因素是 。
(3)当环境中CO2浓度小于a时,在图示的3种光强下,该植物呼吸作用产生的CO2量 (填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测,在温室中,若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量,还应该同时考虑 这一因素的影响,并采取相应措施。
答案 (1)0 A、B和C (2)光强 (3)大于 (4)光强
解析 (1)由图可知,当CO2浓度为a时,高光强下该植物的净光合速率为0;CO2浓度在a~b之间时,曲线A、B和C都表示净光合速率随CO2浓度的增高而增高。(2)对比A、B、C 3条曲线可知,当CO2浓度大于c时,限制B、C净光合速率增加的环境因素为光强。(3)当环境中CO2浓度小于a时,在图示的3种光强下,该植物净光合速率都小于0,说明该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)由图可以看出光强和CO2浓度都会影响植物的光合作用,所以在温室栽培植物时,可通过控制光强和CO2浓度等措施来提高产量。
方法技巧 注意利用数学模型法分析同一条曲线的升、降或平的变化,掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响光合作用的因素时,一般情况下,纵坐标表示的量未达到饱和时,限制因素是横坐标所表示的因素,当达到饱和后,限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
34.(2014山东理综,26,11分)(11分)我省某经济植物光合作用的研究结果如图。

(1)图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的 上。需先用 (填溶剂名称)提取叶片中的色素,再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时,叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是 。据图分析,该植物可通过 以增强对弱光的适应能力。
(2)图乙表示初夏某天在遮光50%条件下,温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。8:00到12:00光照强度增强而净光合速率降低,主要原因是 。18:00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器有 。
(3)实验过程中,若去除遮光物,短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3化合物含量 。
答案 (1)类囊体膜(或类囊体,基粒) 无水乙醇(或丙酮) 叶绿素a 增加叶绿素含量 (2)呼吸作用增强,光合速率与呼吸速率的差值减小 线粒体、叶绿体 (3)减少
解析 (1)叶绿体中的色素存在于类囊体膜(或类囊体、基粒)上;叶绿体中的色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇(丙酮)来提取;溶解度越大的色素在滤纸上扩散得越快,叶绿素a与叶绿素b相比,叶绿素a扩散快,溶解度较大;从图中可知,遮光越多,叶绿素含量越高。(2)8:00到12:00光照强度增高,总光合速率增强,呼吸作用也增强,总光合速率与呼吸速率的差值减小,即净光合速率降低;18:00净光合速率为0,说明该植物呼吸作用强度=光合作用强度,故叶肉细胞内产生ATP的细胞器有叶绿体、线粒体。(3)去除遮光物,光照强度增强,产生更多的[H]和ATP,使C3还原加快,C3含量减少。
35.(2013山东理综,25,10分)大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线如图:
(1)阶段Ⅰ和Ⅲ大豆种子的鲜重增加明显。阶段Ⅰ中,水进入种子胚细胞的穿(跨)膜运输方式为 。阶段Ⅲ中,种子胚细胞内水的主要存在形式是 。
(2)阶段Ⅱ期间,大豆种子胚细胞合成的 解除种子休眠,促进种子萌发。阶段Ⅲ中根向地生长的原因是 分布不均,使根的近地侧生长受到 。
(3)若测得阶段Ⅱ种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3,则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为 。
(4)大豆幼苗在适宜条件下进行光合作用时,若突然停止CO2供应,短时间内叶绿体中C5和ATP含量的变化分别为 、 。大田种植大豆时,“正其行,通其风”的主要目的是通过 提高光合作用强度以增加产量。
答案 (1)自由扩散 自由水
(2)赤霉素(或GA) 生长素(或IAA) 抑制
(3)6∶1
(4)升高(或增加) 升高(或增加) 增加CO2浓度
解析 本题综合考查细胞代谢的相关知识。(1)水分跨膜运输的方式是自由扩散,阶段Ⅲ细胞代谢增强与胚细胞中自由水含量增多有关。(2)解除种子休眠、促进种子萌发的植物激素是赤霉素;根向地生长的机理是由于重力影响,使生长素分布不均,近地侧生长素浓度较高,由于根对生长素较敏感,所以近地侧根的生长受到抑制。(3)种子有氧呼吸吸收的O2量和释放的CO2量相等,设为m,则由题意知,无氧呼吸释放的CO2量为2m,无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖量分别是m和m/6,比例为6∶1。(4)光合作用过程中,突然停止CO2供应,短时间内叶绿体中C5含量升高、C3含量降低,由于光反应仍可合成ATP,但暗反应消耗量减少,故ATP含量升高;种植大豆时,通风可提高大田中的CO2浓度,从而提高光合作用强度。
36.(2013全国,31,9分)某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图如下(吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量)。
回答下列问题:
(1)在光照条件下,图形A+B+C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用 ,其中图形B的面积表示 。从图形C可推测该植物存在另一个 的途径。CO2进出叶肉细胞都是通过 的方式进行的。
(2)在上述实验中,若提高温度、降低光照,则图形 (填“A”或“B”)的面积变小,图形 (填“A”或“B”)的面积增大,原因是 。
答案 (1)固定CO2总量(1分) 呼吸作用放出的CO2量(2分) 释放CO2(1分,其他合理答案也给分) 自由扩散(1分) (2)A(1分) B(1分) 光合速率降低,呼吸速率增强(2分,其他合理答案也给分)
解析 本题考查光合作用和呼吸作用等相关知识。(1)图中A表示植物从外界吸收的CO2量,而光合作用利用的CO2量还包括细胞内呼吸作用等过程释放的CO2量,故A+B+C的面积表示的是光合作用利用的CO2总量,B、C的面积表示向外界释放的CO2量,遮光一段时间后CO2释放量稳定在B值,推知B的面积表示呼吸作用释放的CO2量,从图形C可推测该植物存在另一个释放CO2的途径。CO2进出叶肉细胞是通过自由扩散的方式进行的。(2)光照强度减弱,光合作用降低;温度升高,呼吸酶活性增强,呼吸作用增强,故降低光照,提高温度,图中A的面积变小、B的面积增大。
37.(2013浙江理综,30,14分)为研究某植物对盐的耐受性,进行了不同盐浓度对其最大光合速率、呼吸速率及根相对电导率影响的实验,结果见表。
注:相对电导率表示处理细胞与正常细胞渗出液体中的电解质含量之比,可反映细胞膜受损程度。
请据表分析回答:
(1)表中最大光合速率所对应的最小光强度称为 。与低盐和对照相比,高盐浓度条件下,该植物积累有机物的量 ,原因是CO2被还原成 的量减少,最大光合速率下降;而且有机物分解增加, 上升。
(2)与低盐和对照相比,高盐浓度条件下,根细胞膜受损,电解质外渗,使测定的 升高。同时,根细胞周围盐浓度增高,细胞会因 作用失水,造成植物萎蔫。
(3)高盐浓度条件下,细胞失水导致叶片中的 增加,使气孔关闭,从而减少水分的散失。
答案 (1)光饱和点 减少 三碳糖 呼吸速率
(2)根相对电导率 渗透 (3)脱落酸
解析 本题主要考查光合作用、呼吸作用、渗透失水,以及细胞失水与脱落酸的关系等相关知识。(1)最大光合速率所对应的最小光强度称为光饱和点。植物有机物的积累量=光合产生量-呼吸消耗量,通过对表中相关数据的处理计算,与低盐和对照相比,高盐浓度条件下,植物有机物的积累量减少。分析其原因:一方面随着盐浓度的升高,CO2被还原成三碳糖的量减少,最大光合速率下降;另一方面,随着盐浓度的升高,呼吸速率上升,有机物分解增加。(2)由题表可知,随着盐浓度的升高,根相对电导率随之升高。分析其原因,应是高盐浓度条件下,根细胞膜受损,电解质外渗,引发根相对电导率升高。与此同时,随着根细胞周围盐浓度增高,植物细胞会因渗透作用失水,造成植物萎蔫。(3)由已有知识可知,高盐浓度条件下,细胞失水可导致叶片中的脱落酸增加,而脱落酸的增加又促使气孔关闭,从而减少水分的散失。
38.（2021山东，21，8分）光照条件下，叶肉细胞中02与C02竞争性结合C5，02与C5结合后经一系列反应释放C02的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的C02量表示，SBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
（1）光呼吸中C5与02结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片C02释放量先增加后降低，C02释放量增加的原因是 。
（2）与未喷施 SBS 溶液相比，喷施 100 mg/L SBS溶液的水稻叶片吸收和放出C02量相等时所需的光照强度 （填：“高”或“低”），据表分析，原因是 。
（3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案 （1）基质光照停止，产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多（2）低 喷施SBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸（及呼吸作用）释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 （3）100~300
解析：（1）C5与CO2结合发生在叶绿体基质中，光呼吸中O2与CO2竞争性结合C5，则C5与O2结合也发生在叶绿体的基质中。分析已知条件（突然停止光照）和结果（叶片CO2释放量变化）之间的逻辑关系：突然停止光照→光反应产生的ATP、[H]（或NADPH）减少→C3还原受阻，含量增加→消耗的C5减少→光呼吸C5与O2结合增加→CO2增多。（2）与未喷施SBS溶液相比，喷施100mg/LSBS溶液的水稻叶片光合作用强度增加（由18.9变为了20.9），光呼吸强度降低（由6.4变为6.2），即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。（3）光合作用合成有机物，光呼吸会消耗有机物，为探究SBS溶液利于增产的最适喷施浓度，需要在光合作用强度与光呼吸强度差值最大值的两侧浓度之间进一步进行实验，即100~300mg/L之间。
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
0.35
选项
实验名称
观察指标
A
探究植物细胞的吸水和失水
细胞壁的位置变化
B
绿叶中色素的提取和分离
滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄
C
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌培养液的浑浊程度
D
观察根尖分生组织细胞有丝分裂
纺锤丝牵引染色体的运动
样品
叶绿素a(mg·g-1)
叶绿素b(mg·g-1)
上层
0.199
0.123
中层
0.228
0.123
下层
0.684
0.453
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
pH
5.8(对照)
4.0
3.0
2.0
桃树
2.20(100)
2.19(99.55)
2.13(96.82)
1.83(83.18)
腊梅
3.65(100)
3.58(98.08)
3.44(94.25)
2.95(80.82)
木樨
1.07(100)
1.07(100)
1.05(98.13)
0.96(89.72)
实验方案
对照组(光照时数:小时/天,6天)
实验组(光照时数: X小时/天,6天)
A.
10
4≤X<10设置梯度
B.
10
8≤X<10,
10C.
10
10D.
10
10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
处理
指标
光饱和点
(klx)
光补偿点
(lx)
低于5 klx光
合曲线的斜率
(mg CO2·dm-2·
hr-1·klx-1)
叶绿素含量
(mg·dm-2)
单株光
合产量
(g干重)
单株叶光
合产量
(g干重)
单株果实
光合产量
(g干重)
不遮阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮阴2小时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮阴4小时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
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
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μml·m-2·s-1
1 200
1 180
560
623
品种
光照处理
叶绿素a含量
(mg/cm2)
叶绿素b含量
(mg/cm2)
类胡萝卜素总含量
(mg/cm2)
光合作用速率
[μml CO2/(m2·s)]
A
正常光照
1.81
0.42
1.02
4.59
A
弱光照
0.99
0.25
0.46
2.60
B
正常光照
1.39
0.27
0.78
3.97
B
弱光照
3.80
3.04
0.62
2.97
对照组
实验组一
实验组二
实验组三
实验组四
实验
处理
温度/℃
36
36
36
31
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验
结果
光合速率/
mg CO2·
dm-2·h-1
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
项目
原核细胞
真核细胞
选项
细胞壁、
细胞膜
细胞壁主要成分为肽聚糖;细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架
植物细胞细胞壁的主要成分为纤维素和果胶;细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架
A正确
DNA存
在形式
裸露存在;
拟核:大型环状
质粒:小型环状
在细胞核中和蛋白质等结合形成染色体(质);在线粒体、叶绿体中裸露存在
B正确
细胞器
有核糖体,无其他细胞器,蛋白质在核糖体上合成
有核糖体和其他细胞器,蛋白质在核糖体上合成
C正确
细胞增
殖方式
一般为二分裂
有丝分裂
D错误
物种
指标
马尾松
苦槠
石栎
青冈
光补偿点(μml·m-2·s-1)
140
66
37
22
光饱和点(μml·m-2·s-1)
1 425
1 255
976
924
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
菌株
ATP
NADH
NADPH
初始蓝细菌
626
32
49
工程菌K
829
62
49
反应部位
(1)
叶绿体的类囊体膜
线粒体
反应物
葡萄糖
/
丙酮酸等
反应名称
(2)
光合作用的光反应
有氧呼吸的部分过程
合成ATP的
能量来源
化学能
(3)
化学能
终产物
(除ATP外)
乙醇、CO2
(4)
(5)
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光灯的距离(cm)
20
遮光*
100
80
60
40
20
50 min后试管中溶液的颜色
浅绿色
X
浅黄色
黄绿色
浅绿色
浅蓝色
蓝色
盐浓度
(mml·L-1)
最大光合速率
(μml CO2·m-2·s-1)
呼吸速率
(μml CO2·m-2·s-1)
根相对电导率
(%)
0(对照)
31.65
1.44
27.2
100
36.59
1.37
26.9
500
31.75
1.59
33.1
900
14.45
2.63
71.3