高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用[55]随堂练习题

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[重难点击] 影响光合作用的环境因素以及光合作用原理的实践应用。
一 探究光照强弱对光合作用强度的影响
多种环境因素对光合作用有着重要的影响，其中光照的影响最为重要。
1.光合作用强度的表示方法
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(单位时间内光合作用产生的有机物的量,单位时间内光合作用吸收CO2的量,单位时间内光合作用放出O2的量))
2.探究光照强弱对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。
(2)实验流程
打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出(直径＝1 cm)
↓
抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2)等
↓
小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水
↓ 的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底
强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含CO2的清水，各放入
10片小圆形叶片，用强、中、弱三种光照分别照射
↓
观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量
(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量越多，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。
3.结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：
(1)说出各点代表的生物学意义
①A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。
②B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点。
③C点：是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。
(2)说出各线段代表的生物学意义
①OA段：呼吸作用强度。
②AB段：随光照增强，光合作用增强，但仍比呼吸作用弱。
③BD段：光合作用强度继续随光照强度的增强而增加，而且光合作用强度大于呼吸作用。
④DE段：光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。
归纳提炼
1.除了光照强度对光合作用有一定影响外，光谱成分也对光合作用强度有影响。红光和蓝紫光有利于光合作用，绿光不适合光合作用。太阳光中各种色光均衡，对植物最有利。
2.光合作用速率或称光合作用强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用生成有机物的量(通常用释放多少O2或消耗多少CO2来表示)。包括表观光合作用速率和真正光合作用速率，它们和光照强度的关系如下图：
活学活用
1.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下CO2吸收和释放的情况如图1所示。图2所示细胞发生的情况与图1曲线中AB段(不包括A、B两点)相符的一项是( )
问题导析 (1)图1中A点细胞只进行细胞呼吸，与图2中的B图相对应。
(2)AB段呼吸作用强度大于光合作用强度，线粒体产生的二氧化碳除了供给叶绿体利用外，还有部分释放到细胞外，对应图2中的A图。
(3)B点表示光补偿点，光合作用强度和呼吸作用强度相等，线粒体产生的二氧化碳恰好供给叶绿体利用，对应图2中的C图。
(4)C点光合作用强度大于呼吸作用强度，对应图2中的D图。
答案 A
解析 图中AB段光合作用强度小于呼吸作用强度，呼吸作用产生的CO2除进行光合作用，还有部分排出。
二 其他环境因素对光合作用强度的影响、光合作用原理的应用
1.除光照外，其他环境因素也会影响光合作用
(1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35 ℃左右)。
答案 如图所示
(2)二氧化碳浓度
在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而增加；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加。
(3)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响ATP的合成；缺少Mg会影响叶绿素的合成。
小贴士 内部因素对光合作用也有着重要的影响，主要包括色素的种类和含量、酶的数量、C5的含量等。如叶龄对叶片光合能力的影响就是内部因素综合作用的结果。
(4)多因素对光合速率的影响
①图甲中，当光照强度低于P点时，三条曲线重合，说明此时限制光合速率的因素是光照强度；当光照强度高于Q点时，此时限制光合速率的因素主要是温度。
②综合上述坐标曲线可知：P点之前时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随其不断加强，光合速率不断提高。当到Q点之后时，要想提高光合速率，可采取适当提高除横坐标之外的其他因素。
2.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来
3.化能合成作用
(1)自养生物和异养生物
①自养生物：绿色植物等能将二氧化碳和水等无机物合成糖类等有机物的生物称为自养生物。
②异养生物：人、动物、真菌和大多数的细菌，只能利用现成的有机物来维持自身的生命活动，属于异养生物。
(2)化能合成作用
①自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
②实例：硝化细菌
硝化细菌能利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸过程中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。
归纳提炼
影响光合作用的因素eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(内部因素,环境因素\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(光照,二氧化碳浓度,温度,水、矿质元素))))
活学活用
2.一般来说，光照增强，光合作用增强。但在夏天光照最强的中午，光合作用反而下降。其原因是( )
A.蒸腾作用太强，体内水分不足
B.酶的活性降低
C.气孔关闭，氧释放不出，抑制光反应
D.气孔关闭，CO2不足
问题导析 光照增强→蒸腾作用随之增强→水分散失加快→为防止植物体萎蔫，气孔关闭→CO2进入叶肉细胞减少→影响了暗反应。
答案 D
解析 光照增强，蒸腾作用随之增强，从而避免叶片被灼伤，但炎热中午光照过强时，为了防止植物体内水分过度散失，造成萎蔫、干枯，通常植物进行适应性调节，气孔关闭(此时水分主要通过叶表面表皮细胞直接蒸发散失，降低叶表面温度)。虽然光反应产生了足够的[H]和ATP，但因气孔关闭，CO2进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少，影响了暗反应中糖类的产生。
当堂检测
1.将叶面积相等的甲、乙两种植物的叶片分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的光照，下列有关说法正确的是( )
A.甲、乙两叶片的光合作用强度一定相同
B.甲、乙两叶片的光合作用强度都将逐渐下降
C.若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲叶片的呼吸强度一定比乙低
D.若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲固定CO2的能力较乙低
答案 B
解析 在密闭小室中，由于光合作用的进行，CO2浓度降低，光合作用强度逐渐下降。
2.硝化细菌的同化作用与绿色植物的主要区别在于( )
A.利用的原料不同 B.合成的产物不同
C.利用的能源不同 D.产生的ATP不同
答案 C
解析 光合作用和化能合成作用均能将CO2和H2O合成为储存着能量的有机物，但两者的能量来源不同：光合作用利用光能，硝化细菌利用化学能。
3.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是( )
A.光反应强度升高，暗反应强度降低
B.光反应强度降低，暗反应强度降低
C.光反应强度不变，暗反应强度降低
D.光反应强度降低，暗反应强度不变
答案 B
解析 镁是叶绿素的组成成分，缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低，进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。
4.如图为光合作用强度与光照强度之间关系的曲线，光照强度在n点时，限制光合作用强度进一步升高的主要因素是( )
①光照强度 ②CO2浓度 ③温度 ④O2浓度
A.②③ B.③④ C.①② D.②④
答案 A
解析 光合作用受光照、温度、CO2浓度和无机盐等因素影响。n点时，随着光照强度增加，光合作用强度不再增加，说明光照强度不是限制因素。
5.“茶宜高山之阴，而喜日阳之早”，安徽盛产茶叶，科技人员为提高茶叶品质和产量，对茶树进行了如图所示的有关研究。请据图回答下列问题：
(1)植物的光合速率受光照强度、CO2浓度和温度等因素的影响，其中光照强度直接影响光合作用的________________过程，CO2浓度直接影响光合作用的__________________过程。
(2)如图所示，从8：00开始到10：00左右，净光合速率不断升高并出现第一个高峰。影响的主要环境因素是光照强度逐渐增加、____________、__________________等。
(3)中午时分，光合速率下降，出现光合“午休”现象。从图中的曲线分析，主要原因是气温升高，植物为减少水分散失，气孔部分关闭，导致_____________________________。
(4)至下午15：00左右，净光合速率回升出现第二个高峰，但峰值较低，限制的主要因素可能是气温过高，呼吸作用增强，光照减弱以及_______________________________等。
(5)某兴趣小组的同学查资料得知茶树喜阴湿环境，他们设想，如在茶园空隙处间行种植一些高秆作物如玉米等，
不仅可以增加经济收入，还可能有效缓解茶树的光合“午休”现象。他们欲利用学校的一块正方形茶园进行探究，请完善以下实验：
①将该茶园均分为东、西两块，分别标为A组、B组，其中B组为实验组，A组为对照组。
②________________________________________________________________________，
对两组进行相同的栽培管理。
③在玉米生长的不同时期，分别测量A、B两组茶树的________________和胞间CO2浓度。
④如果____________________________________________________________________，
则说明他们的设想是正确的，原因可能是间作玉米能提高____________________，降低光照强度和局部温度，提高茶叶的胞间CO2浓度等。
答案 (1)光反应 暗反应 (2)气温回升 CO2浓度适宜 (3)胞间CO2浓度降低 (4)胞间CO2浓度较低 (5)②A组不处理，B组间行种植适量的玉米 ③净光合速率 ④B组的净光合速率和胞间CO2浓度高于A组 环境的空气湿度
解析 (1)光合作用中，光照强度直接影响光合作用的光反应过程，CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度和温度等。(3)炎热夏季中午，气温升高，植物为减少水分散失，气孔部分关闭，导致胞间CO2浓度降低，光合速率下降，这就是植物的光合“午休”现象。(4)炎热夏季午后，光合“午休”结束，植物净光合速率回升出现第二个高峰，但由于气温过高，呼吸作用增强，光照减弱及胞间CO2浓度较低，净光合速率峰值较低。(5)该实验的自变量是茶树林是否间种玉米，因变量是茶树的净光合速率和胞间CO2浓度。实验组茶树间种适量的玉米，对照组不做任何处理。如果实验组茶树净光合速率和胞间CO2浓度高于对照组，则说明同学们的设想是正确的，原因可能是间作玉米能提高环境空气湿度，降低光照强度和局部温度，提高茶叶的胞间CO2浓度等。
40分钟课时作业
基础过关
知识点一 探究光照强弱对光合作用强度的影响
1.将生长旺盛的叶片，剪成5毫米见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理(见下图及图注)。这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是( )
答案 C
解析 光合作用的正常进行需要光、二氧化碳和水的参与。无光条件下植物的光合作用不能进行，也就不能产生氧气，因而叶片不能上浮，故将选项B和D排除掉；在选项A和C中，A中是煮沸过的自来水，其中二氧化碳的含量少，相比之下C中二氧化碳含量多，光合作用相对旺盛，故产生的O2比A多，所以C中叶片最先上浮。
2.将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室内，调节小室内CO2浓度，在适宜的光照强度下测定叶片光合作用强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.如果光照强度适当降低，A点左移，B点左移
B.如果光照强度适当降低，A点左移，B点右移
C.如果光照强度适当增强，A点右移，B点右移
D.如果光照强度适当增强，A点左移，B点右移
答案 D
解析 A点、B点分别是CO2补偿点、CO2饱和点，在A点浓度下光合速率等于呼吸速率；B点浓度时，光合速率达到最大。如果光照强度适当降低，则光合作用强度会降低，A点应右移，B点左移；如果光照强度适当增强，则光合作用强度会增加，A点左移，B点右移。
3.将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照和充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内的C3含量突然上升，这是由于( )
①光反应停止，不能形成[H]和ATP ②光反应仍进行，形成ATP和[H] ③暗反应仍进行，CO2与C5结合，继续形成C3 ④C3的还原停止，由于缺少[H]和ATP，不能继续将C3还原成糖类等有机物，因此积累了许多C3
A.④③② B.③②①
C.①③④ D.①③
答案 C
解析 当突然停止光照时，光反应会立即停止。由于停止光照前光反应产生了一定量的[H]和ATP，因此，暗反应仍能进行一段时间。但当[H]和ATP被耗尽以后，C3就不能继续被还原成糖类等有机物，而CO2仍能与C5结合生成C3，由于这两种原因，从而使C3大量积累，含量突然上升。
知识点二 其他环境因素对光合作用强度的影响、光合作用原理的应用
4.如图表示三株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验目的的叙述，最准确的是( )
A.证明光合作用的必需条件是CO2
B.证明光合作用的速率随CO2浓度增高而增大
C.证明过多的CO2会阻碍光合作用
D.证明NaOH能促进光合作用
答案 B
解析 NaHCO3浓度越高，则钟罩内CO2的浓度越高，NaOH的作用是吸收钟罩内的CO2，所以三组实验的变量是钟罩内CO2浓度，从大到小依次为Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ，最终结果应是CO2浓度的高低对光合作用强度的影响不同。
5.一种在叶绿体内与光合作用有关的酶，其活性受到pH及镁离子浓度的影响如图所示。据图分析，试推测与夜晚相比，叶绿体内的pH及镁离子浓度在白天最可能发生下列哪一种变化( )
A.pH不变，镁离子浓度不变
B.pH下降，镁离子浓度下降
C.pH下降，镁离子浓度上升
D.pH上升，镁离子浓度上升
答案 D
解析 植物在白天光合作用旺盛，说明相关酶的催化活性较高，故pH上升，镁离子浓度上升。
6.炎热夏季中午，因失水过多会导致植物气孔关闭，此时叶肉细胞( )
A.三碳化合物含量上升
B.光反应产物不能满足暗反应的需求
C.有机物积累速率明显下降
D.叶绿体基质中ADP含量增加
答案 C
解析 炎热夏季中午，因失水过多会导致植物气孔关闭，此时叶肉细胞中二氧化碳的浓度减小，二氧化碳的固定减弱，三碳化合物含量下降；这时光反应正常进行，ATP和[H]的量没有变，光反应产物相对过剩，ATP的利用减少，叶绿体基质中ADP含量减少。
7.下图是某种细菌内发生的生化反应，据此判断它是________生物( )
A.自养厌氧 B.异养厌氧
C.自养需氧 D.异养需氧
答案 C
解析 该细菌是化能合成菌。
能力提升
8.如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列相关分析正确的是( )
A.在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B.在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C.在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D.因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用
答案 C
解析 在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合作用速率逐渐增大；在b～c段，单独增加光照或温度可能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降；凡是活细胞都能进行呼吸作用。
9.如图为在不同条件下，光合作用速率随光照强度的变化而变化的曲线(Y表示除光照强度外的其他因素)。下列有关分析不正确的是( )
A.在OA段，限制光合作用速率的主要因素是光照强度，而不是Y
B.在AB段，限制光合作用速率的主要因素有光照强度和Y
C.在BC段，限制光合作用速率的主要因素是Y，而不是光照强度
D.Y可表示不同的温度或二氧化碳的浓度，其中Y1>Y2>Y3
答案 D
解析 OA段，光合作用速率主要取决于光照强度，而不是Y；AB段，光照强度和Y的改变都会影响光合作用速率；BC段，光照强度的改变不再影响光合作用速率；光合作用速率随温度的升高而升高，超过一定温度后，光合作用速率随温度的升高而下降，Y2不一定比Y1低。
10.下列关于化能合成作用的叙述，正确的是( )
A.进行化能合成作用的生物为细菌、真菌
B.化能合成的生物利用无机物中的化学能
C.硝化细菌能将二氧化碳和水合成糖类
D.进行化能合成作用的生物属于异养生物
答案 C
解析 进行化能合成作用的生物是自然界中少数种类的细菌，利用无机物氧化时释放的化学能将CO2和水合成糖类，这些细菌属于自养生物。
11.请据图回答有关植物光合作用和细胞呼吸的问题：
(1)图甲中光反应的场所是___________，a、b物质参与暗反应中的___________过程。
(2)图乙中A过程的场所是______________，ATP产生量最多的是________(填字母)过程。写出图乙过程的总反应式____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图丙表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速率与光照强度、温度的关系。在温度为10 ℃时，光照强度大于________千勒克司后，该植物光合速率不再随光照强度增加而增加。当温度为20 ℃时，光照强度由4千勒克司瞬时上升到12千勒克司，此刻该植物叶绿体内C5的含量将__________。当温度为30 ℃、光照强度小于12千勒克司时，限制该植株光合速率的因素是______________。
答案 (1)叶绿体的类囊体薄膜上 三碳化合物(C3)的还原 (2)细胞质基质 C C6H12O6＋6O2＋6H2Oeq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋12H2O＋能量 (3)4 升高(或增加) 光照强度
解析 图甲表示叶绿体中光反应与暗反应的过程，其中a、b物质分别表示[H]和ATP，光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行。在暗反应中利用[H]和ATP将C3还原为糖类等有机物。图乙表示有氧呼吸的物质变化过程，A、B、C分别表示有氧呼吸的第一、二、三阶段。有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，ATP产生量最多的是有氧呼吸的第三阶段。图丙中，温度为10 ℃，光照强度为4千勒克司时达到光饱和点，大于此光照强度，光合速率不再随光照强度的增加而增加；温度为20 ℃时，随着光照强度的增强，光反应产生的[H]和ATP增多，促进了C5的合成，而C5的消耗不变，故C5含量升高。
12.图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答下列问题。
(1)甲图曲线中C点和E点(外界环境中CO2浓度变化为零)处，植株处于何种生理活动状态？
________________________________________________________________________。
(2)根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的__________段，其中光合作用强度最高的是__________点，植株干重最大的是__________点。
(3)乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为______________________，以致光反应产生的____________和__________逐渐减少，从而影响了暗反应的进行，使五碳化合物数量减少，影响了CO2的固定。
(4)乙图曲线中间E点光合作用强度暂时降低，可能是因为______________________。
答案 (1)细胞呼吸释放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量 (2)BF D E (3)光照强度逐渐减弱 ATP [H] (4)温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了CO2原料的供应
解析 本题主要考查影响光合作用的因素：CO2浓度、光照强度，以及光合速率、呼吸速率和表观光合速率的关系(表观光合速率＝光合速率－呼吸速率)。首先，要认真看清坐标的含义，然后进行曲线分析；其次，要把光合作用和细胞呼吸联系起来考虑，并对两个生理过程进行的条件和时间进行分析，注意光合作用制造有机物的量与有机物总积累量之间的联系和区别；第三，乙图的E点CO2吸收量降低的机理，不仅要从外界因素的全天变化情况及此时的限制因素考虑，还要联系植株的其他生理活动进行思考。
个性拓展
13.下面的甲、乙、丙三图分别表示几种环境因素对小麦光合作用速率的影响，除各图中所示因素外，其他因素均控制在适宜范围。请据图回答以下问题：
(1)甲图P点，限制小麦光合速率的因素为____________；乙图Q点，高CO2浓度条件下，若要进一步提高小麦光合作用速率，可尝试采取的措施是____________________；预计丙图Q点之后三条曲线的走势为________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)干旱初期，小麦光合速率下降的主要原因可以用________图来说明，其具体解释是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)除上述因素外，________________________________________也是影响光合作用速率的主要因素之一。
答案 (1)光照强度 适当调节环境温度 三条曲线都会随着温度升高而呈逐渐下降趋势 (2)乙 干旱初期，小麦叶片气孔逐渐关闭，导致小麦体内CO2浓度降低，光合作用速率下降 (3)必需矿质元素的供应
解析 (1)甲图中，3个温度在P点光合速率相同，因而温度不是限制P点光合速率的因素，限制因素应为光照强度。由乙图中高CO2浓度曲线Q点可知，此时CO2浓度、光照强度不再是光合作用的限制因素，唯有提高温度方可提高光合速率。温度继续升高，将影响酶的活性，因而丙图Q点之后，三条曲线均呈逐渐下降趋势。(2)干旱可引起气孔关闭，体内CO2浓度降低，光合速率下降，可用乙图说明。(3)除了光照强度、温度、CO2浓度外，必需矿质元素的供应也可成为光合作用的影响因素。