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2024届人教版高考生物一轮复习光合作用的色素与基本过程作业（不定项）含答案
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这是一份2024届人教版高考生物一轮复习光合作用的色素与基本过程作业（不定项）含答案，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时微练(九) 光合作用的色素与基本过程
一、选择题:本题共5小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.2,6⁃二氯酚靛酚是一种蓝色染料,能被还原剂还原成无色。从叶绿体中分离出类囊体,置于2,6⁃二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放。此实验证明( )
A.光合作用在类囊体上进行
B.光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C.光反应能产生还原剂和O2
D.光合作用与叶绿体基质无关
解析 光反应的场所是类囊体薄膜,但不能说明光合作用的场所是类囊体,A项错误;根据题中信息无法判断光合作用产物O2中的氧元素的来源,B项错误;由题意可知,将类囊体置于2,6⁃二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放可知,光反应能产生还原剂和O2,C项正确;本实验中没有对照实验,得不出光合作用和叶绿体基质的关系,D项错误。
答案 C
2.(2023·广州调研)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,正确的是( )
A.绿叶中的色素在滤纸上分离的原理是不同色素在层析液中溶解度不同
B.画滤液细线时,应连续、迅速地重复画1~2次,保证滤纸条上有足量的色素
C.层析时应加盖并适当摇晃烧杯,以加快层析速度
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素带会很快随溶剂的挥发而消失
解析 绿叶中色素分离的原理是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上扩散得快,反之则慢,A项正确;画滤液细线时,应该等上次画的滤液干后再画,B项错误;层析时应加盖但不能摇晃烧杯,避免滤液细线触及层析液,C项错误;层析完毕后应迅速记录结果的原因是叶绿素在光下容易分解,而不是叶绿素带会随溶剂的挥发而消失,D项错误。
答案 A
3.实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程:将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和pH 7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解,产生氧气等,溶液中的DCIP被还原,颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某种除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应,实验结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A.相同浓度除草剂处理下,单位时间内溶液颜色变化快的品种受除草剂抑制效果更明显
B.与品种乙相比,除草剂抑制品种甲类囊体膜的功能较强
C.除草剂浓度为K时,品种乙的叶绿体能产生三碳糖
D.不用除草剂处理时,品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲
解析 由分析希尔反应基本过程可知,该溶液未添加二氧化碳或碳酸氢根离子,因此该过程仅进行光反应,不进行碳(暗)反应。此外测试的溶液中仅含叶绿体,不含线粒体,因此放氧速率即为光反应速率。显然颜色变化越快,说明水的分解速率较快,即光反应速率较快,说明除草剂的抑制效果不明显;该反应主要涉及光反应,故可猜测除草剂主要抑制类囊体膜的功能,而且从图上可看出品种甲的放氧速率下降比较快,所以除草剂对甲的抑制作用比较强;该过程不涉及碳(暗)反应,甲、乙叶绿体中均无三碳糖产生;当除草剂浓度为零时,可以从图中看出两个品种的放氧速率相同。
答案 B
4.生物制氢有良好的发展前景,NADPH在产氢酶的作用下可以产生H2,O2会降低产氢酶的催化活性。下面是利用生物制氢的两种方法:①真核生物绿藻在光照条件下可以产生H2;②一些厌氧微生物在黑暗环境下,能将多种有机物通过无氧呼吸产生各种有机酸,同时产生大量的H2。下列相关叙述正确的是( )
A.绿藻在光照条件下产生NADPH的场所是叶绿体基质
B.在厌氧微生物产H2的过程中,无氧呼吸的产物不会影响产氢酶的活性
C.当绿藻细胞内的C3含量突然下降时,可能原因是突然停止光照或增大CO2的供应
D.利用厌氧微生物制氢可以避免氧气的干扰
解析 光照条件下,绿藻光合作用产生NADPH的场所是叶绿体的类囊体薄膜,A项错误;厌氧微生物无氧呼吸产生有机酸,导致溶液pH降低,影响产氢酶的活性,B项错误;突然增大CO2的供应,CO2的固定加快,生成的C3会增多。突然停止光照,C3的还原减弱,C3的含量增多,C项错误;厌氧微生物产H2的优点是不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产气量大,D项正确。
答案 D
5.铁氰化钾试剂不能透过叶绿体膜,研究者将胀破的叶绿体置于不含CO2的铁氰化钾溶液中,在光下释放氧气,同时黄色的铁氰化钾因被还原而褪色。下列叙述正确的是( )
A.该实验模拟了暗反应的物质变化过程
B.释放氧气的过程发生在叶绿体基质中
C.实验说明水的光解和糖的合成相关联
D.推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用
解析 该实验模拟了光反应的物质变化过程,产生NADPH还原黄色的铁氰化钾,A项错误;释放氧气的过程属于光反应,场所在类囊体薄膜上,B项错误;该实验只说明水的光解,没有体现糖的合成,无法判断他们之间的联系,C项错误;黄色的铁氰化钾因被还原而褪色,NADPH具有还原作用,推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用,D项正确。
答案 D
二、选择题:本题共4小题,在每小题给出的四个选项中,有一个或多个选项符合题目要求。
6.下列有关叶绿体结构和功能的叙述,正确的是( )
A.研究植物叶绿体中所含色素的种类可用同位素标记法
B.叶绿体的类囊体薄膜上的光合色素分子可吸收、传递和转化光能
C.叶绿体的类囊体薄膜上能发生NADP+转化为NADPH的过程
D.叶绿体内CO2中C元素的转移途径是CO2→C5→(CH2O)
解析 研究植物叶绿体中所含色素的种类可用纸层析法,A项错误;叶绿体的类囊体薄膜上分布的光合色素分子可吸收、传递和转化光能,B项正确;叶绿体的类囊体薄膜上能进行光反应,可发生NADP+转化为NADPH的过程,C项正确;光合作用的暗反应中CO2中C元素的转移途径是CO2→C3→(CH2O),D项错误。
答案 BC
7.中科院天津工业生物所在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉的非自然全合成。研究团队采用类似“搭积木”的方式,利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成一碳(C1)化合物,然后通过设计构建一碳聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将一碳化合物聚合成三碳(C3)化合物,最后通过生物途径优化,将三碳化合物聚合成六碳(C6)化合物,进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)。下列说法正确的是( )
A.可以采用放射性同位素示踪法研究淀粉合成过程中CO2中氧的转移途径
B.光合作用与淀粉合成新途径中,C3化合物的来源和去路均相同
C.光合作用与淀粉合成新途径中,能量转换方式和还原剂作用对象均存在差异
D.直链淀粉和支链淀粉的区别在于组成它们的单体的排列顺序不同
解析 可以通过放射性同位素示踪法标记14C研究淀粉合成过程中CO2中碳的转移途径,因氧元素无放射性,所以不能采用放射性同位素示踪法,A项错误;光合作用中C3来源于二氧化碳的固定,去路为C3的还原生成C6,淀粉合成新途径中C3来源于C1聚合,去路为聚合为C6,二者不完全相同,B项错误;光合作用中能量由光能转化为电能转化为ATP中活跃的化学能,最后转化为有机物中稳定的化学能,还原剂作用对象为C3,淀粉合成新途径中光能转化为电能转化为有机物中稳定的化学能,还原剂作用对象为二氧化碳,二者均存在差异,C项正确;直链淀粉和支链淀粉的区别在于它们的空间结构不同,单体均为葡萄糖,排列顺序均相同,D项错误。
答案 C
8.CAM植物是具景天酸代谢途径的植物,多为多浆液植物。其气孔在夜间开放吸收CO2,然后借助PEP羧化酶与PEP结合,形成OAA(草酰乙酸),再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸,并进入液泡。第二天光照后,气孔关闭,但前一晚形成的苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成CO2参与卡尔文循环。其具体过程如图所示。据图分析,下列相关说法正确的是( )
A.夜间,CAM植物细胞液泡的pH会下降
B.图中C是丙酮酸,RuBP存在于叶绿体的类囊体薄膜上
C.CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是细胞质基质和线粒体
D.CAM植物的这一特性,使它们更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长
解析 CAM植物气孔夜间开放,CO2借助PEP羧化酶与PEP结合形成OAA,再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸并进入液泡,故液泡的pH会下降,A项正确;RuBP存在于叶绿体基质中,B项错误;细胞呼吸产生CO2的场所为线粒体,白天,苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成CO2,C项正确;具有景天酸代谢途径的植物能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长,D项正确。
答案 ACD
9.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况,结果如下表所示。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
大量3⁃磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
多种磷酸化糖类
3
60
除上述多种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析,下列叙述错误的是( )
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组实验照光后需对小球藻进行处理保证酶的活性,才能测定放射性物质分布
C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析 提取表格中的关键词“三碳化合物”“磷酸化糖类”“氨基酸、有机酸等”,据此推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段,A项正确;由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物,要想准确测定放射性物质的分布,必须使酶失去活性,阻断后续的反应,B项错误;CO2进入叶绿体后,最初形成的产物应该是三碳化合物,C项错误;第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类,还有其他物质,D项正确。
答案 BC
三、非选择题
10.植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照下叶肉细胞吸收O2,释放CO2。由于这种反应需叶绿体参与,并与光合作用同时发生,故称光呼吸。Rubisco是一个双功能的酶,具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP(C5)既可与CO2结合,经此酶催化生成PGA(C3),进行光合作用;又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光呼吸。具体过程如图:
(1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为 ,该过程发生在 (填场所)中。Rubisco也可以催化RuBP与O2反应,推测O2与CO2比值 (填“高”或“低”)时,有利于光呼吸而不利于光合作用。
(2)分析下表, 遮光比例条件下植物积累的有机物最多,结合已学的生物学知识和图中的信息,从两个方面解释为什么该条件下比不遮光条件下积累的有机物多?
。
遮光比
例(%)
叶绿素含
量(mg/g)
净光合速率
(μmol·m-2·s-1)
植株干
重(g)
0
2.1
8.0
7.5
10
2.3
9.6
9.9
30
2.4
8.9
9.2
50
2.6
5.0
7.2
70
2.9
2.7
4.8
90
3.0
0
3.2
(3)在干旱和过强光照下,因为温度高,蒸腾作用强,气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的 ,光呼吸产生的 又可以作为暗反应阶段的原料,因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物也有重要的正面意义。
解析 (1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为CO2的固定,该过程发生在叶绿体基质中。由图示分析可知,RuBP也可以与O2在Rubisco酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光呼吸,当氧气含量较高时,有利于光呼吸而不利于光合作用。(2)分析表格数据可知,当遮光比例条件为10%时,植物的净光合速率最大,因此该条件下植物积累的有机物最多。适当遮光能够提高叶绿素的含量,还能够抑制光呼吸,从而增强光合效率。(3)在干旱和过强光照下,因为温度高,蒸腾作用强,气孔大量关闭,二氧化碳吸收减少,暗反应阶段减弱。此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH,另外光呼吸产生的二氧化碳又可以作为暗反应阶段的原料。
答案 (1)CO2的固定 叶绿体基质 高 (2)10% 适当遮光可以提高叶绿素的含量增强光合效率,同时可以抑制光呼吸进而提高光合效率 (3)ATP和NADPH CO2
11.(科学探究)叶绿体中的GAP脱氢酶(以下简称为G酶)是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶,因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某学习小组为探究光照对叶绿体中G酶活性的影响,将正常生长的盆栽花生在暗处放置24 h后,再给予光照和黑暗处理,并定时剪取叶片测定叶绿体中G酶的活性,结果如图所示。回答下列问题。
(1)从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用 法。G酶分布于叶绿体的 (填“基粒”或“基质”)中。
(2)构建体外测定叶绿体中G酶活性的反应体系时,除了需要G酶、缓冲物质与酶保护剂外,下列哪些成分及相关条件也是必需的? (填序号)。
①ATP ②NADPH ③C3 ④C5 ⑤适宜的光照 ⑥适宜的温度
(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照,叶绿体中NADPH的生成量会增加,原因是 。
(4)学习小组建议在大棚栽培花生时,可适当延长光照时间以提高产量。请根据图中实验结果说明该建议的合理性。
解析 (1)常采用差速离心法分离细胞中的细胞器。据题干信息,叶绿体中的G酶是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶,而暗反应的场所是叶绿体基质,因此该酶分布于叶绿体基质中。(2)暗反应过程中CO2首先与植物体内的C5结合,形成C3,在G酶的催化作用下,C3接受ATP释放的能量并被NADPH还原,因此在测定叶绿体中G酶活性的反应体系中,除了加入G酶、缓冲物质与酶保护剂外,还应加入C3、NADPH和ATP,且该反应需要在适宜的温度条件下进行,故选①②③⑥。(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照,光照后,叶绿体中的色素吸收光能,光合色素吸收的光能的用途之一是将水分解成氧和H+,H+与NADP+结合形成NADPH,故叶绿体中NADPH的生成量会增加。(4)据图分析可知,在光照条件下,叶绿体中G酶活性较高,适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH,将更多的C3还原成有机物,因此在大棚栽培花生时,可适当延长光照时间以提高产量。
答案 (1)差速离心 基质 (2)①②③⑥ (3)光照后,叶绿体中的色素吸收光能,水在光下分解生成NADPH (4)光照条件下,叶绿体中G酶活性较高,适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH,将更多的C3还原成有机物。
课时微练(九) 光合作用的色素与基本过程
一、选择题:本题共5小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.2,6⁃二氯酚靛酚是一种蓝色染料,能被还原剂还原成无色。从叶绿体中分离出类囊体,置于2,6⁃二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放。此实验证明( )
A.光合作用在类囊体上进行
B.光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C.光反应能产生还原剂和O2
D.光合作用与叶绿体基质无关
解析 光反应的场所是类囊体薄膜,但不能说明光合作用的场所是类囊体,A项错误;根据题中信息无法判断光合作用产物O2中的氧元素的来源,B项错误;由题意可知,将类囊体置于2,6⁃二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放可知,光反应能产生还原剂和O2,C项正确;本实验中没有对照实验,得不出光合作用和叶绿体基质的关系,D项错误。
答案 C
2.(2023·广州调研)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,正确的是( )
A.绿叶中的色素在滤纸上分离的原理是不同色素在层析液中溶解度不同
B.画滤液细线时,应连续、迅速地重复画1~2次,保证滤纸条上有足量的色素
C.层析时应加盖并适当摇晃烧杯,以加快层析速度
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素带会很快随溶剂的挥发而消失
解析 绿叶中色素分离的原理是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上扩散得快,反之则慢,A项正确;画滤液细线时,应该等上次画的滤液干后再画,B项错误;层析时应加盖但不能摇晃烧杯,避免滤液细线触及层析液,C项错误;层析完毕后应迅速记录结果的原因是叶绿素在光下容易分解,而不是叶绿素带会随溶剂的挥发而消失,D项错误。
答案 A
3.实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程:将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和pH 7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解,产生氧气等,溶液中的DCIP被还原,颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某种除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应,实验结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A.相同浓度除草剂处理下,单位时间内溶液颜色变化快的品种受除草剂抑制效果更明显
B.与品种乙相比,除草剂抑制品种甲类囊体膜的功能较强
C.除草剂浓度为K时,品种乙的叶绿体能产生三碳糖
D.不用除草剂处理时,品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲
解析 由分析希尔反应基本过程可知,该溶液未添加二氧化碳或碳酸氢根离子,因此该过程仅进行光反应,不进行碳(暗)反应。此外测试的溶液中仅含叶绿体,不含线粒体,因此放氧速率即为光反应速率。显然颜色变化越快,说明水的分解速率较快,即光反应速率较快,说明除草剂的抑制效果不明显;该反应主要涉及光反应,故可猜测除草剂主要抑制类囊体膜的功能,而且从图上可看出品种甲的放氧速率下降比较快,所以除草剂对甲的抑制作用比较强;该过程不涉及碳(暗)反应,甲、乙叶绿体中均无三碳糖产生;当除草剂浓度为零时,可以从图中看出两个品种的放氧速率相同。
答案 B
4.生物制氢有良好的发展前景,NADPH在产氢酶的作用下可以产生H2,O2会降低产氢酶的催化活性。下面是利用生物制氢的两种方法:①真核生物绿藻在光照条件下可以产生H2;②一些厌氧微生物在黑暗环境下,能将多种有机物通过无氧呼吸产生各种有机酸,同时产生大量的H2。下列相关叙述正确的是( )
A.绿藻在光照条件下产生NADPH的场所是叶绿体基质
B.在厌氧微生物产H2的过程中,无氧呼吸的产物不会影响产氢酶的活性
C.当绿藻细胞内的C3含量突然下降时,可能原因是突然停止光照或增大CO2的供应
D.利用厌氧微生物制氢可以避免氧气的干扰
解析 光照条件下,绿藻光合作用产生NADPH的场所是叶绿体的类囊体薄膜,A项错误;厌氧微生物无氧呼吸产生有机酸,导致溶液pH降低,影响产氢酶的活性,B项错误;突然增大CO2的供应,CO2的固定加快,生成的C3会增多。突然停止光照,C3的还原减弱,C3的含量增多,C项错误;厌氧微生物产H2的优点是不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产气量大,D项正确。
答案 D
5.铁氰化钾试剂不能透过叶绿体膜,研究者将胀破的叶绿体置于不含CO2的铁氰化钾溶液中,在光下释放氧气,同时黄色的铁氰化钾因被还原而褪色。下列叙述正确的是( )
A.该实验模拟了暗反应的物质变化过程
B.释放氧气的过程发生在叶绿体基质中
C.实验说明水的光解和糖的合成相关联
D.推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用
解析 该实验模拟了光反应的物质变化过程,产生NADPH还原黄色的铁氰化钾,A项错误;释放氧气的过程属于光反应,场所在类囊体薄膜上,B项错误;该实验只说明水的光解,没有体现糖的合成,无法判断他们之间的联系,C项错误;黄色的铁氰化钾因被还原而褪色,NADPH具有还原作用,推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用,D项正确。
答案 D
二、选择题:本题共4小题,在每小题给出的四个选项中,有一个或多个选项符合题目要求。
6.下列有关叶绿体结构和功能的叙述,正确的是( )
A.研究植物叶绿体中所含色素的种类可用同位素标记法
B.叶绿体的类囊体薄膜上的光合色素分子可吸收、传递和转化光能
C.叶绿体的类囊体薄膜上能发生NADP+转化为NADPH的过程
D.叶绿体内CO2中C元素的转移途径是CO2→C5→(CH2O)
解析 研究植物叶绿体中所含色素的种类可用纸层析法,A项错误;叶绿体的类囊体薄膜上分布的光合色素分子可吸收、传递和转化光能,B项正确;叶绿体的类囊体薄膜上能进行光反应,可发生NADP+转化为NADPH的过程,C项正确;光合作用的暗反应中CO2中C元素的转移途径是CO2→C3→(CH2O),D项错误。
答案 BC
7.中科院天津工业生物所在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉的非自然全合成。研究团队采用类似“搭积木”的方式,利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成一碳(C1)化合物,然后通过设计构建一碳聚合新酶,依据化学聚糖反应原理将一碳化合物聚合成三碳(C3)化合物,最后通过生物途径优化,将三碳化合物聚合成六碳(C6)化合物,进一步合成直链和支链淀粉(Cn化合物)。下列说法正确的是( )
A.可以采用放射性同位素示踪法研究淀粉合成过程中CO2中氧的转移途径
B.光合作用与淀粉合成新途径中,C3化合物的来源和去路均相同
C.光合作用与淀粉合成新途径中,能量转换方式和还原剂作用对象均存在差异
D.直链淀粉和支链淀粉的区别在于组成它们的单体的排列顺序不同
解析 可以通过放射性同位素示踪法标记14C研究淀粉合成过程中CO2中碳的转移途径,因氧元素无放射性,所以不能采用放射性同位素示踪法,A项错误;光合作用中C3来源于二氧化碳的固定,去路为C3的还原生成C6,淀粉合成新途径中C3来源于C1聚合,去路为聚合为C6,二者不完全相同,B项错误;光合作用中能量由光能转化为电能转化为ATP中活跃的化学能,最后转化为有机物中稳定的化学能,还原剂作用对象为C3,淀粉合成新途径中光能转化为电能转化为有机物中稳定的化学能,还原剂作用对象为二氧化碳,二者均存在差异,C项正确;直链淀粉和支链淀粉的区别在于它们的空间结构不同,单体均为葡萄糖,排列顺序均相同,D项错误。
答案 C
8.CAM植物是具景天酸代谢途径的植物,多为多浆液植物。其气孔在夜间开放吸收CO2,然后借助PEP羧化酶与PEP结合,形成OAA(草酰乙酸),再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸,并进入液泡。第二天光照后,气孔关闭,但前一晚形成的苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成CO2参与卡尔文循环。其具体过程如图所示。据图分析,下列相关说法正确的是( )
A.夜间,CAM植物细胞液泡的pH会下降
B.图中C是丙酮酸,RuBP存在于叶绿体的类囊体薄膜上
C.CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是细胞质基质和线粒体
D.CAM植物的这一特性,使它们更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长
解析 CAM植物气孔夜间开放,CO2借助PEP羧化酶与PEP结合形成OAA,再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸并进入液泡,故液泡的pH会下降,A项正确;RuBP存在于叶绿体基质中,B项错误;细胞呼吸产生CO2的场所为线粒体,白天,苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成CO2,C项正确;具有景天酸代谢途径的植物能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长,D项正确。
答案 ACD
9.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况,结果如下表所示。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
大量3⁃磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
多种磷酸化糖类
3
60
除上述多种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析,下列叙述错误的是( )
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组实验照光后需对小球藻进行处理保证酶的活性,才能测定放射性物质分布
C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析 提取表格中的关键词“三碳化合物”“磷酸化糖类”“氨基酸、有机酸等”,据此推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段,A项正确;由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物,要想准确测定放射性物质的分布,必须使酶失去活性,阻断后续的反应,B项错误;CO2进入叶绿体后,最初形成的产物应该是三碳化合物,C项错误;第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类,还有其他物质,D项正确。
答案 BC
三、非选择题
10.植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照下叶肉细胞吸收O2,释放CO2。由于这种反应需叶绿体参与,并与光合作用同时发生,故称光呼吸。Rubisco是一个双功能的酶,具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP(C5)既可与CO2结合,经此酶催化生成PGA(C3),进行光合作用;又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光呼吸。具体过程如图:
(1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为 ,该过程发生在 (填场所)中。Rubisco也可以催化RuBP与O2反应,推测O2与CO2比值 (填“高”或“低”)时,有利于光呼吸而不利于光合作用。
(2)分析下表, 遮光比例条件下植物积累的有机物最多,结合已学的生物学知识和图中的信息,从两个方面解释为什么该条件下比不遮光条件下积累的有机物多?
。
遮光比
例(%)
叶绿素含
量(mg/g)
净光合速率
(μmol·m-2·s-1)
植株干
重(g)
0
2.1
8.0
7.5
10
2.3
9.6
9.9
30
2.4
8.9
9.2
50
2.6
5.0
7.2
70
2.9
2.7
4.8
90
3.0
0
3.2
(3)在干旱和过强光照下,因为温度高,蒸腾作用强,气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的 ,光呼吸产生的 又可以作为暗反应阶段的原料,因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物也有重要的正面意义。
解析 (1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为CO2的固定,该过程发生在叶绿体基质中。由图示分析可知,RuBP也可以与O2在Rubisco酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光呼吸,当氧气含量较高时,有利于光呼吸而不利于光合作用。(2)分析表格数据可知,当遮光比例条件为10%时,植物的净光合速率最大,因此该条件下植物积累的有机物最多。适当遮光能够提高叶绿素的含量,还能够抑制光呼吸,从而增强光合效率。(3)在干旱和过强光照下,因为温度高,蒸腾作用强,气孔大量关闭,二氧化碳吸收减少,暗反应阶段减弱。此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH,另外光呼吸产生的二氧化碳又可以作为暗反应阶段的原料。
答案 (1)CO2的固定 叶绿体基质 高 (2)10% 适当遮光可以提高叶绿素的含量增强光合效率,同时可以抑制光呼吸进而提高光合效率 (3)ATP和NADPH CO2
11.(科学探究)叶绿体中的GAP脱氢酶(以下简称为G酶)是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶,因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某学习小组为探究光照对叶绿体中G酶活性的影响,将正常生长的盆栽花生在暗处放置24 h后,再给予光照和黑暗处理,并定时剪取叶片测定叶绿体中G酶的活性,结果如图所示。回答下列问题。
(1)从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用 法。G酶分布于叶绿体的 (填“基粒”或“基质”)中。
(2)构建体外测定叶绿体中G酶活性的反应体系时,除了需要G酶、缓冲物质与酶保护剂外,下列哪些成分及相关条件也是必需的? (填序号)。
①ATP ②NADPH ③C3 ④C5 ⑤适宜的光照 ⑥适宜的温度
(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照,叶绿体中NADPH的生成量会增加,原因是 。
(4)学习小组建议在大棚栽培花生时,可适当延长光照时间以提高产量。请根据图中实验结果说明该建议的合理性。
解析 (1)常采用差速离心法分离细胞中的细胞器。据题干信息,叶绿体中的G酶是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶,而暗反应的场所是叶绿体基质,因此该酶分布于叶绿体基质中。(2)暗反应过程中CO2首先与植物体内的C5结合,形成C3,在G酶的催化作用下,C3接受ATP释放的能量并被NADPH还原,因此在测定叶绿体中G酶活性的反应体系中,除了加入G酶、缓冲物质与酶保护剂外,还应加入C3、NADPH和ATP,且该反应需要在适宜的温度条件下进行,故选①②③⑥。(3)将花生植株在暗处放置24 h后给予光照,光照后,叶绿体中的色素吸收光能,光合色素吸收的光能的用途之一是将水分解成氧和H+,H+与NADP+结合形成NADPH,故叶绿体中NADPH的生成量会增加。(4)据图分析可知,在光照条件下,叶绿体中G酶活性较高,适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH,将更多的C3还原成有机物,因此在大棚栽培花生时,可适当延长光照时间以提高产量。
答案 (1)差速离心 基质 (2)①②③⑥ (3)光照后,叶绿体中的色素吸收光能,水在光下分解生成NADPH (4)光照条件下,叶绿体中G酶活性较高,适当延长光照时间能够使植物利用更多的NADPH,将更多的C3还原成有机物。
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