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2024届人教版高考生物一轮复习光合作用作业含答案
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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作业含答案，共42页。试卷主要包含了光合作用强度受环境因素的影响等内容，欢迎下载使用。
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
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
2.(2019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
3.(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( )
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
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
4.(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
5.(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
6.(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Rubisco。下列叙述正确的是( )
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
答案 D
7.(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
8.(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
9.(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
10.(2019海南,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
11.(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。
12.(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
13.(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。
14.(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
15.(2021全国乙,29,11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。
16.(2020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 。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m-2·s-1
1 200
1 180
560
623
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
17.(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
18.(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Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·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 μmol·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)3-磷酸甘油醛 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisco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Rubisco酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
19.(2021天津,15,10分)Rubisco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Rubisco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(即蓝藻)具有CO2浓缩机制,如图所示。
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Rubisco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Rubisco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
20.(2021山东,21,8分)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2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SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS
浓度
(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作
用强度
(CO2 μmol·
m-2·s-1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸
强度
(CO2 μmol·
m-2·s-1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
(1)光呼吸中C5与O2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CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是 。
(2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2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SoBS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](NADPH)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SoBS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,即叶片中的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
21.(2020北京,19,12分)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
创建D1合成新途径,提高植物光合效率
植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PS Ⅱ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PS Ⅱ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PS Ⅱ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PS Ⅱ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PS Ⅱ的修复,进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。
该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。
(1)光合作用的 反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与 形成的复合体吸收、传递并转化光能。
(2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。
(3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是: 。
(4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括 。
A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同
答案 (1)光 光合色素 (2)高温会造成叶绿体内ROS 的积累,ROS 既破坏D1 蛋白,又抑制psbA mRNA 的翻译。 (3)高温时,高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达,补充高温造成的D1不足,修复PSⅡ,提高光能利用率;非高温时低水平表达,避免不必要的物质和能量消耗 (4)A、B、C
考点2 光合作用与细胞呼吸
1.(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
2.(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
3.(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)NADPH(或答:还原型辅酶Ⅱ/[H])、O2、ATP (2)植物叶片产生的光合产物除运输至其他部位外,还要用于自身生长、发育等(其他答案合理均可) (3)干旱条件下,植物气孔开度减小,吸收的CO2减少;由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物的,因此,在同等干旱情况下,C4植物比C3植物更容易适应CO2浓度较低的情况
4.(2019全国Ⅱ,31,11分)回答下列与生态系统相关的问题。
(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自 ,生产者的能量可以直接流向 (答出2点即可)。
(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;
C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
答案 (1)太阳能 初级消费者、分解者 (2)生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
5.(2018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
6.(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)高(或多) 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素以适应弱光环境(或促进叶绿素相关基因的表达) (2)有机物[或糖类、或(CH2O)n] (3)培养条件 A组和C组 光照条件 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
7.(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
三年模拟
A组
一、选择题
1.(2023新疆二模,2)在高等植物的光合作用过程中,Rubisco(简称R酶)是催化CO2固定的酶。下列叙述正确的是( )
A.R酶分布于细胞质基质中
B.R酶在有无光照下都可以发挥作用
C.R酶催化CO2和C3形成C5
D.R酶催化CO2固定与ATP的水解相伴随
答案 B
2.(2023陕西渭南一模,5)如图为植物体内光合作用示意图,下列叙述错误的是( )
A.①可进入线粒体或出细胞,②可为暗反应提供能量
B.突然停止光照,短时间内C3的含量将增多
C.图示中的NADPH可进入线粒体中参与H2O的生成
D.14CO2中C元素转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)
答案 C
3.(2022四川师大附中零模,24)如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法错误的是( )
A.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
B.结构A释放的O2可进入线粒体
C.在有关酶的催化作用下,C3接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原
D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加
答案 D
4.(2022陕西西安中学三模,4)油菜果实发育所需的有机物主要来源于果皮的光合作用。如图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,第36天后果皮逐渐变黄。下列推论合理的是( )
A.第12天后果实呼吸速率下降是由温度改变使酶活性下降引起的
B.第24天果实光合作用固定的CO2量比第12天的CO2固定量高
C.第36天后果实中生长素的含量将逐渐增加,促进果实成熟
D.第48天时果实光合速率较低的原因之一是果皮叶绿素含量较低
答案 D
5.(2023四川绵阳三模,2)某科研小组将以菠菜绿叶为材料制备的完整叶绿体悬浮液均分为两组:甲组为对照组;乙组加入适量磷酸(Pi),都在适宜温度和光照等条件下,用14C标记的14CO2供其进行光合作用,然后追踪检测放射性,结果发现乙组(CH2O)/C3的值以及14C标记有机化合物的量均明显高于甲组。下列叙述错误的是( )
A.差速离心获取的叶绿体应置于等渗悬浮溶液中
B.叶绿体主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用
C.Pi将乙组C3化合物还原,导致(CH2O)/C3的值高于甲组
D.Pi提高乙组的ATP生成速率,导致14C标记有机化合物的量高于甲组
答案 C
6.(2023陕西临潼、阎良模拟预测,5)将玉米的PEPC酶(与CO2的固定有关)基因与PPDK酶(催化CO2初级受体“PEP”的生成)基因导入水稻后,在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻的净光合速率影响如图甲;图乙是在光照为1 000 Lux下测得温度影响净光合速率的变化曲线(净光合速率是指植物光合作用积累的有机物﹐是总光合速率减去呼吸速率的值)。下列相关叙述错误的是( )
A.PEPC酶在转双基因水稻叶肉细胞的叶绿体基质中发挥作用
B.将温度调整为35 ℃,重复图甲相关实验,A点会向左下方移动
C.与原种水稻相比,转双基因水稻更适宜栽种在强光照环境中
D.图甲温度条件下,转双基因水稻与原种水稻的呼吸作用强度相等
答案 B
二、非选择题
7.(2023四川宜宾二诊,29)1880年,德国科学家恩格尔曼做了水绵实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵,他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中;如果把临时装片放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光部位。
(1)恩格尔曼的上述实验直接证明了 。
(2)某同学重复做了恩格尔曼的另一个实验,他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,他会观察到大量的好氧细菌聚集在 区域。
(3)水绵细胞叶绿体呈螺旋带状分布,需要从水库、稻田等自然水体中大量吸收Mg2+用于合成相关化合物,该过程消耗的ATP是在 (填场所)中产生的,其吸收Mg2+的方式是 。
(4)请用简洁的方式(文字和箭头)表示水绵细胞光合作用过程中O元素的转移途径: 。
(5)某同学利用新鲜的水绵进行色素提取和分离实验,结果发现滤纸条上色素带颜色过浅,其原因可能有 (至少答两点)。
答案 (1)氧气由叶绿体所释放,且叶绿体是进行光合作用的场所 (2)红光和蓝紫光 (3)细胞质基质和线粒体 主动运输 (4)H218O18O2、C18O2C3(CH218O)+H218O (5)①没加入二氧化硅;②画滤液细线次数太少;③提取时无水乙醇加得太多
8.(2023内蒙古包头一模,29)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去除果实后对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果如图1和图2。
图1
图2
(1)研究光合产物从“源”分配到“库”时,给叶片供应14CO2,14CO2以 方式进入叶绿体后,先与 结合而被固定,形成的产物还原为糖需利用光反应产生的 。在本实验中,选用14CO2的原因是 。
(2)由图1和图2可知,随着去除果实百分率的提高,叶片光合速率 、叶片中 增加。已知叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用,综合上述实验结果推测随着去除果实百分率的提高会导致叶片光合速率降低的原因是 。
答案 (1)自由扩散 五碳化合物 NADPH和ATP CO2作为光合作用的原料,14C能够被仪器检测 (2)逐渐下降 含14C的光合产物量 随着去除果实百分率的提高,叶片光合产物利用量减少,输出量降低,进而在叶片中积累。叶片中光合产物的积累会抑制光合作用
9.(2023四川成都石室中学三诊,29)不同植物在长期的自然选择中形成了不同的适应特征。图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图,图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻。回答下列问题:
(1)将玉米的绿色叶片进行色素的提取与分离实验时,发现提取液色素浓度较低,可能的不当操作是 (答出1点即可)。
(2)据题意推测,与水稻相比,玉米的CO2补偿点 (填“较高”或“较低”);遇到高温干旱天气时,光合作用强度变化最小的是 植物。
(3)图2中曲线A、B、C分别对应的植物种类是 。图2中,在0点到4点期间,A组植物的光合速率 (填“>”“=”或“<”)呼吸速率。在12点到14点期间,B组植物CO2吸收速率增加的原因可能是 。
答案 (1)无水乙醇加入量过多(或叶片少或没加入二氧化硅) (2)较低 景天科 (3)景天科植物、水稻、玉米 < 气孔开放
10.(2023陕西西安中学三模,29)阳生植物是指要求充分的直射阳光才能生长或生长良好的植物,而阴生植物则是在较弱光照下比在强光照下生长良好的植物。某同学利用一种阴生植物和一种阳生植物进行探究不同光照强度对光合速率的影响活动,实验结果如图。
(1)图中代表阴生植物的是曲线 。
(2)光合速率在一定光照强度下会达到饱和,达到饱和时的光合速率对应的光照强度称为 ,在该光照强度下限制光合速率的外界因素有 (答出两点)。
(3)在较低的光照强度下,图中光合作用吸收的CO2量为负值的原因是 。
(4)阴生植物通常生活在弱光照环境,发展出的叶绿体具有 的特征,这是一种生物对环境的适应现象。
答案 (1)b (2)光饱和点 温度、CO2浓度 (3)在较低的光照强度下,植物的总光合速率较低,小于植物的呼吸速率 (4)叶绿体基粒大、片层多(类囊体膜面积大),叶绿素含量较高
11.(2023陕西西安二模,29)某生物兴趣小组在实验室将生理状况相同的几个野生型黑藻WT分别放入装有一系列浓度梯度的NaHCO3溶液的锥形瓶中,密封后在适宜的光照强度下用O2传感器测定了不同CO2浓度条件下黑藻光合速率的变化,实验结果如图甲所示。之后他们又把野生型黑藻WT、突变体黑藻t1、突变体黑藻t2分别放在相同且适宜的光照条件下培养(叶绿体数量相同),观察叶绿体在叶肉细胞中的分布及测量受光面积,实验结果如图乙所示。请回答以下问题:
(1)图甲中用O2传感器测出的光合速率比黑藻实际的光合速率要小,原因是 。
(2)图甲中F点和E点相比,C3含量较 (填“高”或“低”),原因是 。F点产生的NADPH的作用有 。
(3)假设图乙的3组黑藻呼吸强度相同,CO2补偿点是指光合作用强度与呼吸作用强度相等时所需要的CO2浓度,由此推测, (填“WT”“t1”或“t2”)的CO2补偿点更低,原因是 。
答案 (1)黑藻同时进行呼吸作用消耗O2,测出的是净光合速率,而实际的光合速率等于净光合速率加呼吸速率 (2)高 F点和E点相比,CO2的固定速率增加,C3的还原速率不变 储存部分能量供暗反应阶段利用;还原C3 (3)t1 t1的叶绿体总受光面积最大,光合速率最大,它可利用最低的CO2浓度进行光合作用即可等于呼吸作用强度,故它的CO2补偿点是最低的
12.(2023陕西咸阳质检一,31)莲藕可被广泛用于观赏和食用。研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。图1表示在25 ℃时不同光照强度下突变体和普通莲藕的净光合速率。图2中A、B表示某光照强度下突变体与普通莲藕的气孔导度(可表示单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。回答下列问题:
(1)藕的气腔孔与叶柄中的气腔孔相通,因此藕主要进行 呼吸。在藕采收的前几天,向藕田灌水并割去荷叶的叶柄,有利于 ,提高藕的产量。
(2)图1中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,据题意推测引起这种差异的主要原因是 ,导致光反应减弱。
(3)据图2分析, (填“普通”或“突变体”)莲藕在单位时间内固定的CO2多,该过程发生的场所是 。若突然停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有 (填序号:①C5 ②ATP ③NADPH ④C3)。
(4)图1中,光照强度大于a时,突变体具有较高的净光合速率,推测可能的原因:一方面外界的 弥补了内部某些缺陷带来的不利影响,另一方面可能突变体的暗反应效率较高。
(5)提取普通莲藕叶绿体中的色素,用圆形滤纸层析分离色素,其装置如图3A所示,分离结果如图3B所示,①~④表示色素带。据题意分析,突变体的色素带中与普通莲藕具有较大差异的是 。(用图3B中编号表示)
答案 (1)有氧 减少氧气供应,降低呼吸作用,减少有机物的消耗 (2)突变体的叶绿素含量较低 (3)突变体 叶绿体基质 ①②③ (4)较强(充足)的光照 (5)③④
13.(2023四川成都摸底,43)三角褐指藻是一种海洋中的硅藻,科研人员用高光照强度200 μmol/(m2·s)和低光照强度50 μmol/(m2·s)分别驯化培养三角褐指藻一段时间后,测定两种藻的叶绿素a含量以及核酮糖-1,5二磷酸羧化酶活性,实验结果如图。回答下列问题:
图1
图2
(1)叶绿素a主要吸收的光是 ,在提取时需加入 以保证研磨充分。由图1分析可知,三角褐指藻适应低光照环境的机制是 。
(2)核酮糖-1,5二磷酸羧化酶是固定CO2的关键酶,根据实验结果分析, (填“高”或“低”)光照强度条件下该酶活性更高,通过 ,进而提高光合作用速率。在研究中可以通过直接测量 来表示植物的净光合作用速率。
(3)若给三角褐指藻提供H218O,一段时间后发现三角褐指藻细胞中的葡萄糖也出现了18O,用文字与箭头写出其转移途径: 。
答案 (1)红光和蓝紫光 二氧化硅 增加叶绿素a的含量,提高光能利用率 (2)高 促进CO2的固定,使暗反应速率加快 单位时间内二氧化碳吸收量(或氧气释放量或有机物积累量) (3)H218O→C18O2(→C3)→葡萄糖
B组
一、选择题
1.(2023青海西宁二模,2)当植物的光合速率大于呼吸速率时,植物积累有机物,从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.某植物叶片的净光合速率>0时,该植株的有机物可能会减少
B.呼吸作用最常利用的底物是葡萄糖,有氧呼吸的场所只在线粒体
C.玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D.有机物经呼吸作用彻底氧化分解后释放的能量大部分以热能形式散失
答案 B
2.(2023四川内江三模,3)如图表示水稻某细胞内甲、乙两个重要的生理过程,其中①~④代表不同的反应阶段。下列有关叙述错误的是( )
A.甲、乙两个生理过程产生的[H]是同一种物质
B.阶段②与阶段③的反应都发生在生物膜结构上
C.阶段①与阶段④的反应都不发生在生物膜结构上
D.在特定条件下,甲、乙两个生理过程可以被同时抑制
答案 A
3.(2022陕西咸阳模拟,8)在呼吸速率最大的温度条件下,某植物叶肉细胞在1 h内,CO2释放量、叶绿体O2产生量与光照强度的关系如图所示,下列叙述错误的是( )
A.图中O2产生量代表实际光合作用速率
B.光照强度为a时,呼吸速率大于光合速率
C.光照强度为b时,叶肉细胞固定的CO2量为8
D.降低温度时,O2的最大释放量将小于1
答案 D
4.(2022陕西汉中一检,6)密闭容器内的某绿色植物先经黑暗再经恒定光照处理,容器内氧气的变化量如图所示(光照对呼吸作用的影响可忽略不计)。下列说法错误的是( )
A.A点以后的短时间内,叶绿体内C5含量将增加
B.5~15 min内,叶绿体产生O2的平均速率是6×10-8 mol/min
C.若A点时向容器中加入适量的NaHCO3溶液,则植物放氧速率的变化是先增大后稳定
D.5~15 min内,该植物CO2固定速率先减小后降为零
答案 D
5.(2023四川成都摸底,18)红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述正确的是( )
A.当光照强度在a点时,持续光照一昼夜后人参干重增加
B.光强超过d点时,可能是温度限制了红松P/R值的增大
C.若适当增施含镁的肥料,一段时间后人参的a点右移
D.光照强度在c点时,红松和人参的光合速率有可能不同
答案 D
6.(2022陕西西安二模,3)如图表示在最适CO2浓度下,给予不同条件时紫罗兰光合速率变化的示意图。已知O~T3段为最适温度,下列分析错误的是( )
A.若实验过程中给紫罗兰提供14CO2,14C3先于14C5出现
B.由适宜光照变为较低光照时,短时间内C3与C5含量的比值将减小
C.若T3时刻改为降低温度,之后光合速率的变化趋势与图中大致相同
D.T2时刻后,叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快
答案 B
7.(2021陕西汉中联考,6)如图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度,光照强度不影响呼吸速率)的环境中,光合作用强度随CO2浓度变化的曲线图。下列相关叙述正确的是( )
A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞光合作用消耗的CO2全部来自其自身线粒体
B.25 ℃时,若光照强度适度增强,则N点将向左侧移动
C.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等
D.H点和L点对应条件下,限制光合作用强度的环境因素相同
答案 B
二、非选择题
8.(2023四川成都一诊,29)“大豆—玉米带状复合种植”模式能大幅提高农田的生产效益,该模式由若干生产单元构成,每个生产单元包含2~4行玉米带和2~6行大豆带。回答下列问题:
(1)植物细胞捕获光能的色素中,含量最高的色素主要吸收的光是 ,色素捕获的光能在类囊体膜上将转化为 。
(2)玉米和大豆具有不同的需肥特性,这与根细胞膜上的 直接相关。研究发现,“大豆—玉米带状复合种植”模式与玉米单作相比,氮肥施用量降低,氮元素进入玉米叶肉细胞后,能够用于合成 (答出两种)等直接参与光合作用的重要物质。
(3)采用“大豆—玉米带状复合种植”模式,既能保证玉米产量,又能扩大大豆生产,为达成这一目的,常常选择株型紧凑的玉米品种和耐阴的大豆品种,原因是 。
答案 (1)蓝紫光和红光 (ATP中活跃的)化学能 (2)载体蛋白种类和数量 叶绿素、酶、ATP(ADP)、NADPH (3)株型紧凑的玉米能增加单位面积的种植量;耐阴大豆能利用较弱光照进行光合作用
9.(2023四川绵阳模拟,29)玉米和花生间作(玉米和花生间行种植)是常见的种植方式。某实验小组对单作和间作的玉米及花生的光合速率进行了研究,结果如表。表格中的数据是在温度适宜条件下测得的,请回答:
光照强度
[μmol/(m2·s)]
0
4
8
12
16
20
24
单作玉米Pn
-4
10
18.9
28.6
36
35
36
间作玉米Pn
-5
10.5
19.5
34.8
42.6
44
44
单作花生Pn
-2.5
8.5
18.5
23.5
23.8
25
25
间作花生Pn
-4
14
21.8
22
22.5
22.5
22.5
注:Pn表示净光合速率,单位为μmol CO2/(m2·s)
(1)该实验的自变量是 。在光照强度大于16 μmol/(m2·s)以后,单作玉米净光合速率不再增大,限制因素可能有 (答出两点即可)。
(2)间作时玉米为高位植物,接受强光照射,而花生为低位植物,长期接受弱光照射。间作能提高光能的利用率,根据表中数据分析原因:间作既能显著提高玉米在 (填“强光”或“弱光”)下的净光合速率,又能提高花生在 (填“强光”或“弱光”)下的净光合速率。
(3)间作会降低花生的最大净光合速率,有人认为其原因是间作条件下,花生根系与玉米根系竞争无机盐导致了此现象的发生。为了探究上述设想,某同学设置了两组实验,甲组:花生与玉米间作,并进行隔根处理(隔离根系,使之互不影响),乙组(对照组): ,并对甲、乙两组实验中花生的最大净光合速率进行测定。若实验结果为 ,则可证明该设想正确。
答案 (1)种植方式(单作或间作)、光照强度 二氧化碳浓度、水分、酶的数量(答两点即可) (2)强光 弱光 (3)花生与玉米间作,不进行隔根处理 甲组净光合速率>乙组净光合速率
10.(2023四川眉山三模,29)“红薯与紫芽,远插墙四周。且放幽兰春,莫争霜菊秋”(宋·苏轼《和陶酬刘柴桑》)。红薯营养价值较高,深受人们喜爱。淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物,红薯叶片合成的有机物主要运向块根储存,图1是光合作用产物的形成及运输示意图。科研人员在适宜的温度、湿度等条件下,分别在光照强度为100 pmol·m-2·s-1(T100)、260 pmol·m-2·s-1(T260)、400 pmol·m-2·s-1(T400)和500 pmol·m-2·s-1(T500)下测定红薯植株的净光合速率和蒸腾速率,结果如图2所示。回答下列问题:
(1)图1中,②过程可为光反应的进行提供的物质是 。若给红薯叶片提供C18O2,块根中的淀粉会含18O,请写出元素18O转移的路径: (用图中相关物质的名称及箭头表示)。若将红薯的块根切除,发现叶肉细胞的光合速率减慢,分析原因可能是 。
(2)由图2可知,随着光照强度的增强,红薯植株的净光合速率的变化趋势是 。随着光照强度的增强,植物的蒸腾速率逐渐增加,其意义是 (答出一点即可)。
答案 (1)ADP、Pi和NADP+ C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉 叶肉细胞中光合产物积累,抑制暗反应的进行,从而使光合速率降低(合理即可) (2)在光照强度为T100~T400时,随光照强度的增大,红薯植株的净光合速率逐渐增大,在光照强度为T400~T500时,净光合速率基本不变(或增加不明显) 降低叶片的温度,防止强光灼烧叶片(避免气孔关闭,增强CO2的供应)
11.(2023陕西西安高新模拟,29)2021年9月24日,国际权威杂志《科学》刊登了有关中国科学家人工合成淀粉的重大科技突破成果论文,引起全球关注。科研团队设计出11步反应的人工合成淀粉新途径,光合作用(A)和人工合成淀粉的过程(B)如图。请回答下列问题:
(1)绿色植物光合作用中合成糖类的反应场所在 ;干旱初期光反应减弱的主要原因是 。图中人工固定CO2合成糖类的反应过程与卡尔文循环相似,可以推测人工合成淀粉过程中应加入 ,反应才能高效完成。
(2)绿色植物叶肉细胞中的光合色素能 太阳能;若要绘制光合色素的吸收光谱,可用不同波长的光照射光合色素的提取液,测量并计算光合色素 。
(3)若在与人工合成淀粉固定的CO2量相等的情况下,因为 ,导致植物光合作用合成淀粉的积累量 (填“高于”“低于”或“等于”)人工合成淀粉的积累量。
(4)按照目前的技术参数,在能量供给充足的条件下,理论上1 m3大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩(1亩≈666.67 m3)土地玉米种植的淀粉产量(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)。请从生产效益和环境保护两个方面分析该技术的研究对我国农业生产的重要意义: 。
答案 (1)叶绿体 部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降,NADPH和ATP积累,抑制光反应 与暗反应有关的酶 (2)吸收、传递和转化 对不同波长光的吸收率 (3)人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗糖类,而植物呼吸作用消耗糖类 低于 (4)解决粮食危机;避免农药、化肥等对环境的污染等
12.(2023宁夏银川一中二模,29)室内栽培吸毒草能有效清除甲醛污染。为研究其作用机制,科学家首先研究在密闭环境下吸毒草植株正常的呼吸作用和光合作用,并测定环境中CO2浓度变化,结果如图1所示;然后将用特殊方法处理的甲醛通入密闭环境,研究吸毒草清除甲醛的途径。科学家发现外源甲醛可以作为碳源参与吸毒草的光合作用,具体过程如图2所示(其中HCHO为甲醛,RU5P和HU6P是中间产物)。回答下列问题:
(1)d时间内完全光照组植株的平均实际光合速率是 ppm/s。
(2)图2中产生NADPH的场所是 。为追踪循环②中甲醛的碳同化路径,可采用的特殊处理方法是 。推测细胞同化甲醛(HCHO)的场所应是 。
(3)甲醛在被吸毒草利用的同时,也会对其生长产生一定的影响,为此科学家设计了甲醛胁迫下吸毒草生长情况的实验。甲醛脱氢酶(FALDH)是②过程中的关键酶,图3表示不同甲醛浓度下,该酶的活性相对值,图4是不同甲醛浓度下气孔导度(气孔的开放程度)的相对值。
根据实验结果推测甲醛胁迫下,吸毒草的抗逆途径为 。
答案 (1)(a-c)/d (2)类囊体薄膜(或基粒) (放射性)同位素标记法 叶绿体基质 (3)吸毒草通过降低气孔的开放程度,减少甲醛的吸收;同时提高FALDH的活性,增强对甲醛的代谢能力
13.(2023青海一模,29)科研人员开发了一种称为“Cetch循环”的人工碳固定方案,该方案可以通过一系列天然和工程化酶将CO2转化为有机分子,并同时开发了一种新型平台,可以根据需求制造人工叶绿体。从菠菜叶绿体中提取的类囊体可通过液滴微流控技术与“Cetch循环”的多种酶结合(纯化类囊体),从而制备人工叶绿体并生产羟基乙酸,过程如图所示。请回答下列问题:
(1)在该人工叶绿体中,首先CO2在“Cetch循环”的多种酶的作用下生成乙醛酸,然后乙醛酸再与体系中的NADPH和ATP反应生成羟基乙酸,上述两个过程分别模拟了光合作用的 过程;其中所需要的NADPH和ATP产生的场所是 。
(2)科研人员证实,这一新型平台制造的人工叶绿体吸收CO2的速率比天然叶绿体提高了100倍,分析原因是 ;该人工叶绿体中有机物的积累量也远远高于菠菜,原因是 。
(3)理论上,这一新型平台可以根据人们的需求合成各种不同的有机物,其依据是 。
答案 (1)CO2的固定、C3的还原(或暗反应) 类囊体(薄膜) (2)与天然叶绿体相比,“Cetch循环”的多种酶的催化(固定CO2)效率更高 菠菜进行细胞呼吸消耗有机物(合理即可) (3)这一新型平台可以根据人们的需求,通过添加不同的酶制备具有不同功能的人工叶绿体,从而合成不同的有机物
专题6 光合作用
五年高考
考点1 光合作用
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
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
2.(2019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
3.(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( )
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
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
4.(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
5.(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
6.(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Rubisco。下列叙述正确的是( )
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
答案 D
7.(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
8.(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
9.(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
10.(2019海南,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
11.(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。
12.(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
13.(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。
14.(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
15.(2021全国乙,29,11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。
16.(2020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 。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m-2·s-1
1 200
1 180
560
623
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
17.(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
18.(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Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·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 μmol·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)3-磷酸甘油醛 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisco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Rubisco酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多
19.(2021天津,15,10分)Rubisco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Rubisco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(即蓝藻)具有CO2浓缩机制,如图所示。
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Rubisco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Rubisco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
20.(2021山东,21,8分)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2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SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS
浓度
(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作
用强度
(CO2 μmol·
m-2·s-1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸
强度
(CO2 μmol·
m-2·s-1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
(1)光呼吸中C5与O2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CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是 。
(2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2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SoBS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](NADPH)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SoBS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,即叶片中的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
21.(2020北京,19,12分)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
创建D1合成新途径,提高植物光合效率
植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PS Ⅱ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PS Ⅱ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PS Ⅱ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PS Ⅱ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PS Ⅱ的修复,进而影响光合效率。
叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。
近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。
该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。
(1)光合作用的 反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与 形成的复合体吸收、传递并转化光能。
(2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。
(3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是: 。
(4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括 。
A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位
B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同
C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译
D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同
E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同
答案 (1)光 光合色素 (2)高温会造成叶绿体内ROS 的积累,ROS 既破坏D1 蛋白,又抑制psbA mRNA 的翻译。 (3)高温时,高温响应的启动子驱动psbA基因高水平表达,补充高温造成的D1不足,修复PSⅡ,提高光能利用率;非高温时低水平表达,避免不必要的物质和能量消耗 (4)A、B、C
考点2 光合作用与细胞呼吸
1.(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
2.(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
3.(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)NADPH(或答:还原型辅酶Ⅱ/[H])、O2、ATP (2)植物叶片产生的光合产物除运输至其他部位外,还要用于自身生长、发育等(其他答案合理均可) (3)干旱条件下,植物气孔开度减小,吸收的CO2减少;由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物的,因此,在同等干旱情况下,C4植物比C3植物更容易适应CO2浓度较低的情况
4.(2019全国Ⅱ,31,11分)回答下列与生态系统相关的问题。
(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自 ,生产者的能量可以直接流向 (答出2点即可)。
(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;
C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
答案 (1)太阳能 初级消费者、分解者 (2)生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
5.(2018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
6.(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)高(或多) 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素以适应弱光环境(或促进叶绿素相关基因的表达) (2)有机物[或糖类、或(CH2O)n] (3)培养条件 A组和C组 光照条件 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
7.(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
三年模拟
A组
一、选择题
1.(2023新疆二模,2)在高等植物的光合作用过程中,Rubisco(简称R酶)是催化CO2固定的酶。下列叙述正确的是( )
A.R酶分布于细胞质基质中
B.R酶在有无光照下都可以发挥作用
C.R酶催化CO2和C3形成C5
D.R酶催化CO2固定与ATP的水解相伴随
答案 B
2.(2023陕西渭南一模,5)如图为植物体内光合作用示意图,下列叙述错误的是( )
A.①可进入线粒体或出细胞,②可为暗反应提供能量
B.突然停止光照,短时间内C3的含量将增多
C.图示中的NADPH可进入线粒体中参与H2O的生成
D.14CO2中C元素转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)
答案 C
3.(2022四川师大附中零模,24)如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法错误的是( )
A.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
B.结构A释放的O2可进入线粒体
C.在有关酶的催化作用下,C3接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原
D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加
答案 D
4.(2022陕西西安中学三模,4)油菜果实发育所需的有机物主要来源于果皮的光合作用。如图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,第36天后果皮逐渐变黄。下列推论合理的是( )
A.第12天后果实呼吸速率下降是由温度改变使酶活性下降引起的
B.第24天果实光合作用固定的CO2量比第12天的CO2固定量高
C.第36天后果实中生长素的含量将逐渐增加,促进果实成熟
D.第48天时果实光合速率较低的原因之一是果皮叶绿素含量较低
答案 D
5.(2023四川绵阳三模,2)某科研小组将以菠菜绿叶为材料制备的完整叶绿体悬浮液均分为两组:甲组为对照组;乙组加入适量磷酸(Pi),都在适宜温度和光照等条件下,用14C标记的14CO2供其进行光合作用,然后追踪检测放射性,结果发现乙组(CH2O)/C3的值以及14C标记有机化合物的量均明显高于甲组。下列叙述错误的是( )
A.差速离心获取的叶绿体应置于等渗悬浮溶液中
B.叶绿体主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用
C.Pi将乙组C3化合物还原,导致(CH2O)/C3的值高于甲组
D.Pi提高乙组的ATP生成速率,导致14C标记有机化合物的量高于甲组
答案 C
6.(2023陕西临潼、阎良模拟预测,5)将玉米的PEPC酶(与CO2的固定有关)基因与PPDK酶(催化CO2初级受体“PEP”的生成)基因导入水稻后,在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻的净光合速率影响如图甲;图乙是在光照为1 000 Lux下测得温度影响净光合速率的变化曲线(净光合速率是指植物光合作用积累的有机物﹐是总光合速率减去呼吸速率的值)。下列相关叙述错误的是( )
A.PEPC酶在转双基因水稻叶肉细胞的叶绿体基质中发挥作用
B.将温度调整为35 ℃,重复图甲相关实验,A点会向左下方移动
C.与原种水稻相比,转双基因水稻更适宜栽种在强光照环境中
D.图甲温度条件下,转双基因水稻与原种水稻的呼吸作用强度相等
答案 B
二、非选择题
7.(2023四川宜宾二诊,29)1880年,德国科学家恩格尔曼做了水绵实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵,他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中;如果把临时装片放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光部位。
(1)恩格尔曼的上述实验直接证明了 。
(2)某同学重复做了恩格尔曼的另一个实验,他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,他会观察到大量的好氧细菌聚集在 区域。
(3)水绵细胞叶绿体呈螺旋带状分布,需要从水库、稻田等自然水体中大量吸收Mg2+用于合成相关化合物,该过程消耗的ATP是在 (填场所)中产生的,其吸收Mg2+的方式是 。
(4)请用简洁的方式(文字和箭头)表示水绵细胞光合作用过程中O元素的转移途径: 。
(5)某同学利用新鲜的水绵进行色素提取和分离实验,结果发现滤纸条上色素带颜色过浅,其原因可能有 (至少答两点)。
答案 (1)氧气由叶绿体所释放,且叶绿体是进行光合作用的场所 (2)红光和蓝紫光 (3)细胞质基质和线粒体 主动运输 (4)H218O18O2、C18O2C3(CH218O)+H218O (5)①没加入二氧化硅;②画滤液细线次数太少;③提取时无水乙醇加得太多
8.(2023内蒙古包头一模,29)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去除果实后对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果如图1和图2。
图1
图2
(1)研究光合产物从“源”分配到“库”时,给叶片供应14CO2,14CO2以 方式进入叶绿体后,先与 结合而被固定,形成的产物还原为糖需利用光反应产生的 。在本实验中,选用14CO2的原因是 。
(2)由图1和图2可知,随着去除果实百分率的提高,叶片光合速率 、叶片中 增加。已知叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用,综合上述实验结果推测随着去除果实百分率的提高会导致叶片光合速率降低的原因是 。
答案 (1)自由扩散 五碳化合物 NADPH和ATP CO2作为光合作用的原料,14C能够被仪器检测 (2)逐渐下降 含14C的光合产物量 随着去除果实百分率的提高,叶片光合产物利用量减少,输出量降低,进而在叶片中积累。叶片中光合产物的积累会抑制光合作用
9.(2023四川成都石室中学三诊,29)不同植物在长期的自然选择中形成了不同的适应特征。图1是三种不同类型植物的CO2同化方式示意图,图2表示生活在不同地区的上述三种植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日变化曲线。已知玉米叶肉细胞叶绿体中固定CO2的酶对CO2的亲和力高于水稻。回答下列问题:
(1)将玉米的绿色叶片进行色素的提取与分离实验时,发现提取液色素浓度较低,可能的不当操作是 (答出1点即可)。
(2)据题意推测,与水稻相比,玉米的CO2补偿点 (填“较高”或“较低”);遇到高温干旱天气时,光合作用强度变化最小的是 植物。
(3)图2中曲线A、B、C分别对应的植物种类是 。图2中,在0点到4点期间,A组植物的光合速率 (填“>”“=”或“<”)呼吸速率。在12点到14点期间,B组植物CO2吸收速率增加的原因可能是 。
答案 (1)无水乙醇加入量过多(或叶片少或没加入二氧化硅) (2)较低 景天科 (3)景天科植物、水稻、玉米 < 气孔开放
10.(2023陕西西安中学三模,29)阳生植物是指要求充分的直射阳光才能生长或生长良好的植物,而阴生植物则是在较弱光照下比在强光照下生长良好的植物。某同学利用一种阴生植物和一种阳生植物进行探究不同光照强度对光合速率的影响活动,实验结果如图。
(1)图中代表阴生植物的是曲线 。
(2)光合速率在一定光照强度下会达到饱和,达到饱和时的光合速率对应的光照强度称为 ,在该光照强度下限制光合速率的外界因素有 (答出两点)。
(3)在较低的光照强度下,图中光合作用吸收的CO2量为负值的原因是 。
(4)阴生植物通常生活在弱光照环境,发展出的叶绿体具有 的特征,这是一种生物对环境的适应现象。
答案 (1)b (2)光饱和点 温度、CO2浓度 (3)在较低的光照强度下,植物的总光合速率较低,小于植物的呼吸速率 (4)叶绿体基粒大、片层多(类囊体膜面积大),叶绿素含量较高
11.(2023陕西西安二模,29)某生物兴趣小组在实验室将生理状况相同的几个野生型黑藻WT分别放入装有一系列浓度梯度的NaHCO3溶液的锥形瓶中,密封后在适宜的光照强度下用O2传感器测定了不同CO2浓度条件下黑藻光合速率的变化,实验结果如图甲所示。之后他们又把野生型黑藻WT、突变体黑藻t1、突变体黑藻t2分别放在相同且适宜的光照条件下培养(叶绿体数量相同),观察叶绿体在叶肉细胞中的分布及测量受光面积,实验结果如图乙所示。请回答以下问题:
(1)图甲中用O2传感器测出的光合速率比黑藻实际的光合速率要小,原因是 。
(2)图甲中F点和E点相比,C3含量较 (填“高”或“低”),原因是 。F点产生的NADPH的作用有 。
(3)假设图乙的3组黑藻呼吸强度相同,CO2补偿点是指光合作用强度与呼吸作用强度相等时所需要的CO2浓度,由此推测, (填“WT”“t1”或“t2”)的CO2补偿点更低,原因是 。
答案 (1)黑藻同时进行呼吸作用消耗O2,测出的是净光合速率,而实际的光合速率等于净光合速率加呼吸速率 (2)高 F点和E点相比,CO2的固定速率增加,C3的还原速率不变 储存部分能量供暗反应阶段利用;还原C3 (3)t1 t1的叶绿体总受光面积最大,光合速率最大,它可利用最低的CO2浓度进行光合作用即可等于呼吸作用强度,故它的CO2补偿点是最低的
12.(2023陕西咸阳质检一,31)莲藕可被广泛用于观赏和食用。研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。图1表示在25 ℃时不同光照强度下突变体和普通莲藕的净光合速率。图2中A、B表示某光照强度下突变体与普通莲藕的气孔导度(可表示单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。回答下列问题:
(1)藕的气腔孔与叶柄中的气腔孔相通,因此藕主要进行 呼吸。在藕采收的前几天,向藕田灌水并割去荷叶的叶柄,有利于 ,提高藕的产量。
(2)图1中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,据题意推测引起这种差异的主要原因是 ,导致光反应减弱。
(3)据图2分析, (填“普通”或“突变体”)莲藕在单位时间内固定的CO2多,该过程发生的场所是 。若突然停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有 (填序号:①C5 ②ATP ③NADPH ④C3)。
(4)图1中,光照强度大于a时,突变体具有较高的净光合速率,推测可能的原因:一方面外界的 弥补了内部某些缺陷带来的不利影响,另一方面可能突变体的暗反应效率较高。
(5)提取普通莲藕叶绿体中的色素,用圆形滤纸层析分离色素,其装置如图3A所示,分离结果如图3B所示,①~④表示色素带。据题意分析,突变体的色素带中与普通莲藕具有较大差异的是 。(用图3B中编号表示)
答案 (1)有氧 减少氧气供应,降低呼吸作用,减少有机物的消耗 (2)突变体的叶绿素含量较低 (3)突变体 叶绿体基质 ①②③ (4)较强(充足)的光照 (5)③④
13.(2023四川成都摸底,43)三角褐指藻是一种海洋中的硅藻,科研人员用高光照强度200 μmol/(m2·s)和低光照强度50 μmol/(m2·s)分别驯化培养三角褐指藻一段时间后,测定两种藻的叶绿素a含量以及核酮糖-1,5二磷酸羧化酶活性,实验结果如图。回答下列问题:
图1
图2
(1)叶绿素a主要吸收的光是 ,在提取时需加入 以保证研磨充分。由图1分析可知,三角褐指藻适应低光照环境的机制是 。
(2)核酮糖-1,5二磷酸羧化酶是固定CO2的关键酶,根据实验结果分析, (填“高”或“低”)光照强度条件下该酶活性更高,通过 ,进而提高光合作用速率。在研究中可以通过直接测量 来表示植物的净光合作用速率。
(3)若给三角褐指藻提供H218O,一段时间后发现三角褐指藻细胞中的葡萄糖也出现了18O,用文字与箭头写出其转移途径: 。
答案 (1)红光和蓝紫光 二氧化硅 增加叶绿素a的含量,提高光能利用率 (2)高 促进CO2的固定,使暗反应速率加快 单位时间内二氧化碳吸收量(或氧气释放量或有机物积累量) (3)H218O→C18O2(→C3)→葡萄糖
B组
一、选择题
1.(2023青海西宁二模,2)当植物的光合速率大于呼吸速率时,植物积累有机物,从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.某植物叶片的净光合速率>0时,该植株的有机物可能会减少
B.呼吸作用最常利用的底物是葡萄糖,有氧呼吸的场所只在线粒体
C.玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D.有机物经呼吸作用彻底氧化分解后释放的能量大部分以热能形式散失
答案 B
2.(2023四川内江三模,3)如图表示水稻某细胞内甲、乙两个重要的生理过程,其中①~④代表不同的反应阶段。下列有关叙述错误的是( )
A.甲、乙两个生理过程产生的[H]是同一种物质
B.阶段②与阶段③的反应都发生在生物膜结构上
C.阶段①与阶段④的反应都不发生在生物膜结构上
D.在特定条件下,甲、乙两个生理过程可以被同时抑制
答案 A
3.(2022陕西咸阳模拟,8)在呼吸速率最大的温度条件下,某植物叶肉细胞在1 h内,CO2释放量、叶绿体O2产生量与光照强度的关系如图所示,下列叙述错误的是( )
A.图中O2产生量代表实际光合作用速率
B.光照强度为a时,呼吸速率大于光合速率
C.光照强度为b时,叶肉细胞固定的CO2量为8
D.降低温度时,O2的最大释放量将小于1
答案 D
4.(2022陕西汉中一检,6)密闭容器内的某绿色植物先经黑暗再经恒定光照处理,容器内氧气的变化量如图所示(光照对呼吸作用的影响可忽略不计)。下列说法错误的是( )
A.A点以后的短时间内,叶绿体内C5含量将增加
B.5~15 min内,叶绿体产生O2的平均速率是6×10-8 mol/min
C.若A点时向容器中加入适量的NaHCO3溶液,则植物放氧速率的变化是先增大后稳定
D.5~15 min内,该植物CO2固定速率先减小后降为零
答案 D
5.(2023四川成都摸底,18)红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述正确的是( )
A.当光照强度在a点时,持续光照一昼夜后人参干重增加
B.光强超过d点时,可能是温度限制了红松P/R值的增大
C.若适当增施含镁的肥料,一段时间后人参的a点右移
D.光照强度在c点时,红松和人参的光合速率有可能不同
答案 D
6.(2022陕西西安二模,3)如图表示在最适CO2浓度下,给予不同条件时紫罗兰光合速率变化的示意图。已知O~T3段为最适温度,下列分析错误的是( )
A.若实验过程中给紫罗兰提供14CO2,14C3先于14C5出现
B.由适宜光照变为较低光照时,短时间内C3与C5含量的比值将减小
C.若T3时刻改为降低温度,之后光合速率的变化趋势与图中大致相同
D.T2时刻后,叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快
答案 B
7.(2021陕西汉中联考,6)如图为某植株在不同温度(最适温度为25 ℃)、一定光照强度(低于最适光照强度,光照强度不影响呼吸速率)的环境中,光合作用强度随CO2浓度变化的曲线图。下列相关叙述正确的是( )
A.M点对应条件下,该植株叶肉细胞光合作用消耗的CO2全部来自其自身线粒体
B.25 ℃时,若光照强度适度增强,则N点将向左侧移动
C.P点对应条件下,两种温度下该植株光合作用固定的CO2的量相等
D.H点和L点对应条件下,限制光合作用强度的环境因素相同
答案 B
二、非选择题
8.(2023四川成都一诊,29)“大豆—玉米带状复合种植”模式能大幅提高农田的生产效益,该模式由若干生产单元构成,每个生产单元包含2~4行玉米带和2~6行大豆带。回答下列问题:
(1)植物细胞捕获光能的色素中,含量最高的色素主要吸收的光是 ,色素捕获的光能在类囊体膜上将转化为 。
(2)玉米和大豆具有不同的需肥特性,这与根细胞膜上的 直接相关。研究发现,“大豆—玉米带状复合种植”模式与玉米单作相比,氮肥施用量降低,氮元素进入玉米叶肉细胞后,能够用于合成 (答出两种)等直接参与光合作用的重要物质。
(3)采用“大豆—玉米带状复合种植”模式,既能保证玉米产量,又能扩大大豆生产,为达成这一目的,常常选择株型紧凑的玉米品种和耐阴的大豆品种,原因是 。
答案 (1)蓝紫光和红光 (ATP中活跃的)化学能 (2)载体蛋白种类和数量 叶绿素、酶、ATP(ADP)、NADPH (3)株型紧凑的玉米能增加单位面积的种植量;耐阴大豆能利用较弱光照进行光合作用
9.(2023四川绵阳模拟,29)玉米和花生间作(玉米和花生间行种植)是常见的种植方式。某实验小组对单作和间作的玉米及花生的光合速率进行了研究,结果如表。表格中的数据是在温度适宜条件下测得的,请回答:
光照强度
[μmol/(m2·s)]
0
4
8
12
16
20
24
单作玉米Pn
-4
10
18.9
28.6
36
35
36
间作玉米Pn
-5
10.5
19.5
34.8
42.6
44
44
单作花生Pn
-2.5
8.5
18.5
23.5
23.8
25
25
间作花生Pn
-4
14
21.8
22
22.5
22.5
22.5
注:Pn表示净光合速率,单位为μmol CO2/(m2·s)
(1)该实验的自变量是 。在光照强度大于16 μmol/(m2·s)以后,单作玉米净光合速率不再增大,限制因素可能有 (答出两点即可)。
(2)间作时玉米为高位植物,接受强光照射,而花生为低位植物,长期接受弱光照射。间作能提高光能的利用率,根据表中数据分析原因:间作既能显著提高玉米在 (填“强光”或“弱光”)下的净光合速率,又能提高花生在 (填“强光”或“弱光”)下的净光合速率。
(3)间作会降低花生的最大净光合速率,有人认为其原因是间作条件下,花生根系与玉米根系竞争无机盐导致了此现象的发生。为了探究上述设想,某同学设置了两组实验,甲组:花生与玉米间作,并进行隔根处理(隔离根系,使之互不影响),乙组(对照组): ,并对甲、乙两组实验中花生的最大净光合速率进行测定。若实验结果为 ,则可证明该设想正确。
答案 (1)种植方式(单作或间作)、光照强度 二氧化碳浓度、水分、酶的数量(答两点即可) (2)强光 弱光 (3)花生与玉米间作,不进行隔根处理 甲组净光合速率>乙组净光合速率
10.(2023四川眉山三模,29)“红薯与紫芽,远插墙四周。且放幽兰春,莫争霜菊秋”(宋·苏轼《和陶酬刘柴桑》)。红薯营养价值较高,深受人们喜爱。淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物,红薯叶片合成的有机物主要运向块根储存,图1是光合作用产物的形成及运输示意图。科研人员在适宜的温度、湿度等条件下,分别在光照强度为100 pmol·m-2·s-1(T100)、260 pmol·m-2·s-1(T260)、400 pmol·m-2·s-1(T400)和500 pmol·m-2·s-1(T500)下测定红薯植株的净光合速率和蒸腾速率,结果如图2所示。回答下列问题:
(1)图1中,②过程可为光反应的进行提供的物质是 。若给红薯叶片提供C18O2,块根中的淀粉会含18O,请写出元素18O转移的路径: (用图中相关物质的名称及箭头表示)。若将红薯的块根切除,发现叶肉细胞的光合速率减慢,分析原因可能是 。
(2)由图2可知,随着光照强度的增强,红薯植株的净光合速率的变化趋势是 。随着光照强度的增强,植物的蒸腾速率逐渐增加,其意义是 (答出一点即可)。
答案 (1)ADP、Pi和NADP+ C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉 叶肉细胞中光合产物积累,抑制暗反应的进行,从而使光合速率降低(合理即可) (2)在光照强度为T100~T400时,随光照强度的增大,红薯植株的净光合速率逐渐增大,在光照强度为T400~T500时,净光合速率基本不变(或增加不明显) 降低叶片的温度,防止强光灼烧叶片(避免气孔关闭,增强CO2的供应)
11.(2023陕西西安高新模拟,29)2021年9月24日,国际权威杂志《科学》刊登了有关中国科学家人工合成淀粉的重大科技突破成果论文,引起全球关注。科研团队设计出11步反应的人工合成淀粉新途径,光合作用(A)和人工合成淀粉的过程(B)如图。请回答下列问题:
(1)绿色植物光合作用中合成糖类的反应场所在 ;干旱初期光反应减弱的主要原因是 。图中人工固定CO2合成糖类的反应过程与卡尔文循环相似,可以推测人工合成淀粉过程中应加入 ,反应才能高效完成。
(2)绿色植物叶肉细胞中的光合色素能 太阳能;若要绘制光合色素的吸收光谱,可用不同波长的光照射光合色素的提取液,测量并计算光合色素 。
(3)若在与人工合成淀粉固定的CO2量相等的情况下,因为 ,导致植物光合作用合成淀粉的积累量 (填“高于”“低于”或“等于”)人工合成淀粉的积累量。
(4)按照目前的技术参数,在能量供给充足的条件下,理论上1 m3大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩(1亩≈666.67 m3)土地玉米种植的淀粉产量(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)。请从生产效益和环境保护两个方面分析该技术的研究对我国农业生产的重要意义: 。
答案 (1)叶绿体 部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,暗反应速率下降,NADPH和ATP积累,抑制光反应 与暗反应有关的酶 (2)吸收、传递和转化 对不同波长光的吸收率 (3)人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗糖类,而植物呼吸作用消耗糖类 低于 (4)解决粮食危机;避免农药、化肥等对环境的污染等
12.(2023宁夏银川一中二模,29)室内栽培吸毒草能有效清除甲醛污染。为研究其作用机制,科学家首先研究在密闭环境下吸毒草植株正常的呼吸作用和光合作用,并测定环境中CO2浓度变化,结果如图1所示;然后将用特殊方法处理的甲醛通入密闭环境,研究吸毒草清除甲醛的途径。科学家发现外源甲醛可以作为碳源参与吸毒草的光合作用,具体过程如图2所示(其中HCHO为甲醛,RU5P和HU6P是中间产物)。回答下列问题:
(1)d时间内完全光照组植株的平均实际光合速率是 ppm/s。
(2)图2中产生NADPH的场所是 。为追踪循环②中甲醛的碳同化路径,可采用的特殊处理方法是 。推测细胞同化甲醛(HCHO)的场所应是 。
(3)甲醛在被吸毒草利用的同时,也会对其生长产生一定的影响,为此科学家设计了甲醛胁迫下吸毒草生长情况的实验。甲醛脱氢酶(FALDH)是②过程中的关键酶,图3表示不同甲醛浓度下,该酶的活性相对值,图4是不同甲醛浓度下气孔导度(气孔的开放程度)的相对值。
根据实验结果推测甲醛胁迫下,吸毒草的抗逆途径为 。
答案 (1)(a-c)/d (2)类囊体薄膜(或基粒) (放射性)同位素标记法 叶绿体基质 (3)吸毒草通过降低气孔的开放程度,减少甲醛的吸收;同时提高FALDH的活性,增强对甲醛的代谢能力
13.(2023青海一模,29)科研人员开发了一种称为“Cetch循环”的人工碳固定方案,该方案可以通过一系列天然和工程化酶将CO2转化为有机分子,并同时开发了一种新型平台,可以根据需求制造人工叶绿体。从菠菜叶绿体中提取的类囊体可通过液滴微流控技术与“Cetch循环”的多种酶结合(纯化类囊体),从而制备人工叶绿体并生产羟基乙酸,过程如图所示。请回答下列问题:
(1)在该人工叶绿体中,首先CO2在“Cetch循环”的多种酶的作用下生成乙醛酸,然后乙醛酸再与体系中的NADPH和ATP反应生成羟基乙酸,上述两个过程分别模拟了光合作用的 过程;其中所需要的NADPH和ATP产生的场所是 。
(2)科研人员证实,这一新型平台制造的人工叶绿体吸收CO2的速率比天然叶绿体提高了100倍,分析原因是 ;该人工叶绿体中有机物的积累量也远远高于菠菜,原因是 。
(3)理论上,这一新型平台可以根据人们的需求合成各种不同的有机物,其依据是 。
答案 (1)CO2的固定、C3的还原(或暗反应) 类囊体(薄膜) (2)与天然叶绿体相比,“Cetch循环”的多种酶的催化(固定CO2)效率更高 菠菜进行细胞呼吸消耗有机物(合理即可) (3)这一新型平台可以根据人们的需求,通过添加不同的酶制备具有不同功能的人工叶绿体,从而合成不同的有机物
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