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生物必修1《分子与细胞》第五节 光合作用将光能转化为化学能同步训练题
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这是一份生物必修1《分子与细胞》第五节 光合作用将光能转化为化学能同步训练题，共30页。试卷主要包含了叶绿体中吸收光能的色素分布于等内容，欢迎下载使用。
基础过关练
题组一 叶绿体的结构和功能
1.(2020浙江临海白云高级中学高一期中)叶绿体中吸收光能的色素分布于( )
A.叶绿体的类囊体膜上B.叶绿体的外膜上
C.叶绿体的内膜上D.叶绿体的基质中
2.下列关于叶绿体的叙述,不正确的是( )
A.叶绿体是进行光合作用的场所
B.没有叶绿体的细胞也能进行光合作用
C.叶绿体是具有单层膜结构的细胞器
D.光合色素分布在光合膜上
3.下列关于叶绿体的亚显微结构的叙述,错误的是( )
A.1具有选择透过性,2不具有选择透过性
B.3为基粒,其上有光合色素和与光合作用有关的多种蛋白质
C.4为基质,为浓稠的液体,许多类囊体悬浮于其中
D.类囊体的空腔内含有与H2O的裂解有关的酶
题组二 光合色素的种类和吸收光谱
4.(2021浙江台州中学高一期中)下图为叶绿体内的不同色素的吸收光谱。结合图示分析若遇到连续阴雨天气,种植蔬菜的大棚里最好选择补充的光源为( )
A.红光或蓝紫光B.绿光
C.紫外光和红外光D.黄光或橙光
5.下列关于叶绿体的色素叙述正确的是( )
A.植物叶片中仅含有叶绿素和类胡萝卜素
B.叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b都是含镁的有机分子
C.类胡萝卜素是指胡萝卜素和叶黄素的总称
D.胡萝卜素和叶黄素都是由碳、氢、氧、氮组成的分子
题组三 光合色素的提取与分离
6.(2020浙江东阳中学期末)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,错误的是( )
A.研磨时加入碳酸钙可防止色素被破坏
B.滤纸条最下端色素带呈黄绿色
C.常用无水乙醇分离滤液中的色素
D.加入二氧化硅有利于充分研磨
7.(2020浙江嘉兴高一期末)利用纸层析法能够分离各种色素,所依据的原理是( 易错 )
A.不同色素分子的吸收光谱不同
B.不同色素分子都能溶解在层析液中
C.不同色素分子在叶绿体中的含量不同
D.不同色素分子在滤纸上的扩散速度不同
8.(2021浙江杭州高二月考)在“叶绿体中色素的提取和分离实验”的活动中,下列叙述正确的是( )
A.用新鲜的菠菜叶直接剪碎研磨
B.使用干燥的定性滤纸对研磨液进行过滤
C.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2~3次
D.层析结束,待滤纸条干燥后再观察色素带的分布
9.下列对“光合色素的提取与分离”实验合理的解释是( )
A.滤纸条上未见色素带,说明研磨时加入的碳酸钙使色素被破坏
B.光合色素不可以用酒精提取
C.提取液呈绿色是由于其中叶绿素a和叶绿素b的含量高
D.滤纸条上胡萝卜素处于靠近层析液处,是因为其在滤液中的溶解度最高
10.为探究某地区不同时期银杏叶片各种色素含量的变化,调查小组进行了相关实验,结果如图所示。请回答下列问题:
(1)据图分析,引起7月~10月间银杏叶片叶绿素相对含量下降的主要环境因素是 。
(2)叶绿素几乎不吸收 光。
(3)9月份叶绿素含量下降非常明显,但光合速率下降趋势反而变缓,据图分析可能的原因是
。
在秋季叶色变化过程中,银杏叶色变黄与叶绿素总量呈 (填“正”或“负”)相关。
(4)用纸层析法对叶片光合色素进行分离实验,与7月的色素带相比,10月的色素带中从上到下,第 条带的宽度明显变窄。
能力提升练
题组一 综合分析捕获光能的光合色素
1.(2020浙江温州龙湾中学开学考试改编,)下列关于叶绿体内光合色素的描述,正确的是( )
A.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
B.光合色素吸收的光能可用于有机物的合成
C.层析液中溶解度最大的光合色素是叶绿素a
D.叶绿素呈绿色是因为它大量吸收绿光,几乎不吸收其他颜色的光
2.()霜叶红于二月花,植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现,色素主要存在于液泡和叶绿体中,叶绿体中的色素主要包含两大类,叶绿素和类胡萝卜素。下列对高等植物的正常叶子中色素的相关叙述,正确的是( )
A.纸层析法分离叶绿体中色素,最宽和最窄的色素带分别是黄绿色、橙黄色
B.提取叶绿体中的色素可用丙酮作为提取液,用水当层析液可分离液泡中色素
C.叶绿素对可见光的吸收有一个高峰,类胡萝卜素有两个高峰
D.叶绿体中四种色素都含有N、Mg元素,作用是吸收、转化光能
3.(2021浙江宁波月考改编,)高等植物的光合作用需要依赖叶绿体中的光合色素。不同环境条件下,叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b之间可以发生相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。如图是叶绿体中两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.缺少大量元素镁时,①②的合成都会受到影响
B.利用纸层析法分离色素时,②位于滤纸条最下端
C.与①②不同,类胡萝卜素不吸收红光
D.弱光下①的相对含量增高可能有利于对弱光的利用
题组二 光合色素的提取与分离实验及拓展
4.()某生物兴趣小组欲制作彩色“叶片”书签,即将滤纸片剪成如图形状(“叶柄”处已剪去两角)来分离绿叶中提取出的色素,
趣味实验完成后“叶片书签”自上而下留下4条色素带。下列说法中,正确的是(深度解析)
A.书签不同色素带宽度不同,但都只能吸收可见光
B.需用铅笔在“叶柄”处画一条细直的横线作为滤液细线
C.因绿叶中色素溶解于有机溶剂中,故不同色素能在书签上扩散分离开
D.一段时间后叶绿素被分解,书签只剩下3、4两条带,分别为橙黄色、黄色
5.(2021浙江温州十校联考,)两位同学的叶绿体色素提取和分离实验的结果如图,则关于这两种结果的分析正确的是( )
A.甲同学可能绿叶研磨不够充分
B.甲同学选用的材料可能叶片较薄
C.乙同学将滤纸色素线部分浸在层析液中
D.乙同学研磨时加入的酒精浓度过高
6.()图1表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的相关实验流程,请分析回答:
图1
(1)提取色素时为了研磨充分应加入 ,纸层析法分离色素的原理是
。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示,其中共有的色素带的颜色是 ,据此能得出的结论是 。
图2
(3)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液分别放在阳光与三棱镜之间,“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在 光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1~2 h,再重复上述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,其原因是 。
(4)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等置换。韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后,其颜色与研磨时未加 的颜色相似,呈黄褐色。实验室常用含Cu2+的试剂处理叶片,可形成铜代叶绿素,能使叶片标本长时间保持在绿色,其原因是 。
第2课时 光合作用的过程及影响因素
基础过关练
题组一 光合作用的过程
1.光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是( )
A.NADPH和氧气B.CO2和ATP
C.O2和ATPD.NADPH和ATP
2.光合作用可分为光反应和碳反应两个阶段,下列叙述正确的是( )
A.光反应不需要酶,碳反应需要多种酶
B.光反应消耗水,碳反应消耗ATP
C.光反应储存能量,碳反应消耗能量
D.光反应固定二氧化碳,碳反应还原二氧化碳
3.下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列有关叙述正确的是( )
A.此生物膜为叶绿体内膜
B.光被叶绿体内膜上的色素吸收并转化
C.发生的能量转换是:光能→化学能,此化学能可储存于ATP与NADPH中
D.在图示结构中可完成光反应与碳反应
4.(2021浙江温州十校高一联考)下列关于卡尔文循环的叙述,错误的是( )
A.该循环是从一个五碳糖开始的
B.该循环是二氧化碳氧化为糖的一系列反应
C.三碳糖是该循环的产物
D.再生五碳糖能保证该循环继续进行
5.(2021浙江温州高一期中)在叶绿体进行光合作用时,ATP和ADP的运动方向是( )
A.ATP由类囊体膜向叶绿体的基质运动,ADP的运动方向则正好相反
B.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体膜运动
C.ATP与ADP同时由类囊体膜向叶绿体的基质运动
D.ADP由类囊体膜向叶绿体的基质运动,ATP的运动方向则正好相反
6.(2021浙江杭州高一月考)下列关于光合作用的叙述中,不正确的是( 易错 )
A.光合作用是在叶绿体中进行的
B.淀粉与三碳糖在叶绿体中可以相互转化
C.蔗糖可用于植物细胞的细胞呼吸
D.ATP为碳反应提供能量和磷酸基团
7.(2021浙江台州中学高一期中)下图是光合作用过程的图解,请据图分析,回答下列问题:
(1)图中D除了在该过程中合成以外,还可在细胞的 (场所,填2个即可)中合成,用于生命活动的直接能量供应。
(2)图中E是(写中文) ,它含 个高能磷酸键。
(3)H是 阶段,此阶段是在叶绿体的 (结构)上进行的。
(4)图中F是 ,它是由CO2和五碳糖经过化学反应合成的,该反应过程称为 。
题组二 光合作用过程中各物质的变化
8.(2021浙江金华磐安第二中学高一期中)在适宜条件下,用绿光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度相同的太阳光照射,则瞬间发生的物质含量的变化是( )
A.ATP下降,三碳酸含量下降
B.ATP上升,五碳糖含量上升
C.NADPH上升,三碳酸含量上升
D.NADPH上升,五碳糖含量下降
9.(2020浙江温州高一期末)离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸、五碳糖及ATP相对含量的变化是( )
A.上升、下降、上升B.下降、上升、下降
C.下降、上升、上升D.上升、下降、下降
10.如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图,与B点相比较,C点叶肉细胞短时间内的三碳酸、五碳糖、ATP的含量和三碳糖产生速率发生的变化依次是( )
A.降、升、升、升B.升、升、降、降
C.降、降、降、降D.降、升、升、降
11.(2020浙江温州十校联合体高一联考)一植物在不同条件下进行光合作用时,有关中间产物的量的变化情况如图所示。下列判断中正确的是( )
A.曲线a可表示五碳糖量的变化
B.曲线a可表示NADPH量的变化
C.曲线b可表示ATP量的变化
D.曲线b可表示三碳酸分子量的变化
题组三 影响光合作用的因素
12.植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.a点条件下NADPH的合成速率大于b点
B.b点条件下五碳糖的再生速率小于c点
C.X一般大于大气中CO2浓度
D.a点对应的光强度一般大于全天最强光照
13.(2020浙江绍兴诸暨高一联考)下图曲线Ⅰ表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。在y点时改变某环境条件,曲线变为Ⅱ。下列叙述正确的是( )
A.制约x点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量
B.制约z点光合速率的因素主要是CO2浓度
C.x点和y点的碳反应速率相同
D.在y点时,升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
14.(2021浙江东阳中学高二期中)如图为植物光合作用强度随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是( )
A.a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.b点时植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,此图表示该植物处于25 ℃环境中,若将温度提高到30 ℃时,则a点上移,b点左移,d点下移
D.当植物缺镁时,b点将右移
15.(2021浙江台州中学高一期中)如图为研究NaHCO3溶液浓度对光合作用速率的影响的实验。下列说法错误的是( )
A.将装置放在光下,毛细刻度管内的红色液滴向左移动
B.将装置置于暗室中,一段时间后检查红色液滴是否移动及移动方向,可以证明光是光合作用的必要条件
C.伊尔藻光合作用消耗的CO2与释放的O2量相等,因此红色液滴不移动
D.为使对照更具说服力,甲中也应放置等量相同的伊尔藻
16.图1为某高等植物细胞光合作用过程示意图,A、B、C、D、E、F分别表示光合作用不同阶段中的物质;图2为不同光照强度下,测定该植物对CO2的吸收速率并绘制成的相应曲线。请据图分析并回答下列问题:
图1 图2
(1)图1中的膜结构是 ,膜中的叶绿素主要吸收 光,图中D是 。物质C为碳反应提供的物质是 。光合作用产生的O2离开该植物细胞,需要穿过的生物膜层数至少为 层。
(2)图1中F离开卡尔文循环后可在叶绿体中作为合成 、蛋白质和淀粉等物质的原料。合成1分子蔗糖需要经过 轮卡尔文循环。若将图中的光照撤离,则短时间内叶绿体中D的含量将 。
(3)当植物缺镁时,图2中D点将向 方向移动。D点对应的光照强度为该植物的 ,在该光照强度下,2小时内该植物光合作用固定CO2的量为 mL。
能力提升练
题组一 综合分析光合作用的过程
1.(2021浙江宁波慈溪中学高一阶段测试,)绿色植物光合作用卡尔文循环过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是类囊体膜
B.三碳酸转变成三碳糖的过程需要NADPH提供氢和ATP提供能量
C.三碳糖运至叶绿体外合成淀粉,并运输到植物体各个部位
D.三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是类囊体膜
2.()下图是碳反应及光合产物在植物细胞中的利用示意图。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ是叶绿体类囊体膜,Ⅱ是叶绿体基质
B.生成1分子离开卡尔文循环的c,需要3轮卡尔文循环
C.突然降低光强度,a的生成速率加快
D.①②③过程都直接与光反应相关
3.(2020浙江金丽衢十二校高三下学期第二次联考,)科学家发现玉米、高粱等植物,其叶肉细胞中含有一种酶(PEP羧化酶),能将CO2和一种三碳酸(PEP)结合,形成四碳酸,从而将这种光合途径称为C-4途径,将这种植物称为C-4植物,其光合作用的部分过程如下图所示,据图分析回答下列问题。
(1)一般植物光合作用的卡尔文循环是从 开始的,CO2与其结合形成 ,因而将其称为C-3植物。
(2)科学家发现C-4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都有叶绿体,但两种细胞的叶绿体结构有明显差异,这一差异导致只有叶肉细胞能进行光反应,据此分析维管束鞘细胞的叶绿体内没有 。
(3)据图分析,C-4植物光合作用中能利用CO2的物质为 ,形成的四碳酸的作用是 。
(4)在较高温度下,过强的蒸腾作用会影响光合作用的 阶段。C-4植物的PEP与CO2的亲和力极高,催化PEP与CO2结合的酶活性较强,由此可以导致维管束鞘细胞中的CO2浓度较高,从而促进了卡尔文循环产生有机物,同时也有利于植物更适应 的环境。
题组二 综合分析影响光合作用的因素及其应用
4.(2021浙江金华磐安第二中学高二期中,)自然条件下植物所处的光环境非常复杂,其中强光和弱光都是植物经常遭遇的环境光强度,将黄瓜盆栽苗分为3个处理组:T1组为持续5 h强光,然后持续5 h弱光:T2组是强光和弱光每3 min更替1次,总时间为10 h;T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的值等指标,结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.T2组较T1组幼苗干重偏低是光照强度减弱所致
B.T2组处理后导致了叶绿素a含量降低较叶绿素b更加明显
C.T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降主要与CO2供应不足有关
D.光照能量相同时,稳定光照比更替频繁光照更有利于幼苗的生长
5.(2020浙江嘉兴高三9月教学测试,)1937年希尔发现,离体的叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP),光照后能释放氧气,同时,蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原态的DCPIPH2。某小组进行了实验验证,实验分组和结果如表,各试管加入试剂后密闭。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体悬浮于灭菌蒸馏水中制成叶绿体悬浮液
B.甲试管除了颜色变化外,还有ATP生成
C.若试管不密闭,会影响DCPIPH2的生成
D.蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色
6.(2020浙江名校协作体高二联考,)如图表示在一定光强度和适宜温度条件下,CO2浓度对甲、乙两种植物光合速率的影响。下列叙述正确的是( )
A.随着CO2浓度的增加,五碳糖的合成速率将下降
B.当CO2浓度是350 μml/mL时,甲、乙两植物叶肉细胞吸收CO2的速率相等
C.当CO2浓度是450 μml/mL时,限制甲植物光合速率的因素可能是光强度
D.若将甲、乙两植物放在同一密闭装置内,其他条件同上述实验条件,乙植株先死亡
7.(2021浙江金华东阳中学高二阶段考,)如图该曲线表示细胞间隙CO2浓度对高粱和大豆光合速率的影响情况,如表表示低温响应实验结果(表中数字代表单位叶面积固定的CO2量)。低温响应实验流程为:植物在25 ℃下生长数周,然后在10 ℃下生长三天。在整个实验过程中,白天长度、光强度和环境CO2浓度保持不变。下列说法错误的是( )
A.25 ℃条件下,将高粱和大豆种植在同一个密闭玻璃房内,首先死亡的是大豆
B.在自然条件下,大豆植株的光合效率可能低于高粱
C.在10 ℃条件下,大豆生物量的增长速度快于高粱
D.在10 ℃下生长的三天,高粱吸收CO2减少的主要原因是参与碳反应的酶活性降低
8.(2021浙江温州高二期中,)科研人员对猕猴桃绿心果肉的光合作用、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为某一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)若用不同波长的光照射叶绿素a提取液并测定 ,可得到叶绿素a的吸收光谱。若采用 法分离色素,需使用毛细吸管吸取色素滤液并画在滤纸上。
(2)在光合作用中,叶绿素吸收的光能转变为ATP和 等中的化学能,并用于卡尔文循环将三碳酸分子还原为 ,其 (填“大多数”或“少数”)离开循环并运至叶绿体外转变为 。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是 。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 。
题组三 综合分析光合作用和细胞呼吸
9.(2020浙江杭州二中模考,)下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系,下列说法正确的是( )
A.2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATP
B.1、2过程在叶绿体中进行,3、4、5过程在线粒体中进行
C.1过程产生NADPH参与2过程,3和4过程产生的[H]与氧结合产生水
D.高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程
答案全解全析
第1课时 光合作用在叶绿体中进行
基础过关练
1.A 叶绿体中的色素存在于类囊体的薄膜(基粒)上,作用是吸收、传递、转化光能,A正确,B、C、D错误。
2.C 叶绿体是进行光合作用的场所,A正确;蓝细菌没有叶绿体,但是含有藻蓝素、叶绿素,可以进行光合作用,B正确;叶绿体是具有双层膜结构的细胞器,C错误;叶绿素和其他光合色素均分布在光合膜上,D正确。
3.A 图示1为叶绿体外膜,2为叶绿体内膜,3为基粒,4为基质。叶绿体的内、外膜都具有选择透过性,A错误。
4.A 题意显示叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区都有吸收峰,叶绿素在红光区有吸收峰,故为了提高植物光合速率应该补充有效光,即红光或蓝紫光,A正确。
5.B 有的植物叶片中除了叶绿素和类胡萝卜素外,其液泡中还含有大量水溶性的色素,如花青素,A错误;叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b都是含镁的有机分子,B正确;叶绿体中许多种黄色、橙色和红色的色素,合称为类胡萝卜素,其中最多的是胡萝卜素和叶黄素(见课本P101),C错误;胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分子,胡萝卜素为橙色,叶黄素为黄色,D错误。
6.C 研磨时加入碳酸钙可防止色素被破坏,A正确;滤纸条最下端色素带是叶绿素b,呈黄绿色,B正确;常用无水乙醇提取色素,分离滤液中的色素用层析液,C错误;加入二氧化硅有利于充分研磨,D正确。
7.D 不同色素分子的吸收光谱不同,但不是纸层析法能够分离各种色素的原理,A错误;不同色素分子都能溶解在层析液中,因此滤液细线不能触及层析液,但这不是利用纸层析法能够分离各种色素的原理,B错误;叶绿体中的色素含量不同,因此滤纸条上的色素带宽度不同,但这不是利用纸层析法能够分离各种色素的原理,C错误;色素在层析液中的溶解度不同,在滤纸上扩散速度不同,据此可将不同色素分离,D正确。
易错警示
分离色素的原理是利用色素在层析液中溶解度不同,而不是色素的含量的多少,溶解度高的色素含量不一定多。
8.D 取适量新鲜的菠菜叶放入40~50 ℃的烘箱烘干,剪碎后加入无水乙醇(溶解色素)、石英砂(使研磨更充分)和碳酸钙(防止色素被破坏)后进行快速、充分研磨,A错误;使用单层尼龙布对研磨液进行过滤,不能用滤纸进行,B错误;在画出一条滤液细线后,晾干,之后再画一次,共画3~4次,C错误;层析结束,待滤纸条干燥后再观察色素带的分布,D正确。
9.C 碳酸钙的作用是防止研磨过程中叶绿素被破坏。酒精属于有机溶剂,可用于提取色素。叶片中叶绿素的含量较高,故提取液呈绿色。胡萝卜素在层析液中的溶解度最高,故其在滤纸条上扩散得最快,离层析液最远。
10.答案 (1)光照和温度 (2)绿 (3)此时细胞内仍含有较多的类胡萝卜素,可以进行光合作用 负 (4)三、四
解析 (1)7月至10月,光照强度下降,温度降低,叶绿素合成减少,分解加快,导致银杏叶片叶绿素相对含量下降。
(2)叶绿素几乎不吸收绿光,所以叶片显绿色。
(3)据图可知,9月份叶绿素含量下降非常明显,但此时仍含有较多的类胡萝卜素,类胡萝卜素吸收的光能可用于光合作用,使光合速率下降趋势反而变缓。在秋季叶色变化过程中,银杏叶色变黄的过程伴随着叶绿素总量的减少,二者呈负相关。
(4)用纸层析法对叶片光合色素进行分离实验,与7月的色素带相比,10月的色素带中叶绿素明显减少,叶绿素的色素带从上往下数,第三、四条带宽度明显变窄。
能力提升练
1.B 植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例是会发生变化的,如叶片衰老后,叶绿素的含量降低,A错误;光合色素的作用是吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成,B正确;层析液中溶解度最大的光合色素是胡萝卜素,C错误;叶绿素呈绿色是因为它吸收绿光最少,大量的绿光被反射,D错误。
2.B 纸层析法分离叶绿体中色素,最宽和最窄的色素带分别是叶绿素a和胡萝卜素,其中叶绿素a是蓝绿色,胡萝卜素是橙色,A错误;液泡中的色素可以溶于水,因此若用纸层析法分离液泡中的色素,可用清水作为层析液,B正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,对可见光的吸收有两个峰值,C错误;Mg是叶绿体中叶绿素的成分,D错误。
3.B 镁元素是叶绿素的重要组成成分,故缺少镁时,①叶绿素b和②叶绿素a的合成都会受到影响,A正确;利用纸层析法分离色素时,①叶绿素b位于滤纸条最下端,B错误;①叶绿素b和②叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C正确;根据题干信息可知,弱光下叶绿素a通过“叶绿素循环”向叶绿素b转化,以适应弱光环境,增强对光能的利用,D正确。
4.A 绿叶中的色素都只能吸收可见光,且色素带宽度不同,A正确;滤液细线是由毛细吸管吸取少量滤液画成的,B错误;色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,C错误;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,叶绿素见光分解后剩下1和2条带,D错误。
方法技巧
巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙)黄(黄)蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
5.C 碳酸钙能防止研磨中色素尤其是叶绿素被破坏,甲同学显示叶绿素含量较低,所以甲同学可能是因为研磨时未加入碳酸钙而导致叶绿素被破坏,A错误;甲同学选用的材料可能叶片已发黄,几乎不含叶绿素,B错误;乙同学可能将滤纸色素线部分浸在层析液中,使滤纸上的色素溶解到层析液中去了,C正确;二氧化硅能使绿叶研磨得充分,色素释放出来,所以乙同学也可能是因为研磨时未加入SiO2而导致色素相对含量低,D错误。
6.答案 (1)二氧化硅(SiO2) 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快,反之则慢 (2)橙色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定,在强光下易分解
(4)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定
解析 (1)在提取绿色叶片中的色素时要在研钵中加95%的乙醇、碳酸钙、二氧化硅, 各色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同,从而分离色素,溶解度高,扩散速度快,溶解度低,扩散速度慢。(2)滤纸条从上到下依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b,据图2可知,两张滤纸片共有的色素带的颜色是橙色、黄色;根据图1可知,韭黄和韭菜的区别是生长过程中是否有光照,根据实验结果可以看出,韭黄的色素带缺少叶绿素,故可推断叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以韭菜和韭黄色素滤液的吸收光谱最明显的差异出现在红光区域;韭菜滤液在强光下曝光1~2 h后,再重复题述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,说明叶绿素不稳定,在强光下易分解。(4)叶绿素能被酸性物质破坏,所以加入5%HCl后,其颜色与研磨时未加碳酸钙的颜色相似。通过铜代叶绿素能使叶片标本长时间保持绿色可推测,铜代叶绿素比叶绿素稳定。
第2课时 光合作用的过程及影响因素
基础过关练
1.D 光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是NADPH和ATP,用于三碳酸的还原过程。
2.B 光反应需要酶,例如ATP的合成需要ATP合成酶,碳反应也需要酶,A错误;光反应消耗H2O,碳反应消耗ATP,B正确;碳反应将活跃的化学能转变成稳定的化学能,储存能量,C错误;光反应不固定二氧化碳,碳反应固定二氧化碳,D错误。
3.C 色素存在于叶绿体类囊体膜上,而非叶绿体内膜,A错误;光被类囊体膜上的色素吸收并转化,B错误;光反应可将光能转化为化学能储存于ATP和NADPH中,C正确;在光合膜上只能进行光合作用的光反应,碳反应需在叶绿体基质中进行,D错误。
4.B 卡尔文循环是从一个五碳糖与二氧化碳结合开始的,A正确;该循环是二氧化碳还原为糖的一系列反应,B错误;碳反应的产物是三碳糖,C正确;部分三碳糖经过一系列复杂变化再生为五碳糖,保证了碳反应的继续进行,D正确。
5.A 在光合作用过程中,光反应可以为碳反应提供NADPH和ATP,ATP是在类囊体膜上形成的,由于碳反应的场所是叶绿体基质,所以其参与碳反应时可以由类囊体膜向叶绿体基质移动,ATP参与三碳酸还原后生成的ADP则由叶绿体基质移向叶绿体的类囊体膜。
6.A 绿色植物的光合作用是在叶绿体中进行的,而蓝细菌是原核生物,其细胞中不含叶绿体,但其也能进行光合作用,故光合作用不一定是在叶绿体中进行的,A错误;光合作用的碳反应过程中三碳糖与淀粉可以相互转化,B正确;蔗糖在植物细胞中可用于植物细胞的细胞呼吸,C正确;在碳反应中三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团形成一个三碳糖,故ATP为碳反应提供了能量和磷酸基团,D正确。
易错警示
误认为光合作用一定发生在叶绿体中。没有叶绿体,但有光合色素和相应的酶也能进行光合作用,如蓝细菌。
7.答案 (1)细胞溶胶和线粒体 (2)二磷酸腺苷 1 (3)光反应 类囊体膜 (4)三碳酸 二氧化碳的固定
解析 (1)在叶绿体的类囊体膜上,在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应形成ATP,使光能转变为化学能并且储存在ATP中。叶肉细胞既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以ATP除了在光合作用过程中合成以外,还可在细胞的细胞溶胶和线粒体中合成,用于生命活动的直接能量供应。(2)图中E是ADP(A—P~P),即二磷酸腺苷,它含1个高能磷酸键。(3)H是光反应阶段,是在叶绿体内的类囊体膜上进行的。(4)图中F是三碳酸,它是由CO2和五碳糖经过化学反应合成的,该反应过程称为二氧化碳的固定。
8.B 题中光质的改变,相当于光强度增大,所以ATP和NADPH含量增加,而三碳酸含量由于还原速度加快而下降,五碳糖因为三碳酸还原速度加快而增加,B正确。
9.C 二氧化碳含量的改变直接影响的是碳反应中二氧化碳的固定这个反应,二氧化碳含量由高到低时,二氧化碳的固定变弱,则五碳糖消耗减少,剩余的五碳糖相对增多,三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少影响了三碳酸的还原,使得三碳酸的还原反应减弱,则消耗的NADPH和ATP量减少,所以NADPH和ATP剩余的量增多。所以突然中断CO2气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸的含量下降、五碳糖的含量上升、ATP的含量上升。
10.D C点与B点相比由于气温升高,气孔关闭,CO2的吸收量减少,导致叶肉细胞内三碳酸的含量减少(短时间内三碳酸的生成量减少,而被还原消耗的三碳酸的量不变),五碳糖的含量增多(短时间内五碳糖的生成量不变,而与CO2结合消耗的五碳糖的量减少),ATP和NADPH的含量增多(短时间内ATP和NADPH的生成量不变,而还原过程中消耗掉的ATP和NADPH减少),最终三碳糖产生速率下降。
11.C 光合作用过程中,在一定强度光照条件下三碳酸分子和五碳糖量维持相对稳定状态,当由光照条件转变为黑暗条件时,碳反应中还原过程受阻,但不影响三碳酸分子生成,所以转为黑暗条件时三碳酸分子的量上升,该过程中五碳糖合成受阻,又因消耗而下降,由于光反应不能进行,ATP和NADPH的量都将减少。
12.D a点光强度大于b点,光反应较强,NADPH的合成速率也较大,A正确;b点光合速率小于c点,五碳糖的再生速率较小,B正确;CO2为X浓度下植物光合速率较大,因此X一般大于大气中CO2浓度,C正确;a点对应的光强度一般小于全天最强光照,D错误。
13.B 在曲线xy段,随光强度增加,植物光合速率增大,因此制约x点光合速率的因素主要是光强度,A项错误;与x点相比,y点时,光强度较高,光反应提供的NADPH和ATP较多,碳反应速率较快,C项错误;曲线Ⅰ是在最适温度条件下得到的实验结果,因此曲线Ⅱ不可能是升高温度所致,D项错误。
14.C a点没有光照,植物只能进行呼吸作用,所以产生ATP的细胞器只有线粒体,A正确。b点植物对O2的吸收量为0,此时植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等,B正确。根据题意可知,温度从25 ℃提高到30 ℃后,光合速率减慢,呼吸速率加快。图中a点代表呼吸速率,呼吸速率加快,a点上移;由于光合速率减慢,呼吸速率加快,因此b点右移;d点表示最大光合速率,光合速率减慢,d点上移,C错误。b点表示光合速率等于呼吸速率,当植物缺Mg时,光合速率降低,这时需要较大光照强度才能达到与呼吸速率相等的光合速率,即植物缺Mg时,b点将向右移动,D正确。
15.C 将装置放在光下,烧杯乙中产生氧气,使气压升高,液滴向左移动,A正确;将整个装置置于暗室中,伊尔藻在无光的条件下不进行光合作用,一段时间后检查红色液滴不会移动,可以证明光是光合作用的必要条件,B正确;NaHCO3溶液能保证二氧化碳浓度,伊尔藻在光下进行光合作用产生O2,烧杯乙内气压增大,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动,C错误;对照实验遵循单一变量原则,本实验以NaHCO3溶液浓度为唯一变量,烧杯A中也应放置等量相同的伊尔藻,D正确。
16.答案 (1)类囊体膜 蓝紫光和红 三碳酸 氢 4 (2)脂质 12 增加 (3)左下 光饱和点 134.4
解析 据图1分析可知:A表示NADP+、B表示H+、C表示NADPH、D表示三碳酸、E表示五碳糖、F表示三碳糖。图2中,光照强度为0时(即A点),对应的二氧化碳释放量为呼吸速率;B点表示光补偿点,D点表示最大净光合作用速率。
(1)图1中的膜结构是类囊体膜,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;D是三碳酸,物质C是NADPH,可以为碳反应提供氢;光合作用产生的O2离开该植物细胞需要穿过类囊体膜(1层生物膜),叶绿体(2层生物膜),细胞膜(1层),所以共穿过4层生物膜。
(2)图1中F是三碳糖,可在叶绿体内作为合成脂质、蛋白质和淀粉等物质的原料;经过一轮卡尔文循环,固定1分子二氧化碳,而1分子蔗糖含有12分子碳,所以需要经过12轮循环,才能生成1分子蔗糖;D是三碳酸,如果短时间内撤离光照,光反应阶段产生的NADPH和ATP的量减少,三碳酸被还原的量减少,三碳酸的量增加。
(3)当植物缺镁时,叶绿素的合成受到影响,光合作用减弱,而呼吸作用不变,D点是最大净光合作用,其值降低,因此所需的光照强度降低,D点将向左下方移动;D点对应的光照强度是该植物的光饱和点;2 h内固定的二氧化碳的量为(22.4+44.8)×2=134.4 mL。
能力提升练
1.B 五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是叶绿体基质,A项错误;三碳酸在光反应中生成的NADPH提供的氢和ATP提供的能量的作用下生成三碳糖,B项正确;三碳糖运至叶绿体外合成蔗糖,并运输到植物体各个部位,C项错误;三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是叶绿体基质,D项错误。
2.B Ⅰ是光合作用碳反应的反应场所,即叶绿体基质,Ⅱ是叶绿体外,从c可被用来进行细胞呼吸来看,Ⅱ是细胞溶胶,A项错误;从图中分析,生成1分子c需要①②③各循环1次,要保证五碳糖的再生,故每生成1分子离开卡尔文循环的三碳糖,需要固定3分子CO2,B项正确;突然降低光强度,则生成的NADPH和ATP减少,三碳酸还原减少,a的生成速率下降,C项错误;①②③是碳反应,只有三碳酸的还原②与光反应直接相关,需要光反应提供ATP和NADPH,D项错误。
3.答案 (1)五碳糖 三碳酸 (2)基粒 (3)五碳糖和PEP 为维管束鞘细胞的卡尔文循环提供CO2 (4)碳反应 高温和高光强
解析 (1)由分析可知,一般植物(C-3植物)光合作用的卡尔文循环是由五碳糖在酶的作用下固定CO2生成三碳酸开始的,之后,再进一步完成光合作用。
(2)光反应的场所为基粒的类囊体膜,由题干信息可知,只有叶肉细胞能进行光反应,据此分析维管束鞘细胞的叶绿体内没有基粒。
(3)C-4植物光合作用中,叶肉细胞中的CO2在PEP羧化酶的作用下和PEP结合,形成的四碳酸被运输到维管束鞘细胞中,四碳酸释放的CO2再次被五碳糖固定,生成三碳酸,由此过程可知,四碳酸的作用是为维管束鞘细胞的卡尔文循环提供CO2。
(4)在较高温度下,大多数植物为了避免过强的蒸腾散失过多水分,会将气孔关闭,而该行为会使碳反应中CO2供给不足,影响碳反应。高温和高光强会导致气孔关闭,细胞内的CO2浓度较低,而C-4植物的PEP与CO2的亲和力极高,催化PEP与CO2结合的酶活性较强,更能适应浓度较低的环境。
4.D T2组和T1组的自变量是强光和弱光替换的频率,而不是光照强度,A错误;T2组叶绿素a/b的值最大,叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显,B错误;T3组是一直在弱光条件下处理,所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关,C错误;比较T2组和T1组,稳定的光照有利于幼苗的生长,D正确。
5.A 叶绿体是具膜细胞器,在蒸馏水中会吸水涨破,因此应该用蔗糖溶液配制叶绿体悬浮液,A错误;甲试管中含有叶绿体和光照条件,可以进行光合作用产生ATP和NADPH,B正确;若试管不密闭,空气中的氧气会影响DCPIPH2的生成,C正确;蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色,遇到还原氢后才会变无色,D正确。
6.C 根据图示可知,一定的CO2浓度范围内,随着CO2浓度的增加,甲、乙两植物的光合速率均增加,乙植物先达到CO2饱和点。随着CO2浓度的增加,CO2与五碳糖结合形成三碳酸的速率加快,三碳酸增多后被还原生成五碳糖的速率也将增加,A错误;由于甲、乙两植物的呼吸速率不同,光合作用的细胞数也不同,所以当CO2浓度是350 μml/mL时,只表示甲、乙两植物吸收CO2的速率相等,而不能表示两植物的叶肉细胞吸收CO2的速率相等,B错误;当CO2浓度是450 μml/mL时,限制甲植物光合速率的因素可能是光强度,C正确;由于乙植株的CO2补偿点低于甲植物,所以若将甲、乙两植物放在同一密闭装置内,甲植株先死亡,D错误。
7.D 分析图可知,自变量为细胞间隙CO2浓度、植物种类,因变量为光合速率,图中可以看出高粱进行光合作用所需的最低二氧化碳浓度低于大豆,大豆的二氧化碳饱和点也高于高粱。分析表格:自变量为温度,因变量为单位叶面积固定的CO2量,随着温度的降低,大豆和高粱固定的CO2量也逐渐降低。25 ℃条件下,将高粱和大豆种植在同一个密闭玻璃房内,由于大豆进行光合作用的最低二氧化碳浓度高于高粱,故首先死亡的是大豆,A正确;由曲线图可知,二氧化碳浓度在0~600时,高粱植株的光合效率高于大豆,B正确;由表格数据可知,在10 ℃条件下,三天中大豆固定二氧化碳的量为5.2+3.1+1.6=9.9,高粱为5.5+2.9+1.2=9.6,故大豆生物量的增长速度快于高粱,C正确;在10 ℃下生长三天后,温度升高到25 ℃,高粱的光合作用强度没有增加,说明高粱光合作用下降的原因不是温度降低抑制了酶的活性,D错误。
8.答案 (1)吸光率 纸层析 (2)NADPH 三碳糖 少数 蔗糖 (3)提供CO2 光合速率等于呼吸速率
解析 (1)要得到叶绿素a的吸收光谱,可用不同波长的光照射叶绿素a提取液并测定其吸光率;分离色素可用纸层析法,应使用毛细吸管吸取色素滤液并画在滤纸条上。(2)光合作用的产物ATP和NADPH可用于卡尔文循环,将三碳酸分子还原为三碳糖;其中少数离开循环并运至叶绿体外转变为蔗糖。(3)图1中NaHCO3分解可产生CO2,因此在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2;15~20 min曲线的斜率几乎不变,说明光合放氧的速率不变,即反应液中O2浓度不变,说明此时光合产氧量与呼吸耗氧量相等。
9.C 分析题图,过程1表示的是光合作用的光反应阶段,过程2表示碳反应,过程3表示的是呼吸作用的第一阶段,过程4是需氧呼吸的第二阶段。过程2碳反应过程消耗的ATP只能来自过程1光反应产生的ATP,A错误;1、2过程在叶绿体中进行,3过程在细胞溶胶中进行,4、5过程在线粒体中进行,B错误;1光反应过程产生的NADPH参与2碳反应过程,3呼吸作用第一阶段和4需氧呼吸第二阶段过程产生的[H]与氧结合产生水,C正确;光合作用的场所是叶绿体,叶绿体主要在叶肉细胞中,故主要是叶肉细胞中能进行光合作用1、2过程,高等植物所有的细胞都可以进行需氧呼吸3、4、5过程,D错误。溶液种类
甲试管
乙试管
丙试管
丁试管
叶绿体悬浮液
1.0 mL
—
1.0 mL
—
DCPIP
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 ml/L蔗糖溶液
4.0 mL
5.0 mL
4.0 mL
5.0 mL
光照或黑暗
光照
光照
黑暗
黑暗
上层液体颜色
无色
蓝色
蓝色
蓝色
时间
之前
1
2
3
4~10
温度
25 ℃
10 ℃
10 ℃
10 ℃
25°C
高粱
48.2
5.5
2.9
1.2
1.5
大豆
23.2
5.2
3.1
1.6
6.4
1.A
2.C
3.A
4.A
5.B
6.C
7.D
8.D
9.C
1.B
2.B
3.B
4.A
5.C
1.D
2.B
3.C
4.B
5.A
6.A
8.B
9.C
10.D
11.C
12.D
13.B
14.C
15.C
1.B
2.B
4.D
5.A
6.C
7.D
基础过关练
题组一 叶绿体的结构和功能
1.(2020浙江临海白云高级中学高一期中)叶绿体中吸收光能的色素分布于( )
A.叶绿体的类囊体膜上B.叶绿体的外膜上
C.叶绿体的内膜上D.叶绿体的基质中
2.下列关于叶绿体的叙述,不正确的是( )
A.叶绿体是进行光合作用的场所
B.没有叶绿体的细胞也能进行光合作用
C.叶绿体是具有单层膜结构的细胞器
D.光合色素分布在光合膜上
3.下列关于叶绿体的亚显微结构的叙述,错误的是( )
A.1具有选择透过性,2不具有选择透过性
B.3为基粒,其上有光合色素和与光合作用有关的多种蛋白质
C.4为基质,为浓稠的液体,许多类囊体悬浮于其中
D.类囊体的空腔内含有与H2O的裂解有关的酶
题组二 光合色素的种类和吸收光谱
4.(2021浙江台州中学高一期中)下图为叶绿体内的不同色素的吸收光谱。结合图示分析若遇到连续阴雨天气,种植蔬菜的大棚里最好选择补充的光源为( )
A.红光或蓝紫光B.绿光
C.紫外光和红外光D.黄光或橙光
5.下列关于叶绿体的色素叙述正确的是( )
A.植物叶片中仅含有叶绿素和类胡萝卜素
B.叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b都是含镁的有机分子
C.类胡萝卜素是指胡萝卜素和叶黄素的总称
D.胡萝卜素和叶黄素都是由碳、氢、氧、氮组成的分子
题组三 光合色素的提取与分离
6.(2020浙江东阳中学期末)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,错误的是( )
A.研磨时加入碳酸钙可防止色素被破坏
B.滤纸条最下端色素带呈黄绿色
C.常用无水乙醇分离滤液中的色素
D.加入二氧化硅有利于充分研磨
7.(2020浙江嘉兴高一期末)利用纸层析法能够分离各种色素,所依据的原理是( 易错 )
A.不同色素分子的吸收光谱不同
B.不同色素分子都能溶解在层析液中
C.不同色素分子在叶绿体中的含量不同
D.不同色素分子在滤纸上的扩散速度不同
8.(2021浙江杭州高二月考)在“叶绿体中色素的提取和分离实验”的活动中,下列叙述正确的是( )
A.用新鲜的菠菜叶直接剪碎研磨
B.使用干燥的定性滤纸对研磨液进行过滤
C.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2~3次
D.层析结束,待滤纸条干燥后再观察色素带的分布
9.下列对“光合色素的提取与分离”实验合理的解释是( )
A.滤纸条上未见色素带,说明研磨时加入的碳酸钙使色素被破坏
B.光合色素不可以用酒精提取
C.提取液呈绿色是由于其中叶绿素a和叶绿素b的含量高
D.滤纸条上胡萝卜素处于靠近层析液处,是因为其在滤液中的溶解度最高
10.为探究某地区不同时期银杏叶片各种色素含量的变化,调查小组进行了相关实验,结果如图所示。请回答下列问题:
(1)据图分析,引起7月~10月间银杏叶片叶绿素相对含量下降的主要环境因素是 。
(2)叶绿素几乎不吸收 光。
(3)9月份叶绿素含量下降非常明显,但光合速率下降趋势反而变缓,据图分析可能的原因是
。
在秋季叶色变化过程中,银杏叶色变黄与叶绿素总量呈 (填“正”或“负”)相关。
(4)用纸层析法对叶片光合色素进行分离实验,与7月的色素带相比,10月的色素带中从上到下,第 条带的宽度明显变窄。
能力提升练
题组一 综合分析捕获光能的光合色素
1.(2020浙江温州龙湾中学开学考试改编,)下列关于叶绿体内光合色素的描述,正确的是( )
A.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
B.光合色素吸收的光能可用于有机物的合成
C.层析液中溶解度最大的光合色素是叶绿素a
D.叶绿素呈绿色是因为它大量吸收绿光,几乎不吸收其他颜色的光
2.()霜叶红于二月花,植物叶子呈现的颜色是各种色素的综合表现,色素主要存在于液泡和叶绿体中,叶绿体中的色素主要包含两大类,叶绿素和类胡萝卜素。下列对高等植物的正常叶子中色素的相关叙述,正确的是( )
A.纸层析法分离叶绿体中色素,最宽和最窄的色素带分别是黄绿色、橙黄色
B.提取叶绿体中的色素可用丙酮作为提取液,用水当层析液可分离液泡中色素
C.叶绿素对可见光的吸收有一个高峰,类胡萝卜素有两个高峰
D.叶绿体中四种色素都含有N、Mg元素,作用是吸收、转化光能
3.(2021浙江宁波月考改编,)高等植物的光合作用需要依赖叶绿体中的光合色素。不同环境条件下,叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b之间可以发生相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。如图是叶绿体中两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.缺少大量元素镁时,①②的合成都会受到影响
B.利用纸层析法分离色素时,②位于滤纸条最下端
C.与①②不同,类胡萝卜素不吸收红光
D.弱光下①的相对含量增高可能有利于对弱光的利用
题组二 光合色素的提取与分离实验及拓展
4.()某生物兴趣小组欲制作彩色“叶片”书签,即将滤纸片剪成如图形状(“叶柄”处已剪去两角)来分离绿叶中提取出的色素,
趣味实验完成后“叶片书签”自上而下留下4条色素带。下列说法中,正确的是(深度解析)
A.书签不同色素带宽度不同,但都只能吸收可见光
B.需用铅笔在“叶柄”处画一条细直的横线作为滤液细线
C.因绿叶中色素溶解于有机溶剂中,故不同色素能在书签上扩散分离开
D.一段时间后叶绿素被分解,书签只剩下3、4两条带,分别为橙黄色、黄色
5.(2021浙江温州十校联考,)两位同学的叶绿体色素提取和分离实验的结果如图,则关于这两种结果的分析正确的是( )
A.甲同学可能绿叶研磨不够充分
B.甲同学选用的材料可能叶片较薄
C.乙同学将滤纸色素线部分浸在层析液中
D.乙同学研磨时加入的酒精浓度过高
6.()图1表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的相关实验流程,请分析回答:
图1
(1)提取色素时为了研磨充分应加入 ,纸层析法分离色素的原理是
。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示,其中共有的色素带的颜色是 ,据此能得出的结论是 。
图2
(3)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液分别放在阳光与三棱镜之间,“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在 光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1~2 h,再重复上述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,其原因是 。
(4)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等置换。韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后,其颜色与研磨时未加 的颜色相似,呈黄褐色。实验室常用含Cu2+的试剂处理叶片,可形成铜代叶绿素,能使叶片标本长时间保持在绿色,其原因是 。
第2课时 光合作用的过程及影响因素
基础过关练
题组一 光合作用的过程
1.光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是( )
A.NADPH和氧气B.CO2和ATP
C.O2和ATPD.NADPH和ATP
2.光合作用可分为光反应和碳反应两个阶段,下列叙述正确的是( )
A.光反应不需要酶,碳反应需要多种酶
B.光反应消耗水,碳反应消耗ATP
C.光反应储存能量,碳反应消耗能量
D.光反应固定二氧化碳,碳反应还原二氧化碳
3.下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列有关叙述正确的是( )
A.此生物膜为叶绿体内膜
B.光被叶绿体内膜上的色素吸收并转化
C.发生的能量转换是:光能→化学能,此化学能可储存于ATP与NADPH中
D.在图示结构中可完成光反应与碳反应
4.(2021浙江温州十校高一联考)下列关于卡尔文循环的叙述,错误的是( )
A.该循环是从一个五碳糖开始的
B.该循环是二氧化碳氧化为糖的一系列反应
C.三碳糖是该循环的产物
D.再生五碳糖能保证该循环继续进行
5.(2021浙江温州高一期中)在叶绿体进行光合作用时,ATP和ADP的运动方向是( )
A.ATP由类囊体膜向叶绿体的基质运动,ADP的运动方向则正好相反
B.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体膜运动
C.ATP与ADP同时由类囊体膜向叶绿体的基质运动
D.ADP由类囊体膜向叶绿体的基质运动,ATP的运动方向则正好相反
6.(2021浙江杭州高一月考)下列关于光合作用的叙述中,不正确的是( 易错 )
A.光合作用是在叶绿体中进行的
B.淀粉与三碳糖在叶绿体中可以相互转化
C.蔗糖可用于植物细胞的细胞呼吸
D.ATP为碳反应提供能量和磷酸基团
7.(2021浙江台州中学高一期中)下图是光合作用过程的图解,请据图分析,回答下列问题:
(1)图中D除了在该过程中合成以外,还可在细胞的 (场所,填2个即可)中合成,用于生命活动的直接能量供应。
(2)图中E是(写中文) ,它含 个高能磷酸键。
(3)H是 阶段,此阶段是在叶绿体的 (结构)上进行的。
(4)图中F是 ,它是由CO2和五碳糖经过化学反应合成的,该反应过程称为 。
题组二 光合作用过程中各物质的变化
8.(2021浙江金华磐安第二中学高一期中)在适宜条件下,用绿光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度相同的太阳光照射,则瞬间发生的物质含量的变化是( )
A.ATP下降,三碳酸含量下降
B.ATP上升,五碳糖含量上升
C.NADPH上升,三碳酸含量上升
D.NADPH上升,五碳糖含量下降
9.(2020浙江温州高一期末)离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸、五碳糖及ATP相对含量的变化是( )
A.上升、下降、上升B.下降、上升、下降
C.下降、上升、上升D.上升、下降、下降
10.如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图,与B点相比较,C点叶肉细胞短时间内的三碳酸、五碳糖、ATP的含量和三碳糖产生速率发生的变化依次是( )
A.降、升、升、升B.升、升、降、降
C.降、降、降、降D.降、升、升、降
11.(2020浙江温州十校联合体高一联考)一植物在不同条件下进行光合作用时,有关中间产物的量的变化情况如图所示。下列判断中正确的是( )
A.曲线a可表示五碳糖量的变化
B.曲线a可表示NADPH量的变化
C.曲线b可表示ATP量的变化
D.曲线b可表示三碳酸分子量的变化
题组三 影响光合作用的因素
12.植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.a点条件下NADPH的合成速率大于b点
B.b点条件下五碳糖的再生速率小于c点
C.X一般大于大气中CO2浓度
D.a点对应的光强度一般大于全天最强光照
13.(2020浙江绍兴诸暨高一联考)下图曲线Ⅰ表示最适温度、CO2浓度为0.03%条件下黄豆光合速率与光强度的关系。在y点时改变某环境条件,曲线变为Ⅱ。下列叙述正确的是( )
A.制约x点光合速率的因素主要是叶绿体中色素的含量
B.制约z点光合速率的因素主要是CO2浓度
C.x点和y点的碳反应速率相同
D.在y点时,升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
14.(2021浙江东阳中学高二期中)如图为植物光合作用强度随光照强度变化的曲线图,下列叙述错误的是( )
A.a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B.b点时植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃,此图表示该植物处于25 ℃环境中,若将温度提高到30 ℃时,则a点上移,b点左移,d点下移
D.当植物缺镁时,b点将右移
15.(2021浙江台州中学高一期中)如图为研究NaHCO3溶液浓度对光合作用速率的影响的实验。下列说法错误的是( )
A.将装置放在光下,毛细刻度管内的红色液滴向左移动
B.将装置置于暗室中,一段时间后检查红色液滴是否移动及移动方向,可以证明光是光合作用的必要条件
C.伊尔藻光合作用消耗的CO2与释放的O2量相等,因此红色液滴不移动
D.为使对照更具说服力,甲中也应放置等量相同的伊尔藻
16.图1为某高等植物细胞光合作用过程示意图,A、B、C、D、E、F分别表示光合作用不同阶段中的物质;图2为不同光照强度下,测定该植物对CO2的吸收速率并绘制成的相应曲线。请据图分析并回答下列问题:
图1 图2
(1)图1中的膜结构是 ,膜中的叶绿素主要吸收 光,图中D是 。物质C为碳反应提供的物质是 。光合作用产生的O2离开该植物细胞,需要穿过的生物膜层数至少为 层。
(2)图1中F离开卡尔文循环后可在叶绿体中作为合成 、蛋白质和淀粉等物质的原料。合成1分子蔗糖需要经过 轮卡尔文循环。若将图中的光照撤离,则短时间内叶绿体中D的含量将 。
(3)当植物缺镁时,图2中D点将向 方向移动。D点对应的光照强度为该植物的 ,在该光照强度下,2小时内该植物光合作用固定CO2的量为 mL。
能力提升练
题组一 综合分析光合作用的过程
1.(2021浙江宁波慈溪中学高一阶段测试,)绿色植物光合作用卡尔文循环过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是类囊体膜
B.三碳酸转变成三碳糖的过程需要NADPH提供氢和ATP提供能量
C.三碳糖运至叶绿体外合成淀粉,并运输到植物体各个部位
D.三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是类囊体膜
2.()下图是碳反应及光合产物在植物细胞中的利用示意图。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ是叶绿体类囊体膜,Ⅱ是叶绿体基质
B.生成1分子离开卡尔文循环的c,需要3轮卡尔文循环
C.突然降低光强度,a的生成速率加快
D.①②③过程都直接与光反应相关
3.(2020浙江金丽衢十二校高三下学期第二次联考,)科学家发现玉米、高粱等植物,其叶肉细胞中含有一种酶(PEP羧化酶),能将CO2和一种三碳酸(PEP)结合,形成四碳酸,从而将这种光合途径称为C-4途径,将这种植物称为C-4植物,其光合作用的部分过程如下图所示,据图分析回答下列问题。
(1)一般植物光合作用的卡尔文循环是从 开始的,CO2与其结合形成 ,因而将其称为C-3植物。
(2)科学家发现C-4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞都有叶绿体,但两种细胞的叶绿体结构有明显差异,这一差异导致只有叶肉细胞能进行光反应,据此分析维管束鞘细胞的叶绿体内没有 。
(3)据图分析,C-4植物光合作用中能利用CO2的物质为 ,形成的四碳酸的作用是 。
(4)在较高温度下,过强的蒸腾作用会影响光合作用的 阶段。C-4植物的PEP与CO2的亲和力极高,催化PEP与CO2结合的酶活性较强,由此可以导致维管束鞘细胞中的CO2浓度较高,从而促进了卡尔文循环产生有机物,同时也有利于植物更适应 的环境。
题组二 综合分析影响光合作用的因素及其应用
4.(2021浙江金华磐安第二中学高二期中,)自然条件下植物所处的光环境非常复杂,其中强光和弱光都是植物经常遭遇的环境光强度,将黄瓜盆栽苗分为3个处理组:T1组为持续5 h强光,然后持续5 h弱光:T2组是强光和弱光每3 min更替1次,总时间为10 h;T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的值等指标,结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.T2组较T1组幼苗干重偏低是光照强度减弱所致
B.T2组处理后导致了叶绿素a含量降低较叶绿素b更加明显
C.T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降主要与CO2供应不足有关
D.光照能量相同时,稳定光照比更替频繁光照更有利于幼苗的生长
5.(2020浙江嘉兴高三9月教学测试,)1937年希尔发现,离体的叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP),光照后能释放氧气,同时,蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原态的DCPIPH2。某小组进行了实验验证,实验分组和结果如表,各试管加入试剂后密闭。下列叙述错误的是( )
A.叶绿体悬浮于灭菌蒸馏水中制成叶绿体悬浮液
B.甲试管除了颜色变化外,还有ATP生成
C.若试管不密闭,会影响DCPIPH2的生成
D.蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色
6.(2020浙江名校协作体高二联考,)如图表示在一定光强度和适宜温度条件下,CO2浓度对甲、乙两种植物光合速率的影响。下列叙述正确的是( )
A.随着CO2浓度的增加,五碳糖的合成速率将下降
B.当CO2浓度是350 μml/mL时,甲、乙两植物叶肉细胞吸收CO2的速率相等
C.当CO2浓度是450 μml/mL时,限制甲植物光合速率的因素可能是光强度
D.若将甲、乙两植物放在同一密闭装置内,其他条件同上述实验条件,乙植株先死亡
7.(2021浙江金华东阳中学高二阶段考,)如图该曲线表示细胞间隙CO2浓度对高粱和大豆光合速率的影响情况,如表表示低温响应实验结果(表中数字代表单位叶面积固定的CO2量)。低温响应实验流程为:植物在25 ℃下生长数周,然后在10 ℃下生长三天。在整个实验过程中,白天长度、光强度和环境CO2浓度保持不变。下列说法错误的是( )
A.25 ℃条件下,将高粱和大豆种植在同一个密闭玻璃房内,首先死亡的是大豆
B.在自然条件下,大豆植株的光合效率可能低于高粱
C.在10 ℃条件下,大豆生物量的增长速度快于高粱
D.在10 ℃下生长的三天,高粱吸收CO2减少的主要原因是参与碳反应的酶活性降低
8.(2021浙江温州高二期中,)科研人员对猕猴桃绿心果肉的光合作用、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为某一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)若用不同波长的光照射叶绿素a提取液并测定 ,可得到叶绿素a的吸收光谱。若采用 法分离色素,需使用毛细吸管吸取色素滤液并画在滤纸上。
(2)在光合作用中,叶绿素吸收的光能转变为ATP和 等中的化学能,并用于卡尔文循环将三碳酸分子还原为 ,其 (填“大多数”或“少数”)离开循环并运至叶绿体外转变为 。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是 。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 。
题组三 综合分析光合作用和细胞呼吸
9.(2020浙江杭州二中模考,)下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系,下列说法正确的是( )
A.2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATP
B.1、2过程在叶绿体中进行,3、4、5过程在线粒体中进行
C.1过程产生NADPH参与2过程,3和4过程产生的[H]与氧结合产生水
D.高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程
答案全解全析
第1课时 光合作用在叶绿体中进行
基础过关练
1.A 叶绿体中的色素存在于类囊体的薄膜(基粒)上,作用是吸收、传递、转化光能,A正确,B、C、D错误。
2.C 叶绿体是进行光合作用的场所,A正确;蓝细菌没有叶绿体,但是含有藻蓝素、叶绿素,可以进行光合作用,B正确;叶绿体是具有双层膜结构的细胞器,C错误;叶绿素和其他光合色素均分布在光合膜上,D正确。
3.A 图示1为叶绿体外膜,2为叶绿体内膜,3为基粒,4为基质。叶绿体的内、外膜都具有选择透过性,A错误。
4.A 题意显示叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区都有吸收峰,叶绿素在红光区有吸收峰,故为了提高植物光合速率应该补充有效光,即红光或蓝紫光,A正确。
5.B 有的植物叶片中除了叶绿素和类胡萝卜素外,其液泡中还含有大量水溶性的色素,如花青素,A错误;叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b都是含镁的有机分子,B正确;叶绿体中许多种黄色、橙色和红色的色素,合称为类胡萝卜素,其中最多的是胡萝卜素和叶黄素(见课本P101),C错误;胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分子,胡萝卜素为橙色,叶黄素为黄色,D错误。
6.C 研磨时加入碳酸钙可防止色素被破坏,A正确;滤纸条最下端色素带是叶绿素b,呈黄绿色,B正确;常用无水乙醇提取色素,分离滤液中的色素用层析液,C错误;加入二氧化硅有利于充分研磨,D正确。
7.D 不同色素分子的吸收光谱不同,但不是纸层析法能够分离各种色素的原理,A错误;不同色素分子都能溶解在层析液中,因此滤液细线不能触及层析液,但这不是利用纸层析法能够分离各种色素的原理,B错误;叶绿体中的色素含量不同,因此滤纸条上的色素带宽度不同,但这不是利用纸层析法能够分离各种色素的原理,C错误;色素在层析液中的溶解度不同,在滤纸上扩散速度不同,据此可将不同色素分离,D正确。
易错警示
分离色素的原理是利用色素在层析液中溶解度不同,而不是色素的含量的多少,溶解度高的色素含量不一定多。
8.D 取适量新鲜的菠菜叶放入40~50 ℃的烘箱烘干,剪碎后加入无水乙醇(溶解色素)、石英砂(使研磨更充分)和碳酸钙(防止色素被破坏)后进行快速、充分研磨,A错误;使用单层尼龙布对研磨液进行过滤,不能用滤纸进行,B错误;在画出一条滤液细线后,晾干,之后再画一次,共画3~4次,C错误;层析结束,待滤纸条干燥后再观察色素带的分布,D正确。
9.C 碳酸钙的作用是防止研磨过程中叶绿素被破坏。酒精属于有机溶剂,可用于提取色素。叶片中叶绿素的含量较高,故提取液呈绿色。胡萝卜素在层析液中的溶解度最高,故其在滤纸条上扩散得最快,离层析液最远。
10.答案 (1)光照和温度 (2)绿 (3)此时细胞内仍含有较多的类胡萝卜素,可以进行光合作用 负 (4)三、四
解析 (1)7月至10月,光照强度下降,温度降低,叶绿素合成减少,分解加快,导致银杏叶片叶绿素相对含量下降。
(2)叶绿素几乎不吸收绿光,所以叶片显绿色。
(3)据图可知,9月份叶绿素含量下降非常明显,但此时仍含有较多的类胡萝卜素,类胡萝卜素吸收的光能可用于光合作用,使光合速率下降趋势反而变缓。在秋季叶色变化过程中,银杏叶色变黄的过程伴随着叶绿素总量的减少,二者呈负相关。
(4)用纸层析法对叶片光合色素进行分离实验,与7月的色素带相比,10月的色素带中叶绿素明显减少,叶绿素的色素带从上往下数,第三、四条带宽度明显变窄。
能力提升练
1.B 植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例是会发生变化的,如叶片衰老后,叶绿素的含量降低,A错误;光合色素的作用是吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成,B正确;层析液中溶解度最大的光合色素是胡萝卜素,C错误;叶绿素呈绿色是因为它吸收绿光最少,大量的绿光被反射,D错误。
2.B 纸层析法分离叶绿体中色素,最宽和最窄的色素带分别是叶绿素a和胡萝卜素,其中叶绿素a是蓝绿色,胡萝卜素是橙色,A错误;液泡中的色素可以溶于水,因此若用纸层析法分离液泡中的色素,可用清水作为层析液,B正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,对可见光的吸收有两个峰值,C错误;Mg是叶绿体中叶绿素的成分,D错误。
3.B 镁元素是叶绿素的重要组成成分,故缺少镁时,①叶绿素b和②叶绿素a的合成都会受到影响,A正确;利用纸层析法分离色素时,①叶绿素b位于滤纸条最下端,B错误;①叶绿素b和②叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C正确;根据题干信息可知,弱光下叶绿素a通过“叶绿素循环”向叶绿素b转化,以适应弱光环境,增强对光能的利用,D正确。
4.A 绿叶中的色素都只能吸收可见光,且色素带宽度不同,A正确;滤液细线是由毛细吸管吸取少量滤液画成的,B错误;色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,C错误;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,叶绿素见光分解后剩下1和2条带,D错误。
方法技巧
巧记四条色素带的顺序(由上到下)及颜色
胡(胡萝卜素)黄(叶黄素)a(叶绿素a)b(叶绿素b)向前走,橙(橙)黄(黄)蓝(蓝绿)黄(黄绿)颜色留。胡萝卜素最“纤细”,叶绿素a最“宽厚”。
5.C 碳酸钙能防止研磨中色素尤其是叶绿素被破坏,甲同学显示叶绿素含量较低,所以甲同学可能是因为研磨时未加入碳酸钙而导致叶绿素被破坏,A错误;甲同学选用的材料可能叶片已发黄,几乎不含叶绿素,B错误;乙同学可能将滤纸色素线部分浸在层析液中,使滤纸上的色素溶解到层析液中去了,C正确;二氧化硅能使绿叶研磨得充分,色素释放出来,所以乙同学也可能是因为研磨时未加入SiO2而导致色素相对含量低,D错误。
6.答案 (1)二氧化硅(SiO2) 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快,反之则慢 (2)橙色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定,在强光下易分解
(4)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定
解析 (1)在提取绿色叶片中的色素时要在研钵中加95%的乙醇、碳酸钙、二氧化硅, 各色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同,从而分离色素,溶解度高,扩散速度快,溶解度低,扩散速度慢。(2)滤纸条从上到下依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b,据图2可知,两张滤纸片共有的色素带的颜色是橙色、黄色;根据图1可知,韭黄和韭菜的区别是生长过程中是否有光照,根据实验结果可以看出,韭黄的色素带缺少叶绿素,故可推断叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以韭菜和韭黄色素滤液的吸收光谱最明显的差异出现在红光区域;韭菜滤液在强光下曝光1~2 h后,再重复题述实验,其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致,说明叶绿素不稳定,在强光下易分解。(4)叶绿素能被酸性物质破坏,所以加入5%HCl后,其颜色与研磨时未加碳酸钙的颜色相似。通过铜代叶绿素能使叶片标本长时间保持绿色可推测,铜代叶绿素比叶绿素稳定。
第2课时 光合作用的过程及影响因素
基础过关练
1.D 光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是NADPH和ATP,用于三碳酸的还原过程。
2.B 光反应需要酶,例如ATP的合成需要ATP合成酶,碳反应也需要酶,A错误;光反应消耗H2O,碳反应消耗ATP,B正确;碳反应将活跃的化学能转变成稳定的化学能,储存能量,C错误;光反应不固定二氧化碳,碳反应固定二氧化碳,D错误。
3.C 色素存在于叶绿体类囊体膜上,而非叶绿体内膜,A错误;光被类囊体膜上的色素吸收并转化,B错误;光反应可将光能转化为化学能储存于ATP和NADPH中,C正确;在光合膜上只能进行光合作用的光反应,碳反应需在叶绿体基质中进行,D错误。
4.B 卡尔文循环是从一个五碳糖与二氧化碳结合开始的,A正确;该循环是二氧化碳还原为糖的一系列反应,B错误;碳反应的产物是三碳糖,C正确;部分三碳糖经过一系列复杂变化再生为五碳糖,保证了碳反应的继续进行,D正确。
5.A 在光合作用过程中,光反应可以为碳反应提供NADPH和ATP,ATP是在类囊体膜上形成的,由于碳反应的场所是叶绿体基质,所以其参与碳反应时可以由类囊体膜向叶绿体基质移动,ATP参与三碳酸还原后生成的ADP则由叶绿体基质移向叶绿体的类囊体膜。
6.A 绿色植物的光合作用是在叶绿体中进行的,而蓝细菌是原核生物,其细胞中不含叶绿体,但其也能进行光合作用,故光合作用不一定是在叶绿体中进行的,A错误;光合作用的碳反应过程中三碳糖与淀粉可以相互转化,B正确;蔗糖在植物细胞中可用于植物细胞的细胞呼吸,C正确;在碳反应中三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团形成一个三碳糖,故ATP为碳反应提供了能量和磷酸基团,D正确。
易错警示
误认为光合作用一定发生在叶绿体中。没有叶绿体,但有光合色素和相应的酶也能进行光合作用,如蓝细菌。
7.答案 (1)细胞溶胶和线粒体 (2)二磷酸腺苷 1 (3)光反应 类囊体膜 (4)三碳酸 二氧化碳的固定
解析 (1)在叶绿体的类囊体膜上,在有关酶的催化作用下,ADP与Pi发生化学反应形成ATP,使光能转变为化学能并且储存在ATP中。叶肉细胞既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以ATP除了在光合作用过程中合成以外,还可在细胞的细胞溶胶和线粒体中合成,用于生命活动的直接能量供应。(2)图中E是ADP(A—P~P),即二磷酸腺苷,它含1个高能磷酸键。(3)H是光反应阶段,是在叶绿体内的类囊体膜上进行的。(4)图中F是三碳酸,它是由CO2和五碳糖经过化学反应合成的,该反应过程称为二氧化碳的固定。
8.B 题中光质的改变,相当于光强度增大,所以ATP和NADPH含量增加,而三碳酸含量由于还原速度加快而下降,五碳糖因为三碳酸还原速度加快而增加,B正确。
9.C 二氧化碳含量的改变直接影响的是碳反应中二氧化碳的固定这个反应,二氧化碳含量由高到低时,二氧化碳的固定变弱,则五碳糖消耗减少,剩余的五碳糖相对增多,三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少影响了三碳酸的还原,使得三碳酸的还原反应减弱,则消耗的NADPH和ATP量减少,所以NADPH和ATP剩余的量增多。所以突然中断CO2气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸的含量下降、五碳糖的含量上升、ATP的含量上升。
10.D C点与B点相比由于气温升高,气孔关闭,CO2的吸收量减少,导致叶肉细胞内三碳酸的含量减少(短时间内三碳酸的生成量减少,而被还原消耗的三碳酸的量不变),五碳糖的含量增多(短时间内五碳糖的生成量不变,而与CO2结合消耗的五碳糖的量减少),ATP和NADPH的含量增多(短时间内ATP和NADPH的生成量不变,而还原过程中消耗掉的ATP和NADPH减少),最终三碳糖产生速率下降。
11.C 光合作用过程中,在一定强度光照条件下三碳酸分子和五碳糖量维持相对稳定状态,当由光照条件转变为黑暗条件时,碳反应中还原过程受阻,但不影响三碳酸分子生成,所以转为黑暗条件时三碳酸分子的量上升,该过程中五碳糖合成受阻,又因消耗而下降,由于光反应不能进行,ATP和NADPH的量都将减少。
12.D a点光强度大于b点,光反应较强,NADPH的合成速率也较大,A正确;b点光合速率小于c点,五碳糖的再生速率较小,B正确;CO2为X浓度下植物光合速率较大,因此X一般大于大气中CO2浓度,C正确;a点对应的光强度一般小于全天最强光照,D错误。
13.B 在曲线xy段,随光强度增加,植物光合速率增大,因此制约x点光合速率的因素主要是光强度,A项错误;与x点相比,y点时,光强度较高,光反应提供的NADPH和ATP较多,碳反应速率较快,C项错误;曲线Ⅰ是在最适温度条件下得到的实验结果,因此曲线Ⅱ不可能是升高温度所致,D项错误。
14.C a点没有光照,植物只能进行呼吸作用,所以产生ATP的细胞器只有线粒体,A正确。b点植物对O2的吸收量为0,此时植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等,B正确。根据题意可知,温度从25 ℃提高到30 ℃后,光合速率减慢,呼吸速率加快。图中a点代表呼吸速率,呼吸速率加快,a点上移;由于光合速率减慢,呼吸速率加快,因此b点右移;d点表示最大光合速率,光合速率减慢,d点上移,C错误。b点表示光合速率等于呼吸速率,当植物缺Mg时,光合速率降低,这时需要较大光照强度才能达到与呼吸速率相等的光合速率,即植物缺Mg时,b点将向右移动,D正确。
15.C 将装置放在光下,烧杯乙中产生氧气,使气压升高,液滴向左移动,A正确;将整个装置置于暗室中,伊尔藻在无光的条件下不进行光合作用,一段时间后检查红色液滴不会移动,可以证明光是光合作用的必要条件,B正确;NaHCO3溶液能保证二氧化碳浓度,伊尔藻在光下进行光合作用产生O2,烧杯乙内气压增大,毛细刻度管内的红色液滴会向左移动,C错误;对照实验遵循单一变量原则,本实验以NaHCO3溶液浓度为唯一变量,烧杯A中也应放置等量相同的伊尔藻,D正确。
16.答案 (1)类囊体膜 蓝紫光和红 三碳酸 氢 4 (2)脂质 12 增加 (3)左下 光饱和点 134.4
解析 据图1分析可知:A表示NADP+、B表示H+、C表示NADPH、D表示三碳酸、E表示五碳糖、F表示三碳糖。图2中,光照强度为0时(即A点),对应的二氧化碳释放量为呼吸速率;B点表示光补偿点,D点表示最大净光合作用速率。
(1)图1中的膜结构是类囊体膜,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;D是三碳酸,物质C是NADPH,可以为碳反应提供氢;光合作用产生的O2离开该植物细胞需要穿过类囊体膜(1层生物膜),叶绿体(2层生物膜),细胞膜(1层),所以共穿过4层生物膜。
(2)图1中F是三碳糖,可在叶绿体内作为合成脂质、蛋白质和淀粉等物质的原料;经过一轮卡尔文循环,固定1分子二氧化碳,而1分子蔗糖含有12分子碳,所以需要经过12轮循环,才能生成1分子蔗糖;D是三碳酸,如果短时间内撤离光照,光反应阶段产生的NADPH和ATP的量减少,三碳酸被还原的量减少,三碳酸的量增加。
(3)当植物缺镁时,叶绿素的合成受到影响,光合作用减弱,而呼吸作用不变,D点是最大净光合作用,其值降低,因此所需的光照强度降低,D点将向左下方移动;D点对应的光照强度是该植物的光饱和点;2 h内固定的二氧化碳的量为(22.4+44.8)×2=134.4 mL。
能力提升练
1.B 五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是叶绿体基质,A项错误;三碳酸在光反应中生成的NADPH提供的氢和ATP提供的能量的作用下生成三碳糖,B项正确;三碳糖运至叶绿体外合成蔗糖,并运输到植物体各个部位,C项错误;三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是叶绿体基质,D项错误。
2.B Ⅰ是光合作用碳反应的反应场所,即叶绿体基质,Ⅱ是叶绿体外,从c可被用来进行细胞呼吸来看,Ⅱ是细胞溶胶,A项错误;从图中分析,生成1分子c需要①②③各循环1次,要保证五碳糖的再生,故每生成1分子离开卡尔文循环的三碳糖,需要固定3分子CO2,B项正确;突然降低光强度,则生成的NADPH和ATP减少,三碳酸还原减少,a的生成速率下降,C项错误;①②③是碳反应,只有三碳酸的还原②与光反应直接相关,需要光反应提供ATP和NADPH,D项错误。
3.答案 (1)五碳糖 三碳酸 (2)基粒 (3)五碳糖和PEP 为维管束鞘细胞的卡尔文循环提供CO2 (4)碳反应 高温和高光强
解析 (1)由分析可知,一般植物(C-3植物)光合作用的卡尔文循环是由五碳糖在酶的作用下固定CO2生成三碳酸开始的,之后,再进一步完成光合作用。
(2)光反应的场所为基粒的类囊体膜,由题干信息可知,只有叶肉细胞能进行光反应,据此分析维管束鞘细胞的叶绿体内没有基粒。
(3)C-4植物光合作用中,叶肉细胞中的CO2在PEP羧化酶的作用下和PEP结合,形成的四碳酸被运输到维管束鞘细胞中,四碳酸释放的CO2再次被五碳糖固定,生成三碳酸,由此过程可知,四碳酸的作用是为维管束鞘细胞的卡尔文循环提供CO2。
(4)在较高温度下,大多数植物为了避免过强的蒸腾散失过多水分,会将气孔关闭,而该行为会使碳反应中CO2供给不足,影响碳反应。高温和高光强会导致气孔关闭,细胞内的CO2浓度较低,而C-4植物的PEP与CO2的亲和力极高,催化PEP与CO2结合的酶活性较强,更能适应浓度较低的环境。
4.D T2组和T1组的自变量是强光和弱光替换的频率,而不是光照强度,A错误;T2组叶绿素a/b的值最大,叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显,B错误;T3组是一直在弱光条件下处理,所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关,C错误;比较T2组和T1组,稳定的光照有利于幼苗的生长,D正确。
5.A 叶绿体是具膜细胞器,在蒸馏水中会吸水涨破,因此应该用蔗糖溶液配制叶绿体悬浮液,A错误;甲试管中含有叶绿体和光照条件,可以进行光合作用产生ATP和NADPH,B正确;若试管不密闭,空气中的氧气会影响DCPIPH2的生成,C正确;蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色,遇到还原氢后才会变无色,D正确。
6.C 根据图示可知,一定的CO2浓度范围内,随着CO2浓度的增加,甲、乙两植物的光合速率均增加,乙植物先达到CO2饱和点。随着CO2浓度的增加,CO2与五碳糖结合形成三碳酸的速率加快,三碳酸增多后被还原生成五碳糖的速率也将增加,A错误;由于甲、乙两植物的呼吸速率不同,光合作用的细胞数也不同,所以当CO2浓度是350 μml/mL时,只表示甲、乙两植物吸收CO2的速率相等,而不能表示两植物的叶肉细胞吸收CO2的速率相等,B错误;当CO2浓度是450 μml/mL时,限制甲植物光合速率的因素可能是光强度,C正确;由于乙植株的CO2补偿点低于甲植物,所以若将甲、乙两植物放在同一密闭装置内,甲植株先死亡,D错误。
7.D 分析图可知,自变量为细胞间隙CO2浓度、植物种类,因变量为光合速率,图中可以看出高粱进行光合作用所需的最低二氧化碳浓度低于大豆,大豆的二氧化碳饱和点也高于高粱。分析表格:自变量为温度,因变量为单位叶面积固定的CO2量,随着温度的降低,大豆和高粱固定的CO2量也逐渐降低。25 ℃条件下,将高粱和大豆种植在同一个密闭玻璃房内,由于大豆进行光合作用的最低二氧化碳浓度高于高粱,故首先死亡的是大豆,A正确;由曲线图可知,二氧化碳浓度在0~600时,高粱植株的光合效率高于大豆,B正确;由表格数据可知,在10 ℃条件下,三天中大豆固定二氧化碳的量为5.2+3.1+1.6=9.9,高粱为5.5+2.9+1.2=9.6,故大豆生物量的增长速度快于高粱,C正确;在10 ℃下生长三天后,温度升高到25 ℃,高粱的光合作用强度没有增加,说明高粱光合作用下降的原因不是温度降低抑制了酶的活性,D错误。
8.答案 (1)吸光率 纸层析 (2)NADPH 三碳糖 少数 蔗糖 (3)提供CO2 光合速率等于呼吸速率
解析 (1)要得到叶绿素a的吸收光谱,可用不同波长的光照射叶绿素a提取液并测定其吸光率;分离色素可用纸层析法,应使用毛细吸管吸取色素滤液并画在滤纸条上。(2)光合作用的产物ATP和NADPH可用于卡尔文循环,将三碳酸分子还原为三碳糖;其中少数离开循环并运至叶绿体外转变为蔗糖。(3)图1中NaHCO3分解可产生CO2,因此在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2;15~20 min曲线的斜率几乎不变,说明光合放氧的速率不变,即反应液中O2浓度不变,说明此时光合产氧量与呼吸耗氧量相等。
9.C 分析题图,过程1表示的是光合作用的光反应阶段,过程2表示碳反应,过程3表示的是呼吸作用的第一阶段,过程4是需氧呼吸的第二阶段。过程2碳反应过程消耗的ATP只能来自过程1光反应产生的ATP,A错误;1、2过程在叶绿体中进行,3过程在细胞溶胶中进行,4、5过程在线粒体中进行,B错误;1光反应过程产生的NADPH参与2碳反应过程,3呼吸作用第一阶段和4需氧呼吸第二阶段过程产生的[H]与氧结合产生水,C正确;光合作用的场所是叶绿体,叶绿体主要在叶肉细胞中,故主要是叶肉细胞中能进行光合作用1、2过程,高等植物所有的细胞都可以进行需氧呼吸3、4、5过程,D错误。溶液种类
甲试管
乙试管
丙试管
丁试管
叶绿体悬浮液
1.0 mL
—
1.0 mL
—
DCPIP
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 mL
0.5 ml/L蔗糖溶液
4.0 mL
5.0 mL
4.0 mL
5.0 mL
光照或黑暗
光照
光照
黑暗
黑暗
上层液体颜色
无色
蓝色
蓝色
蓝色
时间
之前
1
2
3
4~10
温度
25 ℃
10 ℃
10 ℃
10 ℃
25°C
高粱
48.2
5.5
2.9
1.2
1.5
大豆
23.2
5.2
3.1
1.6
6.4
1.A
2.C
3.A
4.A
5.B
6.C
7.D
8.D
9.C
1.B
2.B
3.B
4.A
5.C
1.D
2.B
3.C
4.B
5.A
6.A
8.B
9.C
10.D
11.C
12.D
13.B
14.C
15.C
1.B
2.B
4.D
5.A
6.C
7.D
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