高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用精品同步达标检测题

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1. 运用物质与能量观,说出光合作用过程中物质和能量的转化过程。
2. 采用分析与综合的方法,说出光反应和暗反应的区别与联系。
3. 分析光合作用发现历程,认同科学探究的基本思路和方法。
目标一、 光合作用的概念和探索历程及过程
1.光合作用概念:
(1)场所:绿色植物的叶绿体。
(2)原料:CO2和H2O。
(3)能量来源:光能。
(4)产物:(CH2O)和O2。
(5)实质:合成有机物,储存能量。
2.光合作用探索历程的经典实验:
3.光合作用过程
（1）光反应阶段
有光 类囊体的薄膜上 ATP NADPH 、ATP
（2） 暗反应阶段
有没有光 叶绿体基质 糖类等有机物中的化学能
（3）光反应与暗反应之间的联系
NADP+ 、ADP 和Pi
4.判断下列相关表述的正误
（1）证明叶绿体在光照下产生氧气的科学家是美国科学家阿尔农。( × )
（2）光合作用的光反应发生在叶绿体内膜上。( × )
（3）整个光合作用过程中，能量的转化是光能→ATP 和NADPH 中的化学能→ 有机物中的化学能。( √ )
（4）淀粉和蔗糖都是光合作用的产物。( √ )
任务一 分析光合作用原理的探索实验
1．建构概念——光反应
资料1 1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。

(2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O?
不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。
(3)若要证明氧气全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2 1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)推测该实验的实验结果和结论。
实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
资料3 1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
(5)根据该实验你可以得出什么结论？
光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
2．建构概念——暗反应
资料1 光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为：
①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
(1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。
如图所示
资料2 卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加。
(2)根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。
C3与C5之间是相互循环的。
资料3 1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下：
(3)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？
CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。
3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
1．我国科学家在世界上首次报道了从CO2合成人造淀粉的合成路线，成功地将CO2和H2转化为淀粉。该合成路线的基本环节如下图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．淀粉和纤维素都可作为植物体内重要的储能物质
B．该路线中H2的作用类似于光合作用中的NADPH
C．该路线中的C3和光合作用中的C3是同一种物质
D．该技术有助于解决粮食危机且无需考虑能量供应
解析：选B 淀粉可作为植物体内的重要储能物质，纤维素是植物细胞壁的主要组成物质，A错误；由图示路线可知，H2为该反应供氢，类似于光合作用中的还原剂NADPH，B正确；由图示路线可知，该路线中的C3为三碳糖，而光合作用过程中C3需要在NADPH、ATP和酶的催化作用下才能进一步还原成糖类等物质，因此推测两者并非同一种物质，C错误；该技术路线原料易得，可以节约土地，解决粮食危机，避免农药和化肥污染等，但合成生物大分子的过程中需要消耗能量，因此需要考虑能量供应问题，D错误。
2. (2021·广东高考)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A．Rubisc存在于细胞质基质中
B．激活Rubisc需要黑暗条件
C．Rubisc催化CO2固定需要ATP
D．Rubisc催化C5和CO2结合
解析：选D Rubisc参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisc的激活对光无要求，B错误；Rubisc催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisc催化CO2的固定，即催化C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 上图中a 点时突然停止供给CO2 ，叶绿体内ADP 的含量变化为减少，理由是突然停止供给CO2 ，消耗的ATP 会减少，产生的ADP 会减少。
（2） 如果给予植物相同时间的光照,只是一组持续光照,另一组光照和黑暗间隔处理,积累的有机物是否相同?不相同。理由是如果总光照时间相同,光照和黑暗间隔处理比持续光照处理积累的有机物多，因为间隔光照时NADPH 、ATP 基本不积累，利用充分，但持续光照会造成NADPH 、ATP 的积累，利用不充分。
目标二、 光合作用原理的应用
（一）探究环境因素对光合作用强度的影响
1. 光合作用的强度
（1） 概念：植物在①单位时间内通过光合作用制造②糖类的数量。
（2） 表示方法
单位时间内光合作用制造③有机物的量消耗④CO2的量产生⑤O2的量
2. 探究光照强度对光合作用强度的影响
（1） 实验流程
打孔器
黑暗 CO2
（2） 实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量⑨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⑩不断增强。
（二）影响光合作用强度的因素
光合作用的原料——水、CO2 ，动力——光能，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。
CO2 CO2 叶绿体 温度
3.判断下列相关表述的正误
（1）在“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中,自变量是台灯距离圆形小叶片的长度,代表二氧化碳浓度,因变量是单位时间内圆形小叶片浮起的数目,代表光合作用速率。(×)
（2）在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中,加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2(×)
（3）光照强度可影响光反应中NADPH和ATP的合成,从而对暗反应中C3的还原造成影响。(√)（4）水是影响光合作用的外界因素。 (√)
任务二 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．本实验的自变量是什么？如何控制？
自变量是光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。
2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？
因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。
3．水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下：
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(2)在弱光下，此时的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图：
(3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。
光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。
4．请在下图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。
1．下图为在不同光照强度下测定的甲、乙两种植物的光合作用强度变化曲线。下列说法正确的是( )
A．在连续阴雨的环境中，生长受到影响较大的是植物甲
B．光强为M时，植物乙的光合速率高于植物甲
C．光强大于500 lx，植物乙对光能的利用率比植物甲高
D．光强大于1 000 lx，限制植物乙光合速率的环境因素是光照强度
解析：选A 据图分析可知，植物甲对光能的利用率高，需要较强的光照，植物乙在光照较弱的条件下光合作用强度较大，故阴雨天气受影响较大的是植物甲，A正确；光强为M时，两种植物的净光合速率相等，但植物甲的呼吸速率大于植物乙，故植物甲的光合速率(呼吸速率＋净光合速率)高于植物乙，B错误；据图可知，光强大于500 lx，植物乙CO2吸收量较植物甲低，故植物乙对光能的利用率比植物甲低，C错误；在1 000 lx之前，植物乙的光合速率即不再随光照强度增大而增加，故当光强大于1 000 lx，限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度，D错误。
2．下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
解析：选D 随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度下的净光合速率，A不成立；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率不应先升高后趋于稳定，B不成立；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高，C不成立；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D成立。
拓展延伸 长句特训 与高考接轨
（1） 基于对光合作用影响因素的理解，分析新疆的哈密瓜比较甜的原因是新疆夏季日光充足，昼夜温差大，有利于糖类的积累。
（2） 大棚生产中，多施加有机肥能够提高作物的产量的原因是有机肥中的有机物被微生物分解产生二氧化碳和无机盐，能够增加大棚中的二氧化碳浓度，无机盐为作物提供矿质营养。
希尔
实验
证明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生氧气
鲁宾和卡门
的实验
发现光合作用中O2来源于 水
阿尔农
实验
发现光照下叶绿体可合成 ATP且该过程总和水的光解相联系
卡尔文
实验
探明 CO2 中的碳转化成 有机物中的碳的途径
组别
条件
过程
现象
1
黑暗
提供CO2、NADPH、ATP
产生(CH2O)
2
黑暗
提供CO2，不提供NADPH、ATP
不产生(CH2O)
3
光照
提供CO2，不提供NADPH、ATP
产生(CH2O)
比较项目
光反应阶段
暗反应阶段
区别
反应
场所
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
反应
速度
较快
较缓慢
与光的关系
必须在光下进行
不需要叶绿素和光，需要多种酶
物质
变化
①水的光解：
H2Oeq \(――→,\s\up7(光),\s\d5(色素))2H＋＋eq \f(1,2)O2＋2e－
②NADPH的合成：
NADP＋＋2H＋＋2e－eq \(――→,\s\up7(酶))NADPH＋H＋
③ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量eq \(――→,\s\up7(酶))ATP
①CO2的固定：
CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
②C3的还原：
2C3eq \(―――――→,\s\up7(酶),\s\d5(ATP、NADPH))C5＋(CH2O)
③ATP的水解：
ATPeq \(――→,\s\up7(酶))ADP＋Pi＋能量
④NADPH的分解：
NADPHeq \(――→,\s\up7(酶))NADP＋＋H＋＋2e－
能量
变化
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
联系
①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约