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第4节 光合作用与能量转化-2022版生物必修第一册人教版（2019） 同步练习 （Word含解析）
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这是一份第4节 光合作用与能量转化-2022版生物必修第一册人教版（2019） 同步练习 （Word含解析），共33页。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一 掌握绿叶中色素的提取和分离实验
1.(2021山东历城二中月考)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.提取光合色素时加入SiO2的目的是使研磨充分并保护色素不被破坏
B.分离色素时,滤液细线浸入层析液中会导致色素带变深
C.对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸
D.画滤液细线时要等上一次画的滤液线干燥后再进行画线
2.(2021山东济南长清一中高一月考)在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是 ( )
①未加石英砂,研磨不充分 ②一次加入大量的无水乙醇提取 ③分次加入少量无水乙醇提取 ④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
3.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请根据问题回答:
图1 图2
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是 ,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于 。从上到下数,叶黄素位于第 条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间,通过分析色素溶液的 来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在 (填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在 中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是 (填色素的名称)。
题组二 识记色素的种类和作用
4.如图表示从某植物新鲜叶片中提取的四种光合色素在滤纸上距离滤液细线的距离。下列叙述正确的是( )
A.甲、乙两种色素主要吸收蓝紫光
B.丙、丁色素分布在叶片的液泡中
C.色素丁在层析液中的溶解度最高
D.蓝细菌和水绵都能进行光合作用且捕获光能的色素种类相同
5.(2021山东淄博高一期末)下列有关色素的叙述,错误的是 ( )
A.与叶绿素相比,类胡萝卜素主要吸收波长较长的光
B.对智能温室进行补光时,常选用红光或蓝紫光光源
C.发黄的菠菜叶与正常的菠菜叶相比,叶绿素的含量显著减少
D.秋后,枫树、黄栌等植物叶片变为红色与液泡中色素有关
6.(2021辽宁沈阳高一月考)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是 ( )
A.被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用
B.绿叶中叶绿素含量约为类胡萝卜素的3倍
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生变化
7.(2021山东胶州实验中学高一月考改编)如图为叶绿体中色素吸收光能的情况,以下说法中正确的是( )
①在晚间用绿光照射行道树,目的是通过植物光合作用来增加夜间空气中的O2浓度
②据图可知,用波长400~470 nm的光比用白光更有利于提高光合作用强度 ③在经过纸层析法分离出来的色素带上,胡萝卜素的色素带在最上面 ④土壤中缺乏镁时,420~470 nm波长的光的利用量显著减少
A.②④ B.③④ C.②③ D.①②
题组三 识记叶绿体的结构和功能及相关实验
8.(2021吉林油田十一中月考)一位科学家做了如下实验:将水绵(丝状绿藻)放在暗处,一束白光通过棱镜再投射到水绵的叶绿体上,这时好氧性细菌将明显聚集在 ( )
A.红光的投影区域内
B.红光和蓝紫光的投影区域内
C.红光和绿光的投影区域内
D.黄光和橙光的投影区域内
9.(2021江苏南京师大附中高一期中)如图为叶绿体亚显微结构模式图,下列关于其结构与功能的叙述,正确的是 ( )
A.该结构与植物细胞的能量转换有关
B.①主要由纤维素构成
C.吸收光能的色素主要分布在②上
D.与光合作用有关的酶只位于④中
能力提升练
题组一 综合分析绿叶中色素的提取和分离实验
1.(2021山东泰安模拟,)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
2.(2021重庆一中月考,)迁移率(Rf)是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,也可用于各色素的鉴定,迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析结果(部分数据)。相关叙述正确的是 ( )
溶剂
色素1
色素2
色素3
色素4
实验组1
7.8
?
?
1.9
?
实验组2
8.2
?
?
1.5
?
实验组3
8.0
?
?
1.4
?
平均移动距离
8.0
7.6
?
?
0.8
迁移率(Rf)
无
0.95
0.53
?
0.10
A.该实验需先用苯、丙酮、石油醚配制成的层析液提取叶绿体中的色素
B.色素3的迁移率(Rf)为0.20,若植物体缺Mg2+,其含量会减少
C.在层析液中的溶解度最大的是色素1,在滤纸条上扩散速度最快的是色素4
D.能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2,能够吸收红光的只有色素3和色素4
题组二 综合题组
3.(不定项)()恩格尔曼用水棉和好氧细菌做了两个实验,现象分别如图。有关说法正确的是 ( )
实验1
实验2
A.选择水棉为材料,其叶绿体呈螺旋带状分布是重要因素之一
B.选择好氧细菌是为了证明光合作用有氧气产生
C.实验1可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
D.实验2可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光
4.[2021新高考八省(市)1月联考,湖南卷,]叶绿体色素吸收特定波长光的能量后,从基态跃迁至激发态,但激发态不稳定,可通过发射荧光回到基态,这些荧光组成的光谱称为发射光谱。类胡萝卜素分子吸收的光能可传递给叶绿素分子,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,能量传递效率与色素分子间的距离有关。图中A~D是叶绿素、类胡萝卜素及分子间能量传递的光谱学分析的实验结果。
回答下列问题:
(1)比较图A与图B,图A中曲线b是 (填“叶绿素”或“类胡萝卜素”)的 (填“发射”或“吸收”)光谱。
(2)图C是以454 nm的激发光分别诱导1×10-4 mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4 mol/L类胡萝卜素+5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱。图中曲线g对应 (填“类胡萝卜素”“叶绿素”或“类胡萝卜素+叶绿素”)的发射光谱;曲线g与e、f有差异,原因是 。
(3)图C实验的叶绿素+类胡萝卜素的混合液中,保持类胡萝卜素的浓度为1×10-4 mol/L,依次增加叶绿素浓度,以454 nm的光对混合液进行激发,分别检测叶绿素和类胡萝卜素的发射光谱,得到图D中的曲线j(叶绿素)和曲线k(类胡萝卜素),据此可知色素间能量传递效率与分子间距离的关系是 。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一 了解光合作用原理探究历程
1.(2021辽宁丹东高一期末)下列有关光合作用探索实验的叙述,正确的是 ( )
A.希尔反应表明植物光合作用产生的氧气中的氧元素来自水
B.含水绵和好氧细菌的临时装片,用透过三棱镜的光照射,绿光区域聚集的好氧细菌最多
C.阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随
D.向小球藻提供14CO2,光照一段时间,14C5先于14C3出现
2.用同位素18O分别标记二氧化碳和水,做了如图所示实验,就实验结果、结论的描述不正确的是 ( 易错 )
A.结果:物质A和物质B都是氧气
B.结果:物质A和物质B均无放射性
C.结论:物质A和物质B的分子量之比为9∶8
D.结论:光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水
题组二 认识光合作用过程
3.(2021山东济南高一期末)科学家用含14C的CO2追踪光合作用中碳原子的行踪,以追踪碳原子的转移途径。研究发现这种碳原子的转移途径是 ( 深度解析 )
A.CO2→三碳化合物→糖类
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→叶绿素→ADP
D.CO2→五碳化合物→糖类
4.(2021河北安平中学高一月考)如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程,A、B代表物质。下列叙述错误的是 ( )
A.叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B.①上产生的B物质具有还原性
C.NADP+含C、H、O、N、P
D.①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
5.(2021黑龙江大庆中学高一开学考试)如图为绿色植物叶绿体中进行光合作用的图解,其中a~g代表物质,下列说法正确的是 ( )
A.经过①②阶段,光能转化为化学能储存在g中
B.e是活泼的还原剂,即NADH,能参与三碳化合物的还原
C.通过测定植物体从空气中吸收f的速率可测定植物的实际光合速率
D.给植物提供18O标记的水,一段时间后a~g中只有a和b能检测到18O
6.(2021湖南邵阳高一期末改编)如图为光合作用过程示意图,其中字母表示物质。下列有关叙述错误的是 ( )
A.b和g不是同一种物质
B.b的组成元素全部来自a
C.光能可经d转化为h中稳定的化学能
D.图中d的运动方向是从叶绿体的基质到叶绿体基粒
题组三 分析影响光合作用的因素及应用
7.(2021山东青岛高一期末联考)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化,下列叙述错误的是 ( )
A.该实验的目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响
B.加入NaHCO3溶液是为了保持容器内一定浓度的CO2
C.单位时间内,红色光下测得的O2浓度高于自然光下测得的O2浓度
D.若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸作用强度
8.(2021山西怀仁大地学校月考)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作用强度相等
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
9.(2021山东胶州实验中学高一月考)图表示大棚栽培的植物在环境因素发生改变时,叶绿体内暗反应中C3和C5含量的变化情况。下列选项中最可能导致这种变化的环境因素是 ( )
A.给植物增施氮肥和镁肥
B.大棚栽培的植物通过增施农家肥料补充CO2
C.给植物补充适宜强度的人工光照
D.夜间适当降低植物的环境温度
10.(2021江苏扬州二中月考)夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在不同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b~c段和d~e段下降的原因相同
D.两曲线b~d段不同的原因可能是乙植株气孔部分关闭
11.下列有关光合作用及其影响因素的叙述,错误的是 ( )
A.“正其行,通起风”能为植物提供更多的CO2提高光合作用速率
B.“六月盖被,没有谷米”说明水稻光合作用受温度的影响
C.“春生夏长,秋收冬藏”中植物“夏长”主要影响因素是光照、温度
D.“合理施肥,粮食满囤”表明植物可直接吸收土壤中的有机营养
12.(2021河北唐山高二期末)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的 上,该物质主要捕获可见光中的 。
(2)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。
(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 。
(4)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度 (填“高”或“低”)。
13.(2020河北衡水武邑中学高一月考)如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题:
(1)图1装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴 (填“向左”“向右”或“不移动”),原因是 。
(2)若图1装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是 ,原因是酵母菌是 生物。
(3)如果要在(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图1装置? 。
(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为 ,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是 。
题组四 理解化能合成作用概念
14.(2021湖南衡阳八中期末改编)硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中,其部分代谢反应如图所示,下列关于硝化细菌的化能合成作用的描述正确的是 ( )
A.碳源为葡萄糖
B.培养时需隔绝空气
C.化能合成的生物利用无机物中的化学能
D.硝化细菌是自养生物
能力提升练
题组一 分析环境变化导致光合作用产物的变化
1.(2021江苏连云港赣榆模拟,)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于环境条件变化而引起的光合作用的变化,下列说法正确的是 ( )
A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为绿光,会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为红光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
2.(2021山东临沂一模改编,)已知蛋白核小球藻的光合作用过程表示如图,其中PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统,在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下,蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤,电子传递速率降低,光反应速率降低,从而使光合作用减弱,下列分析错误的是( )
A.PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能,将H2O分解为O2和H+
B.ATP合成酶具有催化功能,并协助H+实现跨膜运输
C.蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过5层生物膜
D.刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻,叶肉细胞内C3含量下降、C5含量上升
3.(不定项)(2021湖北十堰高一期末改编,)用14CO2“饲喂”叶肉细胞,让该叶肉细胞在光下进行光合作用,一段时间后,关闭光源,将叶肉细胞置于黑暗环境中,细胞内含放射性的C3浓度的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.叶肉细胞光合作用的暗反应全过程都会消耗ATP和NADPH
B.ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3的生成和14C3的消耗也相对稳定
C.若a点时突然停止供应CO2,则叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低
D.b点后叶肉细胞内仍然有少量有机物的合成
题组二 综合分析影响光合作用的因素
4.(2021山东烟台高一期末,)某生物小组为研究遮阴处理对菠菜光合作用的影响,将一株菠菜置于一密闭容器内,给予自然光照(对照组)和50%的自然光照(遮阴组),在容器内放置一定浓度的CO2缓冲液,照射一段时间后测定数据绘制成图。下列说法正确的是 ( )
A.容器中CO2浓度基本保持不变,可通过测定容器内CO2浓度的变化速率绘制曲线
B.对照组9~11时与13~17时净光合速率下降的主要影响因素是光照强度的减弱
C.遮阴组11~13时与15~17时光合速率小于呼吸速率
D.据图分析,遮阴组一天的光合有机物积累量小于对照组
5.(2021安徽五校联考,)安徽怀远县是中国石榴之乡,榴花似火,果实营养丰富,果皮可以入药。如图是石榴树在不同温度和光强度条件下的光合速率变化情况,光合速率以干重增加速率[mg/(单位叶面积∙h)]表示。其他条件均为最适宜,下列有关说法正确的是 ( )
A.25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞中产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
B.5 klx光强度时15 ℃和25 ℃条件下的光合速率相等
C.15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是CO2浓度
D.25 ℃条件下,石榴黑暗处理1h后再在12 klx光强度下照射1h,则实验期间干重积累量约为10 mg/单位叶面积
6.[2021新高考八省(市)1月联考,辽宁卷,]在植物体内,制造或输出有机物的组织器官被称为“源”,接纳有机物用于生长或储藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物,其植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶(如图所示),旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答以下问题:
(1)旗叶是小麦最重要的“源”。与其他叶片相比,旗叶光合作用更有优势的环境因素是 。在旗叶的叶肉细胞中,叶绿体内有更多的类囊体堆叠,这为 阶段提供了更多的场所。
(2)在光合作用过程中,光反应与暗反应相互依存,依据是 。“源”光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的 和 ,另一部分输送至“库”。
(3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。为指导田间管理和育种,科研人员对多个品种的小麦旗叶在不同时期的光合特性指标与籽粒产量的相关性进行了研究,结果如表所示。表中数值代表相关性,数值越大,表明该指标对籽粒产量的影响越大。
光合特性指标
时期
抽穗期
开花期
灌浆前期
灌浆中期
灌浆后期
灌浆末期
气孔导度*
0.30
0.37
0.70
0.63
0.35
0.11
胞间CO2浓度
0.33
0.33
0.60
0.57
0.30
0.22
叶绿素含量
0.22
0.27
0.33
0.34
0.48
0.45
*气孔导度表示气孔张开的程度。
①气孔导度主要影响光合作用中 的供应。以上研究结果表明,在 期旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大。若在此时期因干旱导致气孔开放程度下降,籽粒产量会明显降低,有效的增产措施是 。
②根据以上研究结果,在小麦的品种选育中,针对灌浆后期和末期,应优先选择旗叶 的品种进行进一步培育。
(4)若研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,以下研究思路合理的是 (多选)。
A.阻断旗叶有机物的输出,检测籽粒产量的变化
B.阻断籽粒有机物的输入,检测旗叶光合作用速率的变化
C.使用H218O浇灌小麦,检测籽粒中含18O的有机物的比例
D.使用14CO2饲喂旗叶,检测籽粒中含14C的有机物的比例
题组三 综合分析光合作用与细胞呼吸的关系
7.(2021湖南长沙一中月考,)将某绿色植物放在特定的实验装置中,给予适宜的条件,研究温度对光合作用和呼吸作用的影响,所得结果如表所示。以下分析错误的是 ( )
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收
CO2/(mg·h-1)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放
CO2/(mg·h-1)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
A.温度对光合作用和呼吸作用的影响是通过影响有关酶的活性实现的
B.适当降低晚上温度,可使植物一昼夜的净积累量增多
C.昼夜不停地光照,在25 ℃时该植物生长得最快
D.以上7种温度条件下,每天光照10 h,植物都能正常生长
8.(2021湖南永州高一期末,)如图表示甲、乙两种植物光合速率与光照强度的关系。下列叙述错误的是 ( )
A.在光照强度为1 klx条件下,乙种植物的光合速率等于呼吸速率
B.在光照强度为7 klx条件下,甲、乙两种植物的总光合速率相同
C.光照强度为1~3 klx,乙种植物光合速率随光照强度升高而升高
D.光照强度为9~12 klx,限制甲植物光合速率升高的因素可能是CO2浓度
9.(2021江苏南京六校联合体一模改编,)利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的“圆叶”,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 ( )
甲 乙
A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx,装置甲中放置植物E叶片进行测定时,液滴向左移动
C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶片合成有机物的速率相等
D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间长
10.(2021江苏部分高中联考,)某同学将生长旺盛的银边天竺葵(幼叶叶片全绿色,成熟叶片边缘银白色)置于密闭容器内(已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等,气体含量相对值为1),在天气晴朗的早6时将该容器移至阳光下,日落后移到暗室中,测得容器中两种气体的相对含量如图所示。请回答下列问题:
(1)利用银边天竺葵成熟叶片提取叶绿体色素的实验中,对叶片进行 的处理,能够提高提取液中叶绿体色素的含量。
(2)图中在 时该植株的光合作用强度等于呼吸作用强度,此时叶绿体的二氧化碳来源是 。
(3)从6时到8时,影响曲线变化的主要环境因素是 ,此环境因素对光合作用产生的影响是 (从光反应与暗反应的关系具体分析)。
(4)相比较17时,20时该植物干重 (填“增多”“减少”或“一样多”)。
(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是 。
11.(2021山东烟台二中高一开学考试,)如图甲为绿藻细胞中光合作用过程简图,图乙为适宜温度条件下绿藻光合速率与光照强度的关系,图丙为25℃条件下,将绿藻置于密闭玻璃容器中,每2 h测一次CO2浓度变化情况(假设细胞呼吸强度恒定)。回答下列问题:
甲
乙
丙
(1)图甲中吸收光能的色素位于叶绿体的 ,细胞利用D的具体场所是 。
(2)图乙中光照强度相对值大于7时,限制光合作用的主要环境因素是 。该实验能否确定叶绿体产生O2的最大相对值? (填“能”或“不能”)。
(3)图丙实验过程中4~6 h平均光照强度 (填“小于”“等于”或“大于”)8~10 h 光照强度。
(4)某小组就某种化学物质X对小麦光合作用的影响展开研究,所得结果如表(fw表示鲜重,气孔导度表示气孔张开的程度),请回答:
测定项目
A组
B组
叶绿素a含量(mg/gfw)
20.50
25.24
叶绿素b含量(mg/gfw)
8.18
13.13
气孔导度(mmol·m-2·s-1)
0.07
0.25
光合速率(μmol·m-2·s-1)
14.27
31.37
①A组小麦幼苗用含适宜浓度的X的营养液培养;B组作为对照,用 培养。
②分析实验数据可知,X可以导致小麦幼苗光合速率明显下降,原因是:
a. ,光反应减弱。
b. ,暗反应减弱。
答案全解全析
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.D
2.D
4.C
5.A
6.C
7.B
8.B
9.A
1.D 提取色素时加入SiO2是为了研磨充分,加入碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏,A错误;分离色素时,滤液细线浸入层析液中,色素会溶解于层析液中,滤纸条上得不到色素带,会导致色素分离失败,B错误;对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层尼龙布进行过滤,不能用滤纸过滤,C错误;画滤液细线时要等上一次滤液线干燥后再进行画线,这样保证画出的滤液细线较细,分离出来的色素带不会重叠,D正确。
2.D 未加石英砂,导致研磨不充分,使色素的提取量减少,①符合;一次加入大量的无水乙醇,使色素提取液浓度降低,②符合;分次加入少量无水乙醇不影响色素的提取,③不符合;放置数天的菠菜叶叶片发黄,叶绿素含量减少,提取量也会减少,④符合。
3.答案 (1)纸层析法 色素在层析液中溶解度的大小 2 (2)吸收光谱(不同波长的光被吸收的情况) (3)a 层析液 叶绿素b
解析 (1)分离色素使用的方法为纸层析法;分离原理是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,故滤纸条上色素带的位置不同主要取决于色素在层析液中溶解度的大小。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,所以叶黄素位于第2条色素带。(2)色素有不同的吸收光谱,因此可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光(教材P99)。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央的地方,即a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。
4.C 甲、乙两种色素分别为叶绿素b和叶绿素a,主要吸收红光和蓝紫光,A错误;丙、丁色素为光合色素,分布在叶片的叶绿体类囊体薄膜上,B错误;色素丁扩散得最远,说明在层析液中的溶解度最高,C正确;水绵和蓝细菌均能够进行光合作用,但是蓝细菌中光合色素为叶绿素和藻蓝素,而水绵中的光合色素为叶绿素和类胡萝卜素,D错误。
5.A 与叶绿素相比,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(波长较短的光),A错误;由于类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,因此温室进行补光时,常选用红光或蓝紫光光源,B正确;菠菜叶发黄是因为叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)含量减少,使胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)的颜色呈现出来,C正确;秋后,枫树、黄栌等植物的叶片变为红色,主要是由于叶绿素含量降低,而液泡中的花青素增多,D正确。
6.C 光合色素的功能是吸收、传递、转换光能,被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用,A正确;绿叶中的色素叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4,B正确;植物进行光合作用通常只能吸收可见光,不能吸收红外光和紫外光,C错误;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,秋天叶子变黄,叶绿素分解,比例明显改变,D正确。
7.B 分析题图:叶绿素a和叶绿素b统称为叶绿素,主要吸收420~470 nm波长的光(蓝紫光)和640~670 nm波长的光(红光);类胡萝卜素主要吸收400~500 nm波长的光(蓝紫光)。植物吸收绿光很少,所以在晚间用绿光照射行道树达不到增加夜间空气中O2浓度的目的,①错误;白光中400~470 nm波长的光只是植物进行光合作用所吸收光中的一部分,所以只用该波长的光,光合作用强度将降低,②错误;胡萝卜素在层析液中的溶解度最大,在滤纸条上的扩散速度最快,所以胡萝卜素带在最上面,③正确;镁是叶绿素的重要组成元素,镁缺乏时,叶绿素合成受阻,直接影响植物对光的吸收,④正确。综上正确的选项有③④,选B。
8.B 叶绿素对可见光中的红光和蓝紫光吸收较多,所以红光和蓝紫光的投影区域内光合作用较强,产生的氧气较多。好氧菌趋向氧气较多的地方,所以好氧菌明显聚集在红光和蓝紫光的投影区域内,B正确。
9.A 叶绿体中的色素能将光能转化为化学能,A正确;①是叶绿体外膜,主要由磷脂和蛋白质组成,B错误;吸收光能的色素主要分布在③基粒上,C错误;与光合作用有关的酶位于③和④中,D错误。
能力提升练
1.A
2.B
3.ACD
1.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;色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,C错误;色素带从上往下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素见光分解后剩下1和2两条带,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”。
2.B 用苯、丙酮、石油醚配制成的层析液分离叶绿体中的色素,A错误;据表格分析,色素3平均移动距离为(1.9+1.5+1.4)÷3=1.6,溶剂的平均移动距离为8.0,进而推出色素3的迁移率=1.6÷8.0=0.20,根据迁移率的大小确定色素的溶解度的高低,色素1表示胡萝卜素,色素2表示叶黄素,色素3表示叶绿素a,色素4表示叶绿素b,镁是合成叶绿素的原料,缺镁叶绿素的含量减少,B正确;溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散速度越快,即色素1胡萝卜素的溶解度最高,扩散速度也最快,C错误;叶绿素(3和4)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素(1和2)主要吸收蓝紫光,D错误。
3.ACD 恩格尔曼选择水绵和好氧细菌进行实验,是因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察,而好氧细菌可确定释放氧气多的部位,A正确;实验通过观察好氧细菌的分布来确定氧气产生的位置,B错误;实验1中好氧细菌集中分布在有光束照射的叶绿体部位,可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气,C正确;实验2好氧细菌多集中分布在红光和蓝紫光区域,故可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光,D正确。
4.答案 (1)叶绿素 发射 (2)类胡萝卜素+叶绿素 类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子,但叶绿素吸收的能量不能传给类胡萝卜素,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,叶绿素分子的发射光谱强度增强 (3)分子间距离越小,色素间能量传递效率越高
解析 (1)类胡萝卜素不吸收红光,b曲线吸光度大于d曲线,所以图A中曲线b是叶绿素的发射光谱。(2)图C是以454nm的激发光分别诱导1×10-4 mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4 mol/L类胡萝卜素+5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱,因类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子,但叶绿素吸收的能量不能传给类胡萝卜素,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,叶绿素分子的发射光谱强度增强,所以图中发射光谱e为叶绿素的发射光谱、f为类胡萝卜素的发射光谱、g为类胡萝卜素+叶绿素的发射光谱。(3)图D横坐标为叶绿素的浓度,叶绿素浓度越大,叶绿素分子和类胡萝卜素分子的距离越小,叶绿素的吸光度越大,说明分子间距离越小,色素间能量传递效率越高。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
1.C
2.C
3.A
4.D
5.A
6.D
7.C
8.C
9.B
10.D
11.D
14.D
1.C 该实验离体叶绿体的悬浮液中有H2O,无CO2由于缺少加入CO2的另一组对照实验,故不清楚植物光合作用产生的氧气中的氧元素是否能来自CO2,A错误;光合色素主要吸收红光和蓝紫光,该实验中恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,B错误;阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随,C正确;向小球藻提供14CO2,光照一段时间,14C3先于14C5出现,D错误。
2.C 依题意及图示可知,一组给小球藻提供C18O2和H2O,在光照下小球藻释放的A为O2;另一组给小球藻提供CO2和H218O,在光照下小球藻释放的B为18O2。物质A为O2,物质B为18O2,二者均为氧气,A正确;18O是16O的稳定同位素,不具有放射性,因此物质A(O2)和物质B(18O2)均无放射性,B正确;物质A(O2)和物质B(18O2)的分子量之比为8∶9,C错误;综上分析,光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,D正确。
易错提醒
并非同位素都具有放射性
同位素指同一元素中,质子数相同、中子数不同的原子,有的同位素具有放射性,如14C、32P、3H、35S等;有的不具有放射性,如15N、18O 等。
3.A 根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中,然后一些接收能量并被还原的三碳化合物在酶的作用下转化为糖类,即CO2→三碳化合物→糖类,A正确。
归纳拓展
光合作用中各元素的去向
(1)O2中的O全部来自水的光解。
(2)C的转移途径为:CO2→C3→(CH2O)。
(3)H的转移途径为:H2O→NADPH→(CH2O)。
4.D 叶绿体能通过光合作用将光能转变成化学能储存在有机物中,A正确;在①类囊体薄膜上产生的B物质,即NADPH具有还原性,可以参与C3的还原,形成糖类等有机物,B正确;NADP+是氧化型辅酶Ⅱ,含C、H、O、N、P,C正确;类囊体薄膜上产生的A物质,即ATP可以用于C3的还原,但CO2的固定不需要消耗ATP,D错误。
5.A 据图分析:图中①是光反应阶段,②是暗反应阶段;a是水,b是氧气,c是ATP,d是ADP,e是NADPH,f是二氧化碳,g是糖类。光合作用包括①光反应阶段和②暗反应阶段,所以经过①②阶段,光能转化为化学能储存在g(糖类)中,A正确;光合作用产生的活泼还原剂是NADPH,B错误;叶绿体可以从空气和线粒体吸收CO2,只测定植物体从空气中吸收f(CO2)的速率,可测定净光合速率,C错误;给植物提供18O标记的水,水可以参与有氧呼吸第二阶段生成CO2,CO2参与暗反应可以生成有机物,所以除了a水、b氧气外,在f和g中也可以找到18O,D错误。
6.D 结合光合作用过程和题图可知:a表示水,b表示氧气,c表示ADP,d表示ATP,e表示NADPH,f表示NADP+,g表示二氧化碳,h表示糖类,b和g不是同一种物质,A正确;光合作用释放的氧气中的氧元素来自水(教材P103),B正确;光能可经d(ATP)转化为h(有机物)中稳定的化学能,C正确;图中d是ATP,ATP由光反应产生用于暗反应,运动方向是从叶绿体的基粒到叶绿体基质,D错误。
7.C 该实验的自变量是不同单色光,因变量是释放的O2浓度(代表光合作用强度),故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确;加入NaHCO3溶液是为了提供光合作用吸收的CO2,保持容器内CO2浓度的相对稳定,B正确;相同条件下,自然光下比单色光(红光)下的光合作用要强,因此单位时间内,红色光下测得的O2浓度低于自然光下测得的O2浓度,C错误;若将此装置放在黑暗处,金鱼藻只进行呼吸作用,可测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。
8.C 结合题意分析图解:图中a点只进行呼吸作用,b点的光照强度为光合作用的光补偿点,此时光合作用强度等于呼吸作用强度,c点的光照强度为光合作用的光饱和点。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作用强度相等,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点的O2吸收量可代表呼吸速率,现呼吸速率加快,故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,现光合速率减慢,故d点上移,C错误。b点光合速率等于呼吸速率,当植物缺Mg时,光合速率降低,需增大光照强度以提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率,即植物缺Mg时,b点将向右移动,D正确。
9.B 给植物增施氮肥和镁肥可以促进叶绿素的合成,提高色素含量,短时间内光反应阶段产生的NADPH和ATP增多,则暗反应中C3的还原增强,而短时间内C3的生成量基本不变,此时C3含量降低而C5含量升高,A错误;大棚栽培的植物通过增施农家肥料补充CO2,短时间内CO2和C5结合形成C3(二氧化碳的固定)增多,而短时间内C3消耗量基本不变,此时C3含量升高而C5含量降低,B正确;给植物补充适宜强度的人工光照,短时间内光反应阶段产生的NADPH和ATP增多,暗反应中C3的还原增强,此时C3含量降低而C5含量升高,C错误;夜间适当降低植物的环境温度可降低呼吸作用强度,对暗反应中C3和C5含量的变化基本无影响,D错误。
10.D a点净光合速率为0,此时光合速率与呼吸速率相等,甲植株在a点之前就已经开始进行光合作用,只是a点之前光合速率小于呼吸速率,A错误;乙植株18时之后,呼吸速率大于光合速率,有机物积累减少,因此18时有机物积累最多,B错误;曲线b~c段下降的原因是气温高,蒸腾作用旺盛,植物为了减少水分的散失而关闭部分气孔,导致植物吸收的CO2减少,d~e段的变化是由光照强度减弱引起的,C错误;b~d段,乙曲线的变化为植物的“午休现象”,部分气孔关闭导致叶内CO2浓度降低,而甲植物可能不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小,D正确。
11.D “正其行,通起风”能为植物提供更多的CO2提高光合作用速率,A正确;“六月盖被,没有谷米”是指六月的低气温会影响果实正常发育,这说明水稻光合作用受温度的影响,B正确;“春生夏长,秋收冬藏”中植物“夏长”主要影响因素是光照、温度,C正确;植物不能直接吸收土壤中的有机营养,植物从土壤中吸收水和无机盐,D错误。
12.答案 (1)类囊体薄膜 红光和蓝紫光 (2)甲 (3)甲 (4)低
解析 据图分析:图中净光合速率为0时,光合速率等于呼吸速率,此时是甲、乙植物的光补偿点,由图可知,甲植物的光补偿点大于乙植物的光补偿点,且随着光照强度的增大甲植物的净光合速率上升较快,且曲线高于乙植物,因此推测甲植物可能是阳生植物,乙是阴生植物。(1)高等植物光合作用中捕获光能的光合色素主要分布在叶绿体类囊体薄膜上;光合色素主要捕获红光和蓝紫光。(2)据图可知:当光照强度大于a时,甲植物的净光合速率明显升高,而乙植物的净光合速率上升缓慢,故当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是甲。(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么每一株植物接受的光照强度较低,在低光照强度下,净光合速率下降幅度较大的植物是甲。(4)通常情况下,阳生植物的光补偿点与光饱和点都比阴生植物高,所以与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。
13.答案 (1)不移动 小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等 (2)刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动 兼性厌氧型 (3)用NaOH溶液代替清水,其他条件不变 (4)NaHCO3溶液 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量
解析 据图分析,图2中的绿色植物可以同时进行有氧呼吸和光合作用,若烧杯中的Y是二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),则Y可以为光合作用提供CO2,且保持烧杯中CO2浓度不变。(1)图1中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,小鼠进行无氧呼吸既不消耗O2,也不释放CO2,所以装置中的气体体积不变,红色液滴不移动。(2)将小鼠换成酵母菌,X仍然是清水,酵母菌是兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则红色液滴右移。(3)酵母菌有氧呼吸时,CO2释放量与O2吸收量相等,根据以上分析,若将图1装置中的清水换成氢氧化钠溶液,小鼠换成酵母菌,其他条件不变,则红色液滴的移动距离可表示酵母菌O2的吸收速率,即酵母菌有氧呼吸释放CO2的量。(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则红色液滴右移。
14.D 土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用,将二氧化碳和水合成糖类,故碳源为二氧化碳,A错误;硝化细菌为需氧型细菌,所以培养时不能隔绝空气,B错误;硝化细菌能利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量,C错误;硝化细菌属于自养生物,D正确。
能力提升练
1.B
2.D
3.BCD
4.D
5.D
7.D
8.B
9.B
1.B 突然中断CO2供应,导致CO2的固定速率降低,光反应暂时不受影响,叶绿体中C5含量增加、C3含量减少,进而使ATP和NADPH含量增加,叶绿体基质中C5/C3的值增大,ATP/ADP的值增大,A错误,B正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突然将红光改变为绿光,光反应阶段受影响,ATP和NADPH合成减少,C3的还原速率降低,而暗反应CO2的固定速率暂时不受影响,进而使C3含量增加、C5含量减少,叶绿体基质中C3/C5的值增大,C错误;突然将绿光改变为红光,光反应阶段产生的ATP和NADPH含量增加,ATP/ADP的值增大,D错误。
2.D 据图分析:图中PSⅡ上进行水的光解,属于光反应阶段,发生的场所是类囊体薄膜;CO2的固定和C3的还原属于暗反应阶段,场所是叶绿体基质。由图可知,PSⅡ上进行水的光解,该膜为类囊体薄膜,其中的光合色素能利用吸收的光能,将H2O分解为O2和H+,A正确;由图可知,ATP合成酶具有催化ADP和Pi合成ATP的功能,并协助H+实现跨膜运输,B正确;蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过五层生物膜,分别是一层类囊体薄膜、两层叶绿体膜、两层线粒体膜,O2在线粒体内膜上被利用,C正确;刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构受到损伤,电子传递速率降低,光反应速率降低,光反应提供的ATP和NADPH减少,C3的还原速率降低,而C3的合成速率不变,C5生成速率变低,C5消耗速率不变,故叶肉细胞内C3含量上升,C5含量下降,D错误。
3.BCD 暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原,其中二氧化碳的固定过程不需要消耗ATP和NADPH,三碳化合物的还原过程需要消耗ATP和NADPH,A错误;ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3生成的量与被还原的量基本相等,达到动态平衡,B正确;若a点时突然停止供应CO2,则二氧化碳的固定过程受阻,而三碳化合物的还原过程仍可继续,所以叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低,C正确;刚进入黑暗条件时,光反应不能发生,不能合成ATP和NADPH,但叶肉细胞内仍含有少量ATP和NADPH,所以仍然有少量有机物的合成,D正确。
4.D 容器中含有二氧化碳缓冲液,不可通过测定容器内CO2浓度的变化速率绘制曲线,可通过测定容器内O2浓度的变化速率绘制曲线,A错误。9~11时,光照强度增强,对照组净光合速率下降的主要影响因素可能是CO2吸收速率降低;13~17时,对照组净光合速率下降的主要影响因素是光照强度下降,B错误。遮阴组11~13时与15~17时净光合速率均大于0,说明光合速率大于呼吸速率,C错误。由图可知,遮阴组曲线与横坐标围成的面积小于对照组,说明遮阴组一天的光合积累量小于对照组,D正确。
5.D 光照强度为0时,植物只进行呼吸作用,图中可以看出,15 ℃条件下,植物呼吸速率为2 mg/(单位叶面积·h),25 ℃条件下,植物呼吸速率为4 mg/(单位叶面积·h)。25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞可以进行光合作用和呼吸作用,产生ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质,A错误;5 klx时,由图可知在两种温度下石榴的净光合速率相等,因植物的呼吸作用速率不同,所以二者光合速率不等,B错误;根据题干“其他条件均为最适宜”可知,15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是温度,C错误;25 ℃条件下,石榴黑暗处理1 h后,再在12 klx光强度下照射1 h,则实验期间干重积累量为14-4=10(mg/单位叶面积),D正确。
6.答案 (1)光照强度 光反应 (2)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+ 呼吸作用 生长发育 (3)二氧化碳 灌浆前 合理灌溉 叶绿素含量高 (4)ABD
解析 (1)据图可知:旗叶靠近麦穗最上端,能接受较多的光照,故与其他叶片相比,旗叶光合作用更有优势的环境因素是光照强度;类囊体上附着有与光合作用相关的酶和色素,为光反应阶段提供了场所。(2)光反应阶段可为暗反应阶段提供NADPH和ATP,同时暗反应可为光反应提供NADP+、ADP、Pi,故在光合作用过程中,光反应与暗反应相互依存;光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的呼吸作用,一部分用于生长发育,其余部分运输至“库”。(3)①气孔导度表示气孔张开的程度,则气孔导度越大,植物吸收的二氧化碳越多,对暗反应越有利;据表格数据可知:灌浆前期气孔导度与籽粒产量的相关性最大,即此时对籽粒产量的影响最大;因“干旱导致气孔开放程度下降”,故为避免产量下降,应保证水分供应,即应合理灌溉。②据表格可知:灌浆后期和末期,叶绿素含量指数较高,对于光合速率影响较大,故应优先选择旗叶叶绿素含量高的品种进行进一步培育。(4)据题干信息可知:本实验为研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,且据以上分析“源”物质可转移至“库”,也可用于自身生长发育等,故可从阻断有机物向“库”的运输及检测自身物质方面入手。阻断旗叶(“源”)有机物的输出,检测籽粒变化,可研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,A正确;阻断籽粒(“库”)有机物的输入,检测是否影响旗叶光合作用速率,可研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,B正确;使用14CO2饲喂旗叶,检测籽粒中含14C的有机物的比例为检测有机物的变化,而检测有机物的变化一般不用18O进行,C错误,D正确。
7.D 分析表格可知:光照下每小时吸收CO2的量可代表净光合作用速率,黑暗中每小时释放CO2的量可代表呼吸作用速率,净光合作用速率=总光合作用速率-呼吸作用速率。温度通过影响酶的活性来影响光合作用和呼吸作用,A正确;适当降低晚上温度,可使呼吸作用速率降低,有机物消耗减少,使植物一昼夜的净积累量增多,B正确;分析表格数据可知,在25 ℃时净光合作用速率最高,故昼夜不停地光照,在25 ℃时该植物生长得最快,C正确;植物要想正常生长,有机物积累量应该大于0,有机物积累量=光照下积累的有机物量-黑暗下消耗的有机物量,故每天光照10 h,黑暗14 h,题中7种温度条件下,30 ℃和35 ℃时,每天有机物积累量均小于0,植物不能正常生长,D错误。
8.B 分析图示可知,单位叶面积内甲的呼吸作用强度为4 mg/小时,在光照强度约9 klx时光合作用达到饱和,约为7.5 mg/小时;单位叶面积内乙的呼吸作用强度为2 mg/小时,在光照强度约3.3 klx时光合作用达到饱和,约为5 mg/小时。在光照强度为1 klx条件下,乙种植物的二氧化碳吸收速率为0,光合速率等于呼吸速率,A正确;在光照强度为7 klx条件下,甲、乙两种植物的净光合速率相同,甲的总光合速率应该大于乙,因其呼吸速率较大,B错误;光照强度为1~3 klx,乙种植物光合速率随光照强度升高而升高,C正确;光照强度为9~12 klx,甲植物处在光饱和状态,限制甲植物光合速率升高的因素不再是光照强度,可能是CO2浓度,D正确。
9.B 图甲装置中CO2缓冲液能够为叶片光合作用提供稳定的二氧化碳,因此装置中气体量变化为氧气的释放量。图乙中,在相同的光照强度下,不同植物的光合作用速率会有差别,利用净光合作用速率=真正光合作用速率-呼吸作用速率来计算光合作用生成量。图乙中曲线F所代表的植物的光补偿点和光饱和点均低,因此适于在较弱光照下生长,A错误;将甲装置置于光下,在光照强度为1 klx时,植物E的光合作用速率小于呼吸作用速率,氧气含量在减少,因此测定时着色液滴向左移动,B正确;图乙中光照强度为3 klx时,相同时间内,E植物总光合作用强度=10+20=30,而F植物总光合作用强度=10+10=20,即相同面积的E、F两种植物的叶片合成有机物的速率之比为3∶2,C错误;光照强度为6 klx时,E植物净光合速率大于F植物,E植物释放的氧气更多,因此装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短,D错误。
10.答案 (1)剪去银边和叶脉并剪碎叶片 (2)8和17 从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放 (3)光照强度 光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制 (4)减少 (5)叶肉细胞不进行光合作用,植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
解析 (1)剪去成熟叶片的银白边和叶脉并剪碎叶片,能提高提取液中叶绿体色素的含量。(2)该植株6时至8时之间,该植株呼吸作用强度大于光合作用强度,8时至17时之间,该植株呼吸作用强度小于光合作用强度,17时后,该植株光合作用强度小于呼吸作用强度,在8和17时,该植株光合作用强度等于呼吸作用强度。此时对于叶肉细胞而言光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶绿体的二氧化碳的来源是从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放。(3)从6时到8时,光合作用强度小于呼吸作用强度,且光合作用在逐渐增强,因此6时到8时影响曲线变化的主要环境因素是光照强度,光照强度较弱,光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制。(4)17时植株光合作用强度与呼吸作用强度相等,此时植物积累量最大,干重最大,17时以后即使进行光合作用,但光合作用强度小于呼吸作用强度,因此20时植物体内的有机物干重小于17时的。(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是叶肉细胞不进行光合作用,而植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,都可产生CO2。
11.答案 (1)类囊体薄膜上 线粒体内膜 (2)CO2浓度 不能(3)小于 (4)不含X的等量营养液 使叶绿素含量下降 使气孔导度下降,吸收的CO2减少
解析 图甲表示光合作用的过程,A是水,B是NADPH(或ATP),C是ATP(或NADPH),D是氧气,E是二氧化碳,F是有机物。图乙中一定光照强度范围内,随光照强度的增加,氧气释放速率增加,光照强度为7时,达到最大光合速率。图丙在4~6 h和8~10 h内,CO2浓度基本不变,说明光合作用速率等于呼吸作用速率;实验经过12小时,密闭玻璃容器中的二氧化碳浓度与起始的相同,说明有机物的量没有改变。(1)光合作用的色素位于叶绿体类囊体薄膜上;D是氧气,细胞利用氧气的具体场所是线粒体内膜。(2)图乙中光照强度为7时,达到最大光合速率,故光照强度相对值大于7时,限制光合作用的因素不再是光照强度,由于实验条件温度适宜,故限制光合作用的主要环境因素是CO2浓度;由于该实验没有测定黑暗中细胞呼吸的速率,所以不能确定叶绿体产生O2的最大相对值。(3)由分析可知,图丙实验过程中4~6 h与8~10 h内细胞呼吸强度与光合作用强度相等,细胞呼吸强度不变,因此4~6 h与8~10 h的光合作用强度相等,但是4~6 h密闭玻璃容器中CO2浓度比8~10 h大,所以该时间段内光照强度应较8~10 h低。(4)①依据实验设计的对照原则和单一变量原则,若A组小麦幼苗用含适宜浓度的X的营养液培养,则对照组应用不含X的等量营养液培养。②由表中数据可知,A组(实验组)中的叶绿素含量减少且气孔导度下降,X可以导致小麦幼苗光合速率明显下降,可能的原因是使叶绿素含量下降,进而导致光反应减弱;使气孔导度下降,二氧化碳吸收量减少,进而导致暗反应减弱。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一 掌握绿叶中色素的提取和分离实验
1.(2021山东历城二中月考)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.提取光合色素时加入SiO2的目的是使研磨充分并保护色素不被破坏
B.分离色素时,滤液细线浸入层析液中会导致色素带变深
C.对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸
D.画滤液细线时要等上一次画的滤液线干燥后再进行画线
2.(2021山东济南长清一中高一月考)在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是 ( )
①未加石英砂,研磨不充分 ②一次加入大量的无水乙醇提取 ③分次加入少量无水乙醇提取 ④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④
3.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请根据问题回答:
图1 图2
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是 ,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于 。从上到下数,叶黄素位于第 条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后分别放在阳光和三棱镜之间,通过分析色素溶液的 来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在 (填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在 中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是 (填色素的名称)。
题组二 识记色素的种类和作用
4.如图表示从某植物新鲜叶片中提取的四种光合色素在滤纸上距离滤液细线的距离。下列叙述正确的是( )
A.甲、乙两种色素主要吸收蓝紫光
B.丙、丁色素分布在叶片的液泡中
C.色素丁在层析液中的溶解度最高
D.蓝细菌和水绵都能进行光合作用且捕获光能的色素种类相同
5.(2021山东淄博高一期末)下列有关色素的叙述,错误的是 ( )
A.与叶绿素相比,类胡萝卜素主要吸收波长较长的光
B.对智能温室进行补光时,常选用红光或蓝紫光光源
C.发黄的菠菜叶与正常的菠菜叶相比,叶绿素的含量显著减少
D.秋后,枫树、黄栌等植物叶片变为红色与液泡中色素有关
6.(2021辽宁沈阳高一月考)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是 ( )
A.被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用
B.绿叶中叶绿素含量约为类胡萝卜素的3倍
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生变化
7.(2021山东胶州实验中学高一月考改编)如图为叶绿体中色素吸收光能的情况,以下说法中正确的是( )
①在晚间用绿光照射行道树,目的是通过植物光合作用来增加夜间空气中的O2浓度
②据图可知,用波长400~470 nm的光比用白光更有利于提高光合作用强度 ③在经过纸层析法分离出来的色素带上,胡萝卜素的色素带在最上面 ④土壤中缺乏镁时,420~470 nm波长的光的利用量显著减少
A.②④ B.③④ C.②③ D.①②
题组三 识记叶绿体的结构和功能及相关实验
8.(2021吉林油田十一中月考)一位科学家做了如下实验:将水绵(丝状绿藻)放在暗处,一束白光通过棱镜再投射到水绵的叶绿体上,这时好氧性细菌将明显聚集在 ( )
A.红光的投影区域内
B.红光和蓝紫光的投影区域内
C.红光和绿光的投影区域内
D.黄光和橙光的投影区域内
9.(2021江苏南京师大附中高一期中)如图为叶绿体亚显微结构模式图,下列关于其结构与功能的叙述,正确的是 ( )
A.该结构与植物细胞的能量转换有关
B.①主要由纤维素构成
C.吸收光能的色素主要分布在②上
D.与光合作用有关的酶只位于④中
能力提升练
题组一 综合分析绿叶中色素的提取和分离实验
1.(2021山东泰安模拟,)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
2.(2021重庆一中月考,)迁移率(Rf)是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,也可用于各色素的鉴定,迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析结果(部分数据)。相关叙述正确的是 ( )
溶剂
色素1
色素2
色素3
色素4
实验组1
7.8
?
?
1.9
?
实验组2
8.2
?
?
1.5
?
实验组3
8.0
?
?
1.4
?
平均移动距离
8.0
7.6
?
?
0.8
迁移率(Rf)
无
0.95
0.53
?
0.10
A.该实验需先用苯、丙酮、石油醚配制成的层析液提取叶绿体中的色素
B.色素3的迁移率(Rf)为0.20,若植物体缺Mg2+,其含量会减少
C.在层析液中的溶解度最大的是色素1,在滤纸条上扩散速度最快的是色素4
D.能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2,能够吸收红光的只有色素3和色素4
题组二 综合题组
3.(不定项)()恩格尔曼用水棉和好氧细菌做了两个实验,现象分别如图。有关说法正确的是 ( )
实验1
实验2
A.选择水棉为材料,其叶绿体呈螺旋带状分布是重要因素之一
B.选择好氧细菌是为了证明光合作用有氧气产生
C.实验1可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
D.实验2可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光
4.[2021新高考八省(市)1月联考,湖南卷,]叶绿体色素吸收特定波长光的能量后,从基态跃迁至激发态,但激发态不稳定,可通过发射荧光回到基态,这些荧光组成的光谱称为发射光谱。类胡萝卜素分子吸收的光能可传递给叶绿素分子,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,能量传递效率与色素分子间的距离有关。图中A~D是叶绿素、类胡萝卜素及分子间能量传递的光谱学分析的实验结果。
回答下列问题:
(1)比较图A与图B,图A中曲线b是 (填“叶绿素”或“类胡萝卜素”)的 (填“发射”或“吸收”)光谱。
(2)图C是以454 nm的激发光分别诱导1×10-4 mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4 mol/L类胡萝卜素+5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱。图中曲线g对应 (填“类胡萝卜素”“叶绿素”或“类胡萝卜素+叶绿素”)的发射光谱;曲线g与e、f有差异,原因是 。
(3)图C实验的叶绿素+类胡萝卜素的混合液中,保持类胡萝卜素的浓度为1×10-4 mol/L,依次增加叶绿素浓度,以454 nm的光对混合液进行激发,分别检测叶绿素和类胡萝卜素的发射光谱,得到图D中的曲线j(叶绿素)和曲线k(类胡萝卜素),据此可知色素间能量传递效率与分子间距离的关系是 。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一 了解光合作用原理探究历程
1.(2021辽宁丹东高一期末)下列有关光合作用探索实验的叙述,正确的是 ( )
A.希尔反应表明植物光合作用产生的氧气中的氧元素来自水
B.含水绵和好氧细菌的临时装片,用透过三棱镜的光照射,绿光区域聚集的好氧细菌最多
C.阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随
D.向小球藻提供14CO2,光照一段时间,14C5先于14C3出现
2.用同位素18O分别标记二氧化碳和水,做了如图所示实验,就实验结果、结论的描述不正确的是 ( 易错 )
A.结果:物质A和物质B都是氧气
B.结果:物质A和物质B均无放射性
C.结论:物质A和物质B的分子量之比为9∶8
D.结论:光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水
题组二 认识光合作用过程
3.(2021山东济南高一期末)科学家用含14C的CO2追踪光合作用中碳原子的行踪,以追踪碳原子的转移途径。研究发现这种碳原子的转移途径是 ( 深度解析 )
A.CO2→三碳化合物→糖类
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→叶绿素→ADP
D.CO2→五碳化合物→糖类
4.(2021河北安平中学高一月考)如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程,A、B代表物质。下列叙述错误的是 ( )
A.叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B.①上产生的B物质具有还原性
C.NADP+含C、H、O、N、P
D.①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
5.(2021黑龙江大庆中学高一开学考试)如图为绿色植物叶绿体中进行光合作用的图解,其中a~g代表物质,下列说法正确的是 ( )
A.经过①②阶段,光能转化为化学能储存在g中
B.e是活泼的还原剂,即NADH,能参与三碳化合物的还原
C.通过测定植物体从空气中吸收f的速率可测定植物的实际光合速率
D.给植物提供18O标记的水,一段时间后a~g中只有a和b能检测到18O
6.(2021湖南邵阳高一期末改编)如图为光合作用过程示意图,其中字母表示物质。下列有关叙述错误的是 ( )
A.b和g不是同一种物质
B.b的组成元素全部来自a
C.光能可经d转化为h中稳定的化学能
D.图中d的运动方向是从叶绿体的基质到叶绿体基粒
题组三 分析影响光合作用的因素及应用
7.(2021山东青岛高一期末联考)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置,氧气传感器可监测O2浓度的变化,下列叙述错误的是 ( )
A.该实验的目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响
B.加入NaHCO3溶液是为了保持容器内一定浓度的CO2
C.单位时间内,红色光下测得的O2浓度高于自然光下测得的O2浓度
D.若将此装置放在黑暗处,可测定金鱼藻的细胞呼吸作用强度
8.(2021山西怀仁大地学校月考)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作用强度相等
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
9.(2021山东胶州实验中学高一月考)图表示大棚栽培的植物在环境因素发生改变时,叶绿体内暗反应中C3和C5含量的变化情况。下列选项中最可能导致这种变化的环境因素是 ( )
A.给植物增施氮肥和镁肥
B.大棚栽培的植物通过增施农家肥料补充CO2
C.给植物补充适宜强度的人工光照
D.夜间适当降低植物的环境温度
10.(2021江苏扬州二中月考)夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在不同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b~c段和d~e段下降的原因相同
D.两曲线b~d段不同的原因可能是乙植株气孔部分关闭
11.下列有关光合作用及其影响因素的叙述,错误的是 ( )
A.“正其行,通起风”能为植物提供更多的CO2提高光合作用速率
B.“六月盖被,没有谷米”说明水稻光合作用受温度的影响
C.“春生夏长,秋收冬藏”中植物“夏长”主要影响因素是光照、温度
D.“合理施肥,粮食满囤”表明植物可直接吸收土壤中的有机营养
12.(2021河北唐山高二期末)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的 上,该物质主要捕获可见光中的 。
(2)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 。
(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 。
(4)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度 (填“高”或“低”)。
13.(2020河北衡水武邑中学高一月考)如图是在一定温度条件下测定特定生物呼吸作用和光合作用强度的装置图(呼吸作用的底物为葡萄糖,不考虑装置内微生物的影响)。请回答下列相关问题:
(1)图1装置中X为清水,一段时间后(小鼠存活)玻璃管中红色液滴 (填“向左”“向右”或“不移动”),原因是 。
(2)若图1装置中X仍为清水,将小鼠换成含有酵母菌的培养液,则玻璃管中红色液滴的变化情况是 ,原因是酵母菌是 生物。
(3)如果要在(2)的基础上测定酵母菌有氧呼吸释放CO2的量,该如何改动图1装置? 。
(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,则Y应为 ,这种情况下玻璃管中红色液滴将向右移动,原因是 。
题组四 理解化能合成作用概念
14.(2021湖南衡阳八中期末改编)硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中,其部分代谢反应如图所示,下列关于硝化细菌的化能合成作用的描述正确的是 ( )
A.碳源为葡萄糖
B.培养时需隔绝空气
C.化能合成的生物利用无机物中的化学能
D.硝化细菌是自养生物
能力提升练
题组一 分析环境变化导致光合作用产物的变化
1.(2021江苏连云港赣榆模拟,)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于环境条件变化而引起的光合作用的变化,下列说法正确的是 ( )
A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为绿光,会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为红光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
2.(2021山东临沂一模改编,)已知蛋白核小球藻的光合作用过程表示如图,其中PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统,在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下,蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤,电子传递速率降低,光反应速率降低,从而使光合作用减弱,下列分析错误的是( )
A.PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能,将H2O分解为O2和H+
B.ATP合成酶具有催化功能,并协助H+实现跨膜运输
C.蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过5层生物膜
D.刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻,叶肉细胞内C3含量下降、C5含量上升
3.(不定项)(2021湖北十堰高一期末改编,)用14CO2“饲喂”叶肉细胞,让该叶肉细胞在光下进行光合作用,一段时间后,关闭光源,将叶肉细胞置于黑暗环境中,细胞内含放射性的C3浓度的变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.叶肉细胞光合作用的暗反应全过程都会消耗ATP和NADPH
B.ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3的生成和14C3的消耗也相对稳定
C.若a点时突然停止供应CO2,则叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低
D.b点后叶肉细胞内仍然有少量有机物的合成
题组二 综合分析影响光合作用的因素
4.(2021山东烟台高一期末,)某生物小组为研究遮阴处理对菠菜光合作用的影响,将一株菠菜置于一密闭容器内,给予自然光照(对照组)和50%的自然光照(遮阴组),在容器内放置一定浓度的CO2缓冲液,照射一段时间后测定数据绘制成图。下列说法正确的是 ( )
A.容器中CO2浓度基本保持不变,可通过测定容器内CO2浓度的变化速率绘制曲线
B.对照组9~11时与13~17时净光合速率下降的主要影响因素是光照强度的减弱
C.遮阴组11~13时与15~17时光合速率小于呼吸速率
D.据图分析,遮阴组一天的光合有机物积累量小于对照组
5.(2021安徽五校联考,)安徽怀远县是中国石榴之乡,榴花似火,果实营养丰富,果皮可以入药。如图是石榴树在不同温度和光强度条件下的光合速率变化情况,光合速率以干重增加速率[mg/(单位叶面积∙h)]表示。其他条件均为最适宜,下列有关说法正确的是 ( )
A.25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞中产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
B.5 klx光强度时15 ℃和25 ℃条件下的光合速率相等
C.15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是CO2浓度
D.25 ℃条件下,石榴黑暗处理1h后再在12 klx光强度下照射1h,则实验期间干重积累量约为10 mg/单位叶面积
6.[2021新高考八省(市)1月联考,辽宁卷,]在植物体内,制造或输出有机物的组织器官被称为“源”,接纳有机物用于生长或储藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物,其植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶(如图所示),旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答以下问题:
(1)旗叶是小麦最重要的“源”。与其他叶片相比,旗叶光合作用更有优势的环境因素是 。在旗叶的叶肉细胞中,叶绿体内有更多的类囊体堆叠,这为 阶段提供了更多的场所。
(2)在光合作用过程中,光反应与暗反应相互依存,依据是 。“源”光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的 和 ,另一部分输送至“库”。
(3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。为指导田间管理和育种,科研人员对多个品种的小麦旗叶在不同时期的光合特性指标与籽粒产量的相关性进行了研究,结果如表所示。表中数值代表相关性,数值越大,表明该指标对籽粒产量的影响越大。
光合特性指标
时期
抽穗期
开花期
灌浆前期
灌浆中期
灌浆后期
灌浆末期
气孔导度*
0.30
0.37
0.70
0.63
0.35
0.11
胞间CO2浓度
0.33
0.33
0.60
0.57
0.30
0.22
叶绿素含量
0.22
0.27
0.33
0.34
0.48
0.45
*气孔导度表示气孔张开的程度。
①气孔导度主要影响光合作用中 的供应。以上研究结果表明,在 期旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大。若在此时期因干旱导致气孔开放程度下降,籽粒产量会明显降低,有效的增产措施是 。
②根据以上研究结果,在小麦的品种选育中,针对灌浆后期和末期,应优先选择旗叶 的品种进行进一步培育。
(4)若研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,以下研究思路合理的是 (多选)。
A.阻断旗叶有机物的输出,检测籽粒产量的变化
B.阻断籽粒有机物的输入,检测旗叶光合作用速率的变化
C.使用H218O浇灌小麦,检测籽粒中含18O的有机物的比例
D.使用14CO2饲喂旗叶,检测籽粒中含14C的有机物的比例
题组三 综合分析光合作用与细胞呼吸的关系
7.(2021湖南长沙一中月考,)将某绿色植物放在特定的实验装置中,给予适宜的条件,研究温度对光合作用和呼吸作用的影响,所得结果如表所示。以下分析错误的是 ( )
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收
CO2/(mg·h-1)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放
CO2/(mg·h-1)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
A.温度对光合作用和呼吸作用的影响是通过影响有关酶的活性实现的
B.适当降低晚上温度,可使植物一昼夜的净积累量增多
C.昼夜不停地光照,在25 ℃时该植物生长得最快
D.以上7种温度条件下,每天光照10 h,植物都能正常生长
8.(2021湖南永州高一期末,)如图表示甲、乙两种植物光合速率与光照强度的关系。下列叙述错误的是 ( )
A.在光照强度为1 klx条件下,乙种植物的光合速率等于呼吸速率
B.在光照强度为7 klx条件下,甲、乙两种植物的总光合速率相同
C.光照强度为1~3 klx,乙种植物光合速率随光照强度升高而升高
D.光照强度为9~12 klx,限制甲植物光合速率升高的因素可能是CO2浓度
9.(2021江苏南京六校联合体一模改编,)利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的“圆叶”,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 ( )
甲 乙
A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx,装置甲中放置植物E叶片进行测定时,液滴向左移动
C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶片合成有机物的速率相等
D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间长
10.(2021江苏部分高中联考,)某同学将生长旺盛的银边天竺葵(幼叶叶片全绿色,成熟叶片边缘银白色)置于密闭容器内(已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等,气体含量相对值为1),在天气晴朗的早6时将该容器移至阳光下,日落后移到暗室中,测得容器中两种气体的相对含量如图所示。请回答下列问题:
(1)利用银边天竺葵成熟叶片提取叶绿体色素的实验中,对叶片进行 的处理,能够提高提取液中叶绿体色素的含量。
(2)图中在 时该植株的光合作用强度等于呼吸作用强度,此时叶绿体的二氧化碳来源是 。
(3)从6时到8时,影响曲线变化的主要环境因素是 ,此环境因素对光合作用产生的影响是 (从光反应与暗反应的关系具体分析)。
(4)相比较17时,20时该植物干重 (填“增多”“减少”或“一样多”)。
(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是 。
11.(2021山东烟台二中高一开学考试,)如图甲为绿藻细胞中光合作用过程简图,图乙为适宜温度条件下绿藻光合速率与光照强度的关系,图丙为25℃条件下,将绿藻置于密闭玻璃容器中,每2 h测一次CO2浓度变化情况(假设细胞呼吸强度恒定)。回答下列问题:
甲
乙
丙
(1)图甲中吸收光能的色素位于叶绿体的 ,细胞利用D的具体场所是 。
(2)图乙中光照强度相对值大于7时,限制光合作用的主要环境因素是 。该实验能否确定叶绿体产生O2的最大相对值? (填“能”或“不能”)。
(3)图丙实验过程中4~6 h平均光照强度 (填“小于”“等于”或“大于”)8~10 h 光照强度。
(4)某小组就某种化学物质X对小麦光合作用的影响展开研究,所得结果如表(fw表示鲜重,气孔导度表示气孔张开的程度),请回答:
测定项目
A组
B组
叶绿素a含量(mg/gfw)
20.50
25.24
叶绿素b含量(mg/gfw)
8.18
13.13
气孔导度(mmol·m-2·s-1)
0.07
0.25
光合速率(μmol·m-2·s-1)
14.27
31.37
①A组小麦幼苗用含适宜浓度的X的营养液培养;B组作为对照,用 培养。
②分析实验数据可知,X可以导致小麦幼苗光合速率明显下降,原因是:
a. ,光反应减弱。
b. ,暗反应减弱。
答案全解全析
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.D
2.D
4.C
5.A
6.C
7.B
8.B
9.A
1.D 提取色素时加入SiO2是为了研磨充分,加入碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏,A错误;分离色素时,滤液细线浸入层析液中,色素会溶解于层析液中,滤纸条上得不到色素带,会导致色素分离失败,B错误;对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层尼龙布进行过滤,不能用滤纸过滤,C错误;画滤液细线时要等上一次滤液线干燥后再进行画线,这样保证画出的滤液细线较细,分离出来的色素带不会重叠,D正确。
2.D 未加石英砂,导致研磨不充分,使色素的提取量减少,①符合;一次加入大量的无水乙醇,使色素提取液浓度降低,②符合;分次加入少量无水乙醇不影响色素的提取,③不符合;放置数天的菠菜叶叶片发黄,叶绿素含量减少,提取量也会减少,④符合。
3.答案 (1)纸层析法 色素在层析液中溶解度的大小 2 (2)吸收光谱(不同波长的光被吸收的情况) (3)a 层析液 叶绿素b
解析 (1)分离色素使用的方法为纸层析法;分离原理是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,故滤纸条上色素带的位置不同主要取决于色素在层析液中溶解度的大小。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,所以叶黄素位于第2条色素带。(2)色素有不同的吸收光谱,因此可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光(教材P99)。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央的地方,即a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。
4.C 甲、乙两种色素分别为叶绿素b和叶绿素a,主要吸收红光和蓝紫光,A错误;丙、丁色素为光合色素,分布在叶片的叶绿体类囊体薄膜上,B错误;色素丁扩散得最远,说明在层析液中的溶解度最高,C正确;水绵和蓝细菌均能够进行光合作用,但是蓝细菌中光合色素为叶绿素和藻蓝素,而水绵中的光合色素为叶绿素和类胡萝卜素,D错误。
5.A 与叶绿素相比,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(波长较短的光),A错误;由于类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,因此温室进行补光时,常选用红光或蓝紫光光源,B正确;菠菜叶发黄是因为叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)含量减少,使胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)的颜色呈现出来,C正确;秋后,枫树、黄栌等植物的叶片变为红色,主要是由于叶绿素含量降低,而液泡中的花青素增多,D正确。
6.C 光合色素的功能是吸收、传递、转换光能,被叶绿体中色素吸收的光能都可用于光合作用,A正确;绿叶中的色素叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4,B正确;植物进行光合作用通常只能吸收可见光,不能吸收红外光和紫外光,C错误;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,秋天叶子变黄,叶绿素分解,比例明显改变,D正确。
7.B 分析题图:叶绿素a和叶绿素b统称为叶绿素,主要吸收420~470 nm波长的光(蓝紫光)和640~670 nm波长的光(红光);类胡萝卜素主要吸收400~500 nm波长的光(蓝紫光)。植物吸收绿光很少,所以在晚间用绿光照射行道树达不到增加夜间空气中O2浓度的目的,①错误;白光中400~470 nm波长的光只是植物进行光合作用所吸收光中的一部分,所以只用该波长的光,光合作用强度将降低,②错误;胡萝卜素在层析液中的溶解度最大,在滤纸条上的扩散速度最快,所以胡萝卜素带在最上面,③正确;镁是叶绿素的重要组成元素,镁缺乏时,叶绿素合成受阻,直接影响植物对光的吸收,④正确。综上正确的选项有③④,选B。
8.B 叶绿素对可见光中的红光和蓝紫光吸收较多,所以红光和蓝紫光的投影区域内光合作用较强,产生的氧气较多。好氧菌趋向氧气较多的地方,所以好氧菌明显聚集在红光和蓝紫光的投影区域内,B正确。
9.A 叶绿体中的色素能将光能转化为化学能,A正确;①是叶绿体外膜,主要由磷脂和蛋白质组成,B错误;吸收光能的色素主要分布在③基粒上,C错误;与光合作用有关的酶位于③和④中,D错误。
能力提升练
1.A
2.B
3.ACD
1.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;色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,C错误;色素带从上往下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素见光分解后剩下1和2两条带,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”。
2.B 用苯、丙酮、石油醚配制成的层析液分离叶绿体中的色素,A错误;据表格分析,色素3平均移动距离为(1.9+1.5+1.4)÷3=1.6,溶剂的平均移动距离为8.0,进而推出色素3的迁移率=1.6÷8.0=0.20,根据迁移率的大小确定色素的溶解度的高低,色素1表示胡萝卜素,色素2表示叶黄素,色素3表示叶绿素a,色素4表示叶绿素b,镁是合成叶绿素的原料,缺镁叶绿素的含量减少,B正确;溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散速度越快,即色素1胡萝卜素的溶解度最高,扩散速度也最快,C错误;叶绿素(3和4)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素(1和2)主要吸收蓝紫光,D错误。
3.ACD 恩格尔曼选择水绵和好氧细菌进行实验,是因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察,而好氧细菌可确定释放氧气多的部位,A正确;实验通过观察好氧细菌的分布来确定氧气产生的位置,B错误;实验1中好氧细菌集中分布在有光束照射的叶绿体部位,可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气,C正确;实验2好氧细菌多集中分布在红光和蓝紫光区域,故可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光,D正确。
4.答案 (1)叶绿素 发射 (2)类胡萝卜素+叶绿素 类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子,但叶绿素吸收的能量不能传给类胡萝卜素,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,叶绿素分子的发射光谱强度增强 (3)分子间距离越小,色素间能量传递效率越高
解析 (1)类胡萝卜素不吸收红光,b曲线吸光度大于d曲线,所以图A中曲线b是叶绿素的发射光谱。(2)图C是以454nm的激发光分别诱导1×10-4 mol/L类胡萝卜素的苯溶液、5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液、1×10-4 mol/L类胡萝卜素+5×10-7 mol/L叶绿素的苯溶液产生的发射光谱,因类胡萝卜素分子吸收的光能可以传递给叶绿素分子,但叶绿素吸收的能量不能传给类胡萝卜素,导致类胡萝卜素的发射光谱强度减弱,叶绿素分子的发射光谱强度增强,所以图中发射光谱e为叶绿素的发射光谱、f为类胡萝卜素的发射光谱、g为类胡萝卜素+叶绿素的发射光谱。(3)图D横坐标为叶绿素的浓度,叶绿素浓度越大,叶绿素分子和类胡萝卜素分子的距离越小,叶绿素的吸光度越大,说明分子间距离越小,色素间能量传递效率越高。
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
1.C
2.C
3.A
4.D
5.A
6.D
7.C
8.C
9.B
10.D
11.D
14.D
1.C 该实验离体叶绿体的悬浮液中有H2O,无CO2由于缺少加入CO2的另一组对照实验,故不清楚植物光合作用产生的氧气中的氧元素是否能来自CO2,A错误;光合色素主要吸收红光和蓝紫光,该实验中恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,B错误;阿尔农通过实验证实了叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随,C正确;向小球藻提供14CO2,光照一段时间,14C3先于14C5出现,D错误。
2.C 依题意及图示可知,一组给小球藻提供C18O2和H2O,在光照下小球藻释放的A为O2;另一组给小球藻提供CO2和H218O,在光照下小球藻释放的B为18O2。物质A为O2,物质B为18O2,二者均为氧气,A正确;18O是16O的稳定同位素,不具有放射性,因此物质A(O2)和物质B(18O2)均无放射性,B正确;物质A(O2)和物质B(18O2)的分子量之比为8∶9,C错误;综上分析,光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,D正确。
易错提醒
并非同位素都具有放射性
同位素指同一元素中,质子数相同、中子数不同的原子,有的同位素具有放射性,如14C、32P、3H、35S等;有的不具有放射性,如15N、18O 等。
3.A 根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中,然后一些接收能量并被还原的三碳化合物在酶的作用下转化为糖类,即CO2→三碳化合物→糖类,A正确。
归纳拓展
光合作用中各元素的去向
(1)O2中的O全部来自水的光解。
(2)C的转移途径为:CO2→C3→(CH2O)。
(3)H的转移途径为:H2O→NADPH→(CH2O)。
4.D 叶绿体能通过光合作用将光能转变成化学能储存在有机物中,A正确;在①类囊体薄膜上产生的B物质,即NADPH具有还原性,可以参与C3的还原,形成糖类等有机物,B正确;NADP+是氧化型辅酶Ⅱ,含C、H、O、N、P,C正确;类囊体薄膜上产生的A物质,即ATP可以用于C3的还原,但CO2的固定不需要消耗ATP,D错误。
5.A 据图分析:图中①是光反应阶段,②是暗反应阶段;a是水,b是氧气,c是ATP,d是ADP,e是NADPH,f是二氧化碳,g是糖类。光合作用包括①光反应阶段和②暗反应阶段,所以经过①②阶段,光能转化为化学能储存在g(糖类)中,A正确;光合作用产生的活泼还原剂是NADPH,B错误;叶绿体可以从空气和线粒体吸收CO2,只测定植物体从空气中吸收f(CO2)的速率,可测定净光合速率,C错误;给植物提供18O标记的水,水可以参与有氧呼吸第二阶段生成CO2,CO2参与暗反应可以生成有机物,所以除了a水、b氧气外,在f和g中也可以找到18O,D错误。
6.D 结合光合作用过程和题图可知:a表示水,b表示氧气,c表示ADP,d表示ATP,e表示NADPH,f表示NADP+,g表示二氧化碳,h表示糖类,b和g不是同一种物质,A正确;光合作用释放的氧气中的氧元素来自水(教材P103),B正确;光能可经d(ATP)转化为h(有机物)中稳定的化学能,C正确;图中d是ATP,ATP由光反应产生用于暗反应,运动方向是从叶绿体的基粒到叶绿体基质,D错误。
7.C 该实验的自变量是不同单色光,因变量是释放的O2浓度(代表光合作用强度),故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响,A正确;加入NaHCO3溶液是为了提供光合作用吸收的CO2,保持容器内CO2浓度的相对稳定,B正确;相同条件下,自然光下比单色光(红光)下的光合作用要强,因此单位时间内,红色光下测得的O2浓度低于自然光下测得的O2浓度,C错误;若将此装置放在黑暗处,金鱼藻只进行呼吸作用,可测定金鱼藻的呼吸作用强度,D正确。
8.C 结合题意分析图解:图中a点只进行呼吸作用,b点的光照强度为光合作用的光补偿点,此时光合作用强度等于呼吸作用强度,c点的光照强度为光合作用的光饱和点。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作用强度相等,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点的O2吸收量可代表呼吸速率,现呼吸速率加快,故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,现光合速率减慢,故d点上移,C错误。b点光合速率等于呼吸速率,当植物缺Mg时,光合速率降低,需增大光照强度以提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率,即植物缺Mg时,b点将向右移动,D正确。
9.B 给植物增施氮肥和镁肥可以促进叶绿素的合成,提高色素含量,短时间内光反应阶段产生的NADPH和ATP增多,则暗反应中C3的还原增强,而短时间内C3的生成量基本不变,此时C3含量降低而C5含量升高,A错误;大棚栽培的植物通过增施农家肥料补充CO2,短时间内CO2和C5结合形成C3(二氧化碳的固定)增多,而短时间内C3消耗量基本不变,此时C3含量升高而C5含量降低,B正确;给植物补充适宜强度的人工光照,短时间内光反应阶段产生的NADPH和ATP增多,暗反应中C3的还原增强,此时C3含量降低而C5含量升高,C错误;夜间适当降低植物的环境温度可降低呼吸作用强度,对暗反应中C3和C5含量的变化基本无影响,D错误。
10.D a点净光合速率为0,此时光合速率与呼吸速率相等,甲植株在a点之前就已经开始进行光合作用,只是a点之前光合速率小于呼吸速率,A错误;乙植株18时之后,呼吸速率大于光合速率,有机物积累减少,因此18时有机物积累最多,B错误;曲线b~c段下降的原因是气温高,蒸腾作用旺盛,植物为了减少水分的散失而关闭部分气孔,导致植物吸收的CO2减少,d~e段的变化是由光照强度减弱引起的,C错误;b~d段,乙曲线的变化为植物的“午休现象”,部分气孔关闭导致叶内CO2浓度降低,而甲植物可能不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小,D正确。
11.D “正其行,通起风”能为植物提供更多的CO2提高光合作用速率,A正确;“六月盖被,没有谷米”是指六月的低气温会影响果实正常发育,这说明水稻光合作用受温度的影响,B正确;“春生夏长,秋收冬藏”中植物“夏长”主要影响因素是光照、温度,C正确;植物不能直接吸收土壤中的有机营养,植物从土壤中吸收水和无机盐,D错误。
12.答案 (1)类囊体薄膜 红光和蓝紫光 (2)甲 (3)甲 (4)低
解析 据图分析:图中净光合速率为0时,光合速率等于呼吸速率,此时是甲、乙植物的光补偿点,由图可知,甲植物的光补偿点大于乙植物的光补偿点,且随着光照强度的增大甲植物的净光合速率上升较快,且曲线高于乙植物,因此推测甲植物可能是阳生植物,乙是阴生植物。(1)高等植物光合作用中捕获光能的光合色素主要分布在叶绿体类囊体薄膜上;光合色素主要捕获红光和蓝紫光。(2)据图可知:当光照强度大于a时,甲植物的净光合速率明显升高,而乙植物的净光合速率上升缓慢,故当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是甲。(3)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么每一株植物接受的光照强度较低,在低光照强度下,净光合速率下降幅度较大的植物是甲。(4)通常情况下,阳生植物的光补偿点与光饱和点都比阴生植物高,所以与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。
13.答案 (1)不移动 小鼠细胞呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等 (2)刚开始红色液滴不移动,一段时间后向右移动 兼性厌氧型 (3)用NaOH溶液代替清水,其他条件不变 (4)NaHCO3溶液 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量
解析 据图分析,图2中的绿色植物可以同时进行有氧呼吸和光合作用,若烧杯中的Y是二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),则Y可以为光合作用提供CO2,且保持烧杯中CO2浓度不变。(1)图1中的小鼠进行有氧呼吸吸收的O2量与释放的CO2量相等,且产生的二氧化碳不会被烧杯中的清水吸收,小鼠进行无氧呼吸既不消耗O2,也不释放CO2,所以装置中的气体体积不变,红色液滴不移动。(2)将小鼠换成酵母菌,X仍然是清水,酵母菌是兼性厌氧型微生物,开始时进行有氧呼吸,红色液滴不移动;后来进行无氧呼吸,产生了二氧化碳,使得装置中气体体积增大,则红色液滴右移。(3)酵母菌有氧呼吸时,CO2释放量与O2吸收量相等,根据以上分析,若将图1装置中的清水换成氢氧化钠溶液,小鼠换成酵母菌,其他条件不变,则红色液滴的移动距离可表示酵母菌O2的吸收速率,即酵母菌有氧呼吸释放CO2的量。(4)若图2装置的锥形瓶中植物能正常生长,说明植物的光合作用大于呼吸作用,则Y应为二氧化碳缓冲液(NaHCO3溶液),由于光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,则红色液滴右移。
14.D 土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用,将二氧化碳和水合成糖类,故碳源为二氧化碳,A错误;硝化细菌为需氧型细菌,所以培养时不能隔绝空气,B错误;硝化细菌能利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量,C错误;硝化细菌属于自养生物,D正确。
能力提升练
1.B
2.D
3.BCD
4.D
5.D
7.D
8.B
9.B
1.B 突然中断CO2供应,导致CO2的固定速率降低,光反应暂时不受影响,叶绿体中C5含量增加、C3含量减少,进而使ATP和NADPH含量增加,叶绿体基质中C5/C3的值增大,ATP/ADP的值增大,A错误,B正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突然将红光改变为绿光,光反应阶段受影响,ATP和NADPH合成减少,C3的还原速率降低,而暗反应CO2的固定速率暂时不受影响,进而使C3含量增加、C5含量减少,叶绿体基质中C3/C5的值增大,C错误;突然将绿光改变为红光,光反应阶段产生的ATP和NADPH含量增加,ATP/ADP的值增大,D错误。
2.D 据图分析:图中PSⅡ上进行水的光解,属于光反应阶段,发生的场所是类囊体薄膜;CO2的固定和C3的还原属于暗反应阶段,场所是叶绿体基质。由图可知,PSⅡ上进行水的光解,该膜为类囊体薄膜,其中的光合色素能利用吸收的光能,将H2O分解为O2和H+,A正确;由图可知,ATP合成酶具有催化ADP和Pi合成ATP的功能,并协助H+实现跨膜运输,B正确;蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过五层生物膜,分别是一层类囊体薄膜、两层叶绿体膜、两层线粒体膜,O2在线粒体内膜上被利用,C正确;刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构受到损伤,电子传递速率降低,光反应速率降低,光反应提供的ATP和NADPH减少,C3的还原速率降低,而C3的合成速率不变,C5生成速率变低,C5消耗速率不变,故叶肉细胞内C3含量上升,C5含量下降,D错误。
3.BCD 暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原,其中二氧化碳的固定过程不需要消耗ATP和NADPH,三碳化合物的还原过程需要消耗ATP和NADPH,A错误;ab段C3浓度相对稳定的原因是14C3生成的量与被还原的量基本相等,达到动态平衡,B正确;若a点时突然停止供应CO2,则二氧化碳的固定过程受阻,而三碳化合物的还原过程仍可继续,所以叶肉细胞中C5浓度将会上升,C3浓度将会降低,C正确;刚进入黑暗条件时,光反应不能发生,不能合成ATP和NADPH,但叶肉细胞内仍含有少量ATP和NADPH,所以仍然有少量有机物的合成,D正确。
4.D 容器中含有二氧化碳缓冲液,不可通过测定容器内CO2浓度的变化速率绘制曲线,可通过测定容器内O2浓度的变化速率绘制曲线,A错误。9~11时,光照强度增强,对照组净光合速率下降的主要影响因素可能是CO2吸收速率降低;13~17时,对照组净光合速率下降的主要影响因素是光照强度下降,B错误。遮阴组11~13时与15~17时净光合速率均大于0,说明光合速率大于呼吸速率,C错误。由图可知,遮阴组曲线与横坐标围成的面积小于对照组,说明遮阴组一天的光合积累量小于对照组,D正确。
5.D 光照强度为0时,植物只进行呼吸作用,图中可以看出,15 ℃条件下,植物呼吸速率为2 mg/(单位叶面积·h),25 ℃条件下,植物呼吸速率为4 mg/(单位叶面积·h)。25 ℃条件下,1 klx光强度时叶肉细胞可以进行光合作用和呼吸作用,产生ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质,A错误;5 klx时,由图可知在两种温度下石榴的净光合速率相等,因植物的呼吸作用速率不同,所以二者光合速率不等,B错误;根据题干“其他条件均为最适宜”可知,15 ℃条件下,P点以后石榴光合速率不再继续增大的主要限制因素是温度,C错误;25 ℃条件下,石榴黑暗处理1 h后,再在12 klx光强度下照射1 h,则实验期间干重积累量为14-4=10(mg/单位叶面积),D正确。
6.答案 (1)光照强度 光反应 (2)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+ 呼吸作用 生长发育 (3)二氧化碳 灌浆前 合理灌溉 叶绿素含量高 (4)ABD
解析 (1)据图可知:旗叶靠近麦穗最上端,能接受较多的光照,故与其他叶片相比,旗叶光合作用更有优势的环境因素是光照强度;类囊体上附着有与光合作用相关的酶和色素,为光反应阶段提供了场所。(2)光反应阶段可为暗反应阶段提供NADPH和ATP,同时暗反应可为光反应提供NADP+、ADP、Pi,故在光合作用过程中,光反应与暗反应相互依存;光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的呼吸作用,一部分用于生长发育,其余部分运输至“库”。(3)①气孔导度表示气孔张开的程度,则气孔导度越大,植物吸收的二氧化碳越多,对暗反应越有利;据表格数据可知:灌浆前期气孔导度与籽粒产量的相关性最大,即此时对籽粒产量的影响最大;因“干旱导致气孔开放程度下降”,故为避免产量下降,应保证水分供应,即应合理灌溉。②据表格可知:灌浆后期和末期,叶绿素含量指数较高,对于光合速率影响较大,故应优先选择旗叶叶绿素含量高的品种进行进一步培育。(4)据题干信息可知:本实验为研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,且据以上分析“源”物质可转移至“库”,也可用于自身生长发育等,故可从阻断有机物向“库”的运输及检测自身物质方面入手。阻断旗叶(“源”)有机物的输出,检测籽粒变化,可研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,A正确;阻断籽粒(“库”)有机物的输入,检测是否影响旗叶光合作用速率,可研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,B正确;使用14CO2饲喂旗叶,检测籽粒中含14C的有机物的比例为检测有机物的变化,而检测有机物的变化一般不用18O进行,C错误,D正确。
7.D 分析表格可知:光照下每小时吸收CO2的量可代表净光合作用速率,黑暗中每小时释放CO2的量可代表呼吸作用速率,净光合作用速率=总光合作用速率-呼吸作用速率。温度通过影响酶的活性来影响光合作用和呼吸作用,A正确;适当降低晚上温度,可使呼吸作用速率降低,有机物消耗减少,使植物一昼夜的净积累量增多,B正确;分析表格数据可知,在25 ℃时净光合作用速率最高,故昼夜不停地光照,在25 ℃时该植物生长得最快,C正确;植物要想正常生长,有机物积累量应该大于0,有机物积累量=光照下积累的有机物量-黑暗下消耗的有机物量,故每天光照10 h,黑暗14 h,题中7种温度条件下,30 ℃和35 ℃时,每天有机物积累量均小于0,植物不能正常生长,D错误。
8.B 分析图示可知,单位叶面积内甲的呼吸作用强度为4 mg/小时,在光照强度约9 klx时光合作用达到饱和,约为7.5 mg/小时;单位叶面积内乙的呼吸作用强度为2 mg/小时,在光照强度约3.3 klx时光合作用达到饱和,约为5 mg/小时。在光照强度为1 klx条件下,乙种植物的二氧化碳吸收速率为0,光合速率等于呼吸速率,A正确;在光照强度为7 klx条件下,甲、乙两种植物的净光合速率相同,甲的总光合速率应该大于乙,因其呼吸速率较大,B错误;光照强度为1~3 klx,乙种植物光合速率随光照强度升高而升高,C正确;光照强度为9~12 klx,甲植物处在光饱和状态,限制甲植物光合速率升高的因素不再是光照强度,可能是CO2浓度,D正确。
9.B 图甲装置中CO2缓冲液能够为叶片光合作用提供稳定的二氧化碳,因此装置中气体量变化为氧气的释放量。图乙中,在相同的光照强度下,不同植物的光合作用速率会有差别,利用净光合作用速率=真正光合作用速率-呼吸作用速率来计算光合作用生成量。图乙中曲线F所代表的植物的光补偿点和光饱和点均低,因此适于在较弱光照下生长,A错误;将甲装置置于光下,在光照强度为1 klx时,植物E的光合作用速率小于呼吸作用速率,氧气含量在减少,因此测定时着色液滴向左移动,B正确;图乙中光照强度为3 klx时,相同时间内,E植物总光合作用强度=10+20=30,而F植物总光合作用强度=10+10=20,即相同面积的E、F两种植物的叶片合成有机物的速率之比为3∶2,C错误;光照强度为6 klx时,E植物净光合速率大于F植物,E植物释放的氧气更多,因此装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短,D错误。
10.答案 (1)剪去银边和叶脉并剪碎叶片 (2)8和17 从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放 (3)光照强度 光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制 (4)减少 (5)叶肉细胞不进行光合作用,植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸
解析 (1)剪去成熟叶片的银白边和叶脉并剪碎叶片,能提高提取液中叶绿体色素的含量。(2)该植株6时至8时之间,该植株呼吸作用强度大于光合作用强度,8时至17时之间,该植株呼吸作用强度小于光合作用强度,17时后,该植株光合作用强度小于呼吸作用强度,在8和17时,该植株光合作用强度等于呼吸作用强度。此时对于叶肉细胞而言光合作用强度大于呼吸作用强度,因此叶绿体的二氧化碳的来源是从外界环境吸收(或从密闭容器内吸收或从胞间吸收)和呼吸作用释放。(3)从6时到8时,光合作用强度小于呼吸作用强度,且光合作用在逐渐增强,因此6时到8时影响曲线变化的主要环境因素是光照强度,光照强度较弱,光反应向暗反应提供的ATP和NADPH较少,使暗反应中C3的还原受到抑制。(4)17时植株光合作用强度与呼吸作用强度相等,此时植物积累量最大,干重最大,17时以后即使进行光合作用,但光合作用强度小于呼吸作用强度,因此20时植物体内的有机物干重小于17时的。(5)分析两条曲线在20时后不对称的原因是叶肉细胞不进行光合作用,而植物细胞既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸,都可产生CO2。
11.答案 (1)类囊体薄膜上 线粒体内膜 (2)CO2浓度 不能(3)小于 (4)不含X的等量营养液 使叶绿素含量下降 使气孔导度下降,吸收的CO2减少
解析 图甲表示光合作用的过程,A是水,B是NADPH(或ATP),C是ATP(或NADPH),D是氧气,E是二氧化碳,F是有机物。图乙中一定光照强度范围内,随光照强度的增加,氧气释放速率增加,光照强度为7时,达到最大光合速率。图丙在4~6 h和8~10 h内,CO2浓度基本不变,说明光合作用速率等于呼吸作用速率;实验经过12小时,密闭玻璃容器中的二氧化碳浓度与起始的相同,说明有机物的量没有改变。(1)光合作用的色素位于叶绿体类囊体薄膜上;D是氧气,细胞利用氧气的具体场所是线粒体内膜。(2)图乙中光照强度为7时,达到最大光合速率,故光照强度相对值大于7时,限制光合作用的因素不再是光照强度,由于实验条件温度适宜,故限制光合作用的主要环境因素是CO2浓度;由于该实验没有测定黑暗中细胞呼吸的速率,所以不能确定叶绿体产生O2的最大相对值。(3)由分析可知,图丙实验过程中4~6 h与8~10 h内细胞呼吸强度与光合作用强度相等,细胞呼吸强度不变,因此4~6 h与8~10 h的光合作用强度相等,但是4~6 h密闭玻璃容器中CO2浓度比8~10 h大,所以该时间段内光照强度应较8~10 h低。(4)①依据实验设计的对照原则和单一变量原则,若A组小麦幼苗用含适宜浓度的X的营养液培养,则对照组应用不含X的等量营养液培养。②由表中数据可知,A组(实验组)中的叶绿素含量减少且气孔导度下降,X可以导致小麦幼苗光合速率明显下降,可能的原因是使叶绿素含量下降,进而导致光反应减弱;使气孔导度下降,二氧化碳吸收量减少,进而导致暗反应减弱。
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