2023届高考生物二轮复习光合作用 作业含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习光合作用 作业含答案，共45页。试卷主要包含了01　②无影响　③EBR，08，58等内容，欢迎下载使用。
专题6　光合作用 A组
简单情境
1.光合作用过程中物质的变化(2022惠州三模,4)在适宜的光照和温度条件下,向豌豆植株供应14CO2,测定不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量,得到如图所示的结果。下列叙述错误的是(　　)

A.叶肉细胞中最先出现的含14C的化合物为C3
B.A→B,叶肉细胞吸收CO2速率增加
C.B→C,叶片的光合速率等于呼吸速率
D.B→C,叶肉细胞中的酶量限制了光合速率
答案　C　CO2在叶绿体基质首先与C5结合形成C3,因此叶肉细胞中最先出现的含14C的化合物为C3,A正确;据图分析,A→B,随着CO2浓度增加,C5的相对含量逐渐减小,说明C5与CO2结合生成C3的速率增加,因此该段叶肉细胞吸收CO2速率增加,B正确;B→C,叶片叶肉细胞间的CO2浓度较高,C5相对含量基本维持不变,表示豌豆植株达到了CO2饱和点,此时叶片的光合速率大于呼吸速率,C错误;B→C达到了CO2饱和点,由于该实验是在适宜的光照和温度条件下进行的,因此限制光合速率的因素可能是叶肉细胞内酶的数量,D正确。
复杂情境
2.水稻突变体(2022东莞质检,15)研究人员筛选到植株矮、籽粒小的水稻突变体s,使用电子显微镜观察一天中不同时刻的野生型和突变体s叶肉细胞中的淀粉粒,结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A.叶绿体是光合作用的场所,淀粉粒位于叶绿体中
B.叶肉细胞白天进行光合作用,淀粉粒积累逐渐增多
C.突变体s叶肉细胞淀粉粒积累可能是输出减少的结果
D.突变体s叶肉细胞淀粉粒积累有利于水稻生长
答案　D　叶绿体是光合作用的场所,由图可知,淀粉粒位于叶绿体中,A正确;白天有光,叶肉细胞可以进行光合作用,淀粉粒积累逐渐增多,B正确;由图可知,与野生型水稻的叶绿体相比,突变体s水稻的叶绿体中淀粉粒积累明显增多,可能是输出减少的结果,C正确;水稻突变体s的植株矮、籽粒小,故突变体s叶肉细胞淀粉粒积累,即光合作用产物积累不利于水稻生长,D错误。
3.景天酸代谢(2022惠州二模,3)原本生活在干旱地区的多肉植物,经研究发现其CO2固定过程非常特殊,被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用,过程如图所示。据图分析,下列说法错误的是(　　)

A.进行景天酸代谢的植物白天进行光反应,积累ATP和NADPH,晚上进行暗反应合成有机物
B.图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水,从而使该类植物适应干旱环境
C.与常见的C3代谢途径植物相比,夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物
D.多肉植物在其原生地环境中,其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化
答案　A　光合作用的暗反应过程需要光反应提供NADPH和ATP,晚上植物没有NADPH和ATP的供应,暗反应不能进行,A错误;图示的代谢方式使白天气孔关闭减少水分的流失,因此可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水,从而使该类植物适应干旱环境,B正确;由于景天酸代谢途径植物晚上气孔张开,不断吸收二氧化碳用于合成苹果酸,减少了空气中的二氧化碳,因此,与常见的C3代谢途径植物相比,夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物,C正确;多肉植物在晚上吸收二氧化碳生成苹果酸进入液泡中(pH降低),白天苹果酸分解产生二氧化碳用于暗反应(pH升高),因此这些植物的液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化,D正确。
复杂陌生情境
4.莲藕突变体(2022韶关一模,17)研究人员发现一莲藕突变体植株,其叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%。如图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体莲藕植株和普通莲藕植株的净光合速率。表中数据是某光照强度下测得的突变体莲藕植株与普通莲藕植株相关生理指标,请分析并回答相关问题:

品种
单位时间进入叶片单位面积
的CO2量(mmol·m-2·s-1)
胞间CO2浓度
(ppm)
还原性糖(mg·g-1
鲜重)
普通莲藕植株
0.10
250
2.72
突变体莲藕植株
0.18
250
3.86
(1)莲藕植株叶片中的叶绿素主要吸收　　　　　光。光照强度为a时,叶片中合成ATP的细胞器有　　　　　　　　　　　。 
(2)当光照强度低于a时,突变体莲藕植株的净光合速率低于普通莲藕植株,推测引起这种差异主要是由于突变体莲藕植株  　。 
(3)分析图表中信息可知,光照强度大于a时,环境中的CO2浓度　　　　　(填“是”或“不是”)影响普通莲藕植株净光合速率的主要原因,突变体莲藕植株合成还原性糖较多的原因主要是①　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②　　　 　　　　　　。 
(4)为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度,实验测定各组数据时往往要采取随机取样、
　　　　　　　　　　　　　　等措施(答出两点),以保证实验数据的可信度。 
答案　(1)红光和蓝紫　叶绿体和线粒体　(2)叶绿素含量较低,光反应产生的ATP和NADPH少,光合速率低　(3)不是　①充足光照弥补了叶绿素的不足　②叶片吸收CO2的速率较快,暗反应效率更高,固定了较多的CO2　(4)重复取样测定、取平均值
解析　(1)叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素,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;叶片中合成ATP的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体,据图可知,光照强度为a时,净光合速率大于0,说明光合作用和呼吸作用都能进行,因此叶片中合成ATP的细胞器有线粒体和叶绿体。(2)图中光照强度低于a时,突变体莲藕植株的净光合速率低于普通莲藕植株,推测引起这种差异的主要原因是突变体莲藕植株的叶绿素含量较低,利用弱光的能力较差,光反应形成ATP和NADPH少,光合速率低。(3)据图表可知,光照强度大于a时,随着光照强度的增加,普通莲藕植株净光合速率仍在增加,因此影响普通莲藕植株净光合速率的主要因素是光照强度,环境中的CO2浓度不是限制因素;突变体莲藕植株叶绿素含量仅为普通莲藕植株的56%,突变体莲藕植株合成还原性糖较多的原因有两个方面:一方面充足的光照弥补了叶绿素的不足;另一方面突变体莲藕植株暗反应效率高,利用CO2的能力强,固定较多CO2。(4)科学实验中的数据,往往存在误差,为进一步探究突变体莲藕最适宜光照强度,实验测定各组数据时往往要采取随机取样、重复取样测定、取平均值等措施,以保证实验数据的可信度。

专题6　光合作用 B组
情境应用
简单情境
1.臭氧对光合作用的影响(2022湖南长沙三校模拟联考,4)自工业革命以来,全球环境中的O3浓度增加了一倍多。科学家研究了增加O3对玉米光合作用的影响,结果如表所示:

净光合速率
(μmol·m-2·s-1)
气孔导度
(mol·m-2·s-1)
叶绿素含量
(g·m-2)
胞间CO2浓度
(μmol·mol-1)
百粒重(g)
每穗籽
粒数量
未添加O3组
28
0.14
0.5
1.0
30.3
391
添加O3组
22
0.1
0.52
1.3
27.3
417
下列说法不正确的是(　　)
A.O3可能通过影响玉米光合作用的暗反应,使玉米产量下降
B.气孔导度主要通过影响细胞水分含量来影响光合作用的强度
C.环境CO2浓度、气孔导度会影响CO2的供应进而影响光合作用
D.O3导致的玉米减产是通过减少籽粒重量,而不是籽粒的数量
答案　B　由图可知,添加O3组中气孔导度和百粒重均小于未添加O3组,胞间CO2浓度大于未添加O3组,而光合作用的暗反应消耗CO2生成有机物,所以O3可能通过影响暗反应来影响玉米的光合作用,A正确;气孔导度主要通过影响细胞内CO2浓度来影响光合作用强度,B错误;环境中CO2浓度、气孔导度都会影响细胞内CO2的供应,从而影响光合作用,C正确;由图可知,添加O3组的百粒重小于未添加O3组的,而每穗籽粒数量大于未添加O3组,所以O3是通过减少籽粒重量导致玉米减产的,D正确。
复杂陌生情境
2.探究不同砧木对光合作用的影响(2022湖南长沙一中月考九,17)为提高水果品质,研究者通过嫁接来改造砂糖橘。嫁接时,以砂糖橘的枝、芽为接穗,以其他植物茎段为砧木,基本操作如图所示。现用宜昌橙、枳壳、砂糖橘、香橙和粗柠檬等植物分别为砧木进行实验,探究不同砧木对砂糖橘的光合作用指标和含糖量的影响,进而筛选出砂糖橘栽培的最适砧木,数据如表所示。请回答:

检测指标
砧木类型
宜昌橙
枳壳
粗柠檬
香橙
砂糖橘
总叶绿素含量
(mg·g-1)
0.85
1.40
1.34
1.25
0.98
气孔导度
(mmol·mol-1)
51
53
50
73
69
胞间CO2浓度
(μmol·m-2·s-l)
260
195
205
208
272
净光合作用速率
(μmol·m-2·s-1)
4.1
6.0
6.5
7.5
4.7
可溶性总
糖含量(%)
3.2
3.4
3.6
3.8
3.7
注:各组之间细胞呼吸强度基本相同。
(1)该实验的自变量是　　　　,设置以砂糖橘为砧木的这一组的目的是进行　　　　。 
(2)假设各砧木上砂糖橘的呼吸作用强度相同,根据表格数据,砂糖橘生长的最适砧木是　　　　,请叙述判断依据:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)与以香橙为砧木相比,以宜昌橙为砧木的砂糖橘的气孔导度较小,但胞间CO2浓度较大,请叙述其主要原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)研究者认为,砂糖橘的总叶绿素含量分别在以枳壳、宜昌橙为砧木时达到最多、最少,但砂糖橘中的遗传物质并未改变。请在上述实验基础上,选择合适的砧木材料,设计实验来验证上述观点。请写出实验思路及预期实验结果:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)砧木类型　对照(或空白对照)　
(2)香橙　净光合作用速率和可溶性总糖含量均最高　(3)以宜昌橙为砧木的砂糖橘净光合速率低,CO2吸收利用的少,故胞间CO2积累的多　(4)实验思路:取若干生长状况相似的砂糖橘茎段,分为甲乙两组;分别从以枳壳、宜昌橙为砧木的砂糖橘上取枝芽,作为接穗分别嫁接到砂糖橘砧木上;在相同且适宜环境下培养一段时间并检测、比较总叶绿素含量。预期结果:甲乙两组总叶绿素含量基本一致
解析　(1)本实验的目的是探究不同砧木对砂糖橘的光合作用指标和含糖量的影响,因此实验的自变量是砧木类型,设置以砂糖橘为砧木的目的是作为空白对照,与其他砧木作对照。(2)如果各砧木上砂糖橘的呼吸作用强度相同,对比表中数据可知,以香橙作为砧木的砂糖橘的净光合作用速率和可溶性总糖含量均最高,可作为砂糖橘生长的最适砧木。(3)与以香橙为砧木相比,以宜昌橙为砧木的砂糖橘的气孔导度较小,但胞间CO2浓度较大,对比表中数据可知,以宜昌橙为砧木的砂糖橘净光合速率低,CO2吸收利用的少,故胞间CO2积累的多。(4)为验证题述假设,设计实验如下:分别从以枳壳、宜昌橙为砧木的砂糖橘上取枝芽,作为接穗分别嫁接到砂糖橘砧木上,在相同且适宜的环境下培养一段时间并检测、比较总叶绿素含量,从而得出相应的结论。针对题述推测,相应的实验结果应该为甲、乙两组枝条长出的叶片中总叶绿素含量基本一致。
专题六　光合作用 C组
情境应用
简单情境
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.叶绿素的结构(2022北京朝阳一模,5)叶绿素是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用,在光照条件下形成的。叶绿素a的分子结构如图所示,其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列分析错误的是(　　)

A.叶绿素a分子与催化其合成的酶共有的元素是C、H、O、N
B.叶绿素a的元素组成说明无机盐能构成复杂的化合物
C.尾部对于叶绿素a分子在类囊体膜上的固定起重要作用
D.叶片变黄一定是光照不足导致叶绿素合成减少造成的
答案　D　催化叶绿素合成的酶为蛋白质,其组成元素包括C、H、O、N等,叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg,A正确;叶绿素a中存在Mg,可说明无机盐能组成复杂的化合物,B正确;叶绿素a分子尾部具有亲脂性,能够嵌入或插入磷脂双分子层的内部,对其在类囊体膜上的固定起重要作用,C正确;叶绿素的合成需要光照,光照不足或植物从外界吸收的N、Mg不足都会导致叶绿素合成不足,叶片黄化,D错误。
2.光合作用的过程(2022北京丰台二模,2)如图所示为菠菜叶肉细胞内的部分能量转换过程,下列说法正确的是(　　)

A.①②都发生在叶绿体,③④分别发生在细胞质基质和线粒体
B.类囊体膜上的四种色素吸收光的波长有差异,但都可用于①
C.光合速率等于呼吸速率时,②储存的能量等于④释放的能量
D.②一般与放能反应相联系,③一般与吸能反应相联系
答案　B　图中①、②过程分别代表光合作用的光反应和暗反应阶段,发生场所分别为类囊体薄膜和叶绿体基质,③过程代表细胞呼吸,发生场所为细胞质基质和线粒体,④代表ATP水解,可发生在细胞的任何部位,A错误;类囊体薄膜上存在四种光合色素,可吸收不同波长的可见光用于光合作用,具有吸收、传递和转换光能的作用,B正确;光合作用可将能量储存在有机物中,细胞呼吸过程中一部分能量以热能形式散失,另一部分可转变为ATP中活跃的化学能,故过程④ATP水解释放的能量要小于过程②储存的能量,C错误;过程④ATP水解释放的能量可用于有机物的合成(吸能反应),过程③将有机物中稳定的化学能转变为ATP中活跃的化学能,此过程为放能反应,D错误。
知识归纳　ATP水解释放的能量可用于吸能反应,许多放能反应释放的能量储存在ATP中,能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
陌生情境
3.生物燃料(2022北京海淀一模,3)开发生物燃料替代化石燃料,可实现节能减排。下图为生物燃料生产装置示意图,据图推测合理的是(　　)

A.光照时,微藻产生ADP和NADP+供给暗反应
B.图中①为CO2,外源添加可增加产物生成量
C.图中②为暗反应阶段产生的酒精等有机物质
D.该体系产油量的高低不受温度和pH等影响
答案　B　光照时海洋微藻进行光合作用,光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为光反应提供ADP和NADP+,A错误;物质供给箱是为海洋微藻的生长提供物质条件的,海洋微藻需要从外界吸收水和无机盐以及CO2用于光合作用,生成有机物,故外源添加CO2可增加产物生成量,B正确;酒精是细胞无氧呼吸的产物之一,并不是光合作用的产物,C错误;该体系的产油量主要由海洋微藻的光合速率决定,温度和pH均属于影响光合作用的因素,D错误。
知识归纳　总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率,其中CO2的固定量、O2的产生量、有机物的制造量可表示总光合速率,CO2的吸收量、O2的释放量、有机物的积累量可表示净光合速率。
4.化能合成作用(2022北京东城二模,1)贝日阿托菌利用氧化H2S产生的能量固定CO2,合成有机物,下列微生物与贝日阿托菌在生态系统中属于同一组成成分的是(　　)
A.乳酸菌　　　B.大肠杆菌
C.蓝细菌　　　D.酵母菌
答案　C　贝日阿托菌利用氧化H2S产生的能量固定CO2,合成有机物,属于能进行化能合成作用的自养型生物,在生态系统中属于生产者,四个选项中蓝细菌能通过光合作用固定CO2并合成有机物,为生产者,C正确。
知识归纳　自养型生物在生态系统中属于生产者,能够利用无机物合成有机物,可依据能量来源不同分为两类,一类是光能自养型生物,可利用光能,一类是化能自养型生物,可利用化学能。
复杂情境
5.CST1基因对光合作用的影响(2022北京东城一模,17)植物光合作用速率受多种因素影响,研究人员获得了光合作用速率明显降低的CST1基因功能缺失突变体玉米,利用其研究了光合作用产物对光合作用的反馈调节机制。
(1)玉米在叶肉细胞的　　　　中合成了光合作用产物,完成传粉后,光合作用产物可运输到种子中积累、储存。 
(2)研究人员检测了传粉后玉米叶片的气孔开放程度,结果如图1。结果说明野生型植株中CST1蛋白能够　　　　气孔打开,突变体光合速率下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1
(3)研究人员测定了野生型植株在不同条件下CST1基因的表达量,图2结果显示　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　, 
由此推测CST1基因表达受到光合作用产物(如蔗糖等)的调控,进而影响气孔开放程度。

图2

图3
研究人员在玉米传粉后第15天分别向野生型和突变体植株的茎注射蔗糖溶液,对照组注射等量蒸馏水,48小时后检测叶片气孔开放程度。实验结果验证了上述推测,请将蔗糖处理突变体的结果补充在图3中。
(4)结合以上研究结果,请完善光合作用产物对光合作用的反馈调节机制模型

(任选一种,在方框中以文字和箭头的形式作答)。
答案　(1)叶绿体(基质)　(2)促进　气孔开放程度显著下降,CO2供应不足,光合速率下降　(3)A组CST1基因表达量在光照时下降,黑暗时上升;B组CST1基因持续高水平表达;C组CST1基因持续低水平表达　答案如图所示

(4)

解析　(1)光合作用的场所为叶绿体,光反应发生在类囊体薄膜上,暗反应发生在叶绿体基质中,暗反应阶段CO2被利用并生成糖类。(2)依据柱形图可知,野生型植株气孔开放程度随传粉后天数增加而下降,但在20天、30天检测到的气孔开放程度无显著差异,而CST1基因功能缺失突变体植株传粉后,在实验检测时间范围内气孔开放程度一直在降低,且始终低于野生型植株,说明野生型植株中的CST1蛋白能抑制气孔开放程度下降,即能促进气孔打开。气孔是气体和水分进出叶片的通道,所以突变体光合速率下降的原因是气孔开放程度降低,导致CO2供应不足,从而引起暗反应速率下降,最终导致光合作用速率降低。(3)依据图2可知,野生型植株12 h光照/12 h黑暗交替处理组(A组)应为对照组,可看出CST1基因表达量的变化具有周期性,在光照时持续降低,黑暗时逐渐升高;B组连续黑暗处理,CST1基因表达量始终维持在较高水平;C组连续光照处理,CST1基因表达量始终处于较低水平,由此推测CST1基因表达受到光合作用产物(如蔗糖等)的调控,进而影响气孔开放程度。依据实验现象可知,光合产物的合成会抑制CST1基因表达,故在15天时用蔗糖处理野生型植株,会导致CST1蛋白含量下降,玉米叶片气孔开放程度降低,由于突变体植株内CST1基因功能缺失,不能合成CST1蛋白,故在用蔗糖处理突变体植株后,两组的气孔开放程度应无显著区别。(4)光合产物积累会抑制CST1基因的表达,使CST1蛋白含量下降,气孔开放程度下降,CO2吸收量减少,光合速率下降;反之,光合产物减少,促进CST1基因表达,CST1蛋白含量升高,促进气孔开放,CO2吸收量增多,光合速率上升。

专题6　光合作用 D组
情境应用
简单情境
1.干旱胁迫对净光合速率等的影响(2022烟台一模,21)为研究新疆大叶苜蓿的抗旱机制,科研人员设置正常供水(CK)、轻度干旱胁迫(T1)和重度干旱胁迫(T2)三组盆栽控水实验,干旱处理7天后复水,测量新疆大叶苜蓿光合作用相关指标,结果如图所示。

图1

图2

图3
(1)根据图示信息可知,干旱胁迫对新疆大叶苜蓿净光合速率的影响是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)气孔导度越大说明气孔开放程度越大,干旱胁迫可导致气孔导度下降,影响光合作用中　　　　　　　　的生成进而影响光反应速率。干旱及降雨是农业生产上常见的现象,根据实验结果可知,新疆大叶苜蓿的抗旱性　　　　(填“较强”或“较弱”),其机理是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)干旱胁迫会激发细胞产生活性氧(ROS)从而破坏生物膜结构,据此分析,T2组复水5 d后净光合速率仍然较低,推测其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)干旱胁迫可降低净光合速率,且胁迫程度越大降低越多　(2)NADP+、ADP(和Pi)　较强　干旱复水后气孔导度和叶绿素含量均能快速升高　(3)重度胁迫下,叶绿体类囊体膜等相关结构可能遭到破坏
解析　(1)分析图1可知,干旱胁迫下,植物的净光合速率降低,且重度干旱胁迫下比轻度干旱胁迫下的净光合速率还低。(2)气孔导度下降,影响CO2的供应,进而影响C3的合成,C3的含量会影响C3的还原过程,进而影响NADP+、ADP(和Pi)的生成。分析图2和图3的实验结果可知,干旱复水后气孔导度和叶绿素含量均能快速升高,说明新疆大叶苜蓿的抗旱性较强。(3)干旱胁迫会激发细胞产生活性氧(ROS)从而破坏生物膜结构,由此推测重度胁迫下,叶绿体类囊体膜等相关结构可能遭到破坏,导致T2组复水5 d后净光合速率仍然较低。
知识归纳　影响光合作用的环境因素有很多,光照强度通过影响光反应阶段来影响光合作用;二氧化碳浓度通过影响暗反应阶段来影响光合作用;温度通过影响酶的活性来影响光合作用;水是光合作用的原料之一,水的含量也会影响光合作用。
2.CO2浓度对光合速率的影响(2022潍坊二模,21)温室效应引起的气候变化对植物的生长发育会产生显著影响。研究人员以大豆、花生和棉花为实验材料,分别进行三种处理(其他条件均相同且适宜):甲组提供m浓度(大气浓度)的CO2;乙组提供2m(浓度加倍)浓度的CO2;丙组先在2m浓度下培养60天,再转至m浓度下培养7天。然后测定光合作用速率,其相对值(μmol·m-2·s-1)如表所示:

甲组
乙组
丙组
大豆
23
36
16
花生
22
34
17
棉花
24
34
18

(1)上述实验的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为保证实验结果准确,甲、乙两组的培养时间应为　　　　。 
(2)研究表明,长时期高CO2环境会导致上述作物体内相关酶和气孔的响应发生适应性改变。从酶的角度推测,乙组与甲组相比光合速率并没有随CO2浓度倍增而加倍的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。从气孔的角度推测,丙组的光合速率比甲组还低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)CO2是主要的温室气体,我国政府在第七十五届联合国大会上提出:“……努力争取2060年前实现碳中和”。碳中和是指实现CO2的排放和吸收正负抵消,从而使大气CO2含量保持稳定。要实现这一目标,一方面要节能减排,另一方面应大力开展　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)研究CO2浓度对三种(不同种)植物光合作用速率的影响　67天　(2)长时间2m浓度的CO2环境使作物体内固定CO2酶的数量(或活性)下降　长时间2m浓度的CO2环境使部分气孔关闭,恢复m浓度的CO2环境时,关闭的气孔未能及时开启　(3)植树造林　大气CO2的吸收主要是通过植物的光合作用实现的
解析　(1)实验的目的是研究CO2浓度对三种植物光合速率的影响;相对于甲组,乙组的CO2浓度加倍,丙组为两种浓度的混合培养,而时间是无关变量,因此应保证培养时间一致,三组均为67天。(2)长时间2m浓度的CO2环境使作物体内固定CO2酶的数量(或活性)下降,因此即使增加CO2浓度,光合速率也不会随CO2浓度的倍增而倍增;长时间2m浓度的CO2环境使部分气孔关闭,恢复m浓度的CO2环境时,关闭的气孔未能及时开启,因此丙组的光合速率比一直是m浓度的甲组的光合速率低。(3)碳中和是指实现CO2的排放和吸收正负抵消,节能减排是实现CO2减排的措施之一,而为了实现CO2吸收增多,可以大力开展植树造林,利用植物的光合作用固定CO2,使大气中的CO2含量下降。
复杂情境
3.CO2浓缩机制(2022德州二模,21)小球藻具有CO2浓缩机制(CCM),可利用细胞膜上的HCO3-蛋白(ictB)将海水中的HCO3-转运进细胞,在碳酸酐酶(CA)作用下HCO3-和H+反应生成CO2,使细胞内的CO2浓度远高于海水。为研究不同光照强度和CO2浓度对CCM的影响,科研人员将培养在海水中的小球藻分别置于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)、高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)四种条件下培养,测定结果如图所示。

图1

图2
(1)CO2通过　　　　　　的方式进入小球藻细胞。CO2被固定的过程发生在　　　　　　　　(填“细胞质基质”“叶绿体基质”或“叶绿体基粒”)。 
(2)据图1可知,影响海水中小球藻生长的主要因素是　　　　　　。综合分析图1和图2可知,HL条件下CA酶活性升高,其意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)随着培养时间的延长,培养液pH达到稳定时的pH称为pH补偿点。分析图2结果可知,HL组的pH补偿点　　　　(填“最高”或“最低”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)植物的CO2补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。为提高水稻的光合效率,将ictB基因和CA基因导入水稻,预期得到的转基因水稻CO2补偿点比正常水稻要　　　　(填“高”或“低”)。 
答案　(1)主动运输　叶绿体基质　(2)光照强度　使细胞在低浓度CO2条件下,能通过CA催化分解HCO3-,得到更多的CO2用于光合作用　(3)最高　HL组胞外CA活性最高,H+与HCO3-反应生成CO2被小球藻吸收利用较多,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高　(4)低
解析　(1)小球藻细胞内的CO2浓度远高于海水,故二氧化碳进入小球藻细胞的方式是主动运输。CO2被固定的过程是暗反应阶段发生的反应之一,场所是在叶绿体基质。(2)分析图1的曲线结果发现高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)这两组的小球藻细胞密度明显高于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)两组,这说明光照强度相较于二氧化碳浓度来说对小球藻的生长影响更大。由于CA可以促进HCO3-和H+反应生成CO2,分析题图可以推测HL条件下CA酶活性升高,可以使细胞在低浓度CO2条件下,能通过CA催化HCO3-与H+反应,得到更多的CO2用于光合作用。(3)分析图2,HL组胞外CA活性最高,因此H+与HCO3-反应生成CO2被小球藻吸收利用较多,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高。(4)水稻转入ictB基因后,会表达出ictB,将水中的HCO3-转运进细胞,而CA又可以催化HCO3-和H+反应生成CO2,所以转基因水稻能在环境CO2浓度更低的情况下,胞内CO2浓度就达到了CO2补偿点。
名师点睛　细胞内的CO2浓度远高于海水,且细胞膜上有转运蛋白(ictB),说明CO2溶于水中形成的HCO3-离子是通过主动运输进入细胞的,进入细胞中的HCO3-在胞内又转化为CO2。

专题六　光合作用 E组
情境应用
复杂情境
1.光合作用与HCHO(2022天津河北一模,15)甲醛(HCHO)是室内空气污染的主要成分之一,严重情况下会引发人体免疫功能异常甚至导致鼻咽癌和白血病,室内栽培观赏植物常春藤能够清除甲醛污染。研究发现外源甲醛可以作为碳源参与常春藤的光合作用,具体过程如图所示(其中RU5P和HU6P是中间产物)。

图1
(1)追踪并探明循环Ⅱ中甲醛的碳同化路径,可采用的方法是　　　　　　。推测细胞同化甲醛(HCHO)的场所应是　　　　　　。 
(2)甲醛在被常春藤吸收利用的同时,也会对常春藤的生长产生一定的影响,为此研究人员设计了甲醛胁迫下常春藤生长情况的实验。如表是常春藤在不同浓度甲醛胁迫下测得的可溶性糖的含量。甲醛脱氢酶(FALDH)是甲醛代谢过程中的关键酶,图2表示不同甲醛浓度下,该酶的活性相对值,图3是不同甲醛浓度下气孔导度(气孔的开放程度)的相对值。

组别
样品
0天
第1天
第2天
第3天
第4天
①
1个单位甲醛浓度的培养液
2271
2658
2811
3271
3425
②
2个单位甲醛浓度的培养液
2271
2415
2936
2789
1840
③
不含甲醛的培养液
2271
2311
2399
2462
2529


图2

图3
a.表中的对照组是　　　　　(①②③)。 
b.常春藤在甲醛胁迫下气孔开放程度下降的生理意义是　　　　　　　　　。 
(3)1个单位甲醛浓度下,常春藤气孔开放程度下降,可溶性糖的含量增加,综合上述信息,下列分析正确的是(　　)
A.可溶性糖含量增加引起气孔开放度下降
B.1个单位甲醛浓度使FALDH的活性增强
C.气孔开放度下降,导致光反应产物积累
D.甲醛代谢过程中能产生CO2用于光合作用
(4)综合分析表、图2和图3的信息,写出在甲醛胁迫下,常春藤的抗逆途径是　。 
答案　(1)同位素示踪　叶绿体基质　(2)③　可以减少空气中的甲醛进入植物体内　(3)ABD　(4)植物通过降低气孔的开放程度,减少甲醛的吸收,同时FALDH酶的活性提高,增强对甲醛的代谢能力,起到抗逆作用
解析　(1)同位素示踪法是利用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。追踪并探明循环Ⅱ中甲醛的碳同化路径,可采用的方法是同位素示踪法;据图可知,细胞同化甲醛(HCHO)是在叶绿体基质中进行的。(2)据图、表分析可知,表中实验的自变量是不同浓度的甲醛和处理时间,因变量是可溶性糖含量,图中因变量为甲醛脱氢酶(FALDH)的活性和气孔导度,故表中第③组(不含甲醛的培养液)为对照组。据图3分析可知,随着甲醛浓度增加,气孔导度逐渐降低,可以减少空气中的甲醛进入植物体内。(3)可溶性糖含量增加可使保卫细胞失水,引起气孔开放度产生速率下降,A正确;根据图2可知,1个单位甲醛浓度使FALDH的活性增强,B正确;气孔开放度下降,CO2可能供应不足,使暗反应速率降低,进而会导致光合产物产生速率下降,C错误;1个单位甲醛浓度下,甲醛经过图1过程可以产生CO2用于光合作用,D正确。(4)据图、表分析可知,在甲醛胁迫下,常春藤一方面通过降低气孔的开放程度,来减少甲醛的吸收;另一方面,在降低气孔开放程度的同时,提高FALDH酶的活性,增强对甲醛的代谢能力,起到抗逆作用。
2.光合作用与作物种植(2022天津河西一模,13)辣椒是我国栽培面积最大的蔬菜作物之一。某农业研究所对其生长规律进行了相应的研究,图甲表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程,其中三碳化合物和五碳化合物在不同代谢过程中表示不同的化合物:

图甲

图乙
(1)图甲中属于有氧呼吸过程的有　　　　　　　　(填标号)。 
(2)图甲中②⑤过程为图乙的生化反应提供　　　　　　　(填物质)。 
(3)由图乙可知,PSⅡ的生理功能具有吸收并转化光能、　　　　　　等。 
(4)研究表明试剂2,4-二硝基苯酚的使用会使图乙生物膜对H+的通透性增大,从而破坏H+跨膜梯度。因此,当2,4-二硝基苯酚作用于图乙生物膜时,导致ATP产生量　。 
(5)某校研究小组在外界光照强度与温度适宜的基础上,将长势状况良好的盆栽油菜植株罩上透明玻璃罩,再将远红CO2检测仪与计算机相连记录实验数据。图丙曲线表示该油菜一昼夜CO2浓度的变化。

图丙
①据图判断油菜植株的光合作用强度大于细胞呼吸强度的时间段为　。 
②油菜植株一昼夜有机物总量　　　　　　(“增加”、“不变”或“减小”)。 
答案　(1)①③　(2)ADP、Pi、NADP+　(3)催化水的分解　(4)减少　(5)①6时~18时　②增加
解析　分析题图甲,①表示葡萄糖分解为丙酮酸的过程,②表示暗反应中C3还原成有机物的过程,⑤表示C3还原成C5的过程,④表示暗反应中CO2的固定过程,③表示丙酮酸产生CO2过程。图乙为光反应过程。(1)由分析可知,图甲中属于有氧呼吸过程的是①③。(2)图甲中②⑤过程为C3的还原,此过程可以为图乙中的光反应提供ADP、Pi和NADP+。(3)由图乙可知,PS Ⅱ中发生了水的光解,并将吸收的光能转化为电能的形式传递,因此其生理功能有吸收并转化光能、催化水的分解。(4)根据图乙显示,运输H+的方式是协助扩散,在跨膜H+浓度梯度的推动下合成ATP,当2,4-二硝基苯酚作用于图乙生物膜时,膜对H+的通透性增大,导致膜两侧的H+浓度梯度消除或减小,在其他条件不变时,则ADP与Pi形成ATP的速率减慢,ATP产生量减少。(5)①DH段CO2浓度一直降低,说明光合速率大于呼吸速率,故油菜植株的光合作用强度大于细胞呼吸强度的时间段为6时~18时。②由于I点比A点低,装置中的CO2浓度降低,一昼夜中植株有机物有积累,因此油菜植株一昼夜有机物总量增加。
3.莲藕突变体(2022天津河东一模,14)莲藕是广泛用于观赏和食用的植物,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,不同光照强度下该突变体和普通莲藕的净光合速率。图2中A、B分别表示某光照强度下该突变体与普通莲藕的气孔导度(单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。请分析回答下列问题:

图1

图2
(1)莲藕极易褐变,这是由细胞内的多酚氧化酶催化相关反应引起的。将莲藕在开水中焯过后可减轻褐变程度,原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)在2 000 μmol·m-2·s-1的光强下,突变体莲藕的实际光合速率比普通莲藕的高　　　%(保留一位小数)。 
(3)CO2被利用的场所是　　　　　,因为此处可以为CO2的固定提供　　　　　。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,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)如图表示莲藕细胞的生物膜上发生的化学变化,其中含有叶绿素的是　　　　　。 


(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3中甲所示,分离结果如图3中乙所示,①~④表示色素带。突变体的色素带中与普通莲藕具有较大差异的是　　　　　。(用序号表示) 

图3
答案　(1)高温下多酚氧化酶失去活性, 抑制了褐变过程　(2)23.5　(3)叶绿体基质　C5和酶　突变体　突变体的气孔导度大,进入叶片的CO2多,而胞间CO2浓度与普通莲藕相近,说明突变体的光合速率较高,能较快地消耗CO2　(4)B　(5)③④
解析　(1)由题可知,莲藕褐变是细胞内的多酚氧化酶催化相关反应引起的,开水中焯过后褐变程度可减轻,说明多酚氧化酶在高温下失活。(2)实际光合速率=净光合速率+呼吸速率,所以突变体莲藕的实际光合速率为2+19=21(CO2μmol·m-2·s-1),普通莲藕的实际光合速率为2+15=17(CO2μmol·m-2·s-1),突变体莲藕的实际光合速率比普通莲藕的高(21-17)/17≈23.5%。(3)CO2被利用的场所是叶绿体基质,叶绿体基质可为CO2的固定提供酶和C5;由图2可知,突变体的气孔导度大,进入叶片的CO2多,而胞间CO2浓度与普通莲藕相近,说明突变体利用CO2的速率高于普通莲藕,即在单位时间内固定的CO2多。(4)叶绿体的类囊体薄膜上含有光合作用的色素,光合色素吸收的光能可将H2O分解为O2和H+,H+与NADP+结合形成NADPH。(5)光合色素的分离实验中,在层析液中溶解度大的色素扩散速度快,由题可知,突变体莲藕的叶绿素含量仅为普通莲藕的56%,而类胡萝卜素的扩散速度大于叶绿素,所以突变体的色素带中与普通莲藕具有较大差异的是③叶绿素a、④叶绿素b。
复杂陌生情境
4.碳纳米荧光材料(2022天津十二校联考一模,15)科研人员发现一种能提高光合作用效率的新型碳纳米荧光材料——碳点(CDs),它是一种良好的能量传递中间体,能吸收叶绿体利用率低的紫外光,并发射出和叶绿体吸收相匹配的光谱。用该碳点处理叶绿体后,能使光合作用效率提高2.8倍,其作用机理见图,图中字母A~D表示物质,请分析回答下列问题。

(1)PSⅡ(光系统Ⅱ)和PSⅠ(光系统Ⅰ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物,它们和ATP合成酶都排列在　　　　　上。 
(2)H2O在PSⅡ作用下被分解为O2和H+,其中一部分O2可扩散到　　　(填结构名称)参与反应,又生成H2O;H+　　　(“顺浓度”或“逆浓度”)梯度通过ATP合成酶驱动合成物质C;另一方面释放电子,电子最终传递给B,合成了A　　　　　　　。 
(3)碳点能将紫外光转换为叶绿体主要吸收的蓝紫光,增加图中物质　　　(填字母)的合成量。碳点在光合作用中除了可以发挥自身优异的光学性质外,还可以上调Rubisco酶活性,Rubisco酶是催化图中过程②　　　　的关键酶,该酶活性的下降导致②速率下降,光反应产物A和C在细胞中的含量　　　　　。 
(4)强光会抑制叶片中的PSⅡ活性,产生光抑制,科研人员研究了2,4-表油菜素内酯(EBR)和细胞分裂素(6-BA)对黄瓜叶片光抑制的影响,PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)的下降能直接反映光抑制,结果见图1、图2。

图1　EBR处理

图2　6-BA处理
①图1中EBR能缓解光抑制的最适浓度是　　　mg·L-1。 
②与处理前相比,常温黑暗处理条件下不同浓度的EBR和6-BA对叶片PSⅡ活性的影响是　　　(填“促进”“抑制”或“无影响”)。 
③常温强光处理条件下,比较EBR和6-BA的处理结果,适宜浓度的　　　更能缓解常温下强光对黄瓜叶片PSⅡ的光抑制。 
答案　(1)类囊体薄膜　(2)线粒体内膜　顺浓度　NADPH　(3)AC　CO2的固定　增加　(4)①0.01　②无影响　③EBR
解析　(1)由图可知,PS Ⅱ、PS Ⅰ和ATP合成酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)H2O在PS Ⅱ的作用下被分解为O2和H+,其中一部分O2可扩散到线粒体内膜参与反应,又生成H2O;在ATP合成酶的作用下,H+顺浓度梯度提供分子势能,促使D(ADP与Pi)形成C(ATP);另一方面释放电子(e-),电子最终传递给B(NADP+),合成A(NADPH)。(3)分析题图可知,碳点能将紫外光转换为叶绿体主要吸收的蓝紫光,使光反应速率加快,增加图中物质A(NADPH)和C(ATP)的合成量。碳点在光合作用中除了可以发挥自身优异的光学性质,还可以上调Rubisco酶活性,Rubisco酶是暗反应中CO2固定的关键酶,若该酶活性的下降导致②(CO2的固定)速率下降,则光反应产物A(NADPH)和C(ATP)在细胞中的含量增加。(4)①分析题图1可知,与对照组相比,在常温强光下,当EBR的浓度为0.01 mg·L-1时,Fv/Fm下降最少,故此浓度下最能缓解光抑制。②由题图1、2可知,与处理前相比,常温黑暗处理条件下,不同浓度的EBR和6-BA几乎没有改变PS Ⅱ的最大光化学效率,故对叶片PS Ⅱ活性无影响。③常温强光处理条件下,比较EBR和6-BA的处理结果可知,适宜浓度的EBR更能缓解常温下强光对黄瓜叶片PS Ⅱ的光抑制。
专题6　光合作用 F组
情境应用
简单情境
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.叶绿素循环(2022重庆育才中学一模,9)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,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。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。关于叶绿素的叙述,错误的是(　　)

A.该曲线的纵坐标为吸收光能的百分比
B.弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
C.色素①可以吸收少量的红光用于光合作用
D.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中C3的量减少
答案　C　吸收光谱是以波长为横坐标,以吸收光能的百分比为纵坐标的曲线,A正确;适当遮光时,③/②的值会降低,推测③叶绿素a会部分转化为②叶绿素b,弱光下②(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用,B正确;色素①为类胡萝卜素,不能吸收红光,C错误;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,光反应增强,短时间内C3还原增加,C3的生成不变,剩余C3减少,D正确。
2.能进行光合作用的动物(2022山西太原二模,6)在加拿大的盐碱滩有一种通体碧绿的软体动物——海兔,海兔能在取食藻类后,将其叶绿体保留在自己体内合成有机物。下列叙述错误的是(　　)
A.海兔与藻类的种间关系属于互利共生
B.直接或间接以海兔为食的生物可以属于消费者
C.海兔体内的叶绿素有可能会吸收并转化光能
D.绿色海兔的存在是长期自然选择的结果
答案　A　海兔取食藻类后,将其叶绿体保留在体内用于合成有机物,二者为捕食关系,A错误;直接或间接以海兔为食的生物可以属于消费者,B正确;海兔体内有完整的叶绿体,其内的叶绿素能吸收并转化光能,C正确;绿色海兔的存在是长期自然选择的结果,D正确。
复杂情境
3.人工合成淀粉(2022广东惠州一模,6)我国科学家模拟植物光合作用,设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线,流程如图所示。下列相关分析正确的是(　　)

A.①②过程与光反应的过程完全相同,③④过程与暗反应过程完全相同
B.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应
C.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中
D.步骤①需要催化剂,②③④既不需要催化剂也不需消耗能量
答案　C　过程①②包括H2O形成H2、O2,CO2与H2形成C3,模拟光反应和暗反应中CO2的固定,③④中C3逐步形成淀粉,模拟C3的还原,A错误;过程①中H2O利用电能形成H2和O2的反应过程较剧烈,过程②③④是在酶的催化下完成的,反应较温和,B错误;过程②③④中,甲醛逐步形成生物大分子淀粉,为吸能反应,需要酶和能量,D错误。
4.国家粮食安全大策略(2022安徽合肥一模,21)粮食安全是国家安全的一部分,中国有着上千年的农耕文明,在农业生产活动中积累了大量的实践经验和农业知识。请回答下列问题:
(1)垄作是重要的耕作方式,春季易旱、夏季易涝地区采用较普遍。垄作可以提高田间透光条件,使土壤受光面积增大,白昼吸热快,夜晚散热快。垄作促进光合作用、提高产量的原因有　　　　　　　　　　　　(写出两点)。 
(2)“追肥在雨前,一夜长一拳。”农耕者一般在雨前追化肥的因为是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。农作物在不同生长阶段需肥不同,一般在营养发育阶段施用氮肥较多,在生殖生长期需要磷肥等较多,据此推测,磷肥可以促进　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)“勤除草,谷粒饱。”农田杂草过多会与农作物竞争　　　　　　　　　　　　　　　降低产量。生长素类调节剂2,4-D等可以作为除草剂去除单子叶作物农田中的双子叶杂草,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)无土栽培可以有效解决农耕土地资源不足的困境。最早的水培法是将植物根系长期直接浸入培养液中,但植物根部易腐烂死亡,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)增大了光照面积;垄台有利于作物根系生长和对土壤中矿质元素的吸收;昼夜土温温差大,有利于光合产物积累　(2)肥料中的矿质元素需要溶解在水中以离子状态才能被植物的根系吸收　植物的开花率、结实率;促使植物正常生长发育,缩短果实的成熟所需时间　(3)阳光、二氧化碳、土壤中的矿质元素等　生长素具有较低浓度促进生长、过高浓度抑制生长的特点,双子叶植物比单子叶植物对生长素更敏感　(4)根部长期直接浸入培养液中,氧气缺乏,细胞进行无氧呼吸产生酒精,导致植物根部酒精中毒,出现腐烂死亡
解析　(1)垄作可以提高田间透光条件,使土壤受光面积增大,增大了光照面积;垄作的土壤有利于作物根系生长和对土壤中矿质元素的吸收;垄作白昼吸热快,夜晚散热快,有利于光合产物积累。(2)肥料中的矿质元素需要溶解在水中以离子状态才能被植物的根系吸收,因此农耕者一般在雨前追化肥。在生殖生长期需要磷肥等较多,据此推测,磷肥可以促进植物的开花率、结实率;促使植物正常生长发育,缩短果实的成熟所需时间。(3)农田杂草与农作物竞争阳光、二氧化碳以及土壤中的矿质元素等,使农作物的光合作用下降,从而降低产量。生长素的作用具有较低浓度促进生长、过高浓度抑制生长的特点,双子叶植物比单子叶植物对生长素更敏感,2,4-D等可以作为除草剂去除单子叶作物农田中的双子叶杂草。(4)根部长期直接浸入培养液中,氧气缺乏,根部细胞进行无氧呼吸产生酒精,导致植物根部酒精中毒,出现腐烂死亡。
复杂陌生情境
5.C4植物(2022 T8联考二模,21)20世纪60年代,科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等,除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3),简称C3途径]外,还存在另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物是四碳化合物(C4),简称C4途径,这种植物称为C4植物,其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题:

(1)在C4植物光合作用中,CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(利用箭头符号表示),维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内　　　(填“高”或“低”)。 
(2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析,植物　　　　更可能是C4植物,作出此判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)Rubisco是一种双功能酶,当CO2/O2的值高时,可催化C5固定CO2合成有机物;当CO2/O2的值低时,可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,结合题意分析,在炎热干旱环境中,C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前,科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,这项研究的意义是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O)　高　(2)乙　在CO2浓度较低的条件下,植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙的二氧化碳补偿点更低/植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高)　(3)在炎热干旱环境中,植物部分气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长　(4)提高粮食产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性
解析　(1)C4植物叶肉细胞中,在PEP羧化酶的催化作用下,CO2首先被磷酸烯醇式丙酮酸固定,形成C4,C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中,释放出CO2进入卡尔文循环,最终形成(CH2O)。C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍,叶肉细胞中的CO2的浓度很低时可被PEP羧化酶固定成C4,再进入维管束鞘细胞,释放CO2,使维管束鞘细胞内的CO2浓度升高到可被Rubisco固定的水平(该过程可看作CO2的浓缩)。(2)C4植物叶肉细胞中有PEP羧化酶,而C3植物没有,所以C4植物对CO2的亲和力更强,能更有效地利用低浓度的CO2进行光合作用。(3)在炎热干旱环境中,植物部分气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内的CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长,故在炎热干旱环境中,C4植物的生长一般明显优于C3植物。(4)强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行,利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,可提高粮食产量,增强水稻抗逆性,解决世界粮食短缺问题。
6.景天酸代谢途径(2022辽宁沈阳一模,21)菠萝同化CO2的方式比较特殊:夜间气孔开放,吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用,以适应其生活环境。其部分代谢途径如图所示。回答下列问题。

(1)白天菠萝叶肉细胞产生ATP的场所有　　　　　　　　,参与①过程的CO2来源于　　　　　　　　过程。 
(2)图中所示物质参与CO2固定的是　　　　　　　,推测甲是　　　　;甲还可以通过细胞呼吸的　　　　　　　　过程产生。 
(3)能为②过程提供能量的物质是在叶绿体　　　　上产生的　　　　　　　　。 
(4)如果白天适当提高环境中的CO2浓度,菠萝的光合作用速率变化是　　　　　　(填“增加”或“降低”或“基本不变”),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)研究发现,植物的Rubisco在CO2浓度较高时能催化RuBP与CO2反应;当O2浓度较高时却催化RuBP与O2反应。在较高CO2浓度环境中,Rubisco所催化反应的产物是　　　　。由此推测适当　　　　(填“提高”或“降低”)O2/CO2值可以提高农作物光合作用速率。 
答案　(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体　苹果酸脱羧作用和细胞呼吸　(2)PEP和RuBP　丙酮酸　葡萄糖分解(或第一阶段)　(3)类囊体薄膜　NADPH、ATP　(4)基本不变　白天菠萝气孔关闭,不从外界环境中吸收CO2(合理即可)　(5)C3　降低
解析　(1)白天菠萝叶肉细胞可进行呼吸作用和光合作用,故产生ATP的部位有细胞质基质、线粒体和叶绿体。图中①为CO2的固定,其中的CO2来自苹果酸脱羧作用和细胞呼吸。(2)菠萝叶肉细胞中CO2的固定分两个阶段,一是细胞质基质中PEP+CO2 OAA 苹果酸,二是叶绿体内CO2+RuBP C3,所以参与CO2固定的是PEP和RuBP。甲可以进入线粒体中被分解,所以甲是丙酮酸,丙酮酸还可以通过细胞呼吸第一阶段(葡萄糖分解)过程产生。(3)②是C3的还原过程,需要光反应产生的NADPH和ATP提供能量,这两种物质都是在叶绿体类囊体薄膜上进行的。(4)菠萝白天气孔关闭,不从外界环境中吸收CO2,若白天提高外界CO2的浓度,其光合作用速率基本不变。(5)在较高CO2浓度环境中,Rubisco能催化RuBP与CO2反应,这是CO2的固定阶段,产物是C3,适当降低O2/CO2值可以减少RuBP和O2结合,更多的RuBP与CO2反应,能提高农作物光合作用速率。
知识拓展　景天酸代谢途径
　　景天科植物中,叶肉细胞夜间气孔打开,通过气孔吸收CO2,并把CO2经一系列反应合成苹果酸,储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸可以运送至细胞质基质,经过反应产生CO2,进而参与卡尔文循环,形成淀粉等,这种代谢类型称为景天酸代谢途径。

专题6　光合作用 G组
情境应用
简单情境
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.净光合速率变化(2022浙南名校联考,25)科研工作者研究了不同条件下大棚蔬菜叶片净光合速率的变化,实验结果如图。下列叙述错误的是(　　)

A.由1、2组可推知,在高温条件下,通风降温可提高蔬菜叶片的净光合速率
B.2组处理条件下温室蔬菜叶片净光合速率最低,可能原因是二氧化碳的供应不足
C. 由2、3组(或2、4组)可推知,在高温条件下,增施二氧化碳可解除高温对净光合速率的抑制
D.3、4组处理后期,温室蔬菜叶片净光合速率快速降低的原因可能是蔬菜叶片内的酶快速失活
答案　D　由2组(闷棚升温至50 ℃维持5 h)蔬菜叶片的净光合速率较1组(对照组,即常规通风控温)低,可推知,在高温条件下通风降温可提高蔬菜叶片的净光合速率,A正确;根据各组实验结果可知,高温处理下蔬菜叶片的净光合速率降低,在高温处理的同时增加CO2供应,可解除高温对净光合速率的抑制,这也表明高温处理下蔬菜叶片的净光合速率降低的原因可能是CO2供应不足,B、C正确;3、4组处理后期,蔬菜叶片的净光合速率快速降低可能与蔬菜处于生长后期有关,且高温处理仅5 h,不可能在12 d前后出现因酶快速失活而净光合速率急速下降的现象,D错误。
复杂情境
2.CO2浓度和气温升高对光合特性影响(2022浙江宁波二模,27)现以某品种大豆为材料,研究大气CO2浓度和气温升高对其叶片光合特性的影响,部分实验内容和结果见表。
处
理
净光合速率
(μmol·m-2·s-1)
气孔导度
(mol H2O·
m-2·s-1)
相对叶
绿素含量
蒸腾速率
(mmol H2O·
m-2·s-1)
CK
11.82
0.14
19.08
2.89
EC
12.85
0.08
19. 97
2. 23
ET
7.49
0.06
23.52
1.93
ECT
11.23
0.07
20.03
1.91

注:CK作为对照,为大气CO2浓度和环境温度;EC:大气CO2浓度+200 μmol/mol,环境温度;ET:大气CO2浓度,环境温度+2 ℃;ECT:大气CO2浓度+200 μmol/mol,环境温度+2 ℃。
回答下列问题:
(1)CO2作为植物光合作用的原料,在叶绿体　　　中,与　　　　结合而被固定。NADPH为固定产物的还原提供了　　　　　。 
(2)据表分析,经ET处理后,叶片的相对叶绿素含量较CK组有所升高,这种变化增强了对光的　　　　　　　　作用,从而有利于光反应的进行,使得该过程产物　　　　　　　　有所增加。但ET处理组的净光合速率仍明显低于CK组,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　,根据本实验结果推测,该处理所引起的叶片的净光合速率的降低可通过　　　　　　　加以改善。 
(3)据表可知,相对于CK组,不同处理组的气孔导度均显著下降,蒸腾速率也降低,推测不同处理下的叶片中　　　(激素)含量可能增加。 
答案　(1)基质　五碳糖(RuBP/C5)　氢和能量　(2)吸收、传递和转化　ATP、NADPH、O2　　温度升高导致呼吸速率增大(答案合理即可)　升高CO2浓度　(3)脱落酸
解析　(1)在光合作用的碳(暗)反应阶段,CO2与五碳糖(RuBP/C5)结合形成三碳酸发生在叶绿体基质中。在三碳酸还原为三碳糖的过程中,NADPH提供了氢和能量。(2)表中数据表明,经ET处理后,叶片的相对叶绿素含量较CK组有所升高,叶绿素的增加也增强了对光的吸收、传递和转化作用,有利于光反应的进行,使得光反应产物ATP、NADPH、O2有所增加。然而,ET处理组的净光合速率却明显低于CK组,可能原因是温度升高后呼吸速率进一步增大,也可能是温度升高后引起气孔导度降低,导致光合速率降低。根据ECT组实验结果推测,通过升高CO2浓度可改善温度升高引起的净光合速率的降低。(3)相对于CK组,不同处理组的气孔导度均显著下降,蒸腾速率也降低,该现象可能是由叶片中脱落酸含量增加所致。
3.高光强高氮肥对光合作用影响(2022浙江嘉兴二模,27)CO2是影响光合速率的重要环境因素。CO2补偿点是光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。回答下列问题:
(1)碳(暗)反应中,Rubisco酶(R酶)催化CO2与五碳糖(C5)结合,生成2分子　　　　。R酶由8个L蛋白和8个S蛋白组成。高等植物的L蛋白由叶绿体基因编码,并在叶绿体中由核糖体合成;S蛋白由细胞核基因编码,并在　　　　中由游离核糖体合成,然后进入叶绿体。在叶绿体基质中S蛋白与　　　　组装成有功能的R酶。蓝细菌编码这两种蛋白的基因位于　　　　中。 
(2)在高光强环境下,对某野生型植株和突变型植株施以低氮肥或高氮肥,一段时间后,测定其叶绿素a和R酶的含量,结果如图。
组别
植株类型
氮肥用量
A
野生型
低氮肥
B
野生型
高氮肥
C
突变型
低氮肥
D
突变型
高氮肥


①高氮肥高光强环境下,D组的光合速率大于B组,限制B组光合速率的因素是　　　　。 
②已知C组的CO2补偿点大于D组,将正常生长的两组放置在同一密闭小室中,在高光强条件下培养一段时间,首先不能正常生长的是　　　　组。 
③在高光强环境下,B组相对A组光合速率增加,CO2补偿点不变。B组光合速率增加是由于氮元素既有利于叶绿素a和R酶的合成,也有利于光反应原料　　　　　　含量的增加。B组CO2补偿点不变是因为各种因素导致　　　　　　　　　　　　　。 
答案　 (1)三碳酸(或答C3)　细胞溶胶(细胞质基质)　L蛋白　拟核　(2)①R酶含量　 ②C　③ADP和 NADP+　呼吸速率有相同程度的增加
解析　(1)碳(暗)反应中,CO2与五碳糖(C5)结合形成2分子三碳酸(或C3)。R酶的S蛋白由核基因编码,在细胞溶胶(细胞质基质)中的游离核糖体上合成,然后进入叶绿体,与其中的L蛋白组装成有功能的R酶。蓝细菌没有叶绿体和细胞核结构,编码这两种蛋白的基因位于拟核。(2)①高氮肥高光强环境下,B组的叶绿素a相对含量大于D组,R酶相对含量小于D组,光合速率小于D组,因此B组光合速率的限制因素是R酶含量。②C组的R酶含量小于D组,其CO2补偿点大于D组,说明C组利用CO2的能力弱于D组,因此在密闭小室中,相同条件下首先不能正常生长的应是C组。③在高光强环境下,B组施加高氮肥有利于叶绿素a和R酶合成,也有利于光反应原料中ADP和NADP+这些含氮物质含量的增加。光合速率增加,然而其CO2补偿点不变,说明各种因素导致呼吸速率也同步增加。
易错提醒　光反应原料有H2O、ADP、Pi、NADP+,其中含有氮元素的物质有ADP和NADP+,因此施加高氮肥有利于ADP和NADP+含量增加。
4.光合作用过程探究(2022浙江杭州二模,27)小球藻是一种单细胞藻类,常用于光合作用的相关研究。回答下列问题:
(1)为研究光合作用释放的O2来源于什么物质,鲁宾等以小球藻为实验材料,用18O标记的K2CO3、KHCO3、H2O进行了三组实验,结果如表所示。分析表中数据可知光合产物O2中的氧来源于　　　,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。实验中小球藻光合作用所需的CO2来源于　　　　　　　(填场所)。若在光源和小球藻之间放置红色滤光片而获得单一波长的红光,则小球藻产生O2的速率将　　　　。 
实验
18O的比例(%)
H2O
KHCO3和K2CO3
O2
1
0.85
0.61
0.86
2
0.20
0.40
0.20
3
0.20
0.57
0.20


甲(14CO2处理5 s)

乙(14CO2处理90 s)
(2)为研究光合作用中碳的同化和去向,卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间,随后　　　　　　　　(填“停止光照”“加热杀死小球藻”或“停止光照或加热杀死小球藻”)从而终止反应。通过双向纸层析分离小球藻中的有机物,进行放射自显影处理后形成若干斑点,每个斑点对应一种化合物,结果如图所示。据甲图分析,含量最多的化合物最可能是　　(填图中字母)。已知,点样处位于图中滤纸的左下角;双向纸层析是第一次层析后,将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法;层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用　　　　(填“相同”或“不同”)的层析液,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)H2O　O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致　细胞外、线粒体　降低　(2)加热杀死小球藻　A　不同　若干斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异,而在垂直方向上差异明显(或若干斑点在垂直方向上的扩散距离无明显差异,而在水平方向上差异明显)
解析　(1)根据实验结果可知,O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致,因此可知光合产物O2中的氧来自H2O。实验中小球藻光合作用所需的CO2来自自身呼吸以及外界环境,对应场所分别为线粒体和细胞外。若通过滤光片获得单一波长的红光,则在光源不变的情况下光照强度降低,O2的产生速率也降低。(2)为研究光合作用中碳的同化和去向,用14CO2处理小球藻不同时间后,应立即加热杀死小球藻从而终止反应。通过双向纸层析分离有机物时,斑点越大对应的化合物的含量往往越高,因此甲图所示的A物质含量可能最多。在双向纸层析过程中,两次层析使用的层析液应不同,这样一来,当斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异时,可在垂直方向上出现明显差异,从而更好地实现物质分离。

5.不同氮素形态对植物生长影响(2022浙江绍兴二模,27)不同形态的氮素及其组合会影响植物的代谢过程。研究者以小麦幼苗为实验材料,研究了不同氮素形态对其光合作用和生长的影响,实验处理和结果如表:
组别
处理
叶绿素含量
(mg/g·fw)
叶绿体蛋白含量
(μg/g·fw)
希尔反应活性
(μmol/mg·h)
叶面积
(cm2/株)
地上部分干重
(g/株)
地下部分干重
(g/株)
组1
全是 NH4+
1.81
44.30
180.31
15.30
0.11
0.022
组2
NH4+∶NO3-=3∶1
2.03
77.25
160.23
16.06
0.11
0.023
组3
NH4+∶NO3-=1∶1
2.21
85.62
140.11
20.86
0.16
0.031
组4
NH4+∶NO3-=1∶3
1.74
72.15
137.26
15.83
0.11
0.032
组5
全是NO3-
1.85
48.58
120.35
15.29
0.10
0.034

注: NH4+是氨态氮,NO3-是硝态氮;希尔反应活性可以反映叶绿体光反应的速率。
回答下列问题:
(1)氮除了是叶绿体内蛋白质和叶绿素等物质的组成成分,也是光反应产物　　　　　　的组成成分。用光电比色法测定色素提取液中的叶绿素含量时,应该在　　　光处测定滤液的OD值以减少类胡萝卜素对结果的影响,用纸层析法分离色素,滤纸条上离滤液细线最近的色素带所含的色素是　　　　。 
(2)据表分析,小麦幼苗光合能力最强的是组　　　,原因是该种氮元素的配比有利于　　　　　　　　　　　　　的提高。 
(3)生产上,在干旱地区可以适当提高　　态氮的施肥比例,从而有利于小麦从土壤中吸收水分。 
(4)希尔反应的测定原理:将叶绿体加入高铁氰化钾(氢受体,不易透过叶绿体被膜)溶液并照光,水在光照下被分解,高铁氰化钾被还原并发生颜色变化。叶绿体希尔反应活力除了与叶绿体内酶、色素等物质有关,还与叶绿体内基粒的大小和　　　有关。希尔反应也可用于检测叶绿体悬液中叶绿体被膜的完整性,被膜完整率越高,希尔反应活力越　　。 
答案　(1)ATP和NADPH　红　叶绿素b　(2)3　叶绿素含量、叶绿体蛋白含量(以及叶面积)　(3)硝　(4)数量　低
解析　(1)光反应产物有ATP、NADPH、O2,其中ATP和NADPH中含氮元素。叶绿素吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光,因此用光电比色法测定叶绿素含量时应选择在红光处测定,以减少类胡萝卜素对结果的影响。用纸层析法分离光合色素时,叶绿素b在层析液中溶解度最低,其色素带离滤液细线最近。(2)根据题表中地上部分和地下部分干重之和可知,组3的小麦幼苗光合能力最强,组3中的氮元素配比提高了小麦幼苗的叶绿素含量、叶绿体蛋白含量以及叶面积。(3)随着硝态氮比例提高,小麦地下部分干重占比有所增大,有利于小麦从土壤中吸收水分。(4)希尔反应活力与叶绿体内酶、色素等物质有关,也与基粒的大小和数量有关。由于希尔反应中所需的氢受体不易透过叶绿体被膜,因此叶绿体被膜完整率越高,希尔反应活力越低。