高考生物（山东专用）复习专题6光合作用练习含答案

这是一份高考生物（山东专用）复习专题6光合作用练习含答案，共36页。
1.(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
答案 D
2.(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B
3.【新思维】(2022湖北,12,2分)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是( )
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致的
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
答案 D
考点2 光合作用的原理
4.【新教材】(2023湖北,8,2分)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是( )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
答案 C
5.(2023湖南,17,12分)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·L-1(Km越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μml·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 (填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过 长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度 (填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是
(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化,其原因可能是 (答出三点即可)。
答案 (1)3-磷酸甘油醛 蔗糖 筛管 (2)高于 玉米的PEPC酶的Km小,可以利用低浓度的CO2;玉米的叶肉细胞光解水释放氧气,加上PEPC酶起到的CO2泵的作用,维管束鞘细胞内CO2/O2的值高,Rubisc酶的羧化大于加氧,光呼吸很弱;玉米的光合产物能及时从维管束运走 (3)光反应生成的ATP、NADPH有限(同化力有限);暗反应的酶活性有限;光合产物输出速率有限
6.【新情境】(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisc是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。
(1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有 (从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是 。
(2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于 ;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于 。
②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是 。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过 降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的 价值。
答案 (1)①⑥ 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) (2)H2O2(过氧化氢) (3)①细胞呼吸 光呼吸和细胞呼吸 ②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和 (4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的CO2浓度 直接
7.(2021辽宁,22,13分)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μml·ml-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc) 是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisc所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题:
(1)真核细胞叶绿体中,在Rubisc的催化下,CO2被固定形成 ,进而被还原生成糖类,此过程发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO3-浓度最高的场所是 (填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有 。
图1
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO3-转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisc附近的CO2浓度。
图2
①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力 (填 “高于”或“低于”或“等于”) Rubisc。
②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有 (多选)。
A.改造植物的HCO3-转运蛋白基因,增强HCO3-的运输能力
B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成
C.改造植物的Rubisc基因,增强CO2固定能力
D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)C3 叶绿体基质 (2)叶绿体 细胞呼吸、光反应 (3)①高于 ②NADPH、ATP 吸能反应 ③同位素标记 (4)ACD
考点3 光合作用的影响因素及应用
8.(2023新课标,2,6分)我国劳动人民在漫长的历史进程中,积累了丰富的生产、生活经验,并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存,即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理,即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏,即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理,即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植,即栽种作物时做到密度适当,行距、株距合理
⑥间作种植,即同一生长期内,在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施,下列说法合理的是( )
A.措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B.措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C.措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D.措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
答案 A
9.(2022湖南,13,4分)(不定项)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD
10.【新情境】(2023山东,21,10分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是
。
答案 (1)有无光照、有无H基因或H蛋白 温度、CO2浓度、水 (2)不能 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 (3)少 突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多
11.【新情境】(2022山东,21,8分)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、
(答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
答案 (1)蓝紫色(2分) (2)NADPH、ATP等的浓度不再增加(1分) CO2的浓度有限(1分)(或其他合理答案,两空答案顺序可颠倒) 光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加(2分) (3)减弱(1分) 促进光反应关键蛋白的合成(1分)
12.【新思维】(2021山东,21,8分)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是
。
(2)与未喷施SBS溶液相比,喷施100 mg/L SBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度 (填:“高”或“低” ),据表分析,原因是
。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SBS溶液利于增产的最适喷施浓度, 据表分析,应在 mg/L
之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案 (1)基质(1分) 光照停止,产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多(2分) (2)低(1分) 喷施SBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少,即叶片中的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等(2分) (3)100~300(2分)
13.(2020山东,21,9分)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填:“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是
。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量 (填:“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是
。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是
。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2(1分) 五碳化合物(或:C5)(1分) (2)减少(1分) 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足(2分) (3)高于(1分) 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(1分)(或:植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少(2分)
14.(2023浙江1月选考,23,12分)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”,果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响,实验结果见表1。
表1
注:①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶,用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率:单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题:
(1)叶片叶绿素含量测定时,可先提取叶绿体色素,再进行测定。提取叶绿体色素时,选择乙醇作为提取液的依据是 。
(2)研究光合产物从源分配到库时,给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的 结合而被固定,形成的产物还原为糖需接受光反应合成的 中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中,选用13CO2的原因有 (答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知,随着该植物库源比降低,叶净光合速率 (填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量 (填“增加”或“减少”)。库源比升高导致果实单果重变化的原因是 。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验,库源处理如图所示,用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用,结果见表2。
题图 表2
根据表2实验结果,从库与源的距离分析,叶片光合产物分配给果实的特点是 。
(5)综合上述实验结果,从调整库源比分析,下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项? (A.除草 B.遮光 C.疏果 D.松土)
答案 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
15.(2021河北,19,10分)为探究水和氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组,在限制水肥的条件下做如下处理:(1)对照组;(2)施氮组,补充尿素(12 g·m-2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标,结果见表。
注:气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题:
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括 等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的 ,提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动 两种物质的合成以及 的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到 分子上,反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率,这需要足量的CO2供应。据实验结果分析,叶肉细胞CO2供应量增加的原因是 。
答案 (1)细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物(任写两点即可) 吸收和运输 (2)镁(或Mg) NADPH和ATP 水 C5 (3)玉米植株气孔导度增大,吸收的CO2增加
考点4 光合作用与细胞呼吸的综合
16.(2021山东,16,3分)(不定项)关于细胞中的H2O和O2,下列说法正确的是( )
A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生
B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C.植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O
答案 ABD
17.(2023湖北,11,2分)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
答案 D
18.(2023北京,3,2分)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
答案 C
19.(2023辽宁,21,11分)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。如图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题:
图2
(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ,主要吸收 光,可用
等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500 μml·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率 (填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是 。在光照强度为1 500 μml·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的 含量高,光反应生成更多的 ,促进了暗反应进行。
(4)依据图2,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植 品种。
答案 (1)叶绿素a和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇 (2)HH1 (3)大于 植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,此时LH12和HH1的净光合速率基本相等,但是LH12的呼吸速率大于HH1的呼吸速率 叶绿素 NADPH和ATP (4)LH12
20.(2023广东,18,13分)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见表和图1。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
图1
分析图表,回答下列问题:
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ,叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体 ,是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50 μml·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在图2给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图1a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题 。
答案 (1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫 (2)等于 呼吸速率较高 (3)在强光下光能利用率更高
(4)
为什么ygl在高光照强度下的光合速率比WT高,而在低光照强度下ygl的光合速率比WT低
21.(2023江苏,19,12分)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要,气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题:
图1
(1)光照下,光驱动产生的NADPH主要出现在 (从①~④中选填);NADPH可用于CO2固定产物的还原,其场所有 (从①~④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、 (填写2种)等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP,产生ATP的场所有 (从①~④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP,PEP再转化为 进入线粒体,经过TCA循环产生的 最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开,其机理是蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的 ,驱动细胞吸收K+等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA,并进一步转化成Mal,使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞 ,促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系,对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究,其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有 。
A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
答案 (1)④ ①④ K+、苹果酸 (2)①②④ 丙酮酸 NADH或[H] (3)电化学势梯度(或H+浓度差) (4)吸收水分 (5)ABD
22.(2022浙江6月选考,27,8分)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题:
(1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加 ,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低 ,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中
的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至 中。
(3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 (A.4小时),才能获得较高的花生产量。
答案 (1)叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5 klx光合曲线的斜率 (2)蔗糖 叶 (3)下降 A
三年模拟
限时拔高练1
时间:25 min
一、选择题(每题只有一个选项符合题意)
1.(2024届滕州期中,6)如图所示生理过程中,PQ、Cytb6-f、PC是传递电子的蛋白质,CF0、CF1构成ATP合酶。下列说法错误的是( )
A.PSⅡ、PSⅠ内含易溶于有机溶剂的色素
B.通过图中过程叶肉细胞将光能转化为电能,最终转化为化学能
C.暗反应所需能量全部来源于图中ATP合酶合成的ATP
D.如果e-和H+不能正常传递给NADP+,暗反应的速率会下降
答案 C
2.(2023淄博三模,10)研究发现,光照条件下,当外界CO2浓度突然降至极低水平时,某植物叶肉细胞中的五碳化合物含量突然上升,三碳化合物含量下降。若在降低CO2浓度的同时停止光照,则不出现上述情况。下列说法正确的是( )
A.叶肉细胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的产物
B.在五碳化合物上升的同时,叶肉细胞中的NADP+/NADPH上升
C.光反应产生的NADPH和ATP能促进五碳化合物的形成
D.五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光能的直接驱动
答案 C
二、选择题(每题有一个或多个选项符合题意)
3.(2024届部分学校联考,19)科研人员发现植物的细胞呼吸除具有与动物细胞相同的途径外,还有另一条借助交替氧化酶(AOX)的途径,AOX能参与催化有氧呼吸第三阶段的反应。研究表明,AOX途径还与光合作用有关。科研人员进行了相关实验,其处理方式和实验结果如表所示。下列分析正确的是( )
A.进入春天后,植物某些部位AOX基因表达增加有利于植物生长
B.该实验的自变量为是否高光照和是否有AOX途径抑制剂
C.根据实验结果可知,AOX途径能提高光合色素的光能捕获效率
D.与正常光照相比,高光照下AOX途径对光合色素光能捕获效率的影响较小
答案 ABC
三、非选择题
4.【热点透】(2023潍坊学科核心素养测评,21)为探究光合作用的有关过程,某科研小组以菠菜为实验材料,将其正常叶片置于温度适宜的某溶液X中,破碎细胞后分离出叶绿体,将分离得到的叶绿体悬浮在溶液中,照光后有O2放出。
(1)分离叶绿体常采用的方法是 ,实验所用的溶液X应满足的条件是
(答出两点即可)。
(2)现将双层膜局部破损的叶绿体悬浮液均分到A、B两支试管中,并分别用亲脂性DCIP(DCIP氧化态为蓝紫色,被还原后为无色)、亲水性Fecy作为电子受体替代NADP+,抽取空气后在适宜温度和光照条件下进行如下实验:
①A组说明水的光解产生O2,是否能说明植物光合作用产生O2中的氧元素全部都来自水,阐明你的理由 。
②科研人员改用双层膜结构完整的叶绿体重复上述实验,发现A、B两组产生的O2都减少,但B组的减少更多。请从物质运输的角度分析,B组减少更多的原因是 。
(3)为进一步探究光反应ATP产生的原动力,科研人员又在黑暗条件下进行了如图所示的实验(平衡的目的是让类囊体内部的pH和外界溶液相同)。
据实验结果推测,叶绿体中ATP形成的原动力来自 。
答案 (1)差速离心法 pH应与细胞质基质的相同;渗透压应与细胞质基质的相同 (2)①不能,实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也没有直接观察到氧元素的转移 ②亲水性Fecy比亲脂性DCIP更难通过完整的叶绿体双层膜 (3)类囊体膜两侧的H+浓度差
5.(2024届济南长清阶段测试,21)C4植物固定CO2时存在一个特殊的C4途径:CO2在叶肉细胞内首先被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定,进而形成苹果酸。如图1是C4植物光合作用的部分过程,其中PEP羧化酶与CO2的亲和力高于Rubisc与CO2的亲和力。请回答下列问题。
(1)C4植物叶片细胞光合作用过程中,固定CO2的场所有 。细胞中生成丙酮酸的生理过程除图1所示外,还发生在 (场所)中的 过程。
(2)研究发现C4植物叶片中只有维管束鞘细胞内出现淀粉粒,而叶肉细胞中没有,据图1推测可能的原因是 。
(3)Rubisc可催化CO2与 结合,生成 。在高O2低CO2条件下,Rubisc会加强加氧功能,启动光呼吸过程,在炎热干燥的气候条件下,与C3植物相比,C4植物由于存在C4途径,进而 (填“促进”或“抑制”)光呼吸,最终使其光合作用的效率高于C3植物。
(4)为探究在C3植物中建立C4微循环系统提高光合作用效率的可能性,科研人员以菠菜为材料,对叶切片外施草酰乙酸(OAA)、苹果酸(MA)后观测叶片净光合速率,结果如图2。
①采用叶龄相同的叶片,在 (写出2个即可)等相同的实验条件下,测得的单位时间、单位叶面积 的释放量,计算出外施OAA、MA后的净光合速率,再与对照组相比较,即可观测外施OAA、MA对光合速率影响的大小。
②结合以上分析,外施草酰乙酸(OAA)和苹果酸(MA)对菠菜光合作用都有 作用,其可能的原因是 。
答案 (1)叶肉细胞的细胞质基质、维管束鞘细胞的叶绿体基质 细胞质基质 细胞呼吸第一阶段 (2)C4植物光合作用中淀粉的合成只在维管束鞘细胞内进行 (3)C5 C3 抑制 (4)光照强度、温度 氧气 促进 外施OAA和MA可提高细胞内CO2浓度,使得Rubisc能够以较高速率催化CO2的固定,而其加氧酶的活性被降低到较低水平
限时拔高练2
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一、选择题(每题只有一个选项符合题意)
1.【新思维】(2024届烟台期中,7)科研小组分别在林窗(阳光充足)处和荫蔽林下,测定长势相同的樟子松幼苗的光合速率、气孔阻力等指标,结果如图。下列叙述正确的是( )
A.实验中,温度、CO2浓度是影响樟子松幼苗光合速率的无关变量,可不同
B.8:00~10:00时段林窗组幼苗单位叶面积CO2消耗量小于10:00~12:00时段
C.12:00~14:00时段林窗组幼苗光合速率减弱,是气孔阻力增大导致的
D.将樟子松幼苗从林下移至林窗,短时间内叶绿体中C3的合成速率减慢
答案 B
2.(2024届师大附中月考,9)为研究多种环境因子对马铃薯植株光合作用的影响,某生物兴趣小组做了实验研究,实验结果如图所示。据图分析正确的是( )
A.图中影响马铃薯植株光合作用速率的因素只有CO2浓度和温度
B.在弱光、CO2浓度为0.03%、20 ℃条件下,马铃薯植株叶肉细胞的叶绿体中无O2产生
C.马铃薯植株在适当遮阴、CO2浓度为0.03%、40 ℃条件下,光照强度不是限制光合作用速率的因素
D.据图分析,在光照充足的条件下适当增加CO2浓度有利于提高马铃薯产量
答案 D
二、选择题(每题有一个或多个选项符合题意)
3.【新思维】(2024届山东省实验中学一诊,18)植物光合速率目前主要使用CO2红外分析仪进行测定,一般用单位时间内同化CO2的微摩尔数表示。将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h,再光照1 h(光照强度相同),测定分析仪密闭气路中CO2的浓度,转换得到如图数据。下列分析正确的是( )
A.该植物在29 ℃和30 ℃时依然表现生长现象
B.该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29 ℃和28 ℃
C.在27 ℃、28 ℃和29 ℃时,光合作用制造的有机物的量不相等
D.30 ℃时光合作用速率等于细胞呼吸速率,CO2变化都是20微摩尔/小时
答案 AC
三、非选择题
4.【新教材】(2024届济宁月考,21)在光合作用的研究中,植物光合产物产生器官被称作“源”,光合产物消耗和储存部位被称作“库”。研究发现,叶绿体中淀粉积累会导致类囊体生理结构被破坏,保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔开放程度。图为马铃薯光合产物合成及向库运输的过程示意图。
(1)提取并分离正常生长的马铃薯叶肉细胞叶绿体中的光合色素,在层析液中溶解度最小的色素的颜色是 ,主要吸收 。
(2)有实验者为马铃薯叶片提供H218O,不久后测到块茎的淀粉中含18O,请结合图写出18O在过程中转移的路径: 。(用相关物质及箭头表示)
(3)图中②过程需要光反应提供 将C3转变成磷酸丙糖。在电子显微镜下观察,可看到叶绿体内部有一些颗粒,它们被看作是叶绿体的“脂质仓库”,其体积随叶绿体的生长而逐渐变小,可能的原因是 。
(4)科研人员通过实验研究了去留马铃薯块茎对光合作用的影响,根据下表中数据分析,去块茎后会导致光合速率降低,请从CO2供应的角度解释: 。
答案 (1)黄绿色 蓝紫光和红光 (2)H218O→C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉 (3)NADPH和ATP 颗粒中的脂质参与构成叶绿体的膜结构 (4)保卫细胞中淀粉积累,导致保卫细胞的气孔开放程度下降,CO2的供应减少,使得暗反应原料不足,光合速率降低
5.【新思维】(2023山东省实验中学一模,21)为探究遮光处理对马铃薯植株光合作用和产量的影响,以荷兰7号马铃薯品种原种为实验材料,苗齐后进行正常光照(CK)、单层遮光网遮盖处理(Z1)、双层遮光网遮盖处理(Z2)三组实验。回答下列问题:
(1)提取马铃薯绿叶中的色素,需在研钵中加入 和适量绿叶后进行充分研磨,过滤后的滤液经过层析,在滤纸上出现的最宽的色素带是 (填色素种类)。
(2)遮光后,植物短时间内C5含量 ;若在正常生长的马铃薯块茎膨大期去除块茎,则马铃薯叶片的光合速率将 。
(3)不同程度遮光条件下,测出荷兰7号马铃薯光合作用的生理指标如图所示。遮光条件下,气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)的值均减小,Gs减小能引起Pn减小的原因是 ,遮光条件下,胞间CO2浓度(Ci)的值却都增大,结合信息分析其原因是 。
(4)进一步研究发现,不同颜色的光对马铃薯植株光合作用产物分布影响不同。现欲探究白光、红光、蓝光和绿光对光合作用产物在根、茎、叶中分布的影响,请设计实验,通过检测根、茎、叶各器官中13C的含量并予以比较分析。
实验设计思路:
。
答案 (1)二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇 叶绿素a (2)下降 减小 (3)气孔导度减小,叶肉细胞从外界环境吸收的CO2减少,叶肉细胞暗反应速率减小,净光合速率减小 虽然气孔导度减小,导致CO2吸收减少,但是净光合速率减小幅度更大,叶肉细胞消耗CO2更少 (4)取生理状况一致的马铃薯幼苗若干株,均分为四组,置于相同浓度的13CO2环境中培养,分别给予相同强度的白光、红光、蓝光和绿光光照,其他条件保持相同且适宜,一段时间后,测定各组不同器官中13C的平均含量,分析比较并得出结论
考法综合练
1.【新情境】(2024届青岛十七中期初测试,18)(不定项)光呼吸普遍存在于C3植物和C4植物中,图1、图2分别为C3植物和C4植物的部分代谢过程。光呼吸是在光驱动下将糖类氧化生成CO2和H2O的生化过程(见图1),在正常生长条件下,光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%,“光呼吸代谢工程”是提高植物光合效率的一个突破口。下列说法正确的是( )
A.C4植物的光呼吸过程发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞中
B.C3植物细胞中CO2浓度倍增,会使光合产物增加、光呼吸减弱
C.C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力高于Rubisc
D.通过分析可推测,C4植物的光呼吸比C3植物小
答案 BCD
2.【新教材】(2024届日照开学考,21)如图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图,其中光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路:①PSⅡ光化学反应所利用的能量;②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散;③非调节性的能量耗散。研究发现,③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。
(1)据图可知,PSⅠ与PSⅡ分布在 上,在该结构中光能被转化为电能,后被转化为化学能储存在 中,进而用于暗反应中的 过程。
(2)据图可知,NADPH合成过程中所需电子的最初供体是 ,推动ATP合成所需能量的直接来源是 。
(3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制,研究人员将其长期遮阴培养后,置于全光照下继续培养一段时间,并进行相关检测,结果如表所示:
请结合表中数据,从光能分配角度分析,该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是 。
答案 (1)类囊体薄膜 ATP、NADPH C3还原 (2)H2O 膜两侧的H+浓度差 (3)全光照下,PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散部分的占比过大,对PSⅡ结构造成破坏,导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低
3.(2024届德州期中,22)水是农业生产中最重要的限制因素,长期缺水能引起细胞中过氧化物增多,对细胞造成损伤。研究员对马铃薯进行不同程度的干旱胁迫20天后,对其鲜重、净光合速率、叶绿素浓度(SPAD值)、气孔导度、超氧化物歧化酶(SOD)的活性进行检测,以期为马铃薯耐旱品种的选育和耐旱性分子机理提供理论依据。实验结果如表所示。
注:叶绿素浓度表示单位面积叶绿素的含量;气孔导度表示气孔开放程度;SOD能分解过氧化物。
(1)净光合速率可以用测得的单位时间、单位叶面积的 (写出2种即可)表示。在马铃薯光合作用过程中,水在光下分解为 的同时并产生电子,电子用于 的形成。
(2)由表可知,干旱胁迫使马铃薯SPAD值 ,而净光合速率下降,这种现象称为“非功能性”的滞绿。从光合作用过程的角度分析,干旱胁迫导致净光合速率下降的原因是 。
(3)马铃薯属于一种耐旱植物,根据实验结果分析,马铃薯耐旱的分子机理是 。
答案 (1)CO2的吸收量、O2的释放量或有机物的积累量 氧和H+ NADPH(还原型辅酶Ⅱ) (2)增加 干旱胁迫时,植物为了降低蒸腾作用水分的散失,气孔导度降低,CO2供应量减少,暗反应有机物的合成速率降低 (3)干旱胁迫下,马铃薯SOD活性增强,其可分解细胞中因缺水而产生的过氧化物,减轻对细胞的损伤
4.【热点透】(2024届滕州一中月考,26)蓝细菌是一类光能自养型细菌,其光合作用的原理与高等植物相似,但其具有一种特殊的CO2浓缩机制,如图1所示,其中羧化体具有蛋白质外壳,CO2无法进出。回答下列问题:
(1)据图1分析,CO2依次以 和 方式通过细胞质膜和光合片层膜。蓝细菌的光合片层膜上含 等色素及相关的酶,可进行光反应过程。
(2)过程X中,C3接收 释放的能量,并且被 还原,再经过一系列反应转化成糖类和C5。
(3)水体中CO2浓度低,扩散速度慢,但蓝细菌能通过CO2浓缩机制高效进行光合作用,据图1分析CO2浓缩的机制有 。
(4)研究发现光合作用光反应产生的NADPH积累是光合作用限速因素之一。我国科学家向蓝细菌中导入合成异丙醇的三种关键酶基因(CTFAB基因、ADC基因、sADH基因),以期提高细胞光合速率,相关机理如图2。
①图2中sADH酶催化异丙醇生成的反应机理是 。
②研究人员培育出两种蓝细菌SM6、SM7,提取两种蓝细菌的总RNA,利用RT-PCR对SM6、SM7细胞中三种关键酶基因进行扩增,对扩增产物进行电泳得到图3所示结果。与野生型蓝细菌相比,SM6细胞中积累的物质最可能是 。野生型、SM6、SM7三种菌株在适宜条件下,光合速率最快的可能是 ,原因是 。
答案 (1)自由扩散 主动运输 叶绿素和藻蓝素 (2)ATP和NADPH NADPH (3)HCO3-在羧化体内可转变为CO2;光合片层膜可以通过主动运输的方式吸收CO2;羧化体的蛋白质外壳可避免CO2逃逸 (4)①降低化学反应所需活化能 ②丙酮 SM7 SM7导入了三种基因,可消耗NADPH
植株类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝
卜素
叶绿素/类
胡萝卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.35
SBS浓度(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度(CO2
μml·m-2·s-1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度(CO2
μml·m-2·s-1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
项目
甲组
乙组
丙组
处理
库源比
1/2
1/4
1/6
单位叶面积叶绿素相对含量
78.7
75.5
75.0
净光合速率(μml·m-2·s-1)
9.31
8.99
8.75
果实中含13C光合产物(mg)
21.96
37.38
66.06
单果重(g)
11.81
12.21
19.59
果实位置
果实中含13C光合产物(mg)
单果重(g)
第1果
26.91
12.31
第2果
18.00
10.43
第3果
2.14
8.19
生理指标
对照组
施氮组
水+氮组
自由水/结合水
6.2
6.8
7.8
气孔导度
(mml·m-2·s-1)
85
65
196
叶绿素含量(mg·g-1)
9.8
11.8
12.6
RuBP羧化酶活性
(μml·h-1·g-1)
316
640
716
光合速率
(μml·m-2·s-1)
6.5
8.5
11.4
水稻
材料
叶绿素
(mg/g)
类胡萝卜素
(mg/g)
类胡萝卜素/
叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
处理
指标
光饱和点
(klx)
光补偿点
(lx)
低于5 klx光
合曲线的斜率
(mg CO2·dm-2·
hr-1·klx-1)
叶绿素含量
(mg·
dm-2)
单株光
合产量
(g干重)
单株叶光
合产量
(g干重)
单株果实
光合产量
(g干重)
不遮阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮阴2小时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮阴4小时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
组别
处理方式
实验结果
A
叶片+正常光照+AOX途径抑制剂
B
叶片+正常光照
C
叶片+高光照+AOX途径抑制剂
D
叶片+高光照
组别
加入物质
实验现象
A
DCIP
产生了一定量的O2且DCIP溶液变为无色
B
Fecy
产生了一定量的O2
组别
净光合
速率
叶片蔗
糖含量
叶片淀
粉含量
气孔开
放程度
对照组(留块茎)
5.39
30.14
60.61
51.41
实验组(去块茎)
2.48
34.20
69.32
29.70
条件
遮阴
全光照
PSⅡ光能转化效率(100%)
79.3
49.4
光合电子传递效率
(μml·m-2·s-1)
64.9
37.8
处理
鲜重
(g/株)
净光合速率
(μml·
m-2·s-1)
叶绿素浓度
(SPAD值)
气孔导度
(ml·m-2·s-1)
SOD活性
(U·g-1)
CK(正常)
579.8
19.8
44.5
0.46
460
T1(中度干旱)
420.2
16.2
48.1
0.41
745
T2(重度干旱)
361.4
11.5
58.5
0.21
770