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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第2课时复习练习题
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用第2课时复习练习题，共11页。试卷主要包含了光合作用是生物界赖以生存的基础等内容，欢迎下载使用。
（一）基础巩固
1.关于科学家探索光合作用原理的实验,下列叙述正确的是( )
A.1928年,科学家发现甲醛可以通过光合作用转化为糖
B.希尔反应是指离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
C.鲁宾和卡门为植物同时提供O和C18O2进行实验,证明了光合作用释放的氧全部来自H2O
D.阿尔农发现叶绿体合成ATP可以不伴随水的光解
答案:B
2.关于自然界中的光合作用,下列叙述错误的是( )
A.光反应需光,不需要酶,暗反应不需要光,需多种酶
B.光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行,暗反应在叶绿体的基质中进行
C.光反应将水分解为H+和氧,H+与NADP+结合生成的NADPH将参与暗
反应
D.光反应吸收光能形成ATP,暗反应将ATP中的化学能储存在有机物中
解析:光反应在叶绿体类囊体的薄膜上进行,完成水的光解和ATP的生成,需要光和多种酶的参与。该过程中光反应将水分解为H+和氧,H+与NADP+结合生成的NADPH参与暗反应。暗反应在叶绿体的基质中进行,完成CO2的固定和C3的还原,不需要光,但需要酶的参与,将ATP中的化学能储存在有机物中。
答案:A
3.下图表示植物光合作用的一个阶段,下列叙述正确的是( )
A.该反应的场所是类囊体的薄膜
B.C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
解析:题图表示植物光合作用的暗反应阶段,该过程在叶绿体基质中进行,A项错误;C3的还原需要NADPH、ATP和多种酶参与,B项正确;若图示是在最适温度条件下进行的,提高温度则会降低酶的活性,进而影响(CH2O)的生成,C项错误;无光条件下,光反应不能进行,不能为暗反应提供NADPH和ATP,不利于暗反应的进行,D项错误。
答案:B
4.在封闭的温室内栽种农作物,下列措施不能提高农作物产量的是( )
A.施用农家肥B.适当增大昼夜温差
C.采用绿色薄膜D.延长光照时间
解析:施用农家肥,土壤中的微生物可将农家肥中的有机物分解为CO2等供农作物利用,有利于提高农作物产量;适当增大昼夜温差,有利于有机物积累,进而提高农作物产量;绿色薄膜只允许绿光透过,而叶绿体中的色素几乎不吸收绿光,因此若采用绿色薄膜,不能提高农作物产量;延长光照时间,可增加有机物的合成量,有利于提高农作物产量。
答案:C
5.光合作用过程中,不在类囊体薄膜上进行的是( )
A.ADP变成ATPB.氧气的生成
C.CO2的固定和还原D.NADPH的产生
解析:光合作用过程中,在类囊体薄膜上发生水的光解,该过程中一方面水分解为氧,同时产生H+,H+与NADP+结合形成NADPH;另一方面在有关酶的催化作用下,提供能量促进ADP和Pi反应生成ATP。
答案:C
6.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
答案:D
7.光合作用是生物界赖以生存的基础。绿色植物叶肉细胞进行光合作用合成的有机物可运输到其他器官利用和存储。下图为叶肉细胞中的部分代谢途径示意图,其中字母代表结构,序号代表过程。请回答下列问题。
(1)图中A结构是 ,过程①表示 。
(2)图中葡萄糖从A结构运输到B结构后可在B中分解成丙酮酸和 ,后者可在B中将丙酮酸还原成 ;同时进入B中的葡萄糖可以和 合成蔗糖,形成的蔗糖可通过相应的载体蛋白运出细胞。
(3)通过图中的①②过程,叶肉细胞可将CO2等无机物合成淀粉等有机物,请用酒精(可脱色)等相关实验材料设计实验证明光合作用的产物中有淀粉,写出实验思路: 。
答案:(1)叶绿体基质(或叶绿体) CO2固定 (2)[H](或NADH) 酒精和CO2 果糖 (3)将植物在黑暗下放置一段时间后,选取其中的一片叶片一半遮光,一半曝光,摘取该叶片进行酒精脱色,漂洗后滴加碘液观察两半叶片的颜色变化
(二)拓展提高
8.为探究酸雨对毛竹光合作用的影响,科研人员用不同浓度的溶液(模拟酸雨,S和N按一定比例配制而成)处理毛竹,下表是不同pH酸雨对叶绿素含量(mg/g)影响的结果。下列有关说法错误的是( )
A.光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关
B.绿叶中色素的提取和分离常用无水乙醇作为溶剂
C.当酸雨pH<4时,毛竹光合速率会降低的原因可能与色素含量的降低有关
D.当使用pH=5.6的溶液处理时,叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐
解析:光反应发生在类囊体薄膜上,上面分布着光合色素,以及与光合作用相关的酶等蛋白质,A项正确;无水乙醇可提取色素,但分离色素需要使用层析液,而非无水乙醇,B项错误;pH<4时,叶绿素含量相对于对照组出现了明显下降,因此光合速率降低可能与色素含量的降低有关,C项正确;S、N都是植物所需的无机盐离子,其中的S和N两种元素都是叶绿素含有的元素,所以可能是溶液为植物提供了无机盐,使得叶绿素含量上升,D项正确。
答案:B
9.(2022·广东实验中学)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照,研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料,提出了一些推论,下列推论不合理的是( )
A.推论①:C3是CO2被还原的第一个产物
B.推论②:C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C.推论③:C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物
D.推论④:C3转化为C5需要依赖光反应的产物
解析:根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知,C3是CO2被固定的第一个产物,A项错误;结合(1)(2)可知,推论②应该是C3进一步反应生成C5和葡萄糖,B项正确;根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知,推论③应该是C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物,C项正确;根据光照停止时,C3明显增加,C5明显下降可知,光照与C3和C5的转化有关,推论④应该是C3转化为C5需要依赖光反应的产物,D项正确。
答案:A
10.(2023·大湾区联考)为探究杜鹃花属植物叶片对光环境变化的适应及响应机制,科技工作者选用植物甲、乙(均为杜鹃花属),在长期遮阴培养后将其暴露于全光照下一段时间,并进行相关检测,结果如下表所示:
下图为杜鹃花叶片叶绿体部分结构及相关反应示意图,其中PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)均为蛋白质复合体,是叶绿体进行光吸收的功能单位。
请回答下列问题。
(1)据图分析,PSⅠ与PSⅡ分布在 (填结构名称)上,在该结构中完成的能量转化过程是 (用文字和箭头表示)。
(2)由表可知,植物 (填“甲”或“乙”)对全光照的适应能力更强,判断依据是 。
(3)PSⅡ吸收光能的分配有三个去路:PSⅡ 光化学反应所利用的能量a、PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散b和非调节性的能量耗散c。c值较大表明PSⅡ光化学反应没有发挥作用,c值过大将对PSⅡ产生结构破坏。科研人员拟从光能分配角度再次验证第(2)小题的结论,请以长期遮阴处理的植物甲、乙为实验材料,设计实验并书写实验思路(检测方法不做要求):
。
答案:(1)叶绿体的类囊体薄膜 光能→电能→ATP、NADPH中的化学能 (2)乙 与植物甲相比,植物乙在全光照下PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率较遮阴下均有明显升高 (3)选取长期遮阴处理的植物甲、乙,分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向,并进行比较
探究实践课:探究环境因素对光合作用强度的影响
一、实验目的
探究光照强度对光合作用强度的影响。
二、实验原理
1.在光照下,绿色植物通过光合作用产生O2。
2.若叶片中的气体溢出,细胞间隙充满了水,浮力减小,叶片就会沉到水底;若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中,浮力增大,叶片会从水底浮起。
3.光照强度不同,则光反应产生O2的速率不同,叶片上浮的时间也不同。
三、探究过程
1.提出问题。
光照强度影响光合作用强度吗?
2.做出假设。
光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增强,光合作用强度也增强。
3.实验步骤及操作。
4.分析结果,得出结论。
(1)实验结果。
(2)结论:光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增强,光合作用强度也增强。
5.表达和交流。
将本小组探究的问题、过程、结果和结论与其他小组交流,听取他们的质疑并进行解释。如有必要,对本小组的实验方案进行修改。
实验思考
1.本实验思考。
(1)内部气体逸出的叶片为什么沉入水底?光照后,为什么又可以浮上水面?
提示:正常状态下,叶片内部细胞间隙充满气体,因此,叶片比重较小,可以浮在水面。当叶片内部气体逸出时,细胞间隙充满了水,叶片比重增大,因此沉入水底。沉入水底的叶片,接受光照后,进行光合作用,产生大量氧气,氧气进入叶片内的细胞间隙,使叶片比重减小,从而可以浮上水面。
(2)除可以通过向清水中吹气外,还有什么办法可以提高清水内CO2浓度?
提示:可以在清水中加入一定质量分数的碳酸氢钠溶液,碳酸氢钠水解可产生二氧化碳。
(3)除可以通过比较同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量来比较各装置中光合作用的强度外,还可以通过哪项指标来进行比较?
提示:还可以通过比较各装置中叶片全部上浮所需要的平均时间来比较各装置中光合作用的强度。
(4)本实验用的是LED灯,如果用白炽灯进行实验,为了最大限度地排除无关变量的影响,实验改进如下图所示:
将盛水玻璃柱放在灯与试管之间的作用是排除光照引起的温度变化对实验结果的影响。
2.延伸思考。
若要探究CO2浓度对植物光合作用的影响,如何对本实验进行改进?
提示:设置光照强度相同、碳酸氢钠溶液质量分数不同的三组实验,通过观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量,探究CO2浓度对植物光合作用的影响。
1.选材要求:叶片必须生长旺盛、新鲜,生长旺盛、新鲜的叶片光合作用旺盛。
2.打孔时注意避开大的叶脉,大的叶脉处叶肉细胞少,且不利于细胞间隙中气体的逸出。
3.排出注射器内残留的空气时,可重复拉动活塞几次,有利于叶片细胞间隙气体的充分排出。
4.处理好的叶片必须放置在黑暗处,防止实验前叶片进行光合作用,干扰实验结果。
5.清水中应富含二氧化碳(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气),保证叶片光合作用所需二氧化碳的供应。
6.三盏灯与实验装置间距离的差值不宜过小,保证为叶片进行光合作用提供不同强度的光照,使实验结果明显。
7.同时对三个小烧杯进行观察,以排除时间因素对实验结果的影响。
8.因为本实验中的光照强度较弱,我们可以得出随着光照强度的增加,光合作用强度增大的结论。实际上,对于每种植物来说,其他条件一定时,当光照强度超过某一数值(光饱和点)后,光合作用强度就不再随光照强度的增加而增大。
9.在探究环境因素对光合作用强度的影响时,可通过控制变量的方法,即先设置某一因素一定,改变另一因素的方法来探究该因素对光合作用强度的影响。
实战演练
1.影响植物光合作用的因素有很多,下列对光合作用影响最小的是( )
A.叶绿体色素的含量B.五碳化合物的含量
C.氮气的含量D.二氧化碳的含量
解析:叶绿体色素吸收的光能是光合作用的必要条件,故叶绿素的含量会影响光合作用,A项不符合题意;五碳化合物是光合作用暗反应的原料,会影响光合作用,B项不符合题意;氮气的含量与光合作用无关,对光合作用影响最小,C项符合题意;二氧化碳是光合作用暗反应的原料,会影响光合作用,D项不符合题意。
答案:C
2.若白天光照充足,则下列条件对作物增产有利的是( )
A.昼夜恒温25℃
B.白天温度25℃,夜间温度15℃
C.昼夜恒温15℃
D.白天温度30℃,夜间温度25℃
解析:作物增产主要是指有机物积累得多,25℃是作物进行光合作用的适宜温度(酶催化作用的最适温度),因此在此条件下白天合成有机物较多,但是此温度下细胞呼吸消耗的有机物也较多,A项不符合题意;在白天光照充足、温度25℃的条件下,光合作用积累的有机物最多,夜间温度15℃,可以降低细胞呼吸对有机物的消耗,从而达到增产的目的,B项符合题意;昼夜恒温15℃,光合作用强度弱,不利于有机物的积累,C项不符合题意;夜间25℃,温度过高,并且昼夜温差小,不利于有机物的积累,D项不符合题意。
答案:B
使叶片细胞间隙的空气逸出后,放入盛有新制的冷开水的锥形瓶中,研究环境因素对光合作用强度的影响。下列可以说明光照对光合作用影响的是
( )
A.1号与3号 B.2号与4号
C.3号与4号D.1号与4号
答案:B
4.小鹏家想建一个蔬菜大棚,小鹏结合所学知识给出若干建议,其中包括在大棚内安装太阳能灯和增加供暖装置确保昼夜温度均高于室外,他的建议和依据的原理正确的是( )
A.太阳能灯能在阴天时增加光照强度以增强光反应,为暗反应提供更多的ATP和NADPH
B.光反应在光下进行,暗反应在暗处进行,夜晚要关闭太阳能灯让植物进行暗反应
C.提高温室昼夜温度能提高酶的活性,利于有机物的积累
D.延长光照时间和提高温度利于光反应完成能量转化,暗反应完成物质转变
解析:太阳能灯能在阴天时增加光照强度,以增强光反应,为暗反应提供更多的ATP和NADPH,A项正确;光反应在光下进行,暗反应不需要光,在光下和暗处都能进行,夜晚关闭太阳能灯导致光反应不能进行,暗反应因缺乏光反应提供的ATP和NADPH也不能进行,B项错误;提高温室的昼夜温度,不仅能增强光合作用强度,也能提高细胞呼吸强度,不利于有机物的积累,C项错误;光反应和暗反应都可以完成能量的转化和物质的转变,D项错误。
答案:A
5.为提高温室栽培的茄子的产量,可采取的措施不包括( )
A.增施氮肥和磷肥,促进茎、叶生长,以增大光合作用面积
B.提高温室中CO2浓度,以提高光合作用速率
C.高密度栽植,以增加个体数量
D.适当延长光照时间
答案:C
6.(2022·广州)烟草是我国重要的经济作物,图表示正常植株随光照强度变化其净光合速率变化曲线,光胁迫时(光照强度过高)烟草细胞内产生活性氧破坏类囊体薄膜导致光合速率降低。种植过程若感染烟草花叶病毒,农民收成会降低,表格为感染烟草花叶病毒后叶绿素含量变化情况。下列说法错误的是( )
A.图中C点对应条件下,限制烟草光合速率进一步提高的因素主要是光照
强度
B.正常株与感病株光合速率的差异在D点光照强度下较B点光照强度下
明显
C.提高感病株的光照强度可能导致其色素含量进一步降低
D.感病株与正常株相比,B点将左移
解析:图中的C点之后,增加光照强度,净光合速率继续增加,说明C点时限制净光合速率的主要因素是光照强度,A项正确;光照强度下限制光合速率的因素主要是光照强度,D点光照强度下限制光合速率的因素是除光照强度以外的其他因素,如叶绿素含量,B项正确;感病株的叶绿素a含量低,提高光照强度,会出现光胁迫现象,使类囊体薄膜被破坏,导致色素含量降低,C项正确;感病株叶绿素含量低,需要更强光照才能达到光合速率和呼吸速率相等,所以B点将右移,D项错误。
答案:D
7.为探究影响黑藻光合作用强度的环境因素,某小组设计了如下“迷你实验”装置,请分析回答下列问题。
(1)在可乐瓶里加入100g黑藻,然后加入质量浓度为0.01g/mL的碳酸氢钠溶液至充满,将②和⑤夹紧,④松开,在适宜光照等条件下,可通过测定单位时间内收集到的液体体积来定量表示净光合速率,依据的原理是适宜光照等条件下,黑藻的光合速率大于呼吸速率,释放的氧气使可乐瓶中液体排到量筒中。
(2)用该装置探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响时,随着碳酸氢钠溶液浓度的增加,直接影响光合作用过程的暗反应阶段,导致净光合速率变化的趋势是先增加趋于稳定后再降低。
(3)利用该装置,还可以探究光照强度、温度(答出两点即可)对黑藻光合作用强度的影响。
8.为探究环境因素对光合作用强度的影响,设计进行下列实验。
Ⅰ.实验材料和用具:100mL量筒,50W、100W、200W和400W的台灯,冷开水,NaHCO3溶液,黑藻等。
Ⅱ.实验步骤
①准备4套如图所示的装置,编号为1~4。向广口瓶中各加入500mL质量浓度为0.01g/mL的NaHCO3溶液后,用冷开水充满。
②取4等份长势相同的黑藻分别放入1~4号装置。
③将4套装置放入暗室中,然后分别用50W、100W、200W和400W的台灯等距离地照射,观察气泡的产生情况。
④30min后停止光照,测定光合作用释放的O2体积(单位:mL)。
以上实验重复3次,实验结果如下表所示。分析并回答下列问题。
(1)该实验中应控制的无关变量有CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等(答出两项)。
(2)根据装置图,分析实验数据是如何读出的?读量筒中收集到的水的体积。
(3)实验测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,其原因是黑藻自身的细胞呼吸会消耗氧气。
(4)对实验数据进行分析,得出的结论是一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超出该范围,光合作用强度减弱。
(5)若想确定黑藻生长的最适光照强度,请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路:缩小光照强度梯度,在100~200 W内设置更多组进行实验。
解析:(1)探究光照强度对黑藻光合作用强度的影响,自变量是光照强度,因变量是氧气释放量,无关变量有CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等。(2)在一定强度的光照下,黑藻光合作用强度大于细胞呼吸强度而释放O2,使瓶中的压强增大,水分从排水管排出,因此,读量筒中水的体积就可以得到实验数据。(3)实验测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,因为黑藻自身的细胞呼吸会消耗O2。(4)分析数据可知,一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超出该范围,光合作用强度减弱。(5)分析可知,缩小光照强度梯度,在100~200 W内设置更多组进行实验,可以得出黑藻生长的最适光照强度。
9.某机构为探究臭氧(O3)与光照协同作用对葡萄叶片造成的危害机制,利用开放式气室在高浓度臭氧胁迫时,测定不同遮阴程度下“赤霞珠”盆栽苗叶片光合性能的变化,相关指标如表所示。请回答下列问题:
在高浓度臭氧胁迫时不同遮阴程度下“赤霞珠”
盆栽苗叶片相关指标检测结果
(1)“赤霞珠”葡萄叶片合成氧气的具体场所是叶绿体的类囊体薄膜,叶绿素等光合色素的功能是吸收、传递和转化光能, 本实验的CK处理方式是无臭氧胁迫+全光照。
(2)高浓度的O3会影响植物的光合作用,从T1可看出O3胁迫下气孔导度降低的生理学意义是气孔导度下降可以减少O3进入。由表中4组实验检测的叶绿素含量变化,说明了O3胁迫能造成叶片叶绿素的降解,遮阴缓解了叶绿体的降解,且随着遮阴程度的增加,缓解效果明显增加。
(3)O3胁迫下,“赤霞珠”叶绿素含量、净光合速率下降,而胞间CO2浓度反而上升的原因可能是色素含量降低,光反应产生的NADPH和ATP不足,导致暗反应固定的CO2减少,胞间CO2浓度升高。
(4)影响葡萄叶片生命活动的环境条件除了臭氧胁迫外,还有温度、光照强度、光照时间、无机盐等(请举出两例)。
时间
15天
45天
75天
对照
2.98
2.87
2.98
pH=5.6
2.87
2.99
3.45
pH=4.0
2.87
2.76
1.97
pH=2.5
2.82
2.17
1.64
实验资料
推论
(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒,发现90%的放射性物质是一种C3
①
(2)经过5s光照后,检测到含有放射性的C5和葡萄糖
②
(3)在适宜光照和CO2充足的条件下,C3和C5的含量很快达到稳定状态,含有放射性的糖类不断增加
③
(4)当停止光照时,C3明显增加,C5明显下降
④
参数
植物甲
植物乙
遮阴
全光照
遮阴
全光照
PSⅡ最大光
能转化效率
0.793
0.494
0.817
0.781
最大光合电子
传递效率
(μml·m-2·s-1)
64.9
37.8
63.1
74.9
光饱和点
(μml·m-2·s-1)
808.8
818.4
849.4
943.2
实验步骤
主要操作
制备圆形小叶片
取生长旺盛的绿叶,用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片
排出细胞间隙中的气体
将圆形小叶片置于注射器内,并让注射器内吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞,使圆形小叶片内的气体逸出。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水,所以全部沉到水底
待用圆形小叶片
将处理过的圆形小叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用
准备实验装置
取3只小烧杯,分别倒入富含CO2的清水
进行实验
向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片,然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中,可用5W的LED灯作为光源,利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
观察并记录
观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量
烧杯
圆形小叶
片/片
富含CO2
的清水/mL
光照
强度
叶片浮
起数量/片
甲
10
20
强
多
乙
10
20
中
中
丙
10
20
弱
少
1
光照
20℃水浴
新制的冷开水
2
厚纸遮光
20℃水浴
加少许NaHCO3粉末
3
光照
冰水降温
加少许NaHCO3粉末
4
光照
20℃水浴
加少许NaHCO3粉末
植株类型
叶绿素a含量/(mg·g-1)
叶绿素b含量/(mg·g-1)
正常株
2.108
0.818
感病株
1.543
0.604
次数
组别
1
2
3
4
50W
100W
200W
400W
第一次
5.0
12.0
21.0
19.2
第二次
5.3
11.5
20.0
18.5
第三次
5.0
12.0
20.0
19.0
项目
对照
(CK)
O3处理+全光照(T1)
O3处理+30%
遮阴(T2)
O3处理+60%
遮阴(T3)
叶绿素/
(mg·g-1)
2.99
2.31
2.88
2.92
净光合速率/
(μml·m-2·s-1)
20.1
4.2
5.0
8.6
气孔导度/
(mml·m-2·s-1)
295.3
87.6
100.2
2022
胞间CO2浓度/
(μml·m-2·s-1)
245.3
325.2
295.4
276.5
（一）基础巩固
1.关于科学家探索光合作用原理的实验,下列叙述正确的是( )
A.1928年,科学家发现甲醛可以通过光合作用转化为糖
B.希尔反应是指离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
C.鲁宾和卡门为植物同时提供O和C18O2进行实验,证明了光合作用释放的氧全部来自H2O
D.阿尔农发现叶绿体合成ATP可以不伴随水的光解
答案:B
2.关于自然界中的光合作用,下列叙述错误的是( )
A.光反应需光,不需要酶,暗反应不需要光,需多种酶
B.光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行,暗反应在叶绿体的基质中进行
C.光反应将水分解为H+和氧,H+与NADP+结合生成的NADPH将参与暗
反应
D.光反应吸收光能形成ATP,暗反应将ATP中的化学能储存在有机物中
解析:光反应在叶绿体类囊体的薄膜上进行,完成水的光解和ATP的生成,需要光和多种酶的参与。该过程中光反应将水分解为H+和氧,H+与NADP+结合生成的NADPH参与暗反应。暗反应在叶绿体的基质中进行,完成CO2的固定和C3的还原,不需要光,但需要酶的参与,将ATP中的化学能储存在有机物中。
答案:A
3.下图表示植物光合作用的一个阶段,下列叙述正确的是( )
A.该反应的场所是类囊体的薄膜
B.C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
解析:题图表示植物光合作用的暗反应阶段,该过程在叶绿体基质中进行,A项错误;C3的还原需要NADPH、ATP和多种酶参与,B项正确;若图示是在最适温度条件下进行的,提高温度则会降低酶的活性,进而影响(CH2O)的生成,C项错误;无光条件下,光反应不能进行,不能为暗反应提供NADPH和ATP,不利于暗反应的进行,D项错误。
答案:B
4.在封闭的温室内栽种农作物,下列措施不能提高农作物产量的是( )
A.施用农家肥B.适当增大昼夜温差
C.采用绿色薄膜D.延长光照时间
解析:施用农家肥,土壤中的微生物可将农家肥中的有机物分解为CO2等供农作物利用,有利于提高农作物产量;适当增大昼夜温差,有利于有机物积累,进而提高农作物产量;绿色薄膜只允许绿光透过,而叶绿体中的色素几乎不吸收绿光,因此若采用绿色薄膜,不能提高农作物产量;延长光照时间,可增加有机物的合成量,有利于提高农作物产量。
答案:C
5.光合作用过程中,不在类囊体薄膜上进行的是( )
A.ADP变成ATPB.氧气的生成
C.CO2的固定和还原D.NADPH的产生
解析:光合作用过程中,在类囊体薄膜上发生水的光解,该过程中一方面水分解为氧,同时产生H+,H+与NADP+结合形成NADPH;另一方面在有关酶的催化作用下,提供能量促进ADP和Pi反应生成ATP。
答案:C
6.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
答案:D
7.光合作用是生物界赖以生存的基础。绿色植物叶肉细胞进行光合作用合成的有机物可运输到其他器官利用和存储。下图为叶肉细胞中的部分代谢途径示意图,其中字母代表结构,序号代表过程。请回答下列问题。
(1)图中A结构是 ,过程①表示 。
(2)图中葡萄糖从A结构运输到B结构后可在B中分解成丙酮酸和 ,后者可在B中将丙酮酸还原成 ;同时进入B中的葡萄糖可以和 合成蔗糖,形成的蔗糖可通过相应的载体蛋白运出细胞。
(3)通过图中的①②过程,叶肉细胞可将CO2等无机物合成淀粉等有机物,请用酒精(可脱色)等相关实验材料设计实验证明光合作用的产物中有淀粉,写出实验思路: 。
答案:(1)叶绿体基质(或叶绿体) CO2固定 (2)[H](或NADH) 酒精和CO2 果糖 (3)将植物在黑暗下放置一段时间后,选取其中的一片叶片一半遮光,一半曝光,摘取该叶片进行酒精脱色,漂洗后滴加碘液观察两半叶片的颜色变化
(二)拓展提高
8.为探究酸雨对毛竹光合作用的影响,科研人员用不同浓度的溶液(模拟酸雨,S和N按一定比例配制而成)处理毛竹,下表是不同pH酸雨对叶绿素含量(mg/g)影响的结果。下列有关说法错误的是( )
A.光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关
B.绿叶中色素的提取和分离常用无水乙醇作为溶剂
C.当酸雨pH<4时,毛竹光合速率会降低的原因可能与色素含量的降低有关
D.当使用pH=5.6的溶液处理时,叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐
解析:光反应发生在类囊体薄膜上,上面分布着光合色素,以及与光合作用相关的酶等蛋白质,A项正确;无水乙醇可提取色素,但分离色素需要使用层析液,而非无水乙醇,B项错误;pH<4时,叶绿素含量相对于对照组出现了明显下降,因此光合速率降低可能与色素含量的降低有关,C项正确;S、N都是植物所需的无机盐离子,其中的S和N两种元素都是叶绿素含有的元素,所以可能是溶液为植物提供了无机盐,使得叶绿素含量上升,D项正确。
答案:B
9.(2022·广东实验中学)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照,研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料,提出了一些推论,下列推论不合理的是( )
A.推论①:C3是CO2被还原的第一个产物
B.推论②:C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C.推论③:C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物
D.推论④:C3转化为C5需要依赖光反应的产物
解析:根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知,C3是CO2被固定的第一个产物,A项错误;结合(1)(2)可知,推论②应该是C3进一步反应生成C5和葡萄糖,B项正确;根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知,推论③应该是C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物,C项正确;根据光照停止时,C3明显增加,C5明显下降可知,光照与C3和C5的转化有关,推论④应该是C3转化为C5需要依赖光反应的产物,D项正确。
答案:A
10.(2023·大湾区联考)为探究杜鹃花属植物叶片对光环境变化的适应及响应机制,科技工作者选用植物甲、乙(均为杜鹃花属),在长期遮阴培养后将其暴露于全光照下一段时间,并进行相关检测,结果如下表所示:
下图为杜鹃花叶片叶绿体部分结构及相关反应示意图,其中PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)均为蛋白质复合体,是叶绿体进行光吸收的功能单位。
请回答下列问题。
(1)据图分析,PSⅠ与PSⅡ分布在 (填结构名称)上,在该结构中完成的能量转化过程是 (用文字和箭头表示)。
(2)由表可知,植物 (填“甲”或“乙”)对全光照的适应能力更强,判断依据是 。
(3)PSⅡ吸收光能的分配有三个去路:PSⅡ 光化学反应所利用的能量a、PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散b和非调节性的能量耗散c。c值较大表明PSⅡ光化学反应没有发挥作用,c值过大将对PSⅡ产生结构破坏。科研人员拟从光能分配角度再次验证第(2)小题的结论,请以长期遮阴处理的植物甲、乙为实验材料,设计实验并书写实验思路(检测方法不做要求):
。
答案:(1)叶绿体的类囊体薄膜 光能→电能→ATP、NADPH中的化学能 (2)乙 与植物甲相比,植物乙在全光照下PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率较遮阴下均有明显升高 (3)选取长期遮阴处理的植物甲、乙,分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向,并进行比较
探究实践课:探究环境因素对光合作用强度的影响
一、实验目的
探究光照强度对光合作用强度的影响。
二、实验原理
1.在光照下,绿色植物通过光合作用产生O2。
2.若叶片中的气体溢出,细胞间隙充满了水,浮力减小,叶片就会沉到水底;若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中,浮力增大,叶片会从水底浮起。
3.光照强度不同,则光反应产生O2的速率不同,叶片上浮的时间也不同。
三、探究过程
1.提出问题。
光照强度影响光合作用强度吗?
2.做出假设。
光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增强,光合作用强度也增强。
3.实验步骤及操作。
4.分析结果,得出结论。
(1)实验结果。
(2)结论:光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增强,光合作用强度也增强。
5.表达和交流。
将本小组探究的问题、过程、结果和结论与其他小组交流,听取他们的质疑并进行解释。如有必要,对本小组的实验方案进行修改。
实验思考
1.本实验思考。
(1)内部气体逸出的叶片为什么沉入水底?光照后,为什么又可以浮上水面?
提示:正常状态下,叶片内部细胞间隙充满气体,因此,叶片比重较小,可以浮在水面。当叶片内部气体逸出时,细胞间隙充满了水,叶片比重增大,因此沉入水底。沉入水底的叶片,接受光照后,进行光合作用,产生大量氧气,氧气进入叶片内的细胞间隙,使叶片比重减小,从而可以浮上水面。
(2)除可以通过向清水中吹气外,还有什么办法可以提高清水内CO2浓度?
提示:可以在清水中加入一定质量分数的碳酸氢钠溶液,碳酸氢钠水解可产生二氧化碳。
(3)除可以通过比较同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量来比较各装置中光合作用的强度外,还可以通过哪项指标来进行比较?
提示:还可以通过比较各装置中叶片全部上浮所需要的平均时间来比较各装置中光合作用的强度。
(4)本实验用的是LED灯,如果用白炽灯进行实验,为了最大限度地排除无关变量的影响,实验改进如下图所示:
将盛水玻璃柱放在灯与试管之间的作用是排除光照引起的温度变化对实验结果的影响。
2.延伸思考。
若要探究CO2浓度对植物光合作用的影响,如何对本实验进行改进?
提示:设置光照强度相同、碳酸氢钠溶液质量分数不同的三组实验,通过观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量,探究CO2浓度对植物光合作用的影响。
1.选材要求:叶片必须生长旺盛、新鲜,生长旺盛、新鲜的叶片光合作用旺盛。
2.打孔时注意避开大的叶脉,大的叶脉处叶肉细胞少,且不利于细胞间隙中气体的逸出。
3.排出注射器内残留的空气时,可重复拉动活塞几次,有利于叶片细胞间隙气体的充分排出。
4.处理好的叶片必须放置在黑暗处,防止实验前叶片进行光合作用,干扰实验结果。
5.清水中应富含二氧化碳(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气),保证叶片光合作用所需二氧化碳的供应。
6.三盏灯与实验装置间距离的差值不宜过小,保证为叶片进行光合作用提供不同强度的光照,使实验结果明显。
7.同时对三个小烧杯进行观察,以排除时间因素对实验结果的影响。
8.因为本实验中的光照强度较弱,我们可以得出随着光照强度的增加,光合作用强度增大的结论。实际上,对于每种植物来说,其他条件一定时,当光照强度超过某一数值(光饱和点)后,光合作用强度就不再随光照强度的增加而增大。
9.在探究环境因素对光合作用强度的影响时,可通过控制变量的方法,即先设置某一因素一定,改变另一因素的方法来探究该因素对光合作用强度的影响。
实战演练
1.影响植物光合作用的因素有很多,下列对光合作用影响最小的是( )
A.叶绿体色素的含量B.五碳化合物的含量
C.氮气的含量D.二氧化碳的含量
解析:叶绿体色素吸收的光能是光合作用的必要条件,故叶绿素的含量会影响光合作用,A项不符合题意;五碳化合物是光合作用暗反应的原料,会影响光合作用,B项不符合题意;氮气的含量与光合作用无关,对光合作用影响最小,C项符合题意;二氧化碳是光合作用暗反应的原料,会影响光合作用,D项不符合题意。
答案:C
2.若白天光照充足,则下列条件对作物增产有利的是( )
A.昼夜恒温25℃
B.白天温度25℃,夜间温度15℃
C.昼夜恒温15℃
D.白天温度30℃,夜间温度25℃
解析:作物增产主要是指有机物积累得多,25℃是作物进行光合作用的适宜温度(酶催化作用的最适温度),因此在此条件下白天合成有机物较多,但是此温度下细胞呼吸消耗的有机物也较多,A项不符合题意;在白天光照充足、温度25℃的条件下,光合作用积累的有机物最多,夜间温度15℃,可以降低细胞呼吸对有机物的消耗,从而达到增产的目的,B项符合题意;昼夜恒温15℃,光合作用强度弱,不利于有机物的积累,C项不符合题意;夜间25℃,温度过高,并且昼夜温差小,不利于有机物的积累,D项不符合题意。
答案:B
使叶片细胞间隙的空气逸出后,放入盛有新制的冷开水的锥形瓶中,研究环境因素对光合作用强度的影响。下列可以说明光照对光合作用影响的是
( )
A.1号与3号 B.2号与4号
C.3号与4号D.1号与4号
答案:B
4.小鹏家想建一个蔬菜大棚,小鹏结合所学知识给出若干建议,其中包括在大棚内安装太阳能灯和增加供暖装置确保昼夜温度均高于室外,他的建议和依据的原理正确的是( )
A.太阳能灯能在阴天时增加光照强度以增强光反应,为暗反应提供更多的ATP和NADPH
B.光反应在光下进行,暗反应在暗处进行,夜晚要关闭太阳能灯让植物进行暗反应
C.提高温室昼夜温度能提高酶的活性,利于有机物的积累
D.延长光照时间和提高温度利于光反应完成能量转化,暗反应完成物质转变
解析:太阳能灯能在阴天时增加光照强度,以增强光反应,为暗反应提供更多的ATP和NADPH,A项正确;光反应在光下进行,暗反应不需要光,在光下和暗处都能进行,夜晚关闭太阳能灯导致光反应不能进行,暗反应因缺乏光反应提供的ATP和NADPH也不能进行,B项错误;提高温室的昼夜温度,不仅能增强光合作用强度,也能提高细胞呼吸强度,不利于有机物的积累,C项错误;光反应和暗反应都可以完成能量的转化和物质的转变,D项错误。
答案:A
5.为提高温室栽培的茄子的产量,可采取的措施不包括( )
A.增施氮肥和磷肥,促进茎、叶生长,以增大光合作用面积
B.提高温室中CO2浓度,以提高光合作用速率
C.高密度栽植,以增加个体数量
D.适当延长光照时间
答案:C
6.(2022·广州)烟草是我国重要的经济作物,图表示正常植株随光照强度变化其净光合速率变化曲线,光胁迫时(光照强度过高)烟草细胞内产生活性氧破坏类囊体薄膜导致光合速率降低。种植过程若感染烟草花叶病毒,农民收成会降低,表格为感染烟草花叶病毒后叶绿素含量变化情况。下列说法错误的是( )
A.图中C点对应条件下,限制烟草光合速率进一步提高的因素主要是光照
强度
B.正常株与感病株光合速率的差异在D点光照强度下较B点光照强度下
明显
C.提高感病株的光照强度可能导致其色素含量进一步降低
D.感病株与正常株相比,B点将左移
解析:图中的C点之后,增加光照强度,净光合速率继续增加,说明C点时限制净光合速率的主要因素是光照强度,A项正确;光照强度下限制光合速率的因素主要是光照强度,D点光照强度下限制光合速率的因素是除光照强度以外的其他因素,如叶绿素含量,B项正确;感病株的叶绿素a含量低,提高光照强度,会出现光胁迫现象,使类囊体薄膜被破坏,导致色素含量降低,C项正确;感病株叶绿素含量低,需要更强光照才能达到光合速率和呼吸速率相等,所以B点将右移,D项错误。
答案:D
7.为探究影响黑藻光合作用强度的环境因素,某小组设计了如下“迷你实验”装置,请分析回答下列问题。
(1)在可乐瓶里加入100g黑藻,然后加入质量浓度为0.01g/mL的碳酸氢钠溶液至充满,将②和⑤夹紧,④松开,在适宜光照等条件下,可通过测定单位时间内收集到的液体体积来定量表示净光合速率,依据的原理是适宜光照等条件下,黑藻的光合速率大于呼吸速率,释放的氧气使可乐瓶中液体排到量筒中。
(2)用该装置探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响时,随着碳酸氢钠溶液浓度的增加,直接影响光合作用过程的暗反应阶段,导致净光合速率变化的趋势是先增加趋于稳定后再降低。
(3)利用该装置,还可以探究光照强度、温度(答出两点即可)对黑藻光合作用强度的影响。
8.为探究环境因素对光合作用强度的影响,设计进行下列实验。
Ⅰ.实验材料和用具:100mL量筒,50W、100W、200W和400W的台灯,冷开水,NaHCO3溶液,黑藻等。
Ⅱ.实验步骤
①准备4套如图所示的装置,编号为1~4。向广口瓶中各加入500mL质量浓度为0.01g/mL的NaHCO3溶液后,用冷开水充满。
②取4等份长势相同的黑藻分别放入1~4号装置。
③将4套装置放入暗室中,然后分别用50W、100W、200W和400W的台灯等距离地照射,观察气泡的产生情况。
④30min后停止光照,测定光合作用释放的O2体积(单位:mL)。
以上实验重复3次,实验结果如下表所示。分析并回答下列问题。
(1)该实验中应控制的无关变量有CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等(答出两项)。
(2)根据装置图,分析实验数据是如何读出的?读量筒中收集到的水的体积。
(3)实验测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,其原因是黑藻自身的细胞呼吸会消耗氧气。
(4)对实验数据进行分析,得出的结论是一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超出该范围,光合作用强度减弱。
(5)若想确定黑藻生长的最适光照强度,请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路:缩小光照强度梯度,在100~200 W内设置更多组进行实验。
解析:(1)探究光照强度对黑藻光合作用强度的影响,自变量是光照强度,因变量是氧气释放量,无关变量有CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻量等。(2)在一定强度的光照下,黑藻光合作用强度大于细胞呼吸强度而释放O2,使瓶中的压强增大,水分从排水管排出,因此,读量筒中水的体积就可以得到实验数据。(3)实验测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,因为黑藻自身的细胞呼吸会消耗O2。(4)分析数据可知,一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超出该范围,光合作用强度减弱。(5)分析可知,缩小光照强度梯度,在100~200 W内设置更多组进行实验,可以得出黑藻生长的最适光照强度。
9.某机构为探究臭氧(O3)与光照协同作用对葡萄叶片造成的危害机制,利用开放式气室在高浓度臭氧胁迫时,测定不同遮阴程度下“赤霞珠”盆栽苗叶片光合性能的变化,相关指标如表所示。请回答下列问题:
在高浓度臭氧胁迫时不同遮阴程度下“赤霞珠”
盆栽苗叶片相关指标检测结果
(1)“赤霞珠”葡萄叶片合成氧气的具体场所是叶绿体的类囊体薄膜,叶绿素等光合色素的功能是吸收、传递和转化光能, 本实验的CK处理方式是无臭氧胁迫+全光照。
(2)高浓度的O3会影响植物的光合作用,从T1可看出O3胁迫下气孔导度降低的生理学意义是气孔导度下降可以减少O3进入。由表中4组实验检测的叶绿素含量变化,说明了O3胁迫能造成叶片叶绿素的降解,遮阴缓解了叶绿体的降解,且随着遮阴程度的增加,缓解效果明显增加。
(3)O3胁迫下,“赤霞珠”叶绿素含量、净光合速率下降,而胞间CO2浓度反而上升的原因可能是色素含量降低,光反应产生的NADPH和ATP不足,导致暗反应固定的CO2减少,胞间CO2浓度升高。
(4)影响葡萄叶片生命活动的环境条件除了臭氧胁迫外,还有温度、光照强度、光照时间、无机盐等(请举出两例)。
时间
15天
45天
75天
对照
2.98
2.87
2.98
pH=5.6
2.87
2.99
3.45
pH=4.0
2.87
2.76
1.97
pH=2.5
2.82
2.17
1.64
实验资料
推论
(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒,发现90%的放射性物质是一种C3
①
(2)经过5s光照后,检测到含有放射性的C5和葡萄糖
②
(3)在适宜光照和CO2充足的条件下,C3和C5的含量很快达到稳定状态,含有放射性的糖类不断增加
③
(4)当停止光照时,C3明显增加,C5明显下降
④
参数
植物甲
植物乙
遮阴
全光照
遮阴
全光照
PSⅡ最大光
能转化效率
0.793
0.494
0.817
0.781
最大光合电子
传递效率
(μml·m-2·s-1)
64.9
37.8
63.1
74.9
光饱和点
(μml·m-2·s-1)
808.8
818.4
849.4
943.2
实验步骤
主要操作
制备圆形小叶片
取生长旺盛的绿叶,用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片
排出细胞间隙中的气体
将圆形小叶片置于注射器内,并让注射器内吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞,使圆形小叶片内的气体逸出。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水,所以全部沉到水底
待用圆形小叶片
将处理过的圆形小叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用
准备实验装置
取3只小烧杯,分别倒入富含CO2的清水
进行实验
向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片,然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中,可用5W的LED灯作为光源,利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
观察并记录
观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量
烧杯
圆形小叶
片/片
富含CO2
的清水/mL
光照
强度
叶片浮
起数量/片
甲
10
20
强
多
乙
10
20
中
中
丙
10
20
弱
少
1
光照
20℃水浴
新制的冷开水
2
厚纸遮光
20℃水浴
加少许NaHCO3粉末
3
光照
冰水降温
加少许NaHCO3粉末
4
光照
20℃水浴
加少许NaHCO3粉末
植株类型
叶绿素a含量/(mg·g-1)
叶绿素b含量/(mg·g-1)
正常株
2.108
0.818
感病株
1.543
0.604
次数
组别
1
2
3
4
50W
100W
200W
400W
第一次
5.0
12.0
21.0
19.2
第二次
5.3
11.5
20.0
18.5
第三次
5.0
12.0
20.0
19.0
项目
对照
(CK)
O3处理+全光照(T1)
O3处理+30%
遮阴(T2)
O3处理+60%
遮阴(T3)
叶绿素/
(mg·g-1)
2.99
2.31
2.88
2.92
净光合速率/
(μml·m-2·s-1)
20.1
4.2
5.0
8.6
气孔导度/
(mml·m-2·s-1)
295.3
87.6
100.2
2022
胞间CO2浓度/
(μml·m-2·s-1)
245.3
325.2
295.4
276.5
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