1、第 8 讲 光合作用A 组 基础题组题组一 提取和分离叶绿体色素1.(2017 课标全国)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如 O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中 ATP 的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用 CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在 640660 nm 波长光下释放 O2是由叶绿素参与光合作用引起的答案 A 本题考查光合作用过程中光合色素的吸收光谱等相关知识。类胡萝卜素不吸收红光,A 错误。光合色素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的
2、吸收值来绘制,B 正确。光合作用的作用光谱既可用 O2的释放速率随光波长的变化来表示,也可用 CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C 正确。叶片在 640660 nm 波长光下只有叶绿素能吸收光能,进行光合作用,释放 O2,D 正确。2.下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中,错误的是 ( )A.将 5 克新鲜菠菜叶剪碎后,放入研钵中,加入碳酸钙、石英砂和无水乙醇后加以研磨B.吸取少量滤液,沿铅笔细线均匀画出一道滤液细线,并连续快速画 23 次C.把画好细线的滤纸条插入层析液中,滤液细线不能浸没在层析液中D.滤纸上相邻色素带间距离最近的是叶绿素 a 与叶绿素 b答案 B 将 5 克新
3、鲜菠菜叶剪碎后,放入研钵中,加入碳酸钙(防止研磨中色素被破坏)、石英砂(使研磨更充分)和无水乙醇(提取色素)后加以研磨,A 正确;画滤液细线时,不应连续迅速重复画线,而应等滤液干后再重复画线,B 错误;把画好细线的滤纸条插入层析液中,滤液细线不能触及层析液,否则色素会溶解在层析液中,影响实验结果,C 正确;滤纸上相邻色素带间距离最近的是叶绿素 a 与叶绿素 b,D 正确。题组二 光合作用的过程及影响光合作用的环境因素3.1880 年美国生物学家恩吉尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上,并在水绵悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在
4、红光区和蓝光区最强。下列有关叙述正确的是( )A.好氧细菌主要利用红光和蓝光进行光合作用B.水绵通过光合作用为好氧细菌提供 O2C.水绵通过光合作用为好氧细菌提供有机物D.图 b 表明,只有红光和蓝光可用于光合作用答案 B 好氧细菌代谢类型为异养需氧型,不能进行光合作用,A 错误;水绵通过光合作用为好氧细菌提供 O2,B 正确;题述实验不能证明水绵光合作用能产生有机物,C 错误;图 b 表明,红光和蓝光用于光合作用时光合效率较高,但其他光同样可用于光合作用,只是光合效率较低,D 错误。4.下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是( )A.破坏叶绿体外膜后,O 2不能产生B.植物生长过程中,叶绿
5、体内各种色素的比例保持不变C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短D.在离体的叶绿体基质中添加 ATP、NADPH 和 CO2后,可完成碳反应答案 D 植物光合作用的光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行,碳反应(暗反应)在叶绿体基质中进行,因此破坏叶绿体外膜,不影响 O2的产生,故 A 错误;离体的叶绿体基质中含有与碳反应有关的酶,获得 ATP、NADPH 和 CO2后,可完成碳反应,故D 正确;植物生长过程中,叶绿体中各种色素的比例会随植物生长期、光照、温度等的变化而变化,故 B 错误;与夏季相比,植物在冬季光合速率降低的主要原因是温度降低和光照减弱,故 C 错误。5.(201
6、9 北京东城期末)Rubisco 是植物细胞内参与光合作用 CO2固定的酶。如表是不同温度对两种水稻中 Rubisco 酶活性(molmg -1min-1)影响的有关数据。以下叙述不正确的是 ( )水稻品种 21 30 两优 1.13 0.80丰优 1.07 0.79A.Rubisco 分布在叶绿体基质中B.Rubisco 催化 C3和 CO2结合C.30 时酶活性下降会使两种水稻光合作用速率下降D.30 与 21 相比,丰优比两优酶活性的变化幅度小答案 B Rubisco 催化二氧化碳的固定,在叶绿体的基质中,A 正确;二氧化碳与C5结合固定转化为 C3,B 错误;30 时酶活性下降导致植物
7、固定二氧化碳速率下降,光合速率下降,C 正确;对比表格数据丰优比两优水稻酶活性下降幅度低,D 正确。6.将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处,则细胞内三碳化合物与糖类生成量的变化是( )A.C3突然增加,(CH 2O)减少B.C3与(CH 2O)都减少C.C3与(CH 2O)都增加D.C3突然减少,(CH 2O)增加答案 A 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,光反应为暗反应提供H和ATP,H用于还原三碳化合物,最终生成 C6H12O6,ATP 为暗反应提供能量。光反应的能量直接来自太阳能,即必须在光下产生。将盆栽植物移至黑暗处,停止了光照,在其他条件如 CO2浓度等没有发生变化的情况下,从气孔进
8、入的 CO2仍被 C5固定生成 C3。由于光照停止,光反应停止,H和 ATP 不能生成,C 3因缺乏H和ATP 不能被还原,所以此时的叶肉细胞内 C3暂时增加,C 6H12O6的生成量减少。故A 选项正确。7.下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图中所示的因素外,其他环境因素均控制在最适范围。下列分析错误的是( )A.甲图中 a 点的限制因素可能是叶绿体中色素的数量B.乙图中 d 比 c 点在相同时间内叶肉细胞中生成 C5的速率快C.M、N 点的限制因素是光照强度,P 点的限制因素是温度D.丙图中,随着温度的升高,曲线走势将稳定不变答案 D 从甲图中可以看出,光照强度和二氧化碳
9、的浓度不是 a 点光合速率的限制因素,限制因素可能是叶绿体中色素的数量,A 正确;乙图中 d 点与 c 点相比,光照强度增加,光反应速率加快,产生的 ATP 和H增加,因此 d 点在相同时间内叶肉细胞中 C3的还原量多,生成 C5的速率快,B 正确;图中 M、N、P 三点的限制因素分别是光照强度、光照强度、温度,C 正确;丙图中,随着温度的升高,曲线走势有可能下降,因为超过最适温度,酶的活性降低,D 错误。题组三 光合作用与呼吸作用的关系8.(2018 北京平谷五中期中)下图为高等植物细胞内发生的部分物质转化过程示意图。下列有关分析不正确的是( )A.发生在生物膜上的过程有B.人体细胞中也可发
10、生的过程有C.过程形成的 ATP 可用于过程D.在光照充足等适宜条件下,消耗的 CO2多于产生的 CO2答案 C 分析图解,表示暗反应,表示有氧呼吸的第一、二阶段或产生 CO2的无氧呼吸,表示光反应,表示有氧呼吸的第三阶段。光合作用的光反应阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜上,有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上,A正确;人体细胞不能进行光合作用,但是能够进行细胞呼吸,因此可发生的过程有,B 正确;过程水的光解不需要 ATP,过程形成的 ATP 可用于各项生命活动,C 错误;在光照充足等适宜条件下,消耗的 CO2多于产生的 CO2,D 正确。9.(2018 北京丰台二模)为了研究缺失叶黄素的植株(甲
11、)和正常的植株(乙)光合作用速率的差异,某实验小组设计实验并测得相关数据如下表(温度和 CO2浓度等条件均适宜),下列有关说法正确的是( )光合作用速率与呼吸作用速率相等时的光照强度(klx)光合作用速率达到最大值时的最小光照强度(klx)光合作用速率最大值时 CO2吸收量(mg/h)黑暗条件下 CO2释放量(mg/h)甲植物 1 3 12 6乙植物 3 9 30 14A.植株甲因缺失叶黄素而使得叶片呈现黄色,且呼吸速率降低B.光照强度为 3 klx 时,植株甲光合作用所需 CO2只来源于呼吸作用C.光照强度为 1 klx 时,植株乙的光合速率大于其呼吸速率D.光照强度为 3 klx 时,甲、
12、乙两植株固定 CO2速率的差为 4 mg/(100cm2h)答案 D 叶黄素为黄色,植株甲缺失叶黄素,叶片应呈绿色,缺失叶黄素与呼吸速率无关,A 错误;表格中,光照强度为 3 klx 时是植株甲光合速率达到最大值的最小光照强度,即光饱和点,此时光合速率大于呼吸速率,光合作用所需的 CO2来自呼吸作用和外界环境,B 错误;光照强度为 3 klx 时,植株乙的光合速率与呼吸速率相等,所以在光照强度为 1 klx 时,其呼吸速率大于光合速率,C 错误;固定CO2的速率即实际光合速率,光照强度为 3 klx 时,植株甲的实际光合速率为12+6=18mg/100 cm2h,植株乙的实际光合速率为 14
13、mg/(100 cm2h),所以此光照强度下,植株甲的实际光合速率比植株乙的大 4 mg/(100 cm2h),D 正确。B 组 提升题组一、选择题1.(2019 北京西城期末)利用水稻品种“两优培九”,研究其叶片净光合速率与叶温的变化关系,结果如图。以下叙述正确的是( )A.实验需要控制相同且适宜的呼吸强度B.真光合速率最适温度出现在 33 左右C.5 时此植物的 ATP 仅来自细胞呼吸D.曲线下降可能是因为呼吸速率增加答案 D 实验需要控制相同且适宜的无关变量,本实验因变量为净光合速率,净光合速率=光合速率-呼吸速率,呼吸速率不是无关变量,A 错误;净光合速率的最适温度出现在 33 左右,
14、B 错误;15 时植物只是净光合速率较慢,但仍然进行光合作用产生 ATP,C 错误;此曲线下降净光合速率下降的原因很可能是呼吸速率增加,D 正确。2.(2018 北京海淀二模)研究者使用稳定同位素 18O 标记水和碳酸盐/碳酸氢盐中的氧,加入三组小球藻培养液中,记录反应起始时水和碳酸盐/碳酸氢盐中 18O 的比例,光照一段时间后,分别检测小球藻释放的氧气中 18O 的比例,实验结果如下表所示。下列相关叙述,不正确的是( )组别水中 18O的比例(%)HC 和 C 中18O 的比例(%)反应时间(min)释放的 O2中 18O 的比例(%)1 0.85 0.41 45 0.842 0.85 0.
15、55 110 0.853 0.85 0.61 225 0.85A.小球藻光合作用所需的 CO2可由 HC 和 C 提供B.HC 和 C 中 18O 的比例不同导致放氧速率不同C.释放的 O2中 18O 的比例不受光合作用反应时间影响D.释放的 O2中 18O 比例与水相近,推测氧气来自水答案 B 由表中数据可知, 小球藻释放的氧气中 18O 的比例与水中 18O 的比例变化一致,与 HC 和 C 中 18O 的比例变化不一致,可以推知氧气来自水中的氧,D选项正确;小球藻释放的氧气中 18O 的比例与反应时间变化不一致,推知释放的O2中 18O 的比例不受光合作用反应时间影响,C 选项正确;小球
16、藻光合作用所需的CO2可由 HC 和 C 提供,A 选项正确。表中数据不能反映放氧速率的不同,B选项错误。3.(2018 北京五十五中期中阶段性调研)科学家往小球藻培养液中通入 14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照,结果如下表。实验组别 光照时间(s) 放射性物质分布1 2 大量 3-磷酸甘油酸(三碳化合物)2 20 12 种磷酸化糖类3 60除上述 12 种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等根据上述实验结果分析,下列叙述不正确的是( )A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物
17、质是 12 种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等答案 C 二氧化碳参与光合作用的暗反应阶段,A 正确;由于酶可以反复利用,因此在研究时,光照后需要对酶进行失活处理,B 正确;根据表中数据可知,二氧化碳进入叶绿体后首先形成的物质是三碳化合物,C 错误;根据表中内容可知,在光照 60 s 后,产物中有氨基酸、有机酸等,D 正确。二、非选择题4.(2018 北京东城期末)小球藻是一种单细胞藻类,具有光合效率高、营养方式多样且富含有机物等特点,在食品和饲料等多个方面均有广泛应用。(1)科学家曾以小球藻为材料进行了光合作用机理的研究。鲁宾与卡门在研究光合作用中氧气来源时
18、,利用同位素 18O 分别对 中的氧元素进行标记,得到的结论是 ;卡尔文利用 14C 标记的 14CO2供小球藻进行光合作用,目的是研究 。 (2)科研人员研究了不同处理条件对小球藻细胞数量及叶绿素含量的影响。 实验条件的设计如下表所示,请将表格内容补充完整。营养方式 自养 混养 异养培养基中葡萄糖含量(g/L)a: 10.0 10.0光照强度(Lux) b: 2 5000实验结果如下列图表所示。实验结果营养方式 单位质量小球藻中总叶绿素含量(mg/g)单位体积藻液中总叶绿素含量(mg/L)自养 31.99 9.44混养 6.31 13.39异养 3.31 6.34由结果可知,单位质量小球藻中
19、总叶绿素含量以 方式为最高,但由于该方式下 ,因此单位体积藻液中总叶绿素含量未达最高。据此分析,三种营养方式中 更具优势,这对高密度规模化培养等生产问题具有指导意义。 答案 (1)二氧化碳和水(或 CO2和 H2O) 光合作用释放的氧气全部来自水 碳的同化途径(CO 2中的碳转化成有机物中碳的过程或暗反应过程)(2) 0 2 500自养 小球藻细胞数量相对较少(或浓度较低) 混养解析 (1)根据题目可知,此实验研究光合作用中氧气的来源,光合作用反应物H2O 和 CO2中有氧元素存在,所以,利用 18O 分别标记 H2O 和 CO2,结果发现标记H2O 时,释放的氧气中有放射性,而标记 CO2时
20、释放的氧气中没有放射性,所以得出结论,光合作用中释放的氧气全部来自水;而利用 14C 标记的 14CO2进行光合作用,目的是研究碳的同化途径。(2)自养情况下小球藻的生长不需要外源提供葡萄糖,仅需提供光照,因此,a 应为 0、b 应为 2 500。由表格可知,自养情况下,单位质量小球藻中总叶绿素含量最大,但是,根据曲线图发现,小球藻细胞数量相对值较小,因此,单位体积藻液中总叶绿素含量未达最高。根据曲线图发现,混养时,小球藻细胞数量相对值较大,所以混养更具有优势。5.(2018 北京西城期末)增施 CO2是提高温室植物产量的主要措施之一。但有人发现,随着增施 CO2时间的延长,植物的光合作用逐渐
21、减弱。为探究其原因,研究者以黄瓜为材料进行实验,结果如图。图 1图 2图 3(1)CO2进入叶绿体,被位于 的 Rubisco 酶催化,与 化合物结合而被固定。 (2)由图可知,常温+CO 2处理组在超过 29 天后,净光合速率开始下降,直至低于常温处理组。此阶段,常温+CO 2组淀粉含量与光合速率的变化趋势 ,据此推测光合速率下降可能是由于淀粉积累过多。叶绿体中淀粉的积累一方面会导致 膜结构被破坏而影响光反应,另一方面有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中,因此造成光合作用所需的 等含氮化合物合成不足,进而抑制了光合作用。 (3)由图可知,在增施 CO2情况下,适当升高温度可以 光合作用
22、速率。有人认为,这是由于升高温度促进了淀粉分解为可溶性糖,减弱了淀粉大量积累对光合作用的抑制。图中支持该假设的证据是 。 (4)请根据本研究的结果,对解决“长时间增施 CO2抑制光合作用”这一问题,提出两项合理化建议: 。 答案 (1)叶绿体基质 C 5(2)相反 类囊体 酶(答其他具体和光合作用有关的含氮化合物亦可)(3)提高 高温+CO 2组淀粉含量一直低于常温+CO 2组,可溶性糖相反(4)单独增施 CO2时间不宜超过 30 天;增施 CO2的同时合理补充氮肥;增施 CO2时适当提高温度(任选其二)解析 (1)CO2 参与光合作用的暗(碳)反应阶段,在叶绿体基质中和 C5 结合而被固定。
23、(2)由图 2 可知,29 天后常温+CO2 处理组的淀粉含量呈上升趋势,与图 1净光合速率变化趋势相反。由题干可知,叶绿体中淀粉积累过多时光反应受到影响,故被破坏的应该是类囊体薄膜。光合作用需要酶、光合色素(叶绿体色素)、H2O、CO2 等化合物,其中含有氮元素的是酶等。(3)由图 1 可知,大约在处理天数 40 天之前,高温+CO2 处理组的净光合速率高于常温+CO2 处理组,所以适当提升温度可以提高光合作用速率。由题干“升高温度促进了淀粉分解为可溶性糖”,直接证据是图 2 中高温+CO2 处理组淀粉含量低于常温+CO2 处理组和图 3 中高温+CO2 处理组可溶性糖的含量高于常温+CO2 处理组。(4)由第二问题干可知,长时间增施 CO2 影响光合速率的原因是淀粉积累过多和缺少氮素营养,故可提出建议:适当升高温度促进淀粉分解、施加氮肥。另外,单独增施 CO2 时间不宜超过30 天。