专题六 光合作用
专题检测题组 A 组
1.叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用。下列关于植物细胞中的色素和叶
绿体的说法,正确的是( )
A.植物细胞中的色素都可以吸收光能,参与光合作用
B.叶绿体中的色素主要吸收蓝紫光、红光,大棚的棚膜应选择无色透明的
C.叶绿体中的色素提取时用到石油醚,层析时用到了无水乙醇
D.叶绿体中的色素绝大多数分布在叶绿体内膜的两侧
答案 B 液泡中的色素不能吸收光能, A 错误;大棚的棚膜应选择无色透明的,可以让
绝大多数光透过,B正确;叶绿体中的色素可用无水乙醇提取,石油醚参与分离色素,C 错
误;叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上, D错误。
2.原本生活在干旱地区的多肉植物,经研究发现其CO 固定过程非常特殊,被称为景天酸
2
代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO 的固定和利用过程中起到重要作
2
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C 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
3
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;图示的代谢方式中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C 代谢途径植物相比,夜间更适于放置在室内的是景
3
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。
3.将植株置于透明密闭容器内,测量容器中CO 的浓度变化情况。在适宜温度条件下,用
2
一定强度的光照处理30 min,容器中CO 的浓度由2 000 ppm降低到180 ppm。随后将整
2
个装置置于相同温度的黑暗条件下30 min,容器中CO 的浓度变为600 ppm。下列叙述
2
正确的是 ( )
A.前30 min,叶绿体中NADPH由基质向类囊体膜运输
B.该植株前30 min的平均总光合速率约为60.7 ppm/minC.经过完整的1 h处理后,该植株的有机物含量会减少
D.光照处理时,若停止光照则短时间内叶绿体中C 的含量会增加
3
答案 D 前30 min,植物进行光合作用产生的NADPH由类囊体膜向叶绿体基质运输,A
错误;前30 min,CO 浓度由2 000 ppm降低到180 ppm,故每分钟减少(2 000-
2
180)÷30≈60.7(ppm/min),此为平均净光合速率,B错误;经过完整的1 h处理后,容器中CO
2
浓度由2 000 ppm降到600 ppm,减少的CO 用于光合作用合成有机物,因此有机物含量
2
会增加,C错误;停止光照后,光反应不再进行,不能合成NADPH和ATP,短时间内CO 固
2
定形成C 的过程不受影响,但C 的还原减少,故C 的含量会增加,D正确。
3 3 3
4.光抑制指的是光能超过光合系统所能利用的数量时,光合功能下降的现象。为了探究
强光和其他环境胁迫因素对植物光合速率的影响,某同学设计了如下实验:
分组 温度 光照 小圆片上浮数量
A 10 ℃ 50 W 3
B 10 ℃ 150 W 2
C 10 ℃ 250 W 1
D 30 ℃ 50 W 8
E 30 ℃ 150 W 5
F 30 ℃ 250 W 4
G 50 ℃ 50 W 0
H 50 ℃ 150 W 0
I 50 ℃ 250 W 0
下列说法错误的是 ( )
A.若小圆片取自大叶脉处,则所测得的光合作用强度会较当前值偏低
B.实验中可以通过改变距离达到改变光照强度的目的
C.强光下低温增加了光抑制可以通过对比C和D得出
D.表中数据中当温度为50 ℃时小圆片上浮数量为零,分析原因可能为酶变性失活
答案 C 大叶脉上组织是输导组织,该处的细胞无叶绿体,因此若小圆片取自大叶脉处,
则所测得的光合作用强度会较当前值偏低,A正确;该实验是通过改变灯泡的功率控制光
照强度的,也可以在灯泡功率相同时,通过改变灯泡的距离改变光照强度,B正确;C组和F
组都是高光强,但是低温的C组的光合作用速率更低,说明低温增强了光抑制,而C组和D
组存在2个变量,C错误;表中数据中当温度为50 ℃时小圆片上浮数量均为零,可能是温
度过高导致酶活性丧失,D正确。
5.下列关于农业谚语体现的生物学原理,描述错误的是 ( )
A.肥多不浇烧坏苗,粪大水勤长得好——施肥同时要合理浇水,避免植物过度失水
B.麦种深,谷种浅,荞麦芝麻盖半脸——不同的种子萌发需要不同的光照条件
C.深耕一寸顶车粪——深耕松土促进有氧呼吸,利于根部吸收无机盐
D.人黄有病,苗黄缺肥——氮、镁是叶绿素的成分之一,缺(含氮、镁的)肥导致叶片变黄
答案 B 肥多不浇烧坏苗,粪大水勤长得好,说明施肥的同时要合理浇水,以避免土壤溶
液浓度较高,使植物过度失水,A正确;麦种深,谷种浅,荞麦芝麻盖半脸,即不同作物埋种深
度不同,含氧量不同,即种子萌发与氧气的含量有关,种子萌发不需要光,B错误;深耕一寸
顶车粪,原理是深耕能够增加土壤中的含氧量,从而促进细胞有氧呼吸,为根部吸收矿质元
素提供能量,C正确;植物缺氮、镁会导致叶绿素的合成受阻,从而导致叶片变黄,D正确。6.在适宜的光照和温度条件下,向豌豆植株供应14CO ,测定不同的细胞间隙CO 浓度下叶
2 2
肉细胞中C 的含量,得到如图所示的结果。下列叙述错误的是( )
5
A.叶肉细胞中最先出现的含14C的化合物为C
3
B.A→B,叶肉细胞吸收CO 速率增加
2
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 CO 在叶绿体基质中首先与C 结合形成C ,因此叶肉细胞中最先出现的含14C
2 5 3
的化合物为C ,A正确;据图分析,A→B,随着CO 浓度增加,C 的相对含量逐渐减小,说明
3 2 5
C 与CO 结合生成C 的速率增加,因此该段叶肉细胞吸收CO 速率增加,B正确;B→C,叶
5 2 3 2
片叶肉细胞间的CO 浓度升高,但C 的相对含量基本维持不变,表示豌豆植株在B点达到
2 5
了CO 饱和点,此时叶片的光合速率大于呼吸速率,C错误;B点处达到了CO 饱和点,由于
2 2
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。
7.科研人员研究了温度对人工种植的蒲公英幼苗光合作用与呼吸作用的影响,其他条件
相同且适宜,实验结果如图所示,据图分析,下列说法错误的是 ( )
A.在光照条件下,蒲公英幼苗30 ℃与35 ℃总光合速率相同
B.昼夜时间相同且温度不变,则适合蒲公英生长的最适温度是25 ℃
C.P点时,光照条件下叶肉细胞产生ATP的细胞器为叶绿体和线粒体
D.一直处于光照条件下时,25 ℃最有利于蒲公英生长
答案 B 总光合速率等于净光合速率+呼吸速率,30 ℃环境中蒲公英幼苗的总光合速率
为3.5+3=6.5(mg/h),35 ℃环境中蒲公英幼苗的总光合速率为3+3.5=6.5(mg/h),A正确;每
天光照与黑暗时间相等,在恒温条件下,植物积累的有机物最多时的温度应该为净光合速
率与呼吸速率的差值最大时的温度,即20 ℃时植物积累的有机物最多,故适合蒲公英生
长的最适温度是20 ℃,B错误;P点时,光照条件下净光合速率大于0,蒲公英既进行光合作
用,又进行呼吸作用,叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体,叶绿体
和线粒体是细胞器,C正确;在光照下,图中数据表明温度在25 ℃时,蒲公英的净光合速率
最大,最有利于蒲公英的生长,D正确。8．(2023届汕头金山中学摸底,17)兴起于上世纪的第一次“绿色革命”获得了水稻半矮
化突变体,半矮秆水稻虽抗倒伏、高产,但对氮的利用效率不高。中国科研团队就如何进
一步提高水稻产量,减少农业生产对环境的影响这一问题进行了持续探索,并于2020年
在水稻高产和氮素高效协同调控机制领域获得重要突破。为探究高浓度CO 下氮素供
2
应形态对植物光合作用的影响,研究人员以武运粳稻为实验材料,在人工气候室利用无土
栽培技术进行了相关实验,部分结果如下。请回答有关问题:
处理措施
检测 硝态氮 硝态氮
结果 (NO- )、正 (NO- )、 X
铵态氮(NH+
4 )、
3 3
高浓度CO
常浓度CO 高浓度CO 2
2 2
叶绿素
50 51 42 44
SPAD值
净光
17.5 21.5 35 42.8
合速率
注:SPAD值与叶绿素含量呈正相关,净光合作用单位:[μmol/(m2·s)]
(1)环境中的氮元素进入叶肉细胞后,可用于合成与光合作用相关的酶(如RuBP羧化酶),
RuBP羧化酶分布在 ,能将CO 固定为 ,再进一步被还原
2
为糖类。此外氮元素还能用于合成 (答出其中两种),进而促进光合
作用。
(2)表中X处理措施应为 。据表分析,能够显著提高该
水稻净光合速率的氮素供应形态是 。从物质跨膜运输的角度分析,原因可能是
。
(3)植物光合系统中的氮素分配受供氮量等因素的影响,研究人员对叶片光合系统中氮素
的含量及分配进行了检测,结果如下:
注:叶片氮素可分为光合氮素和非光合氮素;前者包括捕光氮素和羧化氮素。
检测结果显示:相对于中氮,高氮环境下,氮素从 向 转化,且羧化氮素所
占比例降低,进而影响了光合作用的 阶段,导致光合速率下降。
答案 (1)叶绿体基质 C (三碳化合物) 叶绿素、NADPH、ATP、ADP(答出任意两个
3
即可)
(2)铵态氮(NH+
)、正常浓度CO 铵态氮 根细胞膜上转运铵态氮的转运蛋白
4 2
的数量多于硝态氮 (3)光合氮素(羧化氮素) 非光合氮素 暗反应
解析 (1)根据题意可知,RuBP羧化酶能催化CO 的固定过程,在暗反应中发挥作用,分布
2
的场所是叶绿体基质。该酶能催化CO 固定为C ,再进一步通过C 的还原产生糖类。参
2 3 3
与光合作用的含氮物质除了酶外,还有叶绿素、NADPH、ATP、ADP等。(2)根据表格分组可知,X为铵态氮、高浓度CO
组的对照组,因此处理措施为铵态氮(NH+
)、正常浓
2 4
度CO 。据表分析,铵态氮处理组比硝态氮处理组的净光合速率大,因此能够显著提高该
2
水稻净光合速率的氮素供应形态是铵态氮。细胞对离子的吸收量不同和细胞膜上转运
蛋白的数量不同有关,因此从物质跨膜运输的角度分析,可能原因是根细胞膜上转运铵态
氮的转运蛋白的数量多于硝态氮。(3)据图可知,相对于中氮组,高氮环境下,非光合氮素增
多,羧化氮素(属于光合氮素)减少,说明高氮环境下,氮素从光合氮素(羧化氮素)向非光合
氮素转化。羧化氮素占比下降,导致细胞中RuBP羧化酶数量减少,进而影响了光合作用
的暗反应阶段,导致光合速率下降。
9.细辛是一种在森林下生活的植物,滨藜是一种在沙漠中生活的植物。如图是光照强度
对两种植物(甲、乙)光合作用强度影响的曲线(注:己知O 可与C 结合,生成一个三碳化
2 5
合物和一个二碳化合物,此二碳化合物不参与光合作用)。请据图作答:
(1)图中代表滨藜光合作用强度变化曲线的是 ,判断依据是
。
(2)甲b 点时植物叶肉细胞内光合作用吸收的CO 来自 ,此时
1 2
叶肉细胞内的[H]和NADPH分别用于 。
(3)据图分析,b 和c点时,限制乙植物光合作用的主要环境因素分别是 和
2
。图中e点时,甲、乙植物固定CO 量的情况是 (相等、甲多于乙或乙多于甲)。
2
(4)进一步研究发现:与低O 浓度相比,高O 浓度更能抑制光合作用,结合题干信息及所学
2 2
的光合作用的过程,解释其原因:
。
答案 (1)甲 滨藜生活在沙漠,可适应较强光照,甲曲线对应的光饱和点(或补偿点)更大
(2)细胞呼吸释放和大气中 [H]与O 结合形成水,NADPH参与暗反应还原C (3)光照
2 3
强度 CO 浓度(CO 浓度、温度) 甲多于乙 (4)O 与更多的C 结合,减少了用于还原
2 2 2 5
的C 的生成(减少了CO 固定量),从而抑制光合作用
3 2
解析 据图分析:CO 的吸收量可以表示净光合作用强度。甲的光补偿点、光饱和点均
2
比乙的高,故甲是阳生植物,乙是阴生植物,即甲是滨藜,乙是细辛。(1)甲代表滨藜光合作
用强度变化曲线,因为滨藜生活在沙漠,可适应较强光照,甲曲线对应的光饱和点(或补偿
点)更大。(2)甲b 点时植株的光合作用强度与呼吸作用强度相等,但进行光合作用的只有
1
叶肉细胞,而进行呼吸作用的除了叶肉细胞还有其他细胞,故叶肉细胞的光合作用强度大
于呼吸作用强度,其光合作用吸收的CO 来自细胞呼吸释放和大气中,此时叶肉细胞内有
2
氧呼吸第一、第二阶段产生的[H]用于第三阶段,与O 结合形成水,光反应产生的NADPH
2
参与暗反应还原C 。(3)b 点时,限制乙植物光合作用的主要环境因素是光照强度,c点时
3 2
光照强度已经大于光饱和点,故此时限制乙植物光合作用的主要环境因素是CO 浓度
2
(CO 浓度、温度)。图中e点时,甲、乙植物的净光合作用强度相等,但甲的呼吸作用强度
2
大于乙,所以甲的实际光合作用强度大于乙,即甲植物固定CO 量多于乙。(4)由“O 可与
2 2
C 结合,生成一个三碳化合物和一个二碳化合物,此二碳化合物不参与光合作用”可知,高
5O 浓度条件下,O 与更多的C 结合,减少了用于还原的C 的生成(减少了CO 固定量),从
2 2 5 3 2
而抑制光合作用。
10.作物光合作用的速率,直接决定作物的产量。叶绿体中的光合产物多以蔗糖的形式不
断运出,如以淀粉的形式在叶绿体积累,则不利于暗反应的继续进行。持续低温胁迫会破
坏叶绿体类囊体薄膜,同时使淀粉在叶绿体中积累。如图表示在低温(4 ℃)处理12 h后,
一定光照强度下两种类型的番茄净光合速率随大气CO 浓度的变化曲线。回答下列问
2
题:
(1)据图分析,该实验的自变量有 。持续的低温天气会导致番茄减
产,从光合作用过程的两个阶段分析,其原因是
。
(2)研究表明,A酶催化叶绿体中淀粉的合成,B酶催化叶绿体中淀粉的降解。耐低温番茄
细胞中可产生Y蛋白,该蛋白可分别与A酶和B酶基因的特定部位结合,调控它们的转录
过程,从而降低叶绿体中淀粉的积累。推测其具体的调控机制可能是
。
(3)低温条件下,植物细胞膜会发生相变,从流动的液晶态转变为固化的凝胶态,影响A酶
和B酶合成的数量,从细胞膜结构特点的角度分析:低温时细胞膜发生的变化为
。已知不饱和脂肪酸的熔点较低。由此推测,细胞膜中不饱和脂肪酸含量越高,细胞膜的
相变温度 (填“越高”或“越低”)。
(4)研究发现植物对低温有一定适应性,不同植物品种耐寒性各有差异。柑橘抗寒锻炼过
程中,抗寒柑橘品种细胞内线粒体数量增多,体积增大,内嵴增多,而不抗寒品种不发生这
种变化。从结构与功能相适应的角度分析,这种变化的意义是
。
(5)研究发现,不耐寒的植物在严寒袭来时,细胞内质网及高尔基体小泡液泡化,粗面内质网
上的核糖体脱落。这对植物生命活动的直接危害是
。
答案 (1)CO 浓度和番茄品种 低温破坏类囊体结构,影响光反应进行,淀粉在叶绿体中
2
积累使暗反应受阻,同时酶活性降低 (2)Y蛋白与A酶基因结合,抑制其转录,淀粉的合
成减少;Y蛋白与B酶基因结合,促进其转录,B酶增加,淀粉的分解增加 (3)细胞膜的流
动性减弱 越低 (4)线粒体是细胞呼吸的主要场所,其数量增多,体积增大,内嵴增多,可
使细胞呼吸强度提高,细胞的热量和能量供应增加,以抵抗低温的影响 (5)影响分泌蛋白
的合成、加工、运输过程,进而危害生命活动
解析 (1)该实验的自变量有CO 浓度和番茄品种,因变量为净光合速率。依据题干信息
2
分析可知,持续低温胁迫会破坏叶绿体类囊体薄膜,进而影响光反应进行,同时淀粉作为产
物在叶绿体中积累使暗反应受阻,且低温时酶活性降低,因此持续低温胁迫会导致番茄减
产。(2)A酶促使淀粉合成,B酶促使淀粉降解,一方面Y蛋白与A酶基因的特定部位结合,抑制其转录,减少淀粉的合成;另一方面,Y蛋白与B酶基因的特定部位结合,促进其转录,
增加淀粉的降解,从而使叶绿体中淀粉的含量减少。(3)低温条件下植物细胞膜会发生相
变,从流动的液晶态转变为固化的凝胶态,结合细胞膜具有一定的流动性的特点,可知低温
时细胞膜的流动性减弱。已知不饱和脂肪酸的熔点较低,说明不饱和脂肪酸易熔化不易
凝固,由此推测,细胞膜中不饱和脂肪酸含量越高,细胞膜的相变温度越低。(4)线粒体是细
胞呼吸的主要场所,抗寒柑橘品种中线粒体数量多,体积大,内嵴多,则细胞呼吸强度提高,
细胞的热量和能量供应增加,从而更好地抵抗低温的影响。(5)粗面内质网上的核糖体、
内质网和高尔基体参与分泌蛋白的合成、加工和运输,因此细胞内质网及高尔基体小泡
液泡化,粗面内质网上的核糖体脱落,对植物生命活动的直接危害是影响分泌蛋白的合成、
加工和运输,进而危害生命活动。
11.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O /CO 值异常的情况下发生的一个生理过程,
2 2
该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成(如图所示),是光合作用伴随的一个
损耗能量的副反应。光呼吸过程中会消耗O 并且生成CO 。光呼吸损耗的能量大约是
2 2
光合作用储备能量的30%。回答下列问题:
(1)“Rubisco”可能是一种双功能酶,结合上图加以说明:
。若植物光合作用过程中的光呼吸强度大于光合作用强度,推测此时的O /CO 值
2 2
(填“高”或“低”)。
(2)据图可知,光合作用与光呼吸都以 为原料,光呼吸发生的场所是
。
(3)光呼吸与有氧呼吸都冠以“呼吸”二字,二者的“共同”之处表现在
。
(4)利用塑料大棚种植瓜果蔬菜时,从增产的角度考虑,可以采取的措施有
(答出两点)。
答案 (1)该酶既能催化C 和CO 反应,也能催化C 和O 反应 高 (2)C (或五碳化合
5 2 5 2 5
物) 叶绿体基质和线粒体 (3)消耗O 并生成CO (4)提高塑料大棚内CO 的浓度;适
2 2 2
当提高光照强度;夜间降低温度,减少细胞呼吸消耗;降低光呼吸过程等(答出两点即可)
解析 (1)由图可知,Rubisco既能催化C 和CO 反应生成C 的过程,也能催化C 和O 反
5 2 3 5 2
应生成C 和二磷酸乙醇酸的过程;据题意可知,光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和
3
O /CO 值异常的情况下发生的一个生理过程,光呼吸可消耗光反应阶段产生的氧气,故O
2 2 2
浓度高时会发生光呼吸,若植物光合作用过程中的光呼吸强度大于光合作用强度,则此时
的O /CO 值高。(2)光合作用与光呼吸都以C 作为反应底物;据图可知,光呼吸过程中C
2 2 5 5
与O 反应可生成C ,此过程在叶绿体基质中进行,同时光呼吸会生成CO ,此过程在线粒
2 3 2
体中进行,即光呼吸发生的场所是叶绿体基质和线粒体。(3)光呼吸过程与有氧呼吸过程
的共同点是都需要消耗O ,并最终生成CO 。(4)要想提高产量,可增强光合作用并降低呼
2 2吸作用。措施有提高塑料大棚内CO 的浓度;适当提高光照强度;夜间降低温度,减少细胞
2
呼吸消耗;降低光呼吸过程等。
专题检测题组 B 组
1.在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使
用情况如表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依
次应为 ( )
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
水 + - - -
碳酸钙 + + - +
二氧化硅 + + + -
A.①②③④ B.②④①③
C.④②③① D.③②①④
答案 B “绿叶中色素的提取和分离”实验中,正常色素带的分布(由上到下)是:胡萝卜
素(含量最少)、叶黄素(含量较少)、叶绿素a(含量最多)、叶绿素b(含量较多)。甲同学用
水代替无水乙醇进行实验,不能提取出色素,分离的结果是②;乙同学试剂使用正确,色素
分离后得到四条正常的色素带,结果是④;丙同学未加碳酸钙,导致部分叶绿素被破坏,含
量减少,所以下方两条色素带比正常色素带要窄,结果是①;丁同学未加二氧化硅,导致叶
片研磨得不充分,各种色素的含量均减少,结果是③,综上所述,B正确。
2.(不定项)叶绿体是一种动态的细胞器,随着光照强度的变化,在细胞中的分布和位置也
会发生相应改变,称为叶绿体定位。CHUP1蛋白能与叶绿体移动有关的肌动蛋白(构成
细胞骨架中微丝蛋白的重要成分)相结合,用野生型拟南芥和CHUP1蛋白缺失型拟南芥
进行实验,观察到在不同光照强度下叶肉细胞中叶绿体的分布情况如图。相关叙述正确
的是 ( )
正常叶肉细胞
CHUP1蛋白缺失的叶肉细胞
A.叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,并将吸收的能量全部储存在ATP中B.强光条件下叶绿体移到细胞的两侧,有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
C.若破坏细胞微丝蛋白后叶绿体定位异常,推测微丝蛋白可能与叶绿体的运动有关
D.实验表明,CHUP1蛋白和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用
答案 CD 叶绿体中的光合色素可吸收、传递和转化光能,吸收的能量储存在NADPH
和ATP中,A错误;据图可知,正常叶肉细胞中,在弱光条件下叶绿体大多汇集到细胞上方,
以便最大限度地吸收光能,而强光条件下叶绿体移动到细胞两侧,以避免被强光伤害,B错
误;若破坏细胞内的微丝蛋白后,叶绿体定位异常,可推知叶绿体的运动可能与微丝蛋白有
关,C正确;相同光强时,CHUP1蛋白缺失型拟南芥和野生型拟南芥叶肉细胞中的叶绿体
分布情况不同,不同光强时,正常叶肉细胞中叶绿体的分布情况也不同,所以CHUP1蛋白
和光强在叶绿体与肌动蛋白结合及其移动定位中起重要作用,D正确。
3.为了证明光照条件下类囊体薄膜上才能产生ATP和NADPH,且CO 转化为光合产物
2
的过程不需要光,某兴趣小组用高速离心法破坏叶绿体膜,得到类囊体薄膜和叶绿体基质
的混合提取物。将该提取物在不含CO 的条件下光照一段时间后,再用离心法去掉类囊
2
体薄膜,接着在黑暗条件下,往基质中加入14CO ,结果基质中检测到含14C的光合产物。你
2
认为在以上实验的基础上还应增设一组实验为( )
A.有类囊体薄膜的基质,无光照,加入14CO ,检测光合产物,再加入ATP、NADPH,再次检
2
测光合产物
B.有类囊体薄膜的基质,有光照,加入14CO ,检测光合产物,再加入ATP、NADPH,再次检
2
测光合产物
C.无类囊体薄膜的基质,有光照,加入14CO ,检测光合产物,再加入ATP、NADPH,再次检
2
测光合产物
D.无类囊体薄膜的基质,无光照,加入14CO ,检测光合产物,再加入ATP、NADPH,再次检
2
测光合产物
答案 A 由题干实验可知,光照条件下类囊体薄膜上能产生ATP和NADPH,黑暗条件
下CO 可转化为光合产物,但无法得知黑暗条件下是否能产生ATP和NADPH,无法证明
2
“光照条件下类囊体薄膜上才能产生ATP和NADPH”,故需要增设一组实验:有类囊体
薄膜的基质,无光照,加入14CO ,检测光合产物,再加入ATP、NADPH,再次检测光合产物,
2
A符合题意。
知识归纳
光合作用包括光反应和暗反应阶段。光反应的场所为类囊体薄膜,物质变化为水的光解、
NADPH的合成和ATP的合成;暗反应的场所为叶绿体基质,物质变化为CO 的固定和C
2 3
的还原。
4.植物光合作用是在叶绿体内进行的一系列物质和能量转化过程。下列叙述正确的是
( )
A.光反应中将光能转变成化学能需要ADP的参与
B.类囊体上分布的酶也可以参与CO 的固定与还原
2
C.缺乏CO 会影响暗反应阶段,但不影响光反应阶段
2
D.合理密植和增施有机肥不能提高光合作用强度
答案 A 光反应中光能可转化为ATP中活跃的化学能,ATP的合成需要以ADP为原料,
A正确;类囊体薄膜是光反应的场所,而CO 的固定和还原发生在叶绿体基质中,B错误;缺
2
乏CO 会影响暗反应,导致暗反应产生的ADP、Pi和NADP+减少,进而影响光反应阶段,
2
C错误;合理密植有利于增大受光面积,施用有机肥能提高CO 浓度,两者都能提高光合作
2
用强度,D错误。5.青椒是一种常见的蔬菜,图1是青椒叶肉细胞中两种细胞器的生理活动示意图,其中甲、
乙代表相关结构,a~e代表相关物质,①~③代表相关生理过程。图2是在不同温度条件下
青椒植株吸收与释放CO 速率的曲线图。相关分析错误的是 ( )
2
图1
图2
A.图1中甲是类囊体
B.图1中②进行的场所是线粒体基质,物质e是CO
2
C.图2中30 ℃时青椒总光合速率为6.5 CO mg·h-1
2
D.图2中35 ℃时植物光合作用固定的CO 少于呼吸作用释放的CO
2 2
答案 D 图1中甲中物质能吸收光能,甲为类囊体,A正确;过程②表示有氧呼吸第二阶
段,丙酮酸和水分解成[H]和CO (e),进行的场所为线粒体基质,B正确;光照下的CO 吸收
2 2
速率表示净光合速率,黑暗下的CO 释放速率表示呼吸速率,总光合速率=净光合速率+呼
2
吸速率,由图2可知,温度为30 ℃时,青椒净光合速率为3.5 CO mg·h-1,呼吸速率为3 CO
2 2
mg·h-1,因此光合速率为3.5+3=6.5(CO mg·h-1),C正确;35 ℃时,净光合速率大于0,即光合
2
作用大于呼吸作用,植物光合作用固定的CO 多于呼吸作用释放的CO ,D错误。
2 2
6.图甲为研究光合作用的实验装置,用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片,再用气泵
抽出气体直至叶片沉底,然后将等量的叶圆片转至不同温度、相同浓度的NaHCO 溶液
3
中,给予一定的光照,测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关
叙述错误的是 ( )
甲乙
A.利用图甲装置,可研究CO 浓度对该植物光合速率的影响
2
B.叶圆片上浮至液面的时间可反映叶圆片释放O 的速率大小
2
C.图乙ab段说明随着水温的增加,净光合速率逐渐增大
D.通过图乙能确定总光合速率的最适温度在bc之间
答案 D NaHCO 可提供CO ,图甲装置中可通过改变NaHCO 溶液的浓度来研究CO
3 2 3 2
浓度对叶圆片光合速率的影响,A正确;叶圆片上浮的原因是光合作用产生的O 量大于有
2
氧呼吸消耗的O 量,即净光合作用(O 释放量)大于零,故叶圆片上浮至液面所需时间可反
2 2
映叶圆片释放O 速率的大小,B正确;图乙中ab段下降表示随着水温的增加,叶圆片上浮
2
至液面所需要的时间缩短,说明氧气的释放速率加快,净光合速率逐渐增大,C正确;由图乙
可知,在bc温度范围内,叶圆片的净光合速率较大,净光合作用对应的最适温度在bc段,但
是总光合速率=净光合速率+呼吸速率,而各温度下叶圆片的呼吸速率未知,无法确定总光
合速率的最适温度范围,D错误。
7.如图甲为光合作用最适温度条件下,植物光合速率测定装置图;图乙中a、b为测定过程
中某些生理指标相对量的变化。相关说法错误的是 ( )
甲
乙
A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动,再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B.若将图甲中的CO 缓冲液换成质量分数为1%的KOH溶液,其他条件不变,则植物幼苗
2
叶绿体产生NADPH的速率将变小
C.一定光照条件下,如果再适当升高温度,真光合速率会发生图乙中从a到b的变化
D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化,则可能是适当提高了CO 缓冲液的浓
2
度
答案 C 甲装置中的CO 缓冲液能维持装置内CO 含量的恒定,在较强光照下,植物光
2 2
合作用大于呼吸作用,释放O ,O 增加导致有色液滴右移,放到黑暗环境中后,植物只进行
2 2
呼吸作用,吸收O ,O 减少导致有色液滴左移,A正确;将图甲中的CO 缓冲液换成KOH溶
2 2 2
液后,装置内CO 将被吸收,植物只能利用自身呼吸作用产生的CO 进行光合作用,胞间
2 2
CO 浓度降低导致暗反应减弱,进而导致光反应减弱,植物幼苗叶绿体产生NADPH的速
2
率减小,B正确;由题干可知,图甲装置处于光合作用最适温度条件下,若再适当升高温度,植物真光合速率会下降,发生图乙中从b到a的变化,C错误;若适当提高图甲中CO 缓冲
2
液的浓度,则装置中CO 浓度会升高,可使植物光合速率增大,发生由a到b的变化,D正确。
2
8.1946年到1953年,得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究,卡尔文及其同事用
14CO 饲养单细胞小球藻,进行了如图1所示的研究,请回答:
2
图1
(1)小球藻利用14CO 的场所是 ,为保证实验效果,最好选择 (填“绿”
2
或“白”)光灯照射。
(2)图示过程中将小球藻浸入沸腾的乙醇中,其作用是
(至少答出两点),进行层析的目的是 。
(3)卡尔文实验的研究目的是 。
(4)图2是小球藻同化14CO 后,不同时间、不同物质的放射自显影图。不同黑斑的大小
2
反映的是 ,实验结果表明小球藻首先将14CO 转化为 ,
2
最终 (填“能”或“不能”)转化为非糖类物质。
让小球藻使用14CO 同化0.5 s
2
让小球藻使用14CO 同化5 s
2让小球藻使用14CO 同化30 s
2
图2
答案 (1)叶绿体基质 白 (2)杀死细胞(使酶失活)、提取细胞中的有机物 分离提取
液中不同的细胞代谢产物 (3)探究在光合作用中CO 中的碳转化成有机物中的碳的转
2
移途径 (4)被标记的提取物的量 PGA 能
解析 (1)光合作用的暗反应阶段中CO 被固定成C ,场所是叶绿体基质,植物光合作用主
2 3
要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光,故为保证实验效果,最好选择白光灯照射。(2)题述
实验探究不同培养时间小球藻内放射性碳元素的分布情况,每隔几秒取出部分样品,用沸
腾的乙醇杀死细胞,可使相关酶失活,使反应停止,同时无水乙醇是有机溶剂,可提取细胞
中的有机物,将提取液蒸发浓缩后层析,层析的目的是分离提取液中不同的细胞代谢产物。
(3)卡尔文实验的研究目的是探究在光合作用暗反应阶段,CO 中的碳转化成有机物中的
2
碳的转移途径。(4)层析后不同黑斑的大小反映被标记的提取物的量,由图2可知,让小球
藻使用14CO 同化0.5 s时,小球藻中只有PGA含有14C,即小球藻将14CO 转化成的第一种
2 2
物质是PGA,同化30 s时,细胞内出现了多种14C标记的非糖物质(各种氨基酸等),说明
14CO 中的碳最终能转化为非糖类物质。
2
9.仙人掌类和多肉植物等往往生长于热带干旱地区,而这种环境的特点是白天炎热夜晚
寒冷,昼夜温差巨大,为了在这种环境中生存下来,这类植物经过长期适应和进化发展出一
套独特的生存策略,其部分代谢过程如图:
(1)图中用于②过程的NADH可由有氧呼吸的第 阶段产生,NADPH产生的场
所有 。
(2)在正常的自然环境中,夜间仙人掌细胞中的淀粉含量会 ,干重会
,细胞液pH会 。
(3)研究表明火龙果(与仙人掌代谢类似)在夜间开放气孔吸收二氧化碳,并通过羧化反应
形成苹果酸存于植物细胞内的中央液泡中,而且在一定范围内,气温越低,二氧化碳吸收越
多。到了白天,关闭气孔减少水分蒸腾,再把夜间储于细胞中央液泡里的酸性物质(主要是苹果酸,但也有天冬氨酸)进行脱羧反应,释放二氧化碳进入卡尔文循环进行光合作用,并
且在一定的范围内,温度越高,脱羧越快。根据以上信息,请提出两条提高温室栽培的火龙
果产量的建议:
。
答案 (1)一、二 叶绿体(类囊体薄膜)和细胞质基质 (2)减少 增加 下降 (3)在一
定范围内,尽可能加大温室的昼夜温差;晚上适当提高室内CO 浓度
2
解析 (1)有氧呼吸第一、二阶段均可产生NADH;光合作用光反应阶段在叶绿体(类囊体
薄膜)可产生NADPH,由题图可知,细胞质基质中苹果酸分解为丙酮酸和CO 时,也会产生
2
NADPH。(2)正常自然环境中,仙人掌细胞夜间呼吸作用消耗淀粉,淀粉含量减少,同时夜
间仙人掌要从外界吸收CO 合成苹果酸储存在液泡中,呼吸作用产生的CO 应少于合成
2 2
苹果酸所需的CO (苹果酸脱羧释放CO 用于光合作用),否则仙人掌将无法正常生存,故
2 2
干重增加,苹果酸在液泡中积累会导致细胞液pH下降。(3)由题干可知,在一定范围内,夜
间气温越低,CO 吸收越多,白天温度越高,脱羧越快,所以在一定范围内,加大温室的昼夜
2
温差,并在晚上适当提高温室内CO 浓度,有利于火龙果进行光合作用,提高火龙果的产量。
2
10.生物兴趣小组对光合作用的过程及其影响因素进行了相关研究。如图是某一年生的
高等植物细胞中光合作用过程图解,图中英文字母代表相应物质。回答下列问题:
(1)兴趣小组在研究过程中增加光照强度,检测到图中的A物质产生量迅速增多,但不久又
恢复到一定水平。A物质无法维持在一个较高水平,最可能的外因是图中物质
(填字母)的供应量未能同步增加。在同一过程中C 的变化规律是
3
,原因是 。
(2)给该种高等植物施氮肥的同时补充水分,其光合速率会更大,试从水的角度分析其原因:
(答出两点即可)。
答案 (1)E 先迅速减少,不久后达到相对稳定的水平 由于光照强度增加,ATP和
NADPH突然增加,C 的还原加快,而CO 的固定基本不变,导致C 迅速减少,但由于CO
3 2 3 2
供应不足,随后达到相对稳定的水平 (2)水是良好的溶剂,施用氮肥的同时补充水分有利
于小麦根细胞对氮等元素的吸收;同时可保证小麦吸收充足的水分,促进气孔开放(或有利
于增大气孔导度),从而保证了叶肉细胞中CO 的供应
2
解析 (1)光反应阶段水光解可以产生O 和H+、e-,图中A为O ,e-和H+与叶绿体基质中
2 2
暗反应产生的NADP+结合生成NADPH。增加光照强度,光反应增强,O 产生量迅速增多,
2
但若NADP+不足,则导致H+、e-积累,影响水光解产生O 、H+、e-的过程,导致A物质(O )
2 2
产生量下降;NADP+的产生与暗反应中C 的还原有关,C 来源于CO 的固定,故A物质无
3 3 2
法维持在一个较高水平,最可能的外因是图中的E(CO )供应不足。光照强度增强,光反应
2
产物ATP和NADPH增加,C 的还原速率加快(C 还原需要光反应产物ATP和NADPH),
3 3
而CO 的固定速率基本不变,导致C 迅速减少,但因CO 供应不足,C 含量随后达到相对
2 3 2 3
稳定的水平。(2)水是光合作用的原料;水是良好的溶剂,施用氮肥的同时补充水分有利于根细胞对氮等元素的吸收;小麦吸收充足的水分,可促进气孔开放(或有利于增大气孔导
度),保证了叶肉细胞中CO 的供应。
2
专题检测题组 C 组
1.某研究小组以绿色果肉猕猴桃果实为材料,采用分光光度计法,选用红光波长测
定叶绿素的含量,实验流程:去皮打浆→称重取样→乙醇定容混匀→离心→取上清
液测定→计算叶绿素含量。下列相关叙述正确的是 ( )
A.选用红光波长测定是因为叶绿素仅在红光区有吸收峰
B.为将叶绿素从液泡中提取出来,乙醇与果肉须充分混匀
C.为防止叶绿素被破坏,离心后应及时在提取液中加入碳酸钙
D.如果先离心后加乙醇定容,可能会导致测定结果偏低
答案 D 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,根据实
验目的“测定叶绿素的含量”可知,应选用红光波长测定,A错误;叶绿素分布在叶
绿体中,液泡中没有叶绿素,B错误;为防止叶绿素被破坏,应在去皮打浆时就及时
加入碳酸钙,C错误;由于叶绿素易溶解于有机溶剂,而不溶于水,因此若先离心后
加乙醇定容,可能会导致测定结果偏低,D正确。
2.如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的
作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。植物进行光合作用时,
下列物质的变化趋势与作用光谱基本一致的是(多选)( )
A.O 的释放量 B.有机物的生成量
2C.C 的总量 D.C 的总量
3 5
答案 AB 结合题干信息分析题图,图中叶绿素a的吸收值有两个波峰,主要集
中于红光和蓝紫光区;总吸收光谱指的是叶绿体中色素的总吸收值;作用光谱的变
化趋势与总吸收光谱非常相似,说明色素吸收的光均可用于光合作用。根据题干
信息“作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率”可知,该作用光谱与光质
有关,而不同光质下色素吸收光能的量不同,从而影响光反应和光合作用整体效率,
进而影响O 的释放量和有机物的生成量,A、B正确。
2
3.如图所示生理过程中,PSⅠ和PSⅡ表示两种特殊状态的叶绿素a,M表示某种
生物膜,其中乙侧的H+浓度远高于甲侧,在该浓度差中储存着一种势能,该势能是
此处形成ATP的前提。据图分析,下列说法错误的是( )
A.生物膜M是叶绿体类囊体薄膜,其是光反应场所
B.乙侧的H+有来自甲侧的,也有来自乙侧水光解产生的
C.CF 和CF 仅与催化ATP的合成有关,很可能是蛋白质
0 1
D.图中表明光反应过程中光能先转化成电能再转化成活跃的化学能
答案 C 结合题干信息分析题图,在生物膜M上发生了水的光解,即光反应,所以
生物膜M是叶绿体类囊体薄膜,A正确;从题图可以看出,乙侧的H+除来自甲侧外,
还来自乙侧水的光解过程,B正确;CF 和CF 是复杂的蛋白质,其在题图所示生理
0 1
过程中的作用是催化ATP的合成和转运H+,C错误;从题图可以看出,水被光解产生了电子,经过一系列反应后,产生了ATP,所以光能先转化成电能再转化成活跃
的化学能,D正确。
4.夏季晴朗的一天,甲、乙两株同种植物在相同条件下CO 吸收速率的变化如图,
2
下列说法正确的是(多选)( )
A.甲植株在a点之前进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线bc 段和de段下降的原因相同
D.两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
答案 AD a点时CO 吸收速率为0,说明此时甲植株的光合速率等于呼吸速率,
2
在a点之前就已经开始进行光合作用了,A正确。乙植株有机物积累量最多的点
是18时,B错误。曲线bc段下降是因为光照过强,使部分气孔关闭,进而使CO 吸
2
收速率降低;de段下降的原因是光照强度减弱,使光合作用减弱,C错误。bd段,乙
植株出现“午休现象”是因为部分气孔关闭使叶肉细胞内CO 浓度降低,甲植物
2
没有类似现象的原因可能是气孔无法关闭等,D正确。
5.将置于透明且密闭容器内的某品系水稻在适宜条件下培养一段时间,测得其吸
收和产生CO 的速率如图所示。下列相关叙述错误的是(多选) ( )
2A.测定CO 产生速率,需要在黑暗条件下进行
2
B.A时刻,该植物的总光合速率为10 mg·h-1
C.B时刻,该植物叶肉细胞的总光合速率是呼吸速率的2倍
D.AC时间内,该植物的总光合速率保持不变
答案 BCD 测定CO 产生速率,即细胞的呼吸速率,需要在黑暗条件下进行,避
2
免光合作用吸收CO 干扰实验结果,A正确;A时刻,该植物的CO 产生速率(即呼
2 2
吸速率)为2 mg·h-1,CO 吸收速率(即净光合速率)为10 mg·h-1,故植物的总光合速
2
率为12 mg·h-1,B错误;B时刻,该植物的CO 产生速率和CO 吸收速率相同,则该
2 2
植物的总光合速率是呼吸速率的2倍,但叶肉细胞的总光合速率大于呼吸速率的
2倍,C错误;AC时间内,该植物的CO 吸收速率下降,即净光合速率下降,CO 的产
2 2
生速率上升,即呼吸速率上升,但同一时刻净光合速率减少的数值和呼吸速率增加
的数值不同,故总光合速率在发生变化,D错误。
6.如图是苹果叶肉细胞中淀粉、蔗糖合成及转运示意图,A、B代表物质。请回答
下列问题。
(1)卡尔文循环进行的场所是 ,需要的原料有 。
(2)研究表明缺磷会抑制光合作用,据图分析其原因有
、 。(3)白天叶绿体中合成过渡型淀粉,一方面可以保障光合作用速率 (填“大
于”“小于”或“等于”)蔗糖的合成速率,另一方面可为夜间细胞生命活动提供
。
(4)葡萄糖中的醛基具有还原性,能与蛋白质的氨基结合。光合产物以蔗糖而非葡
萄糖的形式能较稳定地进行长距离运输,其原因是 ;灌浆期缺水会明
显影响产量,其主要原因是 。
(5)光合产物由叶向果实运输过程受叶果比影响。科研人员以生长状况及叶果比
一致的多年生果枝(果实数相同)为材料,通过摘叶调整叶果比,研究叶果比对苹果
光合作用和单果重量的影响,结果如表(其中光合产物输出比是指叶片输出有机物
的量占光合产物总量的百分比):
组别 对照 T T T
1 2 3
叶果比 50∶1 40∶1 30∶1 20∶1
叶绿素含量/
2.14 2.23 2.38 2.40
mg·g-1
Rubisco的活性/
μmol (CO)·g-1 · 8.31 8.75 9.68 9.76
2
min-1
光合速率 /
14.46 15.03 15.81 16.12
μmol·m-2 ·s-1
光合产物输出
25% 30% 40% 17%
比/%
单果重量/g 231.6 237.4 248.7 210.4
研究结果表明,当叶果比为 时,产量明显提高,其机理是
。
答案 (1)叶绿体基质 水、二氧化碳、NADPH和ATP (2)缺磷会影响类囊体
薄膜的结构以及ATP的合成 缺磷还会影响丙糖磷酸转运出叶绿体 (3)大于
物质和能量 (4)蔗糖是非还原糖,不与蛋白质结合 蔗糖随水运输受阻 (5)30∶1叶绿素含量和Rubisco的活性明显上升,光合速率提高;光合产物输出比例也相对
最大
解析 (1)卡尔文循环为光合作用的暗反应过程,发生在叶绿体基质中,结合题图可
知,该过程中需要的原料有水、二氧化碳(图中的A)、光反应提供的NADPH(图
中的B)和ATP等。(2)研究表明缺磷会抑制光合作用,磷元素是生物膜的组成元
素之一,是ATP等化合物的组成元素,因此缺磷会影响类囊体薄膜的结构以及
ATP的合成、进而影响光合作用的光反应过程,同时缺磷还会影响丙糖磷酸转运
出叶绿体,导致丙糖磷酸滞留在叶绿体中,进而影响光合速率。(3)结合题图可知,
白天叶绿体中合成过渡型淀粉,到了晚上,过渡型淀粉会在叶绿体中被分解成麦芽
糖和葡萄糖,然后麦芽糖和葡萄糖被运出叶绿体后再在细胞质基质合成蔗糖,蔗糖
转运到果实中储存或其他部位转化、贮存,可见过渡型淀粉的合成,一方面可以保
障光合作用速率大于蔗糖的合成速率,另一方面可为夜间细胞的生命活动提供物
质和能量。(4)葡萄糖中的醛基具有还原性,能与蛋白质的氨基结合。光合产物以
蔗糖而非葡萄糖的形式能较稳定地进行长距离运输,因为蔗糖是非还原糖,分子结
构中没有醛基,避免了与蛋白质的结合,从而能长距离运输到需要的位置,满足植
物其他细胞对物质和能量的需求。灌浆期缺水会明显影响产量,这主要是因为蔗
糖需要随水进行长距离运输,从而提高产量,缺水会导致蔗糖运输过程受阻,影响
产量。(5)研究结果表明,当叶果比为30∶1 时,产量明显提高,因为该比例条件下表
现出叶绿素含量和Rubisco的活性明显上升,前者能促进光反应,后者能促进暗反
应,所以光合速率提高,同时光合产物输出比也相对最大。
7.科研人员对烟草叶片光合作用进行了相关研究。请回答下列问题:(1)参与光合作用的很多分子都含有氮,氮与 离子参与组成的叶绿素能够吸
收光能用于驱动水的分解和 的合成。
(2)当CO 浓度适当增加时,烟草的光合作用强度增加,这是因为位于
2
(填具体场所)的RUBP羧化酶将CO 固定为 ,再进一步被 为糖类。
2
(3)科研工作者对烤烟品种K326施加不同的供氮量处理,实验结果如表:
叶绿素
氮浓度 叶绿体CO
比叶氮含量 2
(mmol·L-1 浓度 净光合速率(μmol·m-2·s-1)
(g·m-2) (mg·dm-2
) (μmol·mol-1)
)
0.2 0.5 1.6 75 9
2 0.95 2.8 125 15
20 1.1 3.0 80 14.9
(注:比叶氮表示单位叶面积的氮素的含量)
①从表中数据可知,氮素对烤烟叶片净光合速率的影响是
。
②研究人员推测出现该现象的原因可能是施氮提高了 的合成,进而影
响光合速率;但在高氮情况下, 成为影响光合速率持续升高的限制因素。
(4)TOR是普遍存在于真核生物细胞中的一种激酶,可促进蛋白质的合成,加快代
谢和生长。研究中发现CO 浓度升高后,不仅提高了烟草的光合作用强度,还使其
2
细胞中TOR的活性显著增强。为确定光合作用与TOR活性的关系,研究者对正
常光照条件下的烟草进行黑暗处理12小时后,再次进行光照处理,结果如图所示。据图可推测出 。正常光照条件下,停止光照后的短时
间内即可测得TOR活性降低,其原因是 。
答案 (1)镁(Mg) ATP、NADPH (2)叶绿体基质 C (三碳化合物) 还原
3
(3)①在一定范围内,氮素可显著提高烤烟叶片的净光合速率,高氮相对于中氮提
高作用不显著(但中氮与高氮的作用无显著差异) ②叶绿素 CO 浓度 (4)光合
2
作用可增强TOR活性,且暗反应起直接作用 缺少光反应提供的ATP 与
NADPH,暗反应速率降低,导致TOR活性降低
解析 (1)组成叶绿素的元素是C、H、O、N、Mg,因此氮与镁(Mg)离子可参与
组成叶绿素,叶绿素能够吸收、转换光能,从而促进光合作用的光反应阶段
NADPH、ATP的合成和水的分解。(2)二氧化碳是暗反应的原料,暗反应的场所
是叶绿体基质,故位于叶绿体基质中的RUBP羧化酶可将CO 固定为C (三碳化
2 3
合物),再进一步被还原为糖类。(3)①由题表可知,高氮组的净光合速率与中氮组
的无显著差异,且明显大于低氮组,因此氮素对烤烟叶片净光合速率的影响是在一
定范围内,氮素可显著提高烤烟叶片的净光合速率,但高氮相对于中氮提高作用不
显著。②结合上述分析,可推断出现上述现象的原因可能是施氮有利于叶绿素的
合成,进而提高了光合速率;再结合表格可知,高氮组叶绿体CO 浓度明显低于中
2
氮组,说明在高氮情况下,叶绿体CO 浓度成为影响光合速率持续升高的限制因素。
2
(4)结合题中信息“CO 浓度升高后,不仅提高了烟草的光合作用强度,还使其细胞
2中TOR的活性显著增强”分析题图,黑暗条件下P-RPS6/RPS6的值比光照条件
下小,说明黑暗条件下TOR活性比光照条件下弱,说明光合作用可增强TOR活性;
对比再次光照处理下的“不添加GLA组”和“添加GLA组”可知,“添加GLA
组”的P-RPS6/RPS6的值低于“不添加GLA组”的,结合“GLA是一种暗反应
抑制剂”说明光合作用可增强TOR活性,且暗反应起直接作用;由于暗反应需要
光反应提供ATP与NADPH,则停止光照后的短时间内,暗反应速率降低,而暗反应
对增强TOR活性起直接作用,从而导致TOR活性降低。
8.在光合作用的研究中,植物光合产物产生的器官被称作“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膜结构被破
坏,保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔开放程度。如图为光合产物合成及向
“库”运输的过程示意图;表中数据为去果或留果对叶片净光合速率等因素影响
的结果。请回答下列问题:
表 留果与去果植株的光合指标
对照组 实验组
组别
(留果) (去果)
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 5.39 2.48
叶片蔗糖含量(mg·g-1FW)
30.14 34.20
叶片淀粉含量(mg·g-1FW)
60.61 69.32
气孔开放程度(mmol·m-2·s-1) 51.41 29.70(1)图中A包括的物质有 ;叶肉细胞中,产生丙糖磷酸的场所是
。
(2)光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是 。若此运输过程
受阻,则对叶绿体结构的影响是 。
(3)叶片净光合速率可以用单位面积在单位时间内 释放量或 吸收量
来衡量。
(4)据表中数据推测:去果处理降低了 (填“库”或“源”)的大小,使叶片中
积累,进而抑制了光合速率。请从暗反应阶段CO 供应的角度概述该抑制机制:
2
(用文字和“→”表示)。
答案 (1)ATP、NADPH 叶绿体基质 (2)蔗糖 类囊体膜被破坏 (3)O CO
2 2
(4)库 蔗糖和淀粉 保卫细胞中淀粉积累→气孔开放程度下降→CO 供应减少
2
→抑制暗反应→光合速率降低
解析 (1)题图中A物质是光反应产生的,且用于暗反应过程,则A物质为ATP和
NADPH;叶肉细胞中,丙糖磷酸是暗反应的产物,因此其产生场所是叶绿体基质。
(2)叶肉细胞是光合产物合成的部位,则叶肉细胞为“源”,从图中可以看出光合产
物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖;若此运输过程受阻,则蔗糖不能
运输到“库”,导致叶绿体中淀粉积累,进而会导致类囊体膜结构被破坏。(3)叶片
净光合速率是其总光合速率与呼吸速率的差值,可以用单位面积在单位时间内O
2
释放量或CO 吸收量来衡量。(4)果实是储藏器官,属于“库”,结合表格数据分析,
2
去果处理降低了“库”的大小,导致叶片的蔗糖和淀粉的含量较留果(对照组)高,
进而抑制了净光合速率;表格数据显示实验组的气孔开放程度减小了(应该是保卫细胞中淀粉积累导致的),使得CO 供应减少,抑制暗反应的进行,进而导致光合速
2
率降低。
9.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CO 量)和胞间CO 浓度。
2 2
请分析回答下列问题:
图1
图2
(1)莲藕极易褐变,这是因为细胞内的多酚氧化酶催化相关反应引起的。将切好的
莲藕在开水中焯过后可减轻褐变程度,原因是 。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)。
(2)CO 在光合作用中被利用的场所是 ,因为此处可以为CO 的固定提
2 2
供 。(3)据图2分析, (填“普通”或“突变体”)莲藕在单位时间内固定的
CO 多,理由是 。
2
(4)某研究小组采用“半叶法”对莲藕叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的
一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止两部分的物质和能
量转移。在适宜光照下照射6小时后,在A、B的对应部位截取同等面积的叶片,
烘干称重,分别记为M 、M (单位:mg),则该植物细胞总光合作用速率为
A B
mg/h。
答案 (1)高温下多酚氧化酶失去活性,抑制了褐变过程 23.5 (2)叶绿体基质
C 和酶 (3)突变体 突变体的气孔导度大,进入叶片的CO 多,而其胞间CO 浓度
5 2 2
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CO (4)(M -M )/6
2 B A
解析 (1)高温破坏了多酚氧化酶的结构,使其失去活性,因此将切好的莲藕在开水
中焯过后可减轻褐变程度;据图1分析,在2 000 μmol·m-2·s-1的光强下,突变体莲藕
的实际光合速率为2+19=21(μmol CO ·m-2·s-1),普通莲藕的实际光合速率为
2
2+15=17(μmol CO ·m-2·s-1),突变体莲藕的实际光合速率比普通莲藕高21-
2
17=4(μmol CO ·m-2·s-1),所以突变体莲藕的实际光合速率比普通莲藕高
2
4÷17×100%≈23.5%。(2)暗反应过程中与二氧化碳结合的C 以及反应所需要的酶
5
均在叶绿体基质中,故二氧化碳被利用的场所是叶绿体基质。(3)据图2分析,突变
体的气孔导度较普通莲藕的大,进入叶片的CO 多,而其胞间CO 浓度与普通莲藕
2 2
相近,说明突变体的光合速率较高,能较快地消耗CO ,所以突变体莲藕在单位时间
2
内固定的CO 多。(4)相同时间段内遮光部分A只进行了细胞呼吸,而曝光部分B
2细胞呼吸和光合作用同时进行,实验开始时两者的起始质量相同(可设为a),6小时
后两者的重量差M=M -M =(a+6小时内光合作用合成量-6小时内细胞呼吸消耗
B A
量)-(a-6小时内细胞呼吸消耗量)=6小时内光合作用合成量,故该植物总光合作用
强度为(M -M )/6(mg/h)。
B A
10.小麦是我国最主要的粮食作物之一,其产量直接关系到国家粮食安全。干旱胁
迫会降低小麦的生长速度和生物量积累,造成小麦减产。因此,小麦的抗旱生长调
节机制的研究已成为当前研究的热点之一。请回答下列问题:
(1)小麦的光反应过程包括多个反应,其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复
合体(称为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ)中的电子被光激发的反应,如图1所示。据图可
知,光系统Ⅱ中,光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态,这个高能
电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ,这时一部分丢失的能量便转化为 中
的能量。光系统Ⅱ中丢失的电子由 中的电子补充;光系统Ⅰ中也有
高能电子,其作用是形成 。图示反应发生的场所是
。
(2)5氨基乙酰丙酸(5ALA)是一种潜在的植物生长调节剂,为研究5ALA能否增强
植物抵御干旱的能力,科研人员选取小麦为实验材料,检测不同处理组别中小麦的
气孔导度和光合速率,结果如图2所示。此研究过程中,实验的自变量有
,比较组别 ,可以说明5ALA能缓解干旱胁迫,但并不能使小麦光
合速率恢复正常。图1 光反应过程示意图
图2 不同处理对小麦幼苗的影响
(3)研究发现,由叶绿体psbA基因编码的D1蛋白是光系统Ⅱ反应中心的重要蛋白。
干旱胁迫对D1的损伤最为明显,外源5ALA如何缓解干旱胁迫的呢?某研究小组
拟进行下列实验。实验材料、用具:生长状况相同的小麦若干、PEG(聚乙二醇)、
5ALA、相关测定设备等。请完成下表。
实验步骤的目的 简要操作过程
确定正式实验所需喷 预实验:配制① 梯度的5ALA溶液,处理生长状况相同的
施的5ALA浓度 小麦
控制变量,开展实验:
正式实验:随机将小麦均分为4组,甲组为对照组,乙组喷施5 ALA溶液,丙
喷施PEG模拟②
组喷施PEG,丁组喷施PEG+5ALA溶液
环境
适宜条件培养一定时间,测定不同处理组别中小麦幼苗psbA基因的相对表
③分析
达量和净光合速率(Pn)
(4)该研究小组通过上述实验,得出结论:外施5ALA提高了psbA基因的表达量,加
快受损D1蛋白的周转,可 (填“增加”或“减少”)光系统Ⅱ结构和功
能的破坏, 小麦幼苗的净光合速率,从而缓解了干旱对小麦造成的伤害。答案 (1)ATP H O NADPH 类囊体膜 (2)是否干旱、是否施加5ALA 1
2
组、3组和4组 (3)系列浓度 干旱 5ALA抗旱的原因 (4)减少 提高
解析 (1)分析图1可知,光系统Ⅰ和光系统Ⅱ所进行的反应为光反应,在类囊体膜
上进行。光系统Ⅱ中,光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态,这个
高能电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ,这时一部分丢失的能量便转化为ATP。
光系统Ⅱ中丢失的电子由水电离补充。光系统Ⅰ中产生的高能电子,用于形成了
NADPH,参与卡尔文循环。(2)分析图2,自变量为是否干旱和是否施加5ALA,因
变量为气孔导度和光合速率。对比1、3组,说明干旱使光合速率和气孔导度减
小,对比1、3、4组,说明5ALA能缓解干旱胁迫使光合速率有小幅增加,但并不能
使小麦光合速率恢复正常。(3)在做预实验时,应设置合理的5ALA浓度梯度,以确
定适宜的5ALA浓度。PEG可吸收细胞中的水分,用来模拟干旱环境造成的干旱
胁迫。通过测定psbA基因的相对表达量和净光合速率,可分析出5ALA在抗旱时
对psbA基因的调控作用,从而得出psbA基因抗旱的原因。(4)外施5ALA提高了
psbA基因的表达量,加快受损D1蛋白的周转,而D1蛋白是光系统Ⅱ反应中心的
重要蛋白,故处理后可减少光系统Ⅱ结构和功能的破坏,提高小麦幼苗的净光合速
率,从而减缓了干旱对小麦造成的伤害。
11.光呼吸是指在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO 和水的一个生化过程(如
2
图1),C 植物在环境中CO 比较少、O 比较多时容易发生光呼吸,会损耗掉光合产
3 2 2
物从而造成减产。科学家们利用水稻自身的五个基因,即GLO(乙醇酸氧化酶)、
OXO(草酸氧化酶)和CAT(过氧化氢酶),成功构建一条新的光呼吸支路,简称GOC
支路。通过多基因转化技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中减少对
光合产物的损耗(如图2)。图1 光合作用和光呼吸过程
图2 叶绿体中的GOC途径
(1)根据图1可知Rubisco具有双重活性,一方面可催化暗反应中 的过程;
另一方面可以催化C 与O 结合成 ,发生的场所是 。研究发现,
5 2
1/3以上的光合产物要消耗在光呼吸底物上。据此推测,细胞中CO 浓度倍增可
2
以使光合产物的积累量增加,原因是 。
(2)在光照条件下,研究人员检测了GOC型水稻的光呼吸代谢物水平,结果如图3
所示,结合图1、2分析,你认为GOC型水稻是否构建成功?回答并简述理由:
。
(3)科研人员研究高施氮量条件下Rubisco含量(a)及暗反应速率(b)的变化,实验结
果如图4所示。①NO- 和NH+
是土壤中主要的氮素,可被植物吸收进入植物根系运送到各个部位,
3 4
用来合成含氮物质,如暗反应阶段中所需的 等。
②据图4推测,在高施氮量条件下,随着施氮量的增加,Rubisco催化暗反应的效率
。
答案 (1)CO 的固定 乙醇酸(C )和1C 酸 叶绿体基质 高浓度的CO 可抑制
2 2 3 2
Rubisco与O 结合,减少光呼吸 (2)构建成功。与野生型水稻相比,GOC型水稻
2
乙醇酸相对值明显降低,草酸相对值明显升高,说明GOC型水稻不仅减少了光呼
吸,并转移了乙醇酸代谢途径 (3)酶、ATP、NADPH 下降
解析 (1)根据图1中显示Rubisco一方面可以催化暗反应中的CO 的固定(CO
2 2
与C 结合形成C )过程,另一方面可以催化C 与O 结合成乙醇酸(C )和1C 酸,场
5 3 5 2 2 3
所是叶绿体基质。当细胞中CO 浓度倍增时,高浓度的CO 可抑制Rubisco与O
2 2 2
结合,减少光呼吸的消耗,可以使光合产物的积累量增加。(2)由图3可知,与野生
型水稻相比,GOC型水稻乙醇酸相对值明显降低,草酸相对值明显升高,说明GOC
型水稻不仅减少了光呼吸,并转移了乙醇酸代谢途径,故GOC型水稻构建成功。
(3)①暗反应阶段需要光反应提供的ATP和NADPH,同时需要多种酶的催化作用,
这些物质均为含氮物质。②图4中,a为Rubisco含量,b是暗反应速率,题图曲线显
示,在高施氮量条件下,随着施氮量的增加,Rubisco含量增加,但是暗反应速率变化
不明显,说明Rubisco催化暗反应的效率下降。
