曲一线 2023版《5年高考3年模拟》B版
专题 6 光合作用
甲组
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14CO ,测定不同的细胞间隙CO 浓度下叶肉细胞中C 的含量,得到如图所示的结果。
2 2 5
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 在叶绿体基质首先与C 结合形成C ,因此叶肉细胞中最先出现的含14C的
2 5 3
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C
3 2 5 5
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,叶片
2 3 2
叶肉细胞间的CO 浓度较高,C 相对含量基本维持不变,表示豌豆植株达到了CO 饱和点,
2 5 2
此时叶片的光合速率大于呼吸速率,C错误;B→C达到了CO 饱和点,由于该实验是在适
2
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
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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CO 固定
2
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CO 的固
2
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C 代谢途径植物相比,夜间更适于放置在室内的是
3
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:
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单位时间进入叶片单位面积 胞间CO 浓度 还原性糖(mg·g-1
品种 2
的CO 量(mmol·m-2·s-1) (ppm) 鲜重)
2
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CO 浓度 (填“是”或
2
“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CO
2
的速率较快,暗反应效率更高,固定了较多的CO (4)重复取样测定、取平均值
2
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CO 浓度不是限制因素;
2
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CO 的能力强,固定较多CO 。(4)科学实验中的数据,往往存在误差,
2 2
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。
乙组
简单情境
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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
O 浓度增加了一倍多。科学家研究了增加O 对玉米光合作用的影响,结果如表所示:
3 3
净光合速率 气孔导度 叶绿素含量 胞间CO 浓度 每穗籽
2
百粒重(g)
(μmol·m-2·s-1) (mol·m-2·s-1) (g·m-2) (μmol·mol-1) 粒数量
未添加O 组 28 0.14 0.5 1.0 30.3 391
3
添加O 组 22 0.1 0.52 1.3 27.3 417
3
下列说法不正确的是( )
A.O 可能通过影响玉米光合作用的暗反应,使玉米产量下降
3
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CO 浓度、气孔导度会影响CO 的供应进而影响光合作用
2 2
D.O 导致的玉米减产是通过减少籽粒重量,而不是籽粒的数量
3
答案 B 由图可知,添加O 组中气孔导度和百粒重均小于未添加O 组,胞间CO 浓度
3 3 2
大于未添加O 组,而光合作用的暗反应消耗CO 生成有机物,所以O 可能通过影响暗反
3 2 3
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CO 浓度来影响光合作
2
用强度,B错误;环境中CO 浓度、气孔导度都会影响细胞内CO 的供应,从而影响光合作
2 2
用,C正确;由图可知,添加O 组的百粒重小于未添加O 组的,而每穗籽粒数量大于未添加
3 3
O 组,所以O 是通过减少籽粒重量导致玉米减产的,D正确。
3 3
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:
砧木类型
检测指标
宜昌橙 枳壳 粗柠檬 香橙 砂糖橘
总叶绿素含量 0.85 1.40 1.34 1.25 0.98
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(mg·g-1)
气孔导度
51 53 50 73 69
(mmol·mol-1)
胞间CO 浓度
2
260 195 205 208 272
(μmol·m-2·s-l)
净光合作用速率
4.1 6.0 6.5 7.5 4.7
(μmol·m-2·s-1)
可溶性总
3.2 3.4 3.6 3.8 3.7
糖含量(%)
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CO 浓度较大,
2
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,CO 吸收利用的少,故胞间CO 积累的多 (4)实验思路:取若干生长状况相似的
2 2
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CO 浓度较大,对
2
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比表中数据可知,以宜昌橙为砧木的砂糖橘净光合速率低,CO 吸收利用的少,故胞间CO
2 2
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。
丙组
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。
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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CO ,外源添加可增加产物生成量
2
C.图中②为暗反应阶段产生的酒精等有机物质
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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CO 用于光合作用,生成有机物,故外源添加
2
CO 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
2
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CO 的固定量、O 的产生量、
2 2
有机物的制造量可表示总光合速率,CO 的吸收量、O 的释放量、有机物的积累量可表
2 2
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H S产生的能量固定CO ,合
2 2
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H S产生的能量固定CO ,合成有机物,属于能进行化能
2 2
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CO 并合成有机物,为生产者,C正确。
2
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
。
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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
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(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,CO 供应不足,光合速率下降
2
(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CO 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
2
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CO 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。
2
(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
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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,CO 吸收量减少,光合速率下降;反之,光合产物减少,促进
2
CST1基因表达,CST1蛋白含量升高,促进气孔开放,CO 吸收量增多,光合速率上升。
2
丁组
简单情境
1.植物叶片气孔的关闭(2022扬州中学3月月考,4)植物叶片的气孔开闭与含叶绿体的保
卫细胞的渗透压有关,保卫细胞吸水时气孔张开,失水时气孔关闭。相关叙述正确的是(
)
A.保卫细胞的叶绿体中的ATP白天产生,在夜间消耗
B.保卫细胞失水和吸水的过程中,水分子均可进出细胞
C.夏季中午气孔导度下降导致叶片光合速率下降,对植物生长不利
D.保卫细胞是高度分化的细胞,失去了分裂能力和全能性
答案 B ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,生命活动每时每刻都在进行,故
ATP的产生和消耗也每时每刻进行,A错误。细胞失水和吸水是一个动态过程,既有水分
子进细胞,又有水分子出细胞,当进入细胞的水分子数小于出细胞的水分子数时,细胞表现
为失水;当进入细胞的水分子数大于出细胞的水分子数时,细胞表现为吸水,B正确。夏季
中午气温过高,导致蒸腾作用过强,为降低蒸腾作用(减少水分的散失),植物通过关闭部分
气孔,保存水分,对植物生长有利,C错误。保卫细胞是高度分化的细胞,失去了分裂能力,
但仍具有全能性,D错误。
复杂情境
2.非自然固碳与淀粉合成(2022江苏押题卷1,12)淀粉通常由农作物通过光合作用固定二
氧化碳产生。自然界的淀粉合成与积累,涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控。
2021年9月24日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员马延和带领团队采用一种
类似“搭积木”的方式,设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径,在实验
室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。该途径包含了来自动物、植物、微生
物等31种不同物种的62个生物酶催化剂。以下有关说法不正确的是(多选)( )
A.构成淀粉的元素只有C、H、O三种
B.该技术的11步反应是将自然界的60多步删减得到的
C.该技术之所以能高效地合成淀粉主要是因为科学家设计合成了全新的更加高效的酶
D.该技术可能的机制:首先把二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇,然后将还原的甲醇转换
成为三碳,然后是将三碳合成六碳,最后再将六碳聚合成为淀粉
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答案 BC 淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖,其元素组成只有C、H、O三种,A正
确;结合题意“自然界的淀粉合成与积累,涉及60余步生化反应以及复杂的生理调控”
及“设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径”可知,故该技术不是将自然
界的60多步删减得到的,B错误;据题干信息“该途径包含了来自动物、植物、微生物
等31种不同物种的62个生物酶催化剂”可知,该技术中的酶来自自然界中的不同生
物,C错误;该技术首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成过程,推测该技术可能的机制:
首先把二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇,然后将还原的甲醇转换成为三碳,然后是将三
碳合成六碳,最后再将六碳聚合成为淀粉,D正确。
3.沉水植物与环境因子的关系探究(2022苏、锡、常、镇调研二,20)研究金鱼藻等沉水
植物对水环境的适应性特征及其生长与环境因子的关系,将有利于人类更好地利用沉水
植物。请分析并回答下列问题:
(1)图1是金鱼藻叶片横切局部图。在长期水环境的选择作用下,金鱼藻形成了许多适应
性特征:叶片细裂成丝状,增加了 ;叶片结构中有
,增加了叶片中气体的含量而使其易在水中舒展,有利于接受光照;表皮细胞中含有
,使表皮细胞具备了进行光合作用的能力。
图1
图2
(2)某实验小组利用金鱼藻探究光照强度对光合作用的影响,部分实验装置如图2所示。
材料用具包括金鱼藻、玻璃棒、量筒、20W LED台灯、弯曲的玻璃喷管(尖端可匀速
喷出气泡)、CO 缓冲液、清水等。实验步骤如下:
2
①剪取2~4根金鱼藻,将切口端部分插入玻璃喷管,并固定在玻璃棒上。
②将图2装置放入量筒中,注意将玻璃喷管的尖端朝 (填“上”或“下”),且全部浸
没在水中。
③将上述装置按一定距离放置在20W LED台灯前。
④打开灯的电源开关。
⑤计数一分钟内 。
⑥按一定值(如10 cm)调整光源的距离,重复③~⑤步骤至少3次。
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⑦设计记录实验结果的表格:
上述步骤中,金鱼藻的切口插到玻璃喷管上有利于 ,玻璃喷管不能过于弯曲的原
因是 。
(3)研究发现,部分水生植物在夜间吸收CO 并转变为有机酸,白天将这些有机酸运输到叶
2
绿体,释放出CO ,这种CO 固定方式的优点是
2 2
。
答案 (1)光合作用面积和气体的吸收面积 通气组织、气腔 叶绿体 (2)②上 ⑤从
玻璃喷管中冒出的气泡数量(不可只答“气泡数量”)
⑦不同光照强度下金鱼藻每分钟产生的气泡数
距离/cm 5 15 25 35
平均气泡数/个
收集气体(并计数气泡) 避免气体聚集在管口而不喷出(表达出“不利于气泡冒出”的
意思即可) (3)白天水生植物对CO 的竞争激烈,夜晚水体中含有丰富的CO ,有利于其
2 2
获得更多CO 进行光合作用
2
解析 (1)根据题干信息可知,金鱼藻属于沉水植物,在长期水环境的选择作用下,金鱼藻
形成了许多适应性特征,其叶片细裂成丝状,这增加了金鱼藻细胞与水的接触面积,有利于
其从水体中吸收CO 等物质,也增加了光合作用面积,有利于光合作用的进行。分析图1
2
可知,叶片结构中有气腔和通气组织,增加了叶片中气体的含量而使其易在水中舒展,有利
于接受光照;光合作用的场所是叶绿体,从图1中可以看出表皮细胞中含有叶绿体,使表皮
细胞具备了进行光合作用的能力。(2)根据题中信息可知,本实验的目的是利用金鱼藻探
究光照强度对光合作用的影响,因此自变量是光照强度,因变量是光合作用速率(可用从
玻璃喷管中冒出的气泡数量来表示)。由此分析实验步骤,②将图2装置放入量筒中,将
玻璃喷管的尖端朝上放置,且全部浸没在水中。⑤计数一分钟内从玻璃喷管中冒出的气
泡数量。⑦设计记录实验结果的表格时注意要具有表格标题、自变量、因变量,具体见
答案。金鱼藻的切口插到玻璃喷管上有利于收集气体并计数气泡,玻璃喷管不能过于弯
曲的原因是避免气体聚集在管口而不喷出。(3)白天水生植物对CO 的竞争激烈,夜晚水
2
体中含有丰富的CO ,因此部分水生植物在夜间吸收CO 并转变为有机酸,白天将这些有
2 2
机酸运输到叶绿体,释放出CO ,有利于其白天获得更多的CO 进行光合作用。
2 2
4.盐胁迫与植物的光合作用(2022扬州中学4月考,20)黄秋葵具有抗氧化、抗疲劳等保
健效果,是一种保健型蔬菜,且具有一定的耐盐性。为揭示黄秋葵对盐胁迫的适应机理,科
研人员用无土栽培培养液稀释海水后连续浇灌黄秋葵幼苗7天,探究海水胁迫对黄秋葵
光合作用的影响,结果如图1、图2。请回答下列问题:
图1
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图2
(1)本实验是在植物培养室中进行的,实验过程中除调节海水浓度外,温度和CO 浓度等条
2
件应处于 的状态,其目的是 。对照
组的黄秋葵幼苗处理是 。
(2)图1中,净光合速率可用单位时间内单位叶面积上 表示。当海水浓度等于50%
时,黄秋葵叶肉细胞光合作用产生的有机物总量 (填“大于”“等于”或“小
于”)呼吸作用消耗的有机物总量。
(3)图2中,可用 提取光合色素,再用可见分光光度计测定各种色素的含量并计算
叶绿素a+b和叶绿素a/b的值。当海水浓度大于20%后,海水胁迫对叶绿素a合成的影响
比叶绿素b ,依据是 。
(4)植物受到盐胁迫时产生的活性氧增加,高浓度的活性氧对植物具有毒害作用。超氧化
物歧化酶(SOD)能清除活性氧,不同海水浓度下黄秋葵中SOD的活性如图3,说明低浓度
海水处理下黄秋葵可通过 ,从而降低对自身的伤害。
图3
(5)脯氨酸是植物叶片中主要的渗透调节物质之一,则一定浓度的海水胁迫能使黄秋葵细
胞中脯氨酸的含量 ,从而减少对细胞的损伤。
(6)根据本研究,低浓度海水(0%~20%)胁迫下,黄秋葵仍能生长的原因有
。
答案 (1)相同且适宜 避免无关变量对实验结果产生干扰,使实验结果更准确 每天浇
灌等量的不含海水的无土栽培培养液 (2)CO 吸收量(或O 释放量或光合作用积累的有
2 2
机物的量) 大于 (3)无水乙醇(或有机溶剂) 大 叶绿素a+b的降幅明显,且叶绿素a/b
的值同时降低 (4)提高SOD活性,以更好地清除活性氧 (5)增加 (6)低浓度海水
(0%~20%)的胁迫下,黄秋葵能保持较高的叶绿素含量和净光合速率,SOD的活性增加,脯
氨酸含量增加等
解析 (1)据题图分析可知,该实验的自变量为海水浓度,因变量为净光合速率和叶绿素含
量,其余如温度和CO 浓度均为无关变量,各组无关变量应保持相同且适宜,目的是避免无
2
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30 页曲一线 2023版《5年高考3年模拟》B版
关变量对实验结果产生干扰,使实验结果更准确;实验设计应遵循对照原则和单一变量原
则,实验组是不同的海水浓度处理,则对照组应为每天浇灌等量的不含海水的无土栽培培
养液。(2)净光合速率可用单位时间内单位叶面积上光合作用吸收的CO 量、释放的O
2 2
量或积累的有机物的量来表示;据图1可知,当海水浓度等于50%时,黄秋葵的净光合速率
稍大于0,说明此时整株植物的光合速率大于呼吸速率,由于植物体内还存在不能进行光
合作用的细胞,故叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,即叶肉细胞光合作用产生的有机物
总量大于呼吸作用消耗的有机物总量。(3)因光合色素易溶于有机溶剂,故可用无水乙醇
提取光合色素;据图2可知,当海水浓度大于20%后,叶绿素a+b的降幅明显,且叶绿素a/b
的值同时降低,故可推知海水胁迫对叶绿素a合成的影响比叶绿素b大。(4)据图3可知,
在低浓度(0%~20%)海水盐度时,黄秋葵的SOD活性随浓度升高而增多,结合题意“超氧
化物歧化酶(SOD)能清除活性氧”可知,低浓度海水处理下黄秋葵可通过提高SOD活性,
以更好地清除活性氧,从而降低对自身的伤害。(5)一定浓度的海水胁迫会造成细胞渗透
失水,而脯氨酸是植物叶片中主要的渗透调节物质之一,故一定浓度的海水胁迫能使黄秋
葵细胞中脯氨酸的含量增加,从而减少对细胞的损伤。(6)结合上述分析可推测,低浓度海
水(0%~20%)胁迫下,黄秋葵通过保持较高的叶绿素含量和净光合速率、增加SOD的活
性、增加脯氨酸含量等途径抵抗盐胁迫,进而使其仍能生长。
5.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ(2022南通通州期末,20)铜绿微囊藻是造成水华现象最主要的一
种蓝细菌。研究者尝试用中草药黄连提取物——小檗碱来抑制铜绿微囊藻的生长。
(1)在铜绿微囊藻培养液中添加4 mg/L小檗碱,分别在正常光照和黑暗条件下培养。每
24 h取样测定培养液中的藻细胞密度,得到的曲线如图。
图甲
图乙
根据实验结果,研究者推断小檗碱对铜绿微囊藻的生长具有抑制作用,且主要抑制其光合
作用。甲、乙两图中表示光照条件的是 图。铜绿微囊藻在一定温度(60 ℃)内
水浴加热后,计数结果会变得更加准确,原因是 。
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(2)为进一步探究小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用的原因,研究者测定了正常光照条件下,
加入小檗碱的铜绿微囊藻光合色素含量,发现与对照组差异不显著。说明
。
(3)测定铜绿微囊藻的全链电子传递活性、PSⅡ和PSⅠ电子传递活性,结果见表。结果
表明,小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用的主要作用位点位于 。
光合电子传递活性
小檗碱浓
(μmolO·mg Chla-1· h-1)
度(mg/L) 2
全链 PSⅡ PSⅠ
0 132.63 248.06 62.75
0.5 108.53 103.85 69.23
(4)真核藻类的光反应主要在光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)内进行,结构如图所示。
这两个光系统协同完成受光激发推动的高能电子从 向 的传递,能使类
囊体膜内外建立质子(H+)梯度,质子(H+)穿过膜上ATP合成酶复合体的方式为
。最终光反应形成的 用于暗反应中C 的还原。
3
(5)实验表明,小檗碱无法对真核藻类的光合作用发挥抑制效应。从细胞结构的角度分析,
小檗碱对真核藻类无效的原因可能是 。
答案 (1)乙 铜绿微囊藻群体逐渐解体成为单细胞 (2)小檗碱不抑制光合色素的合成
(答不促进分解的角度也可) (3)PSⅡ (4)H O NADP+ 协助扩散 ATP和NADPH
2
(5)真核藻类具有叶绿体结构,小檗碱无法通过叶绿体膜
解析 (1)蓝细菌为自养型生物,可进行光合作用,由于小檗碱对铜绿微囊藻的生长具有抑
制作用,因此在光照条件下,没有添加小檗碱的培养液中,铜绿微囊藻的数量将增加,而添
加了小檗碱的培养液中,铜绿微囊藻的数量增长受到抑制,两图中表示光照条件的应是乙
图。铜绿微囊藻在一定温度(60 ℃)内水浴加热后,铜绿微囊藻群体逐渐解体成为单细胞,
计数结果会变得更加准确。(2)加入小檗碱的铜绿微囊藻光合色素含量与对照组差异不
显著,说明小檗碱不抑制光合色素的合成。(3)根据表格中的数据可知,加入小檗碱
后,PSⅠ传递活性升高,而PSⅡ传递活性大幅降低,因此小檗碱抑制铜绿微囊藻光合作用
的主要作用位点位于PSⅡ。(4)由题图可知,真核藻类的光反应主要在光系统Ⅱ(PSⅡ)和
光系统Ⅰ(PSⅠ)内进行,这两个光系统协同完成受光激发推动的高能电子从H O向
2
NADP+的传递,能使类囊体膜内外建立质子(H+)梯度,质子(H+)穿过膜上ATP合成酶复合
体不需要消耗能量,为协助扩散。最终光反应形成的ATP和NADPH用于暗反应中C 的
3
还原。(5)小檗碱可以抑制PSⅡ,但无法直接作用于真核生物,分析真核生物的细胞结构,
可能的原因是真核藻类具有叶绿体结构,小檗碱无法通过叶绿体膜。
戊组
简单情境
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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CO 的供应,进而影响C 的合
2 3
成,C 的含量会影响C 的还原过程,进而影响NADP+、ADP(和Pi)的生成。分析图2和图
3 3
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
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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.CO 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
2
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CO ;乙组提供2m(浓度加倍)浓度的
2
CO ;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,
2
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CO 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
2
变。从酶的角度推测,乙组与甲组相比光合速率并没有随CO 浓度倍增而加倍的原因是
2
。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)CO 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
2
2060年前实现碳中和”。碳中和是指实现CO 的排放和吸收正负抵消,从而使大气CO
2 2
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CO 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
2
2m浓度的CO 环境使作物体内固定CO 酶的数量(或活性)下降 长时间2m浓度的CO
2 2 2
环境使部分气孔关闭,恢复m浓度的CO 环境时,关闭的气孔未能及时开启 (3)植树造
2
林 大气CO 的吸收主要是通过植物的光合作用实现的
2
解析 (1)实验的目的是研究CO 浓度对三种植物光合速率的影响;相对于甲组,乙组的
2
CO 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,
2
三组均为67天。(2)长时间2m浓度的CO 环境使作物体内固定CO 酶的数量(或活性)
2 2
下降,因此即使增加CO 浓度,光合速率也不会随CO 浓度的倍增而倍增;长时间2m浓度
2 2
的CO 环境使部分气孔关闭,恢复m浓度的CO 环境时,关闭的气孔未能及时开启,因此
2 2
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CO 的排放
2
和吸收正负抵消,节能减排是实现CO 减排的措施之一,而为了实现CO 吸收增多,可以大
2 2
力开展植树造林,利用植物的光合作用固定CO ,使大气中的CO 含量下降。
2 2
复杂情境
3.CO 浓缩机制(2022德州二模,21)小球藻具有CO 浓缩机制(CCM),可利用细胞膜上的
2 2
HCO- 蛋白(ictB)将海水中的HCO- 转运进细胞,在碳酸酐酶(CA)作用下HCO-
和H+反应
3 3 3
生成CO ,使细胞内的CO 浓度远高于海水。为研究不同光照强度和CO 浓度对CCM的
2 2 2
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影响,科研人员将培养在海水中的小球藻分别置于低光低CO (LL)、低光高CO (LH)、
2 2
高光低CO (HL)、高光高CO (HH)四种条件下培养,测定结果如图所示。
2 2
图1
图2
(1)CO 通过 的方式进入小球藻细胞。CO 被固定的过程发生在
2 2
(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CO 补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO 浓度。为提高水稻
2 2
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CO 补偿点比正常
2
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CO 条件下,能通过
2
CA催化分解HCO-
,得到更多的CO 用于光合作用 (3)最高 HL组胞外CA活性最
3 2
高,H+与HCO-
反应生成CO 被小球藻吸收利用较多,导致培养液中H+浓度下降最快,pH
3 2
最高 (4)低
解析 (1)小球藻细胞内的CO 浓度远高于海水,故二氧化碳进入小球藻细胞的方式是主
2
动运输。CO 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
2
析图1的曲线结果发现高光低CO (HL)、高光高CO (HH)这两组的小球藻细胞密度明显
2 2
高于低光低CO (LL)、低光高CO (LH)两组,这说明光照强度相较于二氧化碳浓度来说
2 2
对小球藻的生长影响更大。由于CA可以促进HCO-
和H+反应生成CO ,分析题图可以
3 2
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推测HL条件下CA酶活性升高,可以使细胞在低浓度CO
条件下,能通过CA催化HCO-
2 3
与H+反应,得到更多的CO 用于光合作用。(3)分析图2,HL组胞外CA活性最高,因此
2
H+与HCO-
反应生成CO 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
3 2
高。(4)水稻转入ictB基因后,会表达出ictB,将水中的HCO-
转运进细胞,而CA又可以催
3
化HCO-
和H+反应生成CO ,所以转基因水稻能在环境CO 浓度更低的情况下,胞内CO
3 2 2 2
浓度就达到了CO 补偿点。
2
名师点睛 细胞内的CO 浓度远高于海水,且细胞膜上有转运蛋白(ictB),说明CO 溶于
2 2
水中形成的HCO- 离子是通过主动运输进入细胞的,进入细胞中的HCO-
在胞内又转化
3 3
为CO 。
2
己组
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个单位甲醛浓
① 2271 2658 2811 3271 3425
度的培养液
2个单位甲醛浓
② 2271 2415 2936 2789 1840
度的培养液
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不含甲醛的培养
③ 2271 2311 2399 2462 2529
液
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CO 用于光合作用
2
(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,CO 可
2
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CO 用于光合作用,D正确。(4)据图、表分析可知,在
2
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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CO 检测仪与计算机相连记录实验数据。图丙曲线表示该油
2
菜一昼夜CO 浓度的变化。
2
图丙
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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C 还原成有机
3
物的过程,⑤表示C 还原成C 的过程,④表示暗反应中CO 的固定过程,③表示丙酮酸产
3 5 2
生CO 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
(2)图甲中②⑤过程为C 的还原,此过程可以为图乙中的光反应提供ADP、Pi和
3
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CO 浓度一直降低,说明
2
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CO 浓度降低,一昼夜中植株有机物有积累,因此
2
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CO 量)和胞间
2
CO 浓度。请分析回答下列问题:
2
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 。
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(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)CO 被利用的场所是 ,因为此处可以为CO 的固定提供 。据图
2 2
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)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 C
5
和酶 突变体 突变体的气孔导度大,进入叶片的CO 多,而胞间CO 浓度与普通莲藕相
2 2
近,说明突变体的光合速率较高,能较快地消耗CO (4)B (5)③④
2
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(CO μmol·m-2·s-1),普通莲藕的实际光合速
2
率为2+15=17(CO μmol·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)/
2
17≈23.5%。(3)CO 被利用的场所是叶绿体基质,叶绿体基质可为CO 的固定提供酶和C ;
2 2 5
由图2可知,突变体的气孔导度大,进入叶片的CO 多,而胞间CO 浓度与普通莲藕相近,
2 2
说明突变体利用CO 的速率高于普通莲藕,即在单位时间内固定的CO 多。(4)叶绿体的
2 2
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H O分解为O 和H+,H+与
2 2
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
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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)H O在PSⅡ作用下被分解为O 和H+,其中一部分O 可扩散到 (填结构名称)参
2 2 2
与反应,又生成H O;H+ (“顺浓度”或“逆浓度”)梯度通过ATP合成酶驱动合成
2
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
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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 CO 的固定 增加
2
(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)H O在PS Ⅱ的作用下被分解为O 和H+,其中一部分O 可扩散到线粒体内膜参与反
2 2 2
应,又生成H O;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)
2
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CO 固定的关键酶,若该酶活
2
性的下降导致②(CO 的固定)速率下降,则光反应产物A(NADPH)和C(ATP)在细胞中的
2
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。
庚组
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
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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
CO 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
2
降低的原因可能是CO 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
2
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.CO 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,
2
研究大气CO 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。
2
气孔导度 蒸腾速率
处 净光合速率 相对叶
(mol HO· (mmol HO·
理 (μmol·m-2·s-1) 2 绿素含量 2
m-2·s-1) 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CO 浓度和环境温度;EC:大气CO 浓度+200 μmol/mol,环境温度;ET:大气CO 浓度,环境温度+2
2 2 2
℃;ECT:大气CO 浓度+200 μmol/mol,环境温度+2 ℃。
2
回答下列问题:
(1)CO 作为植物光合作用的原料,在叶绿体 中,与 结合而被固定。
2
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/C ) 氢和能量 (2)吸收、传递和转化 ATP、
5
NADPH、O 温度升高导致呼吸速率增大(答案合理即可) 升高CO 浓度 (3)脱落
2 2
酸
解析 (1)在光合作用的碳(暗)反应阶段,CO 与五碳糖(RuBP/C )结合形成三碳酸发生在
2 5
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、
O 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
2
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CO 浓度可改善温度升高引起的净光合速率的降低。(3)
2
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)CO 是影响光合速率的重要环境
2
因素。CO 补偿点是光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO 浓度。回答下列问题:
2 2
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(1)碳(暗)反应中,Rubisco酶(R酶)催化CO 与五碳糖(C )结合,生成2分子 。R酶
2 5
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CO 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
2
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,CO 补偿点不变。B组光合速率增加是
2
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CO 补偿点不变是因为各种因素导致 。
2
答案 (1)三碳酸(或答C ) 细胞溶胶(细胞质基质) L蛋白 拟核 (2)①R酶含量
3
②C ③ADP和 NADP+ 呼吸速率有相同程度的增加
解析 (1)碳(暗)反应中,CO 与五碳糖(C )结合形成2分子三碳酸(或C )。R酶的S蛋白
2 5 3
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。② C 组的
R 酶含量小于 D 组 , 其 CO 补偿点大于 D 组 , 说明 C 组利用 CO 的能力弱于 D 组 ,因此在
2 2
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CO 补偿点不变,说明各种因素导致呼吸速率也同步
2
增加。
易错提醒 光反应原料有H O、ADP、Pi、NADP+,其中含有氮元素的物质有ADP和
2
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O 来源于什么物质,鲁宾等以小球藻为实验材料,用18O标记的
2
K CO 、KHCO 、H O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O
2 3 3 2 2
中的氧来源于 ,判断依据是 。实验中
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小球藻光合作用所需的CO 来源于 (填场所)。若在光源和小球藻之间放
2
置红色滤光片而获得单一波长的红光,则小球藻产生O 的速率将 。
2
18O的比例(%)
实验
H
2
O KHCO
3
和K
2
CO
3
O
2
1 0.85 0.61 0.86
2 0.20 0.40 0.20
3 0.20 0.57 0.20
甲(14CO 处理5 s)
2
乙(14CO 处理90 s)
2
(2)为研究光合作用中碳的同化和去向,卡尔文等用14CO 处理小球藻不同时间,随后
2
(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)H O O 中18O的比例与H O中18O的比例基本一致 细胞外、线粒体 降低
2 2 2
(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,O 中18O的比例与H O中18O的比例基本一致,因此可知光
2 2
合产物O 中的氧来自H O。实验中小球藻光合作用所需的CO 来自自身呼吸以及外界
2 2 2
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,O 的产生速率也降低。(2)为研究光合作用中碳的同化和去向,
2
用14CO 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
2
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:
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叶绿素含量 叶绿体蛋白含量 希尔反应活性 叶面积 地上部分干重 地下部分干重
组别 处理
(mg/g·fw) (μg/g·fw) (μmol/mg·h) (cm2/株) (g/株) (g/株)
组1 全是
NH+
1.81 44.30 180.31 15.30 0.11 0.022
4
组2
NH+ ∶NO-
=3∶1 2.03 77.25 160.23 16.06 0.11 0.023
4 3
组3
NH+ ∶NO-
=1∶1 2.21 85.62 140.11 20.86 0.16 0.031
4 3
组4
NH+ ∶NO-
=1∶3 1.74 72.15 137.26 15.83 0.11 0.032
4 3
组5
全是NO-
1.85 48.58 120.35 15.29 0.10 0.034
3
注:
NH+ 是氨态氮,NO-
是硝态氮;希尔反应活性可以反映叶绿体光反应的速率。
4 3
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、O ,其中ATP和NADPH中含氮元素。叶绿素
2
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。
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