第3章第3讲.doc

第3讲　光合作用的探究历程及基本过程

[真题演练]
1．(2016·课标全国Ⅱ)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析　叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；镁属于细胞中的无机盐范畴，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B项正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C项错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D项正确。
答案　C
2．(2014·课标Ⅰ)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是
A．O2的产生停止　　　　　　　B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降　　　　　　D．NADPH/NADP＋比值下降
解析　用黑布迅速将培养瓶罩上，光反应停止，氧气的产生停止，A项会发生；光反应停止，[H]和ATP的产生停止，导致暗反应C3的还原速度减慢，C3在叶绿体内积累导致二氧化碳的固定减慢，B项不会发生；光反应停止，ATP的生成减少，ATP/ADP比值下降，C项会发生；光反应停止，NADPH([H])的产生减少，NADPH/NADP＋比值下降，D项会发生。
答案　B
3．(2013·课标Ⅱ)关于叶绿素的叙述，错误的是
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

解析　叶绿素a和叶绿素b都是由C、H、O、N、Mg等元素组成的，故A项正确；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，通过光合作用将光能转化为化学能储存在有机物中，故B项正确；叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值分别约为663 nm、645 nm，故叶绿素a在红光区吸收峰值大于叶绿素b，故C项正确；绿叶中的色素主要吸收蓝紫光和红光，对绿光的吸收极少，绝大多数绿光被反射出来，使植物呈现绿色，故D项错误。
答案　D
4．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是___________________________。

(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
解析　(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
答案　(1)类囊体膜　蓝紫光和红光　(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　(3)低

5．(2016·课标全国Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供弱光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示，回答下列问题：

(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是__________。
(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是_____________________________________。
解析　(1)甲组在a点条件下，增加光照强度，光合作用速率继续增加，故光合作用的限制因子主要是光照强度。(2)甲组在b点条件下，光照强度不再是光合作用的限制因子，要增加光合作用强度，则需增加光合作用原料。而CO2是光合作用的原料，O2是光合作用产物，故应该增加CO2浓度。(3)个体的表现型受遗传因素与环境因素共同影响。若乙组的光合作用强度变化受遗传因素影响，则在甲组的光照条件下，乙组的子代光合作用速率随光照强度变化情况应与甲组不同。此与题干矛盾，排除遗传因素影响，故乙组光合作用速率的变化仅受环境因素影响，不可遗传。
答案　(1)主要是光照强度
(2)CO2浓度
(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素弱光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
6．(2015·课标Ⅰ)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”、“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_____________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要____________，这些反应发生的部位是叶绿体的____________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着__________的增加，使光下产生的________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析　本题综合考查了暗反应的条件及场所、光照和黑暗交替的频率对光合作用产物的影响等。(1)对比C、D两组实验，C组光照和黑暗交替处理，D组只有光照，故单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。分析C组和D组实验，可推知光合作用中有些反应不需要光照，这些反应发生在叶绿体的基质中。(2)对比A、B、C三组实验，在总光照时间相同的情况下，随着光照和黑暗交替频率的增加，光合作用产物的相对含量也增加。究其根本原因是光照与黑暗的交替频率越高，光下产生的还原型辅酶Ⅱ和ATP越能及时利用并及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案　(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质
(2)光照和黑暗交替频率　ATP和还原型辅酶Ⅱ
[限时检测]
[限时45分钟；满分100分]
一、选择题(共12小题，每小题5分，共60分)
1．(2018·巴蜀二模)下列关于叶绿体内光合色素的描述，正确的是
A．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
B．叶绿素a吸收的光能可在类囊体膜上转化为ATP中活跃的化学能
C．层析液中溶解度最大的光合色素是叶绿素a
D．叶绿素呈绿色是因为它大量吸收绿光，几乎不吸收其他颜色的光
解析　植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例是变化的，如叶片衰老后，叶绿素的含量降低，类胡萝卜素的含量升高，A错误；叶绿素a吸收的光能可在类囊体膜上转化为ATP和NADPH中的化学能，B正确；层析液中溶解度最大的光合色素是胡萝卜素，C错误；叶绿素呈绿色是因为它吸收绿光最少，大量的绿光被反射，D错误。
答案　B
2．用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中ATP的合成
C．抑制叶绿体中[H]的形成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
解析　C3含量下降，C5含量上升，有可能是气孔开度减小，细胞间CO2浓度降低导致的；也有可能是光反应产生的[H]和ATP增多，C3还原过程加速导致的，因此本题应选B。
答案　B
3．在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和[H]的产生过程，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是

A．完成过程①需要叶绿体色素和酶的共同作用
B．过程②发生在类囊体膜上并存在能量的转换
C．NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D．自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
解析　完成过程①需要叶绿体色素吸收的光能，不需要酶的作用，A错误；过程②发生在类囊体膜上，电能转化为NADPH中活跃的化学能，B正确；CO2和C5结合形成C3的过程只需要酶的催化，不需要NADPH，C错误；光能自养生物可能是原核生物，也可能是真核生物，原核生物细胞中无叶绿体，D错误。
答案　B

4．下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是

A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
解析　由图解可知，光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原，而不参与CO2的固定，A、B错误；被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O)，另一部分又形成了C5，C正确；光照强度变弱时，光反应产生的ATP和[H]减少，故短时间内C5含量会降低，D错误。
答案　C
5．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中，正确的是
A．将5克新鲜菠菜叶剪碎后，放入研钵中，加入碳酸钙、石英砂后，迅速研磨
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2～3次
C．把画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断振荡，以加快层析液在滤纸条上的扩散
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
解析　将绿叶加入研钵中研磨时还应加入无水乙醇，A错误；画滤液细线时，应待上一次所画细线晾干后再重复画线，B错误；层析时，应避免振荡，以免层析液触及滤液细线，C错误；叶绿素a、叶绿素b在层析液中的溶解度较小，层析后两条色素带都在滤纸的下方且距离较近，D正确。
答案　D
6．(2018·南昌二模)光合作用是自然界最基础的物质代谢和能量代谢过程。下列有关光合作用的叙述，正确的是
A．增施有机肥，可为植物提供无机盐、CO2与能量
B．光反应时红外光和紫外光可被叶绿体中的色素大量吸收

C．叶绿体是绿色植物中唯一能进行光合作用的细胞器
D．自养型生物只有通过光合作用才能合成有机物
解析　增施有机肥，肥料中的有机成分可在微生物作用下分解为植物生命活动所需要的无机盐、CO2，但不能为植物提供能量，A错误；叶绿体中的色素吸收的可见光主要是红光和蓝紫光，红外光和紫外光属于不可见光，B错误；光合作用的进行需要光合色素和相关的酶等一系列条件，叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，蓝藻能进行光合作用，但无叶绿体，C正确；有些自养型生物通过化能合成作用合成有机物，D错误。
答案　C
7．如图为一套光合作用实验装置。结合图示，下列有关实验分析不正确的是

A．该实验的目的是验证光合作用需要CO2
B．设置烧瓶A的目的是作为对照实验
C．实验过程中需要长时间给予光照
D．实验中需要使用已脱淀粉的植物
解析　实验中氢氧化钾溶液的作用是吸收CO2，故该实验的目的是验证光合作用需要CO2。若实验时间过长，有机物发生转移，在烧瓶B中的叶片中也会检测到淀粉。
答案　C
8．下图为光合作用反应过程示意图，有关叙述正确的是

A．甲过程中光能转变成ATP
B．乙过程中碳原子转移途径是CO2→C3→C5→(CH2O)
C．乙过程为甲过程提供的关键物质有ADP和Pi等
D．干旱初期，甲过程产生的[H]相对含量会明显降低
解析　甲过程表示光反应阶段，色素吸收光能并转化为ATP中活跃化学能，ATP是物质，不是能量，A错误；乙过程为暗反应阶段，碳原子的转移途径是CO2→C3→(CH2O)，B错误；乙过程消耗ATP和[H]用于C3还原，产生ADP和Pi供光反应利用，C正确；干旱初期，植物体本身不缺水，则[H]相对含量不变，D错误。
答案　C
9．夏季晴天，将装有某绿色植物的密闭玻璃罩置于室外，从凌晨0时开始，定期测定玻璃罩中某种气体含量，结果如图。下列分析正确的是

A．本实验测定的气体是CO2
B．该植物进行光合作用的起始时间是6时
C．若9时和12时合成有机物的速率相等，则9时的呼吸速率小于12时的
D．与0时相比较，24时该植物的干重减少
解析　本实验测定的气体是O2，A错误；6时和18时的光合速率和呼吸速率相等，光合作用的起始时间应在6时之前，B错误；该曲线的斜率代表速率，9时的净光合速率大于12时的，若9时和12时真正光合速率相等，则9时的呼吸速率应小于12时的，C正确；24时的O2含量高于0时的，说明植物一昼夜内有机物的积累量大于零，D错误。
答案　C
10．如图表示某植物叶肉细胞内光合作用的生理过程，下列相关叙述正确的是

A．叶黄素缺失突变体与正常植株相比，若给予红光照射，则光吸收差异显著
B．过程Ⅱ为暗反应，在类囊体薄膜上产生的2和3只能用于暗反应还原C3
C．若降低周围环境中的CO2浓度，则释放O2的速率不变
D．若该细胞净光合速率大于0，推测该植物体能积累有机物从而使植株干重增加
解析　叶黄素主要吸收蓝紫光，因此给予红光照射，叶黄素缺失突变体与正常植株相比，光吸收差异不显著，A错误；图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示暗反应，2表示ATP,3表示[H]，过程Ⅰ为过程Ⅱ提供ATP和[H]，B正确；CO2供应减少，直接影响CO2的固定(C3的生成量减少)，而短时间内不影响C3的还原(C3的消耗量不变)，因此导致C3含量减少，C3还原利用的ATP和[H]减少，进而导致光反应减弱，因此释放O2的速率减小，C错误；该细胞为叶肉细胞，若该叶肉细胞净光合速率大于0，只能推出该细胞此刻有有机物积累，不能推断出整个植株的有机物含量变化，D错误。
答案　B
11．如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正确的是

A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应(碳反应)限制光合作用。若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低
解析　水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D正确。
答案　D
12．下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验比较，不正确的是

A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
解析　Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻中含有(CHO)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量；④和②中的水都为HO，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。
答案　C
二、非选择题(共3小题，共40分)
13．(12分)淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物。下图是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，请据图回答：

(1)卡尔文循环与光反应产生的[H]和ATP密切相关，这两种物质是在图中________________(填“①”或“②”)阶段被利用，该过程称为________________。
(2)在叶绿体内，磷酸丙糖形成后，如继续参与卡尔文循环，则会形成________________。
(3)研究发现，蔗糖进入韧皮部细胞的过程可被呼吸抑制剂抑制。这一结果表明，蔗糖进入韧皮部可能是________________(填“顺”或“逆”)浓度梯度，该跨膜过程所必需的条件是________________。
(4)马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏。若摘除一部分块茎，叶肉细胞液泡中的蔗糖含量会________________；继续培养一段时间后，下侧叶片的光合速率会________________(填“上升”“不变”或“下降”)，原因是____________________。
解析　(1)卡尔文循环(暗反应)中，[H]和ATP用于三碳化合物的还原，即图中的②阶段。(2)由图可知，磷酸丙糖形成后，如继续参与卡尔文循环，则会形成C5(即五碳化合物)。(3)根据题干信息，蔗糖进入韧皮部细胞的过程可被呼吸抑制剂抑制，说明该过程消耗呼吸作用提供的能量，可能是主动运输，逆浓度梯度进行，需要载体和能量。(4)若摘除一部分块茎，由叶肉细胞运往块茎的蔗糖减少，会有更多的蔗糖贮藏在叶肉细胞的液泡中，因此液泡中蔗糖含量会升高；由于马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，摘除一部分块茎继续培养一段时间后，蔗糖由于运出到块茎的量减少而积累在下侧叶片中，导致光合作用受到抑制，光合速率下降。
答案　(1)②　C3的还原　(2)C5　(3)逆　载体和能量(或载体和ATP，缺一不可)　(4)增加(或增多，上升，提高)　下降　光合产物(蔗糖)积累，抑制了光合作用的进行
14．(14分)植物的Rubisco酶能催化C5与CO2反应，参与光合作用。该酶也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后会产生CO2，这一过程称为光呼吸。光呼吸会消耗[H]和ATP，与有氧呼吸是两个独立的过程。请回答：
(1)Rubisco酶存在于________，其催化C5和CO2反应生成的产物是________________。
(2)停止光照较长时间后，光呼吸会停止，原因是________________________。
(3)在停止光照后短时间内，Rubisco酶催化C5与O2反应的速率会增大。那么停止光照后，植物CO2的释放速率将会如何变化？________________。
解析　(1)据题意“植物的Rubisco酶能催化C5与CO2反应”可知，Rubisco酶参与暗反应，因此Rubisco酶存在于叶绿体基质中，光合作用暗反应过程中，一个CO2分子被一个C5分子固定后形成两个C3分子。(2)据题意可知，光呼吸需要光反应提供[H]、ATP和O2，而光照停止后光反应不再进行，不能产生[H]、ATP和O2，因此停止光照较长时间后，光呼吸也会停止。(3)由于在停止光照后短时间内，Rubisco酶催化C5与O2反应的速率会增大。导致光呼吸增大，CO2的释放速率增加，但随着氧气浓度的减小，有氧呼吸减弱，CO2的释放速率减小，最后由于无光照，植物不能进行光合作用，其只能利用从外界环境中吸收氧气进行有氧呼吸，此时CO2的释放量趋于稳定。
答案　(1)叶绿体基质　C3(三碳化合物)　(2)光呼吸需要光反应提供[H]、ATP和O2而光照停止后光反应不再进行　(3)先增大后减小最终保持稳定
15．(14分)研究城市环境污染对某植物生命活动的影响，研究者测定了不同污染程度下该植物叶片光合色素的含量，获得的数据处理成下面的柱状图。请分析回答下列问题：

(1)提取叶片中光合色素时常使用________________(试剂)研磨法来获取色素，为使________________，还可加入少许二氧化硅。
(2)纸层析法是分离叶片光合色素的简便方法。若研究者用该方法能否获得上述实验数据？为什么？_____________________________________________。
(3)据图可知，污染程度的加剧使________________(色素类型)的含量减少。
(4)污染加剧导致叶片中光合色素含量的变化会直接影响光合作用的________阶段，使其产生的________减少，进而导致叶片中制造有机物的量________________。
(5)请用化学反应式来概括光合作用的过程。_______________________。
解析　(1)色素能够溶解在有机溶剂中，可以用无水乙醇提取色素，二氧化硅有助于研磨充分。(2)利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素含量。(3)据图可知，污染程度的加剧使叶绿素a和叶绿素b的含量减少，类胡萝卜素含量不变。(4)叶绿素a和叶绿素b的含量减少直接影响光合作用的光反应阶段，光反应产生ATP、[H]减少，叶片中制造有机物的量减少。
答案　(1)无水乙醇(有机溶剂)　研磨更充分　(2)不能，利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素　(3)叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)　(4)光反应　ATP、[H]　减少　(5)CO2＋H2O(CH2O)＋O2