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核“芯”2　光合作用大题
(时间：35分钟)

1.(2022·稽阳联谊)图A为菠菜叶肉细胞及光合作用示意图，序号①②表示叶肉细胞内的两种基质；图B为菠菜两个不同品种甲和乙的表观(净)光合速率与光强度关系图。

(1)可利用菠菜叶片下表皮保卫细胞做“观察叶绿体”的实验，因为其叶绿体________(填“大而密”“大而稀”“小而密”或“小而稀”)。还可利用菠菜烘干叶片提取并分离光合色素，研磨过程中需加入________以保护色素；也可用光电比色法测定叶绿素含量，用单位时间单位叶绿素含量消耗的________表示光合速率。
(2)依据图A，光合作用相关的酶分布于________中(填“①”或“②”)，其中Rubisco酶是碳(暗)反应的关键酶，也是菠菜叶片中含量最丰富的蛋白质，它的活性受________影响，因此在黑暗条件下碳(暗)反应难以正常进行。
(3)甲、乙两种菠菜单独种植时，依据图B，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的是________。因此，菠菜高产种植的关键要素之一是播种稀密均匀。但研究发现，如果将部分叶片遮光反而会提高非遮光叶片的二氧化碳同化速率，其主要原因是________________________。
答案　(1)大而稀　碳酸钙　二氧化碳量
(2)②　光照或ATP和NADPH

(3)甲　部分遮光的叶片其呼吸速率大于光合速率，有机物的消耗量大于生成量，因此在一定程度上促进非遮光部位的有机物输出，进而促进二氧化碳的同化速率
解析　叶绿体大而稀更便于观察形态结构。从图B中可以看出，在光强度减弱时甲的净光合速率受影响更显著，所以种植密度大时叶片遮盖，导致光照减弱，甲的下降幅度更大。
2.(2022·金华十校模考)人类活动正在干扰和破坏臭氧的自然平衡，导致到达地面的紫外线辐射强度增加。有研究者研究了不同强度紫外线对佛手光合作用的影响。设置了自然光照(CK)、紫外线强度增强25%组(R1)、紫外线强度增强50%组(R2)三组，每组处理3个重复，连续处理56天，实验结果如下表所示。

组别
叶绿体形态
叶绿素含量
CK
紧贴细胞边缘，呈长椭圆形，膜结构完整
1.6 [mg·(FW)－1]
R1
明显肿胀变形，叶绿体膜完整性有轻微破坏，基粒松散
1.2[mg·(FW)－1]
R2
肿胀加剧，叶绿体膜边缘模糊部分破损缺失；基粒膨胀松散，类囊体模糊不清
0.7[mg·(FW)－1]
(1)该实验的因变量是________。
(2)据实验结果推测，紫外线照射导致叶绿素含量下降的原因是________________。
(3)为进一步研究紫外线对叶绿体活力的影响，需将得到的叶绿体置于0.35 mol·L－1 NaCl(等渗)溶液中，其目的是________________________________。
(4)叶绿素具有________的功能，因此可预测R2组的光合速率下降。取R2组的类囊体分析，发现发生在类囊体基质中水的光解速度下降，由此判断，在相同光照条件下R2组类囊体基质的平均pH________(填“大于”“小于”或“等于”)CK组；同时发现，R2组ATP合成酶数量下降，ATP合成酶由亲水头部和嵌入膜内的疏水尾部组成，说明这是一种________分子。
答案　(1)叶绿素含量、叶绿体形态
(2)紫外线破坏了基粒(或类囊体膜)的结构，同时紫外线可能直接破坏了叶绿素
(3)保证叶绿体的正常形态
(4)吸收(传递)和转化光能　大于　两性
解析　(1)分析表格，不同强度紫外线处理后，叶绿体形态和叶绿素含量均发生变化，可知该实验的因变量是叶绿体形态和叶绿素含量。
(2)分析表格，与自然光对照组相比，用紫外线处理后，叶绿体膜、类囊体、基粒破坏严重，造成叶绿素含量下降，另外，紫外线照射也可能直接破坏叶绿素分子，最终导致叶绿素含量下降。
(3)等渗溶液是指外界溶液与膜内渗透压相同的溶液，将叶绿体置于0.35 mol·L－1NaCl(等渗)溶液中，叶绿体不发生渗透作用，能保证叶绿体的正常形态。
(4)叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，具有吸收(传递)和转化光能的功能。水光解后生成H＋和O2，产生的H＋使类囊体基质内pH下降，R2组水的光解速率下降，则类囊体基质的H＋浓度下降，pH大于对照组。ATP合成酶由亲水头部和嵌入膜内的疏水尾部组成，说明这是一种两性分子，同时具有亲水性和疏水性。
3.(2022·诸暨诊断)实验室中，用不同频率的闪光(Hz＝光照－黑暗交替次数/s，光照和黑暗的持续时间相等)照射某植物叶片，在其他条件适宜时，测得叶片的光合速率(CO2 μmol·m－2·s－1)变化如下图，据图回答下列问题：

(1)在频闪的光照阶段，氮与________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动________和ATP、NADPH的合成；RuBP(五碳糖)羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类，很多植物合成的糖类通常会以________的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。
(2)在闪光频率为0.1 Hz的黑暗阶段，该植物________(填“能”或“不能”)合成三碳糖，该阶段植物________(填“有”或“没有”)氧气产生。当闪光频率大于

1 Hz后，光照条件下的光合速率和黑暗条件下的光合速率相等， 原因是________________________。
(3)将植物叶片置于透明的密闭容器中，给予2 Hz闪光频率，在其他条件适宜时，测得叶片的光合速率逐渐下降， 原因是________________________。
答案　(1)镁　水的光解　五碳糖(RuBP)　淀粉
(2)能　没有　光照条件下产生的ATP和NADPH能完全满足黑暗条件下碳(暗)反应对ATP和NADPH的需求
(3)叶片光合作用消耗CO2的速率大于细胞呼吸产生CO2的速率，容器中CO2的浓度降低，叶片光合速率逐渐降低。
解析　(1)氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，从而促进光合作用的光反应阶段NADPH、ATP的合成和水的光解；在碳(暗)反应阶段，RuBP(五碳糖)羧化酶将CO2转变为羧基加到五碳糖(RuBP)分子上，反应形成1个六碳分子，六碳分子随即分解为2个碳酸，三碳酸被还原为三碳糖；很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中。
(2)在闪光频率为0.1 Hz的黑暗阶段，该植物仍然可以进行碳(暗)反应，仍能合成三碳糖，此时不进行光反应，没有氧气产生。当闪光频率大于1 Hz后，光照条件下产生的ATP和NADPH能完全满足黑暗条件下碳(暗)反应对ATP和NADPH的需求，光照条件下的光合速率和黑暗条件下的光合速率相等。
(3)将植物叶片置于透明的密闭容器中，给予2 Hz闪光频率，叶片光合作用消耗CO2的速率大于细胞呼吸产生CO2的速率，容器中CO2的浓度降低，叶片光合速率逐渐降低。
4.(2022·杭州质检)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：
实验
18O的比例
H2O
KHCO3和K2CO2
O2
1
0.85
0.62
0.86
2
0.20
0.40
0.20
3
0.20
0.57
0.20

(1)为研究光合作用释放的O2来源于什么物质，鲁宾等以小球藻为实验材料，用18O标记的K2CO3、KHCO3、H2O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O2中的氧来源于________，判断依据是________________________。实验中小球藻光合作用所需CO2来源于________(填场所)。若在光源和小球藻之间放置红色滤光片而获得单一波长的红光。则小球藻产生O2的速率将________。

(2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后________(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，点样处位于上图滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90度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)H2O　O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致　细胞外、线粒体　降低
(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)根据表中数据，光合产物O2中18O的比例与原料H2O中18O的比例基本一致，因此可说明光合产物O2来源于H2O。实验中小球藻光合作用所需CO2来源于线粒体和细胞外。经红色滤光片滤光后，小球藻可利用的光能减少，因而产生O2的速率降低。
(2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后加热杀死小球藻，防止反应继续进行，如果停止光照，小球藻还是会进行短时间的碳(暗)反应固定CO2；用纸层析法分离有机物的原理是不同物质在层析液的溶解度不同从而分离，而各种物质的含量是依据物质在滤纸上的宽度判断的，从图甲中可以看出，A物质宽度最大，所以A物质含量最多。从图中可以看出，若干斑点(表示的不同的物质)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，扩散的距离表示溶解度的大小，例如在第一次层析时，B与L的扩散距离无明显差异，而第二次层析，L的扩散速度大于B，说明用双向纸层析时，两次层析使用不同的层析液。