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第3講 能量之源——光與光合作用 一、單項選擇題 1．(2017年重慶月考)下列關于葉綠體的敘述，正確的是(　　) A．葉綠體的外膜、內(nèi)膜極大地擴展了受光面積 B．葉綠體基質中NADP＋能形成NADPH C．類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍紫光 D．類囊體薄膜中的酶可催化CO2分子的固定和還原 【答案】C　 【解析】葉綠體上擴大受光面積的不是外膜和內(nèi)膜而是類囊體薄膜，A錯誤；NADP＋形成NADPH的場所是基粒，B錯誤；類囊體薄膜上的葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫光，C正確；催化CO2分子固定和還原的酶存在于葉綠體基質中，D錯誤。 2．下圖是光合作用探索歷程中恩格爾曼和薩克斯的實驗示意圖，下列有關敘述正確的是(　　) A．兩實驗均需進行“黑暗”處理，以消耗細胞中原有的淀粉 B．兩實驗均需要光的照射 C．兩實驗中只有恩格爾曼的實驗設置了對照 D．兩實驗均可證明光合作用的產(chǎn)物有氧氣 【答案】B　 【解析】本題主要考查光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。圖示的兩個實驗中，只有薩克斯的實驗需進行“黑暗”處理，目的是消耗掉細胞中原有的淀粉。恩格爾曼實驗的目的是探究光合作用進行的場所，薩克斯實驗的目的是探究光合作用的產(chǎn)物，所以兩實驗均需要光的照射。恩格爾曼的實驗中，照光與不照光、黑暗與完全曝光形成對照；薩克斯的實驗中，暗處理的葉片一半曝光、一半遮光形成對照。恩格爾曼的實驗可證明氧氣是光合作用的產(chǎn)物，薩克斯的實驗可證明淀粉是光合作用的產(chǎn)物。 3．(2017年廣西陸川期末)如圖甲為葉綠體結構模式圖，圖乙是從圖甲中取出的部分結構放大圖。下列相關敘述，正確的是(　　) A．圖乙所示結構取自圖甲中的①或③ B．與光合作用有關的酶全部分布在圖乙所示結構上 C．圖乙所示的結構是合成[H]并消耗ATP的場所 D．葉綠體以圖甲③的形式擴大膜的表面積 【答案】D　 【解析】圖乙所示結構是葉綠體類囊體薄膜，來自③葉綠體基粒中的類囊體，而不是來自①葉綠體內(nèi)膜，A錯誤；光合作用分光反應階段和暗反應階段，光反應的場所是類囊體薄膜，與光反應有關的酶分布在圖乙類囊體薄膜上，暗反應的場所是葉綠體基質，與暗反應有關的酶分布在葉綠體基質中，B錯誤；圖乙是光反應的場所，水光解后生成[H]并合成ATP，C錯誤；葉綠體內(nèi)含有大量基粒，一個基粒由很多類囊體堆疊而成，以此增大膜面積，D正確。 4．(2017年湖北聯(lián)考)下列有關葉綠體色素的提取、分離及功能驗證實驗中，敘述正確的是(　　) A．葉綠體色素之所以能夠在濾紙上分離開的原因是不同的色素分子大小不同 B．實驗中要注意不能讓層析液沒及濾液細線，目的是避免色素擴散進入層析液中 C．將葉綠體色素提取液裝入試管，讓一束白光穿過該濾液后再經(jīng)三棱鏡對光進行色散，光譜的顏色明顯減弱的是綠光 D．提取的葉綠素溶液，給予適宜的溫度、光照和CO2可進行光合作用 【答案】B　 【解析】不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在濾紙上擴散的速度快，故葉綠體色素能夠在濾紙上分離開；實驗中不能讓層析液沒及濾液細線，否則濾液細線中的色素會擴散進入層析液中；葉綠體色素對綠光吸收最少，白光穿過該濾液后再經(jīng)三棱鏡對光進行色散，則綠光強度基本不變；光合作用需要多種色素的參與，且需葉綠體類囊體薄膜上多種酶的參與，因此僅僅有葉綠素，光合作用是無法進行的。 5．(2017年山東濰坊統(tǒng)考)如圖表示光合作用過程，a、b、c表示物質，甲、乙表示場所，下列有關分析錯誤的是(　　) A．物質b可能是ADP和Pi B．物質c直接被還原生成(CH2O)和C5 C．甲中色素不溶于水，能溶于有機溶劑 D．乙中生理過程在有光、無光條件下都可進行 【答案】B　 【解析】根據(jù)圖示可看出，甲是葉綠體的類囊體薄膜，其上可發(fā)生光合作用的光反應，乙為葉綠體基質，是暗反應的場所，物質b可能是暗反應為光反應提供的ADP和Pi，A正確；物質c為CO2，不可以直接被還原生成(CH2O)和C5，B錯誤；類囊體薄膜上的色素不溶于水，能溶于有機溶劑，C正確；暗反應在有光、無光條件下均可進行，但需要光反應提供的[H]和ATP，D正確。 6．給光下正常進行光合作用的葉肉細胞增加14CO2，一段時間后，關閉光源，含放射性C3濃度的變化情況如圖所示，下列相關敘述正確的是(　　) A．葉肉細胞利用14CO2的場所是葉綠體基粒 B．a(chǎn)b段葉肉細胞中C3濃度大量增加 C．bc段C3濃度不變的原因是14CO2消耗殆盡 D．c點后曲線上升是因為黑暗條件下，葉肉細胞內(nèi)無[H]和ATP的供應 【答案】D　 【解析】CO2直接參與暗反應中CO2的固定過程，其場所是葉綠體基質，A錯誤；ab段含放射性的C3濃度升高，說明以14CO2為原料生成的C3增加，但由于暗反應增強會促進光反應，因此C3濃度略有增加，但不會大量增加，B錯誤；bc段C3濃度不變是因為14C3的生成速率和消耗速率相等，c點后放射性C3濃度繼續(xù)升高，說明c點時CO2并未消耗殆盡，C錯誤；c點后曲線上升是因為黑暗條件下，葉肉細胞內(nèi)無[H]和ATP的供應，從而導致C3的消耗減少所致，D正確。 7．為研究光反應中ATP產(chǎn)生的原理，有科學家進行如下實驗：將葉綠體類囊體置于pH為4的琥珀酸溶液后，琥珀酸進入類囊體腔，腔內(nèi)的pH下降為4；然后把懸浮液的pH迅速上升為8，此時類囊體內(nèi)pH為4，類囊體外pH為8，在有ADP和Pi存在時類囊體生成ATP，對實驗條件和結論分析正確的是(　　) A．黑暗中進行，結果表明：H＋能通過自由擴散進出類囊體薄膜 B．光照下進行，結果支持：合成ATP的能量直接來自色素吸收的光能 C．黑暗中進行，結果支持：光反應使類囊體內(nèi)外產(chǎn)生H＋濃度差，推動ATP合成 D．光照下進行，結果表明：光反應產(chǎn)生的[H]參與暗反應中三碳化合物的還原 【答案】C　 【解析】光照條件下，葉綠體基粒類囊體薄膜上的色素吸收光能，能將光能轉化成ATP中的化學能，干擾實驗結果，故實驗應在黑暗條件下進行，根據(jù)題干“類囊體內(nèi)pH為4，類囊體外pH為8，在有ADP和Pi存在時類囊體產(chǎn)生ATP”，說明ATP的合成與H＋濃度梯度有關，類囊體內(nèi)外產(chǎn)生H＋濃度差，從而推動ATP合成。 8．(2017年安徽淮南模擬)下圖為不同種植物的光補償點和光飽和點的相對值(其他環(huán)境條件適宜)。下列敘述正確的是(　　) A．植物Ⅰ在光補償點時，葉肉細胞不釋放氧氣 B．突然遮光處理，植物Ⅱ葉肉細胞中C3生成量減少 C．適當提高溫度可以提高植物Ⅱ的光飽和點 D．最適宜在樹林下套種的是植物Ⅲ 【答案】B　 【解析】植物Ⅰ在光補償點時，整株植物光合速率等于呼吸速率，但其葉肉細胞光合速率大于呼吸速率，向細胞外釋放氧氣，A錯誤；突然遮光處理，植物光合作用減弱，C3的生成量減少，B正確；本實驗數(shù)據(jù)是在適宜溫度條件下測得，升高溫度不利于光合作用，故光飽和點應下降，C錯誤；樹林下光照強度較低，植物Ⅱ光補償點低，利用較低光照強度就可正常生長，D錯誤。 9．科學家研究CO2濃度、光照強度和溫度對同一植物光合作用強度的影響，得到的實驗結果如圖所示。請據(jù)圖判斷下列敘述不正確的是(　　) A．光照強度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同 B．光照強度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強度差異的原因是溫度不同 C．光照強度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而升高 D．光照強度為b～c時，曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強度隨光照強度升高而升高 【答案】D　 【解析】曲線Ⅱ和Ⅲ的CO2濃度不同，因此光照強度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同，A正確；曲線Ⅰ和Ⅱ的溫度不同，因此光照強度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強度差異的原因是溫度不同，B正確；由曲線圖可知，光照強度為a～b時，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而升高，C正確；光照強度為b～c，曲線Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而緩慢升高，但曲線Ⅲ光合作用強度隨著光照強度的升高不再變化，D錯誤。 10．(2017年河南鶴壁考試)科研人員為研究枇杷植株在不同天氣條件下的光合特征，對其凈光合速率和氣孔導度進行了測定，結果如圖所示。下列有關敘述不正確的是(　　) 　 A．陰天時凈光合速率下降的時間與氣孔導度的下降時間不一致 B．晴天時出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象與氣孔關閉引起的CO2濃度下降有關 C．兩種條件下枇杷凈光合速率峰值出現(xiàn)的早晚均與光照強度無關 D．實驗結果顯示枇杷植株適合種植在光線弱的陰蔽環(huán)境中 【答案】C　 【解析】分析圖示可知，陰天時凈光合速率從12時開始下降，氣孔導度從10時開始下降，A正確；晴天時出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，是由于溫度過高，蒸騰作用過強，氣孔大量關閉，引起CO2濃度下降，暗反應過程減弱，B正確；晴天時，枇杷凈光合速率峰值的出現(xiàn)，與溫度、光照強度都有關，C錯誤；題圖顯示，陰天時氣孔導度高于晴天，而在10：30至14：00時，凈光合速率陰天時大于晴天時的，因此枇杷植株更適合種植在光線弱的蔭蔽環(huán)境中，D正確。 11．(2018年安徽黃山八校聯(lián)考)某同學用無水乙醇提取強光下生長幼苗的葉綠體色素，用層析液進行層析。如圖為層析的結果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述錯誤的是(　　) A．若濾液細線觸及層析液，則可以縮短得到四條色素帶的時間 B．Ⅲ、Ⅳ色素條帶間距小，說明兩種色素的溶解度差異小 C．四種色素在層析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ D．與強光照相比，正常光照下的幼苗綠色比較深 【答案】A　 【解析】如濾液細線觸及層析液，色素會溶解在層析液中，導致實驗失敗，A錯誤；Ⅲ、Ⅳ色素條帶間距小，說明兩種色素的溶解度差異小，B正確；由于色素在層析液中溶解度越大，擴散速度越快，所以四種色素在層析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C正確；由于強光照下葉綠素a含量少于正常光照，所以與強光下的幼苗相比，正常光照下的綠色比較深，D正確。 12．取生長旺盛的綠葉，利用打孔器打出一批直徑為1 cm的葉圓片，將葉圓片細胞間隙中的氣體排出后，平均分裝到盛有等量的不同濃度NaHCO3溶液的培養(yǎng)皿底部，置于光溫恒定且適宜的條件下，如圖甲。測得各組培養(yǎng)皿中葉圓片上浮至液面所用的時間如圖乙。下列分析不正確的是(　　) A．a(chǎn)～b段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，類囊體薄膜上水的分解速率逐漸增大 B．c～d段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，葉綠體基質中C3的生成速率逐漸減弱 C．c～d段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，單個葉圓片有機物的積累速率逐漸減小 D．a(chǎn)～d段如果增加光照強度或溫度，都能明顯縮短葉圓片上浮至液面所用的時間 【答案】D　 【解析】a～b段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，葉圓片上浮至液面所用的時間不斷縮短，說明氧氣生成速率不斷提高，因此類囊體薄膜上水的分解速率逐漸增大，A正確；c～d段隨著NaHCO3溶液濃度的增加，葉圓片上浮至液面所用的時間不斷延長，說明氧氣生成速率在降低，即光合速率減弱，因此葉綠體基質中C3的生成速率逐漸減弱，單個葉圓片有機物的積累速率也在逐漸減小，B、C正確；題中裝置置于光溫恒定且適宜的條件下，如果增加光照強度或溫度，都會使光合速率降低，導致葉圓片上浮至液面的時間延長，D錯誤。 二、非選擇題 13．(2017年河北衡水期中)研究者對黑藻的光合作用進行了大量研究。圖1是根據(jù)相關實驗繪制的曲線，圖2為黑藻葉綠體結構和功能示意圖。請分析回答問題： (1)科研小組將黑藻浸在加有適宜培養(yǎng)液的大試管中(室溫20 ℃)，以燈為光源，通過移動燈，改變光源與大試管間的距離，觀測黑藻放出氣泡的情況，結果如圖1中曲線x所示。該實驗研究的自變量是____________，因變量是_____________________________________。 (2)該小組在室溫10 ℃和30 ℃時分別進行了實驗，結果如曲線y和曲線z。則在AC段時(不包括A、C點)，限制光合作用的因素是_____________________________。 (3)若將光源由遠及近向大試管移動，當光源與大試管間的距離由90 cm逐漸改變?yōu)?5 cm的過程中，圖2中反應Ⅱ中的兩個化學反應過程變快的先后順序是__________________，因此導致A點的C3含量__________(填“大于”“小于”或“等于”)B點。 (4)研究者分離出黑藻中的葉綠體(圖2)在適宜條件下培養(yǎng)，由結構②轉移至結構①的物質主要包括__________________________________。 (5)在實驗過程中，用HO培養(yǎng)黑藻，發(fā)現(xiàn)實驗者體內(nèi)細胞中的有機物出現(xiàn)了18O元素，分析可能的轉化途徑是_______________________________________。 【答案】(1)光源與大試管間的距離(或光照強度)　單位時間內(nèi)氧氣(或氣泡)的釋放量 (2)溫度和光照強度(答全才可) (3)先是C3的還原，然后是CO2的固定　小于 (4)ADP、Pi (5)HO先參與光合作用生成18O2，被實驗者吸入體內(nèi)，參與有氧呼吸第三階段生成HO，HO再參與細胞內(nèi)有機物的水解(如肝糖原水解為葡萄糖)，使得實驗者體內(nèi)細胞中的有機物出現(xiàn)了18O元素 【解析】考查影響光合作用因素及與細胞呼吸的關系，旨在對光合作用影響因素實驗設計的分析、條件改變后物質轉移變化過程、細胞呼吸與光合作用過程中的物質轉移變化理解及應用能力、對圖像的識別能力的考查。(1)研究光照強度對光合速率的影響，所以自變量是不同的光照強度，而光照強度通過改變光源與大試管間的距離來實現(xiàn)。因變量是黑藻放出的氣泡，而光合作用吸收二氧化碳、釋放氧氣，所以因變量是單位時間內(nèi)氧氣的釋放量(或產(chǎn)生氣泡的速率)。(2)室溫10 ℃和30 ℃時分別進行了實驗，結果如曲線y和曲線z，說明隨溫度升高，光合速率增大，說明限制因素是溫度，而在AC段，隨光照強度減弱，光合速率減弱，所以AC段限制光合作用的因素有光照強度和溫度。(3)若將光源由遠及近向大試管移動，當距離由90 cm逐漸改變?yōu)?5 cm的過程中，光照強度增強，則光反應加快，提供更多的ATP和[H]，從而使C3還原加快，而C3還原加快，促進了CO2的固定。A點光照強度大于B點，則C3還原更快，C3含量小于B點。(4)研究者分離出黑藻中的葉綠體在適宜條件下培養(yǎng)，①是葉綠體基粒的類囊體薄膜，進行光反應，②葉綠體基質進行暗反應，光反應為暗反應提供ATP和[H]，而暗反應消耗后生成的ADP、Pi會再運輸?shù)筋惸殷w薄膜進行光反應。(5)用HO培養(yǎng)黑藻，HO可用于有氧呼吸的第二階段，在有氧的情況下，在水的參與下再分解為二氧化碳和[H]，則HO的18O轉移到二氧化碳中，含放射性同位素18O的二氧化碳再用于光合作用的暗反應生成有機物，從而使有機物出現(xiàn)了18O元素。 14．彩葉玉簪是具有較高觀賞價值的園林植物。某研究小組將兩種初始生長狀態(tài)相同的彩葉玉簪在不同光照強度下培養(yǎng)30天后，測得部分生長指標見表，另一小組將金鷹玉簪培養(yǎng)在50%全光照的自然條件下，測得一天中光合作用的相關指標如圖中曲線所示(注：氣孔導度越大，氣孔開放程度越高)?；卮鹣铝袉栴}： 光照強度 金鷹玉簪 黃金葉玉簪 總葉面積 植株干重 總葉面積 植株干重 全光照 18.61 32.63 24.73 25.81 50%全光照 70.86 49.84 46.63 37.85 30%全光照 58.87 37.79 66.11 52.45 10%全光照 36.15 30.92 52.44 29.53 (1)綠色植物吸收光能的色素分布在葉綠體的___________________________________， CO2進入植物細胞后被利用的部位是________________________________________。 如果將黃金葉玉簪從全光照下移至30%全光照環(huán)境，短時間內(nèi)葉綠體中[H]的含量將________。 (2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，______________條件下更有利于金鷹玉簪的生長，__________玉簪更適合栽種在光照很弱的陰蔽環(huán)境中，它們是通過________來增強其適應能力的，彩葉玉簪的這種特性是長期________的結果。 (3)據(jù)圖分析，金鷹玉簪在10：00～14：00時段蒸騰作用的變化是________，在10：00～12：00時段的凈光合速率下降是不是氣孔關閉引起的？________，判斷的依據(jù)是________________________________________________________________________。 【答案】(1)類囊體薄膜上　葉綠體基質　下降 (2)50%全光照　黃金葉　增加總葉面積　自然選擇 (3)減弱　不是　此時段內(nèi)胞間CO2濃度在增加 【解析】本題通過表格、曲線形式考查光合作用過程、影響光合作用的因素以及進化等知識，意在考查考生的圖文轉化能力和實驗數(shù)據(jù)處理能力，難度中等。(1)植物體內(nèi)的光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上；CO2在葉綠體基質中參與暗反應；如果將黃金葉玉簪從全光照下移至30%全光照環(huán)境，由于光反應減弱，短時間內(nèi)葉綠體中[H]的含量將下降。(2)據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，50%全光照時植株干重最大，更有利于金鷹玉簪的生長，黃金葉玉簪在較弱光照條件下植株干重較大，更適合栽種在弱光陰蔽環(huán)境中，它們都是通過增加總葉面積來增強其適應能力的，這種特性是長期自然選擇的結果。(3)據(jù)圖分析，金鷹玉簪在10：00～14：00時段，由于氣孔導度減小，因此蒸騰作用減弱；在10：00～12：00時段胞間CO2濃度在增加，因此此時段凈光合速率下降并非氣孔關閉引起的。 15．(2017年江西六校聯(lián)考)小球藻是研究光合作用的良好材料，魯賓和卡門、卡爾文都是利用小球藻取得重大的研究成果。圖甲是某同學利用小球藻研究光合作用的裝置，圖乙是在其他條件適宜的情況下測定的O2吸收量。請結合有關知識回答問題： (1)為了保證小球藻正常的生長繁殖，圖甲裝置培養(yǎng)瓶中應再補充的物質條件是________________________________________________________________________。 (2)細胞器________________________與圖乙曲線形成有關。 (3)圖乙中，因NaHCO3溶液濃度偏高，光合作用異常的是__________段，在b點對應的NaHCO3溶液濃度時，突然降低光照強度，短時間內(nèi)細胞葉綠體中C3化合物的含量____________(填“增加”“減少”或“不變”)。 (4)若用圖甲裝置探究光照強度對光合作用的影響，結合題中信息寫出實驗設計思路： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】(1)無機鹽(或礦質元素) (2)線粒體和葉綠體(缺一不可) (3)cf　增加 (4)取多套圖甲裝置，加入圖乙c點對應的NaHCO3溶液濃度(或適宜濃度)，放在相同適宜溫度環(huán)境中，調(diào)整臺燈的亮度不同(或調(diào)整臺燈與廣口瓶的距離)，測定O2釋放量(其他答案合理也可) 【解析】考查光合作用影響因素等相關知識，旨在對圖解的理解、植物培養(yǎng)、影響光合作用的因素等理解和運用能力。(1)為了保證小球藻正常的生長繁殖，需在培養(yǎng)液中提供無機鹽離子或礦質元素，適宜的溫度、pH值、充足的光照和二氧化碳。(2)由于圖示中有a～b是氧氣的吸收，b～d過程是氧氣釋放，d～f過程是氧氣吸收，從而說明進行光合作用和細胞呼吸，與之有關的細胞器主要是葉綠體和線粒體。(3)圖乙中，NaHCO3溶液濃度偏高，本來光合速率應該增強或保持不變，光合作用異常的是c～f段，可能的原因是小球藻發(fā)生滲透失水乃至失水過多而死亡。在b點對應的NaHCO3溶液濃度時，突然降低光照強度，短時間內(nèi)細胞葉綠體中二氧化碳固定正常，而C3化合物還原提供的[H]和ATP減少，C3化合物還原降低，C3化合物增多。(4)若用圖甲裝置探究光照強度對光合作用的影響，光照強度的不同自變量，可以通過改變實驗裝置與燈泡距離，或在相同距離改變燈泡的功率來實現(xiàn)，取多套圖甲裝置，加入圖乙c點對應的NaHCO3溶液濃度(或適宜濃度)，放在相同適宜溫度環(huán)境中，調(diào)整臺燈的亮度不同(或調(diào)整臺燈與廣口瓶的距離)，測定O2釋放量。