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影響光合作用的因素及應用 基礎達標 1.用一定濃度的NaHSO3溶液噴灑到小麥的葉片上,短期內檢測到葉綠體中C3的含量下降,C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是(　　) A.促進葉綠體中CO2的固定 B.促進葉綠體中ATP的合成 C.抑制葉綠體中[H]的形成 D.抑制葉綠體中有機物的輸出 答案 B 解析 若NaHSO3溶液促進葉綠體中CO2的固定,則CO2被C5固定形成的C3增多,消耗的C5增多,故C5的含量將下降,C3的含量將升高;若NaHSO3溶液促進葉綠體中ATP的合成,則被還原的C3增多,消耗的C3增多,生成的C5增多,而CO2被C5固定形成C3的過程不變,故C3的含量將下降,C5的含量將升高,B項符合題意;若NaHSO3溶液抑制葉綠體中[H]的形成,則被還原的C3減少,生成的C5減少,而CO2被C5固定形成C3的過程不變,故C3的含量將增多,C5的含量將下降;若NaHSO3溶液抑制葉綠體中有機物的輸出,意味著暗反應中C3的還原過程變慢,生成的C5減少,而CO2被C5固定形成C3的過程不變,故C3的含量將升高,C5的含量將下降,D項錯誤。 2.下列關于光合作用和細胞呼吸的敘述,錯誤的是(　　) A.光合作用過程中存在ADP與ATP的相互轉化 B.人體在劇烈運動時所需的部分能量由乳酸分解提供 C.病毒核酸的復制需要宿主細胞的細胞呼吸提供能量 D.白天,若將黑藻遮光處理,則黑藻葉綠體中NADPH和NADP+的比值下降 答案 B 解析 光合作用的光反應中有ATP的合成,暗反應中有ATP的水解,A項正確;人體在劇烈運動時所需要的能量由葡萄糖分解提供,此時肌肉細胞會進行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸,而乳酸不能再分解供能,B項錯誤;病毒沒有細胞結構,只能在宿主細胞中代謝和繁殖,因此病毒核酸的復制需要宿主細胞的細胞呼吸提供能量,C項正確;白天,若將黑藻遮光處理,則光反應減弱,水光解減少,導致黑藻葉綠體中NADPH和NADP+的比值下降,D項正確。 3.下圖表示某植物的一個葉肉細胞及其相關生理過程示意圖。下列說法正確的是(　　) A.在M、N中與形成ATP有關的酶都在內膜與基質中 B.在M、N中既可進行DNA分子的復制又能有遺傳信息的表達 C.此圖可示意葉肉細胞細胞呼吸釋放的CO2量小于光合作用吸收的CO2量 D.該植物中具M的細胞可發(fā)生同化作用,不具M的細胞不能發(fā)生同化作用 答案 B 解析 圖示中的M表示葉綠體,N表示線粒體。在葉綠體中與形成ATP有關的酶分布在類囊體薄膜上,在線粒體中與形成ATP有關的酶分布在線粒體內膜與基質中,A項錯誤;線粒體和葉綠體都含有少量的DNA分子,這些DNA分子既可進行復制,其上的遺傳信息又能表達,B項正確;題圖顯示,葉肉細胞細胞呼吸釋放的CO2除了供葉綠體光合作用外,還有部分釋放到細胞外,說明圖中葉肉細胞細胞呼吸釋放的CO2量大于光合作用吸收的CO2量,C項錯誤;同化作用(又叫合成代謝)是指生物體把從外界環(huán)境中獲取的營養(yǎng)物質轉變成自身的組成物質,并且儲存能量的過程,該植物中具有葉綠體的細胞可發(fā)生同化作用,不具有葉綠體的細胞也能發(fā)生同化作用,如藍藻細胞能進行光合作用,D項錯誤。 4.(2018山東德州一模)下面是綠色植物體內能量供應及利用的示意圖,下列說法正確的是(　　) A.乙過程利用的ATP是由甲和丙過程共同提供的 B.乙中的ATP用于固定二氧化碳和還原三碳化合物 C.甲、丙中合成ATP所需的能量來源不相同 D.丁中的能量可用于肌肉收縮、人的紅細胞吸收葡萄糖、興奮傳導等 答案 C 解析 從圖中發(fā)生的變化可判斷,甲是光反應,乙是暗反應,丙是有氧呼吸,丁是ATP的水解。有氧呼吸產(chǎn)生的ATP不能用于光合作用的暗反應; 光反應過程中產(chǎn)生的ATP只用于還原三碳化合物;光反應合成ATP所需的能量來源于光能,而丙過程合成ATP所需的能量來自有機物中的化學能;紅細胞吸收葡萄糖的方式是協(xié)助擴散,協(xié)助擴散需要載體蛋白但不消耗ATP。 5.下列對圖示兩種生理反應式的相關敘述,錯誤的是(　　) 反應式1:C6H12O62C3H4O3+4[H]+能量 反應式2:CO2+C52C3 A.反應式1得到的產(chǎn)物(C3H4O3)在人和乳酸菌細胞中的去路可以相同 B.反應式2得到的產(chǎn)物可進一步轉化成C5和C6H12O6 C.反應式1生成的能量大部分以熱能形式散失 D.反應式2一定發(fā)生在葉綠體基質中,反應速率受CO2濃度的影響 答案 D 解析 反應式1為有氧呼吸或無氧呼吸的第一階段,人和乳酸菌都能進行乳酸式無氧呼吸,A項正確;反應式2為光合作用過程中的CO2的固定,生成的C3可進一步轉化成C5和C6H12O6,但發(fā)生的場所不一定是葉綠體基質,因為能進行光合作用的也可以是不具有葉綠體的原核生物,B項正確,D項錯誤;細胞呼吸產(chǎn)生的能量大部分以熱能形式散失,其余能量暫時儲存在ATP中,C項正確。 6.二氧化碳紅外分析儀可以直接測出密閉容器中的二氧化碳濃度?，F(xiàn)在有一個與二氧化碳紅外分析儀相連接的透明密閉容器,給予適合實驗生物正常代謝所需的環(huán)境條件,用此裝置做如下實驗,不能達到預期目的的是(　　) A.給予充足氧氣,測定酵母菌有氧呼吸速率 B.制造無氧環(huán)境,測定酵母菌無氧呼吸速率 C.給予充足光照,測定植物氧氣的制造速率 D.制造黑暗環(huán)境,測定綠色植物的呼吸速率 答案 C 解析 酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸過程都產(chǎn)生二氧化碳,導致密閉容器中二氧化碳濃度發(fā)生變化,可通過測定密閉容器中二氧化碳濃度變化量來計算呼吸速率;植物氧氣的制造速率-細胞呼吸過程中氧氣的消耗速率=密閉容器中氧氣增加速率,密閉容器中氧氣的增加速率可通過二氧化碳紅外分析儀測定二氧化碳變化速率來換算,細胞呼吸過程中氧氣的消耗速率在充足光照條件下無法測算,C項不能達到預期目的。 7.已知某植物光合作用和細胞呼吸最適溫度分別為25 ℃和30 ℃,下圖表示該植物處于25 ℃環(huán)境中的光合作用強度與光照強度之間的關系,對于曲線的下列說法最恰當?shù)氖?　　) A.D點位置不會隨環(huán)境溫度的升高而移動 B.A點葉肉細胞產(chǎn)生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體 C.當植物缺Mg時,B點右移 D.當環(huán)境溫度升高至30 ℃時,A點上移,B點左移 答案 C 解析 由于植物光合作用最適溫度為25 ℃,所以D點位置會隨環(huán)境溫度的升高而向上移動,A項錯誤;A點葉肉細胞只進行細胞呼吸,所以產(chǎn)生ATP的細胞器只有線粒體,B項錯誤;當植物缺Mg時,影響葉綠素的合成,使光合作用強度降低,所以B點會右移,C項正確;當環(huán)境溫度升高至30 ℃時,光合作用強度下降,細胞呼吸強度增大,所以A點上移,B點右移,D項錯誤。 8.將某綠色植物放在特定的實驗裝置中,研究溫度對光合作用和細胞呼吸的影響(其他實驗條件都適宜),實驗以CO2的吸收量與釋放量為指標,實驗結果如下表所示,下面對該表數(shù)據(jù)分析正確的是(　　) 溫度/℃ 5 10 15 20 25 30 35 光照下吸收CO2 的量/(mgh-1) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00 黑暗中釋放CO2 的量/(mgh-1) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50 A.晝夜不停地光照,在35 ℃時該植物不能生長 B.晝夜不停地光照,在20 ℃時該植物生長得最快 C.每天光照12 h,20 ℃時該植物一晝夜積累的有機物最多 D.每天光照12 h,30 ℃時該植物一晝夜積累的有機物量是10 ℃時的2倍 答案 C 解析 光照下單位時間內植物吸收的CO2量代表凈光合速率,黑暗中單位時間內植物釋放的CO2量代表呼吸速率,因為在35 ℃時光照下植物可吸收CO2,說明此時凈光合速率大于0,該植物可以生長,A項錯誤;比較可知,光照下在25 ℃時植物吸收的CO2量最多,此溫度下凈光合速率最大,所以晝夜不停地光照,在25 ℃時該植物生長最快,B項錯誤;每天光照12 h,植物積累的有機物量=凈光合速率12-呼吸速率12=(凈光合速率-呼吸速率)12,計算得知20 ℃時該植物一晝夜積累有機物最多,C項正確;每天光照12 h,30 ℃時該植物一晝夜積累的有機物量為(3.50-3.00)12=6.00(mg),10 ℃時該植物一晝夜積累的有機物量為(1.75-0.75)12=12.00(mg),D項錯誤。 能力提升 1.將盆栽植物天竺葵澆上含18O的水后,置于密閉的玻璃鐘罩內,再把整個裝置放在室外陽光下,并保持適宜的溫度條件。一周后,玻璃鐘罩內的空氣及天竺葵中下列哪些物質可能含有18O? (　　) ①O2?、谒魵狻、跜O2?、芷咸烟恰、莅被帷、拗? A.①②中含有,③④⑤⑥中沒有 B.①②③中含有,④⑤⑥中沒有 C.①②③④中含有,⑤⑥中沒有 D.①②③④⑤⑥中都可能含有 答案 D 解析 植物體內的水能夠通過蒸騰作用以水蒸氣的形式散發(fā)到空氣中;水還可經(jīng)過光合作用生成氧氣,存在于空氣中;植物體內水中的氧經(jīng)呼吸作用轉移到二氧化碳中,二氧化碳也會釋放到空氣中;二氧化碳中的氧,通過光合作用又可轉移到葡萄糖中;而葡萄糖經(jīng)轉化可形成脂肪和氨基酸,18O進而可進入脂肪和氨基酸等有機物中。 2.下圖表示芍藥葉肉細胞光合作用和細胞呼吸過程中CO2和[H]的變化,相關敘述正確的是(　　) 注①~⑧表示生理過程。 A.過程①發(fā)生在葉綠體類囊體的薄膜上,過程④發(fā)生在線粒體的內膜上 B.過程⑦發(fā)生在線粒體中 C.過程⑤⑥均需要[H]和ATP提供還原劑和能量 D.過程①③產(chǎn)生的[H]是相同的物質,過程⑧在線粒體中進行 答案 A 解析 過程①為水的光解,發(fā)生在葉綠體類囊體的薄膜上,過程④是有氧呼吸的第三階段,發(fā)生在線粒體的內膜上,A項正確;過程⑦為有氧呼吸第一階段,發(fā)生于細胞質基質,B項錯誤;過程⑤不需要ATP供能,也不需要還原劑,C項錯誤;過程①產(chǎn)生的[H]為NADPH,過程③產(chǎn)生的[H]為NADH,兩者不同,D項錯誤。 3.植物甲與植物乙的凈光合速率隨葉片溫度(葉溫)變化的趨勢如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　　) A.植物甲和乙光合作用所需要的能量都來自太陽能 B.葉溫在36~50 ℃時,植物甲的凈光合速率比植物乙的高 C.葉溫為25 ℃時,植物甲的光合速率與呼吸速率的差值不同于植物乙的 D.葉溫為35 ℃時,甲、乙兩種植物的光合速率與呼吸速率的差值均為0 答案 D 解析 植物光合作用的最終能量來源于太陽能;據(jù)圖分析,在36~50 ℃時,植物甲的凈光合速率曲線比植物乙的曲線高,故植物甲的凈光合速率比植物乙的高;真正的光合速率=呼吸速率+凈光合速率,葉溫為25 ℃時,植物甲的光合速率與呼吸速率的差值即甲的凈光合速率低于植物乙的凈光合速率;葉溫為35 ℃時,甲、乙兩種植物的光合速率與呼吸速率的差值表示凈光合速率,均大于0且相等。 4.將一植株放在密閉玻璃罩內,置于室外一晝夜,獲得實驗結果如下圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　) A.圖甲中的光合作用開始于C點之前,結束于F點之后 B.到達圖乙中的D點時,玻璃罩內的CO2濃度最高 C.圖甲中的F點對應圖乙中的G點 D.經(jīng)過這一晝夜之后,植物體的有機物含量會增加 答案 C 解析 圖甲中C點和F點時,光合作用強度等于細胞呼吸強度,光合作用開始于C點之前,結束于F點之后,A項正確;圖乙中的D點之前光照強度弱,光合作用強度小于細胞呼吸強度,玻璃罩內CO2濃度增加,D時光合作用強度與細胞呼吸強度相等,D點之后光合作用強度大于細胞呼吸強度,玻璃罩內的CO2減少,濃度降低,因此D點時玻璃罩內的CO2濃度最高,B項正確;分析題圖甲可知,F點是由于光照強度減弱、CO2濃度由降低向增加轉化的拐點,此點之前,光合作用強度大于細胞呼吸強度,此點之后光合作用強度小于細胞呼吸的強度,該點光合作用強度與細胞呼吸強度相等,對應圖乙中的H點,而不是G點,C項錯誤;分析圖甲可知,這一晝夜之后G點玻璃罩內的CO2濃度小于開始時A點的濃度,減少的這部分通過光合作用合成有機物儲存在植物體內,因此植物體的有機物含量會增加,D項正確。 5.(2018全國Ⅰ卷)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢如下圖所示。 回答下列問題。 (1)當光照強度大于a時,甲、乙兩種植物中,對光能的利用率較高的植物是　　　。 (2)甲、乙兩種植物單獨種植時,如果種植密度過大,那么凈光合速率下降幅度較大的植物是　　　。判斷的依據(jù)是　 　。 (3)甲、乙兩種植物中,更適合在林下種植的是　　　　。 (4)某植物夏日晴天中午12:00時葉片的光合速率明顯下降,其原因是進入葉肉細胞的　　　　(填“O2”或“CO2”)不足。 答案 (1)甲 (2)甲　光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大,種植密度過大,植株接受的光照強度減弱,導致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大 (3)乙 (4)CO2 解析 (1)根據(jù)曲線的走勢以及曲線的起點可知,甲的細胞呼吸速率大于乙。光照強度大于a時,甲的凈光合速率大于乙,所以甲的實際光合速率也遠大于乙,所以甲對光能的利用率要高于乙。 (2)當種植密度過高時,單株獲取的光能減少。光照強度降低同等程度的情況下,對甲植株單株的影響要大于乙植株,所以,如果種植密度過大,凈光合速率下降幅度較大的是甲植物。 (3)無論是光補償點還是光飽和點,甲的都高于乙的,所以乙更適合在光照強度較低的林下種植。 (4)夏日晴天中午12:00氣溫太高,葉片的大多數(shù)氣孔關閉,導致外界的CO2不能通過氣孔進入葉片,從而導致光合速率明顯下降。 6.選取生理狀態(tài)良好的甜櫧植株,保持溫度(30 ℃)、CO2濃度等恒定,測定不同光照強度條件下O2和CO2的釋放量(如圖1)。圖2中的x、y、z曲線分別表示一天24 h的溫度、光照強度、凈光合速率的變化。請據(jù)圖分析回答問題。 圖1 圖2 (1)從圖1可知,在光照強度為8 klx時植物固定CO2的速率為　　　　mol/(m2h),在此條件下若光照12 h,再黑暗12 h,交替進行,則甜櫧　　　　　　(填“能”或“不能”)生長,原因是　 　。 (2)分析圖2可知,中午12時,z曲線下降,可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)若比較圖2中z曲線的K、A兩點,　　　更有利于蔬菜的儲存。 (4)圖2中光合速率與呼吸速率相等的點是　　　　　,對應圖1中的光照強度為　　　　klx,根據(jù)圖2中z曲線的變化推測該植物未接受光照的時間是曲線中的　　　　　　　　　　段。 答案 (1)8　不能　光合作用合成的有機物被細胞呼吸消耗(或12 h 光照時積累的有機物正好被12 h黑暗時消耗掉,答案合理即可) (2)溫度上升,部分氣孔關閉,CO2吸收減少 (3)A (4)C、G　4　KB、MN 解析 (1)依題意并結合圖1分析可知,圖1中光照強度為0 klx時的CO2的釋放量表示呼吸速率,其數(shù)值為4 mol/(m2h);在光照強度大于0 klx時的O2釋放量表示凈光合速率,凈光合速率=實際光合速率-呼吸速率。光照強度為8 klx時的植物凈光合速率為4 mol/(m2h),此時植物固定CO2的速率即實際光合速率=凈光合速率+呼吸速率=4+4=8〔mol/(m2h)〕。在此條件下若光照12 h,再黑暗12 h,交替進行,甜櫧有機物的積累量=凈光合速率12 h-呼吸速率12 h=412-412=0 (mol/m2),即光合作用合成的有機物被細胞呼吸消耗(或12 h光照時積累的有機物正好被12 h黑暗時消耗掉),沒有有機物積累,所以甜櫧不能正常生長。 (2)中午12時,由于光照過強,溫度上升,部分氣孔關閉,CO2吸收減少,導致z曲線下降。 (3)圖2顯示:K點時的CO2釋放速率為20 mg/h,A點時CO2釋放速率小于20 mg/h,說明A點時有機物的消耗少于K點,A點更有利于蔬菜的存儲。 (4)圖2的z曲線表示凈光合速率,而圖1光照強度大于0 klx時的O2釋放量也表示凈光合速率,當凈光合速率為0時,(實際)光合速率與呼吸速率相等,即圖2中的C、G點,與圖1中的光照強度為4 klx時相對應。植物未接受光照,光合作用不能進行,據(jù)此可推測:該植物未接受光照的時間是z曲線中的KB段和MN段。