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光合作用的探究歷程與基本過程 基礎達標 1.下列關于小麥光合作用的敘述,錯誤的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.葉綠體基粒上分布有各種光合色素 B.夏季晴天光照最強時,小麥光合速率最高 C.進入葉綠體的CO2不能被NADPH直接還原 D.凈光合速率長期為零時,會導致幼苗停止生長 答案 B 解析 光合色素分布在葉綠體基粒上,A項正確;夏季晴天光照最強時,小麥葉片的氣孔關閉,導致光合作用的原料減少,小麥光合速率反而下降,B項錯誤;進入葉綠體的CO2首先與五碳化合物生成三碳化合物,之后在NADPH([H])和ATP的作用下被還原,C項正確;凈光合速率小于或等于零時,會導致幼苗停止生長,D項正確。 2.夏季晴朗的中午,某些植物因為蒸騰過于強烈而出現(xiàn)氣孔關閉的現(xiàn)象,這是植物對環(huán)境變化的一種適應,此時這些植物葉肉細胞內(nèi)C3、C5、[H]、ATP的含量短期變化分別是(　　) A.降低、升高、升高、升高 B.升高、降低、降低、降低 C.降低、升高、降低、降低 D.升高、降低、升高、升高 答案 A 解析 氣孔關閉,CO2供應減少,影響暗反應中CO2的固定,C3生成量減少,含量降低;C5消耗減少,含量升高。光反應的產(chǎn)物利用受阻,[H]和ATP含量升高。 3.光合作用過程包括光反應和暗反應,下圖表示光反應與暗反應的關系,據(jù)圖判斷下列敘述錯誤的是(　　) A.光反應為暗反應提供ATP和NADPH([H]) B.停止光照,葉綠體中ATP和NADPH含量下降 C.ATP的移動方向是由類囊體到基質(zhì) D.植物在暗處可大量合成(CH2O) 答案 D 解析 光合作用必須在光照條件下進行,在暗處植物不能大量合成(CH2O)。 4.(2018湖北黃岡調(diào)研)下列關于實驗“綠葉中色素的提取和分離”的說法,正確的是(　　) A.提取液呈綠色是由于含有葉綠素a和葉綠素b較多 B.胡蘿卜素處于濾紙條最上方,是因為其在提取液中的溶解度最高 C.色素帶的寬窄反映了色素在層析液中溶解度的大小 D.濾紙條上沒有色素帶,說明材料可能為黃化葉片 答案 A 解析 葉綠體色素中綠色的葉綠素含量占到3/4,所以提取液呈綠色;胡蘿卜素在層析液中溶解度最大,在濾紙條上擴散速度最快,所以處于濾紙條最上方;色素帶的寬窄反映了色素含量的多少;用黃化葉片進行色素提取與分離實驗時,會有胡蘿卜素和葉黃素的色素帶。 5.下圖為葉綠體中色素及某些物質(zhì)的分布示意圖,該圖不能表明 (　　) A.葉綠體中的色素能夠吸收光能 B.葉綠體在光下能夠合成糖類 C.色素及特定物質(zhì)共同參與完成光反應 D.葉綠體內(nèi)能夠發(fā)生光能向化學能的轉(zhuǎn)化 答案 B 解析 圖中信息顯示葉綠體在光下能夠合成NADPH和ATP,B項錯誤。 6.下圖為適宜條件下某葉肉細胞(表觀光合速率大于0)中兩種膜結(jié)構(gòu)以及發(fā)生的生化反應模式圖,下列有關敘述正確的是(　　) A.圖甲中的A和圖乙中的B都是[H],兩者是相同的 B.圖甲生物膜上產(chǎn)生的ATP總量要多于圖乙生物膜上產(chǎn)生的ATP總量 C.圖甲、乙中的兩種生物膜依次為葉綠體內(nèi)膜和線粒體內(nèi)膜 D.原核生物因不含線粒體和葉綠體,故不能進行上述過程 答案 B 解析 圖甲所示為水的光解反應,產(chǎn)生的A是[H],即NADPH,發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上;圖乙所示為線粒體內(nèi)膜上發(fā)生的有氧呼吸第三階段,B為[H],即NADH,所以A和B是兩種不同的物質(zhì),A、C兩項錯誤。表觀光合速率大于0,說明光合速率大于呼吸速率,細胞呼吸消耗的有機物都來自葉綠體光合作用制造的有機物,所以光反應產(chǎn)生的ATP會多于有氧呼吸第三階段產(chǎn)生的ATP,B項正確。原核生物雖然沒有線粒體和葉綠體,但有些也能發(fā)生題圖中過程,如藍藻,D項錯誤。 7.光合作用通過密切關聯(lián)的兩大階段——光反應和暗反應實現(xiàn)。對于改變反應條件而引起的變化,說法正確的是(　　) A.突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3比值減少 B.突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP比值增加 C.突然將紅光改變?yōu)榫G光會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5比值減少 D.突然將綠光改變?yōu)榧t光會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP比值減少 答案 B 解析 突然中斷CO2供應,使暗反應中CO2固定減少,而C3的還原仍在進行,因此導致C3減少,C5增多,因此會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3比值增加,A項錯誤;突然中斷CO2供應使C3減少,因此C3還原利用的ATP減少,導致ATP積累增多,而ADP含量減少,因此會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP比值增加,B項正確;由于色素主要吸收紅光和藍紫光,對綠光吸收最少,突然將紅光改變?yōu)榫G光,會導致光反應產(chǎn)生的ATP和[H]減少,這將抑制暗反應中C3的還原,導致C5減少,C3增多,因此會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5比值增加,C項錯誤;突然將綠光改變?yōu)榧t光會導致光反應吸收的光能增加,光反應產(chǎn)生的ATP和[H]增加,而ADP相對含量減少,因此暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP比值增加,D項錯誤。 8.給予從葉綠體分離出的類囊體光照,發(fā)現(xiàn)能使草酸鐵的Fe3+還原為Fe2+,并有氧氣釋放。此實驗證明(　　) A.光合作用在類囊體上進行 B.光合作用的產(chǎn)物O2來自H2O,而不是CO2 C.類囊體吸收光能后,產(chǎn)生O2和還原性物質(zhì) D.類囊體上的光反應能產(chǎn)生O2,而暗反應使Fe3+被還原 答案 C 解析 由題干可知,類囊體吸收光能后,可以產(chǎn)生O2和具有還原性的物質(zhì)。 9.(2018河南南陽期終質(zhì)量評估)下圖為大豆葉片光合作用暗反應階段的示意圖。下列敘述正確的是(　　) A.CO2的固定實質(zhì)上是將ATP中的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學能 B.CO2可直接被[H]還原,再經(jīng)過一系列的變化形成糖類 C.被還原的C3在相關酶的催化作用下,可再形成C5 D.光照強度由強變?nèi)鯐r,短時間內(nèi)C5含量會升高 答案 C 解析 CO2的固定是CO2與C5在酶的催化下生成C3的過程,沒有ATP的消耗,A項錯誤;CO2必須與C5結(jié)合生成C3才能被[H]還原,B項錯誤;據(jù)圖分析可知,被還原的C3在有關酶的催化作用下,可再形成C5,C項正確;光照強度由強變?nèi)鯐r,產(chǎn)生的ATP和[H]減少,還原的C3減少,C5生成減少,而短時間內(nèi)C5去路不變,最終導致C5含量降低,D項錯誤。 10.某同學在做葉綠體色素的提取和分離的實驗中,觀察到的色素帶顏色較淺,其可能原因有幾種(　　) ①無水乙醇加入量太多?、谖醇覥aCO3　③未加SiO2?、苁褂梅胖昧藬?shù)天的菠菜葉?、葜划嬃艘淮螢V液細線 A.2種 B.3種 C.4種 D.5種 答案 D 解析 無水乙醇的作用是提取色素,若溶劑量過大,則色素的濃度降低,會導致收集到的濾液綠色過淺,①正確;CaCO3的作用是防止色素被破壞,未加CaCO3,葉綠素分子被破壞,會導致收集到的濾液綠色過淺,②正確;未加SiO2研磨不充分,則色素提取量偏小,會導致收集到的濾液綠色過淺,③正確;使用放置了數(shù)天的菠菜葉,葉綠素已被分解,會導致收集到的濾液綠色過淺,④正確;畫濾液細線次數(shù)過少,則會導致濾紙條上色素帶顏色較淺,⑤正確。 能力提升 1.在置于黑暗條件下的葉綠體懸浮液中加入適量NaH14CO3溶液,再給予瞬時光照。下列說法正確的是(　　) A.黑暗條件下,葉綠體基質(zhì)中不存在C3和C5 B.黑暗條件下,葉綠體懸浮液不能合成ATP和[H] C.瞬時光照后,(CH2O)出現(xiàn)放射性比C3早 D.光照瞬間,C3含量迅速增加而C5含量迅速減少 答案 B 解析 黑暗條件下,葉綠體基質(zhì)中也存在C3和C5,只是因為缺少ATP和[H]不能相互轉(zhuǎn)化,A項錯誤;黑暗條件下,光反應不能進行,葉綠體懸浮液不能合成ATP和[H],B項正確;瞬時光照后,(CH2O)出現(xiàn)放射性比C3晚,C項錯誤;光照瞬間,C3含量迅速減少而C5含量迅速增加,D項錯誤。 2.科學家提取植物細胞中的葉綠體,用高速離心法打破葉綠體膜后,分離出類囊體和基質(zhì),在不同條件下進行實驗(如下表所示),用來研究光合作用過程,下列選項中各試管得到的產(chǎn)物情況正確的是(　　) 試管 葉綠體結(jié)構(gòu) 光照 C18O2 ATP、[H] C5 甲 類囊體 + + - - 乙 基質(zhì) - + + + 丙 基質(zhì) + + - + 丁 基質(zhì)和類囊體 + + - + 注表中的“+”表示“添加”,“-”表示“不添加”。 A.甲試管可得到18O2 B.乙試管可得到C3 C.丙試管可得到葡萄糖和淀粉 D.丁試管可得到乳糖 答案 B 解析 光合作用產(chǎn)生的O2來源于水的光解,甲試管中沒有H18O2,所以沒有18O2;乙試管中有C18O2和C5,可得到C3;丙試管不含ATP、[H],所以得不到葡萄糖和淀粉;乳糖一般是動物細胞內(nèi)合成的二糖。 3.(2018山東臨沂一模)下圖表示綠色植物光合作用的部分過程,圖中A~C表示相關物質(zhì)。下列有關分析錯誤的是(　　) A.圖中A為氧氣,可部分釋放到空氣中 B.圖中B為NADPH,外界CO2濃度升高時,B的含量暫時升高 C.該過程消耗的NADP+和C來自葉綠體基質(zhì) D.該過程將光能轉(zhuǎn)化為化學能儲存在B和ATP中 答案 B 解析 水的光解產(chǎn)物是氧氣和H+,若光合作用強度大于呼吸作用強度,氧氣會部分釋放到空氣中。圖中B是在NADP+、H+和電子參與下形成的,為NADPH;當外界CO2濃度升高時,暗反應中生成的三碳化合物增多,則消耗的NADPH增多,導致NADPH的含量暫時降低。ATP合成酶利用質(zhì)子梯度由ADP和Pi合成ATP,所以C為ADP;光反應過程消耗的NADP+和ADP來自葉綠體基質(zhì)。光合作用的光反應將光能轉(zhuǎn)化成化學能儲存在NADPH和ATP中。 4.某植物葉片上的氣孔白天處于關閉狀態(tài),晚上開放。下圖表示該植物固定和還原CO2的過程,據(jù)圖分析回答下列問題。 (1)圖中的A、B代表的物質(zhì)分別是　　　　　　　、　　　　　　　;C物質(zhì)產(chǎn)生的場所是　　　　　　　　。 (2)植物夜晚能吸收CO2,卻不能合成(CH2O),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。白天這類植物進行光合作用所需的CO2還可以由　　　　　　　產(chǎn)生,與此相關的細胞器是　　　　　。 (3)該植物和一般植物光合作用固定CO2不同的特點是　　　　　　　　　　　　　　,根據(jù)這類植物氣孔開閉及與之相適應的光合作用特點,推測此類植物最可能的生活環(huán)境是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案 (1)C5　C3　類囊體薄膜 (2)光反應不能正常進行,無法為暗反應提供所需的ATP和[H]　有氧呼吸　線粒體 (3)CO2首先被固定為C4　干旱(或沙漠)地區(qū) 解析 (1)圖示為光合作用的暗反應,暗反應發(fā)生的場所是葉綠體基質(zhì),該過程的物質(zhì)變化為CO2的固定和C3的還原,其中C3還原需要光反應提供[H]和ATP,此外還需要多種酶的參與,光反應發(fā)生的場所是類囊體的薄膜。所以A是C5,B是C3,C是[H]。(2)光反應必須在有光條件下才能進行,暗反應在有光、無光的條件下均能進行。晚上不能進行光反應,不能產(chǎn)生ATP和[H],所以不能合成(CH2O)。白天該植物葉片的氣孔關閉,進行光合作用所需的CO2主要由儲存的C4轉(zhuǎn)化而來和線粒體的有氧呼吸提供。(3)該植物白天葉片氣孔關閉,夜間開放,與外界環(huán)境形成高度的適應,可推測此植物最可能生活在干旱的地區(qū)。 5.藍色氧化劑DCPIP被還原后變成無色。某興趣小組探究了水溶性物質(zhì)M對光反應的影響,實驗過程及結(jié)果如下表所示,請分析回答問題。 組 別 實驗操作 藍色 消失 時間min 葉綠 體懸 浮液mL 試劑1 試劑2 光照 強度 CO2 甲 5 質(zhì)量分 數(shù)為 0.1%的 DCPIP 溶液 5~6滴 細胞等滲溶液配制的M溶液(1 mmol/L)2 mL 3 klx 未 通 入 30 乙 5 Y 60 丙 5 細胞等滲溶液配制的M溶液(1 mmol/L)2 mL 1 klx 65 丁 5 Y 120 (1)分離細胞中葉綠體的常用方法是　　　　　　　　。實驗乙、丁中Y為　　　　　　　　　　　,用細胞等滲溶液取代清水配制M溶液的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)DCPIP藍色消失是因為光反應產(chǎn)生了　　　　　。實驗中觀察到有氣泡產(chǎn)生,相關氣體產(chǎn)生的具體部位是　　　　　　　　　。因未通入CO2,暗反應不能為光反應提供　　　　　　,所以氣泡不能持續(xù)產(chǎn)生。 (3)本實驗的結(jié)論: ①　; ②　。 答案 (1)差速離心法　細胞等滲溶液2 mL　細胞等滲溶液能維持葉綠體的形態(tài) (2)[H]　類囊體薄膜　ADP和Pi (3)①物質(zhì)M能促進光反應?、谝欢ǚ秶鷥?nèi),光照強度增大,光反應加快 解析 (1)分離細胞器一般用差速離心法;葉綠體離開細胞后需放在細胞等滲溶液中才能維持正常形態(tài),因而Y為細胞等滲溶液,配制M溶液應用細胞等滲溶液。(2)藍色氧化劑DCPIP被還原后變成無色,光反應的產(chǎn)物中有[H],[H]與DCPIP反應使之被還原變成無色;實驗中觀察到有氣泡產(chǎn)生,該氣體是O2,產(chǎn)生的部位是光反應階段的場所,即類囊體薄膜;因未通入CO2,暗反應階段無法進行,也不能為光反應階段提供ADP和Pi,因此氣泡不能持續(xù)產(chǎn)生。(3)甲組和乙組對照、丙組和丁組對照說明物質(zhì)M能促進光反應產(chǎn)生更多的[H],使DCPIP褪色更快;甲組和丙組對照,乙組和丁組對照說明一定范圍內(nèi),光照強度增大能促進光反應產(chǎn)生更多的[H],使DCPIP褪色更快。