备战高考生物大题精做02 光合作用新高考专用解析版.docx

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备战高考生物大题精做02光合作用新高考专用解析版

精做02光合作用

1．人们对光合作用的认识经历了漫长的探索历程。

回答下列关于光合产物O2中氧的来源的问题。

（1）20世纪30年代，凡涅尔比较了不同生物的光合作用过程，发现它们有共同之处，例如：

绿色植物CO2+2H2O→（CH2O）+O2+H2O

紫硫细菌CO2+2H2S→（CH2O）+2S↓+H2O

红细菌C2+2H2→（CH2O）+H2O

依据紫硫细菌__________________，可推测绿色植物光合作用产生的O2中氧的来源。

（2）1939年希尔（R·Hill）将分离出来的叶绿体放入草酸铁盐溶液中，经过光照后放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+，希尔的实验证明了________________；而且这一发现将光合作用区分为两个阶段：

__________________。

（3）20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门利用_______________（方法）研究了上述问题，实验设计思路是_______________________（利用小球藻进行实验）。

【答案】光合作用产生的硫来自原料H2S光合作用产生的氧气来自水光反应阶段和暗反应阶段同位素标记法将同种等量小球藻均分为两组，一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2，其他条件相同且适宜，测定相同时间内两组实验释放O2的质量

【解析】

（1）绿色植物光合作用和紫硫细菌光合作用的原料区别是H2O和H2S，而绿色植物能产生氧气，紫硫细菌却产生了硫，所以可依据紫硫细菌光合作用产生的硫来自原料H2S，可推测绿色植物光合作用产生的O2中氧的来源。

（2）1939年希尔（R·Hill）将分离出来的叶绿体放入草酸铁盐溶液中，经过光照后放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+，该实验证明了光合作用产生的氧气来自水；而且这一发现将光合作用根据是否需要光将其分为光反应和暗反应两个阶段。

（3）鲁宾和卡门利用同位素标记法研究了光合作用中氧气的来源，实验设计思路是将同种等量小球藻均分为两组，一组提供H2O和C18O2，另一组提供H218O和CO2，其他条件相同且适宜，测定相同时间内两组实验释放O2的质量。

2．如图是研究人员通过实验得出的温度对草莓光合作用的影响（以测定的放氧速率为指标）。

据图分析回答：

（1）由图可知，适合草莓生长的最适温度是________。

该温度________（填“是”或“不是”或“不一定是”）草莓光合作用的最适温度，原因是_______________________________________。

（2）若向密闭空间内加入18O标记的O2，可在草莓叶肉细胞中检测到有18O的CO2，请写出18O最短的转移途径_______________________（用文字和箭头表示，并注明具体反应阶段）。

（3）实践表明，种植密度过大，草莓单株光合作用强度会下降，限制草莓单株光合作用强度的主要外界因素有________等。

【答案】35℃不一定是因为实际光合速率=净光合速率+呼吸速率，35℃条件下净光合速率最大，但没有测定该温度下的呼吸速率，所以无法确定实际（真正）光合速率的大小，也就不能确定是否是光合作用最适温度

光照强度和CO2浓度

【解析】

（1）由图中曲线变化分析可知，35℃为该净光合速率的最适温度，也是草莓生长的最适温度；但该温度不一定代表了光合作用的最适温度，因为实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。

35℃条件下净光合速率最大，但没有测定该温度下的呼吸速率，所以无法确定实际（真正）光合速率的大小，也就不能确定是否是光合作用最适温度。

（2）若向密闭空间内加入18O标记的O2，在有氧呼吸第三阶段，18O2与[H]结合产生H218O，在有氧呼吸第二阶段，H218O和丙酮酸分解成C18O2，即18O最短的转移途径为：

。

（3）实践表明，种植密度过大，单株间相互影响增大，这些影响主要体现在：

①相互遮挡影响光照强度；②影响空气流通进而影响光合作用时CO2浓度供应。

所以种植密度过大，草莓单株光合作用强度会下降，限制草莓单株光合作用强度的主要外界因素有光照强度和CO2浓度。

3．适宜温度下，科研人员在密闭玻璃容器内，对某小型植物的栽培条件进行研究，结果如下图（基质含水量为最大持水量的百分比），请回答相关问题：

光照强度μmol/（m2·s）

440

300

170

基质含水量

100%

76%

48%

100%

76%

48%

100%

76%

48%

干重（g）

42

68

46

51

76

56

38

46

40

（1）该实验研究了__________对该植物光合作用的影响，光强为300μmol/（m2·s）时，叶肉细胞内产生NADH的场所是____________________。

（2）在探究光照强度对光合作用影响的实验中，向基质中加入的碳酸氢钠溶液的浓度过高，导致植物光合作用速率下降的原因_______________________________。

（3）科研人员在适宜光照强度下，又陆续测定了基质含水量100%~48%范围内干重的变化，发现基质含水量76%时干重最大，则基质含水量76%__________（填“是”“不是”或“不一定是”）该植物制造有机物的最适基质含水量，原因是______________________________。

（4）在光照强度为440μmol/（m2·s）时，上午测得光合速率数值高于下午测得的数值，据此可推断叶片中光合产物的积累对光合速率有抑制作用（已知叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用）。

请以长出幼果的植株为实验材料，设计实验验证这一推断。

简要写出实验设计思路________________。

【答案】基质含水量，光照强度细胞质基质，线粒体基质该植物根部细胞细胞液的浓度低于外界溶液浓度、细胞失水，导致气孔开放程度减小，CO2吸收量减少，光合速率下降不一定是没有测定该基质含水量条件下，呼吸作用消耗的有机物量，无法确定该植物有机物制造量实验设计思路；取长势相似，幼果数量相同的植株均分成甲、乙两组；甲组进行摘果处理，乙组不做处理；在相同且适宜环境条件下，一段时间后，对两组植球叶片的光合速率进行测定和比较。

【解析】

（1）根据分析可知，该实验的自变量是基质含水量和光照强度因变量是植物的干重，所以该实验研究了基质含水量，光照强度对该植物光合作用的影响；

光强为300μmol/（m2·s）时，叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸，NADH是还原型辅酶Ⅰ，在细胞呼吸过程中产生，所以产生NADH的阶段是有氧呼吸第一阶段和有氧呼吸第二阶段，场所是细胞质基质、线粒体基质。

（2）在探究光照强度对光合作用影响的实验中，向基质中加入的碳酸氢钠溶液的浓度过高，该植物根部细胞细胞液的浓度低于外界溶液浓度、细胞失水，导致气孔开放程度减小，CO2吸收量减少，光合速率下降。

（3）科研人员在适宜光照强度下，又陆续测定了基质含水量100%~48%范围内干重的变化，发现基质含水量76%时干重最大，但基质含水量76%不一定是该植物制造有机物的最适基质含水量，因为干重是植物制造有机物的量减去细胞呼吸的消耗量，而该实验没有测定该基质含水量条件下，呼吸作用消耗的有机物量，无法确定该植物有机物制造量。

（4）本实验目的是验证叶片中光合产物的积累对光合速率有抑制作用，自变量是光合产物的有无，因变量是对光合速率的影响，故实验设计思路：

取长势相似，幼果数量相同的植株均分成甲、乙两组；甲组进行摘果处理，乙组不做处理；在相同且适宜环境条件下，一段时间后，对两组植球叶片的光合速率进行测定和比较。

4．在光合作用研究过程中，陆续发现以下事实：

事实1：

在人们对光合作用的认识达到一定程度时，以反应式6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2表示光合作用。

事实2：

1937年，植物生理学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中，制备成叶绿体悬浮液。

若在试管中加入适当的“电子受体”，给予叶绿体一定强度的光照，在没有CO2时就能放出O2，同时电子受体被还原。

希尔反应式是H2O+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O2

事实3：

在希尔反应的基础上，Amon又发现，处于光下的叶绿体在不供给CO2时，既能积累还原态电子受体也能积累ATP；若撤去光照，供给CO2，则还原态电子受体和ATP被消耗，并有有机物（CH2O）产生。

根据以上事实，回答下列相关问题。

（1）基于以上三个事实推测，光合作用反应式中的C6H12O6中的O可能来自_____。

（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中_____阶段的部分变化，该阶段中电子受体由氧化态变成还原态的____（填物质名称），希尔实验中配制叶绿体悬浮液时加入一定浓度的蔗糖溶液的目的是_____。

（3）Amon的实验说明（CH2O）的生成可以不需要光，但需要_____（不考虑水）。

（4）若向叶绿体悬浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2则短时间内ATP和[H]_____（填“会”或“不会”）出现积累，原因是____________。

【答案】CO2光反应[H]（或NADPH或还原性氢）形成等渗溶液，维持叶绿体的正常形态和功能CO2、ATP、[H]（或NADPH或还原性氢）不会[H]和ATP用于暗反应中C3的还原，故在提供了C3的前提下，[H]和ATP不断被利用，短时间内不会出现积累

【解析】

（1）根据事实2和事实3可知，植物在没有二氧化碳的条件下就能放出氧气，参考化学式可知，水中的O全部转化成了氧气中的O，则光合作用产物C6H12O6中的O来自CO2。

（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，电子受体由氧化态变为还原态的[H]，为维持叶绿体的正常形态和功能，需保持细胞液内外的渗透压平衡，即需要形成等渗溶液，故配制叶绿体悬浮液时应加入一定浓度的蔗糖溶液。

（3）由事实3可以推测暗反应的进行可以不需要光，但需要有光反应阶段的产物[H]和ATP以及外界提供的CO2。

（4）因光反应产物[H]和ATP可用于暗反应中C3的还原，故在提供了C3的前提下，[H]和ATP不断被利用，短时间内不会出现ATP和[H]的积累。

5．景天科植物具有独特的昼夜节律，在晚上植物体内苹果酸含量升高，糖分含量下降；白天则相反，酸度下降，糖分增多；相应的代谢途径被称为CAM途径，具有此类代谢途径的植物称为CAM植物。

图Ⅰ为一昼夜大叶落叶生根（一种CAM植物）CO2吸收速率变化情况，图2为相同时间段内该植物净光合速率的变化情况。

（1）据图推测，CAM植物的气孔在______________（填“白天”或“晚上”）开放，细胞中______________很可能是临时储存CO2的载体。

（2）研究发现，CAM植物细胞中的CO2最早被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定，生成草酰乙酸（OAA），再进一步被还原并大量积累于液泡中。

为保证CAM途径的持续进行，物质______________（填英文字母简称）应通过一定化学反应不断重新生成并释放到细胞质中。

该途径可通过_________________法追踪C元素的转移路径加以证实。

（3）分析图中信息推测，CAM途径是对_______________（填“干旱”或“湿润”）环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在___________________。

（4）假设昼夜温度不变，若要利用图2信息计算大叶落叶生根上午10时的实际光合速率，计算的思路是_____________________________。

【答案】晚上苹果酸PEP同位素标记干旱有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失将晚上的呼吸速率与上午10时的净光合速率相加即为上午10时的实际光合速率

【解析】

（1）据图推测，景天科植物白天几乎不吸收CO2，可见景天科植物白天气孔是关闭的，晚上气孔开放吸CO2，由于晚上吸收CO2，苹果酸含量上升，所以苹果酸很可能是临时储存CO2的载体。

（2）CAM植物细胞中的CO2最早被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）固定，生成草酰乙酸（OAA），再进一步被还原并大量积累于液泡中，导致细胞中PEP减少。

为保证CAM途径的持续进行，细胞中必须有PEP不断重新生成并释放到细胞质中，要追踪C元素的转移路径可以通过同位素标记法进行追踪证实。

（3）CAM白天气孔关闭晚上气孔开放，CAM生活的环境应为干旱的环境，白天关闭气孔能够有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失，同时晚上吸收储CO2可以维持白天的光合作用。

（4）如果昼夜温度不变，CAM一天中的呼吸速率不变，根据图2信息将晚上的呼吸速率与上午10时的净光合速率相加即为上午10时的实际光合速率。

6．科研人员以野生型拟南芥植株为材料进行了相关实验，其叶肉细胞渗透压、叶片ABA含量和气孔阻力（与气孔开闭程度有关，气孔全开时气孔阻力最小）之间的变化关系如图1所示，ABA调节气孔关闭与保卫细胞内K+浓度有关，其作用机制如图2所示。

（1）拟南芥叶肉细胞中光合色素分布在__________，作用是__________。

（2）据图分析可知，恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度，理由是____________________。

（3）由图2可知，当ABA与受体结合后，通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用，即__________，调节保卫细胞内K+浓度，使气孔维持关闭状态。

为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，研究者以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的____________________。

若____________________，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭，

（4）研究发现，在干旱条件下，ABA浓度与光合色素降解程度呈正相关，请以拟南芥ABA缺失突变体为材料，设计实验验证该结论，写出实验思路和预期结果（光合色素含量的测定方法不作要求）。

实验思路：

__________________________________________________；

预期结果：

___________________________________________________。

【答案】叶绿体类囊体薄膜上吸收、传递和转化光能ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，光合作用增强促进保卫细胞内Ca2+增加，促进K+外流，同时抑制K+内流气孔阻力（或气孔直径）实验组叶片的气孔阻力大于（或气孔直径小于）对照组（2分）实验思路：

取经过千旱处理的拟南芥ABA缺失突变体若千并分组编号，用不同浓度的ABA溶液处理，再置于相同且适宜条件下培养。

一段时间后测定各组叶片的光合色素含量预期结果：

随着ABA浓度的增大，拟南芥ABA缺失突变体中光合色素含量逐渐下降

【解析】

（1）拟南芥叶肉细胞中光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，作用是吸收、传递和转化光能。

（2）据图分析可知，恢复浇水后ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，光合作用增强，故恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度。

（3）由图2可知，当ABA与受体结合后，促进保卫细胞内Ca2+增加，促进K+外流，使气孔关闭状态，同时抑制K+内流，调节保卫细胞内K+浓度，使气孔维持关闭状态（抑制气孔开放），即通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用。

由于当ABA与受体结合后，使气孔维持关闭状态。

故为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因（ABA受体增多）的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养，自变量为ABA受体的多少，因变量的指标应为叶片的气孔阻力（或气孔直径）。

若实验组叶片的气孔阻力大于（或气孔直径小于）对照组，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。

（4）分析题意可知，该实验目的为验证在干旱条件下，ABA浓度与光合色素降解程度呈正相关，自变量为ABA浓度，因变量为光合色素含量，故实验思路为：

取经过干旱处理的拟南芥ABA缺失突变体若干并分组编号，用不同浓度的ABA溶液处理，再置于相同且适宜条件下培养。

一段时间后测定各组叶片的光合色素含量。

预期结果：

随着ABA浓度的增大，拟南芥ABA缺失突变体中光合色素含量逐渐下降。

7．夏季研究人员用图1装置探究黑藻的光合速率在24h内的变化情况，其中长方体容器被滑板P（可以左右自由滑动）分成左右互不相通的两部分；实验结果如图2所示（S1、S2、S3表示相应图形面积）。

分析回答下列问题（不考虑温度对呼吸作用的影响）：

（1）影响图1中黑藻光合速率的主要环境因素有_______;实验过程中应____（填“打开”或“关闭”）图甲装置的阀门K，NaHCO3缓冲液的作用是_______________。

（2）图2中表示叶绿体吸收CO2的区段是________________（用字母表示）。

一昼夜中有机物积累量为____________（用S所代表的面积表示）。

（3）图2中，f点时黑藻产生[H]的结构（部位）有____________；bd段和gh段都呈下降趋势，请分析主要原因：

______________________________。

【答案】光照强度、温度打开提供CO2且维持其浓度不变ad和ehS1+S3-S2类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体基质bd段下降是光照强度下降导致光合速率下降；gh段下降主要是温度高，影响有关酶的活性，导致光合速率下降

【解析】

（1）影响光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和二氧化碳浓度等，图1装置中CO2浓度应基本保持稳定，所以温度、光照强度的不同会引起光合作用强度的改变；实验过程中应打开图1装置的阀门K；NaHCO3的作用是提供CO2且维持其浓度不变。

（2）当叶绿体吸收CO2时，说明植物体进行光合作用，图2中ad和eh段有光照，有光合作用，所以图2中ad和eh段叶绿体吸收CO2；图2中S1+S3可以表示白天有机物的积累量，S2可以表示夜间有机物的消耗量，所以一昼夜有机物的积累量为S1+S3-S2。

（3）图2中，f点同时进行光合作用和呼吸作用，因此产生[H]的结构（部位）有类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体基质；bd段下降是光照强度下降，导致光合速率下降；gh段下降主要是温度升高，影响与光合作用有关酶的活性，导致光合速率下降。

8．甲图是大麦幼根的呼吸作用图，乙图为大麦的光合和呼吸作用图。

请回答：

（1）甲图中E表示___________，阴影部分表示______________，若AB=BC，则A点大麦幼根有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为___________。

（2）如果把甲图中大麦幼根换成小鼠，请在图中画出小鼠呼吸作用释放的CO2量与O2浓度之间的关系曲线_______。

（请标出横纵坐标的生物学意义等关键信息）

（3）乙图中A表示___________，乙图植物有机物积累量最大时对应的最低温度约为_____℃，光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物2倍的点是___________，图中光合作用单位时间内固定的CO2最大量为___________。

（4）某同学以新鲜的绿色植物叶片为材料，探究环境条件对细胞呼吸速率的影响，请帮助他提出一个探究课题__________________________。

需特别注意的是，该实验必须在___________条件下进行。

【答案】在此氧气浓度下，大麦幼根只进行需氧呼吸无氧呼吸产生的二氧化碳1∶3

在此温度下，植物的光合作用强度等于呼吸作用强度（植物光合作用积累的有机物为0）10C和E60探究温度（O2浓度CO2浓度）对细胞呼吸速率的影响遮光（黑暗）

【解析

】

（1）甲图中E为氧气的吸收量和二氧化碳的释放量相等的点，此时意味着只有有氧呼吸，即E点为无氧呼吸消失点，由于氧气吸收量曲线可以表示有氧呼吸释放的二氧化碳量，因此两条曲线的差值，即图中阴影部分的面积表示无氧呼吸产生的二氧化碳，若AB=BC，则表示在该氧气浓度条件下，有氧呼吸和无氧呼吸释放的二氧化碳量相等，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，此时A点大麦幼根有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖之比为1∶3。

（2）如果把甲图中大麦幼根换成小鼠，由于小鼠无氧呼吸的产物是乳酸，即无二氧化碳生成，因此，若将材料改为小鼠呼吸作用释放的CO2量与O2浓度之间的关系曲线，则只能表示出氧气浓度的变化对有氧呼吸产生的二氧化碳量的影响曲线，即为下图结果：

（3）乙图中A表示从空气中吸收的二氧化碳为0，说明A点对应的温度条件下光合作用速率与呼吸作用速率相等，即此时净光合速率为0，乙图中从空气中吸收的二氧化碳量的变化曲线表示植物的净光合速率，图中D点时，植物有机物积累量达到最大，而且该点对应的温度最低，约10℃，光合作用制造的有机物指的是总光合速率，由于总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，因此光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物2倍的点即为净光合速率的变化曲线与呼吸速率变化曲线的交点，即图中的C和E两点，图中光合作用单位时间内固定的CO2最大量即为总光合速率的最大量，即图中的E点，此时总光合速率为30+30=60。

（4）本实验的目的是探究环境条件对细胞呼吸速率的影响，显然实验的自变量是环境条件的变化，这里的环境条件可以是氧气浓度的变化，也可以是温度的变化等，因此选择的课题可以是探究温度（O2浓度CO2浓度）对细胞呼吸速率的影响；因变量是细胞呼吸速率的变化，由于本实验的材料选择的是绿叶，为了避免光合作用对呼吸速率的影响，该实验必须要在黑暗条件下进行，实验设计的思路为，在黑暗（遮光）条件下，改变环境条件（O2浓度CO2浓度），然后分别测得细胞呼吸速率，根据测得的数据进行分析得出结论。

9．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，在其它条件适宜时，测得叶片的光合速率（CO2µmol·m-2·s-1）变化如下图。

据图回答下列问题：

（1）光照时，植物叶肉细胞中色素的作用是__________，这个过程发生在__________（场所）。

（2）在频闪的黑暗阶段，该植物能合成有机物，这表明光合作用过程中有些反应可以在黑暗条件下进行，这些反应包括__________。

（3）闪光频率较低时，随着闪光频率的增加，黑暗阶段的光合速率______。

当闪光频率大于1Hz后，光照条件下的光合速率和黑暗条件下的光合速率相等，表明此时光照条件下产生的__________能完全满足___________。

【答案】吸收、传递和转化光能叶绿体的类囊体膜上CO2的固定和C3化合物的还原增大ATP、[H]黑暗条件下暗反应对ATP和[H]的需求

【解析】

（1）植物叶肉细胞内叶绿体的类囊体薄膜上含有光合色素，在光照条件下能吸收、传递和转化光能。

（2）光合作用暗反应的过程包括CO2的固定和C3化合物的还原，能够在黑暗条件下进行。

（3）由图示可知，闪光频率较低时，随着闪光频率的增加，黑暗阶段的光合速率逐渐增大，当闪光频率大于1Hz后，光照条件下的光合速率和黑暗条件下的光合速率相等，表明此时光照条件下产生的ATP、[H]能完全满足黑暗条件下暗反应对ATP和[H]的需求。

10．土壤类型和氮肥的施用量均会影响蚕豆的产量。

通过适当的措施减少氮肥的施用量，同时保证蚕豆高产是蚕豆种植业可持续发展的关键。

对此科研人员进行了相关实验，实验中涉及的其它条件相同且适宜，结果如图。

请回答下列问题：

（1）适当增施氮肥能促进蚕豆增产的原因是_________