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专题5

专题5　光合作用

光合作用的场所——叶绿体

1.（2011年江苏卷）某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。

将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下）,与正常叶片相比,实验结果是（　　）

A.光吸收差异显著,色素带缺第2条

B.光吸收差异不显著,色素带缺第2条

C.光吸收差异显著,色素带缺第3条

D.光吸收差异不显著,色素带缺第3条

解析:

在色素提取和分离实验中,色素带在滤纸条上的分布从上至下依次为:

胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,而叶黄素缺失突变体中叶黄素缺失,色素带缺第2条,叶黄素主要吸收蓝紫色,红光的吸收不受影响,故选B。

答案:

B。

2.（2010年海南卷）下列关于叶绿体的描述,错误的是（　　）

A.基粒由类囊体堆叠而成

B.叶绿体被膜由双层膜组成

C.暗反应发生在类囊体膜上

D.类囊体膜上具有叶绿素和酶

解析:

许多类囊体像圆盘一样叠在一起构成叶绿体的基粒,A对;叶绿体为双层膜结构,B对;光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行,其上具有与光合作用相关的色素和酶,而光合作用的暗反应在叶绿体的基质中进行,C错D对。

答案:

C。

3.（2010年海南卷）某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品,经测定得到下列吸收光谱图,其中属于叶绿素b的是（　　）

解析:

叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光;胡萝卜素和叶黄素主要吸收的是蓝紫光。

红光的波长范围是605~700nm,蓝光的波长范围是450~480nm,紫光的波长范围是400~435nm。

A项中,吸收高峰450nm和650nm。

450nm介于450~480nm范围内,属蓝光;650nm介于605~700nm范围内,属红光,A对。

B项中,吸收高峰440nm和480nm。

440nm和480nm介于450~480nm内,所以B中的吸收高峰只涉及蓝光;故B不是。

同理可推断C、D也不是。

答案:

A。

4.（2009年安徽理综卷）叶绿体是植物进行光合作用的场所。

下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是（　　）

A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内

B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中

C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上

D.光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的

解析:

叶绿体中的色素主要分布在类囊体膜上,A错;H2O在光下分解发生在光反应阶段,场所是类囊体膜,B错;CO2的固定和淀粉的合成发生在暗反应中,在叶绿体的基质中进行,C错D对。

答案:

D。

5.（2011年广东理综卷）中国的饮食研究“色香味”,颜色会影响消费,小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。

Ⅰ.提取叶绿素

绿色叶片

提取液

过滤液

浓缩液

叶绿素粗产品

Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响

取一些叶绿素产品,配成一定浓度的溶液,于室温（约25℃）下进行实验,方法和结构如下表。

实验组号

叶绿素溶

液（mL）

调pH至

处理时间

（min）

溶液颜色

①

3.0

绿色

②

3.0

7.0

绿色

③

3.0

6.0

黄绿色

④

3.0

5.0

黄褐色

注:

叶绿素被破坏后变成黄褐色。

根据所学知识和实验结果,请回答:

（1）提取食用叶绿素的X应该为　　　　,原因是　

　。

（2）表中Y应该为　　　　,原因是　。

（3）若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于　　　　的食品,否则　。

（4）小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素,请你提供检测方法并写出主要步骤。

解析:

本题考查绿叶中色素的提取与分离实验及其应用。

（1）提取叶绿素时应加入二氧化硅和碳酸钙,其中二氧化硅的作用是使研磨充分。

（2）由②③④组可知pH的梯度为1.0,因此①组的pH应为8.0。

（3）由实验结果可知,pH小于6.0时,叶绿素明显被破坏,因此天然叶绿素色素不适用于酸性食品。

（4）利用纸层析法,根据滤纸条上除叶绿素条带外是否还有其他条带可判断叶绿素粗产品中是否含其他色素。

答案:

（1）二氧化硅（SiO2）　加入二氧化硅可使研磨更加充分

（2）8.0　以1.0为pH梯度进行实验,①②③④组间形成梯度

（3）pH小于6.0　叶绿素会被破坏

（4）纸层析法　步骤:

①制备滤纸条并将其一端剪去两角,在距该端1cm处用铅笔画一条细的横线。

②用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀画一条细线。

待滤液干后,再画一二次。

③将滤纸条放置到加有层析液的培养皿中进行层析。

④观察色素带的条数。

6.（2010年全国理综卷Ⅱ）请回答下列问题:

（1）氮、磷、镁3种元素中,构成生命活动所需直接能源物质的元素是　　　　,构成细胞膜的元素是　　　　。

（2）缺镁时植物叶片发黄,其原因是

　。

（3）在提取叶绿体色素的过程中,研磨叶片时通常需加少量二氧化硅、碳酸钙及适量丙酮。

二氧化硅的作用是

　;

碳酸钙的作用是　;

丙酮的作用是　。

解析:

本题主要考查组成细胞的元素及化合物,叶绿体中的色素的提取及功能。

生物体生命活动的直接能源物质是ATP,其组成元素为C、H、O、N、P,构成细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质,组成元素包括C、H、O、N、P等,两者都不含Mg;Mg是叶绿素的组成元素,缺镁时,叶绿素不能合成,导致植物叶片发黄。

答案:

（1）氮、磷　氮、磷

（2）镁是叶绿素的组成成分,缺镁导致叶绿素合成受阻（其他合理答案也可）

（3）有助于磨碎植物细胞　防止研磨过程中叶绿体色素被破坏　色素的提取溶剂（其他合理答案也可）

7.（2010年江苏卷）不同生态环境对植物光合速率会产生影响。

某课题组测定生长于A地（平原）和B地（山区）银杏叶片不同时间的光合速率,结果如图。

（1）植物中叶绿素通常和蛋白质结合成为结合型叶绿素。

在某些环境因素影响下,部分结合型叶绿素与蛋白质分离,成为游离型叶绿素。

A、B两地银杏叶片中叶绿素含量测定结果见下表:

采样日期

（月

日）

A地银杏叶绿素

含量（mg/g）

B地银杏叶绿素

含量（mg/g）

总量

游离型

结合型

总量

游离型

结合型

2.34

0.11

2.23

2.43

0.21

2.22

2.30

0.12

2.18

2.36

0.29

2.07

1.92

0.21

1.71

2.11

0.58

1.53

1.58

0.29

1.29

1.75

0.81

0.94

1.21

0.41

0.80

1.44

1.05

0.39

①请完成总叶绿素含量与采样日期关系的二维曲线图。

②从表中数据分析,导致银杏叶片光合速率下降的主要原因是　。

（2）为提取银杏叶片中的叶绿素,研磨前在研钵中除加入剪碎的叶片外,还应加入　。

经快速研磨、过滤,将滤液收集到试管中,塞上橡皮塞;将试管置于适当的光照下2~3min后,试管内的氧含量　　　　。

（3）a、b是7月1日和10月1日B地银杏叶绿体亚显微结构典型照片,推测　　　　（填字母）是10月1日的叶绿体照片,理由是　。

解析:

（1）根据表中数据（A、B两地银杏叶绿素含量）和时间绘制二维曲线图;随着时间的变化,光合速率下降,由表中数据知是结合型叶绿素含量降低所致。

（2）提取叶片中的叶绿素,研磨前应将叶片剪碎,再加入酒精（或丙酮）、碳酸钙（防止色素被破坏）、二氧化硅（研磨的充分）;叶绿体中进行水光解的场所是类囊体薄膜,色素提取出来后,已失去了进行水光解的条件（如无酶）,所以光照后并不会使O2含量增加。

（3）由图可知,a图的叶绿体中的类囊体膜已很不规则,显然是遭到了破坏,而10月1日的光合速率明显低于7月1日,所以a图是10月1日的叶绿体照片。

答案:

（1）①

②结合型叶绿素含量降低

（2）酒精（丙酮）、碳酸钙、石英砂（二氧化硅）　基本不变

（3）a　10月1日的光合速率低,a中叶绿体类囊体膜结构破坏

命题剖析

考向扫描

常以选择题的形式对叶绿体的结构和功能进行综合性考查

通常结合图示“光合色素对不同频率的光的吸收”考查学生的识图能力

命题动向

根据结构和功能相适应的特点,将叶绿体中色素的种类、吸收光谱及色素提取实验与光合作用原理及应用相结合进行考查将是今后命题的方向。

光合作用的基本过程

1.（2011年浙江理综卷）下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是（　　）

A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生

B.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变

C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短

D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成暗反应

解析:

本题考查光合作用的过程及影响因素。

O2是光反应的产物,光反应发生在叶绿体类囊体膜上,故破坏叶绿体外膜后不影响O2产生,A项错误。

植物生长过程中,叶片颜色经历一系列变化,表明该过程中各种色素的含量和比例不断变化,B项错误。

光照时间不影响光合速率,与夏季相比,冬季温度低、光照弱,因而光合速率低,C项错误。

叶绿体基质是暗反应的场所,其中含有相关的酶系与五碳糖等,因此在补充CO2和光反应产物ATP、NADPH后可完成暗反应,D项正确。

答案:

D。

2.（2010年天津理综卷）在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是（　　）

①叶绿体基质　②类囊体薄膜　③线粒体基质　④线粒体内膜

A.①③B.②③C.①④D.②④

解析:

CO2的固定是指C5和CO2反应形成C3的过程,它发生在光合作用的暗反应阶段,是在叶绿体基质中进行的,①对;CO2生成发生在有氧呼吸的第二阶段,即丙酮酸在水的参与下分解成CO2和[H]并生成少量ATP的过程,此过程发生在线粒体基质中,③对。

答案:

A。

点评:

本题以CO2的固定和产生场所为题材,考查光合作用、呼吸作用过程中的物质变化及场所。

快速、正确解答本题关键是识记:

（1）光合作用暗反应中CO2的固定发生在叶绿体基质中;

（2）有氧呼吸第二阶段丙酮酸分解成CO2和[H]发生在线粒体基质中。

3.（2010年海南卷）光反应为暗反应提供的物质是（　　）

A.[H]和H2OB.[H]和ATP

C.ATP和CO2D.H2O和CO2

解析:

光合作用的光反应包括水的光解和ATP的合成,光反应阶段所产生的[H]和ATP用于暗反应中C3的还原,B对。

H2O、CO2不是光反应的产物,故A、C、D三项错误。

答案:

B。

4.（2009年海南卷）在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是（　　）

A.C3和C5都迅速减少

B.C3和C5都迅速增加

C.C3迅速增加,C5迅速减少

D.C3迅速减少,C5迅速增加

解析:

正常进行光合作用的植物突然停止光照时,供给C3还原的[H]和ATP减少,使还原减弱,生成的C5和消耗的C3减少,而固定在短时间内正常进行,消耗C5生成C3,从而使叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。

答案:

C。

5.（2009年宁夏卷）请回答与光合作用有关的问题:

（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如图所示。

据图回答:

①强光下上述三种植物固定CO2能力最强的植物是　　　　。

②乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是　　　　　（a、b、c、d）。

③当光照强度从a到b时,　　　　植物光合作用强度增加得最快。

（2）植物光合作用产生的O2来自H2O,还是来自CO2?

请写出简单实验思路证明你的结论。

解析:

光照强度可以影响植物光合作用强度,当光照强度为d时,比较三种植物可知,甲的光合作用强度最大,固定的CO2最多。

根据图中曲线知,当光照强度达到c后,再增加光照强度,乙植物的光合作用强度不再增加,因此乙植物达到最大光合作用所需的最低光照强度为c。

当光照强度从a到b时,甲曲线的斜率最大,甲植物光合作用强度增加最快。

植物光合作用产生的O2来自H2O,可用同位素标记法进行验证。

答案:

（1）①甲　②c　③甲

（2）来自于H2O。

分别将C18O2和

O提供给两组相同植物,分析两组植物光合作用释放的氧气,18O2仅在标记

O组植物中产生,即可证明上述结论。

命题剖析

考向扫描

结合光合作用的物质变化考查光反应和暗反应的区别和联系

通过光合作用与呼吸作用的物质变化,综合考查光合作用与呼吸作用的过程与场所

命题动向

光合作用知识是高考命题的重点和热点,试题综合性强,考查形式灵活多变,简答题、图表题、实验探究题等都是本部分内容的命题趋势特点。

影响光合作用强度的因素

1.（2011年新课标全国理综卷）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是（　　）

A.光反应强度升高,暗反应强度降低

B.光反应强度降低,暗反应强度降低

C.光反应强度不变,暗反应强度降低

D.光反应强度降低,暗反应强度不变

解析:

镁是叶绿素的组成成分之一,缺镁将影响叶绿素的合成,故光反应强度降低;又因为光反应为暗反应提供[H]和ATP,故光反应强度降低将导致暗反应强度随之降低。

答案:

B。

点评:

学生应将光反应与暗反应视为统一整体,深刻理解光反应与暗反应互相联系、互相制约的关系。

2.（2011年福建理综卷）如图是夏季晴朗的白天,玉米和花生净光合速率（单位时间、单位叶面积吸收CO2的量）的变化曲线,下列叙述错误的是（　　）

A.在9:

30~11:

00之间,花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓

B.在11:

00~12:

30之间,花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多

C.在17:

00时,玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同

D.在18:

30时,玉米既能进行光反应,也能进行暗反应

解析:

据图在11:

00~12:

30之间,花生的净光合速率呈上升趋势,但仍比玉米净光合速率低,所以花生的单位叶面积有机物积累量比玉米少,故B错。

答案:

B。

3.（2010年四川理综卷）有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究,结果如下表（净光合速率以CO2的吸收速率表示,其他条件适宜且相对恒定）。

下列相关分析,不正确的是（　　）

光强

（mmol光子/m2·s）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

龙眼

光能利用率（%）

2.30

2.20

2.00

1.80

1.60

1.50

1.40

1.30

1.20

净光合速率

（μmolCO2/m2·s）

-0.60

2.50

5.10

6.55

7.45

7.90

8.20

8.50

芒果

光能利用率（%）

1.20

1.05

0.90

0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

净光合速率

（μmolCO2/m2·s）

-2.10

1.10

3.70

5.40

6.50

7.25

7.60

A.光强大于0.1mmol光子/m2·s,随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减少

B.光强小于0.5mmol光子/m2·s,限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量

C.光强大于0.7mmol光子/m2·s,限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度

D.龙眼的最大光能利用率大于芒果,但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果

解析:

分析表中数据可知,当光强大于0.1mmol光子/m2·s时,龙眼的光能利用率逐渐减少,芒果的光能利用率也逐渐减少;当光强小于0.5mmol光子/m2·s时,龙眼、芒果的净光合速率均随着光强的降低而降低,因而限制净光合速率的主要因素应为光照强度;当光强大于0.7mmol光子/m2·s时,龙眼、芒果的净光合速率不再随着光强的增加而增加,此时温度适宜,因而限制净光合速率的主要因素应为CO2浓度;龙眼的最大光能利用率2.30%>芒果的最大光能利用率1.20%,龙眼的最大总光合速率（2.50+0.60=3.10）<芒果最大总光合速率（1.10+2.10=3.20）。

答案:

B。

点评:

解答本题的关键突破口是:

（1）题干有效信息提取——“其他条件适宜且相对恒定”,并明确此信息的含义;

（2）结合图表明确真正光合作用（CO2的利用量）=净光合作用（CO2的吸收量）+呼吸作用（CO2释放量）;（3）图表处理时首先要明确横栏、纵栏的意义,其次发掘每一栏的变化规律,注意多比较不同。

4.（2009年四川理综卷）大气中CO2浓度升高引起的温室效应,可能改变土壤水分状况和矿质元素含量。

为探究有关生态因子的变化对植物的影响,有人用同一环境中生长的两种植物,在温度、光照和水分等适宜条件下做了模拟实验,测得数据如表。

下列相关分析,不正确的是（　　）

项目

物种

355μmol·mol-1的CO2

539μmol·mol-1的CO2

不施

磷肥

施磷肥/20kg

·hm-2·a-1

不施

磷肥

施磷肥/20kg

·hm-2·a-1

净光合速率

/μmol·m-2·s-1

欧洲蕨

2.18

3.74

3.62

5.81

石楠

1.37

6.76

5.43

15.62

蒸腾比率

/μmol·mol-1

欧洲蕨

1.40

2.37

2.22

3.86

石楠

0.25

0.66

0.71

2.10

*蒸腾比率:

植物消耗1摩尔水,通过光合作用固定的CO2微摩尔数。

A.CO2浓度升高和施磷肥都能促进两种植物的光合作用,施磷肥的效果更明显

B.两种CO2浓度下,施磷肥对石楠光合作用的促进作用都大于欧洲蕨

C.由实验结果可推测,干旱对欧洲蕨光合作用的影响大于石楠

D.两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355μmol·mol-1

解析:

由表中数据可以看出:

在其他条件相同的情况下,539μmol·mol-1的CO2比355μmol·mol-1的CO2条件下的净光合速率高,施磷肥比不施磷肥净光合速率高,且施磷肥比不施磷肥净光合速率的增加值大于CO2浓度升高净光合速率的增加值,A正确;6.76-1.37=5.39,3.74-2.18=1.56,5.39>1.56;15.62-5.43=10.19,5.81-3.62=2.19,10.19>2.19,B正确;植物消耗等量的水,通过光合作用固定的CO2越多,越适合在干旱环境下生存,由表中数据看出,欧洲蕨更适应干旱环境,C错误;两种植物在539μmol·mol-1的CO2浓度下比在355μmol·mol-1的CO2浓度下净光合速率高,即两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355μmol·mol-1,D正确。

答案:

C。

5.（2011年安徽理综卷）保水剂是一类高分子聚合物,可提高土壤持水能力及水肥利用率。

某生物兴趣小组为探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”,进行了以下实验:

材料用具:

相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干、保水剂、氮肥等。

方法步骤:

①选取长势一致的小麦幼苗若干,平均分为A、B、C三组,分别施用适量的保水剂（60kg·hm-2）、氮肥（225kg·hm-2）、保水剂（60kg·hm-2）+氮肥（225kg·hm-2）置于相同的轻度干旱条件下培养,其他培养条件相同且适宜。

②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午,于10:

00~11:

00从每组选取相同数量的叶片,进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定,结果（均值）如下表:

组号

CO2吸收量

/μmol·m-2·s-1

叶绿素含量/mg·g-1

10.66

3.07

13.04

3.02

15.91

3.05

实验结论:

适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。

（1）请指出上述方法步骤中的缺陷并改正:

步骤①:

　;

步骤②:

　。

（2）如不考虑方法步骤中的缺陷,从影响光合作用的内在因素分析,保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是

　。

（3）实验测得的CO2吸收量　　　　（大于、等于、小于）光合作用过程中CO2实际消耗量,理由是　。

光合作用强度可通过测定CO2吸收量,也可以通过测定　　　　释放量。

解析:

本题考查影响光合作用的因素及相关的实验探究。

（1）实验设计应遵循对照原则、单一变量原则等。

对照原则体现在分组设置中,本实验给出的三组均为实验组,应再增设一空白对照组。

单一变量原则体现在无关变量的控制中,植株不同位置的叶片生理状态不同,光合速率及叶绿素含量不同,故应选取相同部位相同数量的叶片。

（2）影响光合作用的内因主要包括:

色素的种类及含量、酶的含量及活性。

从实验结果可知,三组中叶片叶绿素含量基本相同,故保水剂与氮肥的施用最可能是提高了酶的含量及活性。

（3）实验测得的CO2吸收量表示净光合作用强度,即实际光合作用强度与呼吸强度的差值,故实验测量的CO2吸收量小于光合作用中CO2实际消耗量。

光合作用强度可以用CO2吸收量、O2释放量和有机物积累量作为指标。

答案:

（1）步骤①:

没有对照组,应另设一组不施保水剂和氮肥作为对照组

步骤②:

取材方法不科学,选取的叶片还应取自植株的相同部位

（2）提高了光合作用有关酶的含量与活性

（3）小于　实验测得的CO2吸收量是光合作用过程中CO2实际消耗量与呼吸作用CO2释放量之差　O2

点评:

本题以实验为载体,考查实验设计、分析能力。

解答本题需正确理解实验设计的基本原则并加以运用。

6.（2011年新课标全国理综卷）在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。

回答问题:

（1）图中物质A是　　　　（C3化合物、C5化合物）。

（2）在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是　;

将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是　。

（3）若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的　　　　（低、高）。

（4）CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的　　　　（高、低）,其原因是　。

解析:

本题考查光合作用过程中C3和C5化合物的变化及影响光合速率的相关因素。

（1）当CO2浓度由1%突然降为0.003%时,C3化合物还原生成C5化合物继续进行,但是CO2固定速率减慢,使得C5化合物含量上升,因此物质B为C5化合物,同样可分析,C3化合物生成C5化合物的过程继续进行,但CO2固定生成C3化合物的过程减弱,故C3化合物含量下降,因此物质A应为C3化合物。

（2）在CO2浓度为1%的环境中,C3化合物和C5化合物的含量最后处于平衡状态,据暗反应的循环图解

可知C3化合物的分子数是C5化合物的2倍。

（3）理由同上,在新的平衡状态下,C3化合物的含量应高于C5化合物。

（4）CO2浓度低时,暗反应的强度低,所需ATP和[H]少,故需较弱的光照强度就可达到最大光合速率。

答案:

（1）C3化合物

（2）暗反应速率在该环

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