第3讲 能量之源——光与光合作用(时间：45分钟)A级 基础演练1．(2022·安徽黄山七校联考，26)某同学在做叶绿体色素的提取和分离的实验中，观察到的色素带颜色较浅，其可能原因是( )。①无水乙醇加入量太多 ②未加CaCO3 ③未加SiO2 ④使用放置了两天的菠菜叶 ⑤只画了一次滤液细线A．2种B．3种C．4种D．5种解析 无水乙醇加入量过多，造成乙醇中的叶绿素含量浓度小，导致色素带颜色浅；不加CaCO3，研磨时会使色素遭到破坏，提取到的色素少，导致色素带颜色浅；未加SiO2导致研磨得不充分，使色素带浅；菠菜叶失绿，导致色素带颜色浅；画滤液细线次数少，导致色素带浅。答案 D2．如图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )。A．甲中生物膜的面积主要靠内膜向内折叠成嵴而增大B．乙图所示的结构来自甲图中的③C．③中的所有色素分子都可以吸收、传递和转化光能D．ATP的合成场所是④，分解场所是③解析 甲图中的①②③和④分别是叶绿体内膜、外膜、基粒和基质，乙所示的膜结构来自甲图中的③。叶绿体扩大膜面积主要靠片层结构中的类囊体薄膜。③中的色素分子只有少数叶绿素a才可以将光能转化成化学能。ATP的合成场所是③，消耗部位是④。答案 B9\n3．(2022·河南三市调研)美国生物学家G.Engelmann曾设计了一个实验，研究光合作用的吸收光谱。他将透过三棱镜的光投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧型细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是( )。A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．好氧型细菌聚集多的地方，O2浓度高，则在该种光照射下水绵光合作用强C．好氧型细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多，则在该种光照射下水绵光合作用强D．聚集的好氧型细菌大量消耗光合作用产物——O2，使水绵的光合速率加快，说明该种光有利于水绵光合作用的进行解析 根据好氧型细菌的代谢特点可知，该实验的设计思路是好氧型细菌聚集多的地方，O2浓度高，O2浓度高的原因是该种光照射下的水绵光合作用强，释放的O2多。答案 B4．(2022·安徽名校模拟)2,6二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色。从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。此实验证明( )。A．光合作用在类囊体上进行B．光合作用产物O2中的氧元素来自CO2C．光反应能产生还原剂和O2D．光合作用与叶绿体基质无关解析 依据题中信息可判断，光照后溶液变为无色，说明有还原剂产生。有O2释放，说明该过程有O2产生。类囊体是光合作用光反应阶段的场所，说明光反应能产生还原剂和O2。答案 C5．(2022·全国新课标卷，3)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9\n解析 本题考查叶绿素的组成和光合作用过程。镁是叶绿素的组成成分；在缺镁的营养液中，由于叶绿素不能正常合成而导致叶片中叶绿素含量下降，光合作用光反应强度降低，光反应产物ATP和[H]减少，暗反应也减弱。答案 B6．(2022·合肥二模)光合作用和化能合成作用是自养生物的重要代谢活动，请回答有关问题。(1)绿色植物的叶绿体是进行光合作用的场所。蓝藻细胞不含叶绿体，但含有________等物质，从而能进行光合作用。(2)除了绿色植物以外，硝化细菌也属于自养生物。硝化细菌能将二氧化碳和水合成为糖类，该过程利用的能量来自______________________。(3)如图表示光合作用的简要过程。据图回答问题。在其他条件适宜的情况下，突然停止光照，短时间内磷酸甘油酸的浓度________；在适宜光照条件下，突然停止二氧化碳供应，短时间内二磷酸核酮糖的浓度________，磷酸甘油醛的浓度________。在CO2存在条件下，将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油醛浓度________。解析 (1)蓝藻没有叶绿体，但是有吸收光能的色素及光合作用所需的酶，因此能进行光合作用。(2)硝化细菌属于化能自养型生物，能利用氨氧化释放的能量将二氧化碳和水转化成糖类。(3)停止光照，短时间内产生的[H]和ATP减少，磷酸甘油酸被还原的量减少，而磷酸甘油酸的生成速率基本不变，故其浓度上升。突然停止CO2供应，CO2固定消耗的二磷酸核酮糖减少，但磷酸甘油酸的还原速率基本不变，则磷酸甘油醛的浓度基本不变，二磷酸核酮糖的生成速率也基本不变，故二磷酸核酮糖的浓度上升。将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油酸还原成磷酸甘油醛的反应开始进行，故磷酸甘油醛的浓度上升。答案 (1)吸收光能的色素和光合作用所需的酶(2)氨氧化释放的化学能(3)上升 上升 基本不变 上升7．(2022·湖南十二校联考)为探究影响光合速率(单位：μmol·m－2·s－1)的因素，科研人员利用高粱和小麦在适宜的温度、光照强度下进行有关实验，结果如图所示。请回答下列问题。9\n(1)从图中可以看出，影响光合作用的因素分________和________两类。(2)如果将长势相同的高粱和小麦幼苗共同种植在一个透明密闭的装置中，保持题干中的条件和21%的O2环境，一段时间后，________幼苗先死亡。理由是____________________________________________________________。(3)从图中可以看出，两种植物中，________固定CO2的能力强，这很可能与其叶绿体类囊体薄膜上________________的数量有关，也可能与叶绿体基质中________________的数量有关。解析 (1)影响植物光合作用的因素包括内部因素与外部因素，根据图中信息可知，CO2与O2浓度为外界因素，不同植物中色素的含量与酶的数量为内部因素。(2)在密闭装置中，CO2含量逐渐降低，植物光合速率逐渐减小，但在低浓度CO2的环境中，高粱固定CO2的能力比小麦强，其光合速率大于小麦的光合速率，所以小麦先死亡。答案 (1)内部因素(植物不同) 外部因素(外部条件) (2)小麦 在题述条件下，高粱的光合速率比小麦高得多，且高粱能利用低浓度CO2进行光合作用，小麦不能(3)高粱 光合色素和光反应所需的酶 C5和暗反应所需的酶B级 智能提升8．(创新题)现有a、b、c三种灯泡，其发出光波的波长与光辐射强度的关系如图甲所示，现需从中选择一种灯泡用于温室中给植物补光，期望最大限度地增加光合作用的强度。为此某同学设计了图乙所示的实验装置。(注：叶绿体中的色素主要吸收430～450nm的蓝紫光和640～660nm的红橙光)。据此分析不正确的是( )。A．a灯泡与图甲中曲线②对应9\nB．b灯泡与图甲中曲线①对应C．c灯泡与图甲中曲线③对应D．温室中选择c灯泡能最大限度地增加光合作用强度解析 由题意和题图可看出，图乙中装置Ⅱ中光合作用最强，装置Ⅰ中光合作用最弱，即b灯泡照射最有利于光合作用，应对应图甲中的曲线①，a灯泡照射不利于光合作用，应对应图甲中的曲线②，c灯泡与图甲中曲线③对应，温室中选择b灯泡能最大限度地增加光合作用强度。答案 D9．(2022·广东揭阳一模，6)如图曲线Ⅰ表示黄豆光合作用速率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。在B点时改变某条件，曲线变为Ⅱ。下列分析合理的是( )。A．与B点相比，A点叶绿体中的C3含量较低B．在B点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为ⅡC．制约A点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量D．制约C点光合作用的因素可能是CO2浓度解析 在A点的光照强度比B点弱，所以A点的C3含量较B点处高，A错误；本来处于适宜温度下的B点，升高温度会导致酶的活性降低，则曲线Ⅱ应在曲线Ⅰ的下方，B错误；A点限制其光合作用的因素主要是光照强度，C错误；在大于光饱和点的光照强度处增加CO2浓度，会提高光合作用强度，D正确。答案 D10．(2022·山东滨州一模)如图表示某植物在不同光照强度下，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的相对变化。对植物生理过程分析正确的是( )。A．光照强度为a时，光合作用强度不为零B．光照强度为b时，光合作用与呼吸作用强度相等C．光照强度为c时，光合作用强度是呼吸作用强度两倍9\nD．光照强度为d时，光合作用从环境中吸收2单位CO2解析 光照强度为a时，没有氧气产生(不是释放)，光合作用强度为0，A错误；光照强度为b时，CO2释放量等于氧气产生总量，即CO2产生总量大于光合作用氧气产生总量，光合作用小于呼吸作用强度，B错误；光照强度为c时，CO2释放量与O2产生总量相等，光合作用强度大于呼吸作用强度，但不能确定是两倍，C错误；光照强度为d时，O2产生量8个单位超过了细胞呼吸的6个单位，光合作用除了消耗呼吸产生的CO2，还要从环境中吸收2单位CO2，D正确。答案 D11．(2022·衡阳联考一)在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率，结果如表所示。据表中数据推测：当光照强度为3klx时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为( )。光合速率与呼吸速率相等时光照强度/klx光饱和点时光照强度/klxA植物13206B植物393015注：当光照强度达到某一点后，再增大光照强度，光合强度不增加，这一点的光照强度称为光饱和点。A．11B．2C．9D．20解析 黑暗条件下CO2释放量表示呼吸速率，A、B植物的呼吸速率分别为6mg/(100cm2叶·h)、15mg/(100cm2叶·h)。光饱和点时CO2吸收量表示净光合速率，等于真正光合速率与呼吸速率之差。在光照强度为3klx时，A植物的真正光合速率＝20＋6＝26[mg/(100cm2叶·/h)]，B植物的真正光合速率为15[mg/(100cm2叶·/h)]。因此，当光照强度为3klx时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为11。答案 A12．(2022·潍坊模拟)为探究水分、无机盐对光合作用的影响，某实验小组进行了一系列实验，实验结果如图。请分析回答有关问题。9\n(1)图1中土壤含水量相同时，施肥组叶绿素含量高于未施肥组，是由于植物能从土壤中吸收更多的________、________元素。根细胞中与水分的吸收关系最密切的细胞器是_________________________________________________________________。(2)图2中土壤含水量为30%时，未施肥组光合速率高于施肥组，原因最可能是________________________________________________________________。土壤含水量为80%时，施肥组光合速率明显高于未施肥组，其内因主要是_______________________________________________________________。(3)实验过程中，除水分、无机盐有所不同外，其余条件均保持一致，是为了控制__________________________________________________。(4)在施肥条件下，土壤含水量为50%时，黑暗条件下CO2释放速率为3.7mg/h，植物若要正常生长，则需每天至少光照________h(保留整数)。解析 (1)Mg和N是组成叶绿素分子不可缺少的元素。成熟的植物细胞内有大型液泡，其中的液体通过渗透作用与外界溶液之间进行水分的交换。(2)影响光合作用的内部因素是酶和叶绿素的含量等，本题中体现的是叶绿素的含量。(3)除实验研究的变量外。其他影响实验结果的因素都为无关变量，应加以控制。(4)设每天至少光照x小时。光合作用制造的有机物多于呼吸作用消耗的有机物时，植物才能积累有机物，才能正常生长，即14.2x>3.7×24，则x>6.253521，取整数最小值为7。答案 (1)氮 镁 液泡 (2)土壤溶液浓度过高影响植物吸水 叶绿素的含量高 (3)无关变量 (4)713．(2022·江南十校联考，29)根据对光照强度需要的不同，可把植物分为适合在阳光充足的环境中生长的阳生植物和适合在阴蔽环境中生长的阴生植物。在一定范围内，阴生植物叶片的叶绿素含量随着阴蔽程度的增加而升高。某小组为探究哪种植物是阴生植物，以叶绿素含量为测定指标，用遮阳网设置了四种遮阴条件进行实验(其他条件均适宜)，结果如下表：不遮阴50%遮阴75%遮阴87.5%遮阴植物A植物B植物A植物B植物A植物B植物A植物B1.701.851.902.101.602.321.522.489\n1.281.331.361.501.201.631.141.730.420.520.540.600.400.690.380.75叶绿素a/叶绿素b的比值3.052.562.522.503.002.363.002.31请回答下面的问题。(1)本实验需要提取叶绿素，研磨叶片时加入碳酸钙是为了防止__________。(2)从实验结果判断，________更可能是阴生植物。在一定程度的阴蔽条件下，该植物能有效地吸收光能用于光反应，光反应能为暗反应提供的物质有________。若利用纸层析法分离该植物色素，滤纸上可获得四条色素带，由上到下分别为1、2、3、4，随着遮阴程度增加，3、4色素带宽度的比值变________，表明________含量相对增多，能更有效地吸收阴蔽环境中含量更多的波长较短的蓝紫光，从而适应环境，同时也说明了不仅光强，________也能影响植物的光合作用。(3)该小组欲测定上述两种植物叶片在某一特定条件下的呼吸速率，并比较它们的差异，设计了简要的实验思路如下：将上述两种植物叶片分别置于密闭容器中，某一温度、在50%遮阴条件下，测定并比较两种植物叶片CO2的释放量。该实验思路有一处错误，请指出并给予改正：___________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)提取叶绿素时需要研磨叶片，使细胞破裂。加入碳酸钙可以和细胞液中的酸性物质反应，防止叶绿素被破坏。(2)从实验结果可看出，植物B的叶绿素总量随着阴蔽程度的增加而升高，因此植物B更可能是阴生植物。当植物吸收光能进行光合作用时，光反应为暗反应提供ATP和[H]。分离色素时，滤纸上的四条色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。根据实验结果可知，随着遮阴程度增加，叶绿素a和叶绿素b的比值不断变小，叶绿素a和叶绿素b色素带宽度的比值变小，这表明叶绿素b的含量相对增多，从而能更有效地吸收阴蔽环境中含量更多的波长较短的蓝紫光。这也说明除了光强外，光质也能影响植物的光合作用。(3)欲测定两种植物叶片在某一特定条件下的呼吸速率，必须排除光合作用的影响，因此应将植物置于黑暗条件下，而不是50%的遮阴条件下。答案 (1)叶绿素被破坏 (2)植物B ATP、[H] 小 叶绿素b 光质(或光的波长)(3)50%的遮阴条件是错的，应改为黑暗条件14．下图甲是在25℃时，a、b两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。请回答下列问题。9\n(1)比较a、b植物的细胞呼吸，其中细胞呼吸较强的是________植物，当光照强度在达到Z点之前，限制a植物光合作用的主要环境因素是_________。(2)当平均光照强度在X和Y之间(不包括X、Y)，假设白天和黑夜的时间各为12h，a植物一昼夜中有机物积累量的变化是________(减少或增加)。(3)对b植物而言，假如白天和黑夜的时间各为12h，平均光照强度在________klx以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。(4)若已知a植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别是25℃和30℃，若将温度提高到30℃，(其他条件不变)理论上图中P、M点的位置如何变化？_________________________________________________________________。(5)某同学用图乙所示装置进行实验，将灯缓慢移近广口瓶，并记录不同距离时，观察测量指标的变化情况。实验结果发现，观察测量指标的变化不明显。请你根据该实验设计方案的不合理之处，简述设计实验的正确思路：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)由图甲可知，a、b两曲线与纵坐标的交点即为这两种植物的呼吸作用强度，因此，a植物的呼吸作用强度为2mg/m2h，b植物的呼吸作用强度为1mg/m2h。Z点为a植物的光饱和点，光照强度在Z点之前，限制a植物光合作用的主要环境因素为光照强度。(2)若光照强度为Y，假设白天和黑夜的时间各为12h，则a植物白天积累的有机物量为2×12＝24(mg/m2)，夜晚消耗的有机物量为2×12＝24(mg/m2)，一昼夜有机物积累量为0。因此，当平均光照强度在X和Y之间时，a植物一昼夜有机物积累量小于0，即有机物积累量在减少。(3)b植物呼吸作用强度为1mg/(m2h)，假设白天和黑夜的时间各为12h，夜晚CO2的释放量为1×12＝12(mg/m2)，要使CO2的吸收量大于CO2的释放量，则B植物的净光合作用强度应大于＝1(mg/m2·h)，即光照强度大于Xklx。答案 (1)a 光照强度 (2)减少 (3)X (4)P点右移，M点下移 (5)用多组相同装置，只更换灯泡功率(或只改变广口瓶与光源之间的距离)进行对照实验特别提醒：教师配赠习题、课件、视频、图片、文档等各种电子资源见《创新设计·高考总复习》光盘中内容。9
