微专题13 光合作用的探索与过程分析-【高考领航】2025年高考生物一轮复习微专题速练

微专题13　光合作用的探索与过程分析 1．恩格尔曼利用需氧细菌和水绵为材料，探究叶绿体的功能。下列有关恩格尔曼实验的叙述，错误的是(　　) A．水绵具有螺旋带状分布的叶绿体，便于实验观察 B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧 C．将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在充满空气的小室内，进行实验 D．用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 2．研究发现，光照条件下，当外界二氧化碳浓度突然降至极低水平时，某植物叶肉细胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低二氧化碳浓度的同时停止光照，则不出现上述情况。下列说法正确的是(　　) A．叶肉细胞中的五碳化合物是三碳化合物固定二氧化碳后的产物 B．在五碳化合物上升的同时，叶肉细胞中的NADP＋/NADPH上升 C．光反应产生的NADPH和ATP能促进五碳化合物的形成 D．五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光能的直接驱动 3．植物学家希尔发现：离体的叶绿体中加入“氢接受者”，如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照条件下依然能释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。为了验证该过程，研究者在密闭条件下进行如表实验。下列实验分析不合理的是(　　) 溶液种类 A试管 B试管 C试管 D试管 叶绿体悬浮液 1 mL － 1 mL － DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mol/L 蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL 光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗 上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色 注：“－”表示未加入。 A．实验结束后A组试管中叶绿体有(CH2O)的产生 B．使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是避免叶绿体吸水涨破 C．A试管与C试管的比较可以说明光照是氢产生的条件 D．设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色 4．如图为植物体内光合作用示意图，下列叙述错误的是(　　) A．①可进入线粒体或排出细胞，②可为暗反应提供能量 B．突然停止光照，短时间内C3的含量将增多 C．图示中的NADPH可进入线粒体中参与H2O的生成 D．14CO2中14C元素的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O) 5．卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是(　　) A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰 B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行 C．推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸 D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程 6．将一株绿色植物置于恒温密闭的玻璃罩中进行光合作用实验。图1是在一定条件下测得的罩内CO2浓度变化曲线，图2是叶肉细胞光合作用的过程示意图(PSⅠ和PSⅡ是两种叶绿素蛋白质复合体)。下列叙述错误的是(　　) 图1　　　　　　　　　图2 A．实验60 min后，植物所有叶肉细胞的总光合速率大于植株的总呼吸速率 B．PSⅠ和PSⅡ可以吸收、传递和转化光能，且对不同波长光的利用效率不同 C．在叶绿体的内膜上，ATP合酶能利用膜两侧H＋的浓度差合成ATP D．实验80 min后，向玻璃罩内补充适量CO2，则图2中①②③过程均会增强 7．(不定项)夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行24小时的检测，结果如图1，图2是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解。下列说法错误的是(　　) 图1 图2 A．图1中所测气体为O2 B．该大棚内的蔬菜经过一昼夜后有机物有积累 C．与它们各自的前一阶段相比，bc段和de段叶肉细胞内的C3含量的变化趋势分别是增加、减少 D．处于图1中的b点和e点时，图2中应该进行的气体转移途径只有C、D 8．(不定项)淀粉和蔗糖是光合作用的主要终产物，其合成过程如图所示。细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，该过程是由位于液泡膜上的蔗糖载体介导的逆蔗糖浓度梯度运输。下列说法正确的是(　　) A．参与蔗糖生物合成的酶位于叶绿体基质中 B．呼吸抑制剂会抑制蔗糖进入液泡的过程 C．细胞质基质中Pi不会影响叶绿体中的淀粉的合成量 D．磷酸丙糖的输出量过多会影响C5的再生，使暗反应速率下降 9．为了适应高温干旱的环境，有些植物的气孔在夜间开放，白天关闭，以一种特殊的方式固定CO2，使光合作用效率最大化。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢示意图，请据图回答下列问题： (1)干旱条件下，该植物在白天会关闭气孔，主要是为了防止________________，若上午10点突然降低环境中CO2浓度，则短时间内该植物叶肉细胞中C3的含量变化可能是________________________。 干旱条件下，菠萝叶肉细胞白天能产生CO2的具体部位是___________。 (2)如图所示，PEP、OAA、RuBP、PGA、C为菠萝叶肉细胞内的部分代谢物质，能固定CO2的有________________________，推测进入线粒体的C可能是________________。 (3)请结合图中CO2的变化途径分析，在长期干旱条件下该植物仍能在白天正常进行光合作用的机制是__________________________。 (4)若将一株菠萝置于密闭装置内进行遮光处理，用CO2传感器测定装置中CO2的变化速率，并以此作为测定该植物的呼吸速率的指标，这种做法是否合理，原因是_______________________________________________。 10．淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎储藏，红薯叶片合成的有机物主要运向块根储存。如图是马铃薯和红薯光合作用产物的形成及运输示意图。在一定浓度的CO2和30 ℃条件下(细胞呼吸最适温度为30 ℃，光合作用最适温度为25 ℃)，测定马铃薯和红薯在不同光照条件下的光合速率，结果如表。分析回答： 分类 光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx) 光饱和时光照强度(klx) 光饱和时CO2吸收量(mg/100 cm2叶·小时) 黑暗条件下CO2释放量(mg/100 cm2叶·小时) 红薯 1 3 11 5 马铃薯 3 9 30 12 (1)马铃薯下侧叶片叶肉细胞中的叶绿体可将光能转化为________________中活跃的化学能，同时氧化H2O产生O2。图中①过程发生在________________(填场所)中。暗反应中首先生成的是三碳化合物，有同学猜测此化合物是CO2与某一个二碳化合物结合生成的，但当突然____________后，发现RuBP的含量快速________，由此推知猜测是错误的。 (2)为红薯叶片提供C18O2，块根中的淀粉会含18O，请写出元素18O转移的路径________________________________(用图中相关物质的名称及箭头表示)。 (3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作是叶绿体的“脂质仓库”，其体积随叶绿体的生长而逐渐变小，可能的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)为了验证光合作用产物以蔗糖的形式运输，研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入植物，该基因表达的蔗糖酶定位在叶肉细胞的细胞壁上。结果发现转基因植物出现严重的小根、小茎现象，其原因是__________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________。 研究发现蔗糖可直接进入液泡，该过程为逆浓度梯度运输，与该跨膜运输过程有关的细胞器有________________。 (5)25 ℃条件下测得红薯光补偿点会________(填“小于”“大于”或“等于”)1 klx；30 ℃条件下，当光照强度为3 klx时，红薯和马铃薯固定CO2量的差值为____________________。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 微专题13　光合作用的探索与过程分析 1．C　水绵具有螺旋带状分布的叶绿体，用极细的光束可将叶绿体分为实验组和对照组，便于实验观察，A正确；在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌集中分布在照光部位，所以恩格尔曼的实验直接证明叶绿体吸收光能用于光合作用放氧，B正确；为排除空气中氧气的干扰，将载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的小室内，进行实验，C错误；用透过三棱镜的光照射临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，因为光合色素主要吸收红光和蓝紫光，D正确。 2．C　暗反应过程中二氧化碳的固定是二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，即三碳化合物是五碳化合物固定二氧化碳后的产物，A错误；二氧化碳浓度降低时，二氧化碳的固定减弱，五碳化合物消耗减少，C5增加，C3的生成减少，C3的还原减慢，NADPH消耗减少，NADPH积累增多，则叶肉细胞中的NADP＋/NADPH下降，B错误；光反应产生的NADPH和ATP参与C3的还原，促进五碳化合物的形成，C正确；五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光反应的产物NADPH和ATP的参与，不是光能的直接驱动，D错误。 3．A　据题表分析，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2，无还原性NADPH还原C3，实验结束后A试管中叶绿体无(CH2O)的产生，A不合理；叶绿体是具膜细胞器，使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是避免叶绿体吸水涨破，B合理；A试管(光照)与C试管(黑暗)比较(其他条件均相同)可以说明光照是氢产生的条件，C合理；设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色，D合理。 4．C　①为光反应阶段水光解产生的氧气，氧气可进入线粒体用于有氧呼吸，也可释放到细胞外，②为ATP，可为暗反应C3的还原提供能量，A正确；突然停止光照，光反应停止，不能为暗反应提供ATP和NADPH，短时间内C3的还原速率减慢，但CO2的固定速率不变，故C3的含量将增多，B正确；光反应产生的NADPH只能用于暗反应C3的还原，不能进入线粒体中被利用，C错误；暗反应包括CO2的固定和C3的还原，故14CO2中14C元素的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)，D正确。 5．D　该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。 6．C　由图1可知实验开始60 min后，密闭玻璃罩中CO2浓度开始下降，说明所有叶肉细胞的总光合速率大于植物全部细胞的呼吸速率，A正确；由题干信息可知，PSⅠ和PSⅡ是两种叶绿素蛋白质复合体，其中的叶绿素可以吸收、传递、转化光能，且叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此对不同波长光的利用效率不同，B正确；图2中的生物膜是类囊体薄膜，并不是叶绿体内膜，C错误；实验80 min后向装置内补充适量CO2，则光合速率会加快，因此①水的光解、②CO2的固定、③C3的还原均会增强，D正确。 7．CD　由图1中5～7时气体含量减少，7～17时含量增加，可推测所测气体有光照时增加，无光照时减少，可知所测气体为O2，A正确。是否积累有机物主要依据是开始与结束时的氧气量的变化，从曲线看出，结束时氧气量比初始增加，说明有有机物积累，B正确。图1中与ab段相比，bc段光照逐渐增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原速率加快，二氧化碳的固定速率不变，故C3的含量减少；de段的前一阶段由于光照过强，温度升高，气孔关闭，影响二氧化碳进入，de段气孔打开，二氧化碳进入多，C3含量增加，C错误。b点和e点时植株光合速率等于呼吸速率，因为植株能进行光合作用的主要是叶肉细胞，故b点和e点时叶肉细胞光合速率应大于呼吸速率，图2中应该进行的气体转移途径有A、C、D、E，D错误。 8．BD　细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，故参与蔗糖生物合成的酶位于细胞质基质中，A错误；结合题意“逆蔗糖浓度梯度运输”可知，蔗糖进入液泡的方式为主动运输过程，故呼吸抑制剂可以通过抑制呼吸作用影响能量供应，进而抑制蔗糖进入液泡的过程，B正确；结合题图分析可知，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制磷酸丙糖从叶绿体中运出，从而促进淀粉的合成， C错误；据题图可知，磷酸丙糖的输出量增多会影响C5的再生，使暗反应速率下降，D正确。 9．解析：(1)干旱条件下，该植物在白天气孔关闭，主要是为了防止植物因蒸腾作用过强而散失大量水分。白天该植物的气孔关闭，其叶绿体固定的CO2来自苹果酸分解和细胞的呼吸作用，与外界CO2浓度关系不大，上午10点时，突然降低环境中CO2浓度，短时间内该植物叶肉细胞中C3的含量基本不变。分析题图可知，干旱条件下菠萝叶肉细胞内的苹果酸分解可产生CO2，其自身细胞呼吸作用也可产生CO2，故产生CO2的场所为细胞质基质和线粒体基质。(2)RuBP固定CO2后生成PGA，PEP固定CO2后生成OAA。C能够进入线粒体氧化分解，推测C可能是丙酮酸。(3)由题图可知，在长期干旱条件下，叶肉细胞夜晚吸收的CO2可以与PEP反应生成OAA，OAA再转化为苹果酸储存在液泡中，在白天，苹果酸从液泡运出并通过分解产生CO2，供光合作用利用，此外，线粒体中丙酮酸分解产生的CO2也会供光合作用利用，因而长期干旱条件下，该植物叶肉细胞在白天虽然气孔关闭，但仍能正常进行光合作用。(4)因为该植物在遮光条件下进行呼吸作用产生CO2的同时也吸收CO2用于合成苹果酸，所以容器内CO2的变化速率不能作为测定该植物的呼吸速率的指标。 答案：(1)水分大量散失　基本不变　细胞质基质、线粒体基质　(2)PEP、RuBP　丙酮酸　(3)夜晚吸收的CO2经过一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭时，一方面苹果酸从液泡运出并通过分解提供CO2，另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保证光合作用的正常进行　(4)不合理，菠萝在遮光条件下进行呼吸作用产生CO2的同时也吸收CO2用于合成苹果酸，所以容器内CO2的变化速率不能作为测定该植物呼吸速率的指标 10．解析：(1)叶肉细胞的叶绿体可将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，同时氧化H2O产生O2，发生这些过程的场所是叶绿体的类囊体薄膜。图中①过程是光合作用的暗反应阶段，CO2的固定，此过程发生在叶绿体基质，如果突然停止光照，但暗反应还在继续，则C5的含量短时间内将减少。(2)为红薯叶片提供C18O2，可以参与光合作用过程暗反应中生成C3，被还原生成磷酸丙糖。进而形成蔗糖，蔗糖形成淀粉，即C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉。(3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作是叶绿体的“脂质仓库”，其体积随叶绿体的生长而逐渐变小，可能的原因是颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构。(4)蔗糖是由果糖和葡萄糖组成，转基因植物出现严重的小根、小茎现象，其原因是叶肉细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，根和茎得到的糖不足，生长缓慢。研究发现蔗糖可直接进入液泡，该过程为逆浓度梯度运输，说明运输方式为主动运输，该过程所需要的条件为载体和能量(或载体和ATP)，与该跨膜运输过程有关的细胞器有线粒体和核糖体。(5)表格中是30 ℃条件下测定的数据，此时呼吸作用最强，如果将温度降到25 ℃(光合作用最适温度)，则光合作用增强，呼吸作用减弱，光补偿点是指光合速率等于呼吸速率，因此25 ℃时光补偿点小于1 klx；当光照强度为3 klx时，红薯固定的CO2为11＋5＝16(mg/100 cm2叶·小时)，而马铃薯光合作用和呼吸作用相等，为12 mg/100 cm2叶·小时，所以二者相差4 mg/100 cm2叶·小时。 答案：(1)ATP和NADPH　叶绿体基质　停止光照　减少　(2)C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉　(3)颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构　(4)叶肉细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，根和茎得到的糖不足，生长缓慢　线粒体和核糖体　(5)小于　4 mg/100 cm2叶·小时 学科网（北京）股份有限公司 $$