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光合作用
[典型例题]
例1.从海的不同深度采集到4种类型的浮游植物(I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)。
测定了每种类型的光合作用,如右图所示。
在最深处采集到的是哪种类型的浮游植物?
()
A、Ⅰ
B、Ⅱ
C、Ⅲ
D、Ⅳ
答案:
D
解析:
深海处的光强是极其微弱的,长期生活在深海处的浮游植物必然已适应这种环境,因此在较低光强下即达到光饱和点,而在较高光强下其光合速率仍然是很低的。
例2.取相同体积的培养液,分别放入透光瓶和不透光瓶中,分别加入等量的小球藻,置于相同温度及光照下培养一段时间后,测得透光瓶中产生氧气的量为0.3g,不透光瓶中消耗氧气的量为0.lg,则透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量是()
A、0.4gB、0.3gC、0.2gD、0.lg
答案:
A
解析:
此题中透光瓶中产生氧气的量应为光合作用制造的减去呼吸作用消耗的之后净剩的氧气的量,不透光瓶消耗氧气的量应为瓶中小球藻呼吸作用消耗氧气的量,在其他条件相同时,透光瓶中小球藻光合作用制造氧气的量应为净剩的氧气量加上呼吸作用消耗的氧气量。
例3.在严寒的冬天,利用温室进行蔬菜种植,可以提高经济效益,但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度,以提高产品的质量和品质。
下列措施及方法正确的是()
①由于温室内外温差大,在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜,要及时擦干,以防止透光率降低②适当地增加光照,以补充冬季阳光的不足③尽量增加空气湿度,以降低植物的蒸腾作用④向温室内定期施放二氧化碳气体,以增加光合作用强度⑤向温室内定期施放氧气,以降低呼吸作用强度⑥冬季温室内温度尽量维持恒定
A、①②④B、①②④⑥C、②③⑤⑥D、③④⑥
答案:
A
解析:
此题考察了影响光合作用的外界因素,主要有光照、二氧化碳、温度、水分、矿质元素及光合速率的日变化。
正确的:
①水膜不擦干会导致透光率降低影响光合作用。
②适当地增加光照,可以补充冬季阳光的不足。
④补充二氧化碳可以增加光合作用强度。
错误的:
③温室内由于植物的蒸腾作用,空气湿度本来就相对较高,所以不用再增加空气湿度来降低植物的蒸腾作用了。
⑤光合作用就会释放氧气,不需要额外施放氧气来降低呼吸作用强度了。
⑥为了多积累有机物,温度应控制为日温高夜温低。
例4.对植物进行暗处理的暗室内,安装的安全灯最好是选用()
A、红光灯B、绿光灯C、白炽灯D、黄色灯
答案:
B
解析:
植物叶片中光合色素对绿光吸收、利用最少,即绿光对植物的光合作用不起作用。
因此绿光也称为生理无效光。
例5.在光合环运转正常后,突然降低环境中的CO2浓度,则光合环的中间产物含量会发生哪种瞬时变化?
()
A、RuBP量突然升高而PGA量突然降低
B、PGA量突然升高而RuBP量突然降低
C、RuBP和PGA均突然升高
D、RuBP和PGA的量均突然降低
答案:
A
解析:
RuBP是碳同化过程中直接与CO2结合的物质,而且RuBP在光合环中是不断再生的,当突然降低环境中的CO2浓度后,用于结合CO2而消耗的RuBP少了,但RuBP再生过程仍然进行,因此此时RuBP量突然升高;PGA是碳同化过程中产生的三碳化合物,当环境中的CO2浓度降低后,同化的CO2少了,产生必然也就少了。
例6.连接光反应和暗反应的关键物质是()
A、ADP和NADPHB、ATP和NADPHC、CO2和C3D、丙酮酸和〔H〕
答案:
B
解析:
光反应是植物体将光能转化为活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中,用于暗反应中CO2的同化和还原,ATP和NADPH合称同化力,因此ATP和NADPH是将光暗反应联系起来的关键物质。
例7.如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应,最好是检验其()
A、葡萄糖的形成B、淀粉的形成C、氧气的释放D、CO2的吸收量
答案:
C
解析:
葡萄糖的形成、淀粉的形成和CO2的吸收这三个现象都是要暗反应完成后才能发生,如果光反应完成了,必然要发生水的光解放出氧气。
而且在水中测定氧气的释放这一现象是很方便的,而其它三项的的测定较复杂。
例8.C4植物同C3植物相比()
A、C4植物能在弱光下生长更好
B、C4植物能在低C02浓度下生长更好
C、C4植物利用高光合速率补偿高光呼吸带来的损失
D、C4植物光合速率受高温抑制相对较小
答案:
BD
解析:
在生理上,C4植物一般比C3植物具有较强的光合作用,这是与C4植物的PEP羧化酶活性较强,光呼吸很弱有关。
PEP羧化酶对CO2的Km值(米氏常数)是7μmol,核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶的Km值是450μmol。
前者比后者对CO2的亲和力大得很多。
试验证明,C4植物的PEP羧化酶的活性比C3植物的强60倍,因此,C4植物的光合速率比C3植物快许多,尤其是在二氧化碳浓度低的环境下,相差更是悬殊。
由于C4植物能利用低浓度的CO2,当外界干旱气孔关闭时,C4植物就能利用细胞间隙里的含量低的CO2,继续生长,C3植物就没有这种本领。
所以,在干旱环境中,C4植物生长比C3植物好。
C4之所以光呼吸很弱是因为
(1)C4植物的光呼吸代谢是发生在维管束鞘细胞(BSC)中,由于C4途径的脱羧使BSC中CO2浓度提高,这就促进了Rubisco的羧化反应,抑制了Rubisco的加氧反应。
(2)由于C4植物叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2的亲和力高,即使BSC中有光呼吸的CO2释放,CO2在未跑出叶片前也会被叶肉细胞中的PEP羧化酶再固定。
C4植物适应于高光强,光饱和点明显高于C3植物。
相应的C4植物全年干物质积累量近40吨/公顷,C3植物约22吨/公顷。
C4植物光合作用的最适温度30-47℃,C3植物适宜温度在20-30℃之间,C4植物的高光合速率是付出代价的,它在同样的条件下要比C3植物消耗更多的能量,C4植物每同化一分子CO2要比C3植物多消耗2ATP(腺苷三磷酸),在能量上是不经济的。
所以,在光照强、气温高的地区,C4植物生长比C3植物好;而在光强、温度较低的地区,C4植物的光合效率就不一定比C3植物高。
例9.右图表示在75%的全日照下两种植物的叶片在不同CO2浓度下CO2净吸收速度,下列叙述正确的是:
()
A、植物A是C4植物,因为它在高CO2浓度下有较高的CO2净吸收速度
B、在CO2净吸收速度等于0时,A和B没有光合作用和呼吸作用
C、如果光照强度保持恒定,CO2浓度进一步增加,则A的CO2净吸收速度将达到饱和点
D、在CO2浓度为200×10-6时,B比A有较高的光能利用效率
答案:
CD
解析:
A、在高CO2浓度下有较高的CO2净吸收速度并不能说明该植物是C4植物,C4植物具有特殊的叶片结构,即具有花环结构,可作为判定C4植物的一个标准,另外C4植物一般应具有较低的CO2补偿点和较高的CO2羧化效率。
B、在CO2净吸收速度等于0时,植物的光合作用吸收CO2量与呼吸作用放出CO2量相等,是一种动态平衡。
C、如果光照强度保持恒定,CO2浓度进一步增加,从图可看出植物A的CO2交换速度将为一恒定值,此时的CO2浓度称为该植物的CO2饱和点。
D、从图可看出,相同光强下,在CO2浓度为200×10-6时,植物B比植物A的CO2交换速度快,因此B比A有较高的光能利用效率。
例10.在昼夜周期条件下,维持植物正常生命活动所需要的最低光照强度应()
A、大于光补偿点B、等于光补偿点
C、小于光补偿点D、大于或等于光补偿点
答案:
A
解析:
光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2相等时,即表观光合速率为零时的光照强度称为光补偿点。
当光照强度低于光补偿点时,呼吸作用释放的CO2就会大于光合作用吸收的CO2的量,这样植物体内有机物就会被慢慢消耗尽。
因此,要维持植物正常生命活动,光照强度应大于光补偿点。
例11.下面有关光系统II的论述是正确的?
()
A、在受光激发后,作用中心色素分子P680失去电子
B、P700是P680的氧化态形式
C、每一个吸收的光子可以导致两个电子传递
D、放氧过程产生的质子可以用于ATP合成
E、光系统II仅在叶绿体存在
答案:
AD
解析:
B、P700是光系统
的作用中心色素分子,代表光能吸收高峰在700nm。
P680是光系统II的作用中心色素分子,代表光能吸收高峰在680nm。
C、每1个吸收的光子导致1个电子传递。
D、根据化学渗透学说,放氧过程产生的质子在传递过程中造成类囊体膜内外质子梯度,可以作为驱动ATP合成的动力。
E、红藻、蓝藻等原核生物中没有叶绿体,但仍有光系统II。
例12.气孔的开闭影响绿色植物的哪些生理活动?
()
A、光合作用B、离子转运C、呼吸作用D、水的转运
答案:
ABCD
解析:
气孔是水分散失的主要通道,如果气孔关闭就会使水分散失减少,从而影响水分的吸收和转运。
离子是溶于水中进行转运的,由于水分散失减少也会使离子转运受影响。
气孔也是气体交换的主要通道,气孔开闭影响CO2进出叶片,从而影响光合作用和呼吸作用。
例13.为探究光合作用放出了氧气,某同学设计了下图所示的实验装置。
(1)请说明他该如何检验试管内收集到的是否是氧气?
(2)能利用这套装置探究植物光合作用最有效的波长吗?
请写出实验思路。
(3)再给你一只秒表、蒸馏水、小苏打、天平,同样利用这套装置,你能探究二氧化碳对光合作用效率的影响吗?
(4)设计一个实验数据记录表:
答案:
(1)让氧气排出试管里所有的水,小心地取下试管,用手指堵住试管口。
用火柴点燃一根薄木条。
然后吹灭木条上的火。
移开堵在试管口上的手指,迅速地把灼热的木条伸到试管里,如果木条能够复燃,证明产生的是氧气。
(2)设置同样的装置若干套,分别置于不同波长的光下,用秒表记录试管中所收集到的气体达到刻度线所需的时间,时间最短者,光合作用的效率最高。
依次类推,可测出不同波长的光对植物光合作用于的影响大小。
(3)写出方法步骤:
通过添加不同量的小苏打,使蒸馏水碳酸化,如可以用浓度是O.50%、O.75%、1.0%、2.0%和3.0%的溶液进行比较实验。
通过测量试管中所收集到的气体达到刻度线所需的时间长短,可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响。
注意:
一定要设立一个对照组,这样就可以计算出所收集的气体中,有多少是苏打水中的二氧化碳。
解析:
(1)收集气体的方法有排水法和排空气法,根据氧气的物理性质,应采用排水法。
一般用使带火星的木条复燃的方法检验氧气。
(2)探究植物光合作用最有效的波长可用不同波长的光照射此装置。
检测指标可以是产生相同氧气量的时间长短,也可以是测量相同时间产生氧气量的多少。
(3)用小苏打来调节蒸馏水中CO2的含量,通过测量试管中所收集到的气体达到刻度线所需的时间长短,可以测量不同二氧化碳浓度对光合作用的速率的影响。
以上两个实验设计都应设计对照组。
例14.将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器中,在一定条件下不给光照,CO2的含量每小时增加8mg;如给予充足的光照后,容器内CO2的含量每小时减少36mg,据实验测定上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg。
请回答:
(1)上述条件下,比较光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用强度是。
(2)在光照时该植物每小时葡萄糖的净生产量是。
(3)若一昼夜中先光照4小时,接着处置在黑暗的情况下20小时,该植物体内有机物含量的变化是。
答案:
(1)相同
(2)24.5454(3)减少
解析:
(1)影响呼吸作用的因素有温度、氧和二氧化碳等,光照不是影响因素,因此给光与否不影响呼吸作用。
(2)呼吸每小时产生CO28mg,即消耗葡萄糖180×8/6×44≈5.4545。
光合每小时产生葡萄糖30mg,净产生葡萄糖量则应为30-5.4545≈24.5454(3)从题中可知,光下每小时光合消耗36mgCO2,光照4小时则消耗144mg。
黑暗下每小时呼吸放出8mgCO2,20小时则放出160mg,因此植物体内有机物含量应减少。
例15.有人设计了一个研究光合作用的实验,实验前在溶液中加入破损了外膜和内膜的叶绿体及一定量的ATP和NADPH然后分连续的Ⅰ、Ⅱ两个阶段,按图示的控制条件进行实验请回答:
(1)根据光合作用原理,在上图中绘出糖类合成速率的两条可能的曲线。
(2)除糖以外Ⅰ阶段积累的物质是ADP,Pi,NADP,三碳化合物。
Ⅱ阶段积累的物质是ATP,NADPH,五碳化合物。
答案:
(1)
(2)ADP,Pi,NADP,三碳化合物ATP,NADPH,五碳化合物
解析:
(1)由于加入了ATP和NADPH,在黑暗有CO2的情况下,会进行暗反应的全过程,所以糖的合成速率升高,但一段时间后,外加的ATP和NADPH被消耗掉,暗反应停止,糖类合成速率下降至停止。
再给以光照,又会产生ATP和NADPH,利用前一阶段剩余的CO2使暗反应继续进行,糖的合成速率再次升高。
随着CO2被消耗,糖类合成速率再次下降。
(2)Ⅰ阶段ATP被消耗产生ADP和Pi,NADPH被利用产生NADP,CO2和C5化合物结合产生三碳化合物。
Ⅱ阶段光反应产生ATP和NADPH,由于糖类合成时再生出五碳化合物,而此时缺乏CO2,再生出的五碳化合物不能与CO2结合,从而导致五碳化合物积累。
[智能训练]
1.光强度增加,光合作用速率不再增加时,外界的光强度为()
A.光补偿点B.CO2饱和点C.CO2补偿点D.光饱和点
2.植物光反应的最终电子受体和氧化磷酸化中最初电子受体依次是()
A.NADP+和NAD+B.H2O和O2
C.FAD+和FMND.NAD+和FAD+
3.下列论述哪项是对的?
()
A.暗反应在叶绿体的基粒片层上进行
B.光反应在叶绿体的基质中进行
C.暗反应不需要光,但在阳光下也能进行
D.暗反应只有在黑暗中才能进行
4.光合作用的过程中,二氧化碳被〔H〕还原,这个〔H〕来源于()
A.固定CO2的五碳化合物B.水被光解后产生的
C.体内有机物氧化产生的D.吸收大气中的氢
5.C4植物维管束鞘细胞的特点()
A.细胞较大、叶绿体没有基粒B.细胞较大、叶绿体有基粒
C.细胞较小、叶绿体没有基粒D.细胞较小、叶绿体有基粒
6.下列对叶绿素分子功能的叙述,正确的是()
A.吸收光能B.传递光能C.储藏光能D.转化光能
7.一个光合单位包括()
A.天线色素系统和反应中心色素分子B.ATP酶复合物和电子传递体
C.电子传递体和NADPHD.ATP酶复合物和P700
8.光合作用过程中在叶绿体类囊体腔中完成的反应步骤有:
()
A.三碳化合物的形成B.水的光解和氧的释放
C.NADP的还原D.ATP的生成
9.所有进行光合放氧的生物都具有哪种色素()
A.叶绿素a,叶绿素bB.叶绿素£L,叶绿素c
C.叶绿素a,类胡萝卜素D.叶绿素a,藻胆素
10.以下哪些参与光合磷酸化:
()
A.P680,P700,P450B.P680,P700,去镁叶绿素
C.P680,P700,叶绿素bD.细胞色素c,细胞色素b,NADH
11.哪些特征使得景天科植物适应在炎热荒漠环境生长?
()
A.维管束的排列方式特异B.具有C4代谢途径
C.白天气体交换少D.储存酸性物质可以抗虫。
12.光合作用中C02固定和同化一定需要:
()
A.RubiscoB.NADPHC.ATPD.放出氧气
13.一个分子自叶绿体类囊体内到达线粒体基质必须穿过的层膜数是()
A.3B.5C.7D.9
14.一种C3植物和一种C4植物在光下一起放在一个密封的玻璃钟罩中,在这个钟罩内CO2浓度如何变化?
()
A.没有变化 B.增加 C.下降到C4植物的CO2补偿点
D.下降到C3植物的CO2补偿点E.下降到C4植物的CO2补偿点以下
15.光合产物主要以什么形式运出叶绿体()
A.丙酮酸B.磷酸丙糖C.蔗糖D.G–6–P
16.叶绿体中所含的脂除叶绿体色素外主要是()
A.真脂B.磷脂C.糖脂D.硫脂
17.将叶绿素提取液放到直射光下,则可观察到()
A.反射光为绿色,透射光是红色B.反射光是红色,透射光是绿色
C.反射光和透射光都是红色D.反射光和透射光都是绿色
18.光合作用中蔗糖的形成部位()
A.叶绿体间质B.叶绿体类囊体C.细胞质D.叶绿体膜
19.维持植物正常生长所需的最低日光强度()
A.等于光补偿点B.大于光补偿点
C.小于光补偿点D.与日光强度无关
20.类胡萝卜素属于萜类化合物中的()
A.倍半萜B.三萜C.双萜D.四萜
21.Hill反应的表达方式是()
A.CO2+2H2O*
(CH2O)+H2O+O2*
B.CO2+2H2A
(CH2O)+A2+H2O
C.ADP+P
ATP+H2O
D.2H2O+2A
2AH2+O2
22.“高能磷酸键”中的“高能”是指该键()
A.健能高B.活化能高
C.水解释放的自由能高D.A,B和C都是
23.绿色植物在白天光合作用旺盛时,多数气孔常开放着,随着光合作用的减弱,越来越多的气孔逐渐关闭。
影响气孔开闭的主要内因是保卫细胞内部的()
A.氧气的浓度B.淀粉的浓度C.水解酶的浓度D.酸碱度(pH值)
24.C3植物光合作用时,CO2的受体是()
A.磷酸甘油醛B.磷酸甘油酸C.丙酮酸D.l,5–二磷酸核酮糖
25.阳光经三棱镜分光照在丝状绿藻上,在哪些频率范围内聚集着最多的好气性细菌
()
A.红光和蓝紫光B.黄光和蓝紫光
C.红光和绿光D.蓝紫光和绿光
26.下列各个作用中,哪些是与光合作用的光反应相联系的?
()
NADP
NADPH2ATP
ADPCO2
C6H12O6
激发的叶绿素
叶绿素
A.1、3、6B.2、4、5C.2、3、6D.1、4、6
27.在光合作用中,光化学反应的中心分子是()
A.全部叶绿素a的各种状态分子B.P700和P680的叶绿素a的分子
C.与光合作用有关的酶分子D.全部叶绿素和类胡萝卜素分子
28.正常状态下,光合作用过程中,限制光合作用速度的步骤是()
A.光能的吸收B.高能电子的传递C.CO2的固定D.以上都是
29.天气晴朗的早晨,摘取一植物叶片甲,于100℃下烘干,称其重量;黄昏时,再取同一株上着生位置与叶片形状都与甲基本相同的叶片乙,同样处理,称其重量,其结果是
()
A.甲叶片比乙叶片重B.乙叶片比甲叶片重
C.两叶片重量相等D.不一定
30.光合磷酸化过程发生的场所是()
A.叶绿体内膜上B.叶绿体基质中
C.类囊体膜的外侧D.类囊体膜的内侧
31.下列哪组色素是叶绿体和有色体都含有的?
()
A.叶绿素和类胡萝卜素B.叶绿素和叶黄素
C.叶绿素和胡萝卜素D.叶黄素和胡萝卜素
32.绿色植物的保卫细胞与表皮细胞在生理功能上的主要区别是()
A.含有叶绿体B.能进行光合作用
C.能进行呼吸作用D.能吸水、失水
33.下列生理活动中,不产生ATP的是()
A.暗反应B.有氧呼吸C.光反应D.无氧呼吸
34.影响光合作用速度的环境因素主要是()
A.水分B.阳光C.温度D.空气
35.光合电子传递链位于()
A.叶绿体内膜上B.叶绿体类囊体膜上
C.叶绿体间质中D.叶绿体类囊体膜内
36.下列有关光合作用的叙述,哪项不正确?
()
A.能进行光合作用的生物细胞都含有叶绿素
B.能进行光合作用的植物细胞都含有叶绿体
C.植物细胞进行光合作用时,将水分解产生氧分子的反应是在叶绿体的基质中进行
D.植物细胞进行光合作用时,固定二氧化碳生成糖分子的反应是在叶绿体的基质中进行
37.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。
在叶柄基部作环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y一2z一x)/6g·cm-2.H-1(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。
则M处的实验条件是()
A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射1小时
D.晚上8时后在无光下放置3小时
38.在光合作用研究过程中,科学实验陆续发现以下事实:
()
(1)在人们对光合作用的认识达到一定程度时,以式子:
6CO2+6H2OC6H12O6+O2表示光合作用
(2)后来,希尔从细胞中分离出叶绿体,并发现在没有CO2时,给予叶绿体光照,就能放出O2,同时使电子受体还原。
希尔反应式是:
H2O+氧化态电子受体还原态电子受体+1/2O2
(3)在希尔反应基础上,Amon又发现在光下的叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP;进一步,撤去光照,供给CO2,发现NADPH和ATP被消耗,并有有机物(CH2O)产生
希尔反应和Amon的发现应该使当时的人们对光合作用有以下哪些方面的新认识?
A.光合作用释放的O2来自H2O而不是CO2
B.H2O被裂解的时候,发生了由H2O最后到NADP的电子传递,这个过程需要光
C.希尔反应与CO2合成有机物是2个可以区分开来的过程
D.光合作用需要光的过程为CO2合成有机物过程提供还原剂NADPH和ATP
39.根据叶绿体色素的有关知识回答下列问题:
(1)叶绿素与类胡萝卜素的比值一般是,叶绿素a/b的比值是:
C3植物为,C4植物为;而叶黄素/胡萝卜素为。
(2)阴生植物的叶绿素a/b比值,比阳生植物,高山植物的叶绿素a/b比值比平原地区植物,同一植物在强光条件下,其叶绿素a/b比值比弱光条件下的,同一叶片随着叶龄的增加,叫绿素a/b比值亦随之。
40.植物的光合作用强度,可以用单位面积在单位时间内吸收二氧化碳量的测定来表示。
这样测定的光合作用强度实际存在的光合作用强度。
41.下图是光合作用过程实验图解:
请分析实验结果
(1)装置C中产生含碳有机物是由于在装置A中结构〔〕进行了反应,为在结构〔②〕中进行的反应提供了等物质的缘故。
(2)装置B中不能产生含14C的有机物,主要是结构①中缺少
和。
(3)此实验说明叶绿体是进行光合作用完整的单位。
(4)适当增强,增加,以及适当提高温度可提高,
从而提高含碳的有机物的产量,并能产生较多的。
42.右图是简化了的光反应图解,据图回答下列问题:
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