1、光合作用原理的应用(20分钟70分)一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分)1.CO2供应不足最终可使绿色植物释放O2减少,以下叙述中最直接的原因是()A.CO2不足使固定形成的三碳化合物减少B.三碳化合物还原所消耗的ATP和NADPH减少C.ATP和NADPH减少使光反应分解水减少D.ADP、Pi、NADP+减少使光反应分解水减少【解析】选D。根据教材中的光合作用图解可知,CO2供应不足,三碳化合物减少,光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多,细胞中ADP、Pi、NADP+相应地减少,光反应下降,分解水减少,释放O2减少。2.某生物研究小组对栽培在密闭玻璃温室中的植物进行研究,用红外
2、线测量仪测出室内CO2浓度变化,并绘制出与时间关系的曲线(如图)。根据曲线所得到的结论是()A.光合速率等于呼吸速率的是b点和c点B.d点植物体内有机物含量比a点多C.光合速率最大的是b点,最小的是c点D.呼吸速率最高的是b点,最低的是c点【解析】选A。依据密闭玻璃温室内CO2浓度的变化情况可知,6时和18时,即对应于曲线上的b点和c点,光合速率等于呼吸速率,A项正确;密闭透明的玻璃温室内,0时即曲线上a点对应的CO2浓度低于24时即曲线上d点对应的CO2浓度,说明经过一昼夜的新陈代谢后,光合作用吸收的CO2总量低于呼吸作用释放的CO2总量,因此d点植物体内有机物含量比a点少,B项错误;b点和
3、c点的光合速率等于呼吸速率,但不能说明b点的光合速率最大,c点最小,也不能说明b点的呼吸速率最高,c点的最低,C、D项错误。3.在晴天中午,密闭的玻璃温室中栽培的玉米,即使温度及水分条件适宜,光合速率仍然较低,其主要原因是()A.O2浓度过低B.O2浓度过高C.CO2浓度过低D.CO2浓度过高【解析】选C。O2浓度对光合速率没有影响;CO2浓度影响光合速率,当CO2浓度过低时,光合速率较低,故密闭的玻璃温室中栽培的玉米,即使温度及水分条件适宜,光合速率仍然较低,C正确。【补偿训练】如图表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间CO2浓度的变化。则棚内植株在b点时,消耗的CO2总量与消耗的O2总量之比(体
4、积比)示意图中,正确的是()【解析】选B。据图分析可知,b点之前,大棚内CO2浓度增加,说明光合作用强度小于呼吸作用强度;b点之后,大棚的CO2浓度开始下降,光合作用强度大于呼吸作用强度,则b点时棚内植株光合作用强度等于呼吸作用强度,即消耗的CO2总量与消耗的O2总量相等,其体积比为11。4.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 和30 ,如图表示该植物在25 时光合强度与光照强度的关系,若将温度提高到30 的条件下(原光照强度和CO2浓度等不变),从理论上讲,图中相应点的移动应该是()A.a点上移,b点左移,m值增加B.a点不移,b点左移,m值不变C.a点下降,b点右移,m值下降
5、D.a点下降,b点不移,m值上升【解析】选C。根据题意和图示分析可知温度从25 提高到30 后,光合速率减慢,呼吸速率加快。图中a点代表呼吸速率,30 条件下呼吸速率加快,故a点下移;b点代表光补偿点,即b点时呼吸速率等于光合速率,由于呼吸速率加快,光合作用减慢,若要使光合速率与呼吸速率相等,则需要更大的光照强度,故b点右移;m代表最大净光合作用强度,由于升高温度后,导致光合作用强度下降,故m值下降。5.(2021大理高一检测)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是()A.光照强度低于P时,突
6、变型的光反应强度低于野生型B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度【解析】选D。题图中光照强度低于P时,突变型CO2吸收速率低于野生型,原因是突变型叶绿素含量较低,吸收光的能力较弱,光反应强度低于野生型,A项正确;光照强度高于P时,突变型CO2吸收速率大于野生型,原因是突变型固定CO2酶的活性显著高于野生型,导致暗反应强度高于野生型,B项正确;光照强度低于P时,突变型光合速率随光照强度增加而增加,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,C项正确;光照强
7、度高于P时,在达到光饱和点以前,突变型光合速率仍随光照强度增加而增加,此时限制突变型光合速率的主要环境因素仍是光照强度,D项错误。6.科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素,其体内的类胡萝卜素不仅能吸收光能,传递给负责能量生产的组织细胞,而且还决定蚜虫的体色。阳光下蚜虫体内的ATP生成速率会加快,黑暗时蚜虫体内的ATP生成速率会减慢。下列有关叙述正确的是()A.类胡萝卜素的含量会影响蚜虫的体色,不会影响蚜虫个体的生存机会B.做同一强度的运动时,蚜虫阳光下消耗的ATP来自光合作用和细胞呼吸,黑暗中仅来自细胞呼吸C.影响蚜虫体内ATP合成速率的外部因素有光照强度、温度、O2浓度等D.蚜虫体内的ATP生
8、成速率在阳光下比黑暗中快,说明其体内的ATP含量不稳定【解析】选C。类胡萝卜素的含量不仅会影响蚜虫的体色,还会影响蚜虫个体的生存机会,A错误;做同一强度的运动时,蚜虫阳光下消耗的ATP来自细胞呼吸,不来自光合作用,B错误;蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光能,还来自细胞呼吸释放的化学能,因此影响蚜虫体内ATP合成速率的外部因素有光照强度、温度、O2浓度等,C正确;蚜虫ATP含量在阳光下比黑暗中多,但消耗也增加,处于动态平衡中,故蚜虫体内的ATP含量处于稳定状态,D错误。7.利用如图所示的实验装置进行光合作用有关的实验,下列叙述正确的是()A.试管中收集到的气体总量等于光合作用产生的氧气总量B
9、.在相同的温度条件下产生氧气的量肯定相同C.用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验,可以探究CO2浓度对光合作用的影响D.用同一光源慢慢向上述装置靠近,观察气泡产生的速率的变化,可以探究光照强度对光合作用的影响【解析】选C。试管中收集到的气体总量小于光合作用产生的氧气总量,A错误;在相同的温度条件下产生氧气的量不一定相同,B错误;用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验,可以探究CO2浓度对光合作用的影响,C正确;为了探究光照强度对光合作用的影响,应选用多套装置设置不同的距离,并且气泡太少,故观察气泡产生的速率不现实,D错误。8.阳台菜园逐渐成为城市居民一种时尚,可为居民提供新鲜蔬菜,下列有关说法正
10、确的是()A.一般情况下,阳台内的蔬菜进行光合作用利用的光都是自然光B.为提高产量,在晚上可适当提高阳台蔬菜所处环境的温度C.增施农家肥可提高二氧化碳浓度,促进晚上暗反应的进行,有利于有机物的积累D.蔬菜的增重主要来自土壤和水,而不是主要来自空气【解析】选A。一般情况下,阳台内的蔬菜进行光合作用利用的光都是自然光,A正确;为提高产量,在晚上可适当降低阳台蔬菜所处环境的温度,减少有机物的消耗,B错误;晚上没有光照,植物只能进行呼吸作用,C错误;蔬菜的增重主要是有机物的积累,所需物质来自CO2即空气和水,而不是主要来自土壤,D错误。二、非选择题(共2小题,共30分)9.(16分)(2020全国卷)
11、农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有(答出2点即可)。(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是 (答出1点即可)。(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是,选择这两种作物的理由是。作物ABCD株高/cm17065
12、59165光饱和点/(molm-2s-1)1 2001 180560623【解题指南】(1)隐含信息:间作的作物要高矮明显,充分利用光照并减少竞争。(2)选择作物的原则:株高较高的植物,其光饱和点要高,充分利用上层的强光。株高较矮的植物,其光饱和点要低,充分利用下层的弱光。【解析】本题主要考查物质跨膜运输、细胞呼吸原理及其在生产中的应用、光合作用原理的应用。(1)中耕过程中去除了杂草,减少了杂草和农作物之间的竞争;疏松土壤可以增加土壤的含氧量,有利于根细胞的有氧呼吸,促进矿质元素的吸收,还可以促进好氧微生物活动,从而达到增产的目的。(2)农田施肥时,肥料中的矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存
13、在,才能被作物根系吸收。(3)间作应选取株高较高且光饱和点高的作物,充分利用上层较强的光照,同时选取株高较矮且光饱和点较低的作物,充分利用下层较弱的光照,由表格数据比较可知,作物A株高较高且光饱和点较高,可利用上层光照进行光合作用,作物C株高较低且光饱和点较低,能利用下层的弱光进行光合作用,从而提高光能利用率。答案:(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C作物A光饱和点高且长得高,可以利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用10.(14
14、分)(2017全国卷)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是_。甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是。【解析】本题主要考查影响光合作用、有氧呼吸因素的相关知识。(1)将正常生长的甲、乙两种植物放入同一密闭小室中,适宜条件下给予光
15、照,甲、乙两种植物都进行光合作用,当光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2量时,密闭小室中的CO2浓度逐渐下降,受CO2浓度的制约,光合作用速率也随之降低。当密闭小室中CO2浓度下降到CO2补偿点时,植物的光合速率等于呼吸速率,净光合速率为0。因为甲种植物CO2补偿点大于乙种植物,所以当密闭小室中CO2浓度达到甲种植物CO2补偿点时,乙种植物光合速率大于呼吸速率,即净光合速率大于0。(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,给予光照,甲种植物可进行光合作用,通过光合作用释放了O2,O2与NADH反应生成水,这是有氧呼吸的第三阶段。故光合作用产生O2增多时,使细胞的有氧呼吸增
16、加。答案:(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之下降大于0(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加(10分钟30分)1.(8分)图甲表示A植物光合速率受光照强度影响的变化曲线,图乙表示A植物光合速率在不同光照强度环境条件下,光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。a点与c点相比较,c点时叶肉细胞中C3的含量;b点与c点相比较,b点时叶肉细胞中C5的含量依次是()A.低、基本一致B.高、高C.高、基本一致D.低、
17、高【解析】选B。分析曲线图,光照强度为m时光合作用强度强于光照强度为n时,光照强度为n时,a点和c点的光反应阶段相同,但是c点的二氧化碳浓度较a点高,暗反应阶段二氧化碳的固定c点要强于a点,所以a点与c点相比较,c点时叶肉细胞中C3的含量高。b点和c点比较,b点的光照强度强,光反应阶段比c点强,两点的二氧化碳浓度相同,二氧化碳的固定一样,但是b点可以有更多的C3被还原产生C5,所以b点与c点相比较,b点时叶肉细胞中C5的含量高。2.(8分)(不定项选择)为研究有机物的积累对苹果叶片光合作用的影响,研究人员将甲组苹果叶片上下的枝条进行环割处理以阻断有机物的运输,乙组不作处理。然后在白天不同时间测
18、定两组叶片净光合速率的变化,实验结果如曲线A、B所示。下列说法正确的是()A.对比分析两曲线可知,曲线B表示甲组的实验结果,甲组为实验组B.5点时乙组叶片细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体C.7点后曲线B净光合速率明显低于A,说明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行D.相同时刻A、B两曲线的差值变化说明对光合作用的抑制随有机物积累而减弱【解析】选A、B、C。本实验研究有机物的积累对苹果叶片光合作用的影响,因此甲是实验组,研究人员将甲组苹果叶片上下的枝条进行环割处理以阻断有机物的运输,由于有机物是光合作用的产物,产物积累会导致光合速率下降,而细胞呼吸不受影响,因此同一时间点与乙组
19、相比,净光合速率也下降,对应曲线B,A 正确,C正确,D错误;乙组对应曲线A,5点时净光合速率为0,即光合作用速率等于细胞呼吸速率,因此 5点时乙组叶片细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体,B正确。【补偿训练】将一长势良好的健壮植株在密闭玻璃罩内培养并置于室外。测定玻璃罩内CO2浓度在某一天的变化情况,绘成曲线如图甲所示。图乙表示该植株处于光照下的叶肉细胞,其中a、b表示气体量。据图分析错误的是()A.BC段较AB段CO2浓度增加速率减慢的原因是温度降低,细胞呼吸减弱B.若D点和E点所对应时刻的温度相同,则两时刻的光照强度大小为DEC.E点之后CO2浓度增加的主要原因是植物的呼吸
20、作用增强D.假设该植株所有进行光合作用的细胞的光合作用强度一致,图乙表示该植株的一个进行光合作用的细胞,那么,当在图甲中D点时,图乙中ab【解析】选C。植物呼吸作用的强度与呼吸作用酶的活性有关,而酶的活性又与温度有关,凌晨2点至6点(BC段)时周围环境的温度下降,导致呼吸酶的活性降低,呼吸作用的强度下降,故BC段较AB段CO2浓度增加速率减慢,A正确;D点和E点时密闭玻璃罩内二氧化碳的增加量或减少量为0,说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度,若两者温度相同,但D点时二氧化碳浓度高,所以两时刻的光照强度大小为DE,B正确;E点之后CO2浓度增加是由于光照强度降低,光合作用强度降低,消耗的二氧化碳
21、减少,故使得密闭玻璃罩内CO2浓度增大,C错误;D点时,呼吸作用放出的CO2量等于光合作用吸收的CO2量,整株植物光合作用强度等于呼吸作用强度,但整株植物中有能进行光合作用的和不能进行光合作用的细胞,如根细胞只能进行呼吸作用,故能进行光合作用的细胞的光合速率必须大于呼吸作用速率才能使整株植物呼吸作用放出的CO2量等于光合作用吸收的CO2量,所以此时,该细胞的叶绿体吸收的CO2量大于线粒体呼吸作用放出的CO2量,即ab,D正确。【实验探究】3.(14分)如图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图,图乙为每小时所测得的结果。据图分析:(1)请写出控制本实验自变量的
22、方法:。(2)为了防止无关变量对实验结果的干扰,本实验还应设置对照实验,请问对照装置如何设置?。(3)实验测得,当用40W灯泡照射时,红色液滴没有发生移动,这是因为此时。(4)B点以后,限制茉莉花光合速率的主要环境因素有。(5)图甲所示装置无法测得A点数据,除非将其中的NaHCO3溶液换为溶液,且将装置放在环境中。在A点,产生ATP的结构有。【解析】(1)阅读题干可知,该实验的目的是探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响,实验的自变量是光照强度,可以用不同功率的灯泡控制光照强度的变化。(2)该实验通过液滴移动的距离表示光合作用强度,由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动,因此为了消除物理因素对
23、实验结果的干扰,可以将装置中的茉莉花换成死花,其他设置与装置甲一样,纠正无关变量对实验结果的影响。(3)用40W灯泡照射时,红色液滴没有发生移动说明光合作用产生的氧气与有氧呼吸吸收的氧气相等,即光合作用强度与呼吸作用强度相等。(4)B点对应的光照强度为茉莉花的光饱和点,故B点以后,限制茉莉花光合速率的主要环境因素有温度、CO2浓度。(5)光照条件下既进行光合作用,也进行呼吸作用,测得的数值是净光合作用,为了测得实际光合作用强度,需要将甲装置中的NaHCO3溶液换为NaOH溶液,且将装置放在黑暗条件下,测出呼吸作用强度,用测得的光合作用强度+呼吸作用强度才是植物实际光合作用强度。在A点进行呼吸作用,产生ATP的结构有细胞质基质和线粒体。答案:(1)用不同功率的灯泡(2)将装置中的茉莉花换成等量死花,其他设置与装置甲一样(3)光合速率等于呼吸速率(4)温度、二氧化碳浓度(5)NaOH黑暗(或遮光)细胞质基质和线粒体