1、光合作用的原理【基础全面练】 共30分一、选择题(共4题,每题4分,共16分)1.鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的O2来自H2O,而不是来自CO2,下列关于鲁宾和卡门的实验叙述错误的是()A.该实验使用了同位素标记法B.用O和CO2进行实验收集到的氧气全为18O2C.用H2O和C18O2进行实验收集到的氧气全为18O2D.用O和C18O2进行实验收集到的氧气全为18O2【解析】选C。鲁宾和卡门的实验使用了同位素标记法,A正确;光合作用产生的O2来自H2O,所以氧气中的O元素的类型只与水中O的种类有关,因此B、D正确,C错误。2.光合作用过程中发生了物质转换和能量转化,下列关于能量转化的正确
2、途径是()A.叶绿素阳光 氢和氧B.阳光叶绿素ADP (CH2O)C.叶绿素阳光ADP C5D.阳光叶绿素ATP (CH2O)【解析】选D。在光反应的过程中,色素吸收了光能,用于水的光解和ATP的合成,这样光能就转化成ATP和NADPH中活跃的化学能;然后NADPH和ATP用于暗反应,去还原三碳化合物,这样活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能,故选D。【补偿训练】 光合作用过程中进行着能量的转化和物质的合成与分解,叶绿体中ATP和ADP的运动方向是()A.ATP和ADP同时由类囊体向叶绿体基质运动B.ATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体运动C.ATP由类囊体向叶绿体基质运动,ADP的运动方
3、向则相反D.ADP由类囊体向叶绿体基质运动,ATP的运动方向则相反【解析】选C。在叶绿体中,ATP在类囊体的薄膜上产生,在叶绿体基质中被消耗产生ADP,而ADP的转运方向则与ATP相反。3.紫外线为高能量光线,在生物体内易激发形成超氧化物,致使脂质氧化而破坏其功能。据此分析,植物短暂暴露在高紫外线条件下,光合作用立即明显受到抑制最可能的原因是()A.细胞膜受到破坏B.类囊体受到破坏C.暗反应受到抑制D.DNA受到破坏【解析】选B。根据题干信息紫外线在生物体内易激发形成超氧化物,致使脂质氧化而破坏其功能,又因为生物膜的基本支架是磷脂,所以植物短暂暴露在高紫外线下,光合作用立即明显受到抑制,最可能
4、是类囊体受到破坏从而抑制了光反应,B正确。4.通过研究元素的转移途径可以推测物质的转化过程,用含同位素14C的CO2来追踪光合作用碳原子的转移最可能的途径是()A.14CO2叶绿素ADPB.14CO2ADPATPC.14CO2三碳化合物葡萄糖D.14CO2五碳化合物葡萄糖【解析】选C。CO2是暗反应的原料,光合作用暗反应过程为:(1)CO2固定:CO2+C52C3;(2)C3的还原:2C3(CH2O)+C5。由暗反应过程可知,光合作用过程中C原子的转移途径为:CO2三碳化合物葡萄糖。【补偿训练】1.如图为叶绿体结构与功能示意图,下列叙述错误的是()A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP和NA
5、DPH中的化学能B.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2C3甲C.结构A释放的O2可进入线粒体中D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加【解析】选D。在光合作用中,CO2首先和C5生成C3,如果突然停止CO2的供应,则C3的生成量减少,而其消耗量不变,因此短时间内C3的含量将会减少。2.植物叶片中所含RuBP羧化酶大约占总叶绿体中蛋白质的一半,其功能是催化C5+CO2C3,下列有关叙述正确的是()A.上述反应必须在无光条件下进行B.RuBP羧化酶能为上述反应提供能量C.上述反应所需CO2部分来自空气D.RuBP羧化酶分布在类囊体薄膜上【解析】选C。C5+CO2C3是暗反应中
6、二氧化碳的固定过程,该过程可以在有光条件下进行,A项错误;RuBP羧化酶的作用是催化反应,而不是提供能量,B项错误;暗反应中所需CO2部分来自空气,部分来自细胞呼吸,C项正确;RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中,D项错误。二、非选择题(共14分)5.光合作用是维持生命的能量来源,地球上大部分的能量物质也是经过光合作用由太阳能而来。如图是某植物光合作用过程示意图。(1)图中所示结构是_;产生物质A的过程称为_;物质B是指_。(2)图中反应伴随的能量变化是_。(3)20世纪40年代科学家用14CO2供给小球藻进行光合作用,最终探明了CO2转化为有机物的途径。这个途径是图中的_。A.仅反应B.反应和反
7、应C.仅反应D.反应或反应(4)光合作用被称为地球上最重要的反应,从能量转换和物质变化两方面说明光合作用的意义:_。【解析】(1)分析题图可知,题图表示叶绿体中的光合作用过程,其中所示结构是类囊体;在类囊体薄膜上经水的光解过程产生物质A是氧气;物质B与CO2生成C,故B是五碳化合物,C是三碳化合物。(2)图中反应是暗反应,伴随的能量变化是ATP中活跃化学能转变成有机物中稳定化学能。(3)科学家卡尔文用14C标记的CO2证明了C的转移途径,由于CO2只参与暗反应,故该途径只涉及暗反应,即反应。(4)由于光合作用过程中将CO2与H2O转化成有机物,将光能转化成化学能,故光合作用被称为地球上最重要的
8、反应。答案:(1)类囊体水的光解五碳化合物(2)ATP中活跃化学能转变成有机物中稳定化学能(3)C(4)将CO2与H2O转化成有机物,将光能转化成化学能【综合突破练】 共50分一、选择题(共4题,每题7分,共28分)6.下面示意图表示植物叶肉细胞内光合作用、细胞呼吸中O的转移过程。下列相关叙述错误的是()H2OO2H2OCO2C3(CH2O)A.过程都有ATP生成B.过程都要消耗NADPHC.过程都需在生物膜上进行D.过程可为过程提供反应物【解析】选B。表示有氧呼吸的第三阶段,过程表示有氧呼吸第二阶段,两个过程中具有ATP的生成,A正确;表示有氧呼吸的第三阶段,该过程中消耗H为NADH,过程表
9、示暗反应阶段中三碳化合物的还原,该阶段要消耗NADPH,二者均消耗H,但两者H不同,B错误;过程为光反应,发生在叶绿体类囊体薄膜上,过程为有氧呼吸的第三阶段,该阶段发生在线粒体内膜上,即二者都需在生物膜上进行,C正确;过程产生的水可用于过程有氧呼吸的第二阶段中水的消耗,D正确。7.(不定项)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图,图中表示相关物质。现有甲、乙两植株,甲叶色正常,乙为叶色黄化的突变植株,叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中,下列相关叙述正确的是()A.被色素吸收的光能全部用于合成ATPB.只有接受ATP释放的能量,C3才能被NADPH还原
10、C.如果突然增加光照强度,则短时间内含量减少,的含量增加D.如果突然增加光照强度,甲的叶肉细胞C3减少,乙的叶肉细胞含量减少【解析】选B。光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途,一方面引起水的光解,另一方面参与ATP合成,A错误;在光合作用暗反应阶段,C3的还原只有接受ATP释放的能量才能完成,B正确;图中表示NADP+,若突然增加光能,光反应增强,则短时间内含量减少,为ADP和磷酸,增加光能后短时间内的含量也会减少,C错误;若突然增加光照强度,则甲、乙两植株光合作用光反应均增强,所以C3均减少,图中(C5)均增加,D错误。【方法规律】光合作用过程的“一、二、三、四”8.(不定项)如图表示
11、甘蓝叶肉细胞内三碳化合物和葡萄糖的相互转化过程。下列叙述错误的是()A.过程发生在叶绿体基质,过程发生在线粒体基质B.过程有无光都可发生,过程的发生需要 O2C.过程可以发生在同一个细胞中D.为提高产量应增强过程,减弱过程【解析】选A、B。过程发生在叶绿体基质,过程发生在细胞质基质,A错误;过程的发生不需要光照,过程的发生不需要O2,B错误;分析可知,过程可以发生在同一细胞中,C正确;为提高产量应设法增强光合作用暗反应过程,减弱细胞呼吸过程,D正确。【补偿训练】 如图是某植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸过程中物质变化示意图,其中甲、乙表示气体,表示相关过程。下列叙述错误的是()A.甲和乙分别代
12、表CO2和O2B.过程发生的场所是细胞质基质C.代表光合作用的光反应阶段D.植物叶片表皮细胞中可以发生过程【解析】选B。因为CO2既是有氧呼吸的产物,又是光合作用暗反应阶段的原料。因此甲和乙分别代表CO2和O2,A正确;过程代表有氧呼吸的第一阶段和第二阶段,场所是细胞质基质和线粒体基质,B错误;代表光合作用的光反应阶段,C正确;O2既是有氧呼吸的原料,又是光合作用的产物。代表有氧呼吸的第三阶段,植物叶片表皮细胞没有叶绿体,不能进行光合作用,能进行细胞呼吸,可以发生过程,D正确。9.(不定项)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径,其中磷酸丙糖转移蛋白(TPT) 的活性是限制光合速率大小的
13、重要因素。已知CO2充足时,TPT活性降低;磷酸丙糖与Pi通过TPT的运输严格按11的比例进行转运。据图分析,下列有关叙述错误的是()A.叶肉细胞的光合产物是以淀粉形式运出细胞的B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATPC.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则利于蔗糖的合成D.农业生产上可以通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量【解析】选A、C、D。由图可知,光合作用暗反应中C3的还原过程会产生磷酸丙糖,磷酸丙糖可在叶绿体中用于合成淀粉或转化为氨基酸,也可在TPT的参与下被运出叶绿体合成蔗糖,蔗糖能储存在液泡中,也能运出细胞,A错误;暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光
14、反应产生的ATP,B正确;据图分析可知,若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,有利于淀粉的合成,C错误;由于CO2充足时,TPT活性降低,导致磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程受到影响,所以增加CO2后,能提高作物中淀粉的含量,蔗糖的含量会下降,D错误。【补偿训练】 百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图,据图分析错误的是()A.图中B物质可能是葡萄糖B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2C.PEP、RuBP均能与CO2结合D.夜间细胞液pH可能会下降【解析】选A。在有氧呼吸过程中,进入线粒体的是丙酮酸,而不是葡萄糖,A错误;由图可知
15、,光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个,一是来自线粒体,二是来自细胞质基质,B正确;由图可知,CO2与PEP或RuBP结合分别形成OAA或PGA, C正确;植物细胞液泡内的液体称为细胞液,而细胞内液才是指细胞内的液体,晚间苹果酸进入细胞液中,使细胞液pH下降,D正确。二、非选择题(共22分)10.已知光合作用分为光反应与暗反应两个阶段,某研究小组进行如表所示实验研究,请回答:步骤甲乙丙丁1离体叶绿体吸水涨破,加入ADP、NADP+等+2无CO2环境中光照处理30 min+-+无CO2环境中黑暗处理30 min-+-3离心分离得到无类囊体等含膜结构的提取液,继续实验+-不离心,直接继续实验-+
16、4加入14C标记的NaHCO3+5黑暗处理30 min+-+光照处理30 min-+-6检测是否生成(14CH2O)+(注:“+”表示进行该步骤,“-”表示没有进行该步骤)(1)离心分离得到的无类囊体提取液,相当于叶绿体的_结构。(2)甲组检测到(14CH2O)生成,原因是_。除甲组外,能检测到(14CH2O)生成的还有_组。(3)根据实验结果,能初步验证_。光合作用需要CO2光反应的场所是类囊体暗反应的场所是叶绿体基质【解析】(1)离心分离得到的无类囊体提取液,相当于叶绿体的基质,内含多种与暗反应有关的酶。(2)根据表格可知,甲组含有无类囊体提取液,在离心之前的光照条件下会有ATP和NADP
17、H产生,在提供14C标记的NaHCO3情况下能进行暗反应产生(14CH2O)。丙组和丁组离体叶绿体吸水涨破后没有进行离心处理,故含有进行光反应和暗反应的酶和色素等条件,且两组都给予了光照和二氧化碳等条件,故都能检测到(14CH2O)生成。(3)通过乙组的对照及实验结果,可初步推知光反应的场所是类囊体,暗反应的场所是叶绿体基质。答案:(1)(叶绿体)基质(2)无类囊体提取液中含有光照时产生的ATP和NADPH,在酶的催化下,C3接受ATP释放的能量并且被NADPH还原丙、丁 (3) 【应用创新练】 共20分11.光合作用是地球上最重要的化学反应,科学家利用合成生物学的方法模拟光合作用,进行如下研
18、究。(1)高等植物的光合作用主要在叶肉细胞的_(填写细胞器名称)中进行,植物光合作用中物质的变化是_;能量的变化是_。(2)科学家从菠菜叶肉细胞中分离出_,用磷脂分子包裹形成图1所示的油包水液滴结构,并在其中加入足量NADP+、ADP等物质。图1结构的外膜与细胞膜相比,其在物质组成上的特点是_;结构上的特点是_。(3)科学家对油包水液滴采取明暗交替处理,一段时间内检测此结构内产生NADPH的量,结果如图2所示。由图可知,NADPH含量明期上升,暗期_。NADPH含量出现上述变化的原因是_。这说明油包水液滴内的人工光反应系统构建成功。(4)进一步将多种酶等物质加入油包水液滴内,通入充足的_作为原
19、料,形成化学反应循环。明暗交替处理,在该化学反应循环中可检测到乙醇酸(一种有机酸)的生成,这一化学反应循环模拟了光合作用的_阶段。检测此结构中NADPH的含量,推测其随明暗时段的变化是_。【解析】(1)高等植物光合作用主要的场所是叶绿体,光合作用中物质变化是将二氧化碳和水转化成有机物,能量变化是将光能转化为有机物中稳定的化学能。(2)叶肉细胞中吸收光能的色素位于类囊体上,故从菠菜叶肉细胞中分离出类囊体。用磷脂分子包裹形成图1所示的油包水液滴结构,该结构由单层磷脂分子构成,只有磷脂分子,无蛋白质、糖蛋白、糖脂等物质,而细胞膜的主要成分是磷脂分子和蛋白质分子,还有糖蛋白、糖脂等物质,其结构是由磷脂
20、双分子层组成基本支架,蛋白质分子镶嵌或贯穿在磷脂双分子层中,故图1结构的外膜与细胞膜相比,其在物质组成上的特点是只有磷脂分子(无蛋白质和糖类等物质);结构上的特点是只由单层磷脂分子构成(无蛋白质分子镶嵌或贯穿在其中)或不是磷脂双分子层。(3)分析可知:NADPH含量明期上升,暗期保持不变,说明在条件适宜的情况下,油包水液滴在明期类囊体上发生光反应产生并积累NADPH;在暗期NADPH没有生成也没有消耗,其含量保持稳定。(4)光合作用暗反应需要二氧化碳及相关酶,而油包水液滴在上述适宜条件下进行了光反应,故明暗交替处理下,通入充足的二氧化碳为原料,在相关酶的作用下,可进行暗反应。由于暗反应消耗光反应产生的ATP和NADPH,故NADPH的含量在明期上升,暗期下降。答案:(1)叶绿体二氧化碳和水转化成有机物(或淀粉、糖类),释放氧气将光能转化为有机物中稳定的化学能(2)类囊体(或基粒)只有磷脂分子(无蛋白质和糖类等物质)只由单层磷脂分子构成(无蛋白质分子镶嵌或贯穿在其中)或不是磷脂双分子层(3)保持不变在明期类囊体上发生光反应产生并积累NADPH;在暗期NADPH没有生成也没有消耗,其含量保持稳定(4)CO2暗反应明期上升,暗期下降