1、光合作用的原理(20分钟70分)一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分)1.下列与光合作用和细胞呼吸相关的说法,错误的是()A.能进行光合作用的细胞一定能进行细胞呼吸B.只有绿色部位才能进行光合作用和细胞呼吸C.光合作用过程中产生的还原氢和细胞呼吸过程中产生的还原氢不同D.光合作用和有氧呼吸过程中均需要 H2O 的参与【解析】选B。能进行光合作用的细胞一定是活细胞,所以一定可以进行细胞呼吸为其生命活动提供能量,A正确;几乎所有的活细胞都可以进行细胞呼吸,但只有含有叶绿体的真核细胞和部分原核细胞可以进行光合作用,B错误;光合作用过程中产生的还原氢是NADPH,而细胞呼吸过程中产生的还原氢是N
2、ADH,C正确;光合作用和细胞呼吸都需要H2O参与,光合作用过程中需要进行H2O的光解,而细胞呼吸过程中丙酮酸的彻底分解需要H2O的参与,D正确。2.下列水稻叶肉细胞发生的生命活动中,有ATP合成的是()A.CO2进入叶绿体中B.CO2的固定C.C3的还原D.O2与H结合生成水【解析】选D。CO2进入叶绿体中的方式是自由扩散,不消耗ATP,也不产生ATP,A错误;CO2的固定不生成也不消耗ATP,B错误;C3的还原需要消耗ATP,C错误;有氧呼吸第三阶段,氧气与还原氢结合,生成水,产生大量的ATP,D正确。3.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
3、电子受体还原,希尔反应是H2O+氧化态电子受体还原态电子受体+1/2 O2。在希尔反应的基础上,阿尔农又发现在光下的叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP;进一步实验,撤去光照,供给CO2,发现NADPH和ATP被消耗,并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是()A.光合作用释放的O2来自水而不是CO2B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程D.光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH【解析】选B。由题中的信息(希尔反应式)可以知道,光合作用过程中产生的氧气来自参加反应的水,A正确;从希尔
4、反应和阿尔农发现的叙述,得不到NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上的结论,B错误;希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行,在光下积累NADPH和ATP,在暗处可以进行有机物的合成,C正确;希尔反应只有在光下才能进行,在暗处是不能进行的,光下积累的NADPH和ATP在合成有机物过程中被消耗,故需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH,D正确。4.在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是()A.红光,ATP下降B.红光,未被还原的C3上升C.绿光,NADPH下降D.绿光,C5上
5、升【解题指南】 (1)题干关键信息:改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射、瞬间发生变化的物质。(2)解题思路:根据光源的改变推导光能的吸收量光反应产物(NADPH和ATP)的变化暗反应过程中物质含量的变化。【解析】选C。本题主要考查光合作用的基本过程和影响因素。叶绿体中叶绿素主要吸收红光与蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,吸收绿光最少。由白光照射突然改用光照强度与白光相同的红光后,叶绿体中光合色素吸收光能增加,则光反应增强,所产生的NADPH和ATP增多,促进C3的还原,所以C3的量减少,C5的量增加,故A、B项错误。由白光照射改用光照强度与白光相同的绿光后,叶绿体中光合色素吸收光能显著减少
6、,可导致光反应速率减慢,光反应产生的NADPH和ATP明显减少,而C3的还原仍以原来的速率消耗NADPH和ATP,则短时间内NADPH含量会下降;此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5,则短时间内C5的含量会下降,故C项正确、D项错误。5.下列有关光合作用过程中物质变化的说法,正确的是()A.终止CO2的供应,C3的含量先短暂下降,再稍微回升后与C5形成新的平衡B.增加光照,C3的含量将持续下降,C5的含量将持续上升C.ATP和NADPH的含量是由光照决定的,与CO2的变化没有关系D.无论增加光照还是增加CO2的浓度,有机物的产量都不一定增加【解析】选D。终止CO2的供应,CO2的固定变慢,短
7、时间内,C3的含量会下降,但C3的含量不可能回升,故A错误;增加光照,短时间内C3的含量下降,C5的含量上升,但不能持续,故B错误;光反应生成ATP和NADPH,暗反应消耗ATP和NADPH,CO2减少,暗反应速度减慢,会使ATP和NADPH增多,抑制光反应的进行,故C错误;达到光饱和点或CO2饱和点后增加光照或CO2浓度,有机物的产量不再增加,故D正确。6.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下,如果在2 h 时,将环境中某一条件改变,此时,叶肉细胞中的C3、C5、ATP含量变化如图。那么改变的条件是()A.加强光照B.减弱光照C.提高CO2浓度D.降低温度【解析】选A。当光照增强
8、时,NADPH和ATP生成增加,C3还原加快其含量减少,短时间内其来路不变,同时C5生成增多,A正确; 减弱光照,ATP合成减少,导致C3含量上升,C5含量减少,B错误; 提高CO2浓度,导致C3含量上升,C5含量减少,C错误; 降低温度导致酶的活性减弱,光合速率减慢,ATP合成减少,CO2固定和C3还原减弱,D错误。7.白天,叶绿体中ATP和ADP的运动方向是()A.ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动B.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动C.ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP的运动方向正好相反D.ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ATP则向相反方向运动
9、【解析】选C。ATP是在叶绿体的类囊体薄膜产生的,到叶绿体基质中用于三碳化合物的还原,但ADP是由叶绿体基质转移到类囊体薄膜用于合成ATP,A、B、D错误,C正确。8.如图所示叶绿体中的类囊体有两种:基粒类囊体和基质类囊体,基质类囊体能将单个基粒类囊体连接起来。下列有关叙述正确的是()A.叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔内B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质类囊体上C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.在类囊体上不含与光反应有关的酶和色素【解析】选D。 叶绿体中的色素分布于类囊体薄膜上;H2O的光解在两种类囊体上都能发生,因为其上含有与光反应有关的酶和色素;CO2的固定发
10、生在叶绿体基质中。二、非选择题(共2小题,共30分)9.(15分)如图是光合作用过程的图解,请根据图回答: (1)绿色植物进行光合作用的细胞器是,其中生成的ATP所需能量来自。(2)光合作用的过程可以分为两个阶段, B表示:阶段,此过程进行的场所是 。(3)C和D的化学过程的名称分别是、。(4)若把该植物从光下移到暗处,则叶片叶绿体中的C3含量将(填“升高” “降低” 或“不变”) 。【解析】(1)绿色植物进行光合作用的细胞器是叶绿体,其中光反应生成ATP的能量来自光能。(2)B表示光合作用的暗反应阶段,发生在叶绿体基质中。(3)由光合作用过程图解可知,C和D的化学过程的名称分别是CO2的固定
11、和三碳化合物的还原。(4)将该植物由光照下突然移到暗处,光反应产生的NADPH和ATP减少,被还原的C3减少,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将升高。答案:(1)叶绿体光能(2)暗反应叶绿体基质(3)CO2的固定三碳化合物的还原(4)升高10.(15分)下图是光合作用过程示意图(字母代表物质),图中PSBS是一种类囊体膜蛋白,它能感应类囊体腔内的高质子浓度(H+)而被激活,激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上传递,最终将过量的光能转换成热能释放,从而防止强光对植物细胞造成损伤。(1)图中的A是,C是,D是_。(2)叶绿素a分布于上,主要吸收光。采用纸层析法分离
12、色素时,注意滤纸上的滤液细线要高于。(3)过度光照将会激活膜蛋白PSBS,直接抑制反应中反应,会导致电子不能传递给(填字母),所以过量的光能将不能转变为化学能。(4)据图信息可以推测Z蛋白的活性和阻断反应中的供应都将有利于维持类囊体腔内H+的浓度,从而有利于膜蛋白PSBS发挥作用。【解析】(1)题图表示光合作用的过程,其中阶段表示光反应,阶段表示暗反应;图中水的光解发生在叶绿体的类囊体腔中,A是O2,B是ADP和Pi,C是ATP,D是NADP+,E是CO2。(2)叶绿素a分布于类囊体薄膜上,主要吸收红光和蓝紫光。采用纸层析法分离色素时,注意滤纸上的滤液细线要高于层析液液面,防止色素溶解在层析液
13、中,导致实验失败。(3)由题意知:PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内的高质子浓度而被激活,激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,过度光照将会激活膜蛋白PSBS,直接抑制反应中水的光解反应,会导致电子不能传递给D(NADP+),导致过量的光能将不能转变为化学能。(4)据图信息可以推测降低Z蛋白的活性能使H+从叶绿体向外运输的速率减慢,同时阻断CO2的供应都将有利于维持类囊体腔内的H+浓度,从而有利于膜蛋白PSBS发挥作用。答案:(1)O2ATPNADP+(氧化型辅酶)(2)类囊体薄膜红光和蓝紫层析液液面(3)水的光解D(4)降低(抑制) CO2(1
14、0分钟30分)1.(5分)(不定项选择)如图为叶绿体结构与功能示意图,请据图判断下列有关说法中不正确的是()A.光合作用的光反应在图中B处进行,必须在有光条件下进行B.光合作用过程中释放的O2来自H2OC.光合作用的暗反应在图中B处进行,必须在无光条件下进行D.光合作用过程中CO2被固定并还原成图中的甲物质【解析】选A、C。光合作用的光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,条件是必须在光下才能正常进行,A错误;通过同位素示踪法,人们已经证明光合作用过程中所释放的氧气来自水的光解,B正确;光合作用的暗反应发生在叶绿体的基质中,光的有无不影响暗反应的发生,C错误;题图中的甲物质是(CH2O),暗反应过程
15、中物质的变化是 CO2的固定和C3的还原,D正确。2.(5分)(2020天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是()A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素【解析】选A。本题主要考查光合作用过程。该反应体系相当于叶绿体,产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质,A项正确;该反应体系不断消耗的物质还有水
16、,B项错误;类囊体产生的O2释放出去,不参与CO2的固定与还原,C项错误;类囊体薄膜上分布有光合作用色素,D项错误。3.(5分)(不定项选择)科学家在实验室中发现一种叫RSTWS的物质可破坏细胞器的膜结构,尤其对线粒体内膜和类囊体薄膜更为明显。若用RSTWS处理高等植物的叶肉细胞,则下列说法正确的是()A.处理后的该细胞有氧呼吸第一阶段减弱,导致第二、三阶段减弱B.线粒体和叶绿体增大膜面积的方式相同C.与处理之前相比,光照条件下处理后的叶肉细胞中ATP/ADP的值变小D.与处理之前相比,光照条件下处理后叶肉细胞中C3/C5的值变大【解析】选C、D。由RSTWS“可破坏细胞器的膜结构,尤其对线粒
17、体内膜和类囊体薄膜更为明显”可知,有氧呼吸第一阶段不受影响,第三阶段减弱,A错误;线粒体内膜向内折叠形成嵴,增大膜面积,叶绿体则是通过类囊体堆叠形成基粒增大膜面积,二者方式不相同,B错误;RSTWS可破坏类囊体薄膜,因此用RSTWS处理高等植物的叶肉细胞,光反应产生的 ATP 减少,光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少,影响C3的还原,导致C5含量下降,C3含量上升,C、D正确。【实验探究】4.(15分)地球上的绿色植物每年通过光合作用制造的有机物高达2 200亿吨,相当于全球每年能量消耗的10倍,可见光合作用的研究具有重要的意义。(1)光合作用是将 转变为有机化合物并释放出氧气的过程,
18、也是将自然界中光能最终转化为(有机化合物中稳定的)的途径。(2)绿色植物叶肉细胞的光合色素分布在叶绿体的上,可吸收、传递、转化光能,并将转化的能量储存在中,用于暗反应中C3的还原。(3)细胞内的叶绿体是一种动态的细胞器,随光照强度的变化,其分布和位置也会发生改变,该过程称为叶绿体定位。由图1结果可知,弱光条件下,叶绿体会汇集到细胞顶面,使其能。强光条件下,叶绿体移动到细胞两侧,以避免强光的伤害。(4)研究发现,叶绿体定位至少需要两个条件,即叶绿体的移动和新位置上的锚定。化学处理破坏细胞内的微丝蛋白(细胞骨架成分)后,叶绿体定位异常,推测叶绿体是沿着进行移动;去除叶绿体的CHUP1蛋白后,叶绿体
19、定位异常(如图2),推测叶绿体是通过CHUP1蛋白锚定在微丝蛋白上,则CHUP1蛋白位于叶绿体的。【解析】(1)光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转换为储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。因此能量转化为:光能有机物中的化学能。(2)光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上,光合色素将吸收的光能转化为ATP中活跃的化学能和NADPH中的化学能,用于暗反应中C3的还原。(3)据图1可知,弱光条件下,叶绿体会汇集到细胞顶面,能最大限度地吸收光能,保证高效率的光合作用。(4)细胞骨架与细胞运动、分类、分化以及物质的运输、能量转换、信息传递等生命活动密切相关,处理破坏细胞内的微丝蛋白(细胞骨架成分)后,叶绿体定位异常,可知叶绿体的定位与微丝蛋白有关,因此可推测叶绿体的移动是沿着微丝蛋白(细胞骨架)进行。叶绿体是双层膜结构的细胞器,CHUP1蛋白位于叶绿体的外膜表面,故叶绿体通过CHUP1蛋白锚定在微丝蛋白上。答案:(1)水和二氧化碳化学能(2)类囊体薄膜NADPH和ATP(3)最大限度地吸收光能,保证高效率的光合作用(4) 微丝蛋白(细胞骨架)外膜表面
