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隨堂真題演練10 光合作用的探究歷程與基本過程 (2017高考天津卷)葉綠體中的色素有脂溶性，液泡中紫紅色的花青苷為水溶性。以月季成熟的紫紅色葉片為材料，下列實驗無法達到目的的是(　　) A．用無水乙醇提取葉綠體中的色素 B．用水做層析液觀察花青苷的色素帶 C．用質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗探究細胞的失水與吸水 D．用光學(xué)顯微鏡觀察表皮細胞染色體的形態(tài)和數(shù)目 解析：選D。葉綠體色素為脂溶性，可溶于有機溶劑如無水乙醇，A可達到目的；花青苷為水溶性，類比葉綠體色素的分離方法，可用水做層析液觀察花青苷的色素帶，B可達到目的；質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗可用于探究細胞的吸水和失水，C可達到目的；細胞中的染色質(zhì)只在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中形成染色體，而表皮細胞無分裂能力，細胞中無染色體，D符合題意。 (2017高考海南卷)將葉綠體懸浮液置于陽光下，一段時間后發(fā)現(xiàn)有氧氣放出。下列相關(guān)說法正確的是(　　) A．離體葉綠體在自然光下能將水分解產(chǎn)生氧氣 B．若將葉綠體置于紅光下，則不會有氧氣產(chǎn)生 C．若將葉綠體置于藍紫光下，則不會有氧氣產(chǎn)生 D．水在葉綠體中分解產(chǎn)生氧氣需要ATP提供能量 解析：選A。光合作用的場所是葉綠體，離體的葉綠體在自然光下通過光反應(yīng)將水分解產(chǎn)生氧氣；葉綠體中的色素既能吸收紅光，也能吸收藍紫光，都可以產(chǎn)生氧氣。水的光解不需要消耗ATP。 (2016高考江蘇卷)下列用鮮菠菜進行色素提取、分離實驗的敘述，正確的是(　　) A．應(yīng)該在研磨葉片后立即加入CaCO3，防止酸破壞葉綠素 B．即使菜葉剪碎不夠充分，也可以提取出4種光合作用色素 C．為獲得10 mL提取液，研磨時一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好 D．層析完畢后應(yīng)迅速記錄結(jié)果，否則葉綠素條帶會很快隨溶劑揮發(fā)消失 解析：選B。提取色素時，應(yīng)在研磨前加入CaCO3，防止酸破壞葉綠素，A項錯誤；菜葉剪碎不夠充分，提取的濾液中色素的含量少，分離結(jié)果中色素帶變窄，但分離得到的色素種類不變，B項正確；在研磨時分次加入10 mL乙醇比一次性加入10 mL乙醇的效果好，C項錯誤；層析完畢后應(yīng)迅速記錄結(jié)果的原因是葉綠素在光下容易分解，并不是葉綠素隨溶劑揮發(fā)消失，D項錯誤。 (2015高考安徽卷)右圖為大豆葉片光合作用暗反應(yīng)階段的示意圖。下列敘述正確的是(　　) A．CO2的固定實質(zhì)上是將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學(xué)能 B．CO2可直接被[H]還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類 C．被還原的C3在有關(guān)酶的催化作用下，可再形成C5 D．光照強度由強變?nèi)鯐r，短時間內(nèi)C5含量會升高 解析：選C。ATP為C3的還原提供能量，并將能量轉(zhuǎn)移到(CH2O)等有機物中，CO2的固定不需要能量，A項錯誤。暗反應(yīng)中，必須經(jīng)過CO2的固定和C3的還原才能形成有機物，B項錯誤。在暗反應(yīng)中，一部分C3經(jīng)過一系列變化形成C5，一部分C3還原成(CH2O)等有機物，C項正確。在CO2供應(yīng)不變的情況下，光照強度由強變?nèi)鯐r，光反應(yīng)提供的[H]減少，ATP形成減少，故[H]和ATP的含量下降，導(dǎo)致C3還原過程減弱，但此時CO2的固定仍在進行，故短時間內(nèi)C3含量上升，C5含量下降，D項錯誤。 (高考新課標(biāo)全國卷Ⅰ)正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) A．O2的產(chǎn)生停止 B．CO2的固定加快 C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降 解析：選B。正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間，說明綠藻可以正常進行光合作用，用黑布遮光后，改變了綠藻光合作用的條件，此時光合作用的光反應(yīng)停止，光反應(yīng)的產(chǎn)物O2、ATP和[H](即NADPH)停止產(chǎn)生，所以A、C、D項所敘述現(xiàn)象會發(fā)生；光照停止，暗反應(yīng)中C3還原受影響，C5減少，CO2的固定減慢，B項所敘述現(xiàn)象不會發(fā)生。 (2015高考全國卷Ⅰ)為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時間均為135 s，處理結(jié)束時測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實驗結(jié)果如下： A組：先光照后黑暗，時間各為67.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50%。 B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為70%。 C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75 ms(毫秒)；光合作用產(chǎn)物的相對含量為94%。 D組(對照組)：光照時間為135 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%。 回答下列問題： (1)單位光照時間內(nèi)，C組植物合成有機物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D組植物合成有機物的量，依據(jù)是____________________________________________ ________________________________________________________________________； C組和D組的實驗結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要________，這些反應(yīng)發(fā)生的部位是葉綠體的________。 (2)A、B、C三組處理相比，隨著______________________的增加，使光下產(chǎn)生的______________________能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。 解析：(1)C組的光合作用時間僅僅是D組的一半，但C組光合作用產(chǎn)物的相對含量與D組相差很少，可以判斷C組單位光照時間內(nèi)植物合成有機物的量高于D組。C組和D組的結(jié)果對照說明黑暗處理時也進行光合作用，即光合作用過程中某些反應(yīng)不需要光照，該反應(yīng)指的是暗反應(yīng)，進行暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì)。 (2)比較A、B、C三組可以看出，三組的光照和黑暗交替頻率不同，交替頻率增加可使光照下產(chǎn)生的ATP和還原型輔酶Ⅱ及時利用和再生，從而提高光合作用中CO2的同化量。 答案：(1)高于　C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產(chǎn)物的相對含量卻是D組的94%　光照　基質(zhì) (2)光照和黑暗交替頻率　ATP和還原型輔酶Ⅱ [課時作業(yè)] 1．(2018遼寧東北育才中學(xué)模擬)關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，不正確的是(　　) A．可以用無水乙醇提取葉綠體中的色素 B．葉綠體中色素能夠分離的原因是不同色素在層析液中的溶解度不同 C．研缽中需加入二氧化硅、醋酸鈣、無水乙醇和綠葉 D．濾液細線要畫得細而直，避免色素帶間的部分重疊 解析：選C。葉綠體色素不溶于水，而溶于有機溶劑，所以可以用無水乙醇或丙酮等有機溶劑提取色素，A正確；葉綠體中的不同色素在層析液中的溶解度不同，從而可以分離色素，B正確；研磨時需加入二氧化硅、碳酸鈣、無水乙醇和綠葉，不能加入醋酸鈣，C錯誤；濾液細線要畫得細而直，避免色素帶間的部分重疊，影響實驗結(jié)果，D正確。 2．(2018鄭州模擬)將A、B、C、D四盆長勢均勻的植物置于陽光下，A添加紅色光照，B添加綠色光照，C隔紅色濾光片，D隔綠色濾光片(如圖所示)。經(jīng)過一段時間后，各盆植物中長勢最好的是(　　) 答案：A 3．(2018福建龍巖高三質(zhì)檢)下列有關(guān)科學(xué)家探索光合作用的實驗中，敘述錯誤的是(　　) A．與黑藻相比，水綿更適宜用作探究光合作用的場所 B．金魚藻是水生植物，用作探究光合作用產(chǎn)物是O2時，利于收集氣體 C．卡爾文利用小球藻，探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化的途徑 D．用銀邊天竺葵探究光合作用產(chǎn)物是淀粉時，不用脫色可直接加碘液使葉片邊緣變藍色 解析：選D。光合作用產(chǎn)物之一是淀粉，淀粉遇碘液變藍色，首先要用酒精使綠色的葉片脫去顏色，再滴加碘液防止綠葉本身顏色對實驗現(xiàn)象的干擾，銀邊天竺葵葉片邊緣不含葉綠體，無法進行光合作用合成淀粉。 4．(2018廈門雙十中學(xué)模擬)如圖為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖，下列說法錯誤的是(　　) A．葉綠體中的色素只分布在結(jié)構(gòu)A上 B．細胞吸收14CO2，放射性出現(xiàn)的順序為CO2→C3→甲 C．結(jié)構(gòu)A釋放的O2可參與有氧呼吸第三階段的反應(yīng) D．[H]產(chǎn)生于B處，在暗反應(yīng)中起還原作用 解析：選D。[H]是光反應(yīng)的產(chǎn)物，產(chǎn)生于類囊體薄膜(A)處，D錯誤。 5．(2018河北冀州中學(xué)段考)植物葉片中有一種酶，是葉片中含量最高的蛋白質(zhì)，其功能是催化反應(yīng)C5＋CO2―→2C3。由此推斷這種酶(　　) A．主要分布在細胞質(zhì)基質(zhì)中 B．在低溫環(huán)境中會失活，導(dǎo)致光合速率降低 C．是固定CO2的關(guān)鍵酶，其催化效率比其他酶低 D．由葉綠體中的基因控制合成，與細胞核基因無關(guān) 解析：選C。植物細胞中CO2的固定發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，A錯誤；低溫時酶活性受到抑制，高溫使酶失活，B錯誤；因為該酶是葉片中含量最高的蛋白質(zhì)，所以其催化效率可能比其他酶低，C正確；葉綠體是半自主性細胞器，其生命活動受細胞核基因控制，D錯誤。 6．(2018濰坊模擬)下圖所示為葉綠體中色素蛋白等成分在膜上的分布以及某些過程。下列關(guān)于相關(guān)過程以及發(fā)生場所的說法中，正確的是(　　) A．圖示的反應(yīng)是光反應(yīng)，場所是類囊體薄膜 B．H2O→H＋＋O2發(fā)生在光反應(yīng)階段，場所是葉綠體基質(zhì) C．ADP→ATP發(fā)生在暗反應(yīng)階段，場所是葉綠體基質(zhì) D．光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能發(fā)生在光反應(yīng)階段，在色素分子中進行 答案：A 7．(2018北京朝陽模擬)下列生理過程不能發(fā)生在葉綠體中的是(　　) A．Mg2＋吸收　　　　　 B．能量轉(zhuǎn)換 C．CO2釋放 D．有機物合成 解析：選C。Mg2＋是葉綠素合成的原料，葉綠體能夠吸收Mg2＋用于合成葉綠素，A項正確；在葉綠體中進行的光合作用，可將CO2和H2O轉(zhuǎn)變成有機物，將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，但CO2釋放發(fā)生在細胞呼吸過程中，B、D項正確，C項錯誤。 8．(2018長春調(diào)研)紫外線為高能量光線，在生物體內(nèi)易激發(fā)形成超氧化物，致使脂質(zhì)氧化而破壞其功能。據(jù)此分析，植物短暫暴露在高紫外線條件下，光合作用能力立即明顯受到抑制最可能的原因是(　　) A．細胞膜受到破壞 B．類囊體受到破壞 C．暗反應(yīng)受到抑制 D．DNA受到破壞 解析：選B。根據(jù)信息紫外線在生物體內(nèi)易激發(fā)形成超氧化物，致使脂質(zhì)氧化而破壞其功能，又生物膜的基本支架是磷脂，因此植物短暫暴露在高紫外線下，光合作用能力立即明顯受到抑制，最可能是類囊體受到破壞從而抑制了光反應(yīng)，B正確。 9．如圖表示某綠色植物進行光合作用的示意圖，請分析回答下列問題： (1)圖中a、b兩個生理過程發(fā)生的場所是__________，若適當(dāng)提高CO2濃度，則短時間內(nèi)圖中C的含量變化是__________。 (2)圖中物質(zhì)D為________，D的生成量可代表光合作用的強度。 (3)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該植物夜晚雖然能吸收CO2，卻不能合成D，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在電子顯微鏡下觀察，可看到葉綠體內(nèi)部有一些顆粒，它們被看作是葉綠體的脂質(zhì)倉庫，其體積隨葉綠體的生長而逐漸變小，可能的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)題圖中a表示CO2的固定，b表示C3的還原，均為暗反應(yīng)中的物質(zhì)變化，暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。若適當(dāng)提高CO2濃度，CO2的固定會增強，C3含量會增多，因此C3的還原利用的[H]和ATP增多，從而導(dǎo)致[H](即圖中C)含量下降。(2)題圖中物質(zhì)D為光合作用暗反應(yīng)的產(chǎn)物，即(CH2O)(或有機物、糖類)，光合作用過程中糖類的生成量、O2的釋放量和CO2的吸收量等均能代表光合作用強度。(3)在夜間沒有光照，不能進行光反應(yīng)，不能生成[H]和ATP，因此暗反應(yīng)中C3的還原無法進行。(4)葉綠體的生長過程就是葉綠體外膜、內(nèi)膜以及類囊體薄膜不斷生長的過程，而葉綠體膜的成分主要為磷脂和蛋白質(zhì)，因此脂質(zhì)倉庫中的脂質(zhì)將用于葉綠體的生長而逐漸變小。 答案：(1)葉綠體基質(zhì)　下降 (2)(CH2O)(或有機物、糖類) (3)沒有光照，不能進行光反應(yīng)，不能為暗反應(yīng)提供[H]和ATP (4)顆粒中的脂質(zhì)參與構(gòu)成葉綠體中的膜結(jié)構(gòu) 10．卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎。卡爾文將小球藻裝在一個密閉容器中，通過一個通氣管向玻璃容器中通入CO2，通氣管上有一個開關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過控制電源開關(guān)可控制光照的有無。請回答下列問題： (1)實驗材料小球藻屬于________(填“原核”或“真核”)生物。 (2)卡爾文通過停止________來探究光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系，他得到的實驗結(jié)果是圖中的________。 (3)卡爾文通過停止________來探究光合作用過程中固定CO2的化合物，這時他發(fā)現(xiàn)C5的含量快速升高，由此得出固定CO2的物質(zhì)是C5的結(jié)論。 (4)卡爾文向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進行到第 5 s時，14C出現(xiàn)在一種C5和一種C6中；將反應(yīng)時間縮短到0.5 s時，14C出現(xiàn)在一種C3中。上述實驗中卡爾文是通過控制____________來探究CO2中碳原子的轉(zhuǎn)移路徑的，采用的技術(shù)方法有________________等。 (5)卡爾文將不同反應(yīng)條件下的小球藻放入70 ℃的蒸餾水中，這樣做是為了使細胞中的________失活，此時，細胞中的化合物就保持在熱處理之前的狀態(tài)。 解析：(1)小球藻屬于真核生物。(2)在光照下，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]參與暗反應(yīng)中C3的還原，因此，通過停止光照可以探究光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系。當(dāng)停止光照后，光反應(yīng)停止，ATP和[H]的合成停止，則C3的還原減少，C3濃度增大，C5濃度減小，停止光照一段時間后，C3和C5濃度基本保持不變。(3)在暗反應(yīng)中，CO2與C5結(jié)合形成C3，當(dāng)停止CO2的供應(yīng)后，CO2的固定受到影響，故會導(dǎo)致C5含量升高。(4)由題中敘述可知，實驗中卡爾文是通過控制反應(yīng)時間來探究CO2中碳原子的轉(zhuǎn)移路徑的，該實驗中他采用了放射性同位素標(biāo)記法。(5)酶是生物體內(nèi)催化化學(xué)反應(yīng)的催化劑，大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在高溫下酶的結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致細胞中的化學(xué)反應(yīng)不能進行，化合物的含量不再發(fā)生變化。 答案：(1)真核　(2)光照　A　(3)CO2的供應(yīng)　(4)反應(yīng)時間　同位素標(biāo)記法　(5)酶 11．(2018齊魯名校調(diào)研)如圖表示某生物膜結(jié)構(gòu)及其發(fā)生的部分生理過程，下列敘述正確的是(　　) A．圖示膜結(jié)構(gòu)為葉綠體內(nèi)膜 B．a(chǎn)側(cè)為葉綠體基質(zhì)，其中含有少量DNA C．甲表示色素，在層析液中溶解度最高的是葉綠素a D．圖示過程為光反應(yīng)，該過程不需要酶的催化 解析：選B。因圖示過程需要光照，故該過程為光反應(yīng)，場所為葉綠體類囊體薄膜，A錯誤。光反應(yīng)生成的ATP進入葉綠體基質(zhì)參與暗反應(yīng)，故a側(cè)為葉綠體基質(zhì)，葉綠體基質(zhì)中含有少量DNA，B正確。在層析液中溶解度最大的色素是胡蘿卜素，C錯誤。光反應(yīng)過程需要酶的參與，D錯誤。 12．(2018廣東惠州調(diào)研)用14CO2“飼喂”葉肉細胞，讓葉肉細胞在光下進行光合作用。一段時間后，關(guān)閉光源，將葉肉細胞置于黑暗環(huán)境中，含放射性的三碳化合物濃度的變化情況如圖所示，下列相關(guān)敘述正確的是(　　) A．Oa段葉肉細胞中五碳化合物濃度有所下降 B．葉肉細胞利用14CO2的場所是葉綠體基質(zhì)，暗反應(yīng)全過程都消耗ATP和[H] C．a(chǎn)b段三碳化合物濃度不變的原因是14CO2消耗殆盡 D．b點后葉肉細胞內(nèi)沒有有機物的合成 解析：選A。題圖顯示，Oa段葉肉細胞中含放射性的C3濃度上升，說明消耗的五碳化合物(C5)增多，所以C5濃度有所下降，A正確；暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì)，暗反應(yīng)的過程包括CO2的固定和C3的還原，其中C3的還原需要消耗ATP和[H]，B錯誤；ab段三碳化合物濃度不變的原因不是14CO2消耗殆盡，而是CO2被C5固定形成C3的過程與C3的還原過程保持相對穩(wěn)定，C錯誤；b點后，在黑暗條件下，光反應(yīng)不能進行，但之前還剩余部分[H]和ATP，因此短時間內(nèi)暗反應(yīng)仍可進行， 仍有部分有機物合成，D錯誤。 13．(2018寧夏石嘴山三中模擬)大豆是我國重要的經(jīng)濟作物。土壤中的微生物能將有機物分解為某些小分子物質(zhì)供給大豆。為研究這些物質(zhì)對大豆幼苗生長的影響，在不含有機物的相同土壤中按照表格投放植物落葉等有機物，充分作用后播種大豆種子，出苗一段時間后測定大豆有關(guān)指標(biāo)，結(jié)果如表。請分析回答下列問題： 分組 有機物投放量(kg) 葉綠素含量 (mg/m2葉) C5轉(zhuǎn)變?yōu)? C3效率 總光合速率(mgCO2/h) 甲 0 0.80 20% 2.69 乙 20 2.37 41% 4.46 丙 40 4.65 82% 8.98 (1)該實驗的實驗組是________，表格中除了__________________________以外其他的都是因變量。 (2)測定大豆葉片葉綠素含量時，提取色素的試劑及分離色素方法分別是________和________。 (3)據(jù)表分析有機物投放量高的土壤中為葉綠素合成提供了大量的N、Mg等必需礦質(zhì)元素，葉綠素的含量升高可以直接促進光反應(yīng)合成更多的________以促進暗反應(yīng)。 (4)結(jié)合表格聯(lián)系光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程分析：該實驗選擇測定葉綠素含量、C5轉(zhuǎn)變?yōu)镃3效率的目的是探究______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)實驗?zāi)康氖翘骄客寥乐械奈⑸飳⒂袡C物分解成的某些小分子物質(zhì)對大豆幼苗生長的影響，故自變量為某些小分子物質(zhì)，通過加入有機物控制，實驗組為乙和丙(不同量的有機物)，對照組為甲(無有機物)。因變量為大豆幼苗生長情況，通過葉綠素含量、C5轉(zhuǎn)變?yōu)镃3效率、總光合速率來檢測。 (2)葉綠素容易溶解在有機溶劑，如無水乙醇等，用無水乙醇提取色素；不同色素在層析液中的溶解度不同，隨著層析液在濾紙條上擴散速率不同，故用紙層析法進行色素分離。 (3)葉綠素在光合作用的光反應(yīng)中吸收光能，進行水的光解生成[H]和O2，促進ADP與Pi發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成ATP，[H]和ATP參加暗反應(yīng)，把C3還原生成有機物。 (4)葉綠素吸收光能促進光反應(yīng)，其含量高低代表光反應(yīng)速率；C5轉(zhuǎn)變?yōu)镃3速率代表暗反應(yīng)速率，故選擇測定葉綠素含量、C5轉(zhuǎn)變?yōu)镃3效率的目的是探究有機物對大豆幼苗光合作用的影響是影響光反應(yīng)，還是影響暗反應(yīng)。 答案：(1)乙、丙　有機物投放量 (2)無水乙醇　紙層析法 (3)[H]和ATP (4)有機物對大豆幼苗光合作用的影響是影響光反應(yīng)還是暗反應(yīng)