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高中生物课时规范练9　
光合作用与能量转化
一、选择题:每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2022八省联考湖北卷)黄豆种子置于黑暗中萌发,生长的豆芽呈浅黄色,再移至光照条件下,一段时间后,生长的豆芽呈绿色。下列叙述正确的是(　　)
A.豆芽进行了光合作用,变成绿色
B.黑暗中黄色物质合成较多,掩盖了绿色
C.光照引起温度升高,导致豆芽变成绿色
D.光照诱导了叶绿体的形成,导致豆芽变成绿色
2.(2022八省联考重庆卷)绿色植物的光合作用过程,可用如下化学反应式来表示:
CO2+H2O(CH2O)+O2
下列有关叙述错误的是(　　)
A.在此过程中,CO2中的C被还原,H2O中的O被氧化
B.光能的吸收发生在类囊体膜上,光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C.产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源
D.释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
3.(2022山东烟台一模)我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP),成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下,PSP能够将CO2直接还原,使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法错误的是(　　)
A.自然光合系统只能还原C3,而光敏蛋白可直接还原CO2
B.黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行,而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C.光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D.该研究为减轻温室效应提供了新思路
4.(2022山东潍坊一模)光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程,是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切,机理如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.光呼吸可保证CO2不足时,暗反应仍能正常进行
B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸发生
C.光呼吸过程虽消耗有机物,但不产生ATP
D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度
5.(2022山东临沂一模)已知蛋白核小球藻的光合作用过程表示如图,其中PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统。在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下,蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤,电子传递速率降低,光化学反应速率降低,从而使光合作用减弱。下列分析错误的是(　　)
A.PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能,将H2O分解为O2和H+
B.ATP合成酶具有催化功能,并协助H+实现跨膜运输
C.蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过4层生物膜
D.刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻,叶肉细胞内C3含量上升、C5含量下降
6.(2022山东德州二模)厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用,是最古老的光合细菌之一。下图表示绿硫细菌的光复合系统参与的代谢过程简图。下列叙述错误的是(　　)
A.绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质
B.绿硫细菌能为生态系统中其他生物提供氧气和有机物
C.培养绿硫细菌时不需要通入氧气也无须提供有机碳源
D.图示过程实现了光能到有机物中的化学能的转化
7.(2022山东潍坊二模)通常情况下,光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光,用于光合作用。研究发现某些蓝细菌在近红外光环境下生长时,含有叶绿素a的光合系统会失效,而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现,叶绿素f能吸收、转化红外光,用于光合作用。下列有关叙述正确的是(　　)
A.培养蓝细菌研究光合作用时,需提供葡萄糖作为碳源
B.叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上
C.叶绿素f能够吸收、转化红外光,体现了蓝细菌对环境的适应
D.在正常光照条件下,蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
二、选择题:每小题有一个或多个选项符合题目要求。
8.(2022山东泰安二模)生物膜系统在细胞生命活动中发挥着重要作用。对图中3种生物膜结构及功能的叙述,正确的是(　　)
A.图1表示线粒体内膜进行有氧呼吸部分过程,ATP的合成依赖于H+梯度
B.图2表示细胞膜进行信息交流部分过程,受体蛋白接受信号分子刺激会使细胞原有生理活动发生变化
C.图3表示叶绿体类囊体薄膜上进行的光反应,ATP可用于暗反应中二氧化碳的固定和还原
D.3种生物膜的功能不同,主要原因是膜蛋白的种类和数量不同
9.研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子,加入3组小球藻培养液中,记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例,光照一段时间后,分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例,实验结果如下表所示。下列相关叙述正确的是(　　)
组别 起始时水中 18O的比例/% 起始时HC中 18O的比例/% 释放的O2中 18O的比例/%
1 0.85 0.41 0.84
2 0.85 0.55 0.85
3 0.85 0.61 0.85
A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B.HC可为小球藻的光合作用提供碳元素
C.HC中18O的比例不同导致放氧速率不同
D.释放的O2中18O的比例与水中的相近,推测O2中的氧原子来自水
三、非选择题
10.(2022山东滨州一模)甘蔗和玉米等植物的叶肉细胞在较低CO2条件下也能固定CO2,形成四碳二羧酸化合物(C4酸)进入维管束鞘细胞后释放CO2,从而提高维管束鞘细胞中的CO2浓度,为C3途径提供原料。这种浓缩CO2的机制称为C4途径。其过程如下图所示,其中PEP为磷酸烯醇式丙酮酸,PEPC为磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。
(1)玉米植株细胞中,C3途径进行的场所是　　　　　　　　　　,光反应为该过程提供的物质有　　　　　　　　　　。
(2)通过C3途径和C4途径固定CO2时,与CO2结合的物质分别是　　　和　　　　。
(3)RuBisco和PEPC分别是C3途径和C4途径固定CO2的两种关键酶。二者固定CO2能力较强的是　　　　　,试说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,试说明C4途径的适应意义:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
11.(2022山东枣庄模拟)下图是大豆叶肉细胞中光合作用过程示意图。PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子传递。光反应中经过一系列的电子传递,在图中膜两侧建立H+电化学梯度。图中数字表示生理过程,字母表示物质。请回答下列问题。
(1)PSⅠ和PSⅡ所在膜结构的名称为　　　　　　,将其上色素进行分离,利用的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)③表示的生理过程是　　　　　　　　　　　　　,物质C表示　　　　　　　　　,形成D过程中H+的跨膜运输方式是　　　　　　　　。
(3)从植株上取一健壮叶片,称量其质量为a,经黑暗处理1 h后质量为b,再光照处理0.5 h后质量为c,则该光照条件下,此叶片的实际光合速率可表示为　　　　　　　　/h(用a、b、c表示)。
(4)某地农民将玉米和大豆间行种植,依据的生物学原理是　　　　　　 　。
答案：
课时规范练
1.D　解析 叶绿素的形成需要光照条件。黄豆种子置于黑暗中萌发,生长的豆芽呈浅黄色,再移至光照条件下,一段时间后,生长的豆芽呈绿色,原因是光照能诱导前质体发育成叶绿体,叶绿体中的叶绿素含量较高,从而使豆芽变绿。
2.B　解析 在此过程中,CO2中的C被NADPH还原,H2O中的O被氧化形成O2,A项正确;光能的吸收发生在类囊体膜上,光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP和NADPH中活跃的化学能,B项错误;绿色植物通过光合作用制造的有机物是地球上有机物的主要来源,C项正确;好氧生物的生存需要氧气,光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高,D项正确。
3.B　解析 自然光合系统只能还原C3,而题干中说明PSP能够将CO2直接还原,A项正确;黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应产生的ATP和NADPH,无法持续进行,B项错误;在光照条件下,PSP能够将CO2直接还原,说明光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似,C项正确;温室效应是由CO2过量排放导致的,该研究为减轻温室效应提供了新思路,D项正确。
4.D　解析 从图中可知,光呼吸可为暗反应提供CO2,可以保证CO2不足时,暗反应仍能正常进行,A项正确;当光合作用的光反应强于暗反应时,O2/CO2偏高容易导致光呼吸发生,B项正确;从图中可知,光呼吸过程消耗有机物和ATP,C项正确;光呼吸可以为光合作用提供CO2,在O2/CO2偏高时光合作用仍能正常进行,抑制光呼吸在O2/CO2偏高时会降低光合作用强度,D项错误。
5.C　解析 PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统,光合作用的光反应阶段,发生在类囊体薄膜上,PSⅡ中的光合色素吸收光能后,将水光解为O2和H+,A项正确;酶具有催化作用,同时据图可知,ATP合成酶可协助H+实现跨膜运输,B项正确;根据图示,蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过5层生物膜,包括类囊体薄膜、叶绿体的双层膜及线粒体的双层膜,C项错误;在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下,蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤,电子传递速率降低,光化学反应速率降低,使产生的ATP、NADPH减少,从而影响了暗反应,使C3含量上升、C5含量下降,D项正确。
6.B　解析 绿硫细菌的光复合系统也能吸收光能,并发生化学反应(需要相关酶),说明绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质,A项正确;厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用,由图可知,绿硫细菌光反应不产生氧气,因此不能为其他生物提供氧气,B项错误;厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用,因此培养绿硫细菌时不需要通入氧气,也无须提供有机碳源,C项正确;图中光反应中绿硫细菌将光能转化为化学能,储存在ATP和NADPH(有机物)中,D项正确。
7.C　解析 蓝细菌属于自养生物,能够自己合成有机物,故培养蓝细菌研究光合作用时,不需要提供葡萄糖作为碳源,A项错误;蓝细菌为原核生物,无叶绿体,B项错误;由题意可知,叶绿素f能够吸收、转化红外光进行光合作用,体现了蓝细菌对环境的适应,C项正确;结合题意“通常情况下,光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光,用于光合作用。……在近红外光环境下生长时,含有叶绿素a的光合系统会失效,而含有叶绿素f的光合系统会启动”可知,在正常光照条件下,光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光,而不利用红外光,D项错误。
8.ABD　解析 图1表示的生理过程是有氧呼吸第三阶段,发生在线粒体内膜上,其中ATP的合成依赖于H+梯度,H+顺浓度梯度穿过生物膜的同时合成ATP,A项正确;图2表示信号分子能与其受体蛋白结合,来调节生命活动,从而引起细胞原有生理活动发生变化,B项正确;图3表示叶绿体类囊体薄膜上进行的光反应,其中合成的ATP可用于暗反应中三碳化合物的还原,CO2的固定不消耗能量,C项错误;蛋白质是生命活动的体现者,图1~3中生物膜的功能不同,从其组成成分分析,主要原因是含有的蛋白质的种类和数量不同,D项正确。
9.ABD　解析 光合作用光反应阶段,水在光下分解释放氧气,该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行,A项正确;碳酸氢钠可以释放CO2,为光合作用提供碳元素,B项正确;释放的O2中18O的比例与起始水中18O比例一致,与HC中18O的比例不同,推知O2中的氧原子来自水,放氧速率与HC中18O的比例不同无关,C项错误,D项正确。
10.答案 (1)叶绿体基质　NADPH和ATP　(2)C5　PEP　(3)PEPC　PEPC在较低浓度CO2条件下仍可催化CO2与PEP的结合,因此PEPC固定CO2的能力更强一些　(4)热带地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行
解析 (1)根据图示分析可知,C3途径发生在维管束鞘细胞中,是在该细胞的叶绿体基质中发生的;图中所需要的NADPH和ATP都是由光反应提供的。(2)根据图示分析可知,C4途径中与CO2结合的物质是PEP,C3途径中与CO2结合的物质是C5。(3)Rubisco和PEPC分别是C3途径和C4途径固定CO2的两种关键酶,其中PEPC在较低浓度CO2条件下仍可催化CO2与PEP的结合,因此PEPC固定CO2的能力更强一些。(4)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,这些地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,使得细胞中CO2浓度较低,而C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行。
11.答案 (1)类囊体　不同色素在层析液中的溶解度不同　(2)三碳化合物的还原　ADP和Pi　协助扩散　(3)(a+2c-3b)　(4)可充分利用光能(提高光能利用率),大豆根瘤菌的固氮作用增加土壤中氮的含量
解析 (1)PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子传递,所以其位于类囊体膜上。由于不同色素在层析液中的溶解度不同,据此可利用层析液将不同色素进行分离。(2)根据分析可知,③过程表示C3的还原。物质C为ADP和Pi。图示形成D过程中H+的跨膜运输方式是顺着浓度梯度运输,需要载体蛋白,为协助扩散。(3)a-b为1 h的呼吸消耗量,(c-b)×2为1 h的净光合作用量,实际光合速率=净光合速率+呼吸速率,所以此叶片的实际光合速率可表示为(c-b)×2+(a-b)=(a+2c-3b)/h。(4)大豆和玉米的株高不同,间行种植,可充分利用光能,同时大豆根瘤菌的固氮作用可增加土壤中氮的含量,有利于产量的提高。
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