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光合作用
高考原题
【2022全国乙卷，2】1.某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【2022全国甲卷，29】2.根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
（1）不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________（答出3点即可）。
（2）正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是____________（答出1点即可）。
（3）干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是______________。
考情分析
本专题以选择题以及填空题的形式出现。本专题主要考查光合作用的过程、影响光合作用的因素以及光合作用与细胞呼吸的综合分析等。
变式训练
3.CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作为实验材料，分别进行三种不同实验处理，甲组提供大气CO2浓度（375μmol·mol-1），乙组提供CO2浓度倍增环境（750μmol·mol-1），丙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60d，测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应，选择晴天上午测定各组的光合作用速率。结果如下图所示。
回答下列问题。
（1）CO2浓度增加，作物光合作用速率发生的变化是_____；出现这种变化的原因是_____。
（2）在CO2浓度倍增时，光合作用速率并未倍增，此时限制光合作用速率增加的因素可能是_____。
（3）丙组的光合作用速率比甲组低。有人推测可能是因为作物长期处于高浓度CO2环境而降低了固定CO2的酶的活性。这一推测成立吗？为什么？
（4）有人认为：化石燃料开采和使用能升高大气CO2浓度，这有利于提高作物光合作用速率，对农业生产是有好处的。因此，没有必要限制化石燃料使用，世界主要国家之间也没有必要签署碳减排协议。请查找资料，对此观点作简要评述。
4.玉米叶肉细胞的叶绿体数目少、个体小、有基粒，与之相邻的维管束鞘细胞的叶绿体个体大、没有基粒或基粒发育不良。玉米叶肉细胞通过“CO2泵”将CO2“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行，相关过程如图所示。回答下列问题：
（1）白天时，玉米植株体内的NADPH可由_____与电子和质子（H+）结合形成。图中维管束鞘细胞和与之相邻的叶肉细胞之间会形成大量的胞间连丝，细胞间形成这种结构的主要作用是_____。
（2）研究得知，玉米叶肉细胞中的“CO2泵”实际上是发生在叶绿体中的一种特殊的CO2固定过程，推测该过程消耗的ATP应该来自_____（答场所和过程）。如果叶肉细胞中“CO2泵”受到抑制，则在短时间内维管束鞘细胞中A的含量_____。
（3）晴朗的夏季，玉米叶片气孔开度下降，导致CO2供应减少，但玉米光合作用速率不仅没有下降，反而有所上升，其原因是_____。
（4）欲探究CO2中的碳在图示过程中的转移情况，请简要写出实验思路。
5.请回答下列有关阴生植物和阳生植物的问题。
（1）如图曲线表示甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势，据图分析甲、乙两种植物中，属于阴生植物的是_____________，适合在林下种植。当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________________。甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是_________________，判断的依据是_____________。
（2）取阳生和阴生两种长势相似的植物，分别放在两个相同的密闭透明玻璃瓶中，在适宜温度条件下，逐渐增加光照强度，测定放氧速率的数据如表。
光强μmol光子/(100 g s) 0 10 30 50 100 200 450 500
放氧速率μmol O2/(100 g s) 植物A -20 -10 -5 -1 5 15 29 28
植物B -2 -0.5 1.5 3 6 10 11 10
①由表中数据可以推测，属于阳生植物的是_____________。
②若绘制A、B两种植物的放氧速率曲线图，则在两条曲线相交时所对应的光照强度下，A、B两种植物产生氧气的差值为_______________μmol O2/（100 g s）。
③光补偿点时，植物A叶肉细胞光合速率_____________（填“大于”“小于”或“等于”）呼吸速率。
6.新疆的南疆地区是中国葡萄的主要产区，南疆气候干旱少雨，多浮尘天气，在葡萄种植过程中，研究者通过设计实验研究了叶片上尘土覆盖对葡萄（和田红、木纳格、无核白均为葡萄的品种名称）光合作用的影响。请据图回答下列问题（注：新疆计时采用北京时间，北京时间比当地的实际时间大约晚两个小时）：
（1）图A中16:10时和田红和无核白的净光合速率均显著下降，其原因主要是植物从环境中吸收的_____减少，导致这两种葡萄植株光合作用过程中的_____减弱，从而使净光合速率显著下降。
（2）若用CO2的变化量来表示植物的净光合速率，图A中植物消耗了_____（填“线粒体”“外界环境”或“线粒体和外界环境”）中的CO2。
（3）图_____（填“A”或“B”）中净光合速率变化曲线表示叶片上有尘土覆盖，判断依据是_____。
（4）通过图A和图B判断_____品种的葡萄更适应当地的浮尘天气，依据是_____。
7.中华苦荬菜为菊科小苦菜属多年生草本植物，具有清热解毒、解痉镇痛、凉血消肿、保肝抗炎等功效，可用于治疗肺痈、乳痈、痢疾肠炎等多种疾病。科研人员以野生中华苦荬菜为研究对象，研究了其光合作用日变化及其与环境因子的关系。测定前选择大小一致、生长部位相同的叶片进行挂牌标记，同时测定叶片的叶面积，将测得数据输入光合作用测定系统，自8:00~16:00，每隔2h测1次，每次6个重复，测定单位面积的净光合速率、蒸腾速度、气孔导度、胞间CO2浓度以及大气CO2浓度，结果如图。请回答下列问题：
注：Pn表示净光合速率；E表示蒸腾速率：Ci表示胞间CO2浓度；Gs表示气孔导度：Ca表示大气CO2浓度
（1）中华苦荬菜进行光反应的场所是_____，光反应为暗反应提供了_____。
（2）测定前要选择大小一致、生长部位相同的叶片进行标记作为测定对象，目的是_____；每次做6个重复的目的是_____。
（3）由图甲可知，中华苦荬菜的Pn值的日变化是一个典型的双峰曲线，大约在12:00具有一个明显的“_____”现象，产生该现象的原因是_____；中华苦荬菜的E值的日变化的高峰期出现的时间是_____。
（4）由图乙可知，Gs和Ci中，_____更容易受到环境因子的影响。
（5）已知气孔限制值Ls=1-（Ci/Ca），当午间Pn下降，“午休”现象产生时，如果Ci降低，Ls升高，Pn下降主要由气孔限制因素引起；而当Ci上升，Ls下降，Pn下降以非气孔限制因素影响为主。由图甲、乙推测，中华苦荬菜光合“午休”现象主要是由_____因素造成的。
8.植物的光合作用速率受多种环境因素影响。将甲、乙、丙三个品系的棉花植株从30℃环境移入40℃环境中培养，测得相关数据变化情况如图1所示。图2是四组甲品系棉花幼苗在温度适宜、水分和CO2浓度不同的情况下测得的净光合速率随光照强度变化的曲线。下表是测定图2中光照强度为Q时各组相对气孔开度、水分利用效率的数据。回答下列相关问题：
组别 A B C D
相对气孔开度/% 100 62 83 47
水分利用效率 1.78 1.81 3.10 3.25
（1）据图1、图2分析，下列因素中，影响棉花植株光合速率的有_____。
A.棉花品系 B.光照强度 C.CO2浓度 D.温度 E.水分
（2）图2中，光照强度为M时，B组棉花植株根尖细胞中产生ATP的场所有_____，此时，D组棉花植株光合作用所需CO2的来源有_____，所吸收的CO2在_____（答具体场所）被利用。
（3）分析图2和表中数据可知，光照强度为Q时，干旱导致棉花植株净光合速率降低的主要原因是_____。_____组对照显示，CO2浓度倍增不仅能提高棉花植株的净光合速率，还能通过提高_____来增强棉花植株的抗旱能力。
答案以及解析
1.答案：D
解析：本题考查光合作用与细胞呼吸的关系。在适宜且恒定的温度和光照条件下，密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用，初期光合速率大于呼吸速率，导致容器内CO2含量逐渐降低；由于密闭容器内的CO2含量有限，随着光合作用持续进行，CO2逐渐被消耗，其含量降低，进而光合作用强度减小；当CO2含量降低到一定水平时，小麦的光合速率和呼吸速率相等，此时净光合速率为0，容器内的CO2含量保持相对稳定。
2.答案：（1）O2、ATP和NADPH（或[H]）
（2）自身呼吸作用要消耗一部分
（3）干旱条件下，植物胞间二氧化碳浓度低，C4植物的二氧化碳补偿点比C3植物的低，C4植物能利用较低浓度的二氧化碳进行光合作用（合理即可）
解析：（1）光反应阶段的化学反应是在类囊体薄膜上进行的，在光反应阶段，叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解成氧气和NADPH（或[H]），另一方面在有关酶的催化作用下，促成ADP与Pi发生化学反应，形成ATP。
（2）植物叶片细胞也要通过呼吸作用消耗一部分光合产物，故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。
（3）干旱导致气孔开度减小，通过气孔进入叶肉细胞的二氧化碳减少，C4植物的二氧化碳补偿点比C3植物的低，C4植物能利用较低浓度的二氧化碳进行光合作用，故在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。
3.（1）答案：加快；CO2是暗反应的原料，CO2浓度增加，暗反应加快，光合作用速率也加快
解析：CO2是光合作用(或暗反应)的原料，CO2浓度增加，作物的光合作用速率增加。
（2）答案：光照强度、温度
解析：CO2浓度倍增，光合作用速率并未发生倍增，是因为影响光合作用的环境因素除了CO2浓度外，还有温度、光照强度等。
（3）答案：不成立，因为影响酶活性的因素有温度、pH等，跟底物浓度无关。
解析：
（4）答案：化石燃料的使用产生的污染物对环境的影响主要有三个方面：一是全球气候变暖。燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳浓度上升，从而导致温室效应加剧，改变了全球的气候，生态平衡失衡。二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的温度平均要高出7~8℃，会使某些生物离开该水域。三是大气污染。化石燃料燃烧后产生的硫氧化物或氨氧化物，在大气中经过复杂的化学反应形成酸雨。酸雨能加速土壤中矿物质营养元素的流失；改变土壤结构，导致土壤贫化；酸雨还能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。
解析：“没有必要限制化石燃料的使用”这种观点是片面的，由于人类的活动，地球上空气中的CO2浓度持续上升，这虽然可减轻CO2缺乏对植物光合作用的限制，但也会引起温室效应，温度升高会给地球的生态环境及人类活动带来一系列严重的问题。
4.答案：（1）NADP+；进行细胞间物质交换和信息交流
（2）在叶绿体的类囊体薄膜上进行的光反应；下降（或减少、降低等）
（3）玉米叶肉细胞内有“CO2泵”，在气孔开度下降时仍可以维持维管束鞘细胞内较高的CO2浓度，同时在光照强度增强的条件下光合作用的光反应速率增大（答案合理即可）
（4）用被14C标记的CO2供玉米进行光合作用，然后追踪检测放射性出现的部位，根据不同部位出现放射性的时间确定CO2中碳的转移情况。（合理即可）
解析：（1）白天时，玉米植株进行光合作用的光反应，NADP+与H+结合形成NADPH。胞间连丝的主要作用是进行细胞间物质交换和信息交流。
（2）叶绿体中进行的CO2固定过程所消耗的ATP应该来自光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。如果叶肉细胞中“CO2泵”受到抑制，则“泵”入维管束鞘细胞叶绿体中的CO2减少，导致CO2与C5结合生成A（C3）的过程减慢，故短时间内维管束鞘细胞中A的含量下降。
（3）晴朗的夏季温度过高导致气孔关闭时，玉米光合作用速率不仅没有明显下降，反而有所上升，其原因是玉米叶肉细胞内有“CO2泵”，仍可以维持维管束鞘细胞内较高浓度的CO2，另外晴朗的夏季光照较强，玉米光合作用的光反应速率可能会有所提高。
（4）欲探究CO2中的碳在题图过程中的转移情况，可以采用同位素标记法，即用被14C标记的CO2供玉米进行光合作用，然后追踪检测不同时间放射性出现的部位，根据不同部位出现放射性的先后顺序确定CO2中碳的转移情况。
5.答案：（1）乙；甲；甲；光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
（2）①植物A；②18；③大于
解析：（1）从图中可以看出，乙植物的光饱和点以及光补偿点都比甲植物低，适合在光照强度相对较弱的环境中生长，林下的光照强度低，因此更适合在林下种植的是植物乙。由图分析可知，当光照强度大于a时，相同光照强度下，甲植物的净光合速率大于乙，有机物的积累较多，对光能的利用率较高。甲、乙两种植物单独种植时，若种植密度过大，植株接受的光照强度相对较弱，光照强度降低程度相等的条件下甲植物净光合速率降低的幅度比乙大。
（2）①分析表格中的数据可知，与植物A相比，植物B在较弱的光照强度下即可开始积累有机物，说明植物B属于阴生植物，植物A属于阳生植物。②根据题意，两条曲线相交，此交点条件下A、B两植物净光合速率相等。根据表格中光强为0时的数据可知，植物A的呼吸速率为20 μmol O2/（100 g s），植物B的呼吸速率为2 μmol O2/（100 g s），因此A、B两种植物产生氧气的差值为20-2=18 μmol O2/（100 g s）。③光补偿点时，植物A的光合作用强度等于植物A的呼吸作用强度，但是植物主要依靠叶肉细胞进行光合作用，而整株植物细胞都要进行呼吸作用，故植物A叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率。
6.答案：（1）CO2；暗反应
（2）线粒体和外界环境
（3）B；尘土覆盖阻碍了植物叶片对光的吸收，同时尘土也会堵塞气孔，阻碍了CO2的吸收，进而导致净光合速率下降，图B与图A相比，各品种的净光合速率均低（合理即可）
（4）木纳格；与无尘土覆盖相比，有尘土覆盖的情况下，木纳格的净光合速率下降幅度较小（合理即可）
解析：（1）据图分析，A图中的和田红和无核白在16:10左右出现了光合午休的现象，原因是植株吸收的CO2减少，导致光合作用过程中的暗反应减弱，进而导致净光合速率下降。
（2）净光合速率可以用CO2的变化量来表示，图A中植物消耗了植物呼吸作用线粒体产生的CO2和外界环境中的CO2。
（3）在尘土覆盖的情况下，植物接受的光照强度会减弱，同时尘土堵塞了气孔，使植物从环境中吸收的CO2减少，进而导致净光合速率下降，因此图B反映的是有尘土覆盖的结果。
（4）与无尘土覆盖相比，在有尘土覆盖的情况下木纳格净光合速率下降幅度最小，因此其更适合当地的浮尘天气。
7.答案：（1）叶绿体类囊体薄膜；[H]和ATP
（2）遵循等量原则；多次重复，减少实验误差
（3）午休；叶片气孔关闭，二氧化碳供应不足；10:00
（4）Gs
（5）气孔限制
解析：（1）本题考查光合作用及其影响因素。光合作用分为光反应和暗反应，其中光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，暗反应的场所是叶绿体基质。光反应和暗反应是两个相互联系的过程，光反应可以为暗反应提供[H]和ATP。
（2）科学实验设计要遵循以下几个原则；单一变量原则、等量原则、对照原则、重复原则，选择大小一致、生长部位相同的叶片进行标记作为测定对象，遵循等量原则。每次做6个重复的目的是减少实验误差。
（3）由图甲可知，在12:00时，净光合速率下降，说明具有“午休”现象，产生“午休”现象的原因是中午温度过高，蒸腾作用过强，为了减少水分蒸发，叶片气孔关闭，二氧化碳供应不足，净光合速率下降。由图甲可知，E值变化的高峰期出现在上午10:00。
（4）由图乙可知，Gs和Ci在一日内都随时间的变化而变化，而Gs比Ci变化幅度大，所以Gs比Ci更容易受到环境因子的影响。
（5）根据图像信息可推断，出现“午休”现象时，Ci降低，结合题干提供的信息可知，造成该现象的主要因素是气孔限制因素。
8.（1）答案：ABCDE
解析：分析题图1可知，将甲、乙、丙三个品系的棉花植株从30℃环境移入40℃环境中培养，三个品系的光合速率均发生变化，且变化幅度不同；分析题图2可知，光照强度、CO2浓度和水分均可影响棉花植株的净光合速率，故影响棉花植株光合速率的因素有棉花品系、光照强度、CO2浓度、温度和水分，故选ABCDE。
（2）答案：细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜)；呼吸作用产生和从外界环境中吸收(或线粒体和外界环境)；叶绿体基质
解析：题图2中，光照强度为M时，B组棉花植株的净光合速率等于0，此时既进行光合作用又进行呼吸作用，但棉花植株根尖细胞中无叶绿体，不进行光合作用，只进行呼吸作用，故产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体。此时，D组棉花植株净光合速率大于0，即光合速率大于呼吸速率，则光合作用所需CO2的来源有呼吸作用产生和从外界环境中吸收(或线粒体和外界环境)，所吸收的CO2参与光合作用的暗反应，在叶绿体基质中被利用。
（3）答案：相对气孔开度降低，CO2吸收减少；B、D；水分利用效率
解析：分析题图2和题表中数据可知，光照强度为Q时，干旱导致相对气孔开度降低，部分气孔关闭，CO2吸收减少，从而影响植物净光合速率。B、D组对照显示，CO2浓度倍增不仅能提高棉花植株的净光合速率，还能通过提高棉花植株的水分利用效率来增强其抗旱能力。

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