资源简介

练习4　光合作用与能量转化
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（　）
A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（　）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（　）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（　）
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（　）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
6.[天津高考]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有CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2 的固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素
7.[2021广东]在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是（　）
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
8.[天津高考]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上升
9.[山东高考，9分]人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是　 　，模块3中的甲可与CO2结合，甲为　 　。
（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将　 　（填“增加”或“减少”）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是　
　。
（3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量　 　（填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是　 　。
（4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是　 　。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
10.[2023广东四校联考]芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是（　）
A.夜晚气孔开放，芦荟能进行暗反应产生糖类
B.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化
C.芦荟叶片内的CO2经固定会产生两种不同的初产物
D.芦荟可能原产于炎热干旱地区，其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环境的适应
11.[2023湖南，12分]如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco对CO2的Km为450 μmol·L－1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC酶对CO2的Km为7 μmol·L－1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　 　（填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　 　（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过　 　长距离运输到其他组织器官。
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度　 　（填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是　 　（答出三点即可）。
（3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是　
　（答出三点即可）。
12.[2022湖北]某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量（单位：μg·g－1），结果如表。下列有关叙述正确的是（ 　）
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.36
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
13.[2023宁波模拟]下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（　）
A.所有植物细胞中都含有4种光合色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两类
14.如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，下列说法错误的是（　）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D.土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
15.[2024武汉部分学校调研]叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是（　）
A.基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统
B.垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用
C.类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率
D.基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所
16.[ 2024天津耀华中学模拟]中科院天津工业生物技术研究所科研团队历时六年科研攻关，实现了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，这是基础研究领域的重大突破。技术路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，以下分析错误的是（　）
A.与叶肉细胞相比，该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物
B.过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程
C.该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化
D.若该技术能推广应用，将能够缓解粮食短缺，同时能节约耕地
17.正在进行光合作用的植物，若突然降低其周围环境中的CO2浓度，则短时间内（　）
A.叶绿体中C5/C3的值上升
B.叶绿体中ATP/ADP的值下降
C.NADPH/NADP＋的值下降
D.光反应速率加快
18.[2024浙江大联考，10分]为了探究锌对苹果叶片光合作用及其产物分配的影响。在苹果果实膨大期，用浓度为0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分别涂抹叶片，记为A、B、C、D和E组，并在适宜条件下用定量的13CO2进行示踪实验，实验结果如表，回答相关问题：
组别 叶绿素含量/ （mg·g－1） Rubisco的活性/ （μmol·min－1·g－1） 净光合速率/（μmol·m－2·s－1） 叶片中的13C光合产 物/（mg·g－1） 果实中的13C光合 产物/（mg·）
A 1.59 7.33 12.18 42.4 3.4
B 1.87 7.62 13.15 36.5 4.8
C 1.93 8.31 14.58 33.2 5.3
D 2.02 8.55 15.87 30.3 6.2
E 1.85 8.12 14.02 34.6 4.9
（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组分别取等量烘干的叶片经剪碎和　 　处理，得到足量的色素提取液；再将色素提取液经　 　光照射，测得光的吸收率，进而估测叶绿素含量。
（2）本实验要用透明塑料袋将实验叶片密封，并充入定量的13CO2处理一定时间，经位于叶肉细胞　 　中酶Rubisco的催化，完成CO2的固定，然后经含活跃化学能的ATP和NADPH参与的　 　（填“吸能”或“放能”）反应完成C3的还原，最后产生蔗糖运输到果实等部位。
（3）为了测定叶片和果实中的13C光合产物的含量，先称鲜重，用清水和洗涤剂清洗杂质，再先后用1％盐酸和105 ℃处理，该操作的目的是　 　；然后在70 ℃的烘箱中烘干至　 　为止，磨碎后装袋待测。
（4）结合表中数据分析，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有　
　。
（5）根据实验结果可得出“叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多”的结论，依据是　 　。
19.[ 2024安徽六校联考，12分]植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光合系统PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，如图甲。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降。研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图乙所示。
（1）光合色素吸收的光能经过转换后，可以储存到　 　中，用于暗反应供能。
（2）由图甲可知，PSⅡ将水分解释放的电子传递给　 　，该物质接收电子后形成NADPH。低氧环境中，生成氢气的代谢过程会使该微藻生长不良，请根据题目信息从光合作用物质转化的角度分析原因：　 　。
（3）据图乙分析，光照强度由I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光能转化效率　 　（填“下降”“不变”或“上升”），理由是　 　。
（4）根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是　 　。
20.[2024江西九校联考]大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。CO2浓度为影响植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间的CO2浓度，促进了CO2的固定。请回答：
（1）有一些植物具有如图所示的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HC转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，已知PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5）。
①图中所示植物无机碳的固定场所为　 　，产生的苹果酸至少经过　 　层膜才能脱羧释放CO2。
②玉米有类似的CO2浓缩机制，据此可以推测，夏天中午玉米可能　 　（填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象，原因是　 　。
（2）图中所示的物质中，可由光反应提供的是　 　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　 　（填“吸能反应”或“放能反应”）。
（3）在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisco的催化作用下经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，该过程会消耗ATP和NADPH。因此为提高农作物的产量需要降低光呼吸。常采用增施有机肥的措施来提高作物产量，理由是　 　。光呼吸与有氧呼吸的区别在于　 　（答3点）。
21.[ 2023汕头二模，10分]某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环（CETCH循环），该循环将多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体，如图所示。据此回答下列问题：
（1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是　 　；卡尔文循环包含CO2的固定和　 　两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要提供的物质是　 　（写出2种即可）。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是　 　。
（3）在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量　 　（填“高于”“低于”或“等于”）菠菜，原因是　 　。
（4）有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明：　
　（答出2点即可）。
解析版
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（ B　）
A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
解析　用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；连续多次重复画滤液细线，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（ C　）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
解析　叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（ D　）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
解析　叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；波长为640～660 nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（ D　）
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
解析　图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（ A　）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析　叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供能量，D错误。
6.[天津高考]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　）
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有CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2 的固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素
解析　由题干信息“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”，说明乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的O2不参与暗反应，C错误；该反应体系中有分离得到的类囊体，含有光合色素，D错误。
7.[2021广东]在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是（ D　）
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
解析　据题意可知，Rubisco是唯一催化CO2固定形成C3的酶，则其存在于叶绿体基质中，A错误；有、无光照均可发生暗反应，因此激活Rubisco不需要黑暗条件，B错误；Rubisco催化CO2的固定不需要消耗ATP，C错误；据题意，Rubisco是催化CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2结合形成C3的酶，D正确。
8.[天津高考]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（ C　）
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上升
解析　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和NADPH增多，C3的还原加快，短时间内CO2的固定仍以原来的速率进行，导致未被还原的C3减少，A、B错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，短时间内叶绿体内产生的ATP和NADPH减少，C正确；NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减慢，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，D错误。
9.[山东高考，9分]人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是　模块1和模块2　，模块3中的甲可与CO2结合，甲为　五碳化合物（或C5）　。
（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将　减少　（填“增加”或“减少”）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　。
（3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量　高于　（填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类）　。
（4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是　叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，且植物体水分供应不足　。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析　（1）由题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转化为电能，模块2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量的转化。该系统中的模块1和模块2相当于执行了叶绿体中光反应的功能。模块3将大气中的CO2转化为糖类，相当于执行了光合作用的暗反应，暗反应中CO2的固定指的是CO2和C5结合生成C3。C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物（C5），乙为三碳化合物（C3）。（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物（C3）的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致C3含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。（3）植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。（4）干旱条件下，为了减少水分散失，植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，影响暗反应过程，且植物体内水分供应不足，也会影响光反应过程。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
10.[2023广东四校联考]芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是（ A　）
A.夜晚气孔开放，芦荟能进行暗反应产生糖类
B.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化
C.芦荟叶片内的CO2经固定会产生两种不同的初产物
D.芦荟可能原产于炎热干旱地区，其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环境的适应
解析　芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中，晚上不能进行光反应，无法产生ATP和NADPH，故夜晚芦荟不能进行暗反应，A错误；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中（pH降低），白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来（液泡中pH升高），在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类，因此液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化，B正确；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2经固定形成C3，C正确；白天气孔关闭可防止蒸腾作用失水过多，芦荟气孔在夜晚和白天开放度不同可能是对炎热干旱环境的适应，D正确。
11.[2023湖南，12分]如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco对CO2的Km为450 μmol·L－1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC酶对CO2的Km为7 μmol·L－1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　3－磷酸甘油醛　（填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　蔗糖　（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过　韧皮部　长距离运输到其他组织器官。
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度　高于　（填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是　①在干旱、高光照强度环境下，水稻关闭大部分气孔，CO2的吸收减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力更大，提高了玉米固定CO2的能力，可以为暗反应提供更多的CO2；②水稻中的Rubisco在CO2吸收减少时，催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有；③玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率　（答出三点即可）。
（3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是　①光合色素含量的限制；②与光合作用有关的酶的含量和活性的限制；③原核生物和真核生物光合作用机制不同　（答出三点即可）。
解析　（1）卡尔文循环是植物光合作用共有的途径，分析题图可知，水稻的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3－磷酸甘油醛，因此玉米卡尔文循环中第一个光合还原产物也是3－磷酸甘油醛。（2）在干旱、高光照强度环境下，蒸腾作用过强，水稻关闭大部分气孔，导致水稻吸收CO2的量减少，光合作用减弱，而玉米为C4植物，根据题中信息可知，PEPC酶对CO2的Km为7 μmol·L－1，Rubisco对CO2的Km为450 μmol·L－1，Km越小，酶对底物的亲和力越大，则PEPC酶固定CO2的能力较强，在CO2浓度较低时，能够固定较多的CO2，有利于光合作用的进行；结合（1）中分析可知，玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率；又知水稻中的Rubisco在CO2吸收减少时，可催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有。综上可知，在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻后，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下，水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是受光合色素含量的限制；受与光合作用有关的酶的含量和活性的限制以及原核生物和真核生物光合作用机制不同等。
12.[2022湖北]某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量（单位：μg·g－1），结果如表。下列有关叙述正确的是（ D　）
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.36
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析　野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传多样性，未增加物种多样性，A错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1的少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量存在差异，有可能是不同基因突变所致，也有可能是同一基因突变方向不同所致，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D正确。
13.[2023宁波模拟]下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ A　）
A.所有植物细胞中都含有4种光合色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两类
解析　高等植物体内没有叶绿体的细胞就没有光合色素，如根尖细胞，A错误；有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但这些色素不参与光合作用，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，C、D正确。
14.如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，下列说法错误的是（ C　）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D.土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
解析　由题图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光，A正确；由题图可知，叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多，因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；分析题图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光能变多，C错误；叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多，缺镁时，叶绿素的合成受到影响，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少，D正确。
15.[2024武汉部分学校调研]叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是（ D　）
A.基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统
B.垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用
C.类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率
D.基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所
解析　基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统，类囊体膜上含有光合色素，光合色素与光能的捕获和利用有关，类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率，因此，垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，暗反应是在叶绿体基质中进行的，A、B、C正确，D错误。
16.[ 2024天津耀华中学模拟]中科院天津工业生物技术研究所科研团队历时六年科研攻关，实现了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，这是基础研究领域的重大突破。技术路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，以下分析错误的是（ C　）
A.与叶肉细胞相比，该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物
B.过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程
C.该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化
D.若该技术能推广应用，将能够缓解粮食短缺，同时能节约耕地
解析　该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，与叶肉细胞相比，该系统能积累更多的有机物，A正确；④⑤⑥过程形成淀粉，类似于固定二氧化碳产生糖类的过程，B正确；该过程实现了“光能→有机物中稳定的化学能”的能量转化，C错误；该研究成果的意义是有助于实现碳中和、缓解人类粮食短缺问题和节约耕地资源，D正确。
17.正在进行光合作用的植物，若突然降低其周围环境中的CO2浓度，则短时间内（ A　）
A.叶绿体中C5/C3的值上升
B.叶绿体中ATP/ADP的值下降
C.NADPH/NADP＋的值下降
D.光反应速率加快
解析　正常条件下进行光合作用的某植物，突然降低其环境中的CO2浓度，此时光照强度不变，光反应速率不变，产生ATP和NADPH的速度也不变，C3的还原速度短时间内不变，C5生成的速度也不变，而CO2浓度下降后，CO2固定为C3的速度减小，则C5的消耗速度减小，C3的生成速度减小，最终导致叶绿体中C5/C3的值上升，故A正确。
18.[2024浙江大联考，10分]为了探究锌对苹果叶片光合作用及其产物分配的影响。在苹果果实膨大期，用浓度为0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分别涂抹叶片，记为A、B、C、D和E组，并在适宜条件下用定量的13CO2进行示踪实验，实验结果如表，回答相关问题：
组别 叶绿素含量/ （mg·g－1） Rubisco的活性/ （μmol·min－1·g－1） 净光合速率/（μmol·m－2·s－1） 叶片中的13C光合产 物/（mg·g－1） 果实中的13C光合 产物/（mg·）
A 1.59 7.33 12.18 42.4 3.4
B 1.87 7.62 13.15 36.5 4.8
C 1.93 8.31 14.58 33.2 5.3
D 2.02 8.55 15.87 30.3 6.2
E 1.85 8.12 14.02 34.6 4.9
（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组分别取等量烘干的叶片经剪碎和　研磨　处理，得到足量的色素提取液；再将色素提取液经　红　光照射，测得光的吸收率，进而估测叶绿素含量。
（2）本实验要用透明塑料袋将实验叶片密封，并充入定量的13CO2处理一定时间，经位于叶肉细胞　叶绿体基质　中酶Rubisco的催化，完成CO2的固定，然后经含活跃化学能的ATP和NADPH参与的　吸能　（填“吸能”或“放能”）反应完成C3的还原，最后产生蔗糖运输到果实等部位。
（3）为了测定叶片和果实中的13C光合产物的含量，先称鲜重，用清水和洗涤剂清洗杂质，再先后用1％盐酸和105 ℃处理，该操作的目的是　使酶失去活性　；然后在70 ℃的烘箱中烘干至　质量不再减少　为止，磨碎后装袋待测。
（4）结合表中数据分析，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有　一方面通过影响叶绿素含量来影响光反应速率；另一方面通过影响Rubisco的活性来影响暗反应速率　。
（5）根据实验结果可得出“叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多”的结论，依据是　与其他组相比，D组处理叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多　。
解析　（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组可取等量烘干的叶片经剪碎和研磨处理，得到足量的色素提取液；因为叶绿素吸收红光，而类胡萝卜素不能吸收红光，因此再将色素提取液经红光照射，测得光的吸收率，根据光的吸收率可估测叶绿素含量。（2）CO2的固定发生在叶绿体基质，故催化CO2固定的酶Rubisco位于叶绿体基质；ATP和NADPH参与C3的还原过程，C3的还原过程为吸能反应。（3）先后用1％盐酸和105 ℃处理的目的是使酶失去活性，避免进行物质代谢过程。（4）结合表中数据分析可知，随着锌含量的增加，苹果叶片净光合速率先增加后下降，结合其他数据可发现，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有影响叶绿素含量，进而影响光反应速率；影响Rubisco的活性，进而影响暗反应速率。（5）结合表中数据可以看出，与其他组相比，D组苹果叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多，据此可推出叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多。
19.[ 2024安徽六校联考，12分]植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光合系统PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，如图甲。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降。研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图乙所示。
（1）光合色素吸收的光能经过转换后，可以储存到　NADPH和ATP　中，用于暗反应供能。
（2）由图甲可知，PSⅡ将水分解释放的电子传递给　NADP＋和H＋　，该物质接收电子后形成NADPH。低氧环境中，生成氢气的代谢过程会使该微藻生长不良，请根据题目信息从光合作用物质转化的角度分析原因：
　低氧环境中，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少　。
（3）据图乙分析，光照强度由I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光能转化效率　下降　（填“下降”“不变”或“上升”），理由是　光照强度由I1增加到I2过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，故光能转化效率下降　。
（4）根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是　铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，可降低PSⅡ　受损伤的程度　。
解析　（1）光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素吸收的光能可储存到NADPH和ATP中，用于暗反应过程中三碳化合物的还原。（2）光反应中，PSⅡ将水分解释放的电子传递给H＋和NADP＋，该物质接收电子后形成NADPH。该微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，这样参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少，进而导致该微藻生长不良。（3）由图可知，光照强度从I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，因此光能转化效率下降。（4）由题干信息可知，电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降，而铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因此，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制。
20.[2024江西九校联考]大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。CO2浓度为影响植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间的CO2浓度，促进了CO2的固定。请回答：
（1）有一些植物具有如图所示的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HC转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，已知PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5）。
①图中所示植物无机碳的固定场所为　维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体　，产生的苹果酸至少经过　6　层膜才能脱羧释放CO2。
②玉米有类似的CO2浓缩机制，据此可以推测，夏天中午玉米可能　不存在　（填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象，原因是　PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2　。
（2）图中所示的物质中，可由光反应提供的是　NADPH和ATP　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　吸能反应　（填“吸能反应”或“放能反应”）。
（3）在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisco的催化作用下经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，该过程会消耗ATP和NADPH。因此为提高农作物的产量需要降低光呼吸。常采用增施有机肥的措施来提高作物产量，理由是　有机肥被微生物（分解者）分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisco催化C5与二氧化碳反应，从而降低光呼吸　。光呼吸与有氧呼吸的区别在于　两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行　（答3点）。
解析　（1）①题图所示植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化无机碳HC转化为有机物；在维管束鞘细胞的叶绿体中，Rubisco可催化CO2固定，因此题图所示植物无机碳的固定场所为维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体。苹果酸（Mal）产生于叶肉细胞的叶绿体，在维管束鞘细胞的叶绿体中脱羧释放CO2，Mal需经过叶肉细胞的叶绿体膜（2层）→叶肉细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的叶绿体膜（2层）才能脱羧释放CO2，一共经过6层膜。②在题图所示CO2浓缩机制中，PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2，玉米有类似的CO2浓缩机制，因此，夏天中午玉米能够利用胞间较低浓度的CO2进行光合作用，不存在“光合午休”现象。（2）光反应可为暗反应提供NADPH和ATP。由图可知，由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，因此，该过程属于吸能反应。（3）已知Rubisco也能催化C5与O2结合，C5与O2结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，CO2与O2竞争性结合C5，据此分析，可通过提高CO2浓度减弱光呼吸，以提高光合效率。有机肥被微生物分解后，CO2的浓度升高，光合作用增强，光呼吸减弱，可提高作物的产量，故可采用增施有机肥的措施来提高作物产量。光呼吸和有氧呼吸的区别在于：两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行。
21.[ 2023汕头二模，10分]某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环（CETCH循环），该循环将多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体，如图所示。据此回答下列问题：
（1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是　类囊体薄膜（或基粒）　；卡尔文循环包含CO2的固定和　C3的还原　两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要提供的物质是　ATP、NADPH（合理即可）　（写出2种即可）。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是　与天然叶绿体相比，人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高（合理即可）　。
（3）在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量　高于　（填“高于”“低于”或“等于”）菠菜，原因是　菠菜进行细胞呼吸要消耗有机物　。
（4）有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明：　吸收CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等　（答出2点即可）。
解析　（1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是类囊体薄膜。卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原两个基本过程。（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要不断地提供ATP、NADPH等。CETCH循环利用的是多种生物的相关酶组合，人造叶绿体固定CO2的效率比天然叶绿体高，最可能的原因是人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高。（3）绿色植物固定的CO2量代表总光合作用量，吸收的CO2量代表净光合作用量。在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人工叶绿体合成的有机物不会通过细胞呼吸被消耗，因而人造叶绿体中有机物的积累量高于菠菜。（4）可用人造叶绿体吸收大气中的CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，可提高光合作用效率；人造叶绿体可用于开发清洁能源，缓解能源危机；人造叶绿体可用作人造细胞的产能系统等。

展开更多......

收起↑