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光合作用
华东师范大学 ( http: / / www.ecnu. / ) 化学系 ( http: / / www.ecnu. / huashengxueyuan / CHEM000.HTM ) 胡波 ( http: / / cind. / users / userinfo.asp id1=1603 )
华东师范大学 ( http: / / www.ecnu. / ) 生物系 ( http: / / www.ecnu. / huashengxueyuan / BIO000.HTM ) 张映辉 ( http: / / cind. / users / userinfo.asp id=2895 )
【阅读材料】
生物体主要由有机物组成。各种生命物质只有在一定的结构基础上进行有规律的、协调的物质和能量变化，才能表现出生命活动。这种生物体与外界环境之间的物质和能量交换，以及生物体内物质和能量的转变过程，称为新陈代谢。通过新陈代谢生物体不断地自我更新。在此基础上才有生长、发育、生殖，才有遗传和变异。但新陈代谢又受其他生命特征（尤其是遗传变异）及生态因子的影响，进而影响生物体的各种生命活动。
纵观生物界的各种新陈代谢，植物的新陈代谢是基础，且对农业生产实践有重要意义。现代农业生产就是通过控制光照、温度、CO2浓度、水、肥料，选择优良品种来进行的工业化的高效的农业生产。请思考下图中所示的问题。
物质的运动必须有能量来推动。几乎所有生物的生命活动都直接或间接地靠植物光合作用固定的太阳能来推动的。
光合作用几乎是生物界唯一能利用光能把无机物合成为贮能的有机物的生理作用，从而为整个生物界提供有机物和能量，同时也维持了大气中O2和CO2的基本稳定。因此，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，它对生物体、生态系统与人类生产、生活都有重要意义。
光合作用的场所为叶绿体，与光合作用有关的结构特点主要有：每个基粒由几十个片层结构组成，上面分布着光合作用色素和光反应的酶，基质中含暗反应的酶和其他有关物质。叶绿体中含有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素4种色素，这4种色素可以用有机溶剂（如无水酒精、石油醚等）提取，并依其在滤纸上扩散速度不同而分离。从叶绿体色素的吸收光谱分析得知，叶绿体色素主要吸收红橙光和蓝紫光。
光合作用的过程是由光反应和暗反应两个前后相继、紧密结合的阶段组成。每个阶段的物质变化和能量转换概括如下表。
光反应形成的ATP和NADPH作为暗反应的能量和还原剂用于三碳化合物的还原；而暗反应形成的ADP、Pi和NADP供反应用，故两者是相辅相成密不可分的。
影响光合作用的因素分成内因和外因。内因主要指植物体的情况，如生长、发育的阶段，水分代谢，遗传特征等。外因主要是指光照强度、CO2浓度、温度和水。光照强度与推动光合作用的能量有关；温度主要与酶的活性有关，它除了影响光合作用的效率，也是决定植物分布的因素之一；CO2浓度和水的多少与光合作用原料供应有关。这些环境因子是相互联系，共同通过植物体的内因起作用的。因此要注意分析这些因子的综合作用和限制因素。
各类有机物中都贮有能量，但能直接用于细胞生命活动的是ATP。最主要、最容易被氧化释能并用于形成ATP的物质是葡萄糖；作为葡萄糖的贮存形式，植物体一般以淀粉的形式，动物体一般以糖原的形式贮存。由于脂肪中的“C—H”比例高，还原性强且不溶于水，故脂肪是贮能最多、最稳定的有机物。地球上经长期的地质变化产生的贮能物质——煤和石油，分别由古代植物及古代低等动植物和细菌经长期地质变化而形成的，它们已成为现代工农业的主要能源。
阳光作为光合作用的能源，对植物体有决定性的影响，进而直接或间接地影响到动物的生活与分布。
从光照的量看：在一定的范围内光照强，光合作用效率高。但接受光照的程度也与植物的特性有关，如阴生植物只能在较弱的光线下生长。另外，日照时间的昼夜变化和季节变化既会影响到植物的生活与繁殖（如甘薯花昼合夜开、植物的向光生长、菊花在短日照下开花等），也同样会影响到动物的生活习性（如昼伏夜出、迁徙、换毛等）。光照还有其他作用，如促进皮肤合成维生素D等。
但光照过强对阴生植物有害，对人体容易诱发皮肤癌与白内障等。另外，光照过强还会引起温度升高及水分过度蒸发，从而间接影响生物的生命活动。
【综合练习】
一．1．利用温室栽培蔬菜，要获得高产，调控温度的方案应是
A 昼夜24小时，维持25℃左右的最适温度
B 昼夜24小时，温室维持较低温度
C 白天温室维持在 25℃左右，晚上适当降低温度
D 晚上温度维持在25℃左右，白天适当降低温度
2．农业科技人员向农民建议，在利用温室生产时，可向温室施放适量的CO2，这是因为
A CO2可使害虫窒息死亡，从而有效防止植物的病虫害
B 植物的光合作用需要CO2，使用CO2可促进光合作用
C CO2可产生温室效应，使温室里的温度升高
D CO2能灭火，施用CO2可避免火灾
3．植物的光合作用是通过叶绿体中的色素来实现的。其中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收 光，此光是波长较 的可见光。
4．大棚蔬菜的罩膜若采用红色，则
A 增大光通量 B 增大红光强度
C 增大蓝紫光强度 D 阻碍蓝紫光通过
5．用红色罩膜的大棚环境对植物体的作用是
A 增强光反应 B 增强暗反应
C 增强光合作用 D 降低光合作用
6．在夏至这天，假设温度相同且为晴天，则同种植物有机物积累最多的地区是
A 哈尔滨 B 北京 C 上海 D 海口
7．1915年、1930年、1965年三年度的诺贝尔化学奖授予在研究叶绿素方面有突出贡献的化学家们，下列有关叶绿素的说法错误的有
A 叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色；
B 绿色植物叶片中，叶绿素的含量是类胡萝卜素的1/4；
C 在叶绿体色素的提取与分离实验中，叶绿素的扩散速度比类胡萝卜素快得多；
D 叶绿素是光合作用中最重要的催化剂，主要作用是能吸收光能，并将水分解。
8．对某植株作如下处理：①持续光照10min；②光照5s后再黑暗处理5s，如此连续交替进行20min。若其他条件不变，则在两种情况下，植株所能制造的有机物总量
A ①多于② B ①少于② C ①和②相等 D 无法确定
【参考答案】
1．C
白天要提高光合作用的效率，晚上要降低呼吸作用的消耗，才能积累更多的有机物。
2．B
温室是农业生产的场所，植物、蔬莱的生长所进行的光合作用需要CO2，所以往温室中加入CO2有助于光合作用的进行，更有利于植物的生长。
3．蓝紫光 小
4．D
5．D
6．A
本题要点：夏至这一天白天最长，夜间最短；我国的纬度处在零度和66.5 这两个极端之间，在夏至这一天，越往北，纬度越高，光照越长；同种植物在同等条件下光照越长，经光合作用积累的有机物就越多。
7．B、C
8．B
考查学生在新情景下运用所学知识解决复杂问题的能力。题目所问的是两种情况下，植株制造有机物的量，并非积累有机物的量，故不必考虑呼吸消耗。解题时必须明确，光反应虽然是暗反应的基础，但是有机物的生成主要取决于暗反应进行的程度。由于②间歇光照累计时间与①相同（均为10 min），这说明两种值况下光反应为暗反应提供的氢和ATP量相等，但①暗反应只进行了10min，而②暗反应持续进行了20min，可以说②将光反应提供的物质充分加以利用，制造有机物总量比①多。
二．在右图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。
1．此实验过程中，减小容器上方气体压强的作用是
A 减小叶片所受的重力
B 减小叶片的密度
C 减小叶片上附着的空气密度，使水容易浸润叶片
D 减小叶片内的空气密度，从而增大叶片密度
2．给容器内注入NaHCO3溶液的主要目的是
A 防止叶片内的叶绿素遭受破坏
B 为叶片进行光合作用提供足量水
C 为叶片进行光合作用提供足量CO2
D 增大溶液密度，有利于叶片上浮
3．光照后叶片重新浮出液面的原因是
A 叶片吸水膨胀，密度减小的缘故
B 溶液内产生的CO2大量附着在叶面上的缘故
C 叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上的缘故
D NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大。
【参考答案】
1．C、D
由于容器上方的空气被抽出，故原附着在叶片内、外的空气密度相应减小，这既有利于叶片被水浸润，也使得叶片密度较前增大，从而导致叶片下沉。
2．C
NaHCO3水解可产生CO2，由于容器内原有空气被大量抽出，因而对于叶片进行光合作用而言，此时最需要的是 CO2。
3．C
叶片光合作用吸收了溶液中的 CO2而放出 O2，故附着在叶面上的气体是O2。
此题属于生物、化学、物理三科综合测试题。涉及光合作用原理、密度概念以及碳酸盐水解等基础知识。主要考查理科知识的综合运用能力，因而在解答此类题目时，应充分考虑到实验的每个附设条件，每种现象的发生与相关科目知识的联系等，同时要善于在复杂多变的情况中梳理出矛盾的主要方面，寻找出解决问题的依据，从而排除干扰，选出正确答案。
三．下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对CO的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：
甲 乙
1．甲图曲线中C点和E点（外界环境中CO2浓度变化为零）处，植株处于何种生理活动状态
2．根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的 段，其中光合作用强度最高的是 点，植株积累有机物最多的是 点。
3．乙图中F—G段CO2吸收量逐渐减少是因为 ，以致光反应产生的 和 逐渐减少，从而影响了暗反应强度，使化合物数量减少，影响了CO2固定。
4．乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低，可能是因为
A 光照过强，暗反应跟不上，前后脱节，影响整体效率
B 温度较高，提高了呼吸作用酶的活性，消耗了较多的有机物
C 温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了CO2原料的供应
D 光照过强，气温过高，植物缺水严重而影响光合作用的进行
【参考答案】
1．呼吸作用释放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量时；
2．B－F D E；
3．光照强度逐步减弱 ATP NADPH
4．C
首先，要认真看清坐标的含义，尤其是纵坐标，然后进行曲线分析；其次，要把光合作用和呼吸作用联系起来考虑，并用两个生理过程进行的条件和时间进行分析；第三，注意光合作用强度决定的有机物产出率与有机物总的积累之间的区别；第四，乙图的 E点 CO2吸收率降低的机理，不仅要从外界因子的整天变化情况及此时的限制因素考虑，还要联系植株的其他生理活动进行思考。
四．人类的生存离不开绿色植物，我们的食物来源主要是来自绿色植物，我们呼吸的氧气也是有绿色植物进行光合作用时放出的，因此，可以说没有绿色植物就没有生命。请回答下列问题：
l．绿色植物进行光合作用的主要细胞器是
A 线粒体 B 叶绿体 C 核糖体 D 高尔基体
2．叶绿体的结构可以分为三大部分，即：
a． b． c．
3．写出二氧化碳和水进行光合作用合成有机物的化学方程式。
4．进行光反应的最终电子供体是
A 水 B 氧气 C 二氧化碳 D 葡萄糖
5．光合作用的产物主要是糖类，请写出葡萄糖与银氨溶液反应的化学方程式。
6．葡萄糖的四位碳上的羟基氧氢键可以断裂，与一位醛基碳发生加成反应，形成环状结构，请图示出。
7．请写出与葡萄糖的最简式相同且能发生银镜反应的不同类物质的结构简式两种。
如果有一种结构也符合葡萄糖的最简式，且也能发生银镜反应，但同时还可发生酯化反应，则该物质的结构简式为： 。它被氧化铜氧化后的产物可通过酯化反应合成高分于化合物，则该高分子化合物的结构简式为 。
【参考答案】
1．B
2．膜基质 基粒 基粒片层
3．略
4．A
5．略
6．
7．略
五．如右图所示是改变光照和CO2浓度后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。请回答：
1．写出光合作用分步反应方程式。
2．曲线a表示什么，为什么在无光照时含量迅速下降？
3．曲线b表示什么，为什么在CO2浓度降低时迅速下降？
4．由2、3得出光照强度及CO2浓度与光合作用速度有何关系？
【参考答案】
1．分步反应式略
2．a为五碳化合物
含量下降是因为：①CO2还原受阻，使再生的碳化合物减少；②用于固定CO2消耗掉的五碳化合物维持原量。
3．b是三碳化合物
含量下降是因为：①CO2减少，导致形成的三碳化合物减少；②用于三碳化合物物还原的消耗量维持原量。
4．均影响速度，但前者主要影响光反应，后者主要影响暗反应。
六．如右图所示，天平两端托盘上的盛水烧坏内各插有一根树枝，且两根树叶一多一少，开始时天平两边平衡，现将此装置移至阳光下照射：
1．经过一段时间，天平 边将会下降，主要原因是
A 光合作用 B 杯内水分的蒸发
C 树叶的蒸腾作用 D 树叶的呼吸作用
2．某同学用游码将上述倾斜的天平调节平衡。因刻度尺上的读数无法看清，他测出了游码移动的距离，游码质量为m，天平臂长为L，则天平两边的质量之差为 。（注：游码移动前位置恰好与支点正对）。
【参考答案】
1．右 C
应该是天平的右边下降，原因是左边树枝上的叶子较多，蒸腾作用散失水分多于右边，从而出现左轻右重的不平衡状态。
2．Δm＝ms/L
解答此题应该特别注意的是，天平失去平衡的主要原因在于两烧杯内植物耗水量的不同，而并不在于植物体内有机物量的变化。故引起天平倾斜的主要生物学原理是植物的蒸腾作用。
七．用三棱镜可使阳光折射成一条色谱带如右图。请回答：
1．将一瓶绿藻放在A处，B、C、D变暗的是 段。
2．将这瓶绿藻放在B、C、D的
段位置上，就会严重影响它的生长。
【参考答案】
本题要点：阳光是复色光，通过三棱镜后会发生色散，形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光带；绿藻叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；将一瓶绿藻放在A处，会使阳光中红光和蓝紫光明显减弱，故再经三棱镜折射成的色谱带上B段（含红光带）和D段（含蓝紫光带）将变暗；如将这瓶绿藻放在C段（含绿光带）位置上，由于叶绿素等色素对绿光吸收最弱，故获得光能最少，光合作用减弱，将会严重影响它的生长。
八．生物体生命活动所需的有机物与能量，从根本上说都来自光合作用，在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88×10－7m的光量子，同时每放出1mol O2，植物储存469kJ能量。请回答有关光合作用的问题：
1．光合作用的反应式是
2．光合作用释放的氧来自反应物中的
3．估算绿色植物能量转换效率
4．根据以下太阳光谱图定性画出绿色植物的吸收光能量的曲线。
5．如果通过光合作用得到9克有机物，则从空气中摄取CO2的质量是 克，释放出氧气的体积（标准状态）是 L。
6．用14C标记 CO2，一段时间后14C将出现在光合作用过程中的哪些化合物中？
7．写出14C衰变为N同位素的核反应方程式
8．如光合作用中每放出一个氧分子，要吸收8个波长为6.88×10－7m的光子，绿色植物能量转化率约为33.7％，那么该光合作用每放出1mol氧气，可贮存多少能量？ ，储存在何处？
【参考答案】
1．略
2．H2O
3．33.7%
4．
5．13.2 6.72
6．三碳化合物，五碳化合物及（C6H12O6）等
7．C→N＋e＋
8．469.2kJ
本题综合了绿色植物光合作用的化学反应方程式、光谱分析、能量转换、核反应方程等知识点，是生物、化学、物理等知识点的有机结合，综合性强。
涉及到数、理、化与生物学知识相结合的试题应注意分析题意，并尽量予以简化，如第5小题可单纯看作是光合作用反应式的化学计算题，第7小题是单纯的14C衰变为14N的反应式，第8小题可分成几步计算：每个光量子的能量——放出一个氧分子所需之光能——每放出1mol氧气所需之光能——能转化成化学能的能量。
九．右图所示是一组验证光合作用吸收CO2和呼吸作用释放O2的实验，实验器材包括一盆绿色植物、四个锥形瓶、紫色石蕊试液，试根据实验利用所学生物、化学知识回答下列问题：
1．当A瓶用来证明光合作用吸收CO2时，紫色石蕊试液呈 色，为什么？
2．当B瓶用于征明呼吸作用释放CO2时，需要 ，紫色石蕊试液呈 色，为什么？
3．C瓶在实验中起 作用，指示剂呈 色。
4．用半透明纸包住光照中的D瓶，实验结果表明石蕊试液颜色无变化，试分析其原因。
【参考答案】
1．蓝
当A瓶中进行光合作用时，叶片会吸收瓶中的CO2，因为瓶口密封，因此当瓶中CO2被吸收完时，试液中的CO2也会挥发出来被吸收，因此破坏了CO2的溶解平衡，这时的pH值升高大于7，呈碱性，故试液呈蓝色。
2．用遮光纸遮住锥形瓶；当植物进行呼吸作用时，释放出的CO2溶于水生成弱电解质H2CO3，使试液中H+增多，pH值小于7，故呈红色。
3．对照 紫
4．因为此时光合作用消耗的CO2和呼吸作用生成的CO2的量相等。
在正常情况下光合作用强度比呼吸作用高，在瓶外包上半透明纸，使光合作用和呼吸作用强度趋于相等时，使消耗的CO2和呼出的CO2相等。如果试液呈中性，因此颜色完变化。
十．20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门来用同位素标记法研究了光合作用中，绿色植物放出的氧是来自CO2还是H2O的问题，他们用氧的同位素分别标记H2O和CO2，使它们成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验，第一组向绿色植物提供H218O和CO2，第二组向同种绿色植物提供 H2O和C18O2，结果表明第一组释放的氧全部是 ，第二组释放的氧是 ，这个实验表明光合作用释放的氧全部来自 。
1．在上述实验中应用的18O与16O具有 质子数， 中子数， 的化学性质。（填“相同”、“不同”）。
2．18O、16O中， 具有 性，可以作为示踪原子。
【参考答案】
18O2 16O2 水
1．相同 不同 相同
2．18O 放射性
十一．用功率为10w的白光做恩格曼实验，经棱镜色散后，照射在丝状绿藻上，结果发现被类胡萝卜素所吸收的能量占白光总能量的0.663％，查高中物理课本得各色光在真空中的频率范围见下表：（在空气中数值极接近真空中数值）
光的颜色 频率(1014Hz) 光的颜色 频率(1014Hz) 光的颜色 频率(1014Hz)
红 3.9～4.8 黄 5.0～5.2 蓝一靛 6.1～6.7
橙 4.8～5.0 绿 5.2～6.l 紫 6.7～7.5
1．粗略计算类胡萝卜素在1秒钟内吸收多少个光子？
2．写出光合作用过程的总反应式。
【参考答案】
1．1.5×1017
2．略
由于丝状绿藻中，除了叶绿素主要吸收红光和蓝紫光外，还有类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，从表中可查得其频率为γ＝6.7×1014Hz，便可估算出光子数。这是一道物理、化学和生物综合题，考查学生对光子能量和叶绿体光合作用的认识情况。
十二．右图所示是测定光合作用速度的仪器。在密闭小室内放有一新鲜叶片和二氧化碳缓冲液，缓冲液用以调节小室内CO2的量，使其浓度保持在0.03％。小室内气体体积的变化可根据毛细管内水柱的移动距离测得。在不同强度光照条件下，测得小室内气体体积如下表所示（表中气体体积的单位是微升/平方厘米叶面积/分。“＋”表示增加，“－”表示减少。光强度单位为千勒克司）。请回答：
光强度 0 5 10 20 30 40
气体体积 －0.25 +0.5 +1.2 +1.7 +1.7 +1.7
1．光强度为0时，小室内减少的气体是 ，减少的原因是
2．光强度增加时，小室内增加的气体是 ，增加的原因是
3．为了防止光照引起小室内气体的物理性膨胀或收缩所造成的误差，必须要有对照，并对实验结果进行校正。那么对照组小室内应放置
A 同样大小新鲜叶片和水
B 同样大小死叶片和缓冲溶液
C 同样大小纸片和水
D 同样大小死叶片和水
4．请据表中数据在右边方格内绘制O2生成总量和光强度间关系曲线。
【参考答案】
1．此时光反应停上不能产生O2，小室内减少的气体是O2，被叶片的呼吸作用消耗，呼出的CO2被缓冲液吸收，使小室内气体体积减少。
2．光强度增加时，增加的气体是O2，是由叶片的光合作用产生O2。
3．选项B除死叶片外其它条件与原实验装置相同，答案为B。
4．参照表中数据制定出点线坐标如右图所示，因光强度为0时数值为－0.25，所以每个数值需加0.25。
十三．将某种绿色植物的叶片放在特定的实验装置中，研究在10℃、20℃的温度下，分别置于5000勒克斯、20000勒克斯光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用，结果如下图所示：
1．该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的 倍。
2．该叶片在10℃、5000勒克斯的光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是 mg。
3．该叶片在20℃、20000勒克斯的光照下，如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为 mg。
【参考答案】
解这道题的关键是识图
1．3
根据呼吸作用的原理，叶片的呼吸速率应理解为左图中单位时间内氧气的吸收量，即是直线的斜率。
2．据右图知10℃每小时氧气的释放量为3.5mg，据左图知同样条件下每小时氧气的吸收量为0.5mg。故每小时氧气的产生量为3.5＋0.5＝4mg
3．7.03mg
十四．绿色植物进行光合作用的完整单位是叶绿体。当打破叶绿体膜后基质和基粒便释放出来。在缺CO2的条件下给予光照，然后再以离心法去掉基粒，把14CO2加入无叶绿素的基质中，虽然在黑暗的条件下，基质制剂中却出现了含14C的光合过程中间产物和淀粉。
1．①右图说明叶绿素分子主要吸收 和
②叶绿素a和叶绿素b的颜色分别是 和
③叶绿素分子分布在基粒 。
④叶绿素分子吸收光能进行光反应，其产物是 、 和ATP。
2．叶绿体的基质中含有进行光合作用所需要的多种 ，它是由活细胞产生的具有 功能的一类特殊的蛋白质。
3．把14CO2加入无叶绿素的基质中，14C的转移途径是
A 二氧化碳→三碳化合物→淀粉→葡萄糖
B 二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖→淀粉
C 二氧化碳→五碳化合物→淀粉→葡萄糖
D 二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖→淀粉
4．光会作用整个生物界最基本的物质代谢和能量代谢，其实质是
5．右图是晴朗天气下田间玉米在一天中不同时间CO2浓度示意图，箭头表示气体运动的方向。
①在l、2、3三条曲线中，曲线 表示夜间CO2的浓度，理由是 。
②曲线1和2都反映出玉米基部的二氧化碳浓度比中上部高，试分析原因 。
【参考答案】
l．①红光和蓝紫光；②蓝绿色和黄绿色；③片层结构的薄膜上；④O2、[H]
2．酶、催化
3．B
光合作用的暗反应过程中。二氧化碳首先与五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物再被还原为六碳化合物葡萄糖，葡萄糖又可以进一步形成淀粉，所以CO2中的14C首先转移到三碳化合物中，然后进入葡萄糖，最终到达淀粉。
4．光合作用的实质是把简单的无机物转变为复杂的有机物并释放出氧气，把光能转变为化学能储存在有机物中。
5．①3
理由是在夜间，植物几乎完全停止光合作用，只进行呼吸作用，因此田间二氧化碳浓度升高，遵循气体扩散的原理二氧化碳从高浓度向低浓度扩散，气体运动方向向上如曲线3箭头所示。
②玉米基部的二氧化碳浓度比中上部高是因为在田间玉米基部的通风透光条件比中上部差，光合作用弱，二氧化碳的消耗较少。
十五．右图表示某植物在不同温度下，在一定光照条件下，实际的光合作用量（曲线Ⅰ）和呼吸量（曲线Ⅱ）的变化情况（可见光合作用量＝实际光合量－呼吸量），试回答：
1．这株植物重量增加最快时，温度约为 ℃。
2．曲线AB段表示
3．曲线BC段表示
4．曲线DC段表示
5．可见光合作用量／实际光合作用量的值，设为0.5是近似 ℃时的比值。
6．20℃时的实际光合作用量大致与 ℃的实际光合作用量相等。
7．这个植物的重量在 ℃后开始减少。
【参考答案】
从图中可看出植物光合作用量和呼吸作用量受温度的影响较大。温度主要影响酶的活性，在温室大棚里，人们可采取控制昼夜温差的方法使植物多积累有机物。
1．20℃
2．在一定的温度范围内，绿色植物的光合作用率随着温度的升高而提高
3．当温度超过一定的限度时，绿色植物的光合效率反而随温度的升高而降低
4．在40℃以内，植物的呼吸作用随温度的升高而逐渐提高
5．30℃
6．30℃
7．38℃左右
十六．1．植物吸收太阳能，发生光合作用，太阳能转化为植物的化学能，光合作用的总反应式是 ，光合作用释放的氧气则来自于参加反应的哪种物质？ 。
2．植物在吸收太阳辐射能时，主要吸收可见光中的 ，而几乎余部反射 光。吸收的可见光用于 ，最终将光能转变成 。
3．动植物尸体、粪便中含有丰富的有机物。储藏着大量的化学能。除了燃烧以外，还可以通过细菌发酵生产沼气，产生可用于燃烧和照明的能量。沼气的化学名称叫 ，它的分子式为 。沼气是通过 细菌在 条件下分解有机废物而产生，在剩下的残渣和废液中则含有许多氮、磷、钾和微量元素，是很好的 。
4．归根到底，生物是依赖什么能量为生的 。
5．食物中的化学能转变成人体肌肉收缩的机械能要经过 、 、
三个阶段。
【参考答案】
1．（略） 水
2．红光和蓝紫光，绿，光合作用，化学能。
3．甲烷，CH4，厌氧，无氧，肥料。
4．太阳能
5．能量的释放，能量的转移，能量的利用
十七．《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中，提供了到达地球表面的太阳能辐射的几条主要去路的数据：
直接反射 52 000×109kJ/s
以热能方式离开地球 81 000×109kJ/s
水循环 40 000×109kJ/s
大气流动 370×109kJ/s
光合作用 40×109kJ/s
则：
1．地球对太阳能的利用率大约为
2．通过光合作用，每年约有 kJ的太阳能转化为化学能，相当于 kg葡萄糖进入生态系统，这些能量约有 kJ流入到初级消费者？（绿色植物能量转化率为33.7％，每克葡萄糖含能为17 138 J）
3．大气中CO2和O2的含量是相对稳定的，地球每秒钟产生CO2约1.188万t，这需要光合作用吸收CO2来消除。如每平方米森林光合作用产氧0.075 kg/d，每平方米草地光合作用产氧0.06 kg/d，为保护我们的生存环境需有森林 m2或草地 m2。
4．每年由绿色植物通过光合作用为我们生存的环境除去二氧化碳的质量为m，试根据能量关系列出m的计算式。列式中缺少的数据用符号表示：m＝ ，所缺少数据的化学含义为
【参考答案】
1．23.3％
2．4.251×1017kJ 2.48×1013kJ 4.251×1016～8.502×1016kJ
3．9.95×1012 1.244×1013
4．m＝1.12×1023kg/Q
Q为每生成 1mol C6H12O6所需要的能量（J/mol）
从题中提供的数据可见，到达地球表面的太阳辐射能中，被地球“直接反射”和“以热能方式离开地球”的太阳能，是没有被地球利用的，而用于“水循环”、“大气流动”和“光合作用”的太阳能是地球可以加以利用的部分，由此可以算出利用率。
绿色植物通过光合作用为我们环境除去了二氧化碳，由光合作用的反应式可知：每消耗6mol CO2将产生1mol的C6H12O6，如果知道每生成1mol C6H12O6所需要的能量Q，则可求得除去的二氧化碳的质量m。
十八．为提高日光温室的经济效益，需要调节好温室内的光照、温度、气体和湿度，这对作物的生长、产品品质的关系极大。请阅读下面的文字，并填空回答问题：
1．在冬季，温室密封，内外温差大，经常在温室内壁和薄膜（或玻璃）上结成一层水膜，致使温室内 ，影响作物的生长发育。有效的办法是及时擦干水膜或者 ，用以调节温室内的湿度，使相对湿度保持在 。
2．日光温室在严寒冬季密封时间长，通风少，容易使温室内种植的蔬菜进行 的二氧化碳严重缺乏。特别是在日出一小时后，其浓度可降至100 ppm左右（较空气中350 ppm减少250 ppm），使蔬菜处于严重饥饿状态，长期下去，植株 。因此，在温室内定期施放二氧化碳气体，一般可使产量提高20％以上。
3．施放二氧化碳的方法有两种。一种是化学法，即将工业废稀硫酸按1:4用水稀释后，盛放在塑料桶内，悬挂在1.2m的高处，每天向桶内加适量的碳酸氢铵，让其发生化学反应。请写出稀硫酸和碳酸氢铵发生反应的化学反应方程式
另一种是物理法，也叫颗粒释放法。即当植株进入开花结果期时，在地膜下，种植畦表面撒一层固体二氧化碳颗粒肥，2个月内可持续释放二氧化碳气体。固体二氧化碳变为气体二氧化碳的物理过程，叫做 ，这个过程 （填吸收或放出）热量。
【参考答案】
1．空气湿度增大，降低透光率 加强通风 60％～80％
2．光合作用 长势弱、易早衰、产量低
3．反应式略 升华 吸收
十九．冬天用大棚种植蔬菜是现代农业的一个特点，如果长期密闭大棚不与外界相通，植物会因CO2逐渐缺乏生长减缓。研究表明，如果增大棚内CO2的浓度，即可保温又可促进植物快速生长和高产；如果大棚和外界相通，大棚内的温度降低，植物生长将减缓。综合上述内容，请你用废弃的根、茎、叶等，不用化肥，设计一个使CO2循环应用的大棚种植系统。
【参考答案】
CO2的循环是碳的化合物的循环，因此，可以利用碳的不同化合物的作用，达到循环的目的。其循环系统大致如下：
二十．在四碳植物中，二氧化碳直接由空气进入叶片后其浓度很低。所以四碳植物通过一种被称为“四碳途径”的过程，使二氧化碳的浓度大大增加，因而成为“二氧化碳的泵”。此反应过程发生于四碳植物的叶肉细胞及其内层的维管束鞘细胞，整个过程的循环途径如右图所示。试回答：
1．图中①过程，已知1mol草酸乙酸分解生成1mol A与lmol CO2，A是一种含酮基的酸，试写出A的结构简式，并写出①的简单方程式。
2．②中的参与反应物B，是最常见的一种高能磷酸化合物，p是一个磷酸基。B物质在反应中，其分子内高能键断开，提供能量。试写出B的名称结构、简式及其分解放出能量的式子。
【参考答案】
1．A为丙酮酸，结构简式为CH3－CO－COOH
①的化学方程式为：
HOOC－CH2－CO－COOHCH3－CO－COOH＋CO2
2．B为ATP，即三磷酸腺苷
其结构简式可写为A—P～P～P
其水解提供能量的方程式可写为
ATP ADP＋Pi＋能量
其中ADP为二磷酸腺苷。
二十一．在大部分绿色植物中，光合作用中CO2的固定是在叶绿体的基质中进行的，CO2固定后的第一个产物是含有3个碳原子的化合物C3，然后再通过一系列循环过程得到产物，此过程称为C3循环。然而在玉米、甘蔗、高粱等植物中，除存在C3途径外，还存在一种C4途径，即CO2的第一步固定产物为4碳化合物。并且，C4途径光合作用效率大大高于C3途径的效率。经研究发现，C4植物具有一种解剖上的特点，即其叶子的维管束周围有两圈紧密排列的细胞，里面一圈是维管束鞘细胞，外面一圈是叶肉细胞，即构成了所谓：“花环式结构”。在维管束鞘细胞中发现了比叶肉细胞中大得多的叶绿体。推测其机理为：CO2的固定最初是在外层叶肉细胞中进行，形成一C4化合物，然后此化合物转移至内层维管束鞘细胞中重新放出CO2，并在鞘细胞的叶绿体中再进行C3循环。产物可暂时贮藏在鞘细胞中，也可直接运至维管束中。
请回答以下问题：
1．写出光合作用的总的反应式。
2．试从化学平衡理论角度分析C4循环比C3循环效率高的原因。（提示：从反应物和生成物两方面浓度考虑）
【参考答案】
本题在高中课程所要求的光合作用C3循环基础上（即CO2固定后的第一个产物是含有3个C原子的化合物），增加C4循环（即CO2固定后的第一个产物是含有4个C原子的化合物）的概念并提供一定的信息，考查考生对光合作用的掌握以及结合化学平衡理论分析问题的能力。
1．反应方程式略
2．原因：①由于外层叶肉细胞对CO2的固定和运输作用，保证了鞘细胞内CO2的浓度高且稳定，相当于提高了反应物的浓度，从而使平衡向右即光合作用的进行。
②C6H12O6在鞘细胞中合成，距离维管束较近，易于被很快地运走，从而减少了产物的浓度，也有利于反应向右进行，从而提高效率。
二十二．根据如右图所示装置回答：广口瓶中的新鲜绿藻浸在溶有适宜浓度的Na2CO3和NaHCO3的液体中（绿藻能生活），实验前B管中水柱与C中液面齐平。
1．Na2CO3和NaHCO3起什么作用？写出反应方程式。
2．光照一段时间，B管中水柱会怎样变化？为什么？
3．关掉光源，在黑暗室内放置一段时间后，B管水柱会怎样变化？为什么？
【参考答案】
1．稳定气体中CO2的含量，Na2CO3＋CO2＋H2O==2NaHCO3。
2．下降，光合作用产生O2，A中气压上升，故B水柱下降。
3．上升，呼吸作用消耗CO2，A中气压下降，故 B水柱上升。
二十三．某校为测量地表植物吸收太阳能的本领，在地面上做了一个简单的实验：取一个不高的横截面积为3dm2的圆筒，筒内装水0.6吨，在太阳光垂直照射2min后，测得水温升高了l℃。若地表植物吸收太阳光的能力与水相等，试计算：
1．每m2绿色植物每秒吸收的太阳能为多少J？
2．在光合作用中释放的氧气来源于何处？在光反应阶段，若叶绿体利用每吸收1000J太阳能放出0.10 L的氧气，那么每公顷绿地每秒可放出氧气多少L？
【参考答案】
1．每秒钟每平方米植物接收的能量：E＝7kJ；
2．放出氧气：V＝7000L。
物理的吸热问题与生物的光合作用的综合。
二十四．自然界中的化石染料（如煤、石油）储量有限，形成周期漫长，不能持续永久地使用，因而寻找可替代的能源意义重大。目前，科学家们已掌握了一定的技术来利用太阳能、水能、潮汐能以及生物能等等。
地球上的绿色植物可以通过叶绿体进行光合作用，将太阳能转化为化学能储存在有机物里。实验证明：每摩尔葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870千焦的能量，其中有1255千焦的能量储存在ATP中，其余的能量都以热能的形式损失了。
1．写出光合作用过程的化学反应方程式，并解释为什么绿色植物被称之为“自动的空气净化器”，它对人类生存的环境有何重大作用？
2．假设叶绿素吸收的是波长为5×10－7m的光子，请问：生成1mol葡萄糖需吸收这种光子的物质的量为多少？
3．已知某绿色植物在一段时间内通过光合作用并释放出13.44m3的O2（标准状况下），试求：
①在上述生理过程中植物转化并储存的太阳能有多少kJ？
②若将植物在上述生理过程中储存的太阳能全部转化成电能的话，则可供40W的灯泡正常照明多少小时？
本题以能源问题为背景材料，以生物知识为主体，以绿色植物的光合作用为主要内容，渗透了化学学科中有关化学方程式的计算、物理学科中光子能量和电功的计算等知识，较好地考查了学生运用多学科知识、原理分析和解决实际问题的综合素质。
1．反应方程式略
绿色植物进行光合作用，吸收CO2，放出O2，为生物的呼吸作用提供O2，以使大气中的O2和CO2的含量保持稳定。制造O2、净化空气、过滤尘埃、杀灭细菌、消除噪声、涵养水源、保持水土、防风固沙和调节气候等作用。
2．11.98mol
3．①2.87×108焦耳
②7.175×106秒
二十五．叶绿素 a可表示为，叶绿素b的分子式为C55H70O4N4Mg，它们都是叶绿酸的酯。青菜中含较多的叶绿素，放置在空气中易变质而发黑。如叶绿素a中的Mg散失而生成植物黑素。若叶绿素a中心位置上的铁换成Cu(Ⅱ)，则较稳定，绿色较易保存。在制作绿色植物标本时，常用适当浓度的醋酸和醋酸铜混合液浸泡植物，浸泡过程中，植物的颜色会从绿色转变成褐色（由于醋酸的作用），然后又转为绿色（由于醋酸铜的作用）。
α－胡萝卜素的结构为，β—胡萝卜素与a－胡萝卜素互为同分异构体，碳的骨架相同，只是虚线框内的双键位置不同，但结构很对称，氧化时在正中间的双键断裂生成两个视黄醛分子。维生素A1即视黄醇，氧化时可得视黄醛，胡萝卜素也可转变为维生素A1。常吃富含维生素A的食物或绿色蔬菜（提供胡萝卜素），均可预防夜育症。
叶黄素的结构也很对称，只是β－胡萝卜素结构中的两个六元环上的1个氢原子分别被1个羟基取代。
根据上述资料回答下列问题。
1．叶绿体色素的溶解性为 ；作用是 。在提取叶绿体色素实验中，加入碳酸钙的目的是 ；提取色素的溶剂可选用 ；叶绿素中含有的矿质元素是
2．在烃类中，苯、稠环芳烃等是有毒物质，有能作为营养物质的烃吗？若有，请写出一种物质的名称。
3．写出下列物质的分子式：a－胡萝卜素： ，叶黄素： 。
4．写出下列变化的反应类型：叶绿素a→植物黑素： ；视黄醛→视黄酸： 。
5．写出β－胡萝卜素虚线框内部分的结构简式： 。
6．写出下列化学反应方程式（不必注明条件，但要配平）。
①叶绿素a与醋酸反应： ；
②制植物标本时，颜色从褐色到绿色变化的反应：
【参考答案】
1．难溶于水，易溶于有机溶剂 吸收可见光 调节pH，防止叶绿素破坏 丙酮、酒精等 氮、镁
2．有 胡萝卜素
3．C40H56 C40H56O2
4．取代 还原
5．
6．①＋2CH3COOH→＋(CH3COO)2Mg
②＋(CH3COO)2Cu→＋2CH3COOH
二十六．如右图所示是一个栽培植物的实验温室，温室中的各种条件可以通过设备进行自动控制和调节。试完成下列问题：
1．以高纯度二氧化碳（气肥）的自动控制和调节为例，试把图下方的设备符号①、②、③填入图中的合适位置。
2．请将下列序号按正确的工作顺序排列。
a．给出信息指令打开CO2贮气罐阀门。
b．信息反馈给微机。
c．CO2气体释放，直到温室中CO2浓度达到微机所设定的浓度。
d．微机将温室中CO2浓度与所设定的浓度进行比较。
e．传感器检测温室中CO2浓度。
f．如果温室中CO2浓度过低，微机发出指令。
3．把控制室和温室中的设备符号用单线联接起来，以表明其工作情况。
4．若提供的CO2气体中含有少量SO2，如何去除？
5．启闭控制阀需要用强电流，而现在输给控制阀的信号电流是弱电流，试问可以用一个什么器件来实现这个转换？
6．按照微机处理问题的过程，完成该控制过程算法的流程图。要求：
①画出所缺少的流线。
②填写图形符号中的说明文字。
A．
B．
C．
【参考答案】
1．如右图所示
2．e→b→d→f→a→c
3．如右图所示
4．将气体通过足量的NaHCO3溶液
5．继电器
6．①如右图所示
②A．当前CO2浓度小于所设定的浓度
B．发出关闭贮气阀门的指令
C．发出打开贮气阀门的指令
二十六．光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，生物体生命活动所需的有机物与能量，从根本上说都来自光合作用。在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88×10－7m的光量子，同时每放出1mol O2，植物储存469kJ能量。光合作用可概括为一个总的反应方程式：
6CO2（g）+12H2O*（l）C6H12O6（S）+6O2*（g）+6H2O（l）
糖是体内的主要能源，人体所需的各种热量，70%由糖类提供。理论上，每摩尔葡萄糖在体内完全氧化时，释放的热量为2872kJ。葡萄糖完全氧化分解时的能量变化方程式为：
C6H12O6+6O2+38H3PO4+38ADP→6CO2+44H2O+38ATP
ATP+H2O→ADP+H3PO4+30.6kJ
1．估算光合作用中绿色植物的能量转换效率
2．太阳由于内部的热核反应，每小时损失质量约4.2×109kg。地球与太阳间距为1.5×108km。求垂直于阳光的每平方米地面上在每秒钟内可以接受多少太阳能？
3．某校为测量地表植物吸收太阳能的本领，在地面上做了一个简单的实验：取一个不高的横截面积为3.0dm2的圆筒，筒内装水0.60kg，在太阳光垂直照射20min后，测得水温升高了l.0℃。若地表植物吸收太阳光的能力与水相等，试计算每m2绿色植物每秒吸收的太阳能为多少J？（假设太阳垂直入射）
4．假设一棵树在太阳垂直入射时的树阴面积为3m2，试估算这棵树释放氧气的速率多大？
5．人体内葡萄糖完全氧化分解时，能量的利用率为
6．某同学在跳绳比赛时，1分钟跳120次。每次腾空的最大高度是20cm，该同学身体质量50kg。他在跳绳过程中克服重力作功的平均功率是 ，消耗葡萄糖的速率是 。
7．某农业科研单位把空气中的CO2浓度提高了3～5倍，O2浓度减至很小，结果取得很好的效果，试解释这一现象。
8．试简要分析光合作用与呼吸作用中能量转换问题。
假想把光合作用的逆过程设计成原电池，在一个电极上把O2还原成水，而在另一个电极上把葡萄糖氧化成CO2，原电池的电动势为1.24V。
9．写出原电池正负极的电极反应式。
10．假如我们想要给光合作用中的“光”定量，我们要问：体系增加2.87×106J的能量需要多少摩尔波长为500nm的光子参加反应。
11．一个边长为10m的正方形游泳池，其中含有能进行光合作用的绿色海藻。如果在平均光照下，预计1cm2面积上能产生1mA电流，则游泳池能产生的电功率多大？
【参考答案】
1．33.7%
2．1.3×103W
3．69.7J
4．0.0048g/s（利用题给数据和1、3题结论求解）
5．40.5%
6．200W 0.031kg/s
7．6CO2＋12H2O*C6H12O6＋6H2O＋6O2*
从光合作用看，增加CO2或O2的浓度，都使平衡右移，这就抑制了呼吸作用的进行，因而增加了产量。
8．光合作用中将太阳能转化为ATP中的化学能，再转化为葡萄糖的化学能储存在植物体内；呼吸作用中再转化为其它形式的化学能（ATP），热能等。
9．正极 O2+4H++4e→2H2O
负极 C6H12O6 +6H2O―24e→6CO 2+24H+
10．n＝＝＝12mol（光子）
11．P＝1.24V×1mA·cm－2×(10m)2资料：叶绿体色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素等。
二十七．叶绿体色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素等。
叶绿素 a可表示为，叶绿素b的分子式为C55H70O4N4Mg，它们都是叶绿酸的酯。青菜中含较多的叶绿素，放置在空气中易变质而发黑。如叶绿素a中的Mg散失而生成植物黑素。若叶绿素a中心位置上的铁换成Cu(Ⅱ)，则较稳定，绿色较易保存。在制作绿色植物标本时，常用适当浓度的醋酸和醋酸铜混合液浸泡植物，浸泡过程中，植物的颜色会从绿色转变成褐色（由于醋酸的作用），然后又转为绿色（由于醋酸铜的作用）。
α－胡萝卜素的结构为，β—胡萝卜素与a－胡萝卜素互为同分异构体，碳的骨架相同，只是虚线框内的双键位置不同，但结构很对称，氧化时在正中间的双键断裂生成两个视黄醛分子。维生素A1即视黄醇，氧化时可得视黄醛，胡萝卜素也可转变为维生素A1。常吃富含维生素A的食物或绿色蔬菜（提供胡萝卜素），均可预防夜育症。
叶黄素的结构也很对称，只是β－胡萝卜素结构中的两个六元环上的1个氢原子分别被1个羟基取代。
根据上述资料回答下列问题。
1．叶绿体色素的溶解性为 ；作用是 。在提取叶绿体色素实验中，加入碳酸钙的目的是 ；提取色素的溶剂可选用 ；叶绿素中含有的矿质元素是
2．在烃类中，苯、稠环芳烃等是有毒物质，有能作为营养物质的烃吗？若有，请写出一种物质的名称。
3．写出下列物质的分子式：a－胡萝卜素： ，叶黄素： 。
4．写出下列变化的反应类型：叶绿素a→植物黑素： ；视黄醛→视黄酸： 。
5．写出β－胡萝卜素虚线框内部分的结构简式： 。
6．写出下列化学反应方程式（不必注明条件，但要配平）。
①叶绿素a与醋酸反应： ；
②制植物标本时，颜色从褐色到绿色变化的反应：
【参考答案】
1．难溶于水，易溶于有机溶剂 吸收可见光 调节pH，防止叶绿素破坏 丙酮、酒精等 氮、镁
2．有 胡萝卜素
3．C40H56 C40H56O2
4．取代 还原
5．
6．①＋2CH3COOH→＋(CH3COO)2Mg
②＋(CH3COO)2Cu→＋2CH3COOH
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