光合作用原创试题练习

罗惠峰 马启明 王春强 高小玲 陈 龙

(1.广东省江门市棠下中学 2.山东省日照市五莲中学 3.山东省日照市莒县第一中学4.山东省济北中学 5.山东省新泰市教学研究室)

(建议用时15～20 min)

1.植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下,生产蔬菜和其他植物。为提高植物工厂的产量,某科研团队研究不同红蓝光配比和光强对生菜叶片光合作用的影响。实验结果如下:

回答以下问题:

(1)植物工厂的塑料大棚常选用________色塑料薄膜,若该植物工厂水培生产生菜时以单色LED灯为光源,应该配置________色的灯光,理由是________________________________________。

(2)生菜细胞内的________是感受光的受体,它们受到光照时会经过信息传递系统传导到细胞核内,影响特定基因的________,从而调控生菜的生长发育。

(3)依据图1和图2分析,不同红蓝光配比和光强对生菜叶片光合能力的影响是

图1

图2

(至少答出2点)。

(4)除控制红蓝光配比和光强外,植物工厂在光照方面还可以采取

措施提高生菜的产量。

2.光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高O2和低CO2情况下发生的一个生化过程,它是光合作用中的一个损耗能量的副反应,光呼吸与光合作用的关系如图3所示。降低光呼吸速率曾一度被认为是提高光合作用效率的途径之一,但是后来研究发现,光呼吸对细胞有着很重要的保护作用。据此回答下列问题:

图3 光合作用与光呼吸过程

(1)光呼吸和光合作用都能利用的物质是________,光合作用利用该物质的场所是________,光呼吸中生成CO2的场所

。

(2)Rubisco酶是一种双功能性酶,其“双功能性”体现在

,

推测不同环境中该酶的________发生变化导致其功能变化。

(3)为与光呼吸相区别,研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”,从反应条件和场所两方面,列举光呼吸与暗呼吸的不同

。

(4)在强光下,光反应转换的能量超过暗反应的需要,对细胞造成伤害,此时光呼吸可以对细胞起到保护作用,推测其原因是

。

3.图4表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程,其中C3和C5在不同代谢过程中表示不同的化合物;图5表示该细胞中的某种生物膜和其上所发生的部分生化反应,其中e-表示电子;图6表示25 ℃下叶片的光合作用速率。请据图回答:

图4

图5

图6

(1)图4中过程①至⑤表示的生化反应,发生在生物膜上的有________个。若过程③发生时,没有CO2排出细胞外,此时该细胞光合作用强度________呼吸作用强度。

(2)在研究图5所示生物膜上的色素时,可利用层析液进行分离,其原理是

。

(3)图5所示生物膜上发生的能量转化过程为

(用箭头和文字表示)。二硝基酚(DNP)会导致该生物膜对H+的通透性增大但不影响电子转移,DNP作用于该膜时ATP的合成量会减少,原因是

。

(4)图6中A点时会发生图4中的________过程,将该植物先置于此条件下10.4小时,再置于C点的条件下13.6小时,这24小时内该植物单位叶面积的有机物积累量(用葡萄糖积累量表示)为________mg。

4.光合作用的过程十分复杂,包括一系列化学反应。以下是科学家探索光合作用原理的部分实验。请回答问题:

(1)20世纪初英国的布莱克曼把化学动力学的方法引入了光合作用研究:

①光照强度恒定,增加CO2供应,发现光合速率先增大并在一定程度后保持不变,这说明

。

②当把CO2恒定,增加光照,发现光合速率先增大达到一定程度后光合速率不再增加,这说明________________________。

(2)大约20年后,德国的瓦伯格等,用藻类进行闪光试验,在光能量相同的前提下,一种用连续照光,另一种用闪光照射,中间隔一定暗期,发现后者光合效率是连续光下的200%～400%。终于阐明了光合作用中存在两个反应,请从光合作用光反应和暗反应的过程对此现象进行解释:

。

(3)后来科学家为验证德国的瓦伯格的发现以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO。浓度等条件相同适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下,请补充实验设计步骤:

A组:________,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。

B组:________,每次光照和黑暗的时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。

C组:光照和黑暗交替处理,先光照后黑暗,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。

D组(对照组):____________________光合作用产物的相对含量为100%。

5.光合作用强度受多种因素的影响。某农作物的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图7。据图回答下列问题:

图7

(1)CO2浓度为200μL·L-1时,温度对光合速率影响小的原因是

。

(2)在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度________,依据是

。

(3)请写出CO2浓度为1 000μL·L-1时,探究光合作用最适温度的实验思路:

。

(4)综上,大田作物合理密植的原因

;

春天,大棚种植蔬菜较大田种植产量增加的原因是____________________。

【参考答案】

1.(1)无(或白) 红或蓝紫 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 (2)光敏色素 表达 (3)除只用蓝光照射处理外,生菜叶片的光合速率随着红光与蓝光比的减小而升高;只用蓝光照射的生菜叶片的光合速率略低;400μmol·m2·s-1光强下不同红光与蓝光比的处理对生菜叶片光合能力的影响与200μmol·m-2·s-1光强处理对生菜叶片光合能力影响的趋势一致,但提高光强增加了生菜叶片的光合速率;200μmol·m-2·s-1光强下降低红光与蓝光比可以提升生菜叶片的光合速率,甚至可以达到400μmol·m-2·s-1时的强度(任意2点即得分)

(4)控制适宜的光照时间、强弱光照的交替供光(合理即可)

2.(1)RVBP(C5) 叶绿体基质 线粒体

(2)CO2浓度较高时,该酶催化C5与CO2反应,完成光合作用;O2浓度较高时,该酶催化C5与O2反应 空间结构 (3)光呼吸需要光照才能进行,其场所是叶绿体基质和线粒体;而暗呼吸有光无光照均能进行,其场所是细胞质基质和线粒体 (4)光呼吸消耗光反应产生的过多NADPH和ATP等,防止代谢产物积累对细胞造成损害

3.(1)0 大于或等于 (2)色素在层析液中的溶解度不同 (3)光能→电能→ATP和NADPH中的化学能 H+跨膜梯度运输促进ATP合成,DNP导致H+的通透性增大,H+在膜内外的浓度梯度会减小或消除,进而减少ATP的合成量 (4)①③ 150

4.(1)①CO2是光合作用的限制因子,光参与的化学反应与光的利用能力有关 ②光照是光合作用的限制因子,光参与的化学反应与CO2的利用能力有关 (2)在光能量相同的前提下闪光照射时使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量提高光合作用效率 (3)先光照后黑暗 光照和黑暗交替处理先黑暗后光照 光照时间为135 s