高三二轮复习生物：光合作用发现史训练试题

光合作用发现史一、萨克斯的实验萨克斯用黑暗中饥饿处理的绿叶实验，一半曝光用碘蒸气处理变蓝，另一半遮光用碘蒸气处理不变蓝。对实验进行分析：(1)实验组处理为_________处理。(2)实验的关键是饥饿处理，目的是_________________________________________________________；为了使实验结果更明显，在用碘处理之前应用热酒精对叶片进行_________处理。(3)本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了_______________________________________。二、恩格尔曼的水绵实验1880年恩格尔曼把装有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，然后用极细的光束射水绵,他发现好氧细菌只向被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下细菌则分布在所有受光的部位。请回答下列问题：(1)恩格尔曼的实验设计非常巧妙，试从实验材料的角度进行分析①水绵的______________________________便于观察。②可通过观察__________准确判定光合作用进行的部位。试从实验设计的角度进行分析没有空气排除了______________________；黑暗环境排除了_________________________；临时装片重新暴露在光下为了___________________________________________________(2)在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光束射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M__________光区域(填光的类型)。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋向氧引起的；②好氧细菌趋向M光区域引起的。请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期待结果。实验思路:__________________________________________________________________________________预期结果:__________________________________________________________________________________三、探究光反应中O2的来源资料1：1937年，英国科学家希尔第一次用离体的叶绿体做实验，用光照射加有草酸铁的叶绿素悬浊液时，发现Fe3+还原成Fe2+并放O2。资料2：20世纪50年代中期，科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体NADP+，在光照下被还原成NADPH。资料3：1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用18O标记的CO2和H2O进行实验，进一步证明光合作用产生的O2来自于H2O。例题1：（2019年6月·浙江学考）希尔反应是测定叶绿体活力的常用方法。希尔反应基本原理：光照下，叶绿体释放O2，同时氧化型DCIP（2,6-二氯酚靛酚）被还原，颜色由蓝色变成无色。DCIP颜色变化引起的吸光率变化可反映叶绿体活力。研究小组利用菠菜叶进行了叶绿体活力的测定实验。回答下列问题：（1）制备叶绿体悬液：选取10g新鲜的菠莱叶加入研钵，研磨前加入适量的0.35mol/LNaCl溶液和pH7.8的酸碱缓冲液等；研磨成匀浆后，用纱布过滤，取滤液进行，分离得到叶绿体；将叶绿体置于溶液中，以保证叶绿体的正常形态，获得叶绿体悬液。（2）测定叶绿体活力：分组如下，并按下表加入试剂；测定各组吸光率。①希尔反应模拟了光合作用中阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的中进行。氧化型DCIP在希尔反应中的作用，相当于在该阶段中的作用。②煮沸处理后，需向2号试管中加入一定量的，以保证各试管中液体的量相等。③3号试管的作用是。四、光反应和暗反应的联系资料4：1954年，美国科学家阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中会有ATP和NADPH和产生。资料5：同年，阿尔农等发现即使在黑暗条件下，只要提供了ATP和NADPH，叶绿体也能将CO2转变为糖类。例题2：请将阿尔农的实验表格补充完整条件过程现象1黑暗提供_____________________有糖类生成2黑暗提供CO2,不提供ATP、[H]_______________________3_________提供CO2,不提供ATP、[H]有糖类生成变式训练：科学家从植物细胞中提取得到叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程（如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加）。下列条件下不能产生葡萄糖的是五、光反应中光能如何转变为ATP中的化学能资料6：（化学渗透假说）1961年，米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。资料7：1963年，贾格道夫等科学家在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。①该实验在黑暗中进行的目的是。②图中平衡的目的是。③该实验黑暗中类囊体合成ATP的原因是。④自然光照下合成ATP的原因是。例题3：（2017年11月·浙江选考）在黑暗条件下，将分离得到的类囊体放在pH=4的缓冲溶液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成。根据实验分析，下列叙述正确的是（）A.实验中溶液的H＋均来自水的裂解B.黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATPC.光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的腔内H＋浓度较高D.若使类囊体的脂双层对H＋的通透性增大，ATP生成量不变六、碳原子转化途径资料8：20世纪50年代，美国科学家卡尔文及其同事在研究光合作用时，将小球藻悬浮液装在一个密闭玻璃容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关来控制有无光照。（1）实验时，卡尔文等按照预先设定的时间长度向容器内注入14C标记的CO2，在每个时间长度结束时，把小球藻悬浮液滴入4倍体积的乙醇中，杀死小球藻，目的是_______________终止酶的作用，同时提取其产物，采用纸层析法分离出各种化合物。纸层析法的原理是利用了不同化合物在层析液中______________的不同。（2）卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物（C3，3-磷酸甘油酸）中。上述实验中卡尔文等是通过控制来探究CO2中碳原子转移路径，采用了_______________等技术方法。（3）在实验中，卡尔文等还发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：①当_____________，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高。②当停止光照时，______的浓度急速升高，_______的浓度急速降低。他们由此得出结论，固定CO2的物质是C5。例题4：（2018年11月·浙江选考节选）光合作用是整个生物圈的物质基础和能量基础。回答下列问题：为研究光合作用中碳的同化与去向，用的CO2供给小球藻，每隔一定时间取样，并将样品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇用以杀死小球藻并标记化合物。浓缩后再点样进行双向纸层析，使标记化合物。根据标记化合物出现的时间，最先检测到的是三碳化合物。猜测此三碳化合物是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当后，发现RuBP的含量快速升高，由此推知固定CO2的物质不是二碳分子。变式训练：科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（）A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等例题5在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。回答问题：（1）图中物质A是_________（填“C3化合物”或“C5化合物”）(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低，原因是_______________________________________________________________；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是___________________________________

________________________。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的

________

(填“低”或“高”)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的___

(填“高”或“低”),其原因是______________________________________________________________________。七、不同光照条件对光合作用的影响资料9：1919年，德国生物化学家瓦尔伯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%。例题6：（2015年·全国卷Ⅰ）为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家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CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135s，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：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%。B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。D组（对照组）：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。回答下列问题：（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_____（填“高于”、“等于”或“低于”）D组植物合成有机物的量，依据是________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的_________________。（2）A、B、C三组处理相比，随着________________________的增加，使光下产生的_____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。变式训练：对某植物做如下处理：甲持续光照20min，黑暗处理20min，乙先光照5s后再黑暗处理5s，连续交替40min。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项（）A.O2：甲<乙，有机物：甲＝乙B.O2：甲＝乙，有机物：甲＝乙C.O2：甲<乙，有机物：甲<乙D.O2：甲＝乙，有机物：甲<乙八、有机物的合成例题7：（2015年·浙江理综）某植物叶肉细胞光合作用的碳反应，蔗糖与淀粉合成代谢途径如图所示。图中叶绿体内膜上磷酸转运器转运出1分子三碳糖磷酸的同时转运进1分子Pi（无机磷酸）。请回答：（1）磷除了是光合作用相关产物的组分外，也是叶绿体内核酸和的组分。（2）卡尔文循环中C5生成三碳糖磷酸的还原反应属于____________（吸能反应或放能反应）。（3）若蔗糖合成或输出受阻，则进入叶绿体的数量减少，使三碳糖磷酸大量积累于中，也导致了光反应中合成的数量下降，卡尔文循环减速。上述这种三碳糖磷酸对卡尔文循环的调节属于。此时过多的三碳糖磷酸将用于，以维持卡尔文循环运行。例题8:(13北京)为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响,研究者选取至少具有10个棉铃的植株,去除不同比例棉铃,3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。结果如图。图1

图2(1)光合作用碳(暗)反应利用光反应产生的ATP和__________，在________________中将CO2转化为三碳糖,进而形成淀粉和蔗糖。

(2)由图1可知,随着去除棉铃百分率的提高,叶片光合速率_________________。本实验中对照组(空白对照组)植株的CO2固定速率相对值是___________。

(3)由图2可知,去除棉铃后,植株叶片中____________________增加。已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用,因此去除棉铃后,叶片光合产物利用量减少，________________降低,进而在叶片中积累。

(4)综合上述结果可推测,叶片中光合产物的积累会_________________光合作用。

(5)一种验证上述推测的方法为:去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理,使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官,检测___________________叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比,若检测结果是______________________________,则支持上述推测。九、二氧化碳的固定方式资料10：1966年，澳大利亚科学家哈奇和斯莱克在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后的1s内，竟有90%以上的14C出现在含有4个碳原子的有机酸（一种C4化合物）中。随着光合作用的进行，C4化合物中的14C逐渐减少，而C3化合物中的14C逐渐增多。常见的C4植物：玉米、高粱、甘蔗等；C3植物：水稻、小麦、大豆等C4途径的意义：在高温、强光、干旱和低CO2条件下，C4植物显示出高的光合效率。资料11.生长在热带干旱地区的景天科、仙人掌和菠萝等植物有一种特殊的同化CO2的方式。特点：夜晚气孔开放，固定CO2产生有机酸，贮藏于液泡中。白天气孔关闭，有机酸脱羧释放CO2，参加卡尔文循环。例题9：（2012年·上海高考）表3为某地夏季晴朗的某天，玉米和花生净光合速率测定值。图17表示玉米CO2同化途径。玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将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。这种酶被形象地称为“CO2泵”。而花生缺乏类似的“CO2泵”。（1）11:00时，光照增强，温度过高，叶片气孔开度下降，作为光合原料之一的减少，导致花生光合作用速率明显下降；而此时玉米光合作用速率反而有所升高，原因是__________________。（2）如果在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞中ATP的含量变化呈趋势，原因是。（3）与11:00时相比，17:00时，玉米光合作用速率的限制因素是。4）假设用表中11:00对应的光照强度连续照射两种作物10分钟，则玉米积累的葡萄糖总量比花生多________mg/m2。（相对原子量：C-12，O-16，H-1）（5）卡尔文循环需要光反应过程中产生的H+，H+最初来源于物质_____________。例题10：图1是仙人掌类植物特殊的CO2同化方式，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用；图2表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线，请据图分析并回答：（1）图1所示细胞在夜间能产生ATP的场所有_________________。该植物夜间能吸收CO2，却不能合成糖类等有机物的原因是________________________。（2）图1所示植物对应图2中的__________类植物（填字母），从生物进化的角度看，该特殊的CO2同化方式是________________的结果。（3）图2中的A类植物在10～16时__________（能/不能）进行光合作用的暗反应，原因有_________________、___________________________。（4）与上午10时相比，中午12时B类植物细胞中C5含量变化是____________________。十、光呼吸例题11：光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成，是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。光呼吸过程中O2被消耗，并且会生成CO2。光呼吸损耗能量大约抵消了30%的光合作用储备能量，因此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。但是后来研究者发现，光呼吸其实对细胞有着很重要的保护作用。（1）据图可知，光呼吸与光合作用都利用了________为原料，但光合作用在________反应阶段实现了该物质的再生，而光呼吸将该物质氧化分解并最终产生。（2）“Rubisco”是一种酶的名称，这种酶既能催化物质“C-C-C-C-C”和O2反应，也能催化物质“C-C-C-C-C”和CO2反应，你推测O2/CO2值________（填“高”或“低”）时利于光呼吸而不利于光合作用。（3）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”，从反应条件来讲光呼吸与暗呼吸的不同是。（4）有观点指出，光呼吸的生理作用在于：干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，供应减少。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的，而光呼吸产生的________又可以作为碳反应阶段的原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。例题12（2013全国）某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图如下(吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量)，回答下列问题:(1)在光照条件下，图形A+B+C的面积表示___________，该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用，其中图形B的面积表示___________________,从图形C可推测该植物存在另一个______________________的途径，CO2进出叶肉细胞都是通过____________________的方式进行的。(2)在上述实验中，若提高温度、降低光照，则图形________(填“A”或"B")的面积变小，图形____(填“A"或"B")的面积增大，原因是_________________________参考答案一、遮光使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力。脱绿（脱色）光是光合作用的必要条件二、（1）叶绿体呈带状好氧细菌集中分布氧气的干扰光的干扰再一次验证实验结论（2）红光和蓝紫把载有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用通过三棱的M光区域(红光和蓝紫光)照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌分布情况好氧细菌均匀地分布在死水绵周围三、（1）离心0.35mol/LNaCl（2）光反应类囊体