光合作用原創試題練習

羅惠峰 馬啟明 王春強 高小玲 陳 龍

(1.廣東省江門市棠下中學 2.山東省日照市五蓮中學 3.山東省日照市莒縣第一中學4.山東省濟北中學 5.山東省新泰市教學研究室)

(建議用時15～20 min)

1.植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養液成分等條件下,生產蔬菜和其他植物。為提高植物工廠的產量,某科研團隊研究不同紅藍光配比和光強對生菜葉片光合作用的影響。實驗結果如下:

回答以下問題:

(1)植物工廠的塑料大棚常選用________色塑料薄膜,若該植物工廠水培生產生菜時以單色LED燈為光源,應該配置________色的燈光,理由是________________________________________。

(2)生菜細胞內的________是感受光的受體,它們受到光照時會經過信息傳遞系統傳導到細胞核內,影響特定基因的________,從而調控生菜的生長發育。

(3)依據圖1和圖2分析,不同紅藍光配比和光強對生菜葉片光合能力的影響是

圖1

圖2

(至少答出2點)。

(4)除控制紅藍光配比和光強外,植物工廠在光照方面還可以采取

措施提高生菜的產量。

2.光呼吸是所有進行光合作用的細胞在光照、高O2和低CO2情況下發生的一個生化過程,它是光合作用中的一個損耗能量的副反應,光呼吸與光合作用的關系如圖3所示。降低光呼吸速率曾一度被認為是提高光合作用效率的途徑之一,但是后來研究發現,光呼吸對細胞有著很重要的保護作用。據此回答下列問題:

圖3 光合作用與光呼吸過程

(1)光呼吸和光合作用都能利用的物質是________,光合作用利用該物質的場所是________,光呼吸中生成CO2的場所

。

(2)Rubisco酶是一種雙功能性酶,其“雙功能性”體現在

,

推測不同環境中該酶的________發生變化導致其功能變化。

(3)為與光呼吸相區別,研究人員常把細胞呼吸稱為“暗呼吸”,從反應條件和場所兩方面,列舉光呼吸與暗呼吸的不同

。

(4)在強光下,光反應轉換的能量超過暗反應的需要,對細胞造成傷害,此時光呼吸可以對細胞起到保護作用,推測其原因是

。

3.圖4表示植物葉肉細胞中光合作用和有氧呼吸的部分過程,其中C3和C5在不同代謝過程中表示不同的化合物;圖5表示該細胞中的某種生物膜和其上所發生的部分生化反應,其中e-表示電子;圖6表示25 ℃下葉片的光合作用速率。請據圖回答:

圖4

圖5

圖6

(1)圖4中過程①至⑤表示的生化反應,發生在生物膜上的有________個。若過程③發生時,沒有CO2排出細胞外,此時該細胞光合作用強度________呼吸作用強度。

(2)在研究圖5所示生物膜上的色素時,可利用層析液進行分離,其原理是

。

(3)圖5所示生物膜上發生的能量轉化過程為

(用箭頭和文字表示)。二硝基酚(DNP)會導致該生物膜對H+的通透性增大但不影響電子轉移,DNP作用于該膜時ATP的合成量會減少,原因是

。

(4)圖6中A點時會發生圖4中的________過程,將該植物先置于此條件下10.4小時,再置于C點的條件下13.6小時,這24小時內該植物單位葉面積的有機物積累量(用葡萄糖積累量表示)為________mg。

4.光合作用的過程十分復雜,包括一系列化學反應。以下是科學家探索光合作用原理的部分實驗。請回答問題:

(1)20世紀初英國的布萊克曼把化學動力學的方法引入了光合作用研究:

①光照強度恒定,增加CO2供應,發現光合速率先增大并在一定程度后保持不變,這說明

。

②當把CO2恒定,增加光照,發現光合速率先增大達到一定程度后光合速率不再增加,這說明________________________。

(2)大約20年后,德國的瓦伯格等,用藻類進行閃光試驗,在光能量相同的前提下,一種用連續照光,另一種用閃光照射,中間隔一定暗期,發現后者光合效率是連續光下的200%～400%。終于闡明了光合作用中存在兩個反應,請從光合作用光反應和暗反應的過程對此現象進行解釋:

。

(3)后來科學家為驗證德國的瓦伯格的發現以生長狀態相同的某種植物為材料設計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO。濃度等條件相同適宜且穩定,每組處理的總時間均為135 s,處理結束時測定各組材料中光合作用產物的含量。處理方法和實驗結果如下,請補充實驗設計步驟:

A組:________,時間各為67.5 s;光合作用產物的相對含量為50%。

B組:________,每次光照和黑暗的時間各為7.5 s;光合作用產物的相對含量為70%。

C組:光照和黑暗交替處理,先光照后黑暗,每次光照和黑暗時間各為3.75 ms(毫秒);光合作用產物的相對含量為94%。

D組(對照組):____________________光合作用產物的相對含量為100%。

5.光合作用強度受多種因素的影響。某農作物的光合速率與葉片溫度、CO2濃度的關系如圖7。據圖回答下列問題:

圖7

(1)CO2濃度為200μL·L-1時,溫度對光合速率影響小的原因是

。

(2)在一定的范圍內,CO2濃度升高可使光合作用最適溫度________,依據是

。

(3)請寫出CO2濃度為1 000μL·L-1時,探究光合作用最適溫度的實驗思路:

。

(4)綜上,大田作物合理密植的原因

;

春天,大棚種植蔬菜較大田種植產量增加的原因是____________________。

【參考答案】

1.(1)無(或白) 紅或藍紫 葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光 (2)光敏色素 表達 (3)除只用藍光照射處理外,生菜葉片的光合速率隨著紅光與藍光比的減小而升高;只用藍光照射的生菜葉片的光合速率略低;400μmol·m2·s-1光強下不同紅光與藍光比的處理對生菜葉片光合能力的影響與200μmol·m-2·s-1光強處理對生菜葉片光合能力影響的趨勢一致,但提高光強增加了生菜葉片的光合速率;200μmol·m-2·s-1光強下降低紅光與藍光比可以提升生菜葉片的光合速率,甚至可以達到400μmol·m-2·s-1時的強度(任意2點即得分)

(4)控制適宜的光照時間、強弱光照的交替供光(合理即可)

2.(1)RVBP(C5) 葉綠體基質 線粒體

(2)CO2濃度較高時,該酶催化C5與CO2反應,完成光合作用;O2濃度較高時,該酶催化C5與O2反應 空間結構 (3)光呼吸需要光照才能進行,其場所是葉綠體基質和線粒體;而暗呼吸有光無光照均能進行,其場所是細胞質基質和線粒體 (4)光呼吸消耗光反應產生的過多NADPH和ATP等,防止代謝產物積累對細胞造成損害

3.(1)0 大于或等于 (2)色素在層析液中的溶解度不同 (3)光能→電能→ATP和NADPH中的化學能 H+跨膜梯度運輸促進ATP合成,DNP導致H+的通透性增大,H+在膜內外的濃度梯度會減小或消除,進而減少ATP的合成量 (4)①③ 150

4.(1)①CO2是光合作用的限制因子,光參與的化學反應與光的利用能力有關 ②光照是光合作用的限制因子,光參與的化學反應與CO2的利用能力有關 (2)在光能量相同的前提下閃光照射時使光下產生的ATP和NADPH能夠及時利用與再生,從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 光照和黑暗交替處理先黑暗后光照 光照時間為135 s