高三二輪復(fù)習(xí)生物：光合作用發(fā)現(xiàn)史訓(xùn)練試題

光合作用發(fā)現(xiàn)史一、薩克斯的實驗薩克斯用黑暗中饑餓處理的綠葉實驗，一半曝光用碘蒸氣處理變藍(lán)，另一半遮光用碘蒸氣處理不變藍(lán)。對實驗進(jìn)行分析：(1)實驗組處理為_________處理。(2)實驗的關(guān)鍵是饑餓處理，目的是_________________________________________________________；為了使實驗結(jié)果更明顯，在用碘處理之前應(yīng)用熱酒精對葉片進(jìn)行_________處理。(3)本實驗除證明了光合作用的產(chǎn)物有淀粉外，還證明了_______________________________________。二、恩格爾曼的水綿實驗1880年恩格爾曼把裝有水綿和好氧細(xì)菌的臨時裝片放在沒有氧氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細(xì)的光束射水綿,他發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌只向被光束照射到的部位集中；如果臨時裝片暴露在光下細(xì)菌則分布在所有受光的部位。請回答下列問題：(1)恩格爾曼的實驗設(shè)計非常巧妙，試從實驗材料的角度進(jìn)行分析①水綿的______________________________便于觀察。②可通過觀察__________準(zhǔn)確判定光合作用進(jìn)行的部位。試從實驗設(shè)計的角度進(jìn)行分析沒有空氣排除了______________________；黑暗環(huán)境排除了_________________________；臨時裝片重新暴露在光下為了___________________________________________________(2)在研究不同光質(zhì)與光合作用的關(guān)系時，恩格爾曼用透過三棱鏡的光束射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的好氧細(xì)菌聚集在M__________光區(qū)域(填光的類型)。某同學(xué)對好氧細(xì)菌聚集在M光區(qū)域有如下兩種解釋：①好氧細(xì)菌趨向氧引起的；②好氧細(xì)菌趨向M光區(qū)域引起的。請你補充實驗排除解釋②，要求簡要寫出實驗思路和預(yù)期待結(jié)果。實驗思路:__________________________________________________________________________________預(yù)期結(jié)果:__________________________________________________________________________________三、探究光反應(yīng)中O2的來源資料1：1937年，英國科學(xué)家希爾第一次用離體的葉綠體做實驗，用光照射加有草酸鐵的葉綠素懸濁液時，發(fā)現(xiàn)Fe3+還原成Fe2+并放O2。資料2：20世紀(jì)50年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)葉綠體中具有天然的電子受體NADP+，在光照下被還原成NADPH。資料3：1939年，美國科學(xué)家魯賓和卡門利用18O標(biāo)記的CO2和H2O進(jìn)行實驗，進(jìn)一步證明光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。例題1：（2019年6月·浙江學(xué)考）希爾反應(yīng)是測定葉綠體活力的常用方法。希爾反應(yīng)基本原理：光照下，葉綠體釋放O2，同時氧化型DCIP（2,6-二氯酚靛酚）被還原，顏色由藍(lán)色變成無色。DCIP顏色變化引起的吸光率變化可反映葉綠體活力。研究小組利用菠菜葉進(jìn)行了葉綠體活力的測定實驗?；卮鹣铝袉栴}：（1）制備葉綠體懸液：選取10g新鮮的菠萊葉加入研缽，研磨前加入適量的0.35mol/LNaCl溶液和pH7.8的酸堿緩沖液等；研磨成勻漿后，用紗布過濾，取濾液進(jìn)行，分離得到葉綠體；將葉綠體置于溶液中，以保證葉綠體的正常形態(tài)，獲得葉綠體懸液。（2）測定葉綠體活力：分組如下，并按下表加入試劑；測定各組吸光率。①希爾反應(yīng)模擬了光合作用中階段的部分變化，該階段在葉綠體的中進(jìn)行。氧化型DCIP在希爾反應(yīng)中的作用，相當(dāng)于在該階段中的作用。②煮沸處理后，需向2號試管中加入一定量的，以保證各試管中液體的量相等。③3號試管的作用是。四、光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系資料4：1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗。在有光照和無CO2的條件下，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和NADP+時，體系中會有ATP和NADPH和產(chǎn)生。資料5：同年，阿爾農(nóng)等發(fā)現(xiàn)即使在黑暗條件下，只要提供了ATP和NADPH，葉綠體也能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?。例題2：請將阿爾農(nóng)的實驗表格補充完整條件過程現(xiàn)象1黑暗提供_____________________有糖類生成2黑暗提供CO2,不提供ATP、[H]_______________________3_________提供CO2,不提供ATP、[H]有糖類生成變式訓(xùn)練：科學(xué)家從植物細(xì)胞中提取得到葉綠體，將葉綠體膜破壞，分離出基質(zhì)和基粒，用來研究光合作用的過程（如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示無或不添加）。下列條件下不能產(chǎn)生葡萄糖的是五、光反應(yīng)中光能如何轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學(xué)能資料6：（化學(xué)滲透假說）1961年，米切爾提出光照引起水的裂解，釋放的H+留在類囊體腔中。類囊體膜內(nèi)側(cè)H+濃度高于外側(cè)，產(chǎn)生H+濃度差。當(dāng)H+沿著濃度梯度返回膜外側(cè)時，在ATP合成酶的催化下，驅(qū)動ADP和Pi合成ATP。資料7：1963年，賈格道夫等科學(xué)家在黑暗條件下把離體的葉綠體類囊體置于pH=4的酸性溶液中平衡，讓類囊體腔的pH下降至4。平衡后將類囊體轉(zhuǎn)移到含有ADP和Pi的pH=8的緩沖溶液中，一段時間后有ATP產(chǎn)生。①該實驗在黑暗中進(jìn)行的目的是。②圖中平衡的目的是。③該實驗黑暗中類囊體合成ATP的原因是。④自然光照下合成ATP的原因是。例題3：（2017年11月·浙江選考）在黑暗條件下，將分離得到的類囊體放在pH=4的緩沖溶液中，使類囊體內(nèi)外的pH相等，然后迅速轉(zhuǎn)移到含有ADP和Pi的pH=8的緩沖溶液中，結(jié)果檢測到有ATP的生成。根據(jù)實驗分析，下列敘述正確的是（）A.實驗中溶液的H＋均來自水的裂解B.黑暗條件下植物葉肉細(xì)胞中的葉綠體可產(chǎn)生ATPC.光照條件下植物細(xì)胞葉綠體中類囊體的腔內(nèi)H＋濃度較高D.若使類囊體的脂雙層對H＋的通透性增大，ATP生成量不變六、碳原子轉(zhuǎn)化途徑資料8：20世紀(jì)50年代，美國科學(xué)家卡爾文及其同事在研究光合作用時，將小球藻懸浮液裝在一個密閉玻璃容器中，通過一個通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個開關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過控制電源開關(guān)來控制有無光照。（1）實驗時，卡爾文等按照預(yù)先設(shè)定的時間長度向容器內(nèi)注入14C標(biāo)記的CO2，在每個時間長度結(jié)束時，把小球藻懸浮液滴入4倍體積的乙醇中，殺死小球藻，目的是_______________終止酶的作用，同時提取其產(chǎn)物，采用紙層析法分離出各種化合物。紙層析法的原理是利用了不同化合物在層析液中______________的不同。（2）卡爾文等向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時，14C出現(xiàn)在一種五碳化合物（C5）和一種六碳糖（C6）中，將反應(yīng)時間縮短到0.5s時，14C出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3，3-磷酸甘油酸）中。上述實驗中卡爾文等是通過控制來探究CO2中碳原子轉(zhuǎn)移路徑，采用了_______________等技術(shù)方法。（3）在實驗中，卡爾文等還發(fā)現(xiàn)，在有光照和CO2供應(yīng)的條件下，C3和C5的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當(dāng)改變其中一個實驗條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：①當(dāng)_____________，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高。②當(dāng)停止光照時，______的濃度急速升高，_______的濃度急速降低。他們由此得出結(jié)論，固定CO2的物質(zhì)是C5。例題4：（2018年11月·浙江選考節(jié)選）光合作用是整個生物圈的物質(zhì)基礎(chǔ)和能量基礎(chǔ)?；卮鹣铝袉栴}：為研究光合作用中碳的同化與去向，用的CO2供給小球藻，每隔一定時間取樣，并將樣品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇用以殺死小球藻并標(biāo)記化合物。濃縮后再點樣進(jìn)行雙向紙層析，使標(biāo)記化合物。根據(jù)標(biāo)記化合物出現(xiàn)的時間，最先檢測到的是三碳化合物。猜測此三碳化合物是CO2與某一個二碳分子結(jié)合生成的，但當(dāng)后，發(fā)現(xiàn)RuBP的含量快速升高，由此推知固定CO2的物質(zhì)不是二碳分子。變式訓(xùn)練：科學(xué)家往小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2后，分別給予小球藻不同時間的光照，結(jié)果如下表。根據(jù)上述實驗結(jié)果分析，下列敘述不正確的是（）A.本實驗利用小球藻研究的是光合作用的暗反應(yīng)階段B.每組照光后需將小球藻進(jìn)行處理使酶失活，才能測定放射性物質(zhì)分布C.CO2進(jìn)入葉綠體后，最初形成的主要物質(zhì)是12種磷酸化糖類D.實驗結(jié)果說明光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物還包括氨基酸、有機(jī)酸等例題5在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如圖?；卮饐栴}：（1）圖中物質(zhì)A是_________（填“C3化合物”或“C5化合物”）(2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中,物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是_______________________________________________________________；將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后,物質(zhì)B濃度升高的原因是___________________________________

________________________。(3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中,暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時,物質(zhì)A的濃度將比B的

________

(填“低”或“高”)。(4)CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時的___

(填“高”或“低”),其原因是______________________________________________________________________。七、不同光照條件對光合作用的影響資料9：1919年，德國生物化學(xué)家瓦爾伯用藻類進(jìn)行閃光試驗，在光能量相同的前提下，一種用連續(xù)照光，另一種用閃光照射，中間隔一定暗期，發(fā)現(xiàn)后者光合效率是連續(xù)光下的200%～400%。例題6：（2015年·全國卷Ⅰ）為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時間均為135s，處理結(jié)束時測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實驗結(jié)果如下：A組：先光照后黑暗，時間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50%。B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為70%。C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75ms（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對含量為94%。D組（對照組）：光照時間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%?；卮鹣铝袉栴}：（1）單位光照時間內(nèi)，C組植物合成有機(jī)物的量_____（填“高于”、“等于”或“低于”）D組植物合成有機(jī)物的量，依據(jù)是________________________；C組和D組的實驗結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要________，這些反應(yīng)發(fā)生的部位是葉綠體的_________________。（2）A、B、C三組處理相比，隨著________________________的增加，使光下產(chǎn)生的_____________________能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。變式訓(xùn)練：對某植物做如下處理：甲持續(xù)光照20min，黑暗處理20min，乙先光照5s后再黑暗處理5s，連續(xù)交替40min。若其他條件不變，則在甲、乙兩種情況下植物光合作用所制造的O2和合成的有機(jī)物總量符合下列哪項（）A.O2：甲<乙，有機(jī)物：甲＝乙B.O2：甲＝乙，有機(jī)物：甲＝乙C.O2：甲<乙，有機(jī)物：甲<乙D.O2：甲＝乙，有機(jī)物：甲<乙八、有機(jī)物的合成例題7：（2015年·浙江理綜）某植物葉肉細(xì)胞光合作用的碳反應(yīng)，蔗糖與淀粉合成代謝途徑如圖所示。圖中葉綠體內(nèi)膜上磷酸轉(zhuǎn)運器轉(zhuǎn)運出1分子三碳糖磷酸的同時轉(zhuǎn)運進(jìn)1分子Pi（無機(jī)磷酸）。請回答：（1）磷除了是光合作用相關(guān)產(chǎn)物的組分外，也是葉綠體內(nèi)核酸和的組分。（2）卡爾文循環(huán)中C5生成三碳糖磷酸的還原反應(yīng)屬于____________（吸能反應(yīng)或放能反應(yīng)）。（3）若蔗糖合成或輸出受阻，則進(jìn)入葉綠體的數(shù)量減少，使三碳糖磷酸大量積累于中，也導(dǎo)致了光反應(yīng)中合成的數(shù)量下降，卡爾文循環(huán)減速。上述這種三碳糖磷酸對卡爾文循環(huán)的調(diào)節(jié)屬于。此時過多的三碳糖磷酸將用于，以維持卡爾文循環(huán)運行。例題8:(13北京)為研究棉花去棉鈴(果實)后對葉片光合作用的影響,研究者選取至少具有10個棉鈴的植株,去除不同比例棉鈴,3天后測定葉片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量。結(jié)果如圖。圖1

圖2(1)光合作用碳(暗)反應(yīng)利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和__________，在________________中將CO2轉(zhuǎn)化為三碳糖,進(jìn)而形成淀粉和蔗糖。

(2)由圖1可知,隨著去除棉鈴百分率的提高,葉片光合速率_________________。本實驗中對照組(空白對照組)植株的CO2固定速率相對值是___________。

(3)由圖2可知,去除棉鈴后,植株葉片中____________________增加。已知葉片光合產(chǎn)物會被運到棉鈴等器官并被利用,因此去除棉鈴后,葉片光合產(chǎn)物利用量減少，________________降低,進(jìn)而在葉片中積累。

(4)綜合上述結(jié)果可推測,葉片中光合產(chǎn)物的積累會_________________光合作用。

(5)一種驗證上述推測的方法為:去除植株上的棉鈴并對部分葉片遮光處理,使遮光葉片成為需要光合產(chǎn)物輸入的器官,檢測___________________葉片的光合產(chǎn)物含量和光合速率。與只去除棉鈴植株的葉片相比,若檢測結(jié)果是______________________________,則支持上述推測。九、二氧化碳的固定方式資料10：1966年，澳大利亞科學(xué)家哈奇和斯萊克在研究玉米、甘蔗等原產(chǎn)熱帶地區(qū)的綠色植物時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向這些綠色植物提供14CO2時，光合作用開始后的1s內(nèi)，竟有90%以上的14C出現(xiàn)在含有4個碳原子的有機(jī)酸（一種C4化合物）中。隨著光合作用的進(jìn)行，C4化合物中的14C逐漸減少，而C3化合物中的14C逐漸增多。常見的C4植物：玉米、高粱、甘蔗等；C3植物：水稻、小麥、大豆等C4途徑的意義：在高溫、強(qiáng)光、干旱和低CO2條件下，C4植物顯示出高的光合效率。資料11.生長在熱帶干旱地區(qū)的景天科、仙人掌和菠蘿等植物有一種特殊的同化CO2的方式。特點：夜晚氣孔開放，固定CO2產(chǎn)生有機(jī)酸，貯藏于液泡中。白天氣孔關(guān)閉，有機(jī)酸脫羧釋放CO2，參加卡爾文循環(huán)。例題9：（2012年·上海高考）表3為某地夏季晴朗的某天，玉米和花生凈光合速率測定值。圖17表示玉米CO2同化途徑。玉米葉肉細(xì)胞中有一種酶，通過系列反應(yīng)將CO2“泵”入維管束鞘細(xì)胞，使維管束鞘細(xì)胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環(huán)順利進(jìn)行。這種酶被形象地稱為“CO2泵”。而花生缺乏類似的“CO2泵”。（1）11:00時，光照增強(qiáng)，溫度過高，葉片氣孔開度下降，作為光合原料之一的減少，導(dǎo)致花生光合作用速率明顯下降；而此時玉米光合作用速率反而有所升高，原因是__________________。（2）如果在玉米葉肉細(xì)胞中注入某種抑制劑使“CO2泵”的活性降低，則在短時間內(nèi)，維管束鞘細(xì)胞中ATP的含量變化呈趨勢，原因是。（3）與11:00時相比，17:00時，玉米光合作用速率的限制因素是。4）假設(shè)用表中11:00對應(yīng)的光照強(qiáng)度連續(xù)照射兩種作物10分鐘，則玉米積累的葡萄糖總量比花生多________mg/m2。（相對原子量：C-12，O-16，H-1）（5）卡爾文循環(huán)需要光反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H+，H+最初來源于物質(zhì)_____________。例題10：圖1是仙人掌類植物特殊的CO2同化方式，吸收的CO2生成蘋果酸儲存在液泡中，液泡中的蘋果酸經(jīng)脫羧作用釋放CO2用于光合作用；圖2表示不同地區(qū)A、B、C三類植物在晴朗夏季的光合作用日變化曲線，請據(jù)圖分析并回答：（1）圖1所示細(xì)胞在夜間能產(chǎn)生ATP的場所有_________________。該植物夜間能吸收CO2，卻不能合成糖類等有機(jī)物的原因是________________________。（2）圖1所示植物對應(yīng)圖2中的__________類植物（填字母），從生物進(jìn)化的角度看，該特殊的CO2同化方式是________________的結(jié)果。（3）圖2中的A類植物在10～16時__________（能/不能）進(jìn)行光合作用的暗反應(yīng)，原因有_________________、___________________________。（4）與上午10時相比，中午12時B類植物細(xì)胞中C5含量變化是____________________。十、光呼吸例題11：光呼吸是進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照和O2/CO2值異常情況下發(fā)生的一個生理過程，該過程借助葉綠體、線粒體等多種細(xì)胞器共同完成，是光合作用伴隨的一個損耗能量的副反應(yīng)。光呼吸過程中O2被消耗，并且會生成CO2。光呼吸損耗能量大約抵消了30%的光合作用儲備能量，因此降低光呼吸速率曾一度被認(rèn)為是提高光合作用效率的途徑之一。但是后來研究者發(fā)現(xiàn)，光呼吸其實對細(xì)胞有著很重要的保護(hù)作用。（1）據(jù)圖可知，光呼吸與光合作用都利用了________為原料，但光合作用在________反應(yīng)階段實現(xiàn)了該物質(zhì)的再生，而光呼吸將該物質(zhì)氧化分解并最終產(chǎn)生。（2）“Rubisco”是一種酶的名稱，這種酶既能催化物質(zhì)“C-C-C-C-C”和O2反應(yīng)，也能催化物質(zhì)“C-C-C-C-C”和CO2反應(yīng)，你推測O2/CO2值________（填“高”或“低”）時利于光呼吸而不利于光合作用。（3）與光呼吸相區(qū)別，研究人員常把細(xì)胞呼吸稱為“暗呼吸”，從反應(yīng)條件來講光呼吸與暗呼吸的不同是。（4）有觀點指出，光呼吸的生理作用在于：干旱天氣和過強(qiáng)光照下，因為溫度很高，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，供應(yīng)減少。此時的光呼吸可以消耗光反應(yīng)階段生成的多余的，而光呼吸產(chǎn)生的________又可以作為碳反應(yīng)階段的原料，因此光呼吸對植物有重要的正面意義。例題12（2013全國）某研究小組測得在適宜條件下某植物葉片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后釋放CO2的速率。吸收或釋放CO2的速率隨時間變化趨勢的示意圖如下(吸收或釋放CO2的速率是指單位面積葉片在單位時間內(nèi)吸收或釋放CO2的量)，回答下列問題:(1)在光照條件下，圖形A+B+C的面積表示___________，該植物在一定時間內(nèi)單位面積葉片光合作用，其中圖形B的面積表示___________________,從圖形C可推測該植物存在另一個______________________的途徑，CO2進(jìn)出葉肉細(xì)胞都是通過____________________的方式進(jìn)行的。(2)在上述實驗中，若提高溫度、降低光照，則圖形________(填“A”或"B")的面積變小，圖形____(填“A"或"B")的面積增大，原因是_________________________參考答案一、遮光使葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，增強(qiáng)實驗的說服力。脫綠（脫色）光是光合作用的必要條件二、（1）葉綠體呈帶狀好氧細(xì)菌集中分布氧氣的干擾光的干擾再一次驗證實驗結(jié)論（2）紅光和藍(lán)紫把載有死水綿和好氧細(xì)菌的臨時裝片放在沒有氧氣的黑暗環(huán)境中，之后用通過三棱的M光區(qū)域(紅光和藍(lán)紫光)照射臨時裝片，一段時間后觀察裝片中好氧細(xì)菌分布情況好氧細(xì)菌均勻地分布在死水綿周圍三、（1）離心0.35mol/LNaCl（2）光反應(yīng)類囊體