綜合提能檢測(三)圍繞“C3、C4植物與光呼吸”分析光合作用過程

綜合提能檢測（三）圍繞“C3、C4植物與光呼吸”分析光合作用過程一、選擇題1．生物制氫有良好的發(fā)展前景，[H]在產(chǎn)氫酶的作用下可以產(chǎn)生H2，O2會降低產(chǎn)氫酶的催化活性。下面是利用生物制氫的兩種方法：①真核生物綠藻在光照條件下可以產(chǎn)生H2；②一些厭氧微生物在黑暗環(huán)境下，能利用多種有機(jī)物通過無氧呼吸產(chǎn)生各種有機(jī)酸，同時產(chǎn)生大量的H2。下列相關(guān)敘述正確的是()A．綠藻在光照條件下產(chǎn)生[H]的場所只有葉綠體B．在厭氧微生物產(chǎn)H2的過程中，無氧呼吸的產(chǎn)物不會影響產(chǎn)氫酶的活性C．當(dāng)綠藻細(xì)胞內(nèi)的C3含量突然下降時，可能原因是突然停止光照或增大CO2的供應(yīng)D．利用厭氧微生物制氫可以避免氧氣的干擾解析：選D光照條件下，綠藻光合作用與呼吸作用都可以產(chǎn)生[H]，所以此時產(chǎn)生[H]的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體，A錯誤。厭氧微生物無氧呼吸產(chǎn)生有機(jī)酸，導(dǎo)致溶液pH降低，影響產(chǎn)氫酶的活性，B錯誤。突然增大CO2的供應(yīng)，CO2的固定加快，生成的C3會增多；突然停止光照，C3的還原減弱，C3的含量增多，C錯誤。厭氧微生物產(chǎn)氫的優(yōu)點(diǎn)是不受光照條件限制、避免了氧氣的干擾、產(chǎn)氣量大，D正確。2．卡爾文給小球藻提供14CO2和適宜的光照，研究光合作用暗反應(yīng)過程中C的轉(zhuǎn)移路徑。某同學(xué)根據(jù)卡爾文的實驗資料，提出了一些推論，下列推論不合理的是()資料推論(1)將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒，發(fā)現(xiàn)90%的放射性物質(zhì)是一種C3①(2)經(jīng)過5s光照后，檢測到含有放射性的C5和葡萄糖②(3)在適宜光照和CO2充足的條件下，C3和C5的含量很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，含有放射性的糖類不斷增加③(4)當(dāng)停止光照時，C3明顯增加，C5明顯下降④A.推論①：C3是CO2被還原的第一個產(chǎn)物B．推論②：C3進(jìn)一步反應(yīng)生成C5和葡萄糖C．推論③：C3是暗反應(yīng)的中間產(chǎn)物，糖類是終產(chǎn)物D．推論④：C3轉(zhuǎn)化為C5需要依賴光反應(yīng)的產(chǎn)物解析：選A根據(jù)光照時間縮短至幾分之一秒的結(jié)果可知，C3是CO2被固定的第一個產(chǎn)物，A錯誤；結(jié)合推論①②可知，C3進(jìn)一步反應(yīng)生成C5和葡萄糖，B正確；根據(jù)C3的含量維持穩(wěn)定而含放射性的糖類不斷增加可知，推論③應(yīng)該是C3是暗反應(yīng)的中間產(chǎn)物，糖類是終產(chǎn)物，C正確；根據(jù)光照停止時，C3明顯增加，C5明顯下降可知，光照與C3和C5的轉(zhuǎn)化有關(guān)，推論④應(yīng)該是C3轉(zhuǎn)化為C5需要依賴光反應(yīng)的產(chǎn)物，D正確。3．鐵氰化鉀試劑不能透過葉綠體膜，研究者將漲破的葉綠體置于不含CO2的鐵氰化鉀溶液中，在光下釋放O2，同時黃色的鐵氰化鉀因被還原而褪色。下列敘述正確的是()A．該實驗?zāi)M了暗反應(yīng)的物質(zhì)變化過程B．釋放O2的過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中C．實驗說明水的光解和糖的合成相關(guān)聯(lián)D．推測黃色鐵氰化鉀褪色是[H]的作用解析：選D該實驗?zāi)M了光反應(yīng)的物質(zhì)變化過程，產(chǎn)生[H]還原黃色的鐵氰化鉀使其褪色，A錯誤，D正確；釋放O2的過程屬于光反應(yīng)，發(fā)生在類囊體薄膜上，B錯誤；該實驗只說明水的光解，沒有體現(xiàn)糖的合成，無法判斷他們之間的聯(lián)系，C錯誤。4．科學(xué)家卡爾文利用小球藻做實驗，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)，如圖所示。下列關(guān)于卡爾文循環(huán)的說法錯誤的是()A．研究有機(jī)物的合成過程采用了放射性同位素標(biāo)記法B．適當(dāng)提高光照強(qiáng)度，短時間內(nèi)核酮糖二磷酸含量將會下降C．小球藻中的卡爾文循環(huán)過程發(fā)生在葉綠體中D．該過程中NADPH為反應(yīng)供氫，是活潑的還原劑解析：選B卡爾文研究有機(jī)物的合成過程中采用了放射性同位素標(biāo)記法，A正確；適當(dāng)提高光照強(qiáng)度光反應(yīng)加強(qiáng)，ATP和NADPH含量增加，3磷酸甘油酸→丙糖磷酸→核酮糖二磷酸的過程加強(qiáng)，因此核酮糖二磷酸含量增加，B錯誤；小球藻是真核生物，卡爾文循環(huán)發(fā)生在葉綠體中，C正確；NADPH的作用是作為活潑的還原劑為反應(yīng)供氫，D正確。5．(2021·德州模擬)下列反應(yīng)式①②表示的是光合作用的物質(zhì)變化，有關(guān)說法正確的是()①12H2O＋12NADP＋＋18ADP＋18Pi→6O2＋12NADPH＋12H＋＋18ATP＋18H2O②6CO2＋18ATP＋12H2O＋12NADPH＋12H＋→C6H12O6＋18ADP＋18Pi＋12NADP＋A．①為光反應(yīng)階段的物質(zhì)變化，②為CO2的固定過程中物質(zhì)的變化B．①產(chǎn)生的ATP只能用于②C．光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段都消耗H2O，暗反應(yīng)階段不產(chǎn)生H2OD．H2O在光下分解產(chǎn)生的H＋都用于合成NADPH解析：選C①為光反應(yīng)階段的物質(zhì)變化，②為CO2的固定和C3的還原過程中物質(zhì)的變化，A錯誤；①產(chǎn)生的ATP只能用于②中C3的還原，CO2的固定不消耗ATP，B錯誤；由反應(yīng)式①②可知，光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段都消耗H2O，暗反應(yīng)階段不產(chǎn)生H2O，C正確；H2O在光下分解產(chǎn)生的H＋只有部分用于合成NADPH，D錯誤。6．我國研究人員獲得了菠菜光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的外周捕光色素復(fù)合物(LHCⅡ)超級復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，PSⅡ是嵌入在葉綠體類囊體膜上的超分子復(fù)合物，包括許多蛋白質(zhì)亞基、葉綠素、類胡蘿卜素、Mn4CaO5簇、血紅素、質(zhì)體醌和脂類等，在光合作用過程中，植物PSⅡ核心復(fù)合物接收來自LHCⅡ的激發(fā)能，能通過Mn4CaO5簇來催化光誘導(dǎo)水的分解。下列有關(guān)光合作用的敘述，錯誤的是()A．PSⅡ具有捕獲和轉(zhuǎn)化光能、催化水的光解的作用B．PSⅡ和LHCⅡ吸收光能需Mn4CaO5簇的催化作用C．PSⅡ發(fā)揮作用能為光合作用的暗反應(yīng)提供NADPH和ATPD．葉綠體類囊體膜上不能同時進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)解析：選BPSⅡ含有葉綠素、類胡蘿卜素，具有捕獲和轉(zhuǎn)化光能的作用，PSⅡ含有Mn4CaO5簇，能催化光誘導(dǎo)水的光解，A正確；PSⅡ和LHCⅡ吸收光能的過程不需要Mn4CaO5簇的催化作用，Mn4CaO5簇催化水的光解過程，B錯誤；PSⅡ能進(jìn)行光合作用的光反應(yīng)階段，為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，C正確；葉綠體類囊體膜上含有與光合作用光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶，而沒有與光合作用暗反應(yīng)有關(guān)的酶，只能進(jìn)行光反應(yīng)，不能進(jìn)行暗反應(yīng)，D正確。7．(2021·唐山模擬)在光照條件下，綠色植物的葉綠體能將水分解釋放氧氣，并將產(chǎn)生的H＋泵到類囊體腔中，形成膜內(nèi)外的濃度梯度，H＋從濃度較高一側(cè)通過膜上ATPase(ATP合成酶)穿梭時，催化ADP生成ATP。下列有關(guān)葉綠體中此生理過程的敘述，正確的是()A．在光照條件下，合成ATP的能量直接來自色素吸收的光能B．在光照條件下，合成ATP的原料只有ADPC．葉綠體中的色素主要吸收藍(lán)紫光D．ATPase具有催化和運(yùn)輸?shù)墓δ芙馕觯哼xD由題干信息可知，在光照條件下，合成ATP的能量來自H＋順濃度梯度擴(kuò)散產(chǎn)生的能量，A錯誤；合成ATP的原料有ADP和Pi，B錯誤；葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，C錯誤；根據(jù)題干信息“H＋從濃度較高一側(cè)通過膜上ATPase(ATP合成酶)穿梭時，催化ADP生成ATP”可知，ATPase具有催化ATP合成的功能，也是H＋跨膜的載體，D正確。8．(2021·煙臺一模)我國科學(xué)家設(shè)計了一種可以基因編碼的光敏蛋白(PSP)，成功模擬了光合系統(tǒng)的部分過程。在光照條件下，PSP能夠?qū)O2直接還原，使電子傳遞效率和CO2還原效率明顯提高。下列說法錯誤的是()A．自然光合系統(tǒng)只能還原C3，而光敏蛋白可直接還原CO2B．黑暗條件下自然光合系統(tǒng)中的暗反應(yīng)可持續(xù)進(jìn)行，而光敏蛋白發(fā)揮作用離不開光照C．光敏蛋白與自然光合系統(tǒng)中光合色素、[H]和ATP等物質(zhì)的功能相似D．該研究為減輕溫室效應(yīng)提供了新思路解析：選B自然光合系統(tǒng)只能還原C3，根據(jù)題干信息可知，PSP能夠?qū)O2直接還原，A正確；黑暗條件下自然光合系統(tǒng)中的暗反應(yīng)由于缺少光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]，無法持續(xù)進(jìn)行，B錯誤；在光照條件下，PSP能夠?qū)O2直接還原，說明光敏蛋白與自然光合系統(tǒng)中光合色素、[H]和ATP等物質(zhì)的功能相似，C正確；溫室效應(yīng)是由于CO2過量排放導(dǎo)致的，在光照條件下，PSP能夠使CO2還原效率明顯提高，則該研究為減輕溫室效應(yīng)提供了新思路，D正確。9．在光合作用過程中可產(chǎn)生大量H＋，當(dāng)H＋通過ATP合成酶時，可以使ADP＋Pi合成ATP，為了研究光合作用過程中ATP產(chǎn)生的原理，科學(xué)家分離出類囊體進(jìn)行了以下實驗，如圖所示。下列分析錯誤的是()A．實驗?zāi)M了光合作用光反應(yīng)階段的部分過程B．實驗應(yīng)在黑暗中進(jìn)行，以避免類囊體產(chǎn)生了H＋C．當(dāng)類囊體膜兩側(cè)存在H＋濃度差時，就能合成ATPD．推測光合作用過程中產(chǎn)生的大量H＋主要集中在類囊體腔解析：選C該實驗分離出類囊體研究光合作用過程中ATP產(chǎn)生的原理，類囊體是光合作用光反應(yīng)的場所，A正確；在光照條件下，類囊體中會發(fā)生水的光解，產(chǎn)生H＋，對實驗造成影響，故實驗需要在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，B正確；根據(jù)題干信息可知，實驗中改變類囊體內(nèi)外的pH值，使得ATP開始合成，說明類囊體內(nèi)外存在H＋濃度差，能夠促進(jìn)ATP的合成，但這只是合成ATP的條件之一，C錯誤；由題圖分析可知，促進(jìn)ATP合成時，類囊體腔內(nèi)pH低于類囊體外，故可推測光合作用過程中產(chǎn)生的大量H＋主要集中在類囊體腔，D正確。10．(多選)植物接受過多光照會對葉綠體造成損害，因此植物需要“非光化學(xué)淬滅(NPQ)”的機(jī)制來保護(hù)自身，在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失。該機(jī)制的啟動和關(guān)閉特點(diǎn)如圖所示。下列敘述錯誤的是()A．NPQ直接作用于光合作用中的暗反應(yīng)階段，因為該階段消耗能量B．狀態(tài)①時通過NPQ避免葉綠體受創(chuàng)C．葉綠體中ATP的合成量下降可能導(dǎo)致NPQ機(jī)制開啟D．狀態(tài)③NPQ機(jī)制緩慢關(guān)閉過程中ATP的合成量降低解析：選ABC由題干信息“在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反應(yīng)階段，A錯誤；植物接受過多光照會對葉綠體造成損害，因此植物需要“非光化學(xué)淬滅(NPQ)”的機(jī)制來保護(hù)自身，狀態(tài)②時通過NPQ避免葉綠體受創(chuàng)，B錯誤；葉綠體中ATP的合成量下降，光反應(yīng)減弱，色素需要吸收的光能減少，可能導(dǎo)致NPQ機(jī)制關(guān)閉，C錯誤；由于NPQ機(jī)制關(guān)閉過程緩慢，導(dǎo)致色素吸收的光能減少，光反應(yīng)減弱，導(dǎo)致類囊體內(nèi)[H]濃度下降，ATP的合成量也下降，D正確。11．(多選)如圖表示綠色植物光合作用的部分過程，圖中A～C表示相關(guān)物質(zhì)。下列分析錯誤的是()A．圖中A為O2，全部釋放到空氣中B．圖中B為NADPH，外界CO2濃度升高時，B的含量會暫時升高C．該過程消耗的NADP＋和C均來自葉綠體基質(zhì)D．該過程將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在B和ATP中解析：選AB據(jù)圖分析可知，A表示光合作用產(chǎn)生的O2，當(dāng)光合作用大于呼吸作用時，部分O2可以釋放到空氣中，A錯誤；圖中B表示NADPH，外界CO2濃度升高時，C3生成量增加，還原加快，NADPH的消耗增加，B的含量暫時降低，B錯誤；光反應(yīng)消耗的NADP＋、ADP和Pi均來自葉綠體基質(zhì)，C正確；該過程表示光反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在NADPH和ATP中，D正確。12．(多選)如圖為植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸作用的示意圖，在CO2與RuBP(C5)反應(yīng)過程中，O2能與CO2競爭相關(guān)酶的活性部位。下列相關(guān)敘述正確的是()A．在高O2環(huán)境中植物不能進(jìn)行光合作用B．光呼吸的存在會降低糖的合成效率C．在大棚種植蔬菜時可通過增施有機(jī)肥，降低光呼吸作用D．光呼吸的作用可能是消耗低CO2環(huán)境下積累的NADPH和ATP，減輕NADPH和ATP對葉綠體造成的傷害解析：選BCD在高O2環(huán)境中O2能與CO2競爭相關(guān)酶的活性部位，使CO2與RuBP固定生成三碳酸的速率減小，植物光合作用減弱，因此在高O2環(huán)境中植物也能進(jìn)行光合作用，A錯誤；光呼吸的存在會使CO2與RuBP固定生成三碳酸的速率減小，從而降低糖的合成效率，B正確；O2能與CO2競爭相關(guān)酶的活性部位，在大棚種植蔬菜時可通過增施有機(jī)肥，從而增大CO2濃度，可抑制O2與RuBP結(jié)合，從而抑制光呼吸，C正確；低CO2環(huán)境下，暗反應(yīng)減弱，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP會積累，光呼吸作用會產(chǎn)生三碳酸，從而消耗多余的NADPH和ATP，避免NADPH和ATP對葉綠體造成傷害，D正確。二、非選擇題13．水稻、小麥等植物是C3植物，這類植物在干旱、炎熱的環(huán)境下，氣孔會關(guān)閉，故長期處于高溫干燥環(huán)境，C3植物會減產(chǎn)；玉米、甘蔗等植物是C4植物，有特殊的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)高溫干燥的環(huán)境。圖甲為某C4植物的暗反應(yīng)過程(包括C3途徑和C4途徑)；圖乙為C3植物、C4植物在不同CO2濃度下，CO2凈吸收速率的變化曲線。回答下列問題：(1)由圖甲可知，C4植物通過PEP酶固定CO2的反應(yīng)部位是______________________，生成的C4借助葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞之間的____________(填信息交流通道)進(jìn)入維管束鞘細(xì)胞，釋放CO2參與卡爾文循環(huán)。(2)在有光照、高O2和低CO2條件下，卡爾文循環(huán)中參與CO2固定的Rubisco酶還可參與光呼吸過程，即在光下吸收O2釋放CO2。根據(jù)圖甲信息分析，與C3植物(暗反應(yīng)過程只進(jìn)行C3途徑)相比，C4植物稱為低光呼吸植物的原因是________________________________________________________________________。(3)與C3植物相比，C4植物的CO2飽和點(diǎn)________(填“高”或“低”)，由此判斷圖乙中的C4植物是________，c點(diǎn)之后凈光合速率較高的是____________(填“C3植物”或“C4植物”)。解析：(1)根據(jù)圖示分析可知，C4植物通過PEP酶在葉肉細(xì)胞的葉綠體中固定CO2形成C4，生成的C4通過葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞的胞間連絲進(jìn)入維管束細(xì)胞。(2)外界CO2濃度過低，植物不能進(jìn)行光合作用的暗反應(yīng)階段，可進(jìn)行光呼吸釋放CO2，C4植物可以利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用，因此其光呼吸的CO2濃度更低，被稱為低光呼吸植物。(3)C4植物能利用更低濃度的CO2，則植物A為C4植物，植物B為C3植物，C4植物的CO2飽和點(diǎn)低于C3植物，c點(diǎn)后，C3植物的CO2凈吸收速率(凈光合速率)高于C4植物。答案：(1)葉肉細(xì)胞的葉綠體胞間連絲(2)C4植物能利用更低濃度的CO2(3)低植物AC3植物14．科學(xué)家以生長狀況相同的某種植物在適宜且穩(wěn)定的條件下開展下列實驗。請回答下列有關(guān)問題：組別AB處理光照時間為135s先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗時間各為3.75ms，總時間為135s光合產(chǎn)物相對含量100%94%