- 探究：环境因素对光合作用强度的影响
- 共1687题
某小组为验证不同遮光处理对铁线莲光合作用的影响，结果如图所示，请分析回答问题（曲线叶绿素a/b表示叶绿素a含量与叶绿素b含量之比）：
（1）如图甲所示，当遮光率达到10%以上时，随着遮光比例增加，叶绿素含量增加，其中______含量增加更多，由此推测，这是对弱光环境的一种适应．当遮光率达到90%时，对该植物体内所有能进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量______（填大于、小于或等于）细胞呼吸产生的CO2量．
（2）某研究组获得了铁线莲的叶黄素缺失突变体．研究小组设计了如图乙的实验装置，通过测量溶液中氧的含量，研究铁线莲的叶黄素缺失突变体与正常植株叶片对红光吸收的差异．请回答：
①取A、B两组上述装置，两反应杯的溶液中均先加入______溶液，然后A、B组中分别加入等量的生理状态相近的铁线莲的叶黄素缺失突变体与正常植株叶片．
②A、B两组用同等强度的红色光源照射．
③一段时间后，通过如图乙所示计算机记录并比较A、B两组______的变化情况．
④实验结果：A、B两组无明显差异．原因是______．
正确答案
解：（1）当遮光率达到10%以上时，随着遮光比例增加，叶绿素含量增加，其中叶绿素a含量与叶绿素b含量之比下降，说明叶绿素b含量增加更多．由此推测，这是对弱光环境环境的一种适应．当遮光率达到90%时，由于铁线莲整个植株净光合作用等于0，所以该植物体内所有能进行光合作用的细胞光合作用固定的CO2量等于整个植株所有细胞呼吸产生的CO2量，对该植物体内所有能进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量．
（2）①光合作用需要CO2，故取A、B两组上述装置，两反应杯的溶液中均先加入等量NaHCO3溶液（或CO2缓冲液），研究铁线莲的叶黄素缺失突变体与正常植株叶片对红光吸收的差异，为了控制自变量，需要选择的实验材料是等量叶黄素缺失突变体和正常植株．
③光合速率的强弱可以通过观察氧气的产生量来观察．
④叶黄素主要吸收蓝紫光，缺少叶黄素对红光的吸收影响不明显，所以甲乙两组的结果无明显差异．
故答案为：
（1）叶绿素b 大于
（2）①等量NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）
③溶氧量
④叶黄素主要吸收蓝紫光，不吸收红光
解析
解：（1）当遮光率达到10%以上时，随着遮光比例增加，叶绿素含量增加，其中叶绿素a含量与叶绿素b含量之比下降，说明叶绿素b含量增加更多．由此推测，这是对弱光环境环境的一种适应．当遮光率达到90%时，由于铁线莲整个植株净光合作用等于0，所以该植物体内所有能进行光合作用的细胞光合作用固定的CO2量等于整个植株所有细胞呼吸产生的CO2量，对该植物体内所有能进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量．
（2）①光合作用需要CO2，故取A、B两组上述装置，两反应杯的溶液中均先加入等量NaHCO3溶液（或CO2缓冲液），研究铁线莲的叶黄素缺失突变体与正常植株叶片对红光吸收的差异，为了控制自变量，需要选择的实验材料是等量叶黄素缺失突变体和正常植株．
③光合速率的强弱可以通过观察氧气的产生量来观察．
④叶黄素主要吸收蓝紫光，缺少叶黄素对红光的吸收影响不明显，所以甲乙两组的结果无明显差异．
故答案为：
（1）叶绿素b 大于
（2）①等量NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）
③溶氧量
④叶黄素主要吸收蓝紫光，不吸收红光
某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下细胞光合作用速率和呼吸作用速率的关系，并绘制了以下四幅图．其中图中“A”点不能表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等的是（ ）
A
B
C
D
正确答案
解析
解：A、1图中A点的含义是二氧化碳的吸收量等于释放量，表示净光合作用速率等于呼吸作用速率，此时光合作用速率大于呼吸作用速率，A错误；
B、2图中A点后二氧化碳的含量降低，说明光合作用速率大于呼吸作用速率，故A点含义是光合作用速率等于光合作用速率，B正确；
C、3图根据图中的曲线的含义可知，A点代表光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；
D、4图中，A点二氧化碳的吸收量为0，说明此时的光合作用速率等于呼吸作用速率，D正确．
故选：A．
（1）光照强度为a时，间作和单作光合速率无明显差别，导致该现象的主要原因是______．
（2）光照强度为c时，间作的光合速率比单作高，从环境角度分析，间作时对______和______的利用优于单作．
（3）光照强度为b时，单作玉米的叶绿体固定CO2的速率为______μmol•m-2•s-1．
（4）光照强度为d时，玉米间作时每个叶肉细胞中产生的[H]和ATP的量比单作时______（多、少、相等）
正确答案
光照强度低（弱）
CO2
光能（或光照）
15
多
解析
解：（1）图中看出，光照强度为a及小于a时，间作和单作光合速率无明显差别，而大于a后，间作光合速率逐渐高于单作，因此导致该现象的主要原因是光照强度低．
（2）由于影响光合作用的环境因素有光照强度、温度、二氧化碳浓度等，因此光照强度为c时，间作的光合速率比单作高，从环境角度分析，间作时对CO2和光能（或光照）的利用优于单作．
（3）光照强度为b时，单作玉米吸收CO2的速率为10μmol•m-2•s-1，该值表示玉米的净光合速率，而叶绿体固定CO2的速率为总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率=10+5=15μmol•m-2•s-1．
（4）光照强度为d时，由于两种情况下细胞呼吸速率相等，因此图中看出玉米间作时的总光合速率大于单作玉米，即玉米间作时每个叶肉细胞中光反应产生的[H]和ATP的量比单作时多．
故答案为：
（1）光照强度低（弱）
（2）CO2 光能（或光照）
（3）15
（4）多
将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果，如图所示．（注：气孔导度越大，气孔开放程度越高）
（1）水稻叶肉细胞进行光合作用的场所是______，捕获光能的色素中含量最少的是______．
（2）CO2通过气孔进入叶肉细胞后，首先与______结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供______．
（3）光照强度低于8×102μmol•m-2•s-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是______；光照强度为10～14×102μmol•m-2•s-1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是______．
（4）分析图中信息，PEPC酶所起的作用是______；转基因水稻更适宜栽种在______的环境中．
（5）若测得原种水稻的种子在夜晚某个时间，吸收O2与释放CO2的体积比为1：3，则此时种子的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为______．
（6）原种水稻在适宜条件下进行光合作用时，若突然停止CO2供应，短时间内叶绿体中ATP含量的变化为______．大田种植水稻时，“正其行，通其风”的主要目的是通过______提高光合作用强度以增加产量．
正确答案
解：（1）水稻叶肉细胞进行光合作用的场所是叶绿体，捕获光能的色素中含量最少的是胡萝卜素．
（2）光合作用的暗反应中，进入植物细胞内的CO2首先被C5化合物固定成为C3化合物，再被光反应提供的ATP和[H]还原．
（3）结合题图：光合速率随光照强度的变化曲线可以看出在低于8×102μmol•m-2•s-1的范围内影响光合作用的主要因素为光照强度；由普通与转基因水稻的光合速率与光强度变化关系曲线可看出：光强为10～14×102μmol•m-2•s-1时，普通水稻随光强变化光合速率不再增加，而此时气孔导度下降，CO2吸收减少，说明可能是光照强度增加与CO2供应不足对光合速率的正负影响相互抵消，同时细胞呼吸也能产生二氧化碳供光合作用利用．
（4）由气孔导度与光强度关系曲线可看出转基因水稻较普通水稻的气孔度大，其原因为转基因水稻导入了PEPC酶的因素，说明此酶有促进气孔打开或增大作用；同时转基因水稻在较强光照下光合速率却更强说明更能适应较强光照环境．
（5）若测得原种水稻的种子在夜晚某个时间，吸收O2与释放CO2的体积比为1：3，假设吸收O2的量为6，则释放CO2的量为18．根据有氧呼吸中1葡萄糖～6O2～6CO2，有氧呼吸消耗葡萄糖为1，释放CO2的量为6；根据无氧呼吸中1葡萄糖～2CO2，无氧呼吸释放CO2的量为18-6=12，则消耗葡萄糖为6．因此此时种子的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为6：1．
（6）原种水稻在适宜条件下进行光合作用时，若突然停止CO2供应，CO2被C5固定形成的C3减少，而C3的还原过程不变，故C3的含量将减少，C3还原时消耗的ATP减少，而光反应过程不变，则短时间内叶绿体中ATP含量增加．大田种植水稻时，“正其行，通其风”的主要目的是通过增加CO2浓度提高光合作用强度以增加产量．
故答案为：
（1）叶绿体 胡萝卜素
（2）C5 [H]和ATP
（3）光照强度 实际利用CO2的量没有改变
（4）提高气孔导度和提高水稻在强光下的光合速率 光照强度较强
（5）6：1
（6）升高（或增加） 增加CO2浓度
解析
解：（1）水稻叶肉细胞进行光合作用的场所是叶绿体，捕获光能的色素中含量最少的是胡萝卜素．
（2）光合作用的暗反应中，进入植物细胞内的CO2首先被C5化合物固定成为C3化合物，再被光反应提供的ATP和[H]还原．
（3）结合题图：光合速率随光照强度的变化曲线可以看出在低于8×102μmol•m-2•s-1的范围内影响光合作用的主要因素为光照强度；由普通与转基因水稻的光合速率与光强度变化关系曲线可看出：光强为10～14×102μmol•m-2•s-1时，普通水稻随光强变化光合速率不再增加，而此时气孔导度下降，CO2吸收减少，说明可能是光照强度增加与CO2供应不足对光合速率的正负影响相互抵消，同时细胞呼吸也能产生二氧化碳供光合作用利用．
（4）由气孔导度与光强度关系曲线可看出转基因水稻较普通水稻的气孔度大，其原因为转基因水稻导入了PEPC酶的因素，说明此酶有促进气孔打开或增大作用；同时转基因水稻在较强光照下光合速率却更强说明更能适应较强光照环境．
（5）若测得原种水稻的种子在夜晚某个时间，吸收O2与释放CO2的体积比为1：3，假设吸收O2的量为6，则释放CO2的量为18．根据有氧呼吸中1葡萄糖～6O2～6CO2，有氧呼吸消耗葡萄糖为1，释放CO2的量为6；根据无氧呼吸中1葡萄糖～2CO2，无氧呼吸释放CO2的量为18-6=12，则消耗葡萄糖为6．因此此时种子的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为6：1．
（6）原种水稻在适宜条件下进行光合作用时，若突然停止CO2供应，CO2被C5固定形成的C3减少，而C3的还原过程不变，故C3的含量将减少，C3还原时消耗的ATP减少，而光反应过程不变，则短时间内叶绿体中ATP含量增加．大田种植水稻时，“正其行，通其风”的主要目的是通过增加CO2浓度提高光合作用强度以增加产量．
故答案为：
（1）叶绿体 胡萝卜素
（2）C5 [H]和ATP
（3）光照强度 实际利用CO2的量没有改变
（4）提高气孔导度和提高水稻在强光下的光合速率 光照强度较强
（5）6：1
（6）升高（或增加） 增加CO2浓度
下图中，甲表示某植物叶肉细胞的部分代谢过程，数字代表物质，字母代表细胞器．乙表示该植物叶片O2吸收量随光照强度变化的曲线，S代表有机物量．据图回答下列问题：
（1）图甲中，物质②进入细胞的方式是______，物质②在b结构中的______处参与反应；物质③表示______；物质④在c结构中的______处参与反应．
（2）图甲中，在b结构中有一种特殊蛋白质，既能协助[H+]跨膜运输，又能促进腺苷三磷酸的合成，这种特殊蛋白质是______．
（3）若已知该植物光合作用最适温度为25℃，图乙为CO2浓度一定，环境温度为25℃时不同光照条件下测得的该植物的光合作用强度（每平方米植物叶片每小时O2吸收量表示）．
①图乙中的A点时，图甲中能产生ATP的细胞器有______（填字母）；图乙B点时，叶绿体中ADP的移动方向是______；当光照强度处于图乙中0-D间，该植物叶片光合作用有机物的净积累量为______．
②当光照强度处于图乙中的D点时，该植物每平方米叶片每小时通过光合作用能合成有机物（葡萄糖）______克；当光照强度处于图乙中D点时，图甲的结构b中所产生的“物质④”的去向是______．
③请绘出环境温度为25℃时该植物光合速率（每平方米植物叶片每小时通过光合作用吸收的CO2量表示）随光照强度变化的曲线（请注意光照强度分别为B、D时光合速率）．
正确答案
解：（1）物质②是H2O，其进入细胞的方式是自由扩散；在光合作用过程中，水在光反应阶段参与反应，场所在类囊体膜上；物质③是丙酮酸；物质④是O2，参与有氧呼吸的第三阶段，场所在线粒体内膜．
（2）在叶绿体中有ATP合成酶（复合体），该蛋白质既能协助[H+]跨膜运输，又能促进腺苷三磷酸的合成．
（3）①能产生ATP的结构有：细胞质基质、线粒体和叶绿体．图乙中的A点时，植物细胞只能进行呼吸作用，因此产生ATP的细胞器只有线粒体，即图甲中的c结构；图乙B点时，光合作用暗反应阶段（场所在叶绿体基质）消耗ATP而产生的ADP，提供给光反应阶段（场所在类囊体膜），用于ATP的合成，所以叶绿体中ADP的移动方向是叶绿体基质向类囊体膜移动；图乙中，S1表示O-B段有机物的净消耗量，S2表示B-D段有机物的积累量；S3表示B-D段有机物的消耗量．所以0-D间，该植物叶片光合作用有机物的净积累量为S2-S1．
②当光照强度处于图乙中的D点时，该植物每平方米叶片每小时释放氧气量为5+12=17mmol．根据光合作用的总反应式，每释放6mmol氧气，要消耗1mmol葡萄糖，所以该植物每平方米叶片每小时通过光合作用能合成（17/6）mmol葡萄糖（葡萄糖的摩尔质量是180g/mol），即（17/6）÷1000mol×180g/mol=0.51克；当光照强度处于图乙中D点时，光合速率大于呼吸速率，所以叶绿体产生的O2除了扩散到同一细胞的线粒体用于呼吸作用外，还有部分扩散到细胞外．
③环境温度为25℃时该植物光合速率（每平方米植物叶片每小时通过光合作用吸收的CO2量表示）随光照强度变化的曲线与图乙中曲线呈轴对称．
故答案：（1）渗透作用（被动运输） 类囊体膜 丙酮酸 线粒体内膜；
（2）ATP合成酶（复合体）
（3）①C 叶绿体基质向类囊体膜移动 S2-S1
②0.51 扩散到同细胞内（用于线粒体的呼吸作用）和细胞外 ③图略
解析
解：（1）物质②是H2O，其进入细胞的方式是自由扩散；在光合作用过程中，水在光反应阶段参与反应，场所在类囊体膜上；物质③是丙酮酸；物质④是O2，参与有氧呼吸的第三阶段，场所在线粒体内膜．
（2）在叶绿体中有ATP合成酶（复合体），该蛋白质既能协助[H+]跨膜运输，又能促进腺苷三磷酸的合成．
（3）①能产生ATP的结构有：细胞质基质、线粒体和叶绿体．图乙中的A点时，植物细胞只能进行呼吸作用，因此产生ATP的细胞器只有线粒体，即图甲中的c结构；图乙B点时，光合作用暗反应阶段（场所在叶绿体基质）消耗ATP而产生的ADP，提供给光反应阶段（场所在类囊体膜），用于ATP的合成，所以叶绿体中ADP的移动方向是叶绿体基质向类囊体膜移动；图乙中，S1表示O-B段有机物的净消耗量，S2表示B-D段有机物的积累量；S3表示B-D段有机物的消耗量．所以0-D间，该植物叶片光合作用有机物的净积累量为S2-S1．
②当光照强度处于图乙中的D点时，该植物每平方米叶片每小时释放氧气量为5+12=17mmol．根据光合作用的总反应式，每释放6mmol氧气，要消耗1mmol葡萄糖，所以该植物每平方米叶片每小时通过光合作用能合成（17/6）mmol葡萄糖（葡萄糖的摩尔质量是180g/mol），即（17/6）÷1000mol×180g/mol=0.51克；当光照强度处于图乙中D点时，光合速率大于呼吸速率，所以叶绿体产生的O2除了扩散到同一细胞的线粒体用于呼吸作用外，还有部分扩散到细胞外．
③环境温度为25℃时该植物光合速率（每平方米植物叶片每小时通过光合作用吸收的CO2量表示）随光照强度变化的曲线与图乙中曲线呈轴对称．
故答案：（1）渗透作用（被动运输） 类囊体膜 丙酮酸 线粒体内膜；
（2）ATP合成酶（复合体）
（3）①C 叶绿体基质向类囊体膜移动 S2-S1
②0.51 扩散到同细胞内（用于线粒体的呼吸作用）和细胞外 ③图略
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