3.5光合作用将光能转化为化学能（第2课时）光反应与碳反应的基本过程 课时练习（含答案）

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1、课时2光反应与碳反应的基本过程课时训练基础达标练1.光合作用过程中能在叶绿体的类囊体膜上完成的能量转换过程是(B)A.光能稳定的化学能B.光能活跃的化学能C.活跃的化学能稳定的化学能D.光能活跃的化学能稳定的化学能解析:光合作用包括光反应和碳反应两个阶段,其中光反应发生在类囊体膜上,该生物膜上有光合色素,能够发生水的光解,并能合成ATP,同时H+和e-将NADP+还原为NADPH,即在叶绿体的类囊体膜上能完成光能转化成ATP和NADPH中活跃的化学能的过程。2.在生命科学研究中,“放射性同位素示踪法”是常用的研究手段。卡尔文用14C标记的CO2进行了光合作用的相关过程研究。卡尔文利用14C标记

2、的CO2研究了光合作用过程中的(C)A.光反应的条件 B.碳反应的条件C.由CO2合成糖的过程D.能量的传递过程解析:卡尔文利用14C标记的CO2,研究了光合作用过程中由CO2合成糖的过程。3.在碳反应中,第一个反应产物是(D)A.三碳糖B.五碳糖C.三碳酸D.六碳分子解析:在碳反应中,1个CO2分子被五碳糖固定形成六碳分子,但六碳分子极不稳定,会随即分解为两个三碳酸分子,因此第一个反应产物是六碳分子。4.在碳反应中,ATP和NADPH直接用于(D)A.葡萄糖的合成B.三碳酸的合成C.再生五碳糖 D.三碳酸的还原解析:光反应产生ATP和NADPH,在碳反应中,ATP和NADPH直接用于三碳酸的

3、还原。5.如图是利用小球藻探究光合作用时的实验示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比为(A)A.89B.21C.12D.98解析:根据光反应的过程可知,氧气中的氧来自水,所以A物质是16O2,B物质是18O2,图中A物质和B物质的相对分子质量之比为3236=89。6.科学家提取植物细胞中的叶绿体,用高速离心法打破叶绿体膜后,分离出类囊体和基质,在不同条件下进行实验(如表所示),用来研究光合作用过程,下列选项中关于各试管得到的产物情况,错误的是(D)试管叶绿体结构光照C18O2ATP、NADPH三碳酸甲类囊体+-乙基质-+-丙基质+-+丁类囊体和基质+-注:表中的“+”表示添加,“-”表示

4、不添加。A.甲试管不会产生18O2B.乙试管可得到三碳糖C.丙试管可能得到淀粉D.丁试管可得到蔗糖解析:甲试管进行的是光反应,氧气中氧来源于水分子而不是C18O2,所以得到的是O2,不会产生18O2;乙试管有CO2、ATP、NADPH,会在叶绿体基质中进行碳反应,碳反应发生二氧化碳的固定和三碳酸的还原,由于具有二氧化碳和有关的酶,可以得到三碳糖;丙试管虽然没有二氧化碳,但是具有三碳酸和ATP、NADPH,因此可以进行三碳酸的还原,可能得到淀粉;蔗糖在叶绿体外产生,故丁试管不能得到蔗糖。7.对光合作用的研究发现:叶绿体接受光照后,类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是(D)A

5、.NADPH分解释放H+引起B.大量CO2进入叶绿体基质引起C.与ATP水解后产生磷酸有关D.该现象与H2O的光解有关解析:NADPH是在类囊体膜外形成的,且其参与的三碳酸还原发生在叶绿体基质中;CO2进入叶绿体基质,与类囊体无关;叶绿体类囊体膜上合成ATP,而ATP水解产生磷酸发生在叶绿体基质中,不会导致类囊体腔中的pH明显下降;叶绿体类囊体膜上发生水的光解产生大量的H+,造成类囊体腔内pH下降。8.图甲是叶绿体结构模式图,其中、表示不同的部位;图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中表示不同的物质。下列叙述正确的是(B)A.图甲中光合色素存在于结构中B.图乙的过程发生在图甲的结构中C.图乙中

6、的过程在光照下无法进行D.图乙中离开循环的物质主要留在叶绿体内解析:光合色素存在于图甲中结构基粒的类囊体膜上;图乙是碳反应过程,发生在图甲的结构叶绿体基质中;图乙是碳反应过程,该阶段不需要光照,但并非在光照下无法进行;图乙中,物质为两种三碳化合物,物质的名称是三碳酸,该物质在光反应产物ATP和NADPH的作用下形成物质三碳糖,三碳糖主要运送到叶绿体外转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。9.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(B)A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快C.ATP/ADP的值下降D.NADPH含量减少解析:用黑布将培

7、养瓶罩上,光反应停止,氧气的产生停止,同时NADPH和 ATP 的产生停止,使碳反应中三碳酸的还原速度减慢,从而导致二氧化碳的固定减慢;ADP生成 ATP减少,使ATP/ADP的值下降;光反应停止,NADPH的含量减少。10.科学家向小球藻培养液中通入14CO2,给予实验装置不同时间光照,结果如表所示。实验组别光照时间/s放射性物质分布12大量三碳酸(三碳化合物)22012种磷酸化糖类360除上述12种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等根据上述实验结果分析,下列叙述正确的是(A)A.碳反应最初形成的主要是三碳酸B.本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段C.三碳酸可直接转化成氨基酸、有机酸

8、等D.实验结果说明光合作用产物是糖类解析:由表格可知,碳反应最初形成的主要是三碳酸(三碳化合物);由题意可知本实验用的是同位素示踪法探究二氧化碳中的碳元素的去向,故本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段;三碳酸要先转化成12种磷酸化糖类,然后才转化成氨基酸、有机酸等;表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外,还产生氨基酸、有机酸等其他有机物。11.如图表示黑藻叶肉细胞内光合作用的部分代谢过程,其中PS和PS是由叶绿素等光合色素和多种蛋白质组成的光系统,A和B代表某种相关的物质。请回答下列问题。(1)PS和PS位于叶肉细胞的上,其中的光合色素是一类(填“脂溶性”或“水溶性”)物质,这些光合色

9、素的作用是 。(2)M侧水裂解产生A、H+和电子(e-),该过程(填“需要”或“不需要”)有关酶的参与,图中高能电子e-的最终受体是,M侧H+浓度(填“高于”或“低于”)N侧。A物质从产生部位离开该叶肉细胞并进入外界大气中至少需要穿过层磷脂分子。(3)B是膜上的一种蛋白质,由图可知,该蛋白质的具体作用是 (答出两点)。解析:(1)PS和PS是由叶绿素等光合色素和多种蛋白质组成的光系统,位于叶肉细胞的类囊体膜结构上,其中的光合色素是一类脂溶性物质,易溶于有机溶剂。这些光合色素能吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成。(2)M侧水裂解产生A(O2)、H+和电子(e-),该过程需要有关酶的

10、参与,e-、H+和NADP+合成NADPH,故高能电子e-的最终受体是NADP+,M侧H+向N侧顺浓度梯度运输并催化ATP合成,故M侧H+浓度高于N侧。A物质为氧气,从产生部位离开该叶肉细胞并进入外界大气中至少需要穿过类囊体膜(两层磷脂分子)、叶绿体的两层膜(共四层磷脂分子)、细胞膜一层膜(两层磷脂分子),共8层磷脂分子。(3)B是膜上的一种蛋白质,由题图可知,该蛋白质能运输H+并催化ATP的合成。答案:(1)类囊体膜脂溶性吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成(2)需要NADP+高于8(3)运输H+、催化ATP的合成12.人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示

11、,其中甲、乙、丙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是,相当于叶绿体中的 (填结构),模块3中的甲可与CO2结合,甲为。(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,这是因为模块3为模块2提供的减少。(3)丙物质的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。脱离模块3循环过程的物质丙在叶绿体内,作为合成的原料,大部分运至叶绿体外,转变成 。(4)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量 (填“高于”“低于”或“等

12、于”)植物,原因是 。(5)此人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。很多植物在干旱条件下光合作用速率会降低,主要原因是 。解析:(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的是模块1和模块2,相当于叶绿体中的类囊体膜,模块3中的甲可与CO2结合,甲为五碳糖。(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则二氧化碳的固定速率减小,短时间内乙的含量将减少;若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,这是因为模块3为模块2提供的NADP+、ADP、Pi减少。(3)丙是三碳糖,在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料,大部分运至叶绿体外,转变成蔗糖。(4)在

13、与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类),故该系统糖类的积累量高于植物。(5)干旱条件下,很多植物叶片气孔开放程度低,二氧化碳吸收量减少,光合作用速率会降低。答案:(1)模块1、模块2 类囊体膜五碳糖(2)减少 NADP+、ADP、Pi(3)淀粉、蛋白质和脂质 蔗糖(4)高于该系统没有呼吸作用消耗糖类(5)叶片气孔开放程度低,二氧化碳吸收量减少综合提升练13.如图为植物叶肉细胞光合作用的碳反应、蔗糖与淀粉合成代谢示意图。图中叶绿体内膜上的磷酸转运器转运出1分子三碳糖的同时转运进1分子Pi(无机磷酸)。下列叙述中错误的是(D)A.蔗

14、糖既可用于该细胞的细胞呼吸,也可运输至非光合细胞被利用B.若磷酸转运器的活性受到抑制,则经此转运器转运进叶绿体的磷酸会减少C.若合成三碳糖的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则利于淀粉的合成D.若提供C18O2,则图示物质中会出现18O的只有三碳糖、淀粉解析:蔗糖属于能源物质,既可用于该细胞的细胞呼吸,也可运输至非光合细胞被细胞呼吸利用;磷酸转运器的活性受抑制,会导致三碳糖在叶绿体内积累,同时运至叶绿体基质的Pi减少;合成三碳糖的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,说明叶绿体内三碳糖增加,有利于淀粉的合成;若提供C18O2,二氧化碳参与碳反应中二氧化碳的固定和三碳酸的还原,则图示物质中会出现18O的

15、有三碳酸、三碳糖、淀粉和蔗糖。14.1937年希尔发现,离体的叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP),光照后能释放氧气,同时蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原态的DCPIPH2。某小组进行了实验验证,实验分组和结果如表,各试管加入试剂后密闭。下列叙述错误的是(A)溶液种类甲试管乙试管丙试管丁试管叶绿体悬浮液1.0 mL1.0 mLDCPIP0.5 mL0.5 mL0.5 mL0.5 mL0.5 mol/L蔗糖溶液4.0 mL5.0 mL4.0 mL5.0 mL光照或黑暗光照光照黑暗黑暗上层液体颜色无色蓝色蓝色蓝色A.叶绿体悬浮于灭菌蒸馏水中制成叶绿体悬浮液B.甲试管除了颜色变化外,还有

16、ATP生成C.若试管不密闭,会影响DCPIPH2的生成D.蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色解析:叶绿体是具膜细胞器,在蒸馏水中会吸水涨破,因此应该用蔗糖溶液配制叶绿体悬浮液;甲试管中含有叶绿体,同时提供光照条件,可以进行光合作用产生ATP和NADPH;若试管不密闭,空气中的氧气会影响DCPIPH2的生成;甲、乙试管对照说明蔗糖溶液中的DCPIP在光照下自身不会变色。15.某些热带或亚热带起源的植物固定CO2的最初产物是一种四碳化合物,所以称为碳四植物(C4植物)。C4植物中有两种不同类型的光合细胞,即叶肉细胞和维管束鞘细胞,叶肉细胞能将CO2传递给维管束鞘细胞进行卡尔文循环,而在大多

17、数植物(三碳酸植物)中,CO2直接进入叶肉细胞进行卡尔文循环。如图1为C4植物光合作用过程,请回答下列问题。(1)三碳酸植物和C4植物的碳反应阶段都需要光反应提供。光合作用旺盛时,C4植物在细胞的叶绿体中合成淀粉。(2)由图1可知,C4植物固定CO2的最初受体是,其维管束鞘细胞的叶绿体中只能进行碳反应,推测其原因是缺少结构。(3)C4植物和三碳酸植物光合速率随胞间CO2浓度变化如图2所示,由图可知(填“三碳酸”或“C4”)植物在高温、干旱、强光条件下生长能力更强,原因是 。(4)五碳糖作为光合作用的重要成分,在叶绿体中的浓度受多种因素调控,下列环境条件和物质代谢过程,与五碳糖浓度相关的有(填序

18、号)。外界环境的CO2浓度叶绿体接受的光强度三碳糖输出速度解析:(1)三碳酸植物和C4植物的碳反应阶段都需要光反应提供ATP和NADPH;光合作用旺盛时,C4植物的卡尔文循环发生在维管束鞘细胞中,因此C4植物在维管束鞘细胞的叶绿体中合成淀粉。(2)由图1可知,C4植物固定CO2的最初受体是PEP,产物是一种四碳化合物,即四碳酸;C4植物的维管束鞘细胞的叶绿体中只能进行碳反应,不能进行光反应,推测原因是维管束鞘细胞中缺少基粒(或类囊体)结构。(3)由图2可知,相比三碳酸植物,C4植物利用低浓度CO2的能力更强,在高温、干旱、强光条件下,植物的部分气孔会关闭,导致CO2供应减少,由于C4植物利用低

19、浓度CO2能力更强(C4植物叶肉细胞中存在对CO2亲和力极高的酶),因此C4植物在高温、干旱、强光条件下生长能力更强。(4)二氧化碳的固定消耗五碳糖,三碳酸的还原产生三碳糖,部分三碳糖会转化为五碳糖,故影响二氧化碳的固定和三碳酸还原的因素都有可能影响五碳糖的浓度。外界环境的CO2浓度,直接影响二氧化碳的固定,间接影响三碳酸的还原,会影响五碳糖的浓度,符合题意;叶绿体接受的光强度会影响光反应产生NADPH和ATP的速率,三碳酸的还原需要NADPH和ATP,会影响五碳糖的浓度,符合题意;三碳糖输出速度会影响三碳酸的还原,从而影响五碳糖的浓度,符合题意。答案:(1)ATP和NADPH维管束鞘(2)PEP基粒(或类囊体)(3)C4C4植物利用低浓度CO2能力强(或C4植物叶肉细胞中存在对CO2亲和力极高的酶)(4)