2019年高考生物 母题题源系列 专题04 光合作用（含解析）

母题04 光合作用【母题来源一】 2019年全国普通高等学校招生统一考试理综生物（全国卷）【母题原题】将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自于A水、矿质元素和空气B光、矿质元素和水C水、矿质元素和土壤D光、矿质元素和空气【答案】A【解析】黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物。也可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自于水、矿质元素、空气。综上所述，BCD不符合题意，A符合题意。【母题来源二】 2019年全国普通高等学校招生统一考试理综生物（全国卷）【母题原题】将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_。（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会_，出现这种变化的主要原因是_。（3）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。【答案】（1）增强（2）降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少（3）取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。【解析】（1）经干旱处理后，根细胞的溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子吸引力增大，植物根细胞的吸水能力增强。（2）据题干条件可知干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，导致叶片细胞吸收CO2减少，暗反应减弱，因此光合速率会下降。（3）根据题意分析可知，实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，故实验应分为两部分：证明干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的；证明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。该实验材料为ABA缺失突变体植株（不能合成ABA），自变量应分别为正常条件和缺水环境、植物体中ABA的有无，因变量均为气孔开度变化，据此设计实验。取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化，即干旱条件下植物气孔开度变化不是缺水引起的。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。可说明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。【母题来源三】 2019年全国普通高等学校招生统一考试生物（江苏卷）【母题原题】叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如下图所示。请回答下列问题：（1）合成酶R时，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息_到RNA上，RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，种类最多的是_。（2）进行光合作用时，组装完成的酶R需ATP参与激活，光能转化为ATP中的化学能是在_上（填场所）完成的。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物（C3-l），C3-I还原为三碳糖（C3-），这一步骤需要_作为还原剂。在叶绿体中C3-除了进一步合成淀粉外，还必须合成化合物X以维持卡尔文循环，X为_。（3）作为光合作用的重要成分，X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X浓度相关的有_（填序号）。外界环境的CO2浓度叶绿体接受的光照强度受磷酸根离子浓度调节的C3-ll输出速度酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度（4）光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体_。【答案】（1）转录 tRNA （2）类囊体 【H】 C5（五碳化合物）（3） （4）吸水涨破【解析】分析图示：细胞核中的DNA通过转录形成RNA，RNA通过核孔出细胞核，进入细胞质，在核糖体上进行翻译形成小亚基。叶绿体中的DNA通过转录形成RNA，在叶绿体中的核糖体上进行翻译形成大亚基。大亚基和小亚基组合形成酶R，催化二氧化碳的固定形成C3。（1）通过分析可知，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息转录到RNA上，再通过核糖体上的翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基的DNA，经过转录和翻译，形成大亚基，在此过程中需要一种mRNA，61种tRNA，故需要RNA种类最多的是tRNA。（2）光合作用过程中合成ATP是在叶绿体的类囊体薄膜上完成。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物（C3-I），C3-I 还原为三碳糖（C3-II），需要H作为还原剂。C3的还原的产物除了C3-II还有一分子的C5。（3）外界环境的CO2浓度，直接影响二氧化碳的固定，间接影响C3的还原，进而影响C5的浓度，故符合题意；叶绿体接受的光照强度，直接影响光反应产生的H和ATP，间接影响C3的还原，进而影响C5的浓度，故符合题意；磷酸根离子浓度，直接影响ATP的合成，间接影响C3的还原以及C3-II输出速度，进而影响C5的浓度，故符合题意；酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强弱；直接影响酶R催化二氧化碳的固定，间接影响C3的还原，进而影响C5的浓度，故符合题意；故选。（4）光合作用合成的糖类，如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。【命题意图】以实验为载体考查光合作用的过程、物质变化及影响因素，要求考生理解影响因素的变化对植物光合作用的影响，能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容。【命题规律】通常以坐标曲线考查真光合速率、净光合速率之间关系，考查学生对光合作用过程物质和能量上的联系，分析改变某个因素对光合作用的影响。【得分要点】1光合作用的过程（1）反应式：CO2H2O（CH2O）O2。（2）过程2光合作用强度（1）含义：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。（2）两种表示方法一定时间内原料的消耗量。一定时间内产物的生成量。3影响光合作用强度的因素（1）空气中CO2的浓度。（2）土壤中水分的多少，温度的高低。（3）光照的长短与强弱，光的成分。（4）多因子对光合速率影响的分析P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。（5）关于环境因素影响光合作用强度的两点提醒温度改变对光合作用强度的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用强度。4利用光合作用简图理解光反应和暗反应之间的关系（1）光反应为暗反应提供H、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。（2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，光反应也会受到抑制。5模型法分析物质的量的变化（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，H和ATP含量变化是一致的。6.在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的计算（1）绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。（2）绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。（3）真光合速率净光合速率呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：光合作用产生的O2量实测的O2释放量细胞呼吸消耗的O2量。光合作用固定的CO2量实测的CO2吸收量细胞呼吸释放的CO2量。光合作用产生的葡萄糖量葡萄糖的积累量（增重部分）细胞呼吸消耗的葡萄糖量。7.净光合速率和总光合速率的判定方法（1）若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则该曲线表示总（真）光合速率，若CO2吸收值为负值，则该曲线表示净光合速率。（2）若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。（3）有机物积累量为净光合速率，制造量为总（真）光合速率。1苹果叶片发育的好坏是果树产量和品质的基础，通过对苹果叶片发育过程中光合特性的研究，探究叶片发育过程中光合生产能力，可为苹果的栽培管理提供科学依据。以下是某研究小组对某品种苹果的研究结果，有关说法不正确的是（注：植物总光合速率=呼吸速率+净光合速率。）A可用单位时间内O2的释放量衡量净光合速率B图1中A点和B点表示在相应光照强度下，植物光合速率等于呼吸速率C图2中萌芽后的前25 d净光合速率较低与叶片面积大小有关D图1显示随着苹果叶片的发育，叶片对强光的利用能力逐渐降低【答案】D【解析】图1的自变量是光照强度和萌芽后的时间，因变量是净光合速率的大小，在一定光照强度内，随着光照强度增大，净光合速率加强，随着苹果叶片的发育，叶片对强光的利用能力增强。图2的自变量是萌芽后时间，因变量是净光合速率和叶面积，在一定时间范围内，随着萌芽后时间的延长，叶面积增大，净光合速率在不同时间有不同变化。净光合速率的表示方法一般有：单位时间内氧气释放量、二氧化碳吸收量和有机物的积累量，A正确；图1中A点和B点时净光合速率为0，根据总光合速率=呼吸速率+净光合速率，可知此时总光合速率等于呼吸速率，B正确；图2显示叶面积与净光合速率的关系。萌芽后的前25 d净光合速率偏低，叶面积偏小，由此推出萌芽后的前25 d净光合速率较低与叶片面积大小有关，C正确；图1显示，在强光下，叶片发育60 d时的净光合速率大于15 d时的净光合速率，说明随着苹果叶片的发育，叶片对强光的利用能力逐渐增强，D错误。2下图为某植物细胞部分结构气体交换示意图，据图分析下列叙述中正确的是Aa、b箭头表示的是O2进出细胞的过程Be、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程C在较强光照下，测得光合作用产物的去向是图中的b、cD在较强光照下，测得呼吸作用产物的去向是图中的d、f【答案】C【解析】叶绿体能利用光能将二氧化碳和水合成有机物，并释放氧气，所以a表示二氧化碳的进入，b表示氧气出细胞，A错误；线粒体消耗氧气，产生二氧化碳，所以e表示氧气进入细胞，f表示二氧化碳出细胞，B错误；在较强光照下，光合速率大于呼吸速率，细胞从外界吸收二氧化碳，并向外释放氧气，所以测得光合作用产物的去向是图中的b、c，C正确；在较强光照下，因为呼吸作用强度小于光合作用强度，所以测得呼吸作用产物的去向是图中的d，D错误。3为探究适当遮光对茶树光合作用的影响，在春季和夏季对茶树进行遮光30处理，并测定了一天中茶树的净光合速率，结果如下图所示。下列叙述错误的是A图表示在春季测定的结果B图中11:00后和17:00后净光合速率下降的主要环境因素不同C图中，中午后，不遮光植株光合速率大幅下降可能受CO2的影响D与图相比，图中午后，不遮光植株的净光合速率下降的幅度更大【答案】A【解析】分析图可知：图中，在不遮光条件下，中午茶树的净光合速率下降幅度较大，可能是因为中午气温过高，导致气孔关闭，因此图表示在夏季测定的结果，A错误；图中11：00后净光合速率下降的主要环境因素是二氧化碳浓度，17：00后净光合速率下降的主要环境因素是光照强度，B正确；图I在不遮光条件下，中午后茶树的净光合速率下降幅度较大是由于气孔关闭，二氧化碳进入细胞减少，C正确；从图、图分析可知，图中不遮光植株的净光合速率下降的幅度更大，D正确。4下图表示光合作用示意图。下列说法错误的是A表示O2，表示CO2B暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)CC3的还原过程中，需要光反应提供的物质只有D降低CO2浓度，C3的含量将减少【答案】C【解析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。图示表示光合作用过程，表示氧气，表示ATP，表示NADPH，表示CO2。分析图示可知，表示O2，表示CO2，A正确；暗反应中CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为（CH2O），B正确；C3的还原过程中，需要光反应提供的物质有ATP和NADPH，C错误；降低CO2浓度，二氧化碳和五碳化合物结合生成三碳化合物的速率减慢，短时间内三碳化合物的还原速率不变，所以C3的含量将减少，D正确。5离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断光照，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是AC3化合物减少、C5化合物增多BC3化合物增多、C5化合物增多CC3化合物增多、C5化合物减少DC3化合物减少、C5化合物减少【答案】C【解析】光合作用过程：（1）光反应：水的光解：2H2O4H+O2；ATP的形成：ADP+Pi+能量ATP。（2）暗反应：CO2的固定：CO2+C52C3；C3的还原：2C3（CH2O）+C5由于光照突然停止，会使光反应停止，使光反应产物还原性氢、ATP合成停止使其含量降低。暗反应C3的还原需要还原性氢、ATP，由于还原性氢、ATP含量下降，使C3的还原减少，又由于二氧化碳固定继续进行，C3生成继续，所以C3含量增加；由于光照突然停止，会使光反应停止，使光反应产物还原性氢、ATP合成停止使其含量降低，故C5的形成减少，而暗反应不变，即C5的消耗速率不变，故C5的含量减少。综上分析，C正确，ABD错误。6将同一品种的小麦种植在生长条件适宜的甲、乙两地。在不同温度下，测得生长旺盛的小麦净光合速率和呼吸速率如下图，请回答：（1）小麦光合作用过程中，CO2参与反应的场所是_；在有氧呼吸过程中，释放的CO2由_分解而来。（2）单位时间内，每平方分米的叶面积上，乙地的小麦叶肉细胞在30时比25时，产生的NADPH的量_（填“更多”、“更少”或“相等”），释放的O2的量_（填“更多”、“更少”或“相等”）。（3）两地栽培的小麦在白天最适生长的温度下，单位时间内，每平方分米的叶面积上固定的CO2的量是_（填“甲地”或“乙地”）的小麦较多；理由是_。【答案】（1）叶绿体的基质 丙酮酸和水 （2）更多 相等 （3）甲地 因为（总光合速率净光合速率+呼吸速率），两地小麦净光合速率相等，而甲地小麦呼吸速率较乙地小麦高，故甲地小麦总光合速率较大，（单位时间单位面积中）固定的CO2更多 【解析】（1）小麦光合作用过程中，CO2在叶绿体的基质中参与暗反应；在有氧呼吸过程中，释放的CO2由丙酮酸和水在线粒体基质中分解而来。（2）植物实际光合速率=净光合速率+呼吸速率，分析图中曲线可知，单位时间内，每平方分米的叶面积上，乙地的小麦叶肉细胞在30 时实际光合速率=22+8=30 mgCO2.dm-2.h，25 时实际光合速率=22+6=28 mgCO2.dm-2.h，因此乙地的小麦叶肉细胞在30 时比25 时，产生的NADPH的量更多；由于此条件下两者的净光合速率相等，故两者释放的O2的量相等。（3）植物净光合速率越大，越适宜植物生长，可见图中甲地的最适生长温度为25 ，乙地的最适生长温度为27 ；根据图中数值可知，甲地小麦在白天最适生长的温度（2 5）下，单位时间内，每平方分米的叶面积上固定的CO2的量是28+8=36 mg, 乙地小麦在白天最适生长的温度（27 ）下，单位时间内，每平方分米的叶面积上固定的CO2的量36 mg,即两地小麦净光合速率相等，而甲地小麦呼吸速率较乙地小麦高，故甲地小麦总光合速率较大，（单位时间单位面积中）固定的CO2更多。7如图1为在水分充足的白天，测得的某植物幼苗的光合速率、蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线图；图2为用含有不同浓度Cu2+的培养液培养该植物幼苗，测得的叶绿素含量的变化曲线图。请回答下列问题：（1）据图1分析可知，直接导致蒸腾速率变化的生理指标是_；已知药物AMI可以明显减小气孔导度，有利于植物度过干旱环境，但使用AMI的同时会影响植物光合作用的_（填“光反应”或“暗反应”）阶段，原因是_。据图1推测，导致12:00时该植物光合速率降低的环境因素不是CO2浓度，理由是_。（2）光合作用暗反应所需的除从外界吸收外，还可能来自叶肉细胞的_（填具体部位）。（3）从图2可以看出，随着Cu2+浓度的增大，植物幼苗叶片叶绿素含量呈现的_趋势。当Cu2+ 浓度为1mol/L时叶绿素的含量最高，原因可能是Cu2+促进了_，但随着Cu2+浓度的继续增大，叶绿素的含量逐渐下降，原因可能是高浓度的Cu2+抑制了_的活性或高浓度的Cu2+导致了_，从而使叶绿素含量减少。【答案】（1）气孔导度 暗反应 气孔导度减小(气孔部分关闭）会导致C02供应不足 12:00时，该植物的气孔导度最大 （2）线粒体基质（或线粒体基质和细胞质基质） （3）先稍增加后减少 叶绿素的合成 与叶绿素合成有关酶 叶绿素分解 【解析】（1）蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，气孔导度的大小直接引起蒸腾速率大小的变化。药物AMI可以明显减小气孔导度，导致二氧化碳供应不足，从而影响暗反应的进行。通过图1可知，在12：00时气孔导度最大，而CO2是通过气孔进入叶肉细胞的，说明CO2供应充足，推测导致光合速率出现低谷的环境因素是光照，而不是CO2浓度。（2）光合作用暗反应需要的二氧化碳可以从外界吸收，也可以来自于发生在线粒体基质的有氧呼吸第二阶段产生的二氧化碳。（3）根据图2分析，随着Cu2+浓度的增大，植物幼苗叶片叶绿素含量先增加后减少。当Cu2+ 浓度为1mol/L时叶绿素的含量最高，原因可能是该浓度下Cu2+促进了叶绿素的合成，但随着Cu2+浓度的继续增大，叶绿素的含量逐渐下降，原因可能是高浓度的Cu2+抑制了与叶绿素合成有关酶的活性或高浓度的Cu2+导致了叶绿素分解了，从而使叶绿素含量减少。8某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中，测得水稻吸收(用“+”表示)或释放(用“-”表示) CO2的速率(单位:mgh-1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题:组别条件温度102030354045A黑暗-5-10-18-34-40-34B适当遮阴，CO2深度为0.03%+3+50-16-24-24C全光照，CO2深度为0.03%+5+8+4+20-14D全光照，CO2深度为1.22%+10+20+40+28+120（1）A组数据可表示水稻的_随温度变化的情况。由表中数据可知，影响水稻光合速率的外界因素有_。（2）分析表中数据可知，在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组的，其原因是_（3）若对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，根据表格中信息，应选择光照为_、CO2浓度为_、光照下温度为_和黑暗下温度为_的条件，以保证水稻内有机物的积累量最多。【答案】（1）呼吸速率 光照强度、温度、CO2浓度 （2）在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组的，C组光反应阶段产生的ATP和H较多，促进了C3的还原，使暗反应加快光合速率升高 （3）全光照 1.22% 30 10 【解析】（1）A组实验是在黑暗条件下测得的，可以表示水稻在不同温度条件下的呼吸速率；根据以上分析已知，影响光合速率的因素有温度、光照强度和二氧化碳浓度。（2）根据表格分析，B与C组的单一变量是光照强度，即在温度和CO2浓度都相同的情况下，C组的光照强度强于B组的，C组光反应阶段产生的ATP和H较多，促进了C3的还原，使暗反应加快，光合速率升高，所以表格中在相同温度下，C组的光合速率明显高于B组。（3）根据题意分析，对水稻进行光照、黑暗处理各12小时，且要求水稻内有机物积累的最多，则光照的净光合速率与黑暗条件下的呼吸速率的差值应该最大，因此应选择光照为全光照、CO2浓度为1.22%、光照下温度为30 和黑暗下温度为10 的条件。13