专题6 光合作用与能量转换-【十年高考】备战2025年高考生物真题分类解析与应试策略（Word版）

专题六　光合作用与能量转化 考点 2015-2019年 2020年 2021年 2022年 2023年 2024年 合计 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 全国卷 地方卷 18.绿叶中色素的提取和分离 0 3 0 2 0 2 0 3 1 2 0 0 1 12 19.光合作用的原理 1 2 0 3 0 6 1 2 0 1 0 0 2 14 20.影响光合作用的因素及其应用 1 3 1 4 0 7 0 9 2 7 0 2 4 32 21.光合作用和细胞呼吸的综合考查 0 4 1 0 0 5 1 2 0 4 2 1 4 16 命题分析与备考建议 (1)命题热度:本专题相对其他各专题考查很火(),高考命题的高频点是“影响光合作用的因素及其应用”。 (2)考查方向:一是考查光合作用的过程及实际生产应用,二是考查光合作用与细胞呼吸过程中的物质转变及相互关系。 (3)考情前瞻:一是以图表、曲线形式考查环境因素对光合作用的影响;二是分析环境因素对光合作用影响的原理,考查提高植物光合作用强度的有效措施。 考点18绿叶中色素的提取和分离　 1.(2023·全国乙,2,6分,难度★★)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是 (D) A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢 解析 叶绿素中含有氮元素和镁元素,所以氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A项正确。叶绿体中的色素分布在其类囊体薄膜上,B项正确。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C项正确。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散得越快,D项错误。 2.(2023·江苏,12,2分,难度★★★)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是 (B) A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间 解析 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A不合理。若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但也会造成滤液细线过宽,易出现色素带重叠,B合理。该实验用有机溶剂(无水乙醇)提取色素,用纸层析法分离色素,可以根据色素带的宽度来定性描述各种色素的含量,但并不能准确地测定色素含量,C不合理。花青素存在于液泡中,溶于水不易溶于有机溶剂,若用红色苋菜叶进行实验一般提取不到花青素,仍会得到4条色素带,D不合理。 3.(2022·天津,3,4分,难度★)下图所示实验方法的应用或原理,不恰当的是(C) 实验方法 应用 原理 A.分离绿叶中的色素 B.不同色素在层析液中溶解度不同 C.细菌计数 D.逐步稀释 解析 用平板划线法逐步稀释后培养可获得单菌落,但不能用于细菌计数。 4.(2022·江苏,5,2分,难度★★)下列有关实验方法的描述,合理的是 (B) A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液 B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象 C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应 D.用溴麝香草酚蓝水溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式 解析 胡萝卜素提取的实验流程:胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素,A项错误;黑藻叶片是成熟的植物细胞,适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可以在显微镜下通过观察叶绿体的运动情况来观察细胞质的流动,之后提高蔗糖溶液浓度也可以观察到质壁分离现象,B项正确;双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应,不需要加热,C项错误;溴麝香草酚蓝水溶液可检测酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳,颜色由蓝变绿再变黄,需用酸性的重铬酸钾溶液来检测酒精的存在,D项错误。 5.(2022·湖北,12,2分,难度★★★)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是 (D) 植林 类型 叶绿 素a 叶绿 素b 类胡萝 卜素 叶绿素/ 类胡萝卜素 野生型 1 235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.35 A.两种突变体的出现增加了物种多样性 B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致 D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 解析 两种突变体与野生型植物之间并无生殖隔离,仍属同一物种,A项错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱,B项错误;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的,C项错误;叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量减少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,此时叶片呈黄色,D项正确。 6.(2021·天津,6,4分,难度★★)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是 (C) A.用洋葱鳞片叶外表皮观察细胞的质壁分离和复原现象 B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂 C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素 D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA 解析 洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡为紫色,便于观察细胞的质壁分离和复原现象,A项正确;洋葱根尖分生区细胞分裂旺盛,可以用来观察细胞有丝分裂,B项正确;洋葱鳞片叶不含叶绿体,不能用来提取和分离叶绿体中的色素,C项错误;洋葱鳞片叶细胞有细胞核且颜色浅,可以用来粗提取DNA,D项正确。 7.(2021·河北,3,2分,难度★★)关于生物学实验的叙述,错误的是 (B) A.NaOH与CuSO4配合使用在还原糖和蛋白质检测实验中作用不同 B.染色质中的DNA比裸露的DNA更容易被甲基绿着色 C.纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液 D.利用取样器取样法调查土壤小动物的种类和数量,推测土壤动物的丰富度 解析 检测还原糖时,NaOH和CuSO4混合后形成Cu(OH)2,Cu(OH)2被还原糖还原成砖红色的Cu2O,检测蛋白质时,先加入NaOH营造碱性环境,Cu2+可以与肽键反应生成紫色物质,A项正确;染色质中的DNA与蛋白质结合在一起,不容易被甲基绿着色,B项错误;层析液是由石油醚、丙酮、苯混合而成的,C项正确;调查土壤中小动物类群的丰富度,用取样器取样法,D项正确。 8.(2020·江苏,6,2分,难度★)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是 (B) A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂 B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏 C.研磨时添加石英砂有助于色素提取 D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散 解析 叶绿体中的色素易溶于有机溶剂,故可用无水乙醇作为溶剂来提取,A项正确;研磨时加入CaCO3而非CaO,B项错误;研磨时加入石英砂,有助于研磨更加充分,有助于色素的提取,C项正确。为了得到整齐的色素带,滤液细线应尽量细、齐,D项正确。 9.(2016·江苏,17,2分,难度★)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是 (B) A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素 B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素 C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好 D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失 解析 应在研磨叶片时加入CaCO3,防止破坏叶绿素,A项错误;菜叶剪碎不够充分,不利于研磨,光合色素释放不充分,但仍可提取到部分色素,B项正确;乙醇会挥发,故研磨时应加入多于10 mL的乙醇,C项错误;叶绿素条带不会随层析液挥发消失,D项错误。 10.(2015·江苏,21,3分,难度★★)(多选)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(ABC) A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低 B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照 C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同 D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次 解析 提取叶绿体中的色素后,画滤液线时,滤液在点样线上应多画几次,以利于积累较多的色素,实验效果明显,D项错误。 11.(2023·海南,16,10分,难度★★★)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。回答下列问题。 (1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是　　　　　;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第　　　　　条。  (2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是　　　　　　　,该光源的最佳补光时间是　　　　　小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是　    　。  (3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源,设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。 答案 (1)叶绿素　1和2　(2)红光和蓝光　6　与单纯使用红光或蓝光补光相比,红光+蓝光补光时火龙果的平均花朵数最多　(3)将成花诱导完成后长势相同的火龙果植株(成花数目大致相同)随机均分成A、B、C三组,分别置于三种不同光照强度的白色光源中,照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的数量,数量最多的一组的光照强度则为最适光照强度。 解析 (1)叶绿体中的色素有叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。纸层析法分离叶绿体中的色素,在滤纸条上从下而上依次为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,所以叶绿素位于第1、2条。 (2)由题图可知,在三种补光措施中,火龙果在红光+蓝光补光要比只用红光或只用蓝光时平均花朵数多,且在补光6小时/天时效果最好。 (3)由题分析可知,本实验的自变量为三种不同光照强度的白色光源,因变量为火龙果的果实产量,因此可将成花诱导完成后长势相同的火龙果均分为三组,分别施加不同光照强度的白色光源,照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的数量。 12.(2020·浙江,27,7分,难度★★)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题: (1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生　　　　　　　　　　现象来判断。  (2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏　　　色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的　　　 　　　不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的　　　　　　　　。  (3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后,　　　　　　　　有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂　　　期细胞的染色体,原因是　  　。  答案 (1)质壁分离 (2)黄　移动速率　吸收光谱 (3)轻压盖玻片　中　中期的染色体缩短到最小的程度,最便于观察和研究 解析 (1)质壁分离是指植物的细胞壁和原生质层(细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质成分)分开。判断细胞死活的方法有:质壁分离实验,染色剂染色排除法。对于植物细胞,通常应用质壁分离实验来判断。(2)绿叶中色素的提取过程中需要加入碳酸钙,以防止叶绿素被破坏,而类胡萝卜素的颜色偏黄色。色素的分离的依据是不同色素在层析液中的溶解度不同而在滤纸条上的移动速率不同,进而能够分层。分离出来的色素在滤纸条上从上到下的顺序依次为:胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。以某种物质对不同波长光的吸收率为纵坐标,以波长为横坐标作图,所得的曲线,就是该物质的吸收光谱。色素对不同波长光的吸收率,称作色素的吸收光谱。(3)利用洋葱根尖制作临时装片观察细胞有丝分裂时,最后按压盖玻片有利于细胞分散开来,便于观察。因为处于中期的染色体缩短到最小程度,最便于观察和研究,所以制作染色体组型图时,应选择处于有丝分裂中期的细胞。 13.(2019·浙江,30,7分,难度★★)回答与光合作用有关的问题。 (1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸的含量会　　　　　。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是　。  若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP的含量会　　　　　。研究发现 Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体　　　　　中。  (2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为　　　　　　　　。分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的　　　　　　　　光。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与　　　　　抑制叶绿素的合成有关。  答案 (1)增加　ATP和NADPH　增加　基质 (2)类胡萝卜素　蓝紫光和红　低温 解析 (1)从正常光照改成绿光后,光反应阶段减弱,消耗3-磷酸甘油酸减少,故3-磷酸甘油酸含量增加。光反应的产物ATP和NADPH中含有大量能量,供碳反应利用。若停止CO2供应,发生在叶绿体基质中的碳反应减弱,RuBP消耗减少,故其含量会增加。(2)在“光合色素的提取和分离”实验中,四种色素由于在层析液中的溶解度不同,而沿滤纸条扩散的速度不同,由上而下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。由题意知,秋天叶片变黄,说明低温抑制了叶绿素的合成。 考点19光合作用的原理　 1.(2023·湖北,8,2分,难度★★★)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与 PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(C) A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获 D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2 解析 根据题干信息可知,LHC 蛋白激酶催化 LHCⅡ 与 PSⅡ 的分离,当 LHC 蛋白激酶活性下降时,LHCⅡ 无法与 PSⅡ 分离,导致 PSⅡ 光复合体对光能的捕获增强,A项正确。Mg2+ 是叶绿素的重要组成成分,如果 Mg2+ 含量减少,PSⅡ 光复合体对光能的捕获会减弱,B项正确。在弱光条件下,LHCⅡ与PSⅡ结合,这有助于增强PSⅡ光复合体对光能的捕获,LHCⅡ是光合色素蛋白复合体,它可以吸收光能并传递给PSⅡ,进而促进光合作用的进行,C项错误。PSⅡ光复合体在光反应中参与水的光解反应,产生H+、电子和O2,D项正确。 2.(2021·湖南,7,2分,难度★★)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是 (A) A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用 B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原 C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降 D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度 解析 弱光条件下,若植物叶肉细胞的光合作用小于呼吸作用,也没有O2的释放,A项错误;在暗反应阶段,CO2需要先固定形成三碳化合物后才能被还原,B项正确;在禾谷类作物开花期,植物光合作用合成有机物供应花穗,若剪掉部分花穗,则会导致叶片的光合速率会暂时下降,C项正确;合理密植可提高光照强度和二氧化碳浓度从而提高光合作用强度,增施有机肥能提高二氧化碳浓度从而提高农作物的光合作用强度,D项正确。 3.(2021·广东,12,2分,难度★★★)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco,下列叙述正确的是 (D) A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 解析 CO2的固定发生于暗反应阶段,场所是叶绿体基质,A项错误。CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行,但Rubisco需要光激活,B项错误。CO2的固定过程需要酶的参与,不需要消耗ATP,C项错误;由题干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisco,D项正确。 光合作用过程中光反应和暗反应的比较 比较 项目 光反应 暗反应 场所 叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质 物质 变化 2H2OO2+4H++4e- ADP+PiATP NADP++H++4e-NADPH CO2+C52C3 2C3 (CH2O)+C5 能量 变化 光能→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 4.(2021·重庆,6,2分,难度★★)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是 (A) A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜 B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节 解析 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜,若被有氧呼吸利用,氧气至少需穿过一层类囊体膜、叶绿体双层膜和线粒体双层膜,共5层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;据题图中信息可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;分析题图可知,光反应产生的电子(e-)通过一系列的有序传递,将光能转化为储存在ATP中的活跃的化学能,D项正确。 5.(2020·天津,5,4分,难度★★)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是 (A) A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素 解析 CO2的固定和C3还原发生在暗反应过程中,暗反应的场所是叶绿体基质,A项正确;暗反应过程消耗的物质除了CO2,还有NADPH和ATP等物质,B项错误;光反应的场所是类囊体薄膜,光反应产生的ATP可用于暗反应,光反应产生的氧气可以用于细胞有氧呼吸,多余的氧气释放到空气中,C项错误;该反应体系中含有类囊体,因此该反应体系含有光合作用色素,D项错误。 6.(2019·全国1,3,6分,难度★★)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) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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 解析 黄瓜幼苗在光照等适宜的环境中由20 g长到40 g,是同化作用大于异化作用的结果,增加的质量来自吸收的水、矿质元素以及通过光合作用将水和空气中的CO2转化成的有机物,故A项正确。 7.(2019·海南,9,2分,难度★★)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是 (B) A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能 B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与 D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用 解析 光合作用的暗反应阶段需要利用光反应阶段形成的NADPH和ATP,A项正确;胡萝卜素不能吸收红光,B项错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C项正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D项正确。 8.(2018·北京,3,6分,难度★)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下,向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP,照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色,该反应过程中(D) A.需要ATP提供能量 B.DCIP被氧化 C.不需要光合色素参与 D.会产生氧气 解析 光反应过程中有H2O的光解,产生O2和H+。氧化还原指示剂DCIP由蓝色变为无色,说明DCIP被NADPH还原。光合色素吸收、传递、转化光能。 9.(2022·全国甲,29,9分,难度★★)根据光合作用中CO2的固定方式不同,可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。 (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出3点即可)。  (2)正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位,原因是　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。  (3)干旱会导致气孔开度减小,研究发现在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析,可能的原因是  　。  答案 (1)ATP、NADPH和O2　(2)自身呼吸需要消耗有机物或建造植物体结构需要有机物(答出1点即可)　(3)干旱导致植物气孔开度减小,叶片吸收的CO2减少;C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物在较低CO2浓度下就能合成满足自身生长所需的有机物(答案合理即可) 解析 (1)光合作用的光反应阶段发生的物质变化包括ATP的形成和水的光解,因此光反应阶段的产物有ATP、NADPH和O2。(2)叶片的光合产物,一部分被自身呼吸消耗,一部分用来建造植物体结构,一部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。正常条件下,植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱条件下,植物叶片的大部分气孔会关闭,导致植物从外界吸收的CO2减少;因为C4植物的CO2补偿点比C3植物的低,C4植物能够利用较低浓度的CO2,所以在同等程度干旱条件下,C4植物比C3植物生长得好。 10.(2022·江苏,20,9分,难度★★★)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化则产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。 图Ⅰ 图Ⅱ (1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有　　　　　(从①~⑦中选填),在红光照射条件下,参与这些途径的主要色素是　　　　　。  (2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的　　　　在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。  (3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。 ①曲线a,0~t1时(没有光照,只进行呼吸作用)段释放的CO2源于　　　　　;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段的CO2源于　　　　。  ②曲线b,当时间到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,其原因是  　。  (4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶,形成了图Ⅲ代谢途径,通过  降低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的　　　　价值。  图Ⅲ 答案 (1)①⑥　叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)　(2)H2O2(过氧化氢)　(3)①细胞呼吸　光呼吸和细胞呼吸　②光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和　(4)将乙醇酸转化为苹果酸,增加叶绿体中的CO2浓度　直接 解析 (1)光合作用光反应阶段的场所是类囊体膜,主要代谢过程包括水的光解、ATP和NADPH的合成,对应图Ⅰ中的①⑥过程;光反应过程需要光合色素的参与,叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)由题空后半句“过氧化氢酶”“O2和H2O”可知,分解的底物为H2O2(过氧化氢)。(3)①由题干信息“CO2和O2竞争与其结合……完成光呼吸碳氧化循环”及图Ⅰ可知,在光照条件下(H2O可进行水的光解产生O2)且CO2浓度较低时,O2结合Rubisco的能力较强,易催化C5氧化产生C2,C2在过氧化物酶体和线粒体协同下参与完成光呼吸碳氧化循环,产生CO2;此外,细胞呼吸作用也会产生CO2,而黑暗条件下(0~t1),不能进行光呼吸,CO2来自呼吸作用;曲线a在t1点施加光照后,t1~t2时段CO2的释放速度有所增加,CO2来自光呼吸和细胞呼吸。②曲线b到达t2点后,室内CO2浓度不再改变,说明CO2的吸收与释放速度达到动态平衡,即光合作用速率等于光呼吸和细胞呼吸速率之和。(4)根据(2)和图Ⅰ所示可知,光呼吸代谢途径为叶绿体中的乙醇酸(C2)运出后直接或间接被转化为过氧化氢、CO2和C3(消耗ATP)等,其中过氧化氢会被进一步分解为O2和水,一定程度上造成了物质和能量的浪费。与光呼吸途径相比,图Ⅲ所示途径通过将乙醇酸转化为苹果酸,把物质保留在叶绿体内,苹果酸转化过程中生成2分子CO2,提高了叶绿体中CO2与O2的比值,这不但降低了光呼吸,还提高了植物生物量,属于科学研究方面的非实用意义的价值,体现了遗传多样性的直接价值。 11.(2022·重庆,23,14分,难度★★★★)科学家发现,光能会被类囊体转化为“某种能量形式”,并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式,他们开展了后续实验。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ (1)制备类囊体时,提取液中应含有适宜浓度的蔗糖,以保证其结构完整,原因是  　　　　　　　　　　　　　;为避免膜蛋白被降解,提取液应保持　　　　(填“低温”或“常温”)。  (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验,发现该实验条件下也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是　。  (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因,对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,结果如图III所示,悬液的pH在光照处理时升高,原因是  　　　　　　　　　　。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,电子的最终来源物质是　　　　。  (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产,需稳定提供的物质有　　　　　　　　　　。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,若要增产,可采取的有效措施有　  　(答两点)。  答案 (1)保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂　低温 (2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差 (3)类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高　水 (4)[H]、ATP和CO2　增加CO2的浓度,适当提高环境温度 解析 (1)制备类囊体时,其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖,保持类囊体内外的渗透压,避免类囊体破裂,以保证其结构完整。提取液应保持低温降低蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)从图Ⅱ实验中可知,在光照条件下,将处于pH=4的类囊体转移到pH=8的锥形瓶中,再在遮光的条件下加入ADP和Pi,也产生了ATP,但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差,原因是实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养,无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H+浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理,悬液的pH在光照处理时升高,推测可能是类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内,造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的,光反应过程中,水的光解伴随着电子的传递,故电子的最终来源是水。(4)人工叶绿体,能在光下生产目标多碳化合物,若要在黑暗条件下持续生产,则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP,以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度,产量也不再增加,说明暗反应已经达到最大速率,增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性,可有效提高光合效率。 12.(2021·天津,15,10分,难度★★★)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制,如下图所示。 注:羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散 据图分析,CO2依次以　　　　　和　　　　　方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而通过促进　　　　　和抑制　　　　　提高光合效率。  (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的　　　　　　　中观察到羧化体。  (3)研究发现,转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上该转基因植株暗反应水平应　　　　　,光反应水平应　　　　　,从而提高光合速率。  答案 (1)自由扩散　主动运输　CO2的固定　O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高 解析 (1)CO2通过细胞膜的方式为自由扩散,进入光合片层膜时需要膜上的CO2转运蛋白协助并消耗能量,为主动运输。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高,从而通过促进CO2的固定进行光合作用,同时抑制O2与C5结合,进而抑制光呼吸,最终提高光合效率。(2)若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应,暗反应的场所为叶绿体基质,故能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HC和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用,理论上可以增大羧化体中CO2的浓度,使转基因植株暗反应水平提高,进而消耗更多的NADPH和ATP,使光反应水平也随之提高,从而提高光合速率。 13.(2021·山东,21,8分,难度★★★)光照条件下,叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示,SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 SoBS浓度/(mg·L-1) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度/(CO2 μmol· m2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度/(CO2 μmol· m2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 (1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的　　　　中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg·L-1 SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度　　　　(填“高”或“低”),据表分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在　　　　mg·L-1之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。  答案 (1)基质　光照停止,产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多 (2)低　喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等 (3)100~300 解析 (1)由于C5位于叶绿体基质中,可推测O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照,叶片光反应停止,则光反应产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点,与对照相比,喷施100 mg·L-1 SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,若使二者相等,则需适当降低光照强度,才能使叶片吸收和放出CO2量相等。(3)光呼吸会消耗有机物,但光呼吸会释放CO2,补充光合作用的原料,适当抑制光呼吸可以增加作物产量,由表可知,在SoBS溶液浓度为200 mg·L-1时,光合作用强度与光呼吸强度差值最大,即光合产量最大,为了进一步探究最适喷施浓度,应在100~300 mg·L-1之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 14.(2021·辽宁,22,13分,难度★★★)早期地球大气中的O2浓度很低,到了大约3.5亿年前,大气中O2浓度显著增加,CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol-1,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶,在低浓度CO2条件下,催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制,极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度,促进了CO2的固定。回答下列问题: (1)真核细胞叶绿体中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成　　　　　,进而被还原生成糖类,此过程发生在　　　　　中。  (2)海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在,水体中CO2浓度低、扩散速度慢,有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HC浓度最高的场所是　　　　　(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”),可为图示过程提供ATP的生理过程有　　　　　　　　　　。  图1 (3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制,部分过程见图2。在叶肉细胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HC转化为有机物,该有机物经过一系列的变化,最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2,提高了Rubisco附近的CO2浓度。 图2 ①由这种CO2浓缩机制可以推测,PEPC与无机碳的亲和力　　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。  ②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是　　　　　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　　　　　(填“吸能反应”或“放能反应”)。  ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用　　　　　技术。  (4)通过转基因技术或蛋白质工程技术,可能进一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有　　　　　(多选)。  A.改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力 B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成 C.改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力 D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 答案 (1)三碳化合物　叶绿体基质 (2)叶绿体　细胞呼吸和光合作用 (3)①高于　②NADPH和ATP　吸能反应　③同位素示踪　(4)AC 解析 (1)在光合作用的暗反应中,CO2被固定形成三碳化合物,进而被还原生成糖类和C5,此过程发生在叶绿体基质中。(2)HC运输需要消耗ATP,说明HC的运输是主动运输,主动运输一般是逆浓度梯度运输,由此推断图中HC浓度最高的场所是叶绿体。该过程中ATP在细胞质中由细胞呼吸提供,叶绿体中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC参与催化HC+PEP过程,说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②图2所示的物质中,可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH,图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP,说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所,可以使用同位素示踪技术。(4)改造植物的HC转运蛋白基因,增强HC的运输能力,可以提高植物光合作用的效率,A项正确;改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成,不利于最终二氧化碳的生成,不能提高植物光合作用的效率,B项错误;改造植物的Rubisco基因,增强CO2固定能力,可以提高植物光合作用的效率,C项正确;将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物,不一定提高植物光合作用的效率,D项错误。 15.(2020·山东,21,9分,难度★★★)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如下图所示,其中甲、乙表示物质,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　　　　　　　　　　　,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,原因是　  　。  (3)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“等于”)植物,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。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。  答案 (1)模块1和模块2　五碳化合物(或:C5) (2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 (3)高于　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) (4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少 解析 (1)分析图示可知,模块1为将光能转化为电能的过程,模拟的是色素吸收光能的过程,模块2模拟的是水分子氧化以产生氧分子和氢离子,并合成ATP的过程,因此两个模块模拟的是光反应过程。模块3则模拟的是暗反应过程。(2)模块3模拟暗反应过程,气泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常运转过程中气泵突然停转,则输入到暗反应系统中的CO2浓度下降,CO2固定减少,则C3的含量会减少,若气泵停转的时间较长,则暗反应过程为光反应提供的ADP、Pi和NADP+不足,会导致模块2中的能量转换效率下降。(3)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与植物的总光合作用量相等,由于该系统未模拟细胞呼吸,不会通过呼吸作用消耗糖类,而植物会发生呼吸作用,因此该系统积累的糖类多于植物。(4)干旱条件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱导致植物的蒸腾作用加强,植物为了防止水分散失会关闭气孔,叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少。 16.(2020·江苏,27,8分,难度★★★)大豆与根瘤菌是互利共生关系,下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径,请据图回答下列问题。 (1)在叶绿体中,光合色素分布在  上;在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和　　　　。  (2)上图所示的代谢途径中,催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在  中,PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖,催化TP合成蔗糖的酶存在于　　　　　　　　　。  (3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成,氨基酸合成蛋白质时,通过脱水缩合形成　　　键。  (4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自　　　　;根瘤中合成ATP的能量主要源于　　　　的分解。  (5)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物,与葡萄糖相比,以蔗糖作为运输物质的优点是    　。  答案 (1)类囊体(薄)膜　C5　(2)叶绿体基质　细胞质基质　(3)肽　(4)光能　糖类　(5)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖,对渗透压的影响相对小) 解析 (1)叶绿体是绿色植物细胞进行光合作用的场所,光合色素分布在叶绿体的类囊体(薄)膜上,其功能是吸收光能;在酶催化下,光能使H2O裂解成氧和H+,NADP+与H+结合形成NADPH,NADPH参与暗反应中CO2的固定,参与CO2固定的化学物质还有C5。(2)光合作用分为两个阶段,光反应阶段和暗反应阶段,暗反应包括CO2的固定和C3的还原,暗反应的场所是叶绿体基质,参与暗反应的酶在叶绿体基质中。由题图可知TP合成后运出叶绿体,在细胞质基质中合成蔗糖,则催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。(3)氨基酸是合成蛋白质的基本单位,氨基酸合成蛋白质时通过脱水缩合形成肽键。(4)叶绿体中的类囊体是光反应的场所,色素捕获的光能用于水的光解和合成ATP;根瘤菌中合成ATP的能量主要来源于糖类的分解。(5)葡萄糖是还原糖,而蔗糖是二糖(非还原性糖),蔗糖的性质较稳定。相同质量的蔗糖与葡萄糖相比,蔗糖对渗透压的影响相对较小。 考点20影响光合作用的因素及其应用　 1.(2023·北京,3,2分,难度★★)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是 (C) A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用 D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 解析 由题图分析可知,CO2吸收速率代表净光合速率,在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是在一定温度范围内,细胞呼吸作用增强,从外界吸收的CO2减少,A正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是随叶温升高,光合酶的活性增强,光合速率增大,B正确;图中CP点处CO2吸收速率为0,此时植物的呼吸速率等于光合速率,植物进行光合作用,C错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,也就是光合速率与呼吸速率的差值最大,D正确。 2.(2022·北京,2,2分,难度★★)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出(D) A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高 B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C.CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率影响小 D.10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 解析 由题图可知,当CO2浓度一定时,光合速率会随着温度的升高而增大,达到最适温度时,光合速率达到最高值,之后随着温度的继续升高而减小,A项正确;对比题图中三条曲线可知,CO2浓度为200 μL·L-1时,光合作用的最适温度为25 ℃左右,CO2浓度为370 μL·L-1时,光合作用的最适温度为30 ℃,CO2浓度为1 000 μL·L-1时,光合作用的最适温度接近40 ℃,可推测在一定范围内,CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高,B项正确;由题图可知,当CO2浓度为200 μL·L-1时,光合速率随温度变化而变化的幅度最小,可推断该CO2浓度下,温度对光合速率的影响小,C项正确;题图中10 ℃条件下,CO2浓度为370 μL·L-1或1 000 μL·L-1时,光合速率无明显的提高趋势,所以不能表明10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D项错误。 3.(2022·海南,3,3分,难度★★)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中,从烧杯底部给予适宜光照,记录叶圆片上浮所需时长,结果如下图。下列有关叙述正确的是 (B) A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C.四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D.若在4 ℃条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 解析 本实验探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液的浓度),温度和光照为无关变量,A项错误;光合作用产生的氧气量大于细胞呼吸消耗的氧气量时,叶圆片上浮,叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率,B项正确;四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长,说明叶圆片的光合速率最小,C项错误;本实验在适宜温度下进行,此时酶活性最高,若在4 ℃条件下进行,由于低温会降低酶活性,故叶圆片的净光合速率可能降低,各组叶圆片上浮所需时间可能均会延长,D项错误。 4.(2022·湖南,13,4分,难度★★★)(多选)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是 (AD) A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少 B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量 C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低 D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降 解析 夏季,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右由于温度过高,光合作用强度明显减弱,这时叶片的蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,导致有机物积累减少,A项正确;12时左右温度较高,无论是光合酶还是呼吸酶,活性均受影响,光合固定的CO2量仍大于呼吸释放的CO2量,B项错误;叶绿体内膜上没有光合色素,C项错误;由于光照过强,光反应产物NADPH和ATP积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降,D项正确。 5.(2021·北京,3,2分,难度★★)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是 (B) A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 解析 由题图可知,CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,都接近于3 nmol·cm-2·s-1,A项正确;由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,B项错误;50 ℃时HT植株的净光合速率大于零,说明能积累有机物,而CT植株的净光合速率不大于零,说明不能积累有机物,C项正确;在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零,能积累有机物进行生长发育,体现了HT植株对高温环境适应性,D项正确。 6.(2021·辽宁,2,2分,难度★)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是 (B) A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度 B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同 C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度 解析 不同植物对光的波长和光照强度的需求不同,可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度,A项正确;为保证植物的根能够正常吸收水分,该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度,B项错误;适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行,让植物合成更多的有机物,而夜晚适当降温则可以抑制其细胞呼吸,使其少分解有机物,合理控制昼夜温差有利于提高作物产量,C项正确;适时通风可提高生产系统内的CO2浓度,进而提高光合作用的速率,D项正确。 7.(2021·浙江,23,2分,难度★★)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HC形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是 (A) 甲 乙 A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似 B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大 C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降 D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低 解析 由图乙结果可知,在山梨醇浓度为0.33 mol·L-1和0.165 mol·L-1时,完整叶绿体的ATP合成量基本相同,但放氧量差别很大,A项错误,B项正确;低渗条件下,完整叶绿体的放氧量很低,光合速率下降,暗反应卡尔文循环降低,C项正确;由图甲知,在低渗条件下,叶绿体破碎比例越高,放氧量越低,D项正确。 8.(2020·浙江,25,2分,难度★★★)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(A) A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率 B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大 C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B—C段对应的关系相似 D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A—B段对应的关系相似 解析 测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率,而分离得到的叶绿体的光合速率,就是总光合速率,A项正确;破碎叶绿体,其叶绿素释放出来,被破坏,导致消耗二氧化碳减少,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏小,B项错误;若该植物较长时间处于遮阴环境,光照不足,光反应减弱,影响碳反应速率,蔗糖合成一直较少,C项错误;若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣,在叶片积累,光合速率下降,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B—C段对应的关系相似,D项错误。 9.(2018·江苏,18,2分,难度★★★)下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是 (D) A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度 B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度 C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度 D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度 解析 一定范围内净光合速率随CO2浓度增大而增大,达到一定程度时不再随之变化,温度通过影响酶活性来影响光合作用,一定范围内随温度升高而增大,超过最适温度时随温度升高而下降,甲和乙的温度不能判断,A项错误;一定范围内净光合速率随温度升高而增大,超过最适温度时随温度升高而下降,横坐标不能表示温度,B项错误;色素主要吸收红光和蓝紫光,横坐标不能表示光波长,C项错误;在一定范围内净光合速率随光照强度增大而增大,达到一定程度时不再随之变化,一定范围内净光合速率随CO2浓度增大而增大,达到一定程度时不再随之变化,所以甲可表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度,D项正确。 判定净光合速率和真正光合速率的方法 绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸,在光下测定植物的光合速率时,实际测得的数值应为光合作用与呼吸作用的差值。真正(或实际或总)光合速率=测得(净)光合速率+呼吸速率,表示方法如下: 项　目 表示方法 净光合速率(又叫表观光合速率) CO2吸收量、O2释放量、C6H12O6积累量 真正光合速率(实际或总光合速率) CO2固定值、O2产生量、C6H12O6制造量 呼吸速率(遮光条件下测得) CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量 10.(2024·山东,21,9分,难度★★★★)从开花至籽粒成熟,小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比,某突变体叶片变黄的速度慢,籽粒淀粉含量低。研究发现,该突变体内细胞分裂素合成异常,进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性,而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示,开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示,其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂,KT为细胞分裂素类植物生长调节剂,气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。 检测指标 植株 14天 21天 28天 胞间CO2浓度/ (μmol CO2·mol-1) 野生型 140 151 270 突变体 110 140 205 气孔导度/ (mol H2O·m-2·s-1) 野生型 125 95 41 突变体 140 112 78 (1)光反应在类囊体上进行,生成可供暗反应利用的物质有　　　　　　　。结合细胞分裂素的作用,据图分析,与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是　  　。  (2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析,与野生型相比,开花14天后突变体的光饱和点　　　　(填“高”或“低”),理由是　        　。  (3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析,突变体籽粒淀粉含量低的原因是  　。  答案 (1)ATP和NADPH　突变体细胞分裂素合成更多,促进叶绿素的合成 (2)高　开花14天后突变体气孔导度大于野生型,但胞间CO2浓度小于野生型,且突变体的呼吸代谢不受影响,因此突变体的光合作用强度更大,需要的光照强度更大 (3)突变体的蔗糖转化酶活性高,更多的蔗糖被分解成单糖,运输到籽粒中的蔗糖减少 解析 (1)光反应为暗反应提供的是ATP和NADPH。据图分析,与野生型相比,突变体细胞分裂素合成更多,细胞分裂素具有促进叶绿素合成的作用,因此开花后突变体叶片变黄速度慢。 (2)与野生型相比,开花14天后突变体气孔导度变大,但胞间CO2浓度变小,且突变体的呼吸代谢不受影响,暗反应强,促进光反应,故光饱和点高。 (3)由于突变体的蔗糖转化酶活性高,更多的蔗糖被分解成单糖,则突变体叶片中可向外运输的蔗糖减少,导致籽粒得到的蔗糖减少,合成的淀粉减少。 11.(2024·湖北,21,14分,难度★★★★)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r),进行了相关实验,结果如图2所示。 图1 图2 回答下列问题。 (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞　　　　(填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。  (2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物　　　　(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。  (3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是  　。  (4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是　　　　(填“ht1”或“rhc1”)。  答案 (1)失水　减小　(2)促进 (3)使气孔关闭,减少水分的散失　(4)rhc1 解析 (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致细胞液浓度降低,细胞由于细胞液浓度低于细胞外溶液浓度而失水,引起气孔关闭,CO2进入受阻,植物光合作用速率减小。(2)图2中的wt组在高浓度CO2时气孔开放程度低,r组是rhc1基因功能缺失突变体,在高浓度CO2时气孔开放程度仍然很高,说明rhc1基因产物促进气孔关闭。(3)短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升会导致气孔关闭,可以避免水分过多散失。(4)图2中的h组和h/r组在正常浓度CO2和高浓度CO2时都会关闭气孔,说明这两组都没有蛋白乙,这两组都缺失了ht1基因,说明编码蛋白乙的是ht1基因,因此编码蛋白甲的是rhc1基因。 12.(2023·全国甲,29,10分,难度★★★★)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。 (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是　　　　　　　　(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在　　　　　　　　上,其中类胡萝卜素主要吸收　　　　　　(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。  (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下在悬浮液中不能产生糖,原因是      　。  (3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。 答案 (1)差速离心法　类囊体的薄膜　蓝紫光 (2)黑暗条件下不能进行光反应,不能产生暗反应所需要的NADPH和ATP (3)思路:分离叶绿体,用碘液进行显色反应。结果:反应结果显蓝色。 解析 (1)分离植物细胞器可用差速离心法。叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 (2)光合作用的光反应和暗反应紧密联系。黑暗条件下,光反应不能进行,不能为暗反应提供C3还原所需的ATP和NADPH,暗反应无法进行,不能产生糖。 (3)本实验的目的是验证通过光合作用可以在叶绿体中产生淀粉,实验的自变量是有无光照,可将生长状况良好且相同的植物叶片均分为甲、乙两组,甲组置于光下,乙组置于暗处,其他条件相同且适宜。一段时间后需先分离出叶绿体,破坏其双层膜制作成匀浆,加入碘液观察颜色变化。 13.(2023·全国乙,29,10分,难度★★★★)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。 (1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、　　　　　　　　　　　(答出2点即可)等生理过程。  (2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是　。  (3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片,气孔开度可进一步增大,因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是,蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。请推测该研究小组得出这一结论的依据是　。  (4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应,用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔　　　(填“能”或“不能”) 维持一定的开度。  答案 (1)光合作用、呼吸作用 (2)红光下,光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大,保卫细胞吸水体积膨大,气孔打开 (3)饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大,排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响　(4)能 解析 (1)气孔是O2、CO2和H2O等分子进出的通道,其开度影响光合作用所需CO2的供应,影响有氧呼吸所需O2的供应及产物CO2的释放,也会通过蒸腾作用影响矿质离子的运输。 (2)保卫细胞在红光下进行光合作用,细胞中有机物增多,使细胞液浓度增大,进而使保卫细胞吸水,体积膨大,气孔打开。 (3)首先与饱和红光照射时相比,补加蓝光照射后,叶片的气孔开度进一步增大;其次气孔开度与保卫细胞吸水量呈正相关,由此推测补加蓝光照射促进了保卫细胞逆浓度梯度吸收K+,从而增大了细胞液浓度,使保卫细胞吸水量增加,气孔开度进一步增大。 (4)除草剂虽然阻断了光合作用的光反应,但是保卫细胞在阳光照射下,仍然能够逆浓度梯度吸收K+,使细胞液保持一定的浓度,保卫细胞通过渗透作用吸水,使气孔维持一定的开度。 14.(2023·广东,18,13分,难度★★★★)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时,水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显,但在高密度栽培条件下ygl产量更高,其相关生理特征见下表和图6。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。) 水稻 材料 类胡萝卜素 /叶绿素 WT 4.08 0.63 0.15 ygl 1.73 0.47 0.27 a b c 分析图表,回答下列问题。 (1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和　　　　　,叶片主要吸收可见光中的　　　　　　　　光。  (2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·m-2·s-1时,ygl的净光合速率较WT更高,但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加,比较两者的光饱和点,可得ygl　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和　　　　　　　　。  (3)与WT相比,ygl叶绿素含量低,高密度栽培条件下,更多的光可到达下层叶片,且ygl群体的净光合速率较高,表明该群体　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,是其高产的原因之一。  (4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在答题卡给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题:　　　　　　　　　?  答案 (1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高　红光和蓝紫 (2)高于　呼吸速率较高 (3)对光能利用率更高,干物质积累量更大,生长速度更快 (4) 为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT 解析 (1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低、类胡萝卜素/叶绿素的值较高。叶片中的色素主要吸收红光和蓝紫光。(2)根据图a可知,WT先到达光饱和点,即ygl的光饱和点高于WT。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是一方面光合速率偏低,另一方面是呼吸速率较高。(3)植物干物质积累量或生长速度主要取决于净光合作用速率,ygl群体的净光合速率较高,所以其干物质积累量更大,生长速度更快,导致其产量较高。(4)绘制曲线时找准起点和光补偿点,根据图c可知,ygl的呼吸速率较大,所以虚线的起点应低于实线。再根据图b确定与净光合速率为0的虚线的交点,ygl的是30 μmol·m-2·s-1,WT的是15 μmol·m-2·s-1,见图。根据两图提出问题:为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT? 15.(2023·浙江,22,10分,难度★★★★)植物工厂是一种新兴的农业生产模式,可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示,不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下:CK组(白光)、A组(红光∶蓝光=1∶2)、B组(红光∶蓝光=3∶2)、C组(红光∶蓝光=2∶1),每组输出的功率相同。 甲 乙 丙 回答下列问题: (1)光为生菜的光合作用提供　,  又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求,若营养液中的离子浓度过高,根细胞会因　　　　　　　　　作用失水造成生菜萎蔫。  (2)由图乙可知,A、B、C组的干重都比CK组高,原因是          　。  由图甲、图乙可知,选用红、蓝光配比为　　　　　　,最有利于生菜产量的提高,原因是　          　。  (3)进一步探究在不同温度条件下,增施CO2对生菜光合速率的影响,结果如图丙所示。由图可知,在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳,判断依据是    　。  植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度,还可以　　　　　　　　　　　　　　　,使光合速率进一步提高,从农业生态工程角度分析,优点还有　  　。  答案 (1)能量　渗透　(2)与CK组相比,A、B、C组使用的是不同配比的红光和蓝光,不同程度地增加了生菜体内的叶绿素和氮含量,促进了植物对光能的吸收和利用,光合作用速率增大,植物干重增加　3∶2　B组植物叶绿素和氮含量比A组、C组高,植物的光合速率大,积累的有机物多　(3)在25 ℃时,提高CO2浓度光合速率增加幅度最大　适当升高温度　可减少环境污染,实现能量多级利用和物质循环再生 解析 (1)植物进行光合作用需要在光照下进行,光为生菜的光合作用提供能量,又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素的需求,若营养液中的离子浓度过高,造成外界溶液浓度高于细胞液浓度,根细胞会因渗透作用失水,导致生菜萎蔫。(2)由题图甲可知,与CK组相比,A、B、C组使用的是不同配比的红光和蓝光,不同程度地增加了生菜体内的叶绿素和氮含量,促进了植物对光能的吸收和利用,植物光合速率增大,干重增加。由题图乙可知,红光∶蓝光=3∶2时,最有利于生菜产量的提高。原因是B组植物叶绿素和氮含量比A组、C组高,植物的光合速率大,积累的有机物多。(3)由题图丙可知,在25 ℃时,提高CO2浓度光合速率增加幅度最大,因此,在25 ℃时,提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气,冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度,还可以适当升高温度,使与光合作用有关的酶活性升高,从而使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析,优点还有可减少环境污染,实现能量多级利用和物质循环再生等。 16.(2023·山东,21,10分,难度★★★)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为　　　　。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有　　　　(答出2个因素即可)。  (2)根据本实验,　　　　(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是　  　。  (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量　　　　(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是　  　。  答案 (1)光、H蛋白　温度、CO2浓度、水分、矿质元素(无机盐) (2)不能　突变体中PSⅡ损伤小但不能修复,野生型中PSⅡ损伤大但能修复 (3)少　突变体的NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多 解析 (1)实验中使用强光照射和黑暗处理野生型和H基因缺失突变体拟南芥,H基因缺失突变体拟南芥中不能合成H蛋白,而野生型可以合成H蛋白,因此该实验的自变量是光与H蛋白。除自变量外,环境中的温度、CO2浓度、水分、矿质元素(无机盐)等无关变量也对该实验造成一定程度的影响。 (2)由题意可知,H蛋白能够修复PSⅡ;题图中强光照射下突变体NPQ相对值高,野生型NPQ相对值低,即突变体通过NPQ耗散的光能多,野生型通过NPQ耗散的光能少,但可通过H蛋白修复PSⅡ,因此无法判断在相同强光照射下野生型和突变体的PSⅡ活性强弱。 (3)图中相同强光照射下突变体比野生型通过NPQ耗散的光能多,因此突变体中流向光合作用的能量少;若测得突变体的暗反应强度高于野生型,则可推测突变体的光反应产物多于野生型的光反应产物,因此据实验可判断突变体的NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多。 17.(2023·江苏,19,12分,难度★★★★)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要,气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题: 图1 (1)光照下,光驱动产生的NADPH主要出现在　　　　　(从①~④中选填);NADPH可用于CO2固定产物的还原,其场所有　　　　　(从①~④中选填)(2分)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、　  　(填写2种)(2分)等。  (2)研究证实气孔运动需要ATP,产生ATP的场所有　　　　(从①~④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP,PEP再转化为　　　　进入线粒体,经过TCA循环产生的　　　　最终通过电子传递链氧化产生ATP。  (3)蓝光可刺激气孔张开,其机理是蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的　　　　　　　　,驱动细胞吸收K+等离子。  (4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA,并进一步转化成Mal,使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞　　　　,促进气孔张开。  (5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系,对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究,其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有　　　　。(2分)  图2 A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关 C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用 D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉 答案 (1)④　①④　K+、苹果酸(Mal) (2)①②④　丙酮酸　NADH (3)H+电化学势能　(4)吸水　(5)ABCD 解析 (1)光照下,光合作用产生NADPH的场所为④叶绿体类囊体薄膜。NADPH用于CO2固定产物C3的还原,其场所是④叶绿体基质,另外在细胞质基质中,CO2能与PEP结合成OAA,随后被还原,因此①细胞质基质也发生CO2固定产物的还原。由图1可知,③液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、K+、苹果酸(Mal),其中K+和Mal影响细胞液的渗透压,进而影响保卫细胞的吸水力,影响气孔的开闭。 (2)ATP可来自细胞呼吸和光合作用,细胞呼吸产生ATP的场所为①细胞质基质和②线粒体,因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体,即图中的①②④。保卫细胞中的糖分解为PEP,PEP再转化为丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸的第二、三阶段,经过TCA循环产生的NADH最终通过电子传递链氧化产生ATP,即有氧呼吸的第三阶段。 (3)由图1可知,AHA是保卫细胞膜上的转运蛋白,而蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的H+电化学势能,驱动细胞通过主动运输吸收K+等离子。 (4)由图1可知,保卫细胞中的糖在细胞质基质中先转变为PEP,然后PEP在相应酶作用下合成OAA,并进一步转化成Mal,使细胞内溶质浓度提高,导致保卫细胞吸水,促进气孔张开。 (5)由图2可知,黑暗时突变体ntt1淀粉粒面积远小于WT,而突变体ntt1的叶绿体失去运入ATP的能力,据此推测保卫细胞淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP,A正确。保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,结合图1可知,光照条件会促进保卫细胞淀粉粒的水解,光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关,B正确。光照条件下突变体ntt1的淀粉粒几乎无变化,说明该突变体几乎不能进行光合作用,C正确。由图2可知,较长时间光照可使WT淀粉粒面积增大,说明积累了较多的淀粉,D正确。 18.(2023·辽宁,21,11分,难度★★★)花生抗逆性强,部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值(SPAD)(图1)和净光合速率(图2)。回答下列问题: 图1 图2 (1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括　　　　,主要吸收　　　　光,可用　　　　等有机溶剂从叶片中提取。  (2)盐添加量不同的条件下,叶绿素含量受影响最显著的品种是　　　　。  (3)在光照强度为500 μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的光合速率　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)HH1的光合速率,判断的依据是　  　。  在光照强度为1500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的　　　　含量高,光反应生成更多的　　　　,促进了暗反应进行。  (4)依据图2,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植　　　　品种。  答案 (1)叶绿素a和叶绿素b　红光和蓝紫　无水乙醇　(2)HH1　(3)大于　在光照强度为500 μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同,但前者的呼吸速率大于后者,总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和　叶绿素　ATP和NADPH　(4)LH12 解析 (1)叶肉细胞中的叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收红光和蓝紫光,可用无水乙醇等有机溶剂从叶片中提取,因为叶片中的色素能溶解到有机溶剂中。 (2)由图1可知,盐添加量不同的条件下,与其他组相比,HH1的叶绿素含量受影响最大,可判断该品种的叶绿素含量受盐浓度变化影响更显著。 (3)在光照强度为500 μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下,LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同,但前者的呼吸速率大于后者,总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和,因此可以判断LH12的光合速率大于HH1的光合速率。在光照强度为1 500 μmol·m-2·s-1、NaCl添加量为3.0 g·kg-1的条件下,HY25的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率,原因可能是HY25的叶绿素含量高于其他三个品种,光反应生成更多的ATP和NADPH,促进了暗反应进行,提高了光合速率。 (4)根据图2数据可知,在中盐(2.0 g·kg-1)土区适宜选择种植LH12品种,因为该条件下,该品种的净光合速率更大,产量更高。 19.(2023·重庆,19,11分,难度★★★)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。 (1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如下表。 水稻 类型 光反应 暗反应 光能转 化效率 类囊体薄膜 电子传递速率 RuBP羧化 酶含量 Vmax 野生型 0.49 180.1 4.6 129.5 突变体 0.66 199.5 7.5 164.5 注:RuBP羧化酶为催化CO2固定的酶;Vmax为RuBP羧化酶催化的最大速率。 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是　　　　。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和　　　　。  ②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是　。  (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如下表。 水稻类型 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6.93 6.20 突变体 7.35 3.68 ①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是　　　　　　　　　　,外因是　。  ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和　　　　,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。  ③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型　　　(填“高”“低”或“相等”)。  答案 (1)NADPH　C5　突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快　(2)突变体叶绿素含量低　光照强度低　蔗糖　高 解析 (1)①光合作用的光反应场所是叶绿体的类囊体薄膜;光反应电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶,在RuBP羧化酶的作用下CO2与C5(一种五碳化合物)结合生成C3,所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。 ②表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率,电子传递速率越高,光反应速率越快;RuBP羧化酶含量高低反映了暗反应速率,RuBP羧化酶含量越高,暗反应速率越快。据此可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快,所以突变体水稻的光合速率高于野生型。 (2)①光照强度、CO2浓度、叶片气孔开度等都会影响光合作用。叶绿体内与光合作用有关的色素含量、酶的活性也是影响光合作用的因素。根据题干可知,在遮阴情况下突变体水稻产量明显低于野生型,因此推测这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量低,外因则是光照强度低。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖,两者可以相互转化,蔗糖是光合作用的主要产物,也是植物光合作用远距离运输的主要形式,在开花结实期主要运往籽粒。 ③由表可知,在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强,因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。 影响光合作用的环境因素 光照 强度 直接影响光反应的速率,光反应产生NADPH和ATP的数量多少会影响暗反应的速率 温度 影响光合作用过程,特别是影响暗反应中酶的催化效率,从而影响光合速率 CO2 浓度 CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率 矿质 元素 直接或间接影响光合作用。例如镁是叶绿素的组成成分,氮对酶的含量有影响,磷是ATP的组成成分 20.(2022·山东,21,8分,难度★★★)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。 分组 处理 甲 清水 乙 BR 丙 BR+L 　 (1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是　　　　　　。  (2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　(答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是　　　　　　　　　。  (3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制　　　　(填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过　　　　　　　　　　　　　　　发挥作用。  答案 (1)蓝紫色　(2)NADPH、ATP等的浓度不再增加　CO2的浓度有限(或其他合理答案,两空答案顺序可颠倒)　光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加 (3)减弱　促进光反应关键蛋白的合成 解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,可能的原因有NADPH和ATP等的浓度不再增加、CO2的浓度有限等;氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内,光能的吸收速率继续增加,光反应速率增强,水的光解速率继续增加。(3)与甲组相比,乙组的光合作用较强,说明加入BR后光抑制减弱;与乙组相比,丙组加入可抑制光反应关键蛋白的合成的试剂L,光合作用减弱,说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。 21.(2022·河北,19,10分,难度★★★)某品种茶树叶片呈现阶段性白化:绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色,而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。 回答下列问题。 (1)从叶片中分离叶绿体可采用　　　　法。  (2)经检测,白化过程中叶绿体合成ATP和[H]的量显著降低,其原因是  　　　　　　　(答出两点即可)。  (3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又有助于减少　　　　。  (4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于　　　　中的基因编码,需通过特定的机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于　　　　中的基因编码。  答案 (1)差速离心　(2)叶绿体内部结构解体;光合色素减少　(3)水分散失　(4)细胞核　叶绿体 解析 (1)不同细胞器的密度不同,可用差速离心法从叶片中分离出叶绿体。(2)光合作用的光反应可产生[H]和ATP,该过程中叶绿体的类囊体薄膜上的叶绿素能吸收、传递和转化光能。白化期叶绿体内部结构解体,叶绿体类囊体薄膜减少,且叶绿素等光合色素减少,光反应速率减小,故白化过程中叶绿体合成ATP和[H]的量显著降低。(3)白化过程中气孔导度下降,既能够满足光合作用对CO2的需求,又能减少水分散失,利于植物生存。(4)叶绿体属于半自主性细胞器,其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码,合成后经特定机制完成跨膜运输;其余蛋白质由存在于细胞质(叶绿体)中的基因编码。 22.(2022·辽宁,22,10分,难度★★★)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验: Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定 (1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和　　　　。在细胞中,这些光合色素分布在　　　　。  (2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见下表。 样品 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 上层 0.199 0.123 中层 0.228 0.123 下层 0.684 0.453 数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为　。  Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定 (3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。 酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。 图1 粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和　　　　。研磨时加入缓冲液的主要作用是　　　　稳定。离心后的　　　　为粗酶液。  (4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。 图2 在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为　　　　μmol·m-2·s-1(填具体数字),强光照会　　　　浒苔乙酶Y的活性。  答案 (1)类胡萝卜素　叶绿体的类囊体薄膜(或类囊体薄膜) (2)下层植物接收的光照较少,光合作用受到影响,通过提高叶绿素的含量以加强光合作用 (3)酶变性　维持pH　上清液 (4)1 800　抑制 解析 (1)浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,高等植物的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素,色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)由表中数据可知,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为下层植物接收的光照较少,光合作用受到影响,通过提高叶绿素的含量来加强光合作用。(3)粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和酶变性。缓冲液是一种能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液,故研磨时加入缓冲液的主要作用是维持pH的稳定。由于含有不溶性的细胞碎片,故离心后的上清液为粗酶液。(4)图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为1 800 μmol·m-2·s-1,中午时浒苔乙酶Y活性最低,说明强光照会抑制浒苔乙酶Y的活性。 23.(2022·浙江,27,8分,难度★★)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如下表所示。 处理 指标 光饱和点(klx) 光补偿点(lx) 低于5 klx光合曲线的斜率(mgCO2·dm-2·hr-1·klx-1) 叶绿素含量(mg·dm-2) 单株光合产量(g干重) 单株叶光合产量(g干重) 单株果实光合产量(g干重) 不遮 阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25 遮阴 2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21 遮阴 4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13 注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。 回答下列问题: (1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加　　　　　　　　　,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的　　　　　　　　　　;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低　　　　　　　　　　,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中　　　　　　　　　的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。  (2)植物的光合产物主要以　　　　　　　形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至　　　　　中。  (3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均　　　　。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为　　　　　　　(A.<2小时　B.2小时　C.4小时　D.>4小时),才能获得较高的花生产量。  答案 (1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶　(3)降低　A 解析 (1)根据实验结果可知,遮阴后叶绿素的含量明显增多。在一定的光强度范围内,植物的光合速率随光强度上升而增大。当光强度增加到某一数值之后,光合速率不再继续增大,此时的光强度称为光饱和点。光补偿点是指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。低光照下光补偿点降低。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线,所以光合曲线的斜率代表植株利用光的效率。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官;与遮阴2小时相比,遮阴4小时单株叶的光合产量不变,单株果实光合产量降低,所以较长遮阴处理下植株优先将光合产物分配至叶中。(3)遮阴2小时单株果实光合产量已经开始降低,所以在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间小于2小时,才能获得较高的花生产量。 24.(2022·广东,18,14分,难度★★★★)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图1),测定相关指标(图2),探究遮阴比例对植物的影响。 图1 图2 回答下列问题。 (1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量　　　　　,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)比较图2中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的　　　　　　　　,因而生长更快。  (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究。 实验材料:选择前期　　　　　一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。  实验方法:按图1所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以　　　　　为对照,并保证除　　　　　外其他环境条件一致。收获后分别记录各组玉米的籽粒重量。  结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案 (1)高　遮阴条件下可合成较多的叶绿素 (2)糖类等有机物　(3)光照条件　A组　遮阴程度　探究能提高作物产量的最适遮阴比例 解析 由图1可知,A组未遮阴,B组植株一半遮阴(50%遮阴),C 组全遮阴(100%遮阴)。(1)由图2可知,培养10天后,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2,C组叶绿素含量为4.7 mg/dm2,原因可能是遮阴条件下,光照强度适宜,植物合成较多的叶绿素,从而吸收较多的光能。(2)由图2中B 1组叶绿素含量为5.3 mg/dm2,B2组叶绿素含量为3.9 mg/dm2,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2;B1组净光合速率为20.5 μmolCO2/(m2·s),B2组净光合速率为7.0 μmolCO2/(m2·s),A 组净光合速率为11.8 μmolCO2/(m2·s),可推测B组玉米植株的总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 (mg/dm2),净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 (μmolCO2·m-2·s-1),两项数据显示B组均高于A组,推测B组可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。(3)分析题意可知,该实验的目的是探究B组条件下是否会提高作物产量。该实验的自变量为玉米遮阴程度,因变量为作物产量,可用籽粒重量表示。由于实验中无关变量应保持相同且适宜,故实验设计如下。实验材料:选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90 株。实验方法:按图1所示条件,分为 A、B、C 三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以A组为对照,并保证除遮阴条件外其他环境条件一致,收获后分别记录各组玉米的籽粒重量。结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论:如果B组遮阴条件下能提高作物产量,则下一步需要探究能提高作物产量的最适遮阴比例。 25.(2022·湖北,21,13分,难度★★★)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内,随光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同,研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天,在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率,结果如图1、图2和图3所示。 图1　图2 图3 注:曲线1:甲对照组,曲线2:乙对照组,曲线3:甲实验组,曲线4:乙实验组。 回答下列问题。 (1)图1中,在高浓度O3处理期间,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会　　　　(填“减小”“不变”或“增大”)。  (2)与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明　。  (3)从图3分析可得到两个结论:①O3处理75天后,甲、乙两种植物的　　　　,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物,表明　  　。  (4)实验发现,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降,为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天。若实验现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。  答案 (1)增大　(2)高浓度O3处理甲的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小　(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组　长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异　(4)A基因过量表达与表达量下降时,乙植物的净光合速率相同 解析 (1)在一定范围内,随光照强度的增加,光合速率增大,达到最大光合速率时的光照强度为光饱和点,影响光饱和点的环境因素有温度、CO2浓度。图1中,在高浓度O3处理期间,当光照强度增大到一定程度时,净光合速率不再增大,出现了光饱和现象,若适当增加环境中的CO2浓度,甲、乙植物的光饱和点会增大。(2)用某一高浓度O3连续处理甲植物不同时间,与图3相比,图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小,表明高浓度O3处理甲的时间越短,对甲植物光合作用的影响越小。(3)根据图3可知,O3处理75天后,曲线3净光合速率小于曲线1、曲线4净光合速率小于曲线2,即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组,表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制;曲线4净光合速率比曲线3下降更大,即长时间高浓度O3对乙植物的影响大于甲植物,表明长时间高浓度O3对不同种类植物的光合作用产生的抑制效果有差异。(4)根据实验可知,处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降,为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系,自变量是A基因功能,因此可以使乙植物中A基因过量表达,并用高浓度O3处理75天,比较A基因过量表达与表达量下降时的净光合速率,若两种条件下乙植物的净光合速率相同,则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。 26.(2021·浙江,27,8分,难度★★★)不同光强度下,无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲;16 h光照、8 h黑暗条件下,无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。 甲 乙 回答下列问题: (1)叶片细胞中,无机磷主要贮存于　　　　　,还存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构。光合作用过程中,磷酸基团是光反应产物　　　　　的组分,也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物　　　　　的组分。  (2)图甲的O~A段表明无机磷不是光合作用中　　　　　过程的主要限制因素。由图乙可知,光照下,与高磷相比,低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是　　　　　;不论高磷、低磷、24 h内淀粉含量的变化是　　　　　。  (3)实验可用光电比色法测定淀粉含量,其依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　。为确定叶片光合产物的去向,可采用　　　　法。  答案 (1)液泡　ATP和NADPH　三碳糖磷酸 (2)光反应　较低、较高　光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量减少　(3)淀粉遇碘显蓝色,其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比　14CO2的同位素示踪 解析 (1)无机磷被细胞吸收后,主要储存在液泡中,也存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构中。磷酸基团在光反应过程可用于合成ATP和NADPH,在暗反应过程中可用来合成三碳糖磷酸。(2)由图甲可以看出,曲线的OA段,在低磷和高磷条件下,植物净光合速率相同,说明无机磷不是光合作用中光反应的主要限制因素;分析图乙,光照下,与高磷相比较,低磷条件下蔗糖含量较低,而淀粉含量较高。在实验的24小时中,淀粉含量在高磷和低磷条件下,均表现为光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量减少。(3)光电比色法测定淀粉含量的原理是淀粉遇碘显蓝色,其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比;为确定叶片光合作用产物的去向可以采用14CO2的同位素示踪技术。 27.(2021·湖南,18,12分,难度★★★)图a为叶绿体的结构示意图,图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题: 图a 图b 注:e-表示电子 (1)图b表示图a中的　　　　　结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为　　　　　和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中电子传递速率会　　　　　(填“加快”或“减慢”)。  (2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。 相 对 值 实验 项目 叶绿体类型 叶绿体A:双层膜结构完整 叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤 叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂 叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。 据此分析: ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以　　　　　(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是　。  ②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于　　　　　,从而提高光反应速率。  ③以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释　。  答案 (1)类囊体膜　NADPH　减慢 (2)①Fecy　实验一中叶绿体B双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体时叶绿体B的放氧量明显大于叶绿体A,实验二中以DCIP为电子受体时叶绿体B的放氧量与叶绿体A无明显差异;结合所给信息:“Fecy具有亲水性,而DCIP具有亲脂性”,可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有阻碍作用　②类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能　③ATP合成酶催化ATP的合成依赖于氢离子顺浓度梯度通过囊体膜,叶绿体类囊体膜的受损程度越大,ATP的合成效率越低 解析 (1)由图可知,图b发生光合作用的光反应过程,光反应的场所为叶绿体的类囊体薄膜上,因此图b表示图a的类囊体膜;图b中,在光能的作用下,水光解产生O2、电子和氢离子,电子参与合成NADPH,氢离子跨膜运输时合成ATP;若二氧化碳浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中的电子去路受阻,电子传递速率会减慢。(2)①由表中叶绿体A和叶绿体B的实验结果可知,实验一中以Fecy为电子受体时,叶绿体B的放氧量明显大于叶绿体A,实验二中以DCIP为电子受体时叶绿体B的放氧量与叶绿体A无明显差异,结合所给信息:“Fecy具有亲水性,而DCIP具有亲脂性,说明叶绿体的双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②光合作用的色素存在于类囊体膜上且表中叶绿体C光反应速率最高,可推测叶绿体C中松散的类囊体更有利于色素吸收传递和转化光能,从而提高光反应速率。③图b中ATP合成酶催化ATP的合成依赖于氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜,叶绿体B、C、D类囊体膜受损后,影响了氢离子顺浓度梯度跨膜运输,从而使ATP的合成减少,且受损越严重,合成越少。 28.(2021·河北,19,10分,难度★★★★)为探究水和氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组,在限制水肥的条件下做如下处理:(1)对照组;(2)施氮组,补充尿素(12 g/m2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g/m2)同时补水。检测相关生理指标,结果见下表。 生理指标 对照组 施氮组 水+氮组 自由水/结合水 6.2 6.8 7.8 气孔导度/(mmol·m-2·s-1) 85 65 196 叶绿素含量/(mg·g-1) 9.8 11.8 12.6 RuBP羧化酶活性/ (μmol·h-1·g-1) 316 640 716 光合速率/(μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4 注:气孔导度反映气孔开放的程度 回答下列问题。 (1)植物细胞中自由水的生理作用包括　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的　　　　　　　　　,提高植株氮供应水平。  (2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与　　离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动　　　　　　　　两种物质的合成以及　　　的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到　　　分子上,反应形成的产物被还原为糖类。  (3)施氮同时补充水分增加了光合速率,这需要足量的CO2供应。据实验结果分析,叶肉细胞CO2供应量增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案 (1)参与化学反应、细胞内的良好溶剂、运输养料和废物等　吸收和运输　(2)镁　ATP和NADPH　H2O　C5　(3)气孔开放程度升高,CO2吸收量增加 解析 (1)细胞中自由水的生理作用包括参与化学反应、是细胞内的良好溶剂、运输养料和废物等。补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收和运输。(2)氮与Mg2+参与组成的环式结构使叶绿素能吸收光能,用于ATP、NADPH的合成及水的光解。暗反应中CO2首先与五碳化合物(C5)结合生成C3。(3)从实验结果可以看出,施氮同时补充水分时气孔导度增大,说明气孔开放程度升高,吸收CO2增多。 29.(2021·重庆,24,12分,难度★★★)GR24是新型植物激素独脚金内酯的人工合成类似物,在农业生产上合理应用可提高农作物的抗逆性和产量。 (1)某小组研究了弱光条件下GR24对番茄幼苗生长的影响,结果(均值)见下表。 处理 叶绿素 a/b 单株 干重/g 单株分 枝数/个 弱光+ 水 1.39 0.61 2.28 1.11 1.83 弱光+ GR24 1.98 0.98 2.02 1.30 1.54 ①结果表明,GR24处理使幼苗叶绿素含量上升、叶绿素a/b　　　　(填“上升”或“下降”),净光合速率　　　　,提高了幼苗对弱光的利用能力。GR24处理抑制了幼苗分枝,与该作用效应相似的另一类激素是　。  ②若幼苗长期处于弱光下,叶绿体的发育会产生适应性变化,类囊体数目会　　　　。若保持其他条件不变,适度增加光照强度,气孔开放程度会　　　　。  (2)列当是根寄生性杂草。土壤中的列当种子会被番茄根部释放的独脚金内酯诱导萌发,然后寄生在番茄根部使其减产;若缺乏宿主,则很快死亡。 ①应用GR24降低列当对番茄危害的措施为 　。  ②为获得被列当寄生可能性小的番茄品种,应筛选出释放独脚金内酯能力　　　　的植株。  答案 (1)①下降　增加　生长素　②增多　增大 (2)①在种植前用 GR24 处理土壤,促进列当种子提前萌芽,待其死亡后种植番茄　②弱 解析 (1)①根据题表中数据分析,与“弱光+水”组处理相比,“弱光+GR24”组处理使幼苗叶绿素含量上升、叶绿素a/b下降,净光合速率增加。GR24处理抑制了幼苗分枝,属于抑制侧芽生长的作用,与该作用效应相似的另一类激素是生长素,其生理作用具有两重性。②若幼苗长期处于弱光下,为适应弱光环境,植物叶绿体中类囊体数目会增多。若保持其他条件不变,适度增加光照强度,植物对二氧化碳的需求增加,气孔开放程度会增大。(2)①根据题意,独脚金内酯可以诱导列当种子萌发,列当种子萌发后若缺乏宿主,会很快死亡,故可以在种植前用GR24处理土壤,促进土壤中的列当种子萌芽,待其死亡后再种植番茄。②为获得被列当寄生可能性小的番茄品种,应筛选出释放独脚金内酯能力弱的植株,以减少列当种子萌发的概率。 30.(2020·全国1,30,10分,难度★★)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。 (1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有  　(答出2点即可)。  (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是  　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。  (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是　　　　　　　,选择这两种作物的理由是　    　。  作　　物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/〔μmol·(m2·s)-1〕 1 200 1 180 560 623 答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用　(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用 解析 (1)中耕能够除去杂草,减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的竞争;可以增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用,进而促进根对矿质元素的吸收;促进土壤微生物对腐殖质的分解,加速物质的循环利用。(2)浇水可以降低土壤溶液的浓度,防止植物因过度失水而死亡;肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收。(3)不同株高的农作物间作可避免相互遮挡,且植株高的农作物接收的光照多,光饱和点应较高,植株矮的农作物接收的光照少,光饱和点应较低。结合表中信息可知,A和C符合条件。 31.(2020·北京,19,12分,难度★★★★)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。 创建D1合成新途径,提高植物光合效率 植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PSⅡ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSⅡ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PSⅡ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSⅡ的修复,进而影响光合效率。 叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。 近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。 该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。 (1)光合作用的　　　　反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与　　　　形成的复合体吸收、传递并转化光能。  (2)运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。   　。  (3)若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是:  　。  (4)对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括　　　　。  A.细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位 B.细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同 C.细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译 D.细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同 E.细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同 答案 (1)光　叶绿体的色素　(2)①高温导致ROS积累,使D1受到破坏;②ROS积累抑制了psbA mRNA的翻译,影响了D1的合成　(3)提高了光能利用率和植物的净光合作用速率,使植物增产　(4)ABC 解析 (1)叶绿素分布在叶绿体基粒膜上,叶绿体基粒膜上和叶绿体基质中含有光合作用需要的酶。光合作用的光反应过程在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与叶绿体的色素形成复合体。(2)根据信息“高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积,相对于组成PSⅡ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏,编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程”可知,高温导致D1不足的原因有①高温导致ROS积累,使D1受到破坏;②ROS积累抑制了psbA mRNA的翻译过程,影响了D1的合成。(3)根据信息“与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著,提高转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高”可知,选择高温相应启动子psbA基因表达的优点是提高了光能利用率和植物的净光合作用速率,使植物增产。(4)D1合成双途径知①编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,所以D1在叶绿体中编码合成;②将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中,所以D1也可以通过细胞核基因编码控制合成。根据以上分析,细胞原有的基因位于叶绿体中,而补充的psbA基因位于细胞核中,A正确;细胞原有的转录场所在叶绿体,而补充的D1的mRNA转录场所在细胞核中,B正确;细胞原有的的翻译场所在位于叶绿体的核糖体上进行,而补充的D1在位于细胞质中的核糖体进行翻译过程,C正确;细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所都是在叶绿体中合成PSⅡ,D错误;E根据D项分析,二者作用都是去合成PSⅡ,E错误。 32.(2020·海南,21,9分,难度★★★)在晴朗无云的夏日,某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化,结果如图。回答下列问题。 (1)据图分析,与10时相比,7时蔬菜的光合作用强度低,此时,主要的外界限制因素是　　　　;从10时到12时,该蔬菜的光合作用强度　　　　。  (2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度,小组成员将菜地分成A、B两块,10~14时在A菜地上方遮阳,B菜地不遮阳,其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高,主要原因是  　。  (3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖,测得棚内温度比B菜地高,一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比,C菜地蔬菜产量低,从光合作用和呼吸作用的原理分析,原因是  　。  答案 (1)光照强度　降低　(2)B地光照强度过高,导致蔬菜气孔关闭,二氧化碳吸收受阻,光合作用速率降低　(3)C的温度上升,光合作用有关酶活性下降,呼吸作用有关酶活性增加,C的净光合作用降低,产量下降,因此C的蔬菜产量低于B 解析 (1)光合作用强度在一定范围内随光照强度的增加而增加,与10时比,7时光照强度弱,此时,影响光合作用的主要因素是光照强度;从10时到12时,光照强度过强,气孔关闭影响光合作用的暗反应,光合作用强度降低。(2)光合作用强度在一定范围内随光照强度的增加而增加,当光照强度持续增加同时温度上升,会对植物蒸腾作用过强,细胞失水,部分气孔关闭,导致植物从外界吸收二氧化碳受阻,植物暗反应受到限制,光合作用强度降低。(3)植物的产量即有机物的积累是植物一天光合作用的产物减去呼吸作用所消耗的有机物,故净光合作用产量=光合作用总产量-呼吸作用消耗量。当温度升高后,与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低,光合作用强度降低,呼吸作用有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度,呼吸速率上升,最终导致净光合速率降低,蔬菜的有机物积累减少,产量降低。 33.(2020·天津,13,10分,难度★★★)鬼箭锦鸡儿(灌木)和紫羊茅(草本)是高寒草甸生态系统的常见植物。科研人员分别模拟了温室效应加剧对两种植物各自生长的影响。研究结果见下图。 据图回答: (1)CO2浓度和温度都会影响光合作用。植物通过光合作用将大气中的CO2转变为有机物,同时将光能转变为有机物中的化学能,体现了植物在生态系统　　　　　　　　和　　　　　　　　中的重要作用。  (2)本研究中,仅CO2浓度升高对两种植物的影响分别为　　　　　　　　　　　　　,仅温度升高对两种植物的影响分别为　    　。  (3)两个实验的C2T2组研究结果表明温室效应加剧对两种植物各自生长的影响不同。科研人员据此推测,在群落水平,温室效应加剧可能会导致生活在同一高寒草甸中的这两种植物比例发生改变。为验证该推测是否成立,应做进一步实验。请给出简单的实验设计思路:  　。若推测成立,  说明温室效应加剧可能影响群落　　　　的速度与方向。  答案 (1)物质循环　能量流动　(2)促进两种植物生长　抑制鬼箭锦鸡儿生长,促进紫羊茅生长 (3)将紫羊茅与鬼箭锦鸡儿种在一起,比较温室效应加剧前后相对生物量的变化　演替 解析 (1)植物利用光合作用将大气中的CO2转变为含碳有机物,参与了碳循环过程,光合作用将光能转变为有机物中的化学能,这是生态系统能量流动中的重要环节,以上体现了植物在生态系统物质循环和能量流动中的重要作用。(2)CO2是光合作用的原料,从图中信息可以看出,与对照组相比,仅CO2浓度升高可提高题干中两种植物的光合作用强度,从而促进两种植物生长。与对照组相比,仅温度升高,不利于鬼箭锦鸡儿的生长,但有利于紫羊茅的生长。(3)要在群落水平上验证温室效应加剧对同一区域两种植物比例的影响,可将题中两种植物种植在同一区域,比较温室效应加剧前后二者相对生物量的变化。如果温室效应加剧,同一区域两种植物比例发生较大变化,说明温室效应加剧可影响群落演替的速度和方向。 34.(2019·全国1,29,12分,难度★★)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,植物根细胞中溶质浓度增大,渗透压增大,吸水能力增强。(2)经干旱处理后,叶片气孔开度减小,从外界吸收的CO2减少,暗反应减弱,光合速率下降。(3)实验目的是验证“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”,应设计两组对照实验:正常条件与干旱条件对ABA缺失突变体植株气孔开度的影响;干旱条件下,ABA的有无对ABA缺失突变体植株气孔开度的影响。只有前者的气孔开度一致,后者ABA处理组的气孔开度大于对照组,才可验证上述结论。 35.(2017·江苏,29,9分,难度★★★★)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题。 图1 图2 (1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量　　　　,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)图1中影响光合放氧速率的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中　　　　　的干扰。  (3)图1在反应室中加入NaHCO3 的主要作用是　　　　　　　　。若提高反应液中NaHCO3 浓度,果肉放氧速率的变化是　　　　　　　　(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。  (4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15~20 min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是  　;  若在20 min 后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有　　　　　　　　　(填序号:①C5　②ATP　③[H]　④C3),可推测20~25 min 曲线的斜率为　　　　(填“正值”“负值”或“零”)。  答案 (1)CaCO3　光合色素溶解在乙醇中 (2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度　溶解氧 (3)提供CO2　增大后稳定 (4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等　①②③　负值 解析 (1)提取叶绿体色素时,加入CaCO3研磨的目的是防止叶绿体色素被破坏。果肉薄片中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故果肉薄片长时间浸泡在乙醇中会因叶绿体色素溶解在乙醇中而变白。(2)测定放氧速率时,应排除反应液中溶解氧的干扰。(3)反应室中加入NaHCO3的目的是为植物的光合作用提供原料CO2。若提高NaHCO3浓度,在一定范围内光合作用逐渐增强,超过一定浓度,光合作用不再增大,故放氧速率的变化是增大后稳定。(4)由图2可知15~20 min O2浓度不变,说明光合作用强度与细胞呼吸强度相等,光合作用释放的O2量与细胞呼吸消耗的O2量相等。若突然停止光照,光反应产物NADPH、ATP的产生减少,C3的还原减慢,C5的消耗不变,故C5、ATP、NADPH的含量下降。20 min 时光合作用强度与细胞呼吸强度相等,20 min后停止光照,则光合作用强度减小,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度,20~25 min曲线下降,斜率为负值。 36.(2016·江苏,32,8分,难度★★★★)为了选择适宜栽种的作物品种,研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点,结果如图1和图2。请回答以下问题。 (1)最适宜在果树林下套种的品种是　,  最适应较高光强的品种是　　　　　　　。  (2)增加环境中CO2浓度后,测得S2的光饱和点显著提高,但S3的光饱和点却没有显著改变,原因可能是在超过原光饱和点的光强下,S2的光反应产生了过剩的　　　　　　　,而S3在光饱和点时可能　　　　　　　　(填序号)。  ①光反应已基本饱和　②暗反应已基本饱和 ③光、暗反应都已基本饱和 (3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2,也参与叶绿体中生物大分子　　　　　　　的合成。  (4)在光合作用过程中,CO2与RuBP(五碳化合物)结合的直接产物是磷酸丙糖(TP),TP的去向主要有三个。下图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。 淀粉是暂时存储的光合作用产物,其合成场所应该在叶绿体的　　　　　　　。淀粉运出叶绿体时先水解成TP或　　　　　　　,后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中,合成由　　　　　　　　糖构成的蔗糖,运出叶肉细胞。  答案 (1)S2　S3 (2)ATP和NADPH　①②③ (3)核酸、蛋白质 (4)基质中　葡萄糖　葡萄糖和果 解析 (1)由图1和图2知,S2的光补偿点和光饱和点均最低,果树林下光照较弱,故其最适宜在果树林下套种,而S3的光饱和点最高,故其最适应较高光强。(2)CO2参与暗反应,增加环境中CO2浓度后,测得S2的光饱和点显著提高,说明在超过原光饱和点的光强下,是CO2浓度限制了光合作用强度,S2的光反应产生了过剩的NADPH和ATP。S3的光饱和点却没有显著改变,原因可能是光反应已基本饱和,暗反应已基本饱和或光、暗反应均已基本饱和。(3)叶绿体中生物大分子核酸、蛋白质的合成也需要光反应产生的能量。(4)淀粉的合成场所是叶绿体基质,根据图示,叶绿体膜上存在六碳糖载体,淀粉运出叶绿体时先水解成TP或葡萄糖,后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中。蔗糖由葡萄糖和果糖缩合而成。 考点21光合作用和细胞呼吸的综合考查　 1.(2023·湖北,11,2分,难度★★★)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是 (D) A.呼吸作用变强,消耗大量养分 B.光合作用强度减弱,有机物合成减少 C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫 D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少 解析 高温会刺激植物的呼吸作用加快,导致养分的供应不足,影响植物的生长和产量,A项正确。高温条件下,光合作用中的酶活性受到抑制,光能转化为化学能的效率下降,从而限制了植物的生长和产量,B项正确。高温会加强植物的蒸腾作用,导致水分的流失加剧,容易出现萎蔫和水分胁迫的情况,C项正确。在高温下,由叶绿素降解导致光反应生成的NADPH和ATP减少,D项错误。 2.(2023·天津,9,4分,难度★★★)下图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图,关于此图说法错误的是 (B) A.HC经主动运输进入细胞质基质 B.HC通过通道蛋白进入叶绿体基质 C.光反应生成的H+促进了HC进入类囊体 D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应 解析 据图可知,HC进入细胞质基质需要载体蛋白协助和线粒体产生的ATP供能,属于主动运输,A正确;图中HC进入叶绿体基质也需要载体蛋白协助和线粒体产生的ATP供能,属于主动运输,通道蛋白只能参与协助扩散,B错误;图中光反应中水光解产生的H+(氢源)作用于载体蛋白促进HC进入类囊体,C正确;据图可知,光反应生成的物质X为O2,可促进线粒体的有氧呼吸,使其产生更多的ATP,有利于HC进入叶绿体基质产生CO2,保证暗反应的CO2供应,D正确。 3.(2022·全国乙,2,6分,难度★★)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是 (D) A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率 B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定 C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率 D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率 解析 适宜且恒定的温度和光照条件下,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内O2含量逐渐升高,CO2含量逐渐降低,光合速率逐渐降低,呼吸速率逐渐升高,A、B、C三项错误; 容器内CO2浓度保持相对稳定时,光合速率等于呼吸速率, D项正确。 4.(2021·山东,16,3分,难度★★)(多选)关于细胞中的H2O和O2,下列说法正确的是 (ABD) A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生 B.有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O C.植物细胞产生的O2只能来自光合作用 D.光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O 解析 葡萄糖是单糖,通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成,A项正确;有氧呼吸第二阶段发生的反应是丙酮酸与水在酶的催化下,生成二氧化碳和[H],并释放少量的能量,B项正确;有些植物细胞含有过氧化氢酶(例如土豆),可以分解过氧化氢生成O2,因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用,C项错误;光反应阶段水的分解产生氧气,故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O,D项正确。 5.(2021·广东,15,4分,难度★★★★)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 (D) a b A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度) B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度) C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 解析 由题图可知,t1的叶绿体相对受光面积大于t2,因此,t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知,叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关,C项正确。由题图可知,三者光合速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。 6.(2019·海南,12,2分,难度★)下列关于绿色植物的叙述,错误的是 (B) A.植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸 B.植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的 C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降 D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用 解析 有氧呼吸不需要光照,植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸,A项正确;植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的,如细胞质基质和线粒体基质也可以合成ATP,B项错误;合成叶绿素需要光照,遮光培养会导致光照减弱,叶肉细胞的叶绿素含量会下降,C项正确;植物幼茎的绿色部分含有叶绿体,能进行光合作用,所有的活细胞都能进行呼吸作用,D项正确。 7.(2019·天津,2,6分,难度★★)下列过程需ATP水解提供能量的是 (B) A.唾液淀粉酶水解淀粉 B.生长素的极性运输 C.光反应阶段中水在光下分解 D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段 解析 唾液淀粉酶水解淀粉,形成麦芽糖,不需要ATP水解提供能量,A项错误;生长素的极性运输是主动运输,在幼嫩组织中从形态学上端运到形态学下端,需要ATP提供能量,B项正确;光反应阶段中水在光下分解,需要光能,不需要ATP水解提供能量,C项错误;乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸转化成乳酸,不需要ATP水解提供能量,D项错误。 8.(2018·浙江,26,2分,难度★★★)各取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)数株,分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3,24 h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素),测得未胁迫和胁迫8 h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是(D) A.寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上[H]的传递 B.寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体的基质 C.转Z基因提高光合作用的效率,且增加寡霉素对光合速率的抑制作用 D.喷施NaHSO3促进光合作用,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降 解析 寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性,细胞呼吸合成ATP的场所在细胞溶胶、线粒体的基质和内膜上,A项错误;光合作用在叶绿体的类囊体膜中合成ATP,B项错误;第2组和第5组对照可以看出转Z基因降低寡霉素对光合速率的抑制作用,C项错误;第1组和第3组白色柱形图对比,可以看出喷施NaHSO3促进光合作用;第1组和第3组黑色柱形图对比,可以看出喷施NaHSO3减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降;同理从第4组和第6组对照中也可以得出相同的结论,D项正确。 9.(2024·全国甲,29,10分,难度★★★)在自然条件下,某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,叶片有机物积累速率　　　　　(填“相等”或“不相等”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)在温度d时,该植物体的干重会减少,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是  　。(答出一点即可)  (4)通常情况下,为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在　最大时的温度。  答案 (1)不相等　叶片在温度a和c时的呼吸速率不相等 (2)在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,但该植物体某些不进行光合作用的部分(如根部细胞等)要进行细胞呼吸消耗有机物 (3)温度过高,暗反应中酶的活性下降(或温度过高,导致部分气孔关闭,CO2供应不足) (4)光合速率和呼吸速率差值 解析 (1)叶片有机物积累速率是叶片光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物的差值,虽然该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,但呼吸速率不相等,所以叶片有机物积累速率不相等。(2)在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,即光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物相等,但该植物体有些细胞不进行光合作用(如根部细胞),要进行细胞呼吸消耗有机物,所以植物体的干重会减少。(3)影响暗反应速率的因素有温度、CO2浓度等。温度超过b时,暗反应中酶的活性下降,导致暗反应速率降低,且为了降低蒸腾作用,部分气孔关闭,使CO2供应不足,进而导致暗反应速率降低。(4)为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度,有利于有机物的积累。 10.(2024·全国新课标,31,12分,难度★★★) 某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。 (1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)光照t时间时,a组CO2浓度　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)b组。  (3)若延长光照时间,c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是　　　　组,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会　　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。  答案 (1)红光和蓝紫光　高等植物体内的叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 (2)大于 (3)b　a、b、c组的呼吸速率相同;a组O2浓度不变,所以光合速率等于呼吸速率,b组由于O2浓度增加,所以光合速率大于呼吸速率,c组O2浓度不再增加,说明光合速率等于呼吸速率,因此,b组光合速率最大 (4)升高 解析 (1)高等植物体内的叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。因此,高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光。 (2)光照t时间时,a组O2浓度小于b组,说明a组光合作用吸收的CO2少于b组,a组CO2浓度大于b组。 (3)由题意和题图可知,a、b、c组的呼吸速率相同。延长光照时间,c组O2浓度不再增加,说明c组光合速率等于呼吸速率;a组O2浓度没有变化,说明光合速率等于呼吸速率;b组O2浓度增加,说明光合速率大于呼吸速率。 (4)d组O2浓度等于c组是由于密闭装置中CO2的限制,此时光合速率等于呼吸速率。将d组密闭装置打开后,提供了更多的CO2,此时以c组光照强度继续照光,可以使幼苗光合速率升高。 11.(2024·吉林,21,12分,难度★★★★)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3,当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中的主要物质变化如图1所示。 在叶绿体中:C5+CO22C3　　　　　　① C5+O2C3+C2 ② 在线粒体中: 2C2+BAD'C3+CO2+NADH+H+ ③ 注:C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。 图1 光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是　　　　　　　　　　过程。  (2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　。  (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3所示。图2中植物光合作用所需CO2的来源除了有外界环境,还有　　　　　　和　　　　　　　　(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT的净光合速率逐渐产生差异,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。据图3中的数据　　　　(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  图2 图3 答案 (1)CO2的固定 (2)细胞质基质　线粒体基质(两空答案可对调) (3)光呼吸　呼吸作用(两空答案可对调)　株系1和2导入了改变光呼吸的基因,光呼吸强度发生改变,因为光呼吸能将已经同化的碳释放,故株系1和2与WT的净光合速率产生差异　不能　除了净光合速率,总光合速率还与呼吸速率、光呼吸速率有关,从图3无法得出呼吸速率和光呼吸速率,所以不能计算出株系1的总光合速率 (4)在相同光照强度和CO2浓度下,株系1与株系2和WT相比,株系1的净光合速率最大 解析 (1)由反应式①可知,这个过程在叶绿体基质中进行,称为CO2的固定。(2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸有三个阶段,第一阶段在细胞质基质中进行,产物为丙酮酸和NADH;第二阶段在线粒体基质中进行,产物为CO2和NADH;第三阶段在线粒体内膜上进行,产物为水,故以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(3)由题干可知,光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程,再根据题图2和题图3可以判断出净光合速率的大小与光照强度以及CO2浓度的关系,从而进行解题。(4)由题图2可知,在相同光照条件下,株系1的净光合速率最大;由题图3可知,在相同CO2浓度下,株系1的净光合速率最大。 12.(2023·湖南,17,12分,难度★★★)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1(Km越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化RuBP与CO2反应,进行卡尔文循环,又可催化RuBP与O2反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题: (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　　　　(填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　　　　　　(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过　　　　　　　长距离运输到其他组织器官。  (2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度　　　　(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是　    　(答出三点即可)。  (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是    　(答出三点即可)。  答案 (1)3-磷酸甘油醛　蔗糖　韧皮部 (2)高于　高光照强度环境下,玉米可以将光合产物及时转移;玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更大;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;水稻体内光合色素的量有限 解析 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然CO2的来源不同,但其卡尔文循环的过程是相同的,结合水稻的卡尔文循环图解,可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸,然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉,在叶绿体外被转化成蔗糖,蔗糖是植物长距离运输的主要糖类,通过韧皮部运输。(2)干旱、高光照强度会导致植物气孔关闭,植物吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力较大,可以利用低浓度的CO2进行光合作用,同时抑制植物的光呼吸,且玉米能将叶绿体内的光合产物及时转移出细胞。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞,只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度,而植物的光合作用强度受到很多因素的影响。在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高,其原因可能是水稻的酶活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物质含量的限制,水稻体内光合色素的量有限等。 13.(2023·北京,20,12分,难度★★★★)学习以下材料,回答(1)~(4)题。 调控植物细胞活性氧产生机制的新发现 能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中,线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生,活性氧可以调控细胞代谢,并与细胞凋亡有关。 我国科学家发现一个拟南芥突变体m(M基因突变为m基因),在受到长时间连续光照时,植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比,突变体m中M酶活性下降,脂肪酸含量显著降低。 为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因,研究人员以诱变剂处理突变体m,筛选不表现细胞凋亡,但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析,发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物Ⅰ(催化有氧呼吸第三阶段的酶)等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径(如图):A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质,从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中,在mMDH酶的作用下产生NADH([H])和B酸,NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。 在上述研究中,科学家从拟南芥突变体m入手,揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸—B酸循环途径。对A酸—B酸循环的进一步研究,将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。 (1)叶绿体通过　　　　　作用将CO2转化为糖。从文中可知,叶绿体也可以合成脂肪的组分　　　　　。  (2)结合文中图示分析,M基因突变为m后,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。  (3)请将下列各项的序号排序,以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路:　　　　　　　　　。  ①确定相应蛋白的细胞定位和功能 ②用诱变剂处理突变体m ③鉴定相关基因 ④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株 (4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容,请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明。    　。  答案 (1)光合　　脂肪酸 (2)长时间光照促进叶绿体产生NADH,M酶活性降低,pMDH酶催化B酸转化为A酸 (3)②④①③ (4)叶绿体产生的A酸通过载体蛋白运输到线粒体,线粒体代谢产生的B酸,又通过载体蛋白返回到叶绿体,从而维持A酸—B酸的稳态与平衡 解析 (1)叶绿体通过光合作用将CO2转化为糖。由题图可知,M基因编码的M酶在叶绿体中能催化脂肪酸合成。 (2)M基因突变为m后,突变体m中M酶活性下降,结合题图分析可知,植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是:长时间光照促进叶绿体产生NADH,M酶活性降低,pMDH酶催化B酸转化为A酸,A酸转运到线粒体,最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。 (3)本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路:②用诱变剂处理突变体m,④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株,①确定相应蛋白的细胞定位和功能,③鉴定相关基因,即正确顺序为②④①③。 (4)由题图分析可知,叶绿体产生的A酸通过载体蛋白运输到线粒体,线粒体代谢产生的B酸,又通过载体蛋白返回到叶绿体,从而维持A酸—B酸的稳态与平衡。 14.(2022·天津,16,10分,难度★★)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料,有助于实现“双碳”目标。 (1)蓝细菌是原核生物,细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于　　　　和　　　　等生理过程,为各项生命活动提供能量。  (2)蓝细菌可通过D-乳酸脱氢酶(Ldh),利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌,以期提高D-乳酸产量,但结果并不理想。分析发现,是由于细胞质中的NADH被大量用于　　　　作用产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。  (3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K,以补充ATP产量,使更多NADH用于生成D-乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量,结果如下表。 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 注:数据单位为pmol/OD730。 由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的ATP含量升高,且有氧呼吸第三阶段　　　　　　,光反应中的水光解　　　　。(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)  (4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L。与初始蓝细菌相比,工程菌L能积累更多D-乳酸,是因为其　　　　(双选)。  A.光合作用产生了更多ATP B.光合作用产生了更多NADPH C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH 答案 (1)光合作用　细胞呼吸　(2)有氧呼吸　(3)被抑制　不受影响　(4)AD 解析 (1)光合作用的光反应和细胞呼吸过程都可以产生ATP,蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素,能够进行光合作用,也能进行细胞呼吸,产生NADH和丙酮酸等中间代谢物,因此蓝细菌内的ATP来源于光合作用和细胞呼吸等生理过程。(2)有氧呼吸的前两个阶段产生NADH,第三阶段中前两个阶段产生的NADH与氧气结合形成水,同时释放大量能量,因此蓝细菌中细胞质中的NADH可被大量用于有氧呼吸第三阶段产生ATP,无法为Ldh提供充足的NADH。(3)NADH是有氧呼吸前两个阶段的产物,在第三阶段被消耗,NADPH是光合作用光反应的产物。由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌K的NADH含量较高,NADPH含量相同,说明其有氧呼吸第三阶段被抑制,光反应中的水光解不受影响。(4)工程菌K存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径,能使更多NADH用于生成D-乳酸,把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L,光合作用产生了更多ATP,为各项生命活动提供能量,这样有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH,工程菌L就能利用NADH将丙酮酸还原为D-乳酸,能积累更多D-乳酸,A、D两项正确。 15.(2022·湖南,17,12分,难度★★)将经纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床,作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8~10 μmol/(s·m2)时,固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量;日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒,浸种1天后,播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中,保湿透气,昼/夜温为35 ℃/25 ℃,光照强度为2 μmol/(s·m2),每天光照时长为14小时。回答下列问题。 (1)在此条件下,该水稻种子　　　　　(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米,至少1片绿叶视为成苗),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),其他条件与上述实验相同,该水稻　　　　　(填“能”或“不能”)繁育出新的种子,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。  (3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田),为防鸟害、鼠害,减少杂草生长,须灌水覆盖,该种子应具有　　　　　特性。  答案 (1)能　环境条件符合种子萌发的需要　(2)不能　光照强度为10 μmol/(s·m2),植物呼吸作用强度等于光合作用强度,不能正常生长;同时,光照时长为14小时,植物也不能正常开花 (3)耐受酒精毒害 解析 (1)环境条件符合种子萌发的需要,该水稻种子能正常萌发并成苗。(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于题述沙床上,光照强度为10 μmol/(s·m2),该水稻不能正常生长,光照时长为14小时,植物也不能正常开花,故也不能繁育出新的种子。(3)灌水覆盖后,水中的氧浓度较低,种子会进行无氧呼吸产生酒精,酒精对种子有一定的毒害作用,因此种子需有耐受酒精毒害的特性。 16.(2021·海南,21,10分,难度★★)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。 (1)植物工厂用营养液培植生菜过程中,需定时向营养液通入空气,目的是　　　　　　　;除通气外,还需更换营养液,其主要原因是  　。  (2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜,选用红蓝光的依据是　　　　　。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图,培植区的光照强度应设置在　　　　　点所对应的光照强度;为提高生菜产量,可在培植区适当提高CO2浓度,该条件下B点的移动方向是　。  (3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h,研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响,结果如右图,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度　　　　　;若将培植区的温度从T5调至T6,培植24 h后,与调温前相比,生菜植株的有机物积累量　　　　　。  答案 (1)促进生菜根部细胞呼吸　为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长　(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光可以提高植物的光合作用,从而提高生菜的产量　B　右上方　(3)低　减少 解析 (1)生菜长期在液体的环境中,根得不到充足的氧,影响细胞呼吸,给营养液通入空气目的是促进生菜根部细胞呼吸;营养液中的无机盐在培植生菜的过程中会被大量吸收,因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐,以保证生菜的正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用,从而提高生菜的产量;B点为光饱和点对应的最大光合速率,因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度,适当提高CO2浓度则B点向右上方移动。(3)在此曲线中光合速率的最适温度为T5,光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低,若将培植区的温度从T5调至T6,导致光合速率减小而呼吸速率增大,生菜植物的有机物积累量将减少。 17.(2021·江苏,20,11分,难度★★)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径,虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”,请据图回答下列问题。 (1)叶绿体在　　　　　上将光能转变成化学能,参与这一过程的两类色素是　　　　　。  (2)光合作用时,CO2与C5结合产生三碳酸,继而还原成三碳糖(C3),为维持光合作用持续进行,部分新合成的C3必须用于再生　　　　　;运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖,运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了　　　　　个CO2分子。  (3)在光照过强时,细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能,避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的　　　　　中的还原能输出叶绿体,并经线粒体转化为　　　　　中的化学能。  (4)为研究线粒体对光合作用的影响,用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦,实验方法是:取培养10~14d大麦苗,将其茎漫入添加了不同浓度寡霉素的水中,通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后,测定,计算光合放氧速率(单位为μmolO2·mg-1chl·h-1,chl为叶绿素)。请完成下表。 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水,需先溶于丙酮,配制高浓度母液,再用丙酮稀释成不同药物浓度,用于加入水中 续表 实验步骤的目的 简要操作过程 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①　　　　  ②　　　　  对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③　　　　  称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定 答案 (1)类囊体薄膜　叶绿素、类胡萝卜素　(2)C5　12　(3)NADPH　ATP　(4)在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮　减少叶片差异造成的误差　叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量) 解析 (1)光反应场所为叶绿体的类囊体薄膜,将光能转变成化学能,参与该反应的光合色素是叶绿素、类胡萝卜素。(2)暗反应中部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用;一分子蔗糖含12个C原子,C5含有5个碳原子,固定1个CO2合成1个C3,因为还要再生出C5,故需要12个CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起还原剂的作用,含有还原能,细胞呼吸过程中能量释放用于合成ATP中的化学能和热能。(4)对照组是在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片,加乙醇研磨,定容,离心,取上清液测定其中叶绿素的含量。 18.(2021·福建,17,12分,难度★★)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化,影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类,生长速度快,一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验,结果如下图所示。 图1 图2 回答下列问题: (1)本实验的目的是探究在一定光照强度下,　　　　　。  (2)ATP水解酶的主要功能是　　　　　。ATP水解酶活性可通过测定　　　　　表示。  (3)由图1、2可知,在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,因而细胞　　　　　增强,导致有机物消耗增加。  (4)由图2可知,大气CO2条件下,高磷浓度能　　　　　龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化,有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是　　　　　。  答案 (1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响 (2)催化ATP水解　单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量 (3)呼吸作用 (4)提高　龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态 解析 (1)本实验研究CO2浓度和磷浓度对龙须菜生长的影响,故自变量是CO2浓度和磷浓度,因变量为海洋藻类龙须菜的生长状况,本实验目的是探究在一定光照强度下,不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。(2)酶具有专一性,ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解;酶活性可通过产物的生成量或底物的消耗量进行测定,由于ATP的水解产物是ADP和Pi,故ATP水解酶活性可通过测定单位时间磷酸的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量。(3)在较强的光照强度下,HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低,推测原因是在酸化环境中,龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素,矿质元素的吸收需要能量,因而细胞呼吸增强,导致有机物消耗增加。(4)由图2可知,大气CO2条件(LC组)下,HP组(高磷浓度)的净光合速率>LP组(低磷浓度)的净光合速率,故推测高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率;结合以上研究结果,从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长,收获经济效益的同时,能降低海水中的磷等矿质元素的浓度,保护海洋生态。 19.(2020·全国3,29,9分,难度★★★)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。 反应部位 (1)　　　　　　　　  叶绿体的 类囊体膜 线粒体 反应物 葡萄糖 / 丙酮 酸等 反应名称 (2)  光合作用 的光反应 合成ATP 的能量来源 化学能 (3)　　　　　  化学能 终产物 (除ATP外) 乙醇、CO2 (4)　　　　　  (5)      答案 (1)细胞质基质　(2)无氧呼吸　(3)光能 (4)O2、NADPH　(5)H2O、CO2 解析 能产生ATP、乙醇、CO2的生理过程为无氧呼吸,无氧呼吸的场所为细胞质基质。叶绿体的类囊体膜是光合作用光反应的场所,光反应是指叶绿体中的色素吸收光能,将水分解成O2和H+,NADP+和H+反应生成NADPH,并将光能转化为ATP中的化学能。线粒体是有氧呼吸第二、第三阶段的场所,有氧呼吸的最终产物除ATP外,还有H2O和CO2。 20.(2018·江苏,29,9分,难度★★★)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图,请回答下列问题。 (1)甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为　　　　　　　　　　　,其中大多数高等植物的　　　　　　需在光照条件下合成。  (2)在甲发育形成过程中,细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到甲内,在　　　　　　　　(填场所)组装;核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内,在　　　　　　(填场所)组装。  (3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为　　　　　　后进入乙,继而在乙的　　　　　　(填场所)彻底氧化分解成CO2;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成NADPH,NADPH中的能量最终可在乙的　　　　　　(填场所)转移到ATP中。  (4)乙产生的ATP被甲利用时,可参与的代谢过程包括　　　　　　(填序号)。  ①C3的还原　②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2　④酶的合成 答案 (1)叶绿素、类胡萝卜素　叶绿素 (2)类囊体膜上　基质中 (3)丙酮酸　基质中　内膜上 (4)①②④ 解析 (1)甲为叶绿体﹐与光合作用有关的色素包括叶绿素、类胡萝卜素,其中叶绿素的合成需要光照条件。(2)光反应发生在类囊体膜上,与光反应有关的中心蛋白应该被组装在类囊体膜上;Rubisco(催化CO2固定的酶)是暗反应过程需要的酶,暗反应发生在叶绿体基质中,Rubisco(催化CO2固定的酶)的小亚基应在叶绿体基质中组装。(3)丙酮酸可以进入线粒体参与有氧呼吸第二、三阶段的反应;丙酮酸被分解成二氧化碳发生在线粒体基质中;有氧呼吸前两阶段产生的[H]在线粒体内膜上与氧气结合,生成水的同时产生能量,其中一部分能量转移到ATP中。NADPH中的能量最终可在线粒体内膜上被利用。(4)光合作用的暗反应阶段C3化合物的还原需要ATP;某些物质的运输以及蛋白质的合成也需要ATP供能;H2O裂解释放O2发生在光反应阶段,该阶段不消耗ATP。 学科网（北京）股份有限公司 $$