专题6 光合作用与能量转化-【十年高考】备战2026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 2016~2020年 2021年 2022年 2023年 2024年 2025年 合计 18.捕获光能的色素和结构 0 2 1 3 3 2 11 19.光合作用的原理 1 5 2 1 1 0 10 20.影响光合作用的因素及其应用 0 4 6 7 6 2 25 21.光合作用与呼吸作用的综合考查 0 4 2 4 9 7 26 命题热度 本专题命题热度非常高() 课程标准 备考策略 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能 　　近几年高考试题以非选择题为主,主要围绕光合色素的提取和分离、色素的吸收光谱、光合作用过程的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素(内因和外因)、光合作用与呼吸作用的综合考查。试题围绕生产生活实践,设置情境,考查考生的结构与功能观、物质与能量观等生命观念,考查获取和加工信息、分析与推理、归纳与概括等科学思维能力。 在高考备考中,考生应该注重基础知识的记忆和理解,通过图表分析光合作用的光反应和暗反应阶段的物质能量变化等构建核心概念,并将光照、水分、低温和盐碱胁迫等因素对光合作用的影响进行分析描述,训练自己的过程分析能力和长句表达能力。 教学活动:(1)提取和分离叶绿体色素;(2)探究不同环境因素对光合作用的影响 考点18捕获光能的色素和结构答案P323　 1.(2025·山东,13,2分,难度★★★)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是 (　　) A.应使用干燥的定性滤纸 B.绿叶需烘干后再提取色素 C.重复画线前需等待滤液细线干燥 D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代 2.(2024·广东,3,2分,难度★★)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是 (　　) A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B.研磨时用水补充损失的提取液 C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D.用过的层析液直接倒入下水道 3.(2024·贵州,3,3分,难度★★)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是 (　　) A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 4.(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 (　　) 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 5.(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 (　　) 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 6.(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 (　　) 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 7.(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 (　　) 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 8.(2021·河北,3,2分,难度★★)下列关于生物学实验的叙述,错误的是 (　　) 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 9.(2025·江苏,21,10分,难度★★★)科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题。 (1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破　　　　膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入　　　溶液重新悬浮,并保存备用。  (2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的　　　　　溶液中,混匀后,测定出叶绿素浓度为3 μg/mL,则类囊体的浓度为　　　　μg/mL。  (3)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)已知荧光素PY的强弱与pH大小呈正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度　　　　　　　(填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有　　　　　　　　。  (5)在光反应研究的基础上,利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究,理论上还需要的物质有　。  10.(2024·甘肃,17,11分,难度★★★★)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。 (1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是　　　 　　　　,加入少许碳酸钙可以  　。  (2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是  　。  (3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为    　。  (4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;②  　。  (5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是　　　　　　　　。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计。  ①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在　　　　　　　　　　条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。  ②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的　。  ③预期结果:  　。  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)。 考点19光合作用的原理答案P325　 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(　　) 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 2.(讲解 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(　　) 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 3.(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.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 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.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 5.(2024·重庆,18,10分,难度★★★★)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一,黄连生长缓慢,存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施,研究人员对黄连的光合特征进行了研究,结果见图1。 图1 图2 ①黄连的光饱和点约为　　　μmol·m-2·s-1。光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,胞间二氧化碳浓度增加主要是由于　　　　　　　　　　　　　　。  ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。黄连叶片适应弱光的特征有　    　(答2点)。  (2)黄连露天栽培易发生光抑制,严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体),为减轻光抑制,黄连能采取调节光能在叶片上各去向(题图2)的比例,提升修复能力等防御机制,具体可包括　　　　(多选)。  ①叶片叶绿体避光运动　②提高光合产物生成速率　③自由基清除能力增强　④提高叶绿素含量　⑤增强热耗散 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制,为增强黄连光合作用以提高产量,还可采取的措施及其作用是　。  6.(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 7.(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)。  8.(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。  9.(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。  10.(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。  考点20影响光合作用的因素及其应用答案P326　 1.(2025·安徽,2,3分,难度★★)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是 (　　) A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉 B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验 C.用化学传感器监测光照时的O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度 D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关 2.(2024·北京,4,2分,难度★★)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验,测定单位时间单位叶面积的氧气释放量,结果如图所示。若想提高X,可采取的做法是 (　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.增加叶片周围环境CO2浓度 B.将叶片置于4 ℃的冷室中 C.给光源加滤光片改变光的颜色 D.移动冷光源缩短与叶片的距离 3.(2024·福建,11,4分,难度★★★)叶片从黑暗中转移到光照下,其光合速率要先经过一个增高过程,然后达到稳定的高水平状态,这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态,壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系,科研人员将大豆叶片分为两组,A组不处理,B组用壳梭孢素处理,将两组叶片从黑暗中转移到光照下,测定光合速率,结果如图所示。 下列分析正确的是 (　　) A.0 min时,A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度 B.30 min时,B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组 C.30 min时,限制A组光合速率的主要因素是光照时间 D.与A组叶片相比,B组叶片光合作用的光诱导期更长 4.(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所示。下列对此图理解错误的是 (　　) 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 5.(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浓度的关系如图所示。据图分析不能得出(　　) 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 6.(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 (　　) 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 7.(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 (　　) 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 8.(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(　　) 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 9.(2025·陕晋宁青,17,10分,难度★★★)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。 图(a) 图(b) (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的　　　　,产物C3在光反应生成的　　　　　　　参与下合成糖类等有机物。  (2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是    　。  (3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率　　　　(填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度　　　　(填“大”“小”或“无法判断”)。  (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果:    　。  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  　。  11.(2024·浙江,24,14分,难度★★★★)原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片为绿色。回答下列问题。 (1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。 ①某同学观察一品红的叶片颜色,提出了问题:红叶是否具有光合作用的能力。 ②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法,先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加碘-碘化钾溶液(或碘液),观察颜色变化。 ③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设:      　。  ④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。 分组处理 预期结果 绿叶+光照 变蓝 绿叶+黑暗 不变蓝 ⅰ　　　  ⅱ　　　  ⅲ　　　  ⅳ　　　  ⑤分析:检测叶片淀粉的方法中,叶片浸入沸水处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。热甲醇处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)对一品红研究发现,红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)/m2和0.20 g(Chl)/m2,红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力;ETR值反映光合膜上电子传递的速率,与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。 甲 乙 丙 ①分析图甲可知,在光强500~2 000 μmol/(m2·s)范围内,相对于绿叶,红叶的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的能力较弱。分析图乙可知,在光强800~2 000 μmol/(m2·s)范围内,红叶并未出现类似绿叶的光合作用被　　　　　　　的现象。结合图丙可知,强光下,贮藏于红叶细胞　　　　内的花青素可通过　　　　的方式达到保护叶绿体的作用。  ②现有实验证实,生长在高光强环境下的一品红,红叶叶面积大,颜色更红。综合上述研究结果可知,在强光环境下,红叶具有较高花青素含量和较大叶面积,其作用除了能进行光合作用外,还有保护　　　　　　　　　的功能。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引　　　　　,完成传粉。  12.(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”)。  13.(2024·安徽,16,11分,难度★★★★)为探究基因OsNAC对光合作用的影响,研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE),测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。 比较 项目 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量/ (mg·g-1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受　　　　　　　　释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为　　　　　　　　　。  (2)与WT相比,实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的　　　　、　　　　(填科学方法)。  (3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率　　　　　。为进一步探究该基因的功能,研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量,结果如图。  结合图表,分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因:①    　;  ②    　。  14.(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。  15.(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　  　。  16.(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)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、　  (填写2种)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　　　　。  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 17.(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　  　。  18.(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:　　　　　　　　　?  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”)。  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。  21.(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  　。  22.(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。  23.(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　。  24.(讲解 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　　　　　　　　　　　　　　　　　。  25.(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。  考点21光合作用与呼吸作用的综合考查答案P331　 1.(2025·山东,16,3分,难度★★★)(多选)在低氧条件下,某单细胞藻的叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究藻释放H2的培养条件,将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成两等份,一份形成松散菌—藻体,另一份形成致密菌—藻体,在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量,两种菌—藻体培养体系中的O2含量变化相同,结果如图所示。培养过程中,任意时刻两体系之间的光反应速率无差异。下列说法错误的是 (　　) A.菌—藻体不能同时产生O2和H2 B.菌—藻体的致密程度可影响H2生成量 C.H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜 D.培养至72 h,致密菌—藻体暗反应产生的有机物多于松散菌—藻体 2.(2025·河北,4,2分,难度★★)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是 (　　) A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2 C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2 D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物 3.(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 (　　) 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 4.(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 (　　) 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 5.(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 (　　) 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 6.(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 (　　) 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 7.(2025·北京,18,12分,难度★★★)植物的光合作用效率与叶绿体的发育(形态结构建成)密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控,以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。 (1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定,其BG基因功能缺失,命名为bg。图1是使用　　　　　观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比,可见突变体基粒(“”所示)中的　　　　　增多。  野生型 突变体bg 图1 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录,BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk(叶绿素含量降低)及双突变体bggk。对三种突变体进行观察,发现双突变体的表型与突变体　　　　　相同,由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。  (3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制,将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后,再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段,反应一段时间后,经电泳检测DNA所在位置,结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是    　。  图2 (4)基于突变体bg的表型,从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义。 8.(2025·黑吉辽内蒙古,21,11分,难度★★★)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S),并做了相关研究。实验结果表明,这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。 注光照强度在曲线②和③中为n,在曲线①中为n×120%。 (1)Rubisco在叶绿体的　　　　中催化　　　　与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O),这一过程中能量转换是　  　。  (2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合是由于　　　不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是　　　　。胞间CO2浓度为300 μmol/mol时,曲线①比②的光合速率高的具体原因是　  　。  (3)研究发现,在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证,简要写出实验思路。 9.(2025·山东,21,9分,难度★★★)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 注表示电子的传递路径;Y、Z表示光合色素分子。 (1)叶绿体膜的基本支架是　　　　　　;叶绿体中含有许多由类囊体组成的　　　　　　,扩展了受光面积。  (2)据图分析,生成NADPH所需的电子源自于　　　　　　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、　　　　　　。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有　　　　　　。  (3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为  　。  10.(2025·安徽,16,11分,难度★★★)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1 a、b。 图1 a 图1 b 回答下列问题。 (1)据图1 a、b分析,低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸　,原因是    　。  有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为　　　　中储存的能量。  (2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2 a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2 b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设:　　　　　　　　　　　　　。  图2 说明:字母A~H表示一系列分子。 (3)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是  　。  (4)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是　　　　,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是　　　　。  11.(2025·河南,17,10分,难度★★)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。 回答下列问题: (1)光对植物生长发育的作用有　　　　　和　　　　　两个方面。  (2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述　　　　组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。  (3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率　　　　(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是　    　。  12.(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”)。  13.(2024·天津,15,10分,难度★★★★)蓝细菌所处水生环境随时会发生光线强弱变化。蓝细菌通过调控图1中关键酶XPK的活性以适应这种变化。 图1 图2 (1)图1所示循环过程为蓝细菌光合作用的暗反应,反应场所为　　　　。  (2)光暗循环条件下,将蓝细菌的野生型和xpk基因敲除株(Δxpk)分别用含NaH14CO3的培养基培养,测定其碳固定率和胞内ATP浓度,结果如图2。在第10~11分钟,野生型菌XPK被激活,将暗反应的中间产物6-磷酸果糖等转化为其他物质,导致暗反应快速终止。推测ATP是XPK的　 　　(填“激活剂”或“抑制剂”)。在同一时期,Δxpk会继续进行暗反应,此时消耗的ATP和NADPH来源于　 　　。在第11~13分钟,Δxpk碳固定率继续升高,胞内　　　　过程来源的ATP被用于　　　而消耗,导致Δxpk的生长速率比野生型更慢。  (3)蓝细菌在高密度培养时,由于互相遮挡,菌体环境也会出现光线强弱变化。为验证该条件下,蓝细菌是否采用上述机制进行调节,可分别使用野生型和Δxpk,选用如下　　　　条件组合进行实验,定时测定14C固定率和胞内ATP浓度。  ①高浓度蓝细菌　②低浓度蓝细菌　③持续光照　④光暗循环　⑤培养基中加入NaH14CO3　⑥培养基中加入14C6H12O6 14.(2024·黑吉辽,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 15.(2024·江苏,20,11分,难度★★★★)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题。 图1 图2 (1)图1中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是　　　　　。碳反应中C3在　　　　的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的　　　　中。  (2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是　　　　(从“甲”“乙”中选填),理由为　  　。  (3)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表: 实验目的 简要操作步骤 测定样液中 蓝细菌的数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血细胞计数板计数,取样前需①　　　  浓缩蓝细菌 ②　　　  ③　　　  将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮 ④　　　  用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放 建立相 关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算 16.(2024·海南,16,11分,难度★★★★)海南是我国芒果(也称杧果)的重要种植地,芒果的生长和果实储藏受诸多因素影响。回答下列问题。 (1)芒果的生长依赖于光合作用,光合作用必需的酶分布在叶绿体的　　　　　　　和　　　　。  (2)生产中用植物生长调节剂乙烯利浸泡采摘后的芒果,可促进果实成熟,原因是  　。  (3)为延长芒果的储藏期,应减弱芒果的呼吸作用,其目的是　。  从环境因素考虑,除了降低温度外,减弱芒果呼吸作用的措施还有　　　　　　　　　　(答出1点即可)。  (4)芒果在冷藏期间呼吸速率会降低,有利于保鲜。但芒果对低温敏感,冷藏期间易受到冷害,导致呼吸速率持续下降,影响果实品质。为了探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用,请以呼吸速率为测定指标,简要写出实验设计思路、预期结果和结论。(注:褪黑素可用蒸馏水配制成溶液)               　。  17.(2024·广西,19,12分,难度★★★★)珊瑚是一类低等动物,可从环境中获取单细胞真核藻类虫黄藻,让其共生于自己细胞内,成为珊瑚-虫黄藻共生体。共生体的营养来源包括虫黄藻合成的有机物和摄取的浮游生物。研究人员在实验室研究温度升高对某珊瑚-虫黄藻共生体的两种类型(A型和B型)的影响,结果见下图。回答下列问题。 注光合呼吸比,是指珊瑚-虫黄藻共生体白天净光合速率与夜晚呼吸速率的比值;实验中每天昼夜等长,期间白天光照条件不变。 (1)珊瑚细胞获取虫黄藻的方式是　　　　(填物质运输方式);虫黄藻可利用CO2和H2O在　　　　(填细胞器名称)合成糖类,为珊瑚提供营养。  (2)当光合呼吸比约等于1时,A型共生体仍能生长,其原因是  　。  (3)常温条件下,在缺少浮游生物的贫瘠海域,更具生存优势的共生体类型是　　　　　　,理由是　  　。  (4)若升温后B型共生体的呼吸速率变化不明显,则据图分析B型共生体内的单个虫黄藻光合速率将　　　　,理由是　  　。  18.(2024·河北,19,10分,难度★★★★)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如下图、下表所示。 覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.65 回答下列问题。 (1)如上图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中　　　光可被位于叶绿体　　　　　　　　　　　上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为　　　　　　和　　　　　。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的　　　　　　较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。  (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用　　　　　　作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是　        　。  (3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为        　(答出两点即可)。  19.(2024·湖南,17,12分,难度★★★★)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大,还会导致Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题。 (1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生　　　　　　　;光能转化为电能,再转化为　　　　　　　　中储存的化学能,用于暗反应的过程。  (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量　　　,从叶绿素的合成角度分析,原因是　    　(答出两点即可)。  (3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:①  　;  ②  　;  ③  　;  ④基因测序;⑤　。  20.(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。  21.(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。    　。  22.(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)。  23.(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 24.(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。  25.(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 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 26.(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　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题六　光合作用与能量转化 考点18　捕获光能的色素和结构 1.B　解析使用干燥定性滤纸,可防止水分干扰色素分离,A项正确。绿叶烘干会破坏色素(叶绿素易分解),应选新鲜绿叶提取,B项错误。重复画线前滤液细线干燥,能让色素量叠加,使细线更清晰,C项正确。95%乙醇加无水碳酸钠除水后,可替代无水乙醇提取色素,D项正确。 2.C　解析叶绿体中色素提取的原理是有机溶剂能够溶解叶绿体中的色素;色素分离的原理是在层析液中,叶绿体中不同色素的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快,溶解度低的随层析液在滤纸条上扩散得慢。本实验的目的是探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,不能将新鲜程度不同的叶片混合研磨,A项错误。叶绿体中的色素能溶于有机溶剂,而难溶于水,加水不能起到补充损失的提取液的作用,B项错误。由于滤纸条之间互不影响,且所用层析液相同,故两组滤纸条可以置于同一烧杯中层析,C项正确。层析液中含有石油醚、丙酮和苯等有毒物质,故用过的层析液不能直接倒入下水道,D项错误。 3.D　解析提取光合色素时加入碳酸钙可以防止色素被破坏,A项正确。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢,分离提取液中的光合色素可采用纸层析法,B项正确。叶绿素和类胡萝卜素颜色不同,光合色素相对含量不同可使叶色出现差异,C项正确。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,D项错误。 4.B　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项不合理。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项合理。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项不合理。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项不合理。 5.D　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。 6.D　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。 7.C　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。 8.B　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。 9. 答案(1)叶绿体　缓冲 (2)无水乙醇　600 (3)H+、NADPH、ATP (4)变强　转运H+ (5)C5、CO2、暗反应相关酶 解析 (1)叶绿体具有双层膜、叶绿体基质以及类囊体(基粒)等结构,因此欲获得类囊体悬液,需在低渗溶液中涨破叶绿体膜。为保持其活性,需加入缓冲溶液重新悬浮。(2)测定叶绿素含量时,应将叶绿素进行溶解提取,进一步测定。因叶绿素不溶于水,能溶于无水乙醇等有机溶剂,故应将类囊体悬液溶于无水乙醇中。由于1 mL=1 000 μL,所以5 μL的类囊体悬液中含有叶绿素3 μg/mL×1 mL=3(μg),类囊体悬液中叶绿素浓度为3 μg÷5 μL=0.6(μg/μL)=600(μg/mL)。(3)光反应发生在类囊体膜上,可发生水的光解、ATP合成等生理过程,产生H+、释放氧气、合成NADPH和ATP。(4)在适宜光照下,类囊体膜上的光合色素吸收光能以后,产生高能电子,驱动类囊体膜上的质子泵将人工细胞细胞质中的H+运进类囊体腔,同时利用人工细胞细胞质中的H+合成NADPH,使人工细胞细胞质的pH增大,荧光强度变强,可说明类囊体膜具有转运H+的功能。(5)暗反应过程发生CO2的固定和C3的还原等生化反应,光反应可提供ATP、NADPH,还需要CO2、C5以及暗反应相关酶等物质。 10. 答案(1)无水乙醇　防止研磨过程中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照,正常光照条件下更有利于叶绿素的形成 (3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求 (4)与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量在正常光和弱光下均极低(几乎为零) (5)脱落酸　含水量等适宜、弱光　气孔大小　B组气孔大小明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同 解析 (1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂无水乙醇中。加入少许碳酸钙可以中和酸性物质,防止研磨过程中色素被破坏。(2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成,所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。(3)由题图可知,在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,说明纯合突变体的光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求,使得植株难以生长,因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。(4)由题图可知,与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量在正常光和弱光下均极低(几乎为零),说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。(5)由题意可知,白色种子未完全成熟即可在母体上即可萌发,而脱落酸有抑制种子萌发的作用,所以白色种子是脱落酸缺陷体。题目后续对照需要利用到干旱条件,所以在前期培养过程中,水分条件要适宜,而且野生型和纯合突变体种子不能产生过大的差异,所以前期培养需要在弱光条件下进行。脱落酸会影响气孔的开闭程度,所以观测指标可以是气孔的大小。B组在干旱条件下,脱落酸含量大于A组,气孔大小小于A组。C组、D组是脱落酸缺陷株,气孔大小不受干旱条件的影响,那么C组和D组的气孔基本相同。 11. 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。 考点19　光合作用的原理 1.C　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.D　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 3.A　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。 4.A　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. 答案(1)①500　光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,且气孔导度增加　②在弱光下,随光强增加,黄连的净光合速率快速达到最大;光照过强时,黄连的生长受到抑制　叶片较薄,叶绿素较多(或叶色深绿,叶绿体颗粒较大,叶绿体的类囊体膜面积更大) (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加叶片面积,补充二氧化碳提高暗反应速率 解析 (1)当植物达到光饱和点时,光合速率最大,由图1净光合速率的曲线可知,当光强达到500 μmol·m-2·s-1时,光合速率不再随光强增加而增加,故500 μmol·m-2·s-1是该植物的光饱和点。胞间二氧化碳浓度与光照的利用速率、呼吸强度、气孔导度有关,光强大于1 300 μmol·m-2·s-1后,光合作用受到抑制,消耗的二氧化碳减少,气孔导度增加。②由图1可以判断,黄连对弱光的吸收能力较强,属于阴生植物,判断依据是在弱光下,随光强增加,黄连的净光合速率快速达到最大,但当光照过强时其净光合速率下降,生长受到抑制。在弱光下,黄连可通过增加叶片受反光面积或增加光合色素的含量来增大光合速率,所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄、叶绿素较多、叶色深绿、叶绿体颗粒较大等。 (2)为减轻光抑制,可减少叶片对光能的吸收或增加叶片对光能的利用。①叶片叶绿体避光运动和⑤增强热耗散可减少对光能的吸收;②提高光合产物生成速率可提高光合速率,消耗更多的光能;③自由基清除能力增强可减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收,不能减轻光抑制。 (3)提高作物产量可以从增加光合作用原料(二氧化碳)、增加根系对矿质元素的吸收、降低其呼吸消耗等方面考虑。 6. 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。 7. 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。 8. 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。 9. 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。 10. 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。 考点20　影响光合作用的因素及其应用 1.C　解析进行光合作用的叶细胞主要是叶肉细胞,该实验用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉,A项正确。由“探究光照强度对光合作用强度的影响”可知,本实验的自变量是光照强度,因变量是光合作用强度,可通过改变LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离来调节叶圆片细胞接受的光照强度,可用叶圆片释放O2的速率代表因变量,叶圆片释放的O2附着于叶圆片表面,使叶圆片所受浮力大于其重力从而上浮,叶圆片释放O2的速率越大其上浮越快。同一烧杯中的叶圆片因与光源之间的距离存在差异,故烧杯中不同部位的叶圆片的光合速率存在差异,上浮的快慢也会存在差异,B、D两项正确。在光照条件下,叶圆片细胞同时进行光合作用和细胞呼吸,用化学传感器监测到的O2浓度的变化代表叶圆片释放O2的快慢,代表净光合速率。要计算出实际光合作用强度,还需检测黑暗条件下叶圆片的细胞呼吸强度,C项错误。 2.A　解析CO2是光合作用的原料,增加叶片周围环境CO2浓度可增强光合作用强度,从而提高氧气释放速率,A项符合题意。降低温度会使得与光合作用有关的酶活性降低,从而使光合作用强度减弱,降低氧气释放速率,B项不符合题意。给光源加滤光片改变光的颜色,可能会影响光质,使单位时间单位叶面积的氧气释放速度降低,C项不符合题意。移动冷光源缩短与叶片的距离可以达到使光照强度增大的效果,但氧气释放速率可能不变,因为光照强度达到饱和点之后,光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强,D项不符合题意。 3.B　解析由图可知,0 min时,对两组叶片同时进行处理,A组气孔正要开放,而B组气孔已完全开放,因此A组胞间CO2浓度要高于B组,A项错误。30 min时,B组的光合速率大于A组,叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组,B项正确。约23 min后,A组的光合速率不随光照时间的变化而变化,因此30 min时限制A组光合速率的主要因素不是光照时间,C项错误。由图可知,从黑暗中转移到光照下,A组叶片光合速率增高达到稳定的高水平状态所需时间长于B组,即A组叶片的光诱导期长于B组叶片,D项错误。 4.C　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项正确。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项正确。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项错误。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项正确。 5.D　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。 6.B　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。 7.AD　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。 8.B　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。 9. 答案(1)基质　ATP和NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,使更多甘氨酸转化为丝氨酸和CO2,从而使保卫细胞的细胞质中HC和可溶性糖等溶质增加,渗透压增大,细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收量增加,净光合速率增大 (3)减小　小 (4)构建G酶表达量减少的植株(或敲除G酶基因或用G酶抑制剂处理),其他条件与对照组(植株W)相同且适宜,培养一段时间后检测两组叶片的净光合速率;预期结果为实验组净光合速率低于对照组 解析 (1)CO2的固定属于光合作用暗反应过程,场所是叶绿体的基质,所以R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的基质,C3转化成糖类等有机物的过程(C3的还原)需要光反应生成的ATP和NADPH参与。 (2)由图(a)可知,植株S保卫细胞中G酶表达量提高,可促进保卫细胞中HC和可溶性糖等溶质含量增加,细胞渗透压增大,保卫细胞吸水膨胀,气孔开度增大。由图(b)可知,相同光照条件下,植株S的气孔开度大于植株W,CO2供应充足,有利于光合作用的进行,净光合速率增大。 (3)由于CO2和O2竞争R酶同一活性位点,保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,C5与O2反应加快,而C5与CO2反应减慢,光合作用暗反应受到抑制,所以植株S的净光合速率会减小。相较于植株W,植株S保卫细胞中G酶的表达量高,有利于催化甘氨酸转化为丝氨酸,同时生成CO2,从而使HC和可溶性糖等溶质含量增加,保卫细胞吸水膨胀,气孔开度增大,有利于吸收CO2,所以环境中CO2浓度不变、O2浓度提高时,植株S的净光合速率变化幅度小。 (4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,自变量是G酶的多少或有无,因变量是叶片净光合速率的大小,所以可通过敲除G酶基因或用G酶抑制剂处理来构建G酶表达量减少的植株,其他条件与对照组(植株W)相同且适宜,培养一段时间后检测两组叶片的净光合速率;预期结果为实验组净光合速率低于对照组。 10. 答案(1)ATP和NADPH　突变体中细胞分裂素含量多,叶绿素合成多,类囊体膜蛋白稳定性高,叶绿素降解慢 (2)高　突变体气孔导度大,胞间CO2浓度低,固定CO2能力强 (3)突变体的蔗糖转化酶活性高,有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物质有ATP和NADPH。根据题干和图表信息,可以推断,突变体中的细胞分裂素合成增加,又由掌握的细胞分裂素具有促进叶绿素合成的基础知识,推出突变体的叶绿素合成增多,加上题干和图表信息,突变体的类囊体稳定性更高,叶绿素降解慢,因此突变体叶片变黄的速度慢的原因是突变体中细胞分裂素含量多,叶绿素合成多,类囊体膜蛋白稳定性高,叶绿素降解慢。 (2)叶片气孔的开闭影响CO2的吸收、固定CO2的酶活性、叶绿体的结构稳定性等,都是光合作用的影响因素。基于上述基础知识,结合表中信息,可以判断出,与野生型相比,突变体的气孔导度变大,而胞间CO2的浓度变低,说明CO2的供应增多,进入细胞内的CO2也增多,光合作用的原料CO2变多,而且根据图中类囊体稳定性增强的信息,可以推出突变体固定CO2多,暗反应快,光合色素多,光反应增强,光合速率加快。因此根据题干所给的光饱和点信息,可以推断出突变体光合速率达到最大时候的最低光强会比野生型高,理由是突变体气孔导度大,胞间CO2浓度低,固定CO2能力强。 (3)光合产物主要通过蔗糖形式进行运输,突变体中的蔗糖转化酶活性升高,光合作用产物蔗糖更多得被分解成单糖,可供运输至籽粒的蔗糖减少,淀粉合成的原料减少。因此,突变体籽粒淀粉含量低的原因是突变体的蔗糖转化酶活性高,有更多的蔗糖被分解成单糖,运输到籽粒中的蔗糖减少。 11. 答案(1)③答案一:若一品红的红色叶片具有光合作用的能力,则红色叶片内可检测到淀粉;答案二:若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力,则红色叶片内无法检测到淀粉 ④答案一: 分组处理 预期结果 ⅰ红叶+光照 ⅱ变蓝 ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝 答案二: 分组处理 预期结果 ⅰ红叶+光照 ⅱ不变蓝 ⅲ红叶+黑暗 ⅳ不变蓝 说明:④与③答案对应;ⅰ和ⅱ都正确得1分,ⅲ和ⅳ都正确得1分 ⑤增加细胞透性,使水溶性色素渗出　充分溶解尽可能去除脂溶性色素 (2)①叶绿体去除过剩光能　抑制　液泡　吸收光能 ②自身和位于其下部的绿叶　传粉动物 解析 (1)根据实验的问题,提出假设:红叶具有(或不具有)光合作用的能力。 为探究红叶是否像绿叶一样具有光合作用的能力,需分别设置绿叶+光照、绿叶+黑暗、红叶+光照、红叶+黑暗四个小组。若假设红叶具有光合作用的能力成立,则红叶+光照组变蓝;红叶+黑暗组不变蓝;若假设红叶不具有光合作用的能力,则红叶+光照组和红叶+黑暗组均不变蓝。整个实验步骤中,先用沸水处理叶片,将细胞杀死,溶解细胞中的水溶性色素;再将叶片转移到热甲醇溶液中,溶解细胞中的脂溶性色素,以免影响后续实验结果的观察。 (2)分析图甲可知,自变量为光强和叶片颜色,因变量为qNP值,当光强在500~2 000 μmol/(m2·s)范围内时,红叶的qNP值较小,即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。分析图乙可知,随着光强的增加,绿叶的ETR值明显增大,当光强超过800 μmol/(m2·s)时,ETR值减小,即随着光强增加,绿叶的光合速率先增大后减小,推出光强超过一定范围时,绿叶的光合作用反而被抑制。而根据图示可知,光强在500~2 000 μmol/(m2·s)范围内时,红叶并未出现光合作用被抑制的情况。红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱,结合图丙可知,储藏在细胞液泡中的花青素可通过吸收多余光能的方式,从而保护叶绿体不受强光损伤。在强光环境下,大面积的红叶细胞中富含花青素,能有效保护自身和其下部绿叶不受强光损伤。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引传粉动物(蜜蜂、蝴蝶等),为其完成传粉工作。 正确解答本题第(2)小题的关键是能从题干中获取关键信息。花青素的功能包括光保护作用和渗透调节作用。①光保护作用:花青素在500~550 nm可见光区域具有吸收高峰,这也就决定了植物中所含的花青素在一定程度上会影响光合作用,因此,推测其具有吸收过滤可见光和紫外光的保护作用。②渗透调节作用:花青素作为一种水溶性色素,具有渗透调节的作用。在低温胁迫下,植物花青素合成的相关酶活性增加,促使营养器官中积累的碳水化合物转化为花青素,表皮细胞液泡中的花青素使得叶片渗透压降低,降低冰点以减少冻害,从而抵御逆境胁迫。 12. 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。 13. 答案(1)ATP和NADPH　核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类 (2)减法原理　加法原理　 (3)增大(或升高)　与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用　与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用 解析 (1)在光合作用的暗反应阶段,1分子CO2被固定后形成2分子3-磷酸甘油酸(C3)分子,在有关酶的催化作用下,3-磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原,随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类。(2)与WT相比,实验组KO为OsNAC敲除突变体,即敲除了基因OsNAC,采用了自变量控制中的减法原理;实验组OE为OsNAC过量表达株,采用了自变量控制中的加法原理。(3)题图和题表信息显示,OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组,蔗糖含量却低于WT组和KO组,由此推测OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因有:①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用;②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用。 14. 答案(1)叶绿素a和叶绿素B　解析红光和蓝紫　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。 15. 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。 16. 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项正确。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项正确。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项正确。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。 17. 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。 18. 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? 19. 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. 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. 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。 22. 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。 23. 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。 24. 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。 25. 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。 考点21　光合作用与其他知识的综合考查 1.ACD　解析单细胞藻在叶绿体类囊体膜上进行光反应可以产生NADPH、O2和ATP,在叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2,两个过程既有联系又相对独立,因此菌—藻体能同时产生O2和H2,A、C两项错误。由题图可知,松散菌—藻体和致密菌—藻体在相同时间产生的H2含量相对值不同,说明菌—藻体的致密程度可影响H2生成量,B项正确。任意时刻两体系之间的光反应速率无差异,说明光反应产生的NADPH相同,致密菌—藻体产生的H2多,说明消耗的NADPH多,则用于暗反应的NADPH减少,因此培养至72 h,致密菌—藻体暗反应产生的有机物少于松散菌—藻体,D项错误。 2.A　解析光合作用的光反应在类囊体膜上进行,会消耗H2O;有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,会生成H2O,A项错误。光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行,会消耗CO2;有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行,会生成CO2,B项正确。光合作用的光反应在类囊体膜上进行,会生成O2;有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,会消耗O2,C项正确。光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行,会合成有机物;有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行,会发生丙酮酸(属于有机物)的分解,D项正确。 3.B　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项正确。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项错误。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项正确。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项正确。 4.D　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。 5.ABD　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。 6.D　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。 7. 答案(1)电子显微镜　类囊体 (2)gk (3)BG蛋白通过与GK蛋白结合,阻遏GK蛋白与CAO的启动子结合,从而抑制GK蛋白靶基因的表达,且BG蛋白浓度越高,抑制作用越强 (4)能够在不同光照强度条件下,通过调节叶绿体发育相关基因的表达,调节叶绿素含量,有利于植物适应不同的光照条件。 解析 (1)细胞或细胞器的亚显微结构是在电子显微镜下观察到的。叶绿体基粒由类囊体堆叠而成,类囊体薄膜上分布着与光合作用有关的色素和酶。由题图可知,突变体的基粒明显增厚,结合题干突变体中叶绿素含量升高的信息,说明突变体基粒中的类囊体增多。 (2)BG基因功能缺失会导致叶绿素含量升高,说明BG蛋白抑制叶绿素的合成;GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录,使得叶绿素含量升高,GK功能缺失突变体gk的叶绿素含量降低;BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育,所以双突变体GK功能缺失,会导致叶绿素含量降低,其表型与突变体gk相同。 (3)由图2可知,随着BG蛋白与GK蛋白浓度比的增大,与GK蛋白结合的DNA片段逐渐减少,游离DNA片段逐渐增多,这表明BG蛋白的存在阻碍了GK蛋白与CAO的启动子DNA片段的结合。GK蛋白通过与靶基因CAO的启动子DNA片段结合,启动转录过程。所以,BG抑制GK功能的机制是BG蛋白通过与GK蛋白的结合,阻遏GK蛋白与CAO的启动子结合,从而抑制GK蛋白靶基因的表达,且BG蛋白浓度越高,抑制作用越强。 (4)BG蛋白能够与GK蛋白结合,抑制叶绿素发育相关基因的表达。基因BG是一种光响应基因,即随光照强度的变化,其表达强度发生变化。所以光响应基因BG存在的意义在于能够在不同光照强度条件下,通过调节叶绿体发育相关基因的表达,调节叶绿素含量,有利于植物适应不同的光照条件。 8. 答案(1)基质　C5　ATP和NADPH中活跃的化学能转换为糖类等有机物中稳定的化学能 (2)光照强度(或ATP、NADPH)　CO2浓度　光照强度大,光反应速率快,为暗反应提供更多的ATP、NADPH,暗反应速率加快,光合速率提高 (3)在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,用14C标记CO2,取等量生长状况相同的S植株和WT植株,在饱和光照和适宜14CO2浓度条件下培养,一段时间后,分别检测两种植株中C3的放射性强度。 解析 (1)由题干“Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶”可知,暗反应的场所是叶绿体基质,与CO2结合的是C5,经过暗反应过程,ATP和NADPH中活跃的化学能转换为糖类等有机物中稳定的化学能。(2)据图分析,当胞间CO2浓度高于B点时,曲线②与③重合,而曲线①仍高于曲线②与③,可知曲线①高是因为进行了补光,推知曲线②与③重合是由于光照强度(或ATP、NADPH)不足。(3)要验证在饱和光照和适宜CO2浓度条件下,S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快,可用14C标记CO2,作为S植株和WT进行光合作用的原料,一段时间后,分别检测两种植株中C3的放射性强度。 9. 答案(1)磷脂双分子层　基粒 (2)H2O　丙酮酸(C3H4O3)、[H]　O2、CO2 (3)途径①以电能的形式耗散光能;途径②以热能的形式耗散光能 解析 (1)叶绿体膜(生物膜)的基本支架是磷脂双分子层;类囊体堆叠成基粒,扩展了受光面积。(2)光反应中,水光解产生电子参与NADPH生成,故电子源自H2O。用含3H2O的溶液培养绿藻,光合产物葡萄糖含3H,有氧呼吸时,葡萄糖先分解为含有3H的丙酮酸(C3H4O3)和[H]进入线粒体基质,第三阶段产生的H2O中含有3H,因此线粒体基质中被3H标记的是H2O、丙酮酸、[H]。含O培养液中,光反应中O光解产生18O 2;有氧呼吸第二阶段O参与生成C18O2,所以带18O标记的气体是O2、CO2。(3)途径①利用传递的电能使O2生成H2O2,后续H2O2分解为H2O,实现过剩光能转变为H2O2中的化学能,再释放;途径②直接以热辐射形式释放过剩光能,减轻光合系统损伤。 10. 答案(1)增强　在低氧胁迫下,OE的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT　NADH (2)有氧呼吸第二阶段代谢路径为A→B→C→D→E→F→G→H(或代谢顺序是A到H依次进行) (3)根细胞有氧呼吸增强,为叶片光合作用提供更多的CO2(或根细胞呼吸产生的CO2运输到叶片,为光合作用提供原料) (4)NADP+(或辅酶Ⅱ)　H2O(或水) 解析 (1)从图1 a看,低氧(HT)条件下,OE组(NtPIP基因过量表达株)根细胞呼吸速率高于WT组(野生型),且结合图1 b氧浓度,OE组能获取更多氧气。有氧呼吸第二阶段,丙酮酸分解,其中大部分化学能转化为NADH中储存的化学能,少部分以热能形式散失。 (2)在图2 a中,添加丙二酸阻遏E转化,加入A、B、C时E都累积,说明A、B、C在E之前的代谢路径;图2 b中,添加丙二酸阻遏E转化,加入F、G、H时E也累积,说明F、G、H在E之后的代谢路径。综合可知,有氧呼吸第二阶段代谢路径是A→B→C→D→E→F→G→H,即代谢顺序按A到H依次进行,中间步骤被丙二酸阻断会使E累积。 (3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株根细胞有氧呼吸增强,细胞呼吸产生的CO2会运输到叶片,CO2是光合作用暗反应的原料,为叶片光合作用提供更多原料,从而促进光合作用,使叶片净光合速率高于野生型。 (4)光合作用光反应中,水在光下分解为O2、H+和电子,水是最终电子供体;产生的电子传递给NADP+,使其结合H+形成NADPH,所以最终电子受体是NADP+(辅酶Ⅱ)。 11. 答案(1)为光合作用提供能量　作为一种信号调控植物生长发育 (2)①②④　温度和二氧化碳浓度 (3)始终大于　④组的呼吸速率强于③组,但是两组光补偿点(即总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)相等,所以在光照强度达到光补偿点之前,④组的总光合速率大于③组 解析 (1)光既是植物进行光合作用的能量来源,又作为一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。(2)通过比较②④组可知实验光下盐胁迫对该作物生长的影响,再通过比较①②④组可判断实验光是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响。该实验中的无关变量有温度、二氧化碳浓度、光照时长等。(3)见答案。 12. 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　解析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。 13. 答案(1)细胞质基质 (2)抑制剂　第10分钟之前的光反应　细胞呼吸　暗反应(或碳固定,或C3还原,或碳反应) (3)①③⑤ 解析 (1)蓝细菌为原核生物,图1为蓝细菌的光合作用暗反应过程,该过程的反应场所为细胞质基质。 (2)光暗循环条件下,将蓝细菌的野生型和xpk基因敲除株(Δxpk)分别用含NaH14CO3的培养基培养,测定其碳固定率和胞内ATP浓度,结果如图2。在第10~11分钟,野生型蓝细菌细胞中ATP含量下降,此时XPK被激活,将暗反应的中间产物6-磷酸果糖等转化为其他物质,导致暗反应快速终止。推测ATP是XPK的抑制剂。在同一时期,Δxpk会继续进行暗反应,此时消耗的ATP和NADPH来源于第10分钟之前的光反应。在第11~13分钟,Δxpk碳固定率继续升高,此时处于黑暗条件,因而推测此时碳固定率上升消耗的ATP来自细胞呼吸过程,导致Δxpk的生长速率比野生型更慢。 (3)蓝细菌在高密度培养时,由于互相遮挡,菌体环境也会出现光线强弱变化。为验证蓝细菌是否采用上述机制进行调节,则实验过程中首先需要创造高密度蓝细菌环境,而后需要进行持续光照处理,同时需要在培养基中加入NaH14CO3,因此,实验中可分别使用野生型和Δxpk,选用①高浓度蓝细菌、③持续光照、⑤培养基中加入NaH14CO3条件组合进行实验,定时测定14C固定率和胞内ATP浓度,进而得出相应的结论。 14. 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)细胞呼吸(呼吸作用)　光呼吸(顺序可颠倒)　随着光照增强,光呼吸增强,转基因株系1和2降低了光呼吸,净光合速率比WT更高　不能　总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+细胞呼吸速率,无法获得株系1准确的光呼吸、细胞呼吸产生CO2的速率,不能计算株系1的总光合速率 (4)株系1比株系2和WT的净光合速率高,有机物积累更多 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)净光合速率大于零时,植物光合作用CO2的来源有外界环境、细胞呼吸和光呼吸。由于株系1和2转入了改变光呼吸的基因,降低了光呼吸,据图分析,7—10时株系1和2的净光合速率逐渐大于WT,因而逐渐产生了差异。总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+细胞呼吸速率,据图3,无法获得株系1准确的光呼吸、细胞呼吸产生CO2的速率,因此不能计算株系1的总光合速率。(4)由图2、3可知,在不同光照和CO2浓度下,株系1比株系2和WT的净光合速率高,有机物积累更多。 15. 答案(1)选择透过性　ATP和NADPH　细胞质基质 (2)乙　常温下光合作用产生氧气的量大于细胞呼吸消耗氧气的量,这样蓝细菌才能积累有机物,正常生长 (3)①摇匀　②将稀释样液离心,取下层沉淀物　③提取叶绿素　④防止叶绿素降解 解析 (1)类囊体膜允许某些物质通过,而限制另一些物质通过,这体现了类囊体膜具有选择透过性。碳反应中,C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下,被还原为糖类等有机物,蓝细菌是原核生物,此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。 (2)光合作用产生氧气,而细胞呼吸消耗氧气。在一定温度范围内,光合作用强度随温度升高而增强,产生的氧气增多;在一定温度范围内,细胞呼吸强度随温度升高而增强,消耗的氧气增多。但通常情况下,光合作用产生氧气的量大于细胞呼吸消耗氧气的量,这样蓝细菌才能积累有机物,正常生长,所以图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙。 (3)第一步:测定样液中蓝细菌的数量,按一定浓度梯度稀释样液,分别用血细胞计数板计数,取样前需摇匀,以保证计数的准确性。第二步:浓缩蓝细菌,将稀释样液离心,取下层沉淀物。第三步:将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮,目的是提取叶绿素。第四步:用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放,以防止叶绿素降解。第五步:建立相关曲线,用分光光度计测定叶绿素a含量,计算。 16. 答案(1)类囊体薄膜　基质 (2)乙烯利能释放出乙烯促进果实成熟 (3)减少有机物的消耗　降低氧浓度 (4)实验设计思路:将采摘后的生长状况相同的芒果均分为两组,标记为甲组和乙组,甲组用褪黑素进行处理,乙组不做处理,两组在相同条件下进行冷藏,实验开始及之后每隔一段时间测定甲、乙两组芒果的呼吸速率。预期结果和结论:若甲组呼吸速率高于乙组,则说明用褪黑素处理芒果具有减轻冷害的作用;若甲组呼吸速率与乙组相差不多,则说明用褪黑素处理芒果不具有减轻冷害的作用;若甲组呼吸速率低于乙组,则说明用褪黑素处理芒果加重了冷害的作用 解析 (1)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,光反应阶段是在叶绿体的类囊体薄膜上进行的,暗反应阶段是在叶绿体的基质中进行的,两个过程都需要酶的催化作用,因此光合作用必需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质中。 (2)乙烯利与水或含羟基化合物反应会生成乙烯,乙烯能够促进果实成熟。 (3)呼吸作用会消耗有机物,为延长芒果的储藏期,应减弱芒果的呼吸作用,减少有机物的消耗。影响细胞呼吸的环境因素包括温度、水、氧浓度和二氧化碳浓度等,除了通过降低温度减弱芒果呼吸作用外,也可以通过降低氧浓度减弱芒果呼吸作用。 (4)根据题意,该实验的目的是探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用,实验的自变量是冷藏前是否用褪黑素处理,因变量为呼吸速率。实验设计应遵循单一变量和对照原则,实验设计思路、预期结果和结论见答案。 17. 答案(1)胞吞　叶绿体 (2)可通过摄食浮游生物获取营养物质 (3)B型　与A型共生体相比,B型共生体的光合呼吸比更高,积累的光合产物更多,在贫瘠海域中,B型共生体比A型共生体的生存优势更高 (4)下降　升温后呼吸速率基本不变,B型共生体光合呼吸比显著下降,所以B型共生体总光合速率下降,且虫黄藻密度变化不大,所以B型共生体内单个虫黄藻的光合速率下降 解析 (1)珊瑚细胞为单细胞,其须通过胞吞的方式将虫黄藻转移到细胞内。虫黄藻为单细胞真核藻类,其光合作用的场所为叶绿体,可利用CO2和H2O在叶绿体内合成糖类,为珊瑚提供营养。 (2)共生体的营养来源包括虫黄藻合成的有机物和摄取的浮游生物。当光合呼吸比约等于1时,A型共生体仍能生长,其原因是可通过摄食浮游生物获取营养物质。 (3)由图可知,与A型共生体相比,B型共生体的光合呼吸比更高,积累的光合产物更多,在贫瘠海域中,B型共生体比A型共生体的生存优势更高。 (4)若升温后B型共生体呼吸速率基本不变,但光合呼吸比显著下降,则B型共生体总光合速率下降,且虫黄藻密度变化不大,所以B型共生体内单个虫黄藻的光合速率下降。 18. 答案(1)蓝　类囊体薄膜　C5　(CH2O)　紫外光 (2)无水乙醇　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,选择红光而不选择蓝紫光,可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响 (3)高原地区紫外光强烈,覆盖蓝膜后,紫外光透过率较低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害;覆盖蓝膜后,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率(答出两点即可) 解析 (1)三种不同颜色的光中,能被叶绿体中色素高效吸收的是蓝光,叶绿体中的色素位于类囊体薄膜上;暗反应中C3还原转化为C5和(CH2O)。紫外光会对幼苗产生辐射,由题图可知,蓝膜和绿膜对紫外光的透过率均低于白膜,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)提取叶绿体中的色素时,可用无水乙醇作为溶剂。通过光吸收值测定叶绿素含量时,选择红光而不选择蓝紫光的原因是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,选择红光可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。(3)由题图可知,覆盖蓝膜后,紫外光的透过率低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;由题表可知,覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率。 19. 答案(1)H+、O2和e-　NADPH和ATP (2)下降　缺钾影响光合产物的运输和转化,叶绿素合成的底物供应不足;缺钾影响叶绿素合成相关酶的活性 (3)①提取DNA　解析②设计引物　③进行PCR反应　⑤序列比对分析 解析 (1)叶绿体中的光合色素吸收光能,驱动水分解产生H+、O2和电子,光能转化为电能,通过电子传递和有关酶的催化作用,驱动NADPH和ATP的合成,电能转化为NADPH和ATP中的活跃化学能,用于暗反应。 (2)由题可知,钾离子具有参与酶活性调节、促进光合产物的运输和转化等作用,缺钾影响光合产物的运输和转化,使叶绿素合成的底物供应不足;同时缺钾会影响叶绿素合成相关酶的活性,最终导致叶绿素合成受阻,叶绿素含量下降。 (3)由题可知,可通过获得突变体植株的Rubisco编码基因的PCR产物,测序后与正常的Rubisco编码基因的序列进行比对,从而确定突变位点。因此,可先以突变体叶片组织为实验材料,提取DNA,为PCR扩增突变体的Rubisco编码基因提供模板;然后以Rubisco编码基因前后两端的DNA序列为模板,设计合适的引物,进行PCR反应,获得突变体植株的Rubisco编码基因的PCR产物并纯化;最后将测序结果与Rubisco编码基因的DNA序列进行比对,可确定突变位点。 20. 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。 21. 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。 22. 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。 23. 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。 24. 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。 25. 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。 26. 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　解析右上方　(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。 学科网（北京）股份有限公司 $$