专题2 争分点突破2 光合速率的影响因素-【步步高·大二轮专题复习】2025年高考生物复习讲义课件(冀赣) (课件PPT+word教案)
2026-04-21
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教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
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| 学段 | 高中 |
| 学科 | 生物学 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | 光合作用 |
| 使用场景 | 高考复习-二轮专题 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 河北省,江西省 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 3.79 MB |
| 发布时间 | 2026-04-21 |
| 更新时间 | 2026-04-21 |
| 作者 | 山东金榜苑文化传媒有限责任公司 |
| 品牌系列 | 步步高·大二轮专题复习 |
| 审核时间 | 2026-04-21 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/57457785.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
光合速率的影响因素
1.光照(可通过光照强度、光质、光照面积、光照时间等来影响光合速率)
(1)光照强度:直接影响光反应速率,光反应产物NADPH与ATP的数量多少会影响暗反应速率。
(2)阳生植物的光饱和点远远高于阴生植物,而C4植物的光饱和点高于C3植物。
(3)强光伤害——光抑制:主要发生在PSⅡ中,过强的光照强度会在PSⅡ部位产生活性氧等自由基,自由基为强氧化剂,不及时清除会破坏附近的叶绿素及蛋白质,从而使光合器官受损,光合活性下降。因此植物会产生一系列的保护措施:
①通过叶片运动、叶绿体运动减少光能的吸收;
②加强光呼吸、蒸腾作用等加强热耗散;
③增加活性氧的清除系统;
④加强PSⅡ的修复循环等。
2.CO2的浓度:通过影响暗反应C3的生成来影响光合速率。
3.气孔限制因素和非气孔限制因素
前者是指环境因素使气孔导度降低,CO2吸收减少,导致光合速率下降。后者是指环境因素影响色素含量、酶的活性等而直接抑制光合作用。
4.温度:影响光合作用过程,特别是暗反应中酶的催化效率,从而影响光合作用强度。
5.矿质元素:例如Mg、N是叶绿素的组成成分,N也是光合酶的组成成分,P是ATP和NADPH的组成成分。
6.水分:缺水并不直接影响光反应,而是降低了气孔导度,影响了CO2进入叶肉细胞,使暗反应速率下降,从而使光合速率下降;或引起光合产物输出受阻,导致光合速率下降。(水是光反应的原料,没有水就不能进行光合作用。因此有人认为缺水是通过影响光反应来影响光合速率的。实际上,植物光合作用需要的水不足根从土壤中吸收水的1%。缺水只会间接引起光合速率下降,即通过促使叶片气孔关闭,影响CO2进入叶肉细胞;还会导致叶片内淀粉水解加强,糖类堆积,光合产物输出受阻)
素养表达
1.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)。
答案 自身呼吸消耗或建造植物体结构
2.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_________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 增加培养液中的溶氧量,促进根部细胞进行呼吸作用 根细胞通过呼吸作用产生的二氧化碳溶于水形成碳酸,导致营养液pH下降;植物根系吸收了营养液中的营养元素,导致营养液成分发生改变
3.种植海水稻时,应做到合理密植的原因是________________________________________
____________________________________________________________________(至少答2点)。
答案 合理密植有利于增加光合作用面积或提高光能利用率;减少农作物对CO2等的竞争或有利于通风;减少农作物对无机盐和水分的竞争;防止叶片相互遮挡从而减少有机物的消耗等
4.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_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 五碳化合物供应不足、CO2供应不足 强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生氧气的速率增强
1.(2023·重庆,19节选)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呈正相关。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),结果如表。
项目
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羧化酶是催化CO2固定的酶;Vmax是RuBP羧化酶催化的最大速率。
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),结果如表。
项目
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)突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 (2)①突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 ②高
2.(2024·全国甲,29节选改编)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)。
答案 (1)不相等 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,但该植物的某些细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸消耗有机物,如根部细胞,导致该植物体的干重减少 (3)温度过高,导致部分气孔关闭,CO2供应不足,使暗反应速率降低;温度过高,导致酶的活性降低,使暗反应速率降低
解析 (1)叶片的有机物积累速率=光合速率-呼吸速率,即净光合速率。观察题图可知,该植物叶片在温度a和c时虽然光合速率相等,但呼吸速率不同,因此叶片有机物积累速率不相等。(2)观察题图可知,在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,但由于植物有些细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸消耗有机物,如根部细胞,因此该植物体的干重会减少。(3)温度超过b时,气温过高,为了降低蒸腾作用,部分气孔关闭,CO2供应不足,使暗反应速率降低;同时过高的温度使酶的活性降低,CO2固定速率减慢,C3还原速率减慢,进而使暗反应速率降低。
3.(2023·广东,18节选)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,其相关生理特征见表和图(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
叶绿素(mg/g)
类胡萝卜素(mg/g)
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
分析图表,回答下列问题:
(1)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________WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)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。
答案 (1)高于 呼吸速率较高 (2)有机物积累较多
解析 (1)根据图a净光合速率曲线变化可知,WT先到达光饱和点,即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度,ygl有较高的光补偿点可能是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低,且由图c可知ygl呼吸速率较高。(2)净光合速率较高则有机物的积累量较多,更有利于植株生长发育,因此产量较高。
4.(2024·山东,21节选)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/(μmolCO2·mol-1)
野生型
140
151
270
突变体
110
140
205
气孔导度/(molH2O·m-2·s-1)
野生型
125
95
41
突变体
140
112
78
(1)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)突变体细胞分裂素合成更多,而细胞分裂素能促进叶绿素的合成、提高类囊体膜蛋白稳定性,有利于维持叶绿素含量稳定 (2)高 突变体气孔导度更大而胞间CO2浓度更小,而呼吸作用不受影响,说明相同光照强度下,突变体光合作用消耗CO2速率更大,因此突变体吸收利用光能的效率更高。在其他限制因素相同的情况下,突变体可以利用更多的光能,因此光饱和点更高 (3)叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处,而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖,图中突变体蔗糖转化酶活性大于野生型,因此突变体内可向外运输到籽粒的蔗糖少于野生型
解析 (1)对比野生型和突变型不同条件下类囊体膜蛋白稳定性可知,不同条件下突变型类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型,可能是突变型细胞分裂素合成增加,使类囊体膜蛋白稳定性增强,而细胞分裂素可促进叶绿素的合成,故与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢。
5.(2024·新课标,31节选)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)光照t时间时,a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(2)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_________________________________________________________
________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)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)大于 (2)b 密闭容器中,c组的O2浓度不再增加,说明此时由于CO2不足,导致光合速率减弱等于呼吸速率;a组O2浓度等于初始浓度,也意味着光合速率等于呼吸速率;而b组此时光合速率仍然大于呼吸速率。综合来看,b组的光合速率最大 (3)升高
解析 (1)b组O2浓度高于a组,说明光合速率大于呼吸速率,整体表现为吸收CO2,释放O2。因此,a组CO2浓度大于b组。(2)密闭容器中,c组的O2浓度不再增加,说明此时由于CO2不足,导致光合速率下降等于呼吸速率;a组O2浓度等于初始浓度,也意味着光合速率等于呼吸速率。而b组此时光合速率仍然大于呼吸速率。综合来看,b组的光合速率最大。(3)d组O2浓度等于c组是由于密闭容器中CO2的限制,此时光合速率等于呼吸速率,打开容器之后,提供了更多的CO2,此时即便以c组的光照强度仍然可以使得光合速率上升,大于呼吸速率。
6.(2024·湖北,21)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。
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”或“不变”“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)脱落酸促进叶片脱落,抑制气孔开放,能够减弱蒸腾作用,保存植物体内的水分,使植物能够在干旱环境中生存 (4)rhc1
解析 (2)r组是rhc1基因功能缺失突变体,即缺少rhc1基因产物,wt组能正常表达rhc1基因产物。分析图2,高浓度CO2时,wt组气孔开放度低于r组,说明rhc1基因产物能促进气孔关闭。(3)脱落酸是植物生长抑制剂,它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发,还能促进叶和果实的衰老和脱落。干旱条件下脱落酸含量升高,促进叶片脱落,抑制气孔开放,能够减弱蒸腾作用,保存植物体内的水分,使植物能够在干旱环境中生存。(4)分析图1可知,高浓度CO2时,蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。分析图2可知,高浓度CO2时,r组气孔开放度高于wt组、h组和h/r组,说明高浓度CO2时,rhc1基因产物会抑制气孔开放(促进气孔关闭)。由此推测,rhc1基因编码的是蛋白甲。
1.大红袍枇杷是常绿植物。在华东地区某校园里有一片大红袍枇杷果园,该校师生成立了兴趣研究小组,对大红袍枇杷不同情况下的净光合速率进行了检测。
(1)研究小组检测了不同光照强度下的净光合速率,发现大红袍枇杷的光补偿点和光饱和点均较低,据此推测大红袍枇杷应为______(填“阴生”或“阳生”)植物。
(2)每到冬季,植物大多落叶凋零。大红袍枇杷开出满树黄白色的花,但干物质质量却不降反升,原因是____________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(3)该研究小组分别在6月和11月晴朗的某一天检测了大红袍枇杷的净光合速率,检测结果如图所示,表示6月检测的应是______(填“图1”或“图2”),据图分析原因是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案 (1)阴生 (2)大红袍枇杷为常绿植物,冬季也能进行一定强度的光合作用,且温度低呼吸作用弱,有机物逐渐积累使干物质质量增加 (3)图1 6月光照强度和温度远高于11月,光合作用较强,净光合作用强度要高很多;6月中午因气温高,气孔部分关闭,光合速率降低,表现出明显的光合午休现象
2.(2024·新余高三一模)盐胁迫会使水稻叶片失水,对水稻生理和生长等多方面造成影响。为探讨脱落酸在水稻应对逆境中的作用,研究者将不同生长时期的水稻均分为CN、N1、N2、S、SN1和SN2共6组进行相关实验。各组的处理方法见表(结果如图所示)。回答下列问题:
组别
CN
N1
N2
S
SN1
SN2
处理①:置于不同浓度的盐溶液环境
0%
0.3%
0.6%
0%
0.3%
0.6%
处理②:是否用脱落酸处理
X
用一定浓度的脱落酸处理
(1)为研究脱落酸在水稻应对不同浓度的盐胁迫中所起的作用,实验中X的具体操作为________________________________。
(2)叶绿体中的叶绿素主要包括__________________________,这些叶绿素与蛋白质结合形成复合体,主要分布于__________________上发挥作用。
(3)分析CN、N1和N2三组,得出的实验结论是盐胁迫可降低叶绿素含量;在相同生长时期内,________________________________________________________________________;
在相同浓度盐胁迫时,_________________________________________________________。
(4)盐胁迫会抑制水稻叶片光合作用。另有实验结果表明,脱落酸可以减轻这种抑制作用,据图表分析其原因可能是__________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
答案 (1)用等量的溶解脱落酸的溶剂处理 (2)叶绿素a和叶绿素b 类囊体薄膜 (3)较高浓度的盐溶液对叶绿素含量影响更大 抽穗期的叶绿素含量下降程度更显著 (4)脱落酸提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,有利于植物利用光能
解析 (1)根据题意,为研究脱落酸在水稻应对不同浓度的盐胁迫中所起的作用,其自变量为不同浓度的盐溶液以及是否使用脱落酸,根据实验设计应遵循对照原则与单一变量原则,表格中CN、N1、N2三组水稻不能用脱落酸处理,S、SN1和SN2三组使用一定浓度的脱落酸处理(包含溶解脱落酸的溶剂),故实验中X的具体操作为用等量的溶解脱落酸的溶剂处理。(2)叶绿体中的叶绿素主要包括叶绿素a和叶绿素b两种,叶绿素分布在类囊体薄膜上,参与光合作用的光反应,所以叶绿素与蛋白质结合形成复合体,主要分布于类囊体薄膜上发挥作用。(3)根据柱形图并比较CN(对照组)、N1(实验组)和N2(实验组)三组的叶绿素含量,结果表明N1(实验组)盐胁迫处理,叶绿素含量比CN(对照组)低,与N2(实验组)相比,较高浓度的盐溶液处理使叶绿素含量下降更明显,可得出的实验结论是盐胁迫可降低叶绿素含量;在相同生长时期内,较高浓度的盐溶液对叶绿素含量影响更大;在相同浓度盐胁迫时,抽穗期的叶绿素含量下降程度更显著。(4)根据柱形图并比较拔节期S(对照组)、SN1(实验组)和SN2(实验组)三组可知,用一定浓度的脱落酸处理,盐溶液浓度增大(盐胁迫增大),SN2组叶绿素含量>SN1组叶绿素含量>S组叶绿素含量,说明脱落酸能提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,因此脱落酸可以减轻盐胁迫对水稻叶片光合作用的抑制作用,是因为脱落酸能提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,有利于植物利用光能。
3.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)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_______________________
_______________________________________________________________________________。
(2)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为_____________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)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:____________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成 (2)在正常光照下,纯合突变体叶片中因叶绿体发育异常、类囊体消失,导致无法正常进行光合作用,种子无法获得有机物而发育异常 (3)与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零) (4)脱落酸 ①相同且适宜 ②气孔开度 ③气孔开度:A>B、C=D
4.为了研究高温胁迫对水稻拔节期相对叶绿素含量(SPAD)和净光合速率的影响,研究人员以镇稻6号水稻为材料进行实验,温度具体设定如下:10点为36 ℃、11点为38 ℃、12点为39 ℃、13点为40 ℃、14点为38 ℃、15点为35 ℃,实验结果如图1和图2。回答下列问题:
(1)据图1可知,CK组水稻的SPAD在10:00~15:00时与温度的总体关系是______________。高温胁迫________d处理,12:00~13:00相对叶绿素含量下降最多。
(2)结合图1和图2,各处理组10:00~13:00时,水稻净光合速率与相对叶绿素含量的变化趋势大致相同,说明高温胁迫下净光合速率下降的原因之一是________________________。除了上述原因外,还可能是______________________________________________________
______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(至少答出1点)。
(3)PSⅠ和PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光系统,图3为高温胁迫诱导水稻PSⅡ发生光抑制的局部作用机理图。ROS代表活性氧,D1蛋白是组成PSⅡ的重要蛋白之一。高温胁迫下,PSⅡ捕光复合体很容易从膜上脱落,影响光反应中的__________反应,电子传递受阻,光合作用强度下降。分析图3,高温胁迫导致PSⅡ失活的途径有__________________________
______________________________________________________________________________
____________________________________________________________________(答出两点)。
答案 (1)温度越高,SPAD越低 5 (2)叶绿素含量下降,光反应速率减慢 高温破坏了叶绿体的结构或高温使叶绿体中酶活性降低、高温影响了暗反应中CO2的供应等 (3)水的光解 高温胁迫下产生过量ROS,一方面抑制D1蛋白合成,导致PSⅡ失活;另一方面ROS过量还可以直接导致PSⅡ失活
5.(2024·大庆高三一模)黍(谷子)耐旱能力强,是干旱、半干旱地区种植的重要粮食作物。在干旱条件下,谷子耐旱性突变体(drm)较野生型(WT)产量更高,其相关生理特征见表。回答下列问题:
气孔导度
/(mmol·m-2·s-1)
光合酶活性
/(μmol·mg-1·h-1)
光合速率/(μmol·m-2·s-1)
穗粒重/g
WT
70
72
6.1
5.4
drm
95
138
7.5
6.8
(1)与WT相比,drm突变体的可溶性糖和蛋白含量较高。据此推测drm细胞保水能力高的原因是其细胞液____________相对较高。
(2)据表分析,drm在干旱条件下具有较高产量的生理机制是__________________________
________________________________________________________________________。
(3)光照强度过高会抑制植物的光合作用,这种现象称为光抑制。干旱会加剧光抑制,造成叶绿素降解加快、光合结构被破坏。若在非干旱与干旱条件下分别测定drm与WT的叶绿素荧光参数(数值越大表明光抑制越弱),预期实验结果是__________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)渗透压 (2)气孔导度高,CO2利用率高;光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物 (3)与非干旱条件相比,干旱条件下drm与WT的叶绿素荧光参数都下降,drm下降较少
解析 (1)渗透压大小取决于单位体积中溶质微粒的数目,溶质微粒越多,溶液浓度越高,溶液渗透压越高,drm细胞可溶性糖和蛋白含量较高,细胞液渗透压相对较高,对水的吸引力更强,保水能力高。(2)据表可知,与WT相比,drm突变体气孔导度高,气孔是CO2进出的通道,CO2利用率高;同时,光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物。(3)根据题意,干旱会加剧光抑制,造成叶绿素降解加快、光合结构被破坏。叶绿素荧光参数反应光抑制情况,数值越大表明光抑制越弱,与WT相比,drm更加耐干旱,因此与非干旱条件相比,干旱条件下drm与WT的叶绿素荧光参数都下降,drm下降较少。
6.小麦是我国主要的粮食作物,干旱是限制小麦生长的主要因素之一。研究人员以小麦品种百农207为实验材料,探究外源独脚金内酯(GR24)对干旱胁迫下小麦幼苗生长的影响,部分实验结果如图所示。回答下列问题:
注:CK对照组为Hoagland营养液培养,SL组为Hoagland营养液+GR24培养,P组为Hoagland营养液+干旱胁迫培养,PS组为“?”培养;其他条件相同且适宜。
(1)研究发现,干旱胁迫下小麦叶片黄化程度明显,据图甲分析,原因是___________________
______________________________________________________________________________。
(2)实验中,PS组的“?”培养条件是______________________________________________
______________________________________________________________________________。
图乙中,与CK组相比,P组叶片相对含水量显著降低,而PS组叶片相对含水量较P组显著增加,推测这一变化可能与__________________________引起的蒸腾量减少有关。
(3)结合图甲、乙分析可知,GR24能有效缓解干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,其缓解的机制是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出2点即可)。
答案 (1)干旱胁迫下小麦叶片的总叶绿素含量降低
(2)Hoagland营养液+干旱胁迫+GR24培养 (外施GR24导致)小麦叶片气孔部分关闭 (3)GR24可缓解干旱引起小麦叶片的叶绿素含量下降;可使小麦叶片的气孔部分关闭,减少蒸腾作用散失水分
专题强化练
1~4题每题5分,5~10题每题6分,共56分
1.(2024·北京,4)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
答案 A
解析 CO2是光合作用的原料,增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量,A符合题意;降低温度会降低光合作用相关酶的活性,进而降低单位时间单位叶面积的氧气释放量,B不符合题意;给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源,光照强度变小,可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低,C不符合题意;移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大,但光饱和点之后,光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强,D不符合题意。
2.如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的变化情况,下列有关说法错误的是( )
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同
C.d点时,甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
答案 C
解析 与乙植物相比,甲植物达到最大光合速率时对应的光照强度更大,更适合生长在光照较强的条件下,故连续的阴雨天气,生长受影响更大的是甲植物,A正确;据图分析,bc段限制甲植物光合速率的主要环境因素是光照强度,限制乙植物光合速率的环境因素不是光照强度,可能是CO2浓度等因素,B正确;d点时,甲、乙两种植物在单位时间内的CO2吸收量相等,说明净光合速率相等,但甲、乙两种植物呼吸速率不一定相等,故甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量(真正光合作用)不一定相等,C错误;图中a、b两点对应的光照强度是甲、乙植物的光补偿点,此时甲、乙植物的光合速率等于呼吸速率,在自然条件下,提高外界环境的CO2浓度,光合速率会增大,达到光合速率等于呼吸速率所需的光照强度变小,则a、b两点都可能向左移动,D正确。
3.已知大豆幼苗的生长受一系列内源因子和外源环境因素的精密调控,科学家利用大豆幼苗探究单作(MC)和间作(IC)两种不同生产体系下环境对大豆幼苗生长发育的影响,统计结果如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.间作时可能会通过促进大豆某基因的表达而促进生长
B.调节大豆生长的内源因子主要是激素
C.与MC体系相比,IC体系下更有利于大豆幼苗的生长
D.大豆与所有植物间作都会提高产量
答案 D
解析 间作(IC)时,植物胚根长度、鲜重和干重都有所增加,植物的产量高于单作(MC),更有利于大豆幼苗的生长,可能是间作时大豆某基因的表达增强而促进生长,A、C正确;题干中大豆间作时产量增加,但是不能说明大豆与所有植物间作都会增加产量,D错误。
4.浒苔是一种生活在潮间带的大型绿藻,为避免过高的光强对其造成损伤,进化出了多种适应机制,其中NPQ(非光化学淬灭:光合色素吸收的部分光能不用于光合电子传递途径的ATP合成,而以热能的形式耗散)是一种重要的快速能量耗散机制。为探究高光胁迫对浒苔NPQ的影响及NPQ变化原因,研究人员进行了相关实验,结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A.采用纸层析法分离浒苔光合色素,滤纸条由上至下第三条色素带呈黄绿色
B.叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度促进浒苔NPQ的产生,且后者影响更显著
C.其他条件不变,在高光环境下,浒苔的二氧化碳饱和点更高
D.高光照下浒苔的NPQ增强,细胞损伤减少,但光能利用率下降
答案 D
解析 纸层析法分离叶绿体中的色素,滤纸条由上至下第三条色素带为叶绿素a,呈蓝绿色,A错误;当加入DTT或DCCD后,浒苔NPQ相较于高光照组都有所降低,故叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯度都促进了NPQ的产生,当抑制叶黄素循环时,NPQ下降更显著,故二者中叶黄素循环对NPQ的影响更加显著,B错误;高光环境下浒苔吸收光能更多,但NPQ也会增强,阻止ATP的合成,故不能判断高光环境下浒苔ATP合成量是否增多,也不能断定其二氧化碳饱和点更高,C错误;高光照下,浒苔NPQ增强,更多能量以热能形式耗散,光能利用率降低,D正确。
5.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( )
A.本实验中,自变量有水稻种类、寡霉素和NaHSO3
B.寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C.转Z基因能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
答案 D
解析 该实验的自变量是水稻种类、是否有干旱胁迫和喷洒药液的种类,A错误;寡霉素会抑制光合作用中ATP合成酶的活性,水稻细胞光合作用中ATP合成的场所为叶绿体的类囊体薄膜,因此寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体的类囊体薄膜,B错误;对比分析(W+H2O)与(W+寡霉素)的实验结果可知,寡霉素能够抑制光合速率,对比分析(W+寡霉素)与(T+寡霉素)的实验结果可知,转Z基因可以减缓寡霉素对光合速率的抑制作用,C错误;对比分析(W+H2O)与(W+NaHSO3)的实验结果可知,喷施NaHSO3能够促进光合作用,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降,D正确。
6.(2024·张家口高三联考)气孔导度(植物叶片气孔张开的程度)受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响,其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度,绘制出图示立体图。下列叙述正确的是( )
A.气孔导度达到最大时,植物的光合作用强度将达到最大
B.170 ppm CO2浓度时,适当提高光照强度会增加气孔导度
C.当光照强度为0时,气孔导度不受CO2浓度增加的影响
D.CO2浓度和光照强度均不变时,气孔导度也不会发生改变
答案 B
解析 气孔导度随着CO2浓度的升高而降低,气孔导度达到最大时,CO2浓度较低,植物的光合作用强度不一定最大,A错误;当170 ppm CO2浓度时,适当提高光照强度会增加气孔导度,B正确;当光照强度为0,CO2浓度小于170 ppm时,气孔导度随CO2浓度增加而减小,C错误;气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响,当CO2浓度和光照强度均不变时,气孔导度也可能会发生改变,D错误。
7.颖壳是水稻种子外包的干燥鳞状的保护壳,含有一定量的叶绿素,使其在灌浆(结实)期为绿色。颖壳中叶绿素会随着颖壳衰老而消失,研究人员探究颖壳的光合作用对籽粒增重的影响,实验结果如图。下列有关叙述错误的是( )
A.对稻穗提供14C标记的CO2,可追踪颖壳光合作用产物的转移途径
B.由图可知,颖壳叶绿素含量消失后子房的增重速率趋于零
C.强势粒的颖壳最高叶绿素含量、最终子房重都高于弱势粒
D.实验结果表明颖壳光合作用制造的有机物全部转化为子房的重量
答案 D
解析 实验结果表明颖壳光合作用制造的有机物可以转化为子房的重量,但不能得出光合作用制造的有机物全部转化为子房的重量的结论,D错误。
8.(多选)(2024·上饶高三质检)某兴趣小组测得花生种子在萌发前后CO2的吸收速率如图所示,下列叙述错误的是( )
A.种子萌发进行有氧呼吸时,CO2在线粒体基质中产生
B.种子萌发前,随着时间的推移,有机物的消耗逐渐减少
C.种子萌发后第4 d,花生开始进行光合作用积累有机物
D.种子萌发后第6 d,花生的净光合速率为15 mL·g-1·h-1
答案 BC
解析 种子萌发进行有氧呼吸时,CO2在有氧呼吸的第二阶段产生,其场所是线粒体基质,A正确;萌发前的种子由于没有光合色素,只能进行呼吸作用消耗有机物,据图分析可知,随时间推移CO2的释放增多,说明消耗的有机物逐渐增多,B错误;光照下CO2的吸收速率=净光合速率,据图分析可知,种子萌发后第6 d,花生的净光合速率为15 mL·g-1·h-1,种子萌发后的第4 d净光合速率大于0,说明此时光合速率大于呼吸速率,已经在积累有机物,所以花生开始进行光合作用积累有机物的时间应在第4 d之前,C错误,D正确。
9.(多选)光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。研究表明热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃。下列相关叙述正确的是( )
A.在光极限范围内,随着光吸收的增加光合速率也增大
B.CO2极限时,光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关
C.CO2极限时较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高,C3含量低
D.热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前光合速率不断增加
答案 ABC
解析 光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围,在光极限范围内,随着光吸收的增加光合速率也增大,A正确;CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围,CO2极限时,光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关,此时CO2进入气孔减少,暗反应减慢,B正确;酶活性需要适宜的温度,热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃,热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前随温度升高,相关酶活性降低,故光合速率不会一直增加,D错误。
10.(多选)研究人员采用不同光质的荧光灯对日光温室内番茄定时补光进行实验,研究不同光质补光对番茄生长、产量及品质的影响,结果如表所示。下列相关叙述错误的是( )
处理
株高/
cm
茎粗/
mm
叶面积/
cm2
叶片数
叶绿素含量/(mg·g-1)
单果质量/g
单株果数/个
单株产量/g
CK
96.7
13.2
578.7
16.7
1.65
206.2
5.7
978.0
B
98.2
12.7
534.7
16.9
1.64
189.9
5.8
915.3
R
100.4
12.3
622.1
16.7
1.77
211.1
6.7
1 197.0
RB
98.1
12.7
588.6
16.4
1.70
201.1
6.0
1 011.1
注:字母CK、B、R、RB分别代表白光、蓝光、红光、红蓝混合光处理。
A.吸收、转化光能的色素分布于番茄叶肉细胞中叶绿体的类囊体薄膜上
B.红光可通过增加叶面积及叶绿素含量来促进光合作用,使番茄产量增加
C.实际种植过程中适宜对番茄单独补充蓝光
D.B和R对株高具有协同作用,与番茄细胞含有光敏色素及蓝光受体有关
答案 CD
解析 B和R同时使用并没有看出明显好于单独使用的株高数据,因而不能说明B和R对株高具有协同作用,光合色素吸收的是可见光,而光敏色素主要吸收的是红光和远红光,D错误。
11.(18分)(2024·安徽,16)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,结果如表。回答下列问题:
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__________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
答案 (1)ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸和糖类等 (2)减法原理 加法原理 (3)增大
①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增加了对光能的吸收、传递和转换,光反应增强,促进旗叶光合作用 ②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高,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,CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸分子(C3),在有关酶的催化作用下,接受ATP和NADPH释放的能量且被NADPH还原,随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类等。(2)与水稻的野生型(WT)相比,实验组KO为OsNAC敲除突变体,其设置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,其设置采用了自变量控制中的加法原理。(3)题图和表中信息显示: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,OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组,据此分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因。
12.(12分)某种植物在高光强的条件下,突变体(HS)与野生型(S)相比会发生明显的光氧化现象(过强的光照会对植物造成氧化胁迫)。为探明光氧化的机理,科研人员分别测定了S和HS在低光强(10 000 Lux)和高光强(40 000 Lux)下的光合特性,结果如表所示。已知Dl蛋白是光反应过程中的关键蛋白,回答下列问题:
变量
10 000 Lux
40 000 Lux
叶绿素/
(mg·g-1)
净光合速率/
(μmol·m-2·s-1)
气孔导度/
(μmol·m-2·s-1)
叶绿素/
(mg·g-1)
净光合速率/(μmol·
m-2·s-1)
气孔导度/(μmol·
m-2·s-1)
S
4.0
16.5
162
4.1
19.2
158
HS
3.7
15.9
164
1.3
6.3
87
注:“Lux”表示照度单位,“气孔导度”指气孔的开放程度。
(1)光合色素通常与Dl蛋白结合形成位于________上的光合复合体,用于吸收光能。
(2)结合表格信息,推测高光强下HS产量下降的原因是___________________________
___________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________。
(3)科研人员检测了S和HS在不同光照强度条件下的Dl蛋白含量,结果如图所示,Dl蛋白与参考蛋白含量的比值越大,代表Dl蛋白的相对含量越多。结合该图可知,强光会导致HS植株细胞中__________________________,使__________合成减少,进而影响C3的还原,抑制光合作用的正常进行。
(4)进一步研究发现,HS中抗氧化酶相关基因的表达情况改变,使抗氧化酶的活性降低,导致高光强下细胞结构更容易被过度氧化而造成损伤。这体现基因控制性状的途径是________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体薄膜 (2)高光强下HS的叶绿素含量降低使吸收的光能减少,气孔导度下降使吸收的CO2减少,使得净光合速率降低 (3)D1蛋白的相对含量减少,光反应受到抑制 ATP和NADPH (4)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状
解析 (1)光合作用的光反应阶段位于类囊体薄膜上,因为类囊体薄膜上存在吸收、传递并转化光能的光合复合体,光合复合体通常由光合色素与D1蛋白结合形成。(2)结合表格信息,高光强(40 000 Lux)条件下,与S(野生型)对照,HS(突变体)叶绿素含量较低,吸收的光能减少,光反应速率减弱,且气孔导度较小,吸收的CO2减少,暗反应速率减弱,最终导致净光合速率下降。(3)由题意可知,科研人员检测了S和HS在不同光照强度条件下的D1蛋白含量,D1蛋白与参考蛋白含量的比值越大,代表D1蛋白的相对含量越多,据图分析可知,强光条件下,HS植株细胞中D1蛋白与参考蛋白含量的比值最小,说明D1蛋白的相对含量较少,导致光合色素和D1蛋白结合形成的光合复合体减少,吸收的光能减少,光反应速率减弱,合成的ATP和NADPH减少,进而影响C3的还原,抑制光合作用的正常进行。(4)研究发现,HS中抗氧化酶相关基因的表达情况改变,使抗氧化酶的活性降低,导致高光强下细胞结构更容易被过度氧化而造成损伤,该过程体现基因控制性状的途径是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。
13.(14分)(2024·朝阳高三二模)Q蛋白是植物体内参与光反应的一种蛋白质,高温会导致Q蛋白含量下降,进而对光合作用造成影响,药物L会完全抑制Q蛋白合成。为研究高温如何影响Q蛋白的含量,科研人员以番茄为实验材料进行了相关实验,实验结果如表所示。回答下列问题:
相关处理
Q蛋白相对含量
清水处理
常温
100
高温
70
药物L处理
常温
62
高温
20
(1)Q蛋白在植物细胞内的分布部位最可能是__________________。植物光反应产生的NADPH在暗反应中的作用是______________________。
(2)本实验的自变量是__________。为排除番茄植株生长状况对实验的影响,选择植株的要点有__________________(答出两点即可)。
(3)据实验结果分析,高温时Q蛋白含量下降的主要原因是____________(填“合成减少”“降解增加”或“合成减少和降解增加”),判断依据是__________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)叶绿体类囊体薄膜 作为还原剂并提供能量 (2)高温、药物L 多株、生长状况良好、株高相近 (3)降解增加 抑制Q蛋白合成后,高温组与常温组差值增大,说明高温情况下,Q蛋白合成增加;高温下Q蛋白的含量下降,可推测Q蛋白降解增加是其含量下降的主要原因
解析 (3)药物L会完全抑制Q蛋白合成,将使蛋白质合成减少,由表格数据分析,常温下,药物L处理使蛋白质合成减少38,而高温条件下,药物L处理使蛋白质合成减少50,说明高温下,Q蛋白合成增加,而高温下Q蛋白的含量下降,可推测Q蛋白含量下降是其降解增加引起的。
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$光合速率的影响因素
争分点突破 2
一 核心提炼
1.光照(可通过光照强度、光质、光照面积、光照时间等来影响光合速率)
(1)光照强度:直接影响光反应速率,光反应产物NADPH与ATP的数量多少会影响暗反应速率。
3
(2)阳生植物的光饱和点远远高于阴生植物,而C4植物的光饱和点高于C3植物。
(3)强光伤害——光抑制:主要发生在PSⅡ中,过强的光照强度会在PSⅡ部位产生活性氧等自由基,自由基为强氧化剂,不及时清除会破坏附近的叶绿素及蛋白质,从而使光合器官受损,光合活性下降。因此植物会产生一系列的保护措施:
①通过叶片运动、叶绿体运动减少光能的吸收;
②加强光呼吸、蒸腾作用等加强热耗散;
③增加活性氧的清除系统;
④加强PSⅡ的修复循环等。
2.CO2的浓度:通过影响暗反应C3的生成来影响光合速率。
3.气孔限制因素和非气孔限制因素
前者是指环境因素使气孔导度降低,CO2吸收减少,导致光合速率下降。后者是指环境因素影响色素含量、酶的活性等而直接抑制光合作用。
4.温度:影响光合作用过程,特别是暗反应中酶的催化效率,从而影响光合作用强度。
5.矿质元素:例如Mg、N是叶绿素的组成成分,N也是光合酶的组成成分,P是ATP和NADPH的组成成分。
6.水分:缺水并不直接影响光反应,而是降低了气孔导度,影响了CO2进入叶肉细胞,使暗反应速率下降,从而使光合速率下降;或引起光合产物输出受阻,导致光合速率下降。(水是光反应的原料,没有水就不能进行光合作用。因此有人认为缺水是通过影响光反应来影响光合速率的。实际上,植物光合作用需要的水不足根从土壤中吸收水的1%。缺水只会间接引起光合速率下降,即通过促使叶片气孔关闭,影响CO2进入叶肉细胞;还会导致叶片内淀粉水解加强,糖类堆积,光合产物输出受阻)
1.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)。
2.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_________________________
____________________________________________________________________________________________________。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
增加培养液中的溶氧量,促进根部细胞进行呼吸作用
根细胞通过呼吸作用产生的
二氧化碳溶于水形成碳酸,导致营养液pH下降;植物根系吸收了营养液中的营养元素,导致营养液成分发生改变
素养表达
3.种植海水稻时,应做到合理密植的原因是______________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少答2点)。
4.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______________
_________________________________________________。
作用面积或提高光能利用率;减少农作物对CO2等的竞争或有利于通风;减少农作物对无机盐和水分的竞争;防止叶片相互遮挡从而减少有机物的消耗等
合理密植有利于增加光合
五碳化合物供应不足、CO2供应不足
强光照射后短
时间内,光反应速率增强,水光解产生氧气的速率增强
素养表达
二 真题演练
1.(2023·重庆,19节选)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呈正相关。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),结果如表。
项目 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羧化酶是催化CO2固定的酶;Vmax是RuBP羧化酶催化的最大速率。
项目 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
据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是_________________
_______________________。
突变体的光反应与
暗反应速率都较野生型快
(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),结果如表。
项目 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”)。
突变体叶绿素含量太低
光照强度太低
高
2.(2024·全国甲,29节选改编)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
___________________________。
不相等
温度a和c时的呼吸速率不相等
叶片的有机物积累速率=光合速率-呼吸速率,即净光合速率。观察题图可知,该植物叶片在温度a和c时虽然光合速率相等,但呼吸速率不同,因此叶片有机物积累速率不相等。
(2)在温度d时,该植物体的干重会减少,
原因是____________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
______。
在温度d时,叶片的光合速率与
呼吸速率相等,但该植物的某些细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸消耗有机物,如根部细胞,导致该植物体的干重减少
观察题图可知,在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,但由于植物有些细胞不进行光合作用,只进行细胞呼吸消耗有机物,如根部细胞,因此该植物体的干重会减少。
(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)。
温度过高,导致部
分气孔关闭,CO2供应不足,使暗反应速率降低;温度过高,导致酶的活性降低,使暗反应速率降低
温度超过b时,气温过高,为了降低蒸腾作用,部分气孔关闭,CO2供应不足,使暗反应速率降低;同时过高的温度使酶的活性降低,CO2固定速率减慢,C3还原速率减慢,进而使暗反应速率降低。
3.(2023·广东,18节选)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
见表和图(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 叶绿素(mg/g) 类胡萝卜素(mg/g) 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
分析图表,回答下列问题:
(1)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_____WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和_____________。
高于
呼吸速率较高
根据图a净光合速率曲线变化可知,WT先到达光饱和点,即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度,ygl有较高的光补偿点可能是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低,且由图c可知ygl呼吸速率较高。
(2)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。
有机物积累较多
净光合速率较高则有机物的积累量较多,更有利于植株生长发育,因此产量较高。
4.(2024·山东,21节选)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/(μmolCO2·mol-1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度/(molH2O·
m-2·s-1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)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速度慢的原因是_________________
__________________________________________________________________
_________________________。
突变体细胞分裂素
合成更多,而细胞分裂素能促进叶绿素的合成、提高类囊体膜蛋白稳定性,有利于维持叶绿素含量稳定
对比野生型和突变型不同条件下类囊体
膜蛋白稳定性可知,不同条件下突变型
类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型,可
能是突变型细胞分裂素合成增加,使类
囊体膜蛋白稳定性增强,而细胞分裂素
可促进叶绿素的合成,故与野生型相比,开花后突变体叶片变黄的速度慢。
(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__________________________________________________________________
高
突变体气孔导度更大而胞间CO2浓度更小,而呼吸作用不受影响,说明相
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
同光照强度下,突变体光合作用消耗CO2速率更大,因此突变体吸收利用光能的效率更高。在其他限制因素相同的情况下,突变体可以利用更多的光能,因此光饱和点更高
(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___________________________________________________________________________________________________
叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处,而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖,图中突变体蔗糖转化
_______________________________________________________________。
酶活性大于野生型,因此突变体内可向外运输到籽粒的蔗糖少于野生型
5.(2024·新课标,31节选)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)光照t时间时,a组CO2浓度_____(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
大于
b组O2浓度高于a组,说明光合速率大于呼吸速率,整体表现为吸收CO2,释放O2。因此,a组CO2浓度大于b组。
(2)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__________________________________
____________________________________________
____________________________________________
_________________________________________________________________________________。
b
密闭容器中,c组的O2浓度不再增加,说明此时由于CO2不足,导致光合速率减弱等于呼吸速率;a组O2浓度等于初始浓度,也意味着光合
速率等于呼吸速率;而b组此时光合速率仍然大于呼吸速率。综合来看,b组的光合速率最大
密闭容器中,c组的O2浓度不再增加,说明此时由于CO2不足,导致光合速率下降等于呼吸速率;a组O2浓度等于初始浓度,也意味着光合速率等于呼吸速率。而b组此时光合速率仍然大于呼吸速率。综合来看,b组的光合速率最大。
(3)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”)。
升高
d组O2浓度等于c组是由于密闭容器中CO2的限制,此时光合速率等于呼吸速率,打开容器之后,提供了更多的CO2,此时即便以c组的光照强度仍然可以使得光合速率上升,大于呼吸速率。
6.(2024·湖北,21)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。
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”或“不变”“减小”)。
失水
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。
促进
r组是rhc1基因功能缺失突变体,即缺少rhc1基因产物,wt组能正常表达rhc1基因产物。分析图2,高浓度CO2时,wt组气孔开放度低于r组,说明rhc1基因产物能促进气孔关闭。
(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___________________________________________________
_______________________________________________。
脱落酸促进叶片脱落,抑制气孔开放,能够减弱蒸腾作用,保存植物体内的水分,使植物能够在干旱环境中生存
脱落酸是植物生长抑制剂,它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发,还能促进叶和果实的衰老和脱落。干旱条件下脱落酸含量升高,促进叶片脱落,抑制气孔开放,能够减弱蒸腾作用,保存植物体内的水分,使植物能够在干旱环境中生存。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是_____(填“ht1”或“rhc1”)。
rhc1
分析图1可知,高浓度CO2时,蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。分析图2可知,高浓度CO2时,r组气孔开放度高于wt组、h组和h/r组,说明高浓度CO2时,rhc1基因产物会抑制气孔开放(促进气孔关闭)。由此推测,rhc1基因编码的是蛋白甲。
三 模拟预测
1.大红袍枇杷是常绿植物。在华东地区某校园里有一片大红袍枇杷果园,该校师生成立了兴趣研究小组,对大红袍枇杷不同情况下的净光合速率进行了检测。
(1)研究小组检测了不同光照强度下的净光合速率,发现大红袍枇杷的光补偿点和光饱和点均较低,据此推测大红袍枇杷应为______(填“阴生”或“阳生”)植物。
阴生
(2)每到冬季,植物大多落叶凋零。大红袍枇杷开出满树黄白色的花,但干物质质量却不降反升,原因是___________________________________
________________________________________________________________________。
大红袍枇杷为常绿植物,冬季也能进行
一定强度的光合作用,且温度低呼吸作用弱,有机物逐渐积累使干物质质量增加
(3)该研究小组分别在6月和11月晴朗的某一天检测了大红袍枇杷的净光合速率,检测结果如图所示,表示6月检测的应是______(填“图1”或“图2”),据图分析原因是_______________________________________
______________________________________________________________________________________________________。
图1
6月光照强度和温度远高于11月,光合作用
较强,净光合作用强度要高很多;6月中午因气温高,气孔部分关闭,光合速率降低,表现出明显的光合午休现象
2.(2024·新余高三一模)盐胁迫会使水稻叶片失水,对水稻生理和生长等多方面造成影响。为探讨脱落酸在水稻应对逆境中的作用,研究者将不同生长时期的水稻均分为CN、N1、N2、S、SN1和SN2共6组进行相关实验。各组的处理方法见表(结果如图所示)。回答下列问题:
组别 CN N1 N2 S SN1 SN2
处理①:置于不同浓度的盐溶液环境 0% 0.3% 0.6% 0% 0.3% 0.6%
处理②:是否用脱落酸处理 X 用一定浓度的脱落酸处理
(1)为研究脱落酸在水稻应对不同浓度的盐胁迫中所起的作用,实验中X的具体操作为____________________________。
用等量的溶解脱落酸的溶剂处理
根据题意,为研究脱落酸在水稻应对不
同浓度的盐胁迫中所起的作用,其自变
量为不同浓度的盐溶液以及是否使用脱
落酸,根据实验设计应遵循对照原则与
单一变量原则,表格中CN、N1、N2三
组水稻不能用脱落酸处理,S、SN1和SN2三组使用一定浓度的脱落酸处理(包含溶解脱落酸的溶剂),故实验中X的具体操作为用等量的溶解脱落酸的溶剂处理。
(2)叶绿体中的叶绿素主要包括________
__________,这些叶绿素与蛋白质结合形成复合体,主要分布于___________上发挥作用。
叶绿素a
和叶绿素b
类囊体薄膜
叶绿体中的叶绿素主要包括叶绿素a和叶绿素b两种,叶绿素分布在类囊体薄膜上,参与光合作用的光反应,所以叶绿素与蛋白质结合形成复合体,主要分布于类囊体薄膜上发挥作用。
(3)分析CN、N1和N2三组,得出的实验结论是盐胁迫可降低叶绿素含量;在相同生长时期内,____________________
_________________;在相同浓度盐胁迫时,____________________________
_____。
较高浓度的盐溶液对叶
绿素含量影响更大
抽穗期的叶绿素含量下降程度更
显著
根据柱形图并比较CN(对照组)、N1(实
验组)和N2(实验组)三组的叶绿素含量,
结果表明N1(实验组)盐胁迫处理,叶绿
素含量比CN(对照组)低,与N2(实验组)
相比,较高浓度的盐溶液处理使叶绿素
含量下降更明显,可得出的实验结论是盐胁迫可降低叶绿素含量;在相同生长时期内,较高浓度的盐溶液对叶绿素含量影响更大;在相同浓度盐胁迫时,抽穗期的叶绿素含量下降程度更显著。
(4)盐胁迫会抑制水稻叶片光合作用。另有实验结果表明,脱落酸可以减轻这种抑制作用,据图表分析其原因可能是_____________________________________________________________。
脱落酸提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,有利于植物利用光能
根据柱形图并比较拔节期S(对照组)、
SN1(实验组)和SN2(实验组)三组可知,
用一定浓度的脱落酸处理,盐溶液浓
度增大(盐胁迫增大),SN2组叶绿素含
量>SN1组叶绿素含量>S组叶绿素含
量,说明脱落酸能提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,因此脱落酸可以减轻盐胁迫对水稻叶片光合作用的抑制作用,是因为脱落酸能提高盐胁迫条件下叶片的叶绿素含量,有利于植物利用光能。
3.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)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___________________________________________________。
(2)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为____________
______________________________________________________________________________________________________。
叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成
纯合突变体叶片中因叶绿体发育异常、类囊体消失,导致无法正常进行光合作用,种子无法获得有机物而发育异常
在正常光照下,
(3)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_____________________________________
______________________。
与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝
卜素含量极低(几乎为零)
(4)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:______________________。
脱落酸
相同且适宜
气孔开度
气孔开度:A>B、C=D
4.为了研究高温胁迫对水稻拔节期相对叶绿素含量(SPAD)和净光合速率的影响,研究人员以镇稻6号水稻为材料进行实验,温度具体设定如下:10点为36 ℃、11点为38 ℃、12点为39 ℃、13点为40 ℃、14点为38 ℃、15点为35 ℃,实验结果如图1和图2。回答下列问题:
(1)据图1可知,CK组水稻的SPAD在10:00~15:00时与温度的总体关系是_____________
__________。高温胁迫____d处理,12:00~
13:00相对叶绿素含量下降最多。
温度越高,
SPAD越低
5
(2)结合图1和图2,各处理组10:00~13:00时,水稻净光合速率与相对叶绿素含量的变化趋势大致相同,说明高温胁迫下净光合速率下降的原因之一是_____________________
___________。除了上述原因外,还可能是___________________________________________________________________________________(至少答出1点)。
叶绿素含量下降,光反
应速率减慢
高温破坏了叶绿体的结构或高温使叶绿体中酶活性降低、高温影响了暗反应中CO2的供应等
(3)PSⅠ和PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光
系统,图3为高温胁迫诱导水稻PSⅡ发生光抑
制的局部作用机理图。ROS代表活性氧,D1
蛋白是组成PSⅡ的重要蛋白之一。高温胁迫
下,PSⅡ捕光复合体很容易从膜上脱落,影
响光反应中的__________反应,电子传递受
阻,光合作用强度下降。分析图3,高温胁迫导致PSⅡ失活的途径有____________________________________________________________________________________________________(答出两点)。
水的光解
高温胁迫下产生过量ROS,一方面抑制D1蛋白合成,导致PSⅡ失活;另一方面ROS过量还可以直接导致PSⅡ失活
5.(2024·大庆高三一模)黍(谷子)耐旱能力强,是干旱、半干旱地区种植的重要粮食作物。在干旱条件下,谷子耐旱性突变体(drm)较野生型(WT)产量更高,其相关生理特征见表。回答下列问题:
气孔导度/
(mmol·m-2·s-1) 光合酶活性/
(μmol·mg-1·h-1) 光合速率/
(μmol·m-2·s-1) 穗粒重/g
WT 70 72 6.1 5.4
drm 95 138 7.5 6.8
(1)与WT相比,drm突变体的可溶性糖和蛋白含量较高。据此推测drm细胞保水能力高的原因是其细胞液________相对较高。
渗透压
渗透压大小取决于单位体积中溶质微粒的数目,溶质微粒越多,溶液浓度越高,溶液渗透压越高,drm细胞可溶性糖和蛋白含量较高,细胞液渗透压相对较高,对水的吸引力更强,保水能力高。
气孔导度/
(mmol·m-2·s-1) 光合酶活性/
(μmol·mg-1·h-1) 光合速率/
(μmol·m-2·s-1) 穗粒重/g
WT 70 72 6.1 5.4
drm 95 138 7.5 6.8
(2)据表分析,drm在干旱条件下具有较高产量的生理机制是___________
__________________________________________________________。
气孔导度高,
CO2利用率高;光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物
据表可知,与WT相比,drm突变体气孔导度高,气孔是CO2进出的通道,CO2利用率高;同时,光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物。
气孔导度/
(mmol·m-2·s-1) 光合酶活性/
(μmol·mg-1·h-1) 光合速率/
(μmol·m-2·s-1) 穗粒重/g
WT 70 72 6.1 5.4
drm 95 138 7.5 6.8
(3)光照强度过高会抑制植物的光合作用,这种现象称为光抑制。干旱会加剧光抑制,造成叶绿素降解加快、光合结构被破坏。若在非干旱与干旱条件下分别测定drm与WT的叶绿素荧光参数(数值越大表明光抑制越弱),预期实验结果是____________________________________________
______________________________。
与非干旱条件相比,干旱条件下drm与WT的叶绿
素荧光参数都下降,drm下降较少
根据题意,干旱会加剧光抑制,造成叶绿素降解加快、光合结构被破坏。叶绿素荧光参数反应光抑制情况,数值越大表明光抑制越弱,与WT相比,drm更加耐干旱,因此与非干旱条件相比,干旱条件下drm与WT的叶绿素荧光参数都下降,drm下降较少。
6.小麦是我国主要的粮食作物,干旱是限制小麦生长的主要因素之一。研究人员以小麦品种百农207为实验材料,探究外源独脚金内酯(GR24)对干旱胁迫下小麦幼苗生长的影响,部分实验结果如图所示。回答下列问题:
注:CK对照组为Hoagland营养液培养,SL组为Hoagland营养液+GR24培养,P组为Hoagland营养液+干旱胁迫培养,PS组为“?”培养;其他条件相同且适宜。
(1)研究发现,干旱胁迫下小麦叶片黄化程度明显,据图甲分析,原因是_____________________________________。
干旱胁迫下小麦叶片的总叶绿素含量降低
(2)实验中,PS组的“?”培养条件是______________________________
__________。图乙中,与CK组相比,P组叶片相对含水量显著降低,而PS组叶片相对含水量较P组显著增加,推测这一变化可能与___________
__________________________引起的蒸腾量减少有关。
Hoagland营养液+干旱胁迫+
GR24培养
导致)小麦叶片气孔部分关闭
(外施GR24
(3)结合图甲、乙分析可知,GR24能有效缓解干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,其缓解的机制是_______________________________________
_________________________________________________________(答出2点即可)。
GR24可缓解干旱引起小麦叶片的叶绿素含
量下降;可使小麦叶片的气孔部分关闭,减少蒸腾作用散失水分
四 专题强化练
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
对一对
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 A C D D D B D BC ABC CD
题号 11
答案 (1)ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸和糖类等 (2)减法原理 加法原理 (3)增大
①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增加了对光能的吸收、传递和转换,光反应增强,促进旗叶光合作用 ②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高,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
1
2
3
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对一对
题号 12
答案 (1)类囊体薄膜 (2)高光强下HS的叶绿素含量降低使吸收的光能减少,气孔导度下降使吸收的CO2减少,使得净光合速率降低 (3)D1蛋白的相对含量减少,光反应受到抑制
ATP和NADPH (4)基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状
题号 13
答案 (1)叶绿体类囊体薄膜 作为还原剂并提供能量 (2)高温、药物L 多株、生长状况良好、株高相近 (3)降解增加 抑制Q蛋白合成后,高温组与常温组差值增大,说明高温情况下,Q蛋白合成增加;高温下Q蛋白的含量下降,可推测Q蛋白降解增加是其含量下降的主要原因
答案
1.(2024·北京,4)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
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
CO2是光合作用的原料,增加叶片周围环境
CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气
释放量,A符合题意;
降低温度会降低光合作用相关酶的活性,进
而降低单位时间单位叶面积的氧气释放量,B不符合题意;
给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源,光照强度变小,可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低,C不符合题意;
移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大,但光饱和点之后,光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强,D不符合题意。
1
2
3
4
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11
12
13
答案
2.如图表示在自然条件下,甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的变化情况,下列有关说法错误的是
A.连续的阴雨天气,生长受影响更大的是
甲植物
B.bc段,限制甲、乙两种植物光合速率的
环境因素不同
C.d点时,甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等
D.若提高外界环境的CO2浓度,则a、b两点都可能向左移动
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
与乙植物相比,甲植物达到最大光合速率
时对应的光照强度更大,更适合生长在光
照较强的条件下,故连续的阴雨天气,生
长受影响更大的是甲植物,A正确;
据图分析,bc段限制甲植物光合速率的主
要环境因素是光照强度,限制乙植物光合速率的环境因素不是光照强度,可能是CO2浓度等因素,B正确;
1
2
3
4
5
6
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10
11
12
13
答案
d点时,甲、乙两种植物在单位时间内的
CO2吸收量相等,说明净光合速率相等,
但甲、乙两种植物呼吸速率不一定相等,
故甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固
定量(真正光合作用)不一定相等,C错误;
图中a、b两点对应的光照强度是甲、乙植物的光补偿点,此时甲、乙植物的光合速率等于呼吸速率,在自然条件下,提高外界环境的CO2浓度,光合速率会增大,达到光合速率等于呼吸速率所需的光照强度变小,则a、b两点都可能向左移动,D正确。
1
2
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答案
3.已知大豆幼苗的生长受一系列内源因子和外源环境因素的精密调控,科学家利用大豆幼苗探究单作(MC)和间作(IC)两种不同生产体系下环境对大豆幼苗生长发育的影响,统计结果如图所示。下列有关说法错误的是
A.间作时可能会通过促进大豆某
基因的表达而促进生长
B.调节大豆生长的内源因子主要
是激素
C.与MC体系相比,IC体系下更有利于大豆幼苗的生长
D.大豆与所有植物间作都会提高产量
√
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答案
间作(IC)时,植物胚根长度、鲜
重和干重都有所增加,植物的产
量高于单作(MC),更有利于大豆
幼苗的生长,可能是间作时大豆
某基因的表达增强而促进生长,
A、C正确;
题干中大豆间作时产量增加,但是不能说明大豆与所有植物间作都会增加产量,D错误。
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答案
4.浒苔是一种生活在潮间带的大型绿藻,为避免过高的光强对其造成损伤,进化出了多种适应机制,其中NPQ(非光化学淬灭:光合色素吸收的部分光能不用于光合电子传递途径的
ATP合成,而以热能的形式耗散)是一
种重要的快速能量耗散机制。为探究
高光胁迫对浒苔NPQ的影响及NPQ变
化原因,研究人员进行了相关实验,
结果如图所示。
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答案
下列相关叙述正确的是
A.采用纸层析法分离浒苔光合色素,
滤纸条由上至下第三条色素带呈
黄绿色
B.叶黄素循环和跨类囊体膜质子梯
度促进浒苔NPQ的产生,且后者
影响更显著
C.其他条件不变,在高光环境下,浒苔的二氧化碳饱和点更高
D.高光照下浒苔的NPQ增强,细胞损伤减少,但光能利用率下降
√
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答案
纸层析法分离叶绿体中的色素,滤
纸条由上至下第三条色素带为叶绿
素a,呈蓝绿色,A错误;
当加入DTT或DCCD后,浒苔NPQ
相较于高光照组都有所降低,故叶
黄素循环和跨类囊体膜质子梯度都
促进了NPQ的产生,当抑制叶黄素循环时,NPQ下降更显著,故二者中叶黄素循环对NPQ的影响更加显著,B错误;
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答案
高光环境下浒苔吸收光能更多,但
NPQ也会增强,阻止ATP的合成,
故不能判断高光环境下浒苔ATP合
成量是否增多,也不能断定其二氧
化碳饱和点更高,C错误;
高光照下,浒苔NPQ增强,更多能
量以热能形式耗散,光能利用率降低,D正确。
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答案
5.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。
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答案
下列叙述正确的是
A.本实验中,自变量有水稻种类、寡霉
素和NaHSO3
B.寡霉素在光合作用过程中的作用部位
是叶绿体中的基质
C.转Z基因能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
√
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答案
该实验的自变量是水稻种类、是
否有干旱胁迫和喷洒药液的种类,
A错误;
寡霉素会抑制光合作用中ATP合
成酶的活性,水稻细胞光合作用
中ATP合成的场所为叶绿体的类
囊体薄膜,因此寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体的类囊体薄膜,B错误;
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答案
对比分析(W+H2O)与(W+寡霉素)
的实验结果可知,寡霉素能够抑制
光合速率,对比分析(W+寡霉素)
与(T+寡霉素)的实验结果可知,转
Z基因可以减缓寡霉素对光合速率
的抑制作用,C错误;
对比分析(W+H2O)与(W+NaHSO3)的实验结果可知,喷施NaHSO3能够促进光合作用,且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降,D正确。
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答案
6.(2024·张家口高三联考)气孔导度(植物叶片气孔张开的程度)受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响,其也会影响植物光合作用、蒸腾作用等生命活动。研究人员测量某植物在不同CO2浓度和光照强度下的气孔导度,绘制出图示立体图。下列叙述正确的是
A.气孔导度达到最大时,植物的光合作用强
度将达到最大
B.170 ppm CO2浓度时,适当提高光照强度会
增加气孔导度
C.当光照强度为0时,气孔导度不受CO2浓度增加的影响
D.CO2浓度和光照强度均不变时,气孔导度也不会发生改变
√
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答案
气孔导度随着CO2浓度的升高而降低,气
孔导度达到最大时,CO2浓度较低,植物
的光合作用强度不一定最大,A错误;
当170 ppm CO2浓度时,适当提高光照
强度会增加气孔导度,B正确;
当光照强度为0,CO2浓度小于170 ppm时,
气孔导度随CO2浓度增加而减小,C错误;
气孔导度受CO2浓度、光照强度、温度等多种环境因素的影响,当CO2浓度和光照强度均不变时,气孔导度也可能会发生改变,D错误。
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答案
7.颖壳是水稻种子外包的干燥鳞状的保护壳,含有一定量的叶绿素,使其在灌浆(结实)期为绿色。颖壳中叶绿素会随着颖壳衰老而消失,研究人员探究颖壳的光合作用对籽粒增重的影响,实验结果如图。下列有关叙述错误的是
A.对稻穗提供14C标记的CO2,可追踪颖
壳光合作用产物的转移途径
B.由图可知,颖壳叶绿素含量消失后子
房的增重速率趋于零
C.强势粒的颖壳最高叶绿素含量、最终
子房重都高于弱势粒
D.实验结果表明颖壳光合作用制造的有机物全部转化为子房的重量
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答案
实验结果表明颖壳光合作用制造的有机物可以转化为子房的重量,但不能得出光合作用制造的有机物全部转化为子房的重量的结论,D错误。
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答案
8.(多选)(2024·上饶高三质检)某兴趣小组测得花生种子在萌发前后CO2的吸收速率如图所示,下列叙述错误的是
A.种子萌发进行有氧呼吸时,CO2在
线粒体基质中产生
B.种子萌发前,随着时间的推移,有
机物的消耗逐渐减少
C.种子萌发后第4 d,花生开始进行光合作用积累有机物
D.种子萌发后第6 d,花生的净光合速率为15 mL·g-1·h-1
√
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答案
种子萌发进行有氧呼吸时,CO2
在有氧呼吸的第二阶段产生,其
场所是线粒体基质,A正确;
萌发前的种子由于没有光合色素,
只能进行呼吸作用消耗有机物,
据图分析可知,随时间推移CO2的释放增多,说明消耗的有机物逐渐增多,B错误;
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答案
光照下CO2的吸收速率=净光合速
率,据图分析可知,种子萌发后第
6 d,花生的净光合速率为15 mL·
g-1·h-1,种子萌发后的第4 d净光
合速率大于0,说明此时光合速率
大于呼吸速率,已经在积累有机物,所以花生开始进行光合作用积累有机物的时间应在第4 d之前,C错误,D正确。
9.(多选)光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围。研究表明热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃。下列相关叙述正确的是
A.在光极限范围内,随着光吸收的增加光合速率也增大
B.CO2极限时,光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关
C.CO2极限时较极限前叶肉细胞中的NADPH、ATP含量高,C3含量低
D.热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前光合速率不断增加
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答案
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√
光极限是指光合作用吸收CO2量随着光吸收的增加而上升的光吸收范围,在光极限范围内,随着光吸收的增加光合速率也增大,A正确;
CO2极限是指光合作用吸收CO2量不再随着光吸收的增加而上升的光吸收范围,CO2极限时,光合速率不再增加可能与叶片气孔大量关闭有关,此时CO2进入气孔减少,暗反应减慢,B正确;
酶活性需要适宜的温度,热带树木的光合机制开始失效的临界温度平均约为46.7 ℃,热带树木达到光合机制开始失效的临界平均温度前随温度升高,相关酶活性降低,故光合速率不会一直增加,D错误。
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答案
10.(多选)研究人员采用不同光质的荧光灯对日光温室内番茄定时补光进行实验,研究不同光质补光对番茄生长、产量及品质的影响,结果如表所示。
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答案
处理 株高/
cm 茎粗/
mm 叶面积/
cm2 叶片数 叶绿素含量/(mg·g-1) 单果质量/g 单株果数/个 单株产量/g
CK 96.7 13.2 578.7 16.7 1.65 206.2 5.7 978.0
B 98.2 12.7 534.7 16.9 1.64 189.9 5.8 915.3
R 100.4 12.3 622.1 16.7 1.77 211.1 6.7 1 197.0
RB 98.1 12.7 588.6 16.4 1.70 201.1 6.0 1 011.1
注:字母CK、B、R、RB分别代表白光、蓝光、红光、红蓝混合光处理。
下列相关叙述错误的是
A.吸收、转化光能的色素分布于番茄叶肉细胞中叶绿体的类囊体薄膜上
B.红光可通过增加叶面积及叶绿素含量来促进光合作用,使番茄产量增加
C.实际种植过程中适宜对番茄单独补充蓝光
D.B和R对株高具有协同作用,与番茄细胞含有光敏色素及蓝光受体有关
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答案
√
B和R同时使用并没有看出明显好于单独使用的株高数据,因而不能说明B和R对株高具有协同作用,光合色素吸收的是可见光,而光敏色素主要吸收的是红光和远红光,D错误。
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答案
11.(2024·安徽,16)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,结果如表。回答下列问题:
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答案
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_____________________________。
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答案
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
ATP和NADPH
核酮糖-1,5-二磷酸和糖类等
在光合作用的暗反应阶段,CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸分子(C3),在有关酶的催化作用下,接受ATP和NADPH释放的能量且被NADPH还原,随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类等。
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答案
(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)。
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答案
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
减法原理
加法原理
与水稻的野生型(WT)相比,实验组KO为OsNAC敲除突变体,其设置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,其设置采用了自变量控制中的加法原理。
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答案
(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。
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答案
增大
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_____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
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答案
与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增加了对光能的吸收、传递和转换,光反应增强,促进旗叶光合作用
与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高,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
题图和表中信息显示: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,OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组,据此分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因。
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答案
12.某种植物在高光强的条件下,突变体(HS)与野生型(S)相比会发生明显的光氧化现象(过强的光照会对植物造成氧化胁迫)。为探明光氧化的机理,科研人员分别测定了S和HS在低光强(10 000 Lux)和高光强(40 000 Lux)下的光合特性,结果如表所示。
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答案
变量 10 000 Lux 40 000 Lux
叶绿素/
(mg·g-1) 净光合速率/
(μmol·m-2·s-1) 气孔导度/
(μmol·
m-2·s-1) 叶绿素/
(mg·g-1) 净光合速率/(μmol·
m-2·s-1) 气孔导度/(μmol·
m-2·s-1)
S 4.0 16.5 162 4.1 19.2 158
HS 3.7 15.9 164 1.3 6.3 87
注:“Lux”表示照度单位,“气孔导度”指气孔的开放程度。
已知Dl蛋白是光反应过程中的关键蛋白,回答下列问题:
(1)光合色素通常与Dl蛋白结合形成位于_____________上的光合复合体,用于吸收光能。
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答案
类囊体薄膜
光合作用的光反应阶段位于类囊体薄膜上,因为类囊体薄膜上存在吸收、传递并转化光能的光合复合体,光合复合体通常由光合色素与D1蛋白结合形成。
(2)结合表格信息,推测高光强下HS产量下降的原因是________________
__________________________________________________________________________________。
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答案
叶绿素含量降低使吸收的光能减少,气孔导度下降使吸收的CO2减少,使得净光合速率降低
高光强下HS的
结合表格信息,高光强(40 000 Lux)条件下,与S(野生型)对照,HS(突变体)叶绿素含量较低,吸收的光能减少,光反应速率减弱,且气孔导度较小,吸收的CO2减少,暗反应速率减弱,最终导致净光合速率下降。
(3)科研人员检测了S和HS在不同光照强度条件下的Dl蛋白含量,结果如图所示,Dl蛋白与参考蛋白含量的比值越大,代表Dl蛋白的相对含量越多。结合该图可知,强光会导致HS植株细胞中______________________
_______________,使_____________合成减少,进而影响C3的还原,抑制光合作用的正常进行。
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答案
D1蛋白的相对含量减少,
光反应受到抑制
ATP和NADPH
由题意可知,科研人员检测了
S和HS在不同光照强度条件下
的D1蛋白含量,D1蛋白与参
考蛋白含量的比值越大,代表
D1蛋白的相对含量越多,据图
分析可知,强光条件下,HS植株细胞中D1蛋白与参考蛋白含量的比值最小,说明D1蛋白的相对含量较少,导致光合色素和D1蛋白结合形成的光合复合体减少,吸收的光能减少,光反应速率减弱,合成的ATP和NADPH减少,进而影响C3的还原,抑制光合作用的正常进行。
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答案
(4)进一步研究发现,HS中抗氧化酶相关基因的表达情况改变,使抗氧化酶的活性降低,导致高光强下细胞结构更容易被过度氧化而造成损伤。这体现基因控制性状的途径是_____________________________________
_____________________。
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答案
基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,
进而控制生物体的性状
研究发现,HS中抗氧化酶相关基因的表达情况改变,使抗氧化酶的活性降低,导致高光强下细胞结构更容易被过度氧化而造成损伤,该过程体现基因控制性状的途径是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程,进而控制生物体的性状。
13.(2024·朝阳高三二模)Q蛋白是植物体内参与光反应的一种蛋白质,高温会导致Q蛋白含量下降,进而对光合作用造成影响,药物L会完全抑制Q蛋白合成。为研究高温如何影响Q蛋白的含量,科研人员以番茄为实验材料进行了相关实验,实验结果如表所示。回答下列问题:
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答案
相关处理 Q蛋白相对含量
清水处理 常温 100
高温 70
药物L处理 常温 62
高温 20
(1)Q蛋白在植物细胞内的分布部位最可能是________________。植物光反应产生的NADPH在暗反应中的作用是______________
_________。
叶绿体类囊体薄膜
作为还原剂并
提供能量
(2)本实验的自变量是___________。为排除番茄植株生长状况对实验的影响,选择植株的要点有_____
______________________(答出两点即可)。
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答案
高温、药物L
生长状况良好、株高相近
相关处理 Q蛋白相对含量
清水处理 常温 100
高温 70
药物L处理 常温 62
高温 20
多株、
(3)据实验结果分析,高温时Q蛋白
含量下降的主要原因是_________
(填“合成减少”“降解增加”或
“合成减少和降解增加”),判断
依据是_______________________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
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答案
降解增加
抑制Q蛋白合成后,高温
组与常温组差值增大,说明高温情况下,Q蛋白合成增加;高温下Q蛋白的含量下降,可推测Q蛋白降解增加是其含量下降的主要原因
相关处理 Q蛋白相对含量
清水处理 常温 100
高温 70
药物L处理 常温 62
高温 20
药物L会完全抑制Q蛋白合成,将使蛋白质合成减少,由表格数据分析,常温下,药物L处理使蛋白质合成减少38,而高温条件下,药物L处理使蛋白质合成减少50,说明高温下,Q蛋白合成增加,而高温下Q蛋白的含量下降,可推测Q蛋白含量下降是其降解增加引起的。
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答案
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