专题6 光合作用与能量转化-【十年高考】备战2027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 2017~2021年 2022年 2023年 2024年 2025年 2026年 合计 18.捕获光能的色素和结构 1 0 2 3 4 1 11 19.光合作用的原理 3 1 1 1 1 2 9 20.影响光合作用的因素及其应用 0 5 2 5 9 7 28 21.光合作用与呼吸作用的综合考查 2 0 2 8 12 2 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P335　 1.(2026·湖南,5,2分,难度★★)关于表中生物学实验的叙述,错误的是 (　　) 选项 实验名称 相关叙述 A 低温诱导植物细胞染色体数目的变化 低温能抑制洋葱根尖分生区细胞中纺锤体的形成,引起细胞内染色体数目加倍 B 绿叶中色素的提取和DNA的粗提取 绿叶中的色素不溶于无水乙醇,DNA易溶于无水乙醇 C 探究酵母菌细胞呼吸的方式 细胞呼吸产物的产生情况是因变量,温度是无关变量 续表 选项 实验名称 相关叙述 D 模拟生物体维持pH的稳定 可设置HC/H2CO3缓冲液或HP/H2P缓冲液作为对照组 2.(2025·天津,6,4分,难度★★)老师检查同学们的生物实验报告时,发现其中有误的是 (　　) A.电泳分离DNA片段时,需用缓冲液配制琼脂糖凝胶 B.检测酵母是否产生酒精时,需向培养液滤液中加入酸性重铬酸钾 C.提取和分离菠菜叶中的色素时,用层析液进行提取,用无水乙醇进行分离 D.为维持有丝分裂样品最佳观察状态,需在分裂旺盛时剪取根尖,用卡诺氏液固定 3.(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 4.(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 5.(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 6.(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 7.(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 8.(讲解 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　。  9.(2025·贵州,17,10分,难度★★★)牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深,中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素,其合成与降解需多种酶参与。回答下列问题。 (1)开花初期花瓣绿色逐渐加深,影响这一过程的主要环境因素是　　　　,叶绿素分布在叶绿体的　　　　上,开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是　。  (2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化,需在不同时间取样,并将样品低温保存,低温保存的目的是　　　　　　　　　　　　　　。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是　　　　。  (3)研究表明,PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。下图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。据图推测,PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是  　。(答出2点)  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P336　 1.(2026·广东,6,2分,难度★)某种硝化细菌能将NH3氧化形成HNO2,并利用该过程释放的能量将无机物合成为有机物。该种细菌 (　　) 　 　　　　　 　　　　　 　　　　 A.具有核膜 B.为异养生物 C.可利用光能 D.可固定CO2 2.(2025·福建,11,4分,难度★★★)科研人员将光合系统相关基因整合到大肠杆菌后,该菌能在无碳源培养基中生长繁殖。下列叙述错误的是 (　　) A.必需整合光反应和暗反应系统的相关基因 B.暗反应所需的所有能量来源于细胞中的ATP C.改造成功的大肠杆菌可用CO2作为唯一碳源 D.该菌在无碳源培养基中生长繁殖一定需要光照 3.(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,PS Ⅱ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ,通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHC Ⅱ与PS Ⅱ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 4.(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 5.(2026·陕晋宁青,17,10分,难度★★★)捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构,由光合色素和叶绿素结合蛋白(LHCP)组成,L蛋白与S蛋白等共同参与LHCP向类囊体膜的转运,L蛋白还参与叶绿素合成的调控,相关过程如图(a)。回答下列问题。 图(a) 图(b) 图(c) (1)用纸层析法分离野生型(WT)和L基因缺失突变体(l)植株的叶绿体色素,滤纸条均出现4条色素带。l组自上而下第三条带对应的色素是　　　　　;与WT相比,该条带的颜色深浅变化是　　　　　。相较于WT植株,l植株叶绿体内中间物1含量　　　　　,l植株叶片暗反应中C3的　　　　　反应过程会受影响。  (2)通过抗原—抗体杂交反应检测WT植株叶绿体基质和类囊体中L蛋白的量,结果如图(b)所示,结构2是　　　　　。  (3)WT、l及s(S基因缺失突变体)植株的表型如图(c)所示,其中l对应的是　　　(填“甲”“乙”或“丙”),与WT相比,两突变体表型差异产生的原因是　　　　　　　　　　　　　。  (4)为进一步验证L蛋白的功能,应在WT、l两种实验材料基础上,再补充两组不同的实验材料,分别为　。  6.(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(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　。  7.(讲解 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 8.(讲解 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· m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度/(CO2 μmol· m-2·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。  考点20影响光合作用的因素及其应用答案P338　 1.(2026·河北,14,3分,难度★★★)(多选)小立碗藓的叶绿体和线粒体都有为细胞质基质提供ATP的潜力。为探究两者对细胞质基质ATP水平的影响,对①、②和③组小立碗藓进行黑暗预处理后,检测其细胞质基质ATP对光的响应变化,结果如图所示。下列分析正确的是 (　　) A.光合产物的缺乏和光反应受阻导致③在光照下ATP无显著变化 B.第一次光照时,①中ATP的增加与叶绿体、线粒体均有关 C.光照时,叶绿体中的部分ATP用于暗反应中CO2与C5的结合 D.小立碗藓中的线粒体有助于维持细胞质基质中ATP的稳定供应 2.(2025·福建,9,2分,难度★★)为研究光照对培养箱中拟南芥生长的影响,科研人员在总光强相同情况下设置了不同的红蓝光强度比,并改变光照时间,进行相关实验,部分结果如图。下列叙述正确的是 (　　) A.蓝光不能作为信号调控拟南芥生长 B.拟南芥叶绿素b的吸收光谱受光照时长的影响 C.适当调高16∶1组的蓝光比例有利于拟南芥生长 D.不同光照时间下促进拟南芥生长的最佳红蓝光强度比相同 3.(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 4.(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 5.(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 6.(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 7.(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 8.(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 9.(2026·黑吉辽内蒙古,21,11分,难度★★★★)研究人员以森林中某落叶阔叶树为对象,测定了树冠顶部和底部当年生总枝条的相关指标,结果如表所示。当年生总枝条是指在一个生长季节内(通常是春季萌芽到秋季落叶前)萌发、生长并木质化的枝条及其上的所有叶片。回答下列问题。 总枝条 位置 叶片最大 光合速率/ (CO2 μmol· m-2·s-1) 叶片呼吸 速率/(CO2 μmol·m-2·s-1) 相对碳 成本/% 比叶 面积/ (m2· kg-1) 树冠 顶部 11.9 1.8 15.6 9.8 树冠 底部 9.5 1.1 15.2 13.5 注:相对碳成本=(当年生总枝条的碳总量/叶片脱落前该总枝条从环境中吸收的碳总量)×100%;比叶面积=叶面积/叶干重。 (1)实验中测定最大光合速率时,除使用饱和光照外,还应保证　　　　　和　　　　　等环境因子一致且适宜。与测定光合速率不同,测定叶片的呼吸速率必须在　　　　　环境条件下。  (2)已知,光合速率=净光合速率+呼吸速率。以一定强度的光照射该植物顶部叶片,此时顶部叶片的呼吸速率与光合速率相等,若用同强度的光照射底部叶片,此时底部叶片的净光合速率应　　　　　(填“>0”“<0”或“=0”)。  (3)植株生长过程中,总枝条可向根等部位输出有机物,总枝条输出有机物的能力与相对碳成本呈　　　　　(填“正”或“负”)相关。底部与顶部总枝条的相对碳成本接近,但底部总枝条所处环境光照较弱,在此条件下,据表中数据分析,底部总枝条通过　　　　　和　　　　　,使其碳输出量实现最大化。此外,其叶片还可能通过哪些生理或结构变化来提高光能捕获效率?　    (答出2点即可),这些变化的作用是    (从光反应的物质和能量转化角度作答)。 10.(2026·广东,17,12分,难度★★★★)Rubisco是植物光合作用暗反应阶段的关键酶。水稻中的Rubisco由核基因(S)编码的小亚基和叶绿体基因(L)编码的大亚基组成。通过对野生型水稻S基因进行编辑,获得了单基因突变体植株,以研究Rubisco对光合作用的影响。回答下列问题。 (1)S基因在　　　　中转录形成的mRNA在细胞质翻译成肽链后进入叶绿体,肽链在叶绿体基质中形成一定空间结构后与　　　　组装构成完整Rubisco。  (2)研究发现,突变体与野生型叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变,但突变体叶片中Rubisco总活性显著降低,可能的原因是    　。  (3)水稻在大气CO2浓度条件下净光合速率与光照强度关系如图所示。已知突变体与野生型的呼吸速率基本一致,推测突变体的净光合速率变化曲线。与野生型相比,突变体的光饱和点　　　　(填“升高”“不变”或“降低”);在达到光饱和点之前,突变体净光合速率的限制因素是　　　　;在C区提高　　　　　时,野生型净光合速率的变化趋势为先升高后趋于稳定。  (4)野生型与突变体净光合速率的变化曲线会出现部分重合,重合部分一定会在　　　　区出现,推测曲线重合的原因是　    　。  11.(2026·云南,17,10分,难度★★★)研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响,实验结果如下表。 温度/℃ 28 34 38 光照下CO2吸收速 率/(μmol·m-2·s-1) 22.52 23.41 24.15 黑暗下CO2释放速 率/(μmol·m-2·s-1) 3.26 4.56 5.59 回答下列问题。 (1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在　　　　上,光能被吸收后转化为　　　　　　储存在NADPH和ATP中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的　　　　,部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场所包括　　　　　　　　　　　　　　。  (2)在实验设置的三个温度下,水稻固定CO2速率最高的是　　　　℃,理由是　    　。  (3)某地持续高温(34~38 ℃)伴随干燥天气,此时,在大田生产中水稻的光合速率会降低,其原因是  　。  12.(2026·四川,16,10分,难度★★★★)农光互补能在同一片土地上兼顾太阳能光伏发电与农业生产,有利于推动资源综合利用。在某干旱农业区农光互补系统的光伏板下,光照强度最大值降低近75%,研究人员测定了该系统对某作物净光合速率的影响,结果如图1所示。回答下列问题。 图1 图2 (1)光合作用与农作物的产量联系密切,  作为直接原料参与植物的光合作用。 (2)11:00到15:00期间,与全日照相比,农光互补系统下该作物的净光合速率更高,原因是   　。  (3)农光互补系统下,该作物全天光合作用吸收CO2总量较全日照下　　　　。  (4)正常灌溉是全日照下的最适灌溉。推测在农光互补系统中,适当减量灌溉更适合该作物生长,从而提高产量。有人测量了不同处理下该作物的产量,正常灌溉组应为图2中的　　　　组,请综合分析后,在图2方框内画出符合上述推测的实验结果。  13.(2026·安徽,16,11分,难度★★★)为探究钾对番茄光合作用的影响,研究人员测定了番茄的缺钾处理植株(LK)和正常培养植株(CK)在光照—遮阴—光照(1 500—50—1 500 μmol·m-2·s-1)条件下的相关指标,结果见图1。 图1 说明:气孔导度越大,气孔开放程度越大。 回答下列问题。 (1)叶肉细胞间隙中的CO2扩散至CO2固定位点至少需要跨　　　　层生物膜。  (2)据图1分析,在遮阴条件下,CK与LK净光合速率曲线重合,限制净光合速率的最主要因素是　　　　。在遮阴—光照转换初期,缺钾对番茄叶片气孔开闭的影响是　  　　　　　　　　　　。  (3)研究发现,叶片钾含量与编码碳酸酐酶(催化CO2与HC之间的可逆反应)和RuBP羧化酶(催化CO2固定)基因的相对表达量均呈正相关。据此解释缺钾影响番茄光合作用的机制:　。  (4)在光照(0~2 min)和黑暗(2~5 min)条件下,叶绿体中3-磷酸甘油酸(PGA)和被还原的C3(TP)相对含量变化如图2。5~8 min恢复光照,PGA相对含量的变化趋势是　　　　,原因是    　。  图2 14.(2026·河南,17,10分,难度★★★)质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻(H-OE)的产量显著高于野生型水稻(WT)。为探究H-OE增产的机制,研究人员在光饱和点时测定两种水稻的相关指标,结果如下表所示。 材料 气孔导度/ (mol·m-2· s-1) 净光合速率/ (μmol·m-2· s-1) N吸收速率/ (μmol·g-1·h-1) WT 0.61 20.5 58.4 H-OE 1.25 27.5 75.3 注:气孔导度反映气孔开放的程度。 回答下列问题: (1)光合作用强度是指　,  直接关系到农作物产量。除CO2供应量和无机营养之外,影响光合作用强度的环境因素还有    (答出两点即可)。 (2)与WT相比,H-OE的气孔导度提高约105%,净光合速率仅提高约34%,此时还制约CO2供应量的环境因素为　　　　　　。质膜H+-ATP酶通过　　　　　(填运输方式)将H+泵至膜外,建立H+梯度,促进N吸收。  (3)从物质代谢和能量供应两个角度分析,吸收更多的氮元素在提高H-OE光合作用强度中的作用为　　　　　　　　　　　　　　　　　(每个角度各答出一点),无机碳被固定也能提高H-OE对氮元素的吸收速率,原因是　    (每个角度各答出一点)。 15.(2025·海南,16,11分,难度★★★)三角梅为海南的省花,其特化的苞片(变态叶)酷似花瓣,色彩丰富,被广泛用于园林绿化。回答下列问题。 (1)人工培育三角梅通常采用无性繁殖技术,其中传统技术有　　　　　　　　　　,现代生物技术有　　　　(各答1种即可)。  (2)三角梅苞片呈现红、粉、白等多种颜色,其原因之一是苞片细胞中含有不同的色素,这些色素主要分布在　　　　　　　　　　(填细胞器名称)。  (3)某团队研究了不同补光光源对三角梅叶片总叶绿素含量及开花数量的影响,补光时间为20:00~24:00,同一光照强度连续补光20天,处理后45天测定相关指标,结果见表。 测定指标 对照 紫光 红光 白光 总叶绿素 含量(mg/g) 16.28 29.92 21.56 21.52 开花数 (朵/株) 23.83 171.17 104.33 47.83 据表判断,三种补光光源中,最有利于三角梅开花的光源是　　　　,从光合作用角度分析其原因是　  　。  (4)某小组为探究补光光源A和水溶性激素B同时作用对三角梅开花数量的影响,开展了如下实验,见表。补充完善表中相关内容。 组别 处理条件 开花数 实验目的 或结论 对照组 无处理 + 作为对照 实验组1 补充光源A ++ 与对照组相比,表明补充光源A有利于开花 续表 组别 处理条件 开花数 实验目的 或结论 实验组2 喷施激素B溶液 +++ 与对照组和实验组1相比,表明①     实验组3 ②    ++ 与实验组1相比,表明喷施激素B溶液的溶剂对开花无影响 实验组4 补充光源A+喷施激素B溶液 ++ +++ 与实验组1和实验组2相比,表明③    结论:补光光源A和水溶性激素B对三角梅开花数量的影响具有④　　　　作用  16.(2025·云南,17,10分,难度★★★)不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏,如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响,研究人员分别用压实的土壤(压实组)和未压实的土壤(疏松组)种植黄瓜,得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。 组别 苹果酸/(μ mol·g-1) 酒精/(μ mol·g-1) 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题: (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为　　　　　(填“有氧”或“无氧”)呼吸的中间产物。  (2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强,依据是　　　　　　　　　　　　　,为维持根系细胞的正常生命活动,压实组消耗的有机物总量更　　　　　(填“多”或“少”),原因是　　　　　　　　　　　;根吸收水分的能力减弱,叶片气孔　　　　　,光合作用　　　　　　　阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。  (3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。  17.(2025·重庆,16,12分,难度★★★)科研人员以水稻秸秆为原料合成的一种新型纳米材料X,发现其能通过叶面或根部吸收进入植物细胞。 (1)为分析X对植物光能利用的影响,科研人员用添加X的培养液培养水绵,再用通过三棱镜的光照射载有需氧细菌和水绵的临时装片,观察并统计不同光质下需氧细菌数量,结果见下表。 　　光质 处理　　 蓝光 绿光 黄光 橙光 红光 培养液(对照) 150 12 10 14 89 培养液+X 139 28 7 13 88 结果表明,X能够促进水绵利用　　　　光。在水绵细胞中,X呈现出随机分布的特点,当X分布在叶绿体的　　　　时,水绵光能利用效率最佳。  (2)为进一步探究X对叶绿体功能的影响,开展了下列实验。 ①用离体叶绿体、X和Y(可与NADPH发生反应的化合物)进行实验,在相同光照条件下,实时测定并计算Y的变化量。由图可知,X能　　　　(填“促进”或“抑制”)叶绿体合成NADPH。为保证本实验的严谨性,需增设1个处理,即Y+经煮沸的叶绿体。该处理获得的结果最符合图中曲线的　　　　(填“甲”“乙”或“丙”)。  ②将清水和X溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片,抽气后,再置于1%的碳酸氢钠溶液中,给予相同的光照,发现X溶液处理的叶圆片先浮出液面,其原因是  　。  (3)研究还发现处理植物的X浓度过高,会出现植物叶片气孔开放度下降的现象,推测与之相关的植物激素及其含量变化是　。  18.(2025·四川,16,10分,难度★★★)在温室中种植番茄,光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1,CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提高温室番茄产量,有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标,结果见下表。回答下列问题。 组别 光照强度 /(μmol·m-2· s-1) CO2浓度 /(μmol· mol-1) 净光合速率 /(μmol·m-2· s-1) 气孔导度 /(mol·m-2· s-1) 叶绿素含量 /(mg·g-1) 对照 200 400 7.5 0.08 42.8 甲 400 400 14.0 0.15 59.1 乙 200 800 10.0 0.08 55.3 丙 400 800 17.5 0.13 65.0 注:气孔导度和气孔开放程度呈正相关。 (1)为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用　　　　　提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,为减少类胡萝卜素的干扰,应选择　　　　　(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。  (2)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的　　　　　,从而提高了净光合速率。与甲组相比,丙组的净光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是　　　　　。  (3)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择　　　　　,依据是　　　　　　　　　　　　　。  19.(2025·江西,20,12分,难度★★★★)辣椒的生长会受到低温弱光等逆境的影响。为比较不同辣椒品种的抗逆性,研究人员将辣椒1号和辣椒2号幼苗在人工低温弱光条件下处理6天后,转入正常光照的温室中培养4天,这期间定时检测辣椒叶片的气孔导度和总叶绿素含量等指标(如图)。 甲 乙 回答下列问题: (1)在低温弱光处理的6天内,辣椒1号和辣椒2号的光合速率变化趋势均为　　　　　,据图甲分析其原因是　。  (2)检测发现,长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤,结合图乙,推测第6天时,辣椒2号的叶绿体比辣椒1号的受损程度更高。为验证上述推测,研究人员以叶绿体的光反应功能为衡量指标,利用试剂D在捕获叶绿体光反应中生成的电子后,会从蓝色氧化态变为无色还原态这一原理开展实验。完善下列实验过程: ①分别取　叶片;  ②分别制作等体积的　　　　　　　　悬浮液;  ③向各悬浮液中分别滴加　　　　　　　　的D溶液;  ④将悬浮液置于适宜光照条件下反应一段时间; ⑤定量测定并计算各悬浮液中生成的还原态D的含量。预测实验结果为  　。  (3)综合上述信息,初步判断辣椒　　　　号的抗逆性更强。  20.(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:    　。  21.(2025·甘肃,17,9分,难度★★★)波长为400~700 nm的光属于光合有效辐射(PAR),其中400~500 nm为蓝光(B),600~700 nm为红光(R)。远红光(700~750 nm,FR)通常不能用于植物光合作用,但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A(高)和B(低)两个位置的PAR、红光/远红光比例(R/FR)和叶片指标(厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸),并分析了施氮肥对以上指标的影响,结果如下表。回答下列问题。 冠层位置 PAR R/FR 叶片厚 度(μm) 叶绿素含量 /(μg·g-1) 线粒体 暗呼吸 A B A(施氮肥) B(施氮肥) 0.90 0.20 0.70 0.02 3.40 0.29 1.75 0.01 160 100 150 — 0.15 0.20 0.28 — 1.08 1.08 1.08 — (1)植物叶片中　　　　　可吸收红光用于光合作用,　　　　　可吸收少量的红光和远红光作为光信号,导致B位置PAR和R/FR较A位置低;　　　　　虽不能吸收红光,但可吸收蓝光,也可使B位置PAR降低。  (2)由表中数据可知,施氮肥　　　　　(填“提高”或“降低”)了冠层叶片对太阳光的吸收,其可能的原因是　  　。  (3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片(未施氮肥)在不同光照强度下的净光合作用速率(下图),发现冠层　　　　位置的叶片具有较高的光补偿点,由表中数据可知其主要原因是　  　。  22.(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  　。  23.(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”)。  24.(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    　。  25.(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　  　。  26.(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 27.(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:　　　　　　　　　?  28.(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。  考点21光合作用与呼吸作用的综合考查答案P344　 1.(讲解 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.(讲解 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.(讲解 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.(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 5.(讲解 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 6.(2026·山东,21,9分,难度★★★)某细菌是严格厌氧的光合细菌,在光线充足的条件下主要通过光合作用为自身供能。其光合作用与呼吸作用过程如图所示,其中①~④表示反应过程。 (1)与高等植物相比,该细菌特有的光反应产物有　　　　和　　　　。①和②属于光合作用的　　　　阶段。  (2)②与高等植物有氧呼吸第一阶段的反应过程相反,图中C3是　　　　(填物质名称),②的进行除C3外还需要的原料有　　　　和　　　　。  (3)①和③是合成C3的两个路径,在光线充足、乙酸含量高的环境中,该菌会优先通过③进行光合作用。从能量的角度推测,其原因是  　。  7.(2026·湖南,17,11分,难度★★★)为探究脱落酸(ABA)对某品种葡萄抗盐碱(200 mmol·L-1 NaHCO3)胁迫的作用,分别用蒸馏水(T1组)、NaHCO3(T2组)、NaHCO3+ABA合成抑制剂(T3组)、NaHCO3+ABA(T4组)处理葡萄幼苗,一段时间后采集叶片测定相关生理指标,结果见表。回答下列问题。 指标 组别 T1 T2 T3 T4 叶绿素含量/ (mg·g-1鲜重) 3.8 2.2 1.3 2.9 H2O2含量/ (μmol·g-1鲜重) 9.6 20.3 29.5 14.7 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 9.8 6.1 4.6 7.9 注:H2O2会引起生物膜发生氧化损伤,膜通透性升高。 (1)叶绿素主要吸收可见光中的　,  光反应产生的NADPH在暗反应阶段的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)盐碱胁迫下,葡萄幼苗的光合作用速率下降。据表分析,出现该变化的原因是    　。  (3)研究表明植物体内ABA含量与抗盐碱能力正相关。拟培育抗盐碱作物新品种,可筛选　　　(填序号)。  ①ABA合成酶缺失突变体 ②ABA合成酶高活性品种 ③ABA受体低敏感性品种 ④ABA降解酶低活性品种 (4)盐碱胁迫下,葡萄幼苗的细胞将细胞质基质中的Na+运送到液泡中储存或排出细胞,降低盐碱胁迫伤害。与正常栽培条件相比,葡萄幼苗在一定浓度的盐碱处理下,一段时间后生物量减少,从物质跨膜运输和呼吸作用的关系分析其原因是  　。  8.(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。 9.(2025·天津,15,13分,难度★★★)为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系,采集某植物叶片,将叶柄浸入O后,放于氧气置换为18O2的密闭装置中,18O2浓度设正常(21%)和低氧(2%)两个水平,测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中,净光合速率=光合作用速率-呼吸作用速率。结果如下: (1)光照条件下,密闭装置中18O2逐渐减少,而16O2逐渐增加,此时呼吸作用消耗的氧气来源于　　　　和　　　　。设最初密闭装置中18O2的量为x μmol,120秒后测得18O2的量为y μmol,16O2的量为z μmol,叶片面积为a m2,则净光合速率为　　　　　　　μmol/。  (2)低氧、500 μmol PAR/(m2·s)光照强度下,叶片光合作用速率为　　　　μmol/(m2·s)。  (3)低氧在　　　　(填“光照”“黑暗”或“光照和黑暗”)条件下构成呼吸作用的限制因素。  (4)在两种氧浓度下,将叶片置于光照[强度为500 μmol PAR/(m2·s)]、黑暗各1小时后,测定叶片中的糖含量。请推测低氧对叶片糖积累是否有利,并给出相应理由:  　。  10.(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。 11.(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  　。  12.(2025·浙江,22,11分,难度★★★)叶用桑树是重要的经济树种,苜蓿是重要的豆科牧草。间作是在同一土地上按一定比例分行或分带种植两种或多种作物的种植模式。有学者研究桑树和苜蓿间作对生长和产量的影响,部分指标如表所示。 处理 最大净 光合 速率 光补 偿点 光饱 和点 叶绿 素a/b 土壤脲 酶活性 粗蛋白 含量 总产量 单作苜蓿 19.0 36.5 1 493 1.8/0.7 10.0 17.7 8 031 间作苜蓿 15.6 24.1 1 260 2.1/0.9 13.2 21.5 9 914 单作桑树 24.9 78.7 1 529 2.4/1.3 10.8 23.3 676 间作桑树 30.0 109.6 1 758 3.2/1.3 14.4 26.3 923 注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光饱和点指光合速率达到最大值时的光强度。表中测定指标的单位省略。 回答下列问题: (1)与单作相比,间作苜蓿的　　　　　更低,表明间作苜蓿在较低的光照强度下就开始积累光合产物,同时叶绿素a和叶绿素b含量的提高有利于　　　　　,但叶绿素a/b下降,说明间作苜蓿吸收的可见光中,不同　　　　　发生改变。该研究中,若用定性滤纸通过纸层析　　　　　(填“能”或“不能”)测定叶绿素a和叶绿素b的含量。间作桑树的光饱和点高于单作,表明间作环境下的桑树在　　　　　条件下光合速率更高。桑树和苜蓿的高矮搭配,可促进单位土地面积的　　　　　效率增加,提高产量和土地资源的利用。  (2)间作模式下,苜蓿根瘤菌的　　　　　作用可为桑树提供氮素营养。同时,间作系统中桑树和苜蓿根际土壤中　　　　　产生的脲酶活性提高,从而为植物提供了更多的　　　　　。因此,除了总产量提高外,　　　　　含量也有所增加,从而进一步提升了牧草和桑叶的品质。  13.(2025·广东,18,11分,难度★★★★)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PILI5基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。 回答下列问题。 (1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1 200 μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是　　　　　　　　　　　　　,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是  　。  (3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为　　　　　。通路2中吸收光的物质②为　　　　　。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关。  (4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式:  　。  14.(2025·广西,18,12分,难度★★★★)科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。该系统中,工程化衣藻在光合作用时,会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸(光呼吸强度受CO2/O2的值影响);工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见下图。回答下列问题: 注:μE为光照强度单位μ mol·m-2·s-1。 (1)第①阶段向培养液中通入3%CO2,目的是　　　　　　　　　　。  (2)第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是　　　　　　　　　　。  (3)据图分析,限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是　　　　　　　　　　;第④阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加,原因是　　　　　　　　　　。  (4)该系统对助力实现碳中和目标的优势是　　　　　　　　　　。  15.(2025·湖南,17,12分,难度★★★★)对硝基苯酚可用于生产某些农药和染料,其化学性质稳定。研究发现,某细菌不能在无氧条件下生长,在适宜条件下能降解和利用对硝基苯酚,并释放CO2。在Burk无机培养基和光照条件下,培养某栅藻(真核生物)的过程中,对硝基苯酚含量与栅藻光合放氧量的关系如图a。为进一步分析栅藻与细菌共培养条件下对硝基苯酚(40 mg·L-1)的降解情况,开展了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组对比实验,结果如图b。回答下列问题: 图a 图b (1)栅藻的光合放氧反应部位是　　　　　(填细胞器名称)。图a结果表明,对硝基苯酚　　　　　栅藻的光合放氧反应。  (2)细菌在利用对硝基苯酚时,限制因子是　　　　　。  (3)若Ⅰ中对硝基苯酚含量为20 mg·L-1,培养10 min后,推测该培养液pH会　　　　　,培养液中对硝基苯酚相对含量　　　　　。  (4)细菌与栅藻通过原始合作,可净化被对硝基苯酚污染的水体,理由是　。  16.(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　　　　。  17.(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　  　。  18.(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”)。  19.(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 20.(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 21.(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 22.(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)       　。  23.(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　  　。  24.(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)。  25.(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　。  26.(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)。  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　本题考查教材基础实验的原理与变量分析知识,以及科学探究等学科素养。低温可抑制洋葱根尖分生区细胞中纺锤体的形成,使着丝粒分裂后的染色体无法移向两极,使细胞无法完成分裂,最终导致细胞内染色体数目加倍,A项正确。绿叶中的光合色素易溶于无水乙醇等有机溶剂,常用无水乙醇提取色素,而DNA不溶于无水乙醇,可利用该特性析出粗提取的DNA,B项错误。探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中,自变量为氧气的有无,细胞呼吸产物的产生情况属于因变量,温度、培养液体积等均为需保持一致的无关变量,C项正确。模拟生物体维持pH稳定的实验中,HC/H2CO3、HP/H2P缓冲液可作为标准对照组,与生物材料组、清水组形成对照,验证生物材料的缓冲作用,D项正确。 2.C　本题考查生物实验操作的基本原理与步骤,主要考查学生的记忆与判断能力。电泳分离DNA片段时,缓冲液可维持电泳环境的pH稳定,保证DNA片段正常分离,需用缓冲液配制琼脂糖凝胶,A项正确。酸性重铬酸钾与酒精反应会由橙色变为灰绿色,检测酵母是否产生酒精时,需向抽取的培养液滤液中加入酸性重铬酸钾,B项正确。提取菠菜叶中的色素时用无水乙醇,分离色素时用层析液,C项错误。有丝分裂旺盛的根尖细胞便于观察有丝分裂过程,卡诺氏液可固定细胞形态,为维持有丝分裂样品最佳观察状态,需在分裂旺盛时剪取根尖,用卡诺氏液固定,D项正确。 3.B　使用干燥的定性滤纸,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),应选新鲜绿叶提取色素,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。 4.C　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。 5.D　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。 6.B　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,能溶于水、乙醇等极性溶剂而不易溶于非极性有机溶剂,因此叶片中的花青素可以被乙醇提取出来,但样液线中的花青素不会随着汽油、苯、石油醚等非极性层析液在滤纸条上迁移,D项不合理。 7.B　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,可用取样器取样法,D项正确。 8. (1)叶绿体　等渗缓冲 (2)乙醇　600 (3)NADPH、ATP (4)变弱　转运H+ (5)C5、CO2、碳反应相关酶 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,需加入等渗缓冲溶液重新悬浮。(2)测定叶绿素含量时,应将叶绿素进行溶解和提取,进一步测定。因叶绿素不溶于水,能溶于乙醇等有机溶剂,故应将类囊体悬液溶于乙醇中。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,释放氧气、合成NADPH和ATP。(4)在光照下类囊体膜将水分解,持续产生电子、H+和O2,类囊体腔内过高浓度的H+会被类囊体膜运出,导致囊泡内pH降低,PY的荧光强度变弱,说明制备的类囊体具有光反应活性,类囊体膜具有转运H+的功能。(5)碳反应过程发生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以及碳反应相关酶等物质。 9. (1)温度和光照　类囊体薄膜　叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光,绿光被反射出来 (2)低温条件下,酶活性低,叶绿素不易被降解　无水乙醇 (3)PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达,抑制了与叶绿素分解相关基因的表达 解析 本题主要考查光合作用的内容,考查学生的信息获取、语言表达和实验探究能力。 (1)牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深,中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素,其合成与降解需多种酶参与,酶活性受温度的影响,此外叶绿素还会在光下分解,据此推测,开花初期花瓣绿色逐渐加深,影响这一过程的主要环境因素是温度和光照。叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上,开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,反射绿光。(2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化,需在不同时间取样,并将样品低温保存,这是因为低温条件下,酶活性低,叶绿素不易被降解,因而便于叶绿素含量的检测。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是无水乙醇,这是根据叶绿素能溶解到有机溶剂中设计的。(3)研究表明,PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。题图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。图中显示,PSNAC5基因沉默后叶绿素含量比对照组增多,据此推测,PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达,抑制了与叶绿素分解相关基因的表达。 10. (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组的气孔大小基本相同。 11. (1)叶绿素　1和2 (2)红光+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,夜间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。 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,在滤纸条上自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,夜间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.D　本题结合硝化细菌的化能合成作用过程,考查原核生物的结构特点与化能合成作用的代谢类型,以及生命观念、科学思维等学科素养。硝化细菌属于原核生物,没有核膜包被的细胞核,不具有核膜结构,A项错误。硝化细菌能利用NH3氧化过程释放的化学能,将二氧化碳等无机物合成为有机物,属于自养生物,B项错误。该细菌通过化能合成作用将二氧化碳和水等无机物合成为储存能量的有机物,该过程所需的能量来源于细菌对NH3等无机物氧化释放的化学能,而不是光能,且硝化细菌细胞内不含光合色素,C项错误,D项正确。 2.B　本题主要考查光合作用的过程、微生物的选择培养等知识,考查学生的逻辑推理能力。大肠杆菌是异养菌,要使其能进行光合作用必需整合光反应和暗反应系统的相关基因,A项正确。暗反应所需的能量不仅来源于ATP,还需NADPH提供能量且作为还原剂,B项错误。改造成功的大肠杆菌通过暗反应固定CO2合成有机物,CO2可作为唯一碳源,C项正确。光反应需要光照提供能量,若培养基无碳源,菌体必须依赖光反应进行自养,因此其生长繁殖需要光照,D项正确。 3.C　根据题干信息可知,LHC 蛋白激酶催化 LHC Ⅱ 与 PS Ⅱ 的分离,当 LHC 蛋白激酶活性下降时,LHC Ⅱ 无法与 PS Ⅱ 分离,导致 PS Ⅱ 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,PS Ⅱ 光复合体对光能的捕获会减弱,B项正确。在弱光条件下,LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合,这有助于增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获,LHC Ⅱ是光合色素蛋白复合体,它可以吸收光能并传递给PS Ⅱ,进而促进光合作用的进行,C项错误。PS Ⅱ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。 4.D　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 5. (1)叶绿素a　变浅　增加　还原 (2)类囊体 (3)丙　L蛋白同时参与叶绿素合成的调控和LHCP向类囊体膜的转运,S蛋白仅参与LHCP向类囊体膜的转运 (4)向l突变体中导入正常L基因的回补植株、向l突变体中导入空载体的对照植株 解析 本题借助叶绿体中捕光复合体的合成转运过程图、L蛋白的抗原—抗体杂交检测结果及不同突变体植株的表型图,考查叶绿体色素的分离、光合作用过程、基因与蛋白质的功能及实验设计等方面的知识,以及生命观念、科学探究等学科素养。(1)纸层析法分离叶绿体色素时,自上而下4条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,所以第三条带对应的色素是叶绿素a。L蛋白参与叶绿素合成的调控,l植株为L基因缺失突变体,叶绿素合成受阻,叶绿素a含量减少,因此与野生型WT相比,该条带颜色变浅。结合题图过程可知,L蛋白可结合中间物1并推动其向中间物2转化,L蛋白缺失时中间物1的去路受阻,因此相较于WT植株,l植株叶绿体内中间物1含量增加。叶绿素含量下降会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,暗反应中C3的还原过程需要消耗光反应的产物,因此该反应过程会受影响。(2)L蛋白主要在叶绿体基质中发挥调控叶绿素合成、协助LHCP转运的作用,类囊体结构中不存在稳定分布的L蛋白。图(b)中结构2未检测到L蛋白条带,因此结构2是类囊体。(3)L蛋白兼具调控叶绿素合成和协助LHCP转运的双重功能,l突变体缺失L蛋白后,叶绿素合成直接受阻,同时LHCP无法正常转运至类囊体膜,叶绿素因缺乏结合蛋白而稳定性下降、降解加快,双重作用使叶绿素含量大幅下降,叶片严重失绿,因此l对应的是丙。与WT相比,两突变体表型存在差异的原因是L蛋白同时参与叶绿素合成的调控和LHCP向类囊体膜的转运,l突变体缺失L蛋白后,叶绿素合成直接受阻,同时LHCP无法正常转运至类囊体膜,叶绿素稳定性下降,叶绿素含量下降幅度大;S蛋白仅参与LHCP向类囊体膜的转运,s突变体缺失S蛋白仅影响LHCP的定位,不直接影响叶绿素合成,叶绿素含量下降幅度较小,因此l突变体的失绿程度比s突变更显著。(4)验证L蛋白的功能需遵循实验的对照原则,在已有WT和l两种实验材料的基础上,补充向l突变体中导入正常L基因的回补植株,观察叶片表型是否恢复以验证L蛋白的功能,同时补充向l突变体中导入空载体的对照植株,排除载体本身对实验结果的干扰。 6. (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。 7. (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　直接和间接 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,对人类生产和生活有益,同时生物量也是生态系统环境质量的综合体现,故体现了遗传多样性的直接和间接价值。 8. (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. (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。 考点20　影响光合作用的因素及其应用 1.ABD　本题结合小立碗藓细胞质基质ATP的光照响应实验,考查光合作用与呼吸作用的能量代谢知识,以及科学思维、科学探究等学科素养。③组加入DCMU抑制叶绿体光反应的ATP生成,使光反应受阻,无法正常合成ATP,最终会导致光合产物缺失,从而导致呼吸作用分解有机物产生ATP的底物减少,因此③在光照下ATP无显著变化,A项正确。①为野生型,第一次光照时,叶绿体光反应产生ATP并输入细胞质基质,同时线粒体持续通过有氧呼吸产生并向细胞质基质输送ATP,二者共同促成细胞质基质ATP水平升高,B项正确。暗反应中CO2与C5的结合为CO2的固定过程,该步骤不消耗ATP,叶绿体产生的ATP主要用于C3的还原,C项错误。对比野生型与有氧呼吸部分受抑制的突变体可知,线粒体功能受损时细胞质基质ATP水平更低,且黑暗阶段ATP下降幅度更大,说明线粒体可持续产生ATP,有助于维持细胞质基质中ATP的稳定供应,D项正确。 2.C　本题考查光照对植物光合作用的影响等相关知识,考查学生的识图、理解与推理能力。蓝光是植物重要的光信号之一(如蓝光受体参与向光性、气孔开放等调控),能作为信号调控拟南芥生长,A项错误;叶绿素b的吸收光谱是其自身的理化特性,由分子结构决定,不受光照时长影响,B项错误;从题图中可见,红蓝光强度比为16∶1时,拟南芥鲜重低于3.9∶1、7.5∶1组;若适当调高16∶1组的蓝光比例(即降低红光比例,向3.9∶1、7.5∶1方向调整),有利于拟南芥生长,C项正确;长光照下,促进拟南芥生长的最佳红蓝光强度比约为7.5∶1;短光照下,各红蓝光强度比的生长效果均远低于长光照,因此,不同光照时间下最佳红蓝光强度比不同,D项错误。 3.C　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。 4.A　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。 5.B　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。 6.C　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。 7.B　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。 8.AD　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。 9. (1)温度　CO2浓度(前两空顺序可换,合理即可)　黑暗(或无光) (2)>0 (3)负　降低呼吸速率(减少碳的呼吸消耗)　增大比叶面积(提升光合面积,增加碳固定总量)　增加叶绿素含量、叶片变薄、类囊体膜面积增大、叶肉细胞中叶绿体数量增多(答出2点即可)　吸收更多光能,将光能转化为ATP和NADPH中的活跃化学能,提高光反应的能量转化效率 解析 本题结合树冠不同位置当年生总枝条的光合、呼吸等生理指标,考查光合作用与呼吸作用、影响光合速率的因素及植物对弱光环境的适应等知识,以及科学思维、生命观念等学科素养。(1)测定最大光合速率时,饱和光照为设定的实验条件,需保证温度、CO2浓度等无关环境因子一致且适宜,排除无关变量对实验结果的干扰。测定叶片呼吸速率时必须在黑暗条件下进行,避免光合作用吸收CO2、释放O2,干扰呼吸速率的定量检测。(2)顶部叶片在该光照强度下光合速率与呼吸速率相等,即净光合速率为0,对应顶部叶片的光补偿点。树冠底部叶片为阴生叶,呼吸速率更低,光补偿点也更低;该光照强度高于底部叶片的光补偿点,因此底部叶片的实际光合速率大于自身呼吸速率,净光合速率=实际光合速率-呼吸速率>0。(3)相对碳成本是指当年生总枝条的碳总量占叶片脱落前该总枝条从环境中吸收的碳总量的比例,相对碳成本越高说明向外输出的有机物越少,因此总枝条输出有机物的能力与相对碳成本呈负相关。底部总枝条所处环境光照较弱,但相对碳成本与顶部接近,结合题表中数据可知,底部枝条通过降低呼吸速率减少碳的消耗,同时增大比叶面积提升光合面积、增加碳固定总量,实现碳输出量最大化。底部叶片适应弱光环境,还可通过增加叶肉细胞中叶绿体的数量、叶绿体中类囊体数量、叶绿素含量、叶片变薄、类囊体堆叠更紧密等生理与结构提高对光能的捕获效率。从光反应的物质和能量转化角度看,这些变化能吸收更多的光能,将光能转化为ATP和NADPH中的活跃化学能,提升光反应的能量转化效率。 光合生理与植物适应类易混点提醒 判断不同位置叶片的净光合速率时,易混淆阳生叶与阴生叶的光补偿点高低,需明确阴生叶呼吸速率低,光补偿点更低,相同光照下净光合更高。分析相对碳成本时,需先厘清指标含义,成本越高代表自身消耗占比越大,有机物输出能力越弱。作答光能捕获相关问题时,需区分生理与结构两类变化,作用需紧扣光反应的能量转化过程。 10. (1)细胞核　大亚基(叶绿体基因L编码的大亚基) (2)突变导致S基因的表达水平下降,Rubisco小亚基合成量减少,组装形成的完整Rubisco酶分子总数减少,单个酶分子的催化活性未发生改变,因此叶片中Rubisco总活性显著降低 (3)降低　光照强度　CO2浓度 (4)A　在A区对应的弱光照条件下,光照强度是光合速率的主要限制因素,Rubisco的总活性不是光合速率的主要限制条件,且突变体与野生型的呼吸速率基本一致,因此二者在A区的净光合速率基本相同,曲线重合 解析 本题结合水稻Rubisco酶的基因突变实验及净光合速率与光照强度的关系曲线,考查基因的表达场所、酶活性的影响因素、光合作用的限制因素等知识,以及生命观念、科学思维等学科素养。(1)S基因为核基因,真核生物中核基因的转录过程发生在细胞核中,转录产生的mRNA通过核孔进入细胞质,在核糖体上翻译形成小亚基肽链;Rubisco由核基因S编码的小亚基和叶绿体基因L编码的大亚基共同组成,因此小亚基肽链进入叶绿体基质形成空间结构后,需与大亚基组装,才能构成完整的Rubisco。(2)酶的总活性由酶的分子总数和单个酶分子的催化活性共同决定。突变体中Rubisco的蛋白结构与功能均未发生改变,说明单个酶分子的催化活性正常,因此总活性显著降低的原因最可能是细胞内Rubisco的总含量减少;该突变为S基因的单基因突变,可推测突变导致S基因的转录或翻译效率降低,小亚基合成量不足,限制了完整Rubisco的组装过程,最终使细胞内Rubisco的分子总数下降,总活性随之降低。(3)突变体中Rubisco总活性降低,暗反应固定CO2的能力下降,对光反应产生的ATP和NADPH的消耗能力减弱,因此在较低的光照强度下光合速率即可达到饱和,光饱和点降低。在达到光饱和点之前,光合速率随光照强度的升高而上升,此时突变体净光合速率的主要限制因素是光照强度。C区为光饱和点之后的区域,此时光照强度不再是限制因素,提高CO2浓度可促进暗反应速率,使野生型净光合速率先升高,当达到新的饱和点后趋于稳定。(4)A区为弱光照区域,该区域内光照强度是光合速率的主要限制因素,Rubisco的酶量充足、活性较高,不构成主要限制条件;同时突变体与野生型的呼吸速率基本一致,因此二者的净光合速率基本相同,曲线一定会在A区出现重合。 光合曲线分区的限制因素分析思路 解答光合速率曲线类问题的核心是区分不同区段的限制因素:低光照区段的核心限制因素为光照强度,暗反应相关的酶量、CO2浓度等均不构成限制;光饱和点前的过渡区段光照与暗反应能力共同起作用;光饱和后区段光照不再受限,限制因素转为CO2浓度、酶活性等暗反应相关条件。解题时结合题干中突变体的酶活性变化,对应分析不同区段的曲线差异,即可推导关键点的移动规律与重合区段。 11. (1)类囊体薄膜　活跃的化学能　有机物(糖类)　细胞质基质和线粒体基质 (2)38　固定CO2速率为真正光合速率,CO2吸收速率为净光合速率,CO2释放速率为细胞呼吸速率,真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率,据表中数据可知38 ℃时固定CO2速率最高 (3)高温干燥环境中,水稻为减少蒸腾作用散失水分,叶片气孔大量关闭,导致CO2吸收量减少,暗反应速率下降,进而导致光合速率降低 解析 (1)光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上,光能被吸收后转化为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中,二者参与暗反应;暗反应中,CO2通过一系列变化转化为储存能量的有机物(糖类);部分CO2可来自细胞呼吸。水稻为真核生物,有氧呼吸第二阶段在线粒体基质产生CO2,无氧呼吸在细胞质基质产生CO2,因此细胞中产生CO2的场所为细胞质基质和线粒体基质(有氧呼吸)。 (2)表中光照下CO2吸收速率为净光合速率,黑暗下CO2释放速率为细胞呼吸速率,而固定CO2速率为真正光合速率,真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率,据表中数据可知,38 ℃时固定CO2速率最高,为24.15+5.59=29.74(μmol·m-2·s-1)。 (3)持续高温伴随干燥天气时,环境温度高、空气湿度低,植物的蒸腾作用旺盛,水分散失快。为避免细胞过度失水,水稻叶片的气孔会部分关闭,气孔导度下降导致叶片从外界吸收的CO2减少,暗反应的原料供应不足,暗反应速率减慢,最终导致整体光合速率降低。 光合作用“三率”的关键词区分 测定气体/ 有机物 净光合(光 照下测) 呼吸速 率(黑暗测) 总(真正)光合 CO2 吸收量 释放量 吸收+释放 O2 释放量 吸收消耗量 释放+吸收 有机物 积累量 消耗量 积累+消耗 关键词:①制造、产生、固定、同化→总光合 ②积累、释放、吸收→净光合 ③消耗、分解、释放(黑暗)→呼吸速率 12. (1)CO2和H2O(二氧化碳和水) (2)干旱农业区正午光照强、温度高,全日照下作物蒸腾作用过强,气孔大量关闭,导致CO2供应不足,净光合速率显著下降,出现严重的光合午休现象;农光互补系统降低了光照强度,田间温度相对较低,作物蒸腾作用减弱,气孔关闭程度小,CO2供应充足,有效缓解光合午休,因此该时段净光合速率更高 (3)更多(或升高) (4)A 解析 本题结合农光互补系统的光合特征与产量调控,考查光合作用的原料、光合午休机制、总光合速率的昼夜累计及环境调控对作物产量的影响等知识,以及科学思维、社会责任等学科素养。(1)光合作用的直接原料为CO2和H2O,其中CO2参与暗反应阶段的卡尔文循环,H2O参与光反应阶段的水的光解,二者作为原料共同参与有机物的合成过程。(2)该研究位于干旱农业区,正午时段全日照下光照强度大、气温高,农作物蒸腾作用剧烈,为减少水分散失,叶片气孔大量关闭,CO2吸收受阻,暗反应原料不足,导致净光合速率大幅下降,出现显著的光合午休现象;而农光互补系统的光伏板遮挡了约75%的光照,田间温度更低,作物蒸腾需求减弱,气孔无需大量关闭,CO2供应充足,有效缓解光合午休,因此11:00到15:00期间农光互补下作物净光合速率更高。(3)光合作用吸收CO2总量指全天总光合速率的累计值。尽管农光互补上午的光合峰值略低于全日照,但全日照午间因严重光合午休,总光合速率急剧下降,甚至低于呼吸速率;而农光互补全天光合速率平稳,午间仍维持较高的总光合水平,全天累计下来,光合作用吸收的CO2总量高于全日照组。(4)正常灌溉是全日照的最适灌溉条件,此时全日照作物水分充足,光合效率最高,产量最大;减量灌溉会导致全日照作物缺水,光合午休加剧,产量下降。题图中A组全日照产量高于B组全日照产量,因此正常灌溉组为A组,B组为减量灌溉组。农光互补系统下作物蒸腾作用减弱,需水量减少,正常灌溉下土壤水分过多会抑制根系呼吸,反而限制作物生长;适当减量灌溉可优化土壤水气比例,更适合作物生长,因此减量灌溉下农光互补的产量高于正常灌溉下的农光互补产量,且高于相同灌溉条件下的全日照产量。 分析光合昼夜曲线与产量问题时,可按“时段拆分-限制因素判断-总量累计”三步推导:先将全天分为上午、午间、下午三个时段,分别明确各时段的主要限制因素(上午为光照、午间为CO2与温度、下午为光照);再对比不同处理下各时段的光合速率差异;最后结合时段长度累计总光合与净光合总量,避免仅通过峰值高低直接判断全天总量。干旱强光环境下,适度遮阳可通过缓解光合午休提升全天光合总量,是解这类题目的核心命题逻辑。 13. (1)3 (2)光照强度　缺钾会延缓气孔导度的恢复(或抑制气孔开放) (3)缺钾会降低编码碳酸酐酶和RuBP羧化酶基因的表达量,导致CO2的固定和转化效率降低,进而降低光合速率 (4)先快速下降,后逐渐稳定　光照恢复后,光反应产生的ATP和NADPH增多,C3的还原加快,PGA(C3)含量下降,当C3的还原速率与生成速率达到平衡时,含量趋于稳定 解析 本题考查光合作用的过程、影响因素和细胞结构,以及科学探究和科学思维的学科素养。(1)叶肉细胞间隙的CO2扩散至CO2固定位点(叶绿体基质),需穿过1层细胞膜、1层叶绿体外膜、1层叶绿体内膜,共3层生物膜。(2)遮阴条件下,光照强度低,光反应产生的ATP和NADPH不足,限制了净光合速率。据图1可知,遮阴—光照转换初期,LK组(缺钾)的气孔导度低于CK组,说明缺钾会延缓气孔导度的恢复(抑制气孔开放)。(3)叶片钾含量与编码碳酸酐酶和RuBP羧化酶基因的表达量均呈正相关,碳酸酐酶可促进CO2与HC的转化,提高CO2的利用效率;RuBP羧化酶催化CO2的固定,缺钾时,编码这两种酶的基因表达量降低,会直接影响暗反应速率,进而降低光合速率。(4)恢复光照后,光反应速率加快,产生的ATP和NADPH增多,C3的还原加快,PGA(C3)含量快速下降;随着暗反应的进行,C3的生成速率(CO2固定)与还原速率逐渐达到平衡,PGA含量趋于稳定。 14. (1)植物在单位时间内通过光合作用制造糖类(释放O2、固定CO2)的量　光照强度、温度、水分(答出两点,合理即可) (2)外界CO2浓度(环境CO2浓度)　主动运输 (3)物质代谢:氮元素参与合成叶绿素、光合作用相关酶、ATP与NADPH等物质,提升光反应与暗反应的速率;能量供应:氮元素参与合成ATP、NADPH等物质,为光合作用提供能量与还原剂物质代谢:无机碳的固定为合成转运氮素的载体提供原料,增加膜上转运氮素的载体数量;能量供应:光合作用固定无机碳的能力增强,为根提供更多的有机物,利于根的细胞呼吸及主动运输吸收氮素 解析 本题结合质膜H+-ATP酶过表达水稻的实验,考查影响光合作用的因素与物质跨膜运输的知识,以及科学思维、科学探究等学科素养。(1)光合作用强度指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量,也可用单位时间固定CO2量或释放O2量表示。除CO2和无机营养外,光照强度、温度、水分等均为影响光合作用强度的环境因素。(2)实验在光饱和点下进行,光照已不再限制光合速率;气孔导度大幅提升但净光合速率增幅较小,说明外界CO2浓度是制约CO2供应量的环境因素。H+-ATP酶消耗ATP逆浓度梯度将H+泵至膜外,属于主动运输,建立的H+梯度可协同驱动N的吸收。(3)氮元素是叶绿素、光合作用相关酶、ADP、ATP、NADP+、NADPH等物质的组成成分,可从物质合成层面提升光合速率;同时氮参与ATP、NADPH的构成,为光合作用提供能量与还原剂。无机碳固定增强使光合产物积累量上升,可为合成转运氮素的载体提供原料,增加膜上转运氮素的载体数量;同时,根部获得更多呼吸底物,细胞呼吸释放更多能量,可驱动主动运输过程,提升氮元素的吸收速率。 15. (1)扦插、嫁接和压条　植物组织培养 (2)液泡或有色体 (3)紫光　三角梅在紫光补光下叶绿素含量高于红光和白光组,叶绿素含量高则光合速率强,产生更多的有机物,引起植物开花更多 (4)①喷施激素B有利于开花,且开花数比补充光源A更多　②喷施激素B溶液的溶剂+补充光源A　③补充光源A和施加激素B能协同促进,开更多的花　④协同 解析 本题考查植物繁殖技术、光合作用、植物开花影响因素等相关知识,主要考查学生的信息获取和实验探究能力。 (1)人工培育三角梅通常采用无性繁殖技术,其中传统技术有扦插、嫁接和压条,现代生物技术有植物组织培养,植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。(2)三角梅苞片呈现红、粉、白等多种颜色,其原因之一是苞片细胞中含有不同的色素,这些色素主要分布在液泡或有色体中。(3)据题表判断,三种补光光源中,最有利于三角梅开花的光源是紫光,表中信息显示,三角梅在紫光补光下叶绿素含量高于红光和白光组,叶绿素含量高则光合速率强,产生更多的有机物,引起植物开花更多。(4)某小组为探究补充光源A和水溶性激素B同时作用对三角梅开花数量的影响开展实验,根据实验目的可知:与对照组和实验组1相比,喷施激素B溶液组有利于开花,且开花数比补充光源A更多;根据实验结论可知②为喷施激素B溶液的溶剂+补充光源A,与实验组1和实验组2相比,实验组4开花数更多,表明补充光源A和施加激素B能协同促进,因而可开更多的花。据此实验结论是补光光源A和水溶性激素B对三角梅开花数量的影响具有协同作用。 16. (1)有氧 (2)压实组黄瓜根系中的酒精含量更高　多　压实组中根系细胞无氧呼吸强,无氧呼吸释放的能量少,为获得足够能量维持正常的生命活动,消耗的有机物更多　关闭　暗反应 (3)合理施肥、中耕松土、减少人为踩踏、减少大型农业机械的不必要碾压等 解析 本题综合考查光合作用和呼吸作用。 (1)线粒体基质是有氧呼吸第二阶段的场所,本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为有氧呼吸的中间产物。(2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系中的酒精含量更高,而酒精是植物细胞无氧呼吸的产物,所以压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强。由于压实组中根系细胞无氧呼吸强,无氧呼吸释放的能量较少,为获得足够能量维持正常的生命活动,压实组消耗的有机物总量更多。根吸收水分的能力减弱,叶片气孔关闭,二氧化碳进入减少,光合作用的暗反应阶段首先受抑制,有机物合成减少,最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。(3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有:合理施肥,避免不当施肥导致土壤结构破坏;中耕松土,疏松土壤;减少人为踩踏;减少大型农业机械的不必要碾压等。 17. (1)绿　类囊体(基粒) (2)①促进　丙　②X溶液处理叶圆片能提高光能利用率,促进光反应速率,产生氧气速率加快 (3)脱落酸含量增加 解析 本题考查光合作用过程及其影响因素的相关知识,主要考查学生获取信息和解决问题的能力。 (1)分析表格数据可知,与对照组相比,添加X的培养液中,绿光下需氧细菌数量增加最为明显。由于需氧细菌会聚集在氧气释放多的部位,而氧气是光合作用光反应的产物,所以X能够促进水绵利用绿光。叶绿体中类囊体薄膜是光反应的场所,能吸收、传递和转化光能,当X分布在叶绿体的类囊体(基粒)时,能更好地促进光能的吸收和利用,使水绵光能利用效率最佳。(2)①由题图可知,与没有添加X的组相比,添加X的组中Y的变化量更大,说明X能促进叶绿体合成NADPH。经煮沸的叶绿体已经失去活性,不能进行光合作用,也就不能合成NADPH,Y的量基本不变,所以该处理获得的结果最符合图中曲线的丙。②将清水和X溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片,抽气后,再置于1%的碳酸氢钠溶液中,给予相同的光照,发现X溶液处理的叶圆片先浮出液面,其原因是X溶液处理叶圆片能提高光能利用率,促进光反应速率,产生氧气速率加快。(3)脱落酸能促进气孔关闭,当处理植物的X浓度过高时,植物叶片气孔开放度下降,推测与之相关的植物激素是脱落酸,且其含量增加。 18. (1)无水乙醇　红光 (2)ATP和NADPH　环境补充的CO2多 (3)光照强度加倍　与对照组相比,甲组光照强度加倍,乙组CO2浓度加倍,甲组的净光合速率大于乙组,故光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大 解析 本题考查影响光合作用的环境因素等相关知识。 (1)叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中,故为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用无水乙醇提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,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。为减少类胡萝卜素的干扰,应选择红光来测定叶绿素含量。(2)与对照组相比,甲组光照强度加倍,光反应更强,产物ATP和NADPH更多,因此可为暗反应提供更多的ATP和NADPH,从而提高了净光合速率。由题表可知,甲组和丙组的光照强度相同,丙组的CO2浓度是甲组的两倍,与甲组相比,丙组的净光合速率更高。题表显示丙组的气孔导度略低,但其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是环境补充的CO2更多。(3)由题表可知,与对照组相比,甲组光照强度加倍,乙组CO2浓度加倍,甲组的净光合速率大于乙组,说明光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大。故若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择光照强度加倍。 19. (1)下降　叶片气孔导度下降,引起胞间CO2浓度下降,导致光合速率下降 (2)①等量的第0天和处理后第6天的辣椒1号、辣椒2号 ②离体叶绿体　③足量且等量 ⑤同一辣椒品种第0天的样品生成的还原态D比第6天的多,且辣椒2号的差异更大 (3)1 解析 本题考查光合作用的相关知识,主要考查学生的信息获取与实验探究能力。 (1)根据题图信息可知,在低温弱光处理的6天内,辣椒1号和辣椒2号的叶片气孔导度均下降,引起胞间CO2浓度下降,从而导致光合速率下降。因此两者的光合速率变化趋势均为下降。(2)根据题意可知,长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤,结合图乙,推测第6天时,辣椒2号的叶绿体比辣椒1号的受损程度更高。现在想要利用试剂D在捕获叶绿体光反应中生成的电子后,会从蓝色氧化态变为无色还原态这一原理来检验辣椒2号和辣椒1号的叶绿体的光反应功能。首先分别取等量的第0天和处理后第6天的辣椒1号、辣椒2号的叶片,制作对应的等体积的离体叶绿体悬浮液;向各悬浮液中分别滴加足量且等量的试剂D溶液,让其反应一段时间后,测定悬浮液中无色还原态的试剂D的含量,根据推测“长时间的低温弱光处理对辣椒幼苗的叶绿体结构造成了损伤,且辣椒2号的叶绿体比辣椒1号的受损程度更高”,预期实验结果应是同一辣椒品种在第0天的样品生成的还原态D比第6天的多,且辣椒2号的差异更大。(3)根据(1)(2)可知,辣椒2号的叶片气孔导度和总叶绿素含量下降幅度更大,且辣椒2号的叶绿体比辣椒1号的受损程度更高,初步判断辣椒1号的抗逆性更强。 20. (1)基质　ATP和NADPH (2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为 丝氨酸,释放二氧化碳用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,二氧化碳吸收加快,暗反应速率加快 (3)减小　小 (4)实验思路: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和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。 预期结果:植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W 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)结合图示和题干信息分析,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放二氧化碳用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,二氧化碳吸收加快,暗反应速率加快,从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。 (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)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,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,还需要补充的一个实验组是构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T),实验思路是以野生型植株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和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析,G酶有利于光合作用的进行,因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W。 21. (1)叶绿素　光敏色素　类胡萝卜素 (2)提高　施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长,增加了叶片的光捕获能力,导致冠层整体吸光增强,透射到下层的PAR减少 (3)B　A处叶片线粒体呼吸与B处相同,但叶绿素含量低于B处,其吸收转化传递光能弱于B处,且B处光合有效辐射更低,故需要增大光照强度,叶片具有较高的光补偿点 解析 (1)叶绿素(主要是叶绿素a和b)是光合作用中的主要色素,能吸收红光(600~700 nm)用于光反应。光敏色素是一种光受体蛋白,能吸收红光(R,600~700 nm)和远红光(FR,700~750 nm),并通过构象变化传递光信号,调节植物生长发育。在冠层中,B位置(低处)的R/FR较低,这是因为上层叶片吸收了更多红光,导致下层红光减少、远红光相对增多,从而降低了R/FR比例。类胡萝卜素(如β-胡萝卜素、叶黄素)主要吸收蓝光(400~500 nm),不吸收红光;在冠层中,上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光,减少了透射到下层的蓝光,导致B位置PAR降低。(2)由表中数据可知,施氮肥提高了冠层叶片对太阳光的吸收,其可能的原因是施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长,增加了叶片的光捕获能力,导致冠层整体吸光增强,透射到下层的PAR减少。(3)A处叶片线粒体呼吸强度与B处相同,但叶绿素含量低于B处,其吸收转化传递的光能弱于B处,且B处光合有效辐射更低,故B处需要增大光照强度,叶片具有较高的光补偿点。 22. (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。 23. (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。 24. (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。 25. (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。 26. (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。 27. (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? 28. (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。 考点21　光合作用与呼吸作用的综合考查 1.ACD　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　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　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.ABD　葡萄糖是单糖,通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成,A项正确。有氧呼吸第二阶段发生的反应是丙酮酸与水在酶的催化下,生成二氧化碳和[H],并释放少量的能量,B项正确。有些植物细胞含有过氧化氢酶(例如土豆),可以分解过氧化氢生成O2,因此植物细胞产生的O2不一定只来自光合作用,C项错误。光反应阶段水的分解产生氧气,故光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O,D项正确。 5.D　由题图可知,t1的叶绿体相对受光面积大于t2,因此,t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知,叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关,C项正确。由题图可知,三者光合速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。 6. (1)单质硫(或S)　NADH　暗反应(前两空顺序可互换) (2)丙酮酸　ATP　NADH(后两空顺序可互换) (3)途径③利用乙酸合成可节省固定CO2所需的ATP和NADH,能量消耗更少 解析 本题结合厌氧光合细菌的光合与呼吸代谢途径,考查不产氧光合作用的特点、有氧呼吸与暗反应的物质关联及代谢途径的能量分析等知识。 (1)高等植物的光反应以水(H2O)为电子供体,产物是氧气(O2)、ATP和NADPH。该细菌以H2S为电子供体,因此其特有的光反应产物是单质硫(S)和NADH。题图中①显示了CO2的固定(CO2→C3),②显示了C3的还原(C3→葡萄糖)。这两个过程是光合作用暗反应的经典步骤。(2)有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解为丙酮酸(C3)。那么其相反过程应该是从某种物质合成葡萄糖。结合题图,②的箭头指向“葡萄糖”,原料是C3。因此,这个C3应该就是丙酮酸。从丙酮酸合成葡萄糖是一个还原性的合成反应,需要两样东西:能量(ATP)和还原力(H或电子)。在光合细菌的光反应中产生的正是ATP和NADH。因此,②的反应需要ATP提供能量,NADH提供H。(3)由题图可知,与路径①相比,路径③的原料乙酸本身已经是有机物,将其转化为C3(如丙酮酸)需要的能量和还原力远低于从CO2开始。因此,在能量层面,途径③是更高效的。 7. (1)红光和蓝紫光　作为还原剂参与C3的还原,同时为暗反应提供能量 (2)盐碱胁迫下叶绿素含量降低,植物捕获光能的能力减弱,光反应速率下降,进而导致暗反应速率降低;同时H2O2大量积累,造成叶绿体类囊体膜等生物膜氧化损伤,破坏光合结构,进一步抑制光合作用,导致净光合速率下降 (3)②④ (4)盐碱胁迫下,细胞将细胞质基质中的Na+转运至液泡储存或排出细胞的过程属于主动运输,需要消耗大量ATP,导致细胞呼吸作用强度升高,有机物消耗增多;同时盐碱胁迫使光合作用速率下降,有机物合成量减少,最终植株有机物积累量低于正常条件,生物量减少 解析 本题结合脱落酸调控葡萄幼苗抗盐碱的实验情境,综合考查光合色素功能、光合作用影响因素、植物激素育种应用及物质跨膜运输与呼吸代谢的关联等知识,以及科学思维、科学探究等学科素养。(1)叶绿素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。光反应产生的NADPH在暗反应阶段主要承担两方面作用:一是作为还原剂,参与C3的还原过程;二是可为暗反应的合成过程提供部分能量。(2)对比对照组T1与盐碱胁迫组T2的指标可知,盐碱胁迫下叶绿素含量显著下降,直接导致叶片吸收、转化光能的能力减弱,光反应生成的ATP和NADPH减少,暗反应速率随之降低;同时H2O2含量大幅升高,结合题干信息,H2O2会引发生物膜氧化损伤,破坏叶绿体类囊体膜的结构完整性,进一步削弱光合能力,二者共同导致净光合速率下降。(3)题干明确植物体内ABA含量与抗盐碱能力正相关,因此育种需筛选能提升内源ABA水平或增强ABA生理效应的材料。ABA合成酶高活性品种可促进ABA合成,提高内源ABA含量;ABA降解酶低活性品种可减少ABA的分解,维持较高的ABA水平,二者均符合要求。ABA合成酶缺失突变体无法正常合成ABA,ABA受体低敏感性品种会减弱ABA的生理作用,二者均会降低抗盐碱能力。(4)细胞将Na+逆浓度梯度转运至液泡或排出细胞,属于主动运输,需要载体蛋白协助并消耗ATP。盐碱环境下,植物为减轻离子毒害,需持续进行主动运输维持离子稳态,该过程消耗大量能量,会促使细胞呼吸速率提升,加快有机物的消耗;同时盐碱胁迫抑制光合作用,有机物合成量下降,植株有机物积累总量减少,最终表现为生物量降低。 本题属于植物逆境生理类综合题,作答长句分析题需遵循“指标变化→结构损伤→代谢影响→最终结果”的推导逻辑;分析能量与生物量关系时,要同时覆盖“合成减少”和“消耗增加”两个维度,仅答其中一方面会造成要点缺失;判断育种方向时,需紧扣“ABA含量与抗逆性正相关”的核心前提,再从合成、降解、受体三个维度逐一分析选项。 8. (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。 9. (1)18O2(或光合作用)　光合作用(或18O2)　(y+z-x)/(120×a) (2)10.7 (3)黑暗 (4)有利,因为光照时两种氧浓度下净光合速率相同,但黑暗时低氧下呼吸作用速率更低 解析 本题考查光合作用和呼吸作用的相关知识,主要考查学生的信息获取和分析能力。 (1)呼吸作用消耗的氧气有两个来源:①18O2;②光合作用。净光合速率是单位时间单位面积的氧气积累量:初始18O2为x μmol,120秒后18O2为y μmol,16O2为z μmol。总氧气积累量为(y+z-x)μmol(最终总氧气量y+z减去初始氧气量x)。时间为120秒,叶片面积为a m2,因此净光合速率为(y+z-x)/(120×a)μmol/(m2·s)。(2)由“光照强度-净光合速率”图可知,低氧(2%O2)条件下,500 μmol PAR/(m2·s)时净光合速率为10 μmol/(m2·s)。由“氧气浓度-呼吸作用速率”图可知,低氧(2%O2)光照条件下呼吸作用速率为0.7 μmol/(m2·s)。光合作用速率=净光合速率+呼吸作用速率,因此光合作用速率为10+0.7=10.7 μmol/(m2·s)。(3)光照条件下,21%和2%O2的呼吸作用速率几乎一致,说明低氧在光照下对呼吸无限制。黑暗条件下,21%O2的呼吸速率高于2%O2,说明低氧在黑暗条件下限制了呼吸作用。(4)光照时,两种氧浓度下净光合速率相同[由“光照强度—净光合速率”图可知,500 μmol PAR/(m2·s)时净光合速率一致],说明光照下有机物积累量相同。黑暗时,低氧下呼吸作用速率更低(由“氧气浓度—呼吸作用速率”图可知,黑暗条件下低氧呼吸速率小于正常氧),说明黑暗下低氧消耗的有机物更少。综上,低氧对叶片糖积累有利,理由是光照时两种氧浓度下净光合速率相同,但黑暗时低氧下呼吸作用速率更低,总有机物积累更多。 10. (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和NADPH)　胞间CO2浓度　S植株经过补光,光反应速率提高,产生更多的ATP和NADPH,增加的ATP和NADPH加快了C3的还原 (3)实验思路:选取某作物的WT和S植株为实验材料并分为两组;提供充足的14CO2;在相同时间检测每组植株14C3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。 11. (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。 12. (1)光补偿点　光的吸收　波长比例　不能　强光　光的利用　(2)固氮　微生物　氨　粗蛋白 解析 本题考查光合作用的影响因素,主要考查学生的信息获取与处理能力。 (1)光补偿点指光合速率等于呼吸速率时的光强度,间作苜蓿的光补偿点更低,意味着在较低光照强度下光合速率就能大于呼吸速率,开始积累光合产物。叶绿素a和叶绿素b的作用是吸收、传递和转化光能,其含量提高有利于光的吸收。叶绿素a和叶绿素b对不同波长的光吸收有差异,叶绿素a/b下降说明间作苜蓿吸收的可见光中,不同波长光的比例发生改变。纸层析法只能将叶绿体中的色素进行分离,不能测定叶绿素a和叶绿素b的含量。光饱和点指光合速率达到最大值时的光强度,间作桑树的光饱和点高于单作,表明间作环境下的桑树在较强光照条件下光合速率更高。桑树和苜蓿高矮搭配,能充分利用不同层次的光照,可促进单位土地面积的光的利用效率。(2)苜蓿根瘤菌具有固氮作用,能将空气中的氮气转化为含氮化合物,可为桑树提供氮素营养。土壤中的微生物可以产生脲酶,间作系统中桑树和苜蓿根际土壤中微生物产生的脲酶活性提高。脲酶能催化尿素分解产生氨,从而为植物提供了更多氨。由于氮素营养增加,除了总产量提高外,粗蛋白含量也有所增加,提升了牧草和桑叶的品质。 13. (1)光照强度　植物(番茄)对蓝光的利用率更高/多/充分(或吸收/利用蓝光更多/充分) (2)气孔开闭相近(气孔导度相近) (3)化学能(糖类中的能量或稳定的化学能)　光敏色素 (4)光既可以作为能量,又可以作为信号 解析 本题考查光合作用及光对植物生长发育的调节,主要考查学生的识记能力和判断能力、运用所学知识综合分析问题的能力。 (1)当胞间CO2浓度在900~1 200 μmol·mol-1范围时,从图a中红光曲线来看,随着CO2浓度增加,光合速率不再上升,说明此时CO2浓度不是限制因子,而可能是光照强度限制了光合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因,可能是叶绿素与类胡萝卜素均吸收蓝光,只有叶绿素可吸收红光,所以植物(番茄)对蓝光利用率更高。 (2)已知红光下植物的相关反应与白天相似,远红光下植物的相关反应与夜间相似,突变体发生了PILI5基因的功能缺失,且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测原因可能是突变体中PILI5基因功能缺失,使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用减弱,导致在不同光质(远红光和红光)下气孔开闭相近(气孔导度相近),从而蒸腾速率接近。 (3)通路1中,①为光合色素,吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能(储存在ATP和NADPH中,最终储存在糖类等有机物中)。通路2中吸收光的物质②为光敏色素。由于突变体发生PILI5基因功能缺失后,在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,可推测光敏色素吸收光信号后,通过影响PILI5基因的表达,进而影响脱落酸信号通路,对气孔开放程度进行调控。且从图b中突变体在远红光和红光下蒸腾速率变化不大,野生型在红光条件下蒸腾速率较大,可推断光敏色素对PILI5基因表达的影响是负相关,PILI5基因对脱落酸信号通路是正相关,脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关,即光敏色素PILI5基因脱落酸信号通路气孔开放程度。如图: 。 (4)根据图c中相关信息,植物利用光的方式有:一方面可以作为能量,即通过叶绿体中的光合色素吸收光能,将其转化为化学能用于光合作用合成有机物;另一方面可以作为信号,即通过光敏色素吸收光信号,调控基因(如PILI5基因)表达,进而影响植物的生理过程(如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度)。 14. (1)为衣藻的光合作用提供原料 (2)培养系统中原有的甘醇酸耗尽,大肠杆菌缺乏碳源 (3)光照强度　光照强度提高导致衣藻光反应增强,一方面使衣藻暗反应合成有机物增多,另一方面CO2/O2的值下降使衣藻产生更多甘醇酸,为大肠杆菌提供更多碳源 (4)可以持续利用CO2合成高价值生物产品,经济效益高 解析 本题考查光合作用的过程和影响因素等。 (1)第①阶段为衣藻单独培养,向培养液中通入3% CO2,目的是为衣藻的光合作用提供原料。(2)该培养系统中衣藻可以光合自养,而大肠杆菌只能依赖衣藻产生的甘醇酸作为唯一碳源,因此第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因可能是培养系统中原有的甘醇酸耗尽,大肠杆菌缺乏碳源。(3)对比第③阶段和第④阶段可知,限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是光照强度,提高光照强度即可显著增加衣藻干重。第④阶段提高了光照强度导致衣藻光反应增强,一方面使衣藻暗反应合成有机物增多,另一方面CO2/O2的值下降使衣藻产生更多甘醇酸,为大肠杆菌提供更多碳源,因此两者干重均增加。(4)相比其他方式,该系统对助力实现碳中和目标的优势是可以持续利用CO2合成高价值生物产品,经济效益高。 15. (1)叶绿体　抑制　(2)氧气(或空气)　(3)升高　不变 (4)细菌可利用栅藻光合作用产生的氧气生长繁殖,降解对硝基苯酚,减少对硝基苯酚作用的抑制,细菌产生的CO2又是栅藻光合作用的原料。 解析 本题考查光合作用和生物与环境等知识,主要考查学生的综合应用能力、实验探究能力和语言表达能力。 (1)栅藻是真核生物,光合作用的场所为叶绿体。由图a可知,随着对硝基苯酚浓度增大,栅藻的光合放氧量逐渐下降,说明对硝基苯酚抑制栅藻的光合放氧反应。 (2)题干已提示该细菌不能在无氧条件下生长,细菌+通空气处理组的对硝基苯酚含量逐渐降低,说明细菌在降解和利用对硝基苯酚时,限制因子是O2(或空气)。(3)由图a可知,在培养10 min的过程中,当对硝基苯酚含量为20 mg·L-1时,栅藻光合放氧量逐渐增大,由此推测Ⅰ中栅藻净光合强度大于零,培养液中CO2含量下降,pH升高;由图b中Ⅰ组可知,栅藻不能降解对硝基苯酚,故含量不变。(4)Ⅱ组(细菌+栅藻+光照条件下)随培养时间的延长,对硝基苯酚含量下降,表明细菌可利用栅藻光合作用产生的氧气生长繁殖,降解对硝基苯酚,从而减少对硝基苯酚对栅藻光合放氧的抑制。细菌呼吸以及降解对硝基苯酚产生的CO2又为栅藻进行光合作用提供原料,从而持续为细菌降解对硝基苯酚提供O2。故两者通过原始合作可净化被对硝基苯酚污染的水体。 16. (1)增强　NtPIP基因的过量表达通过增强根系水通道蛋白介导的水分吸收能力,增加了氧气浓度,利于有氧呼吸进行　NADH (2)假设物质H能转化为A,第二阶段是循环过程 (3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株,根有氧呼吸增强,因而主动运输吸收更多无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料 (4)NADP+　H2O 解析 (1)据图1分析,低氧条件下,与野生型组相比,NtPIP基因过量表达株(OE)组氧气浓度升高且呼吸速率增加,故低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳(无机物)、NADH(储存大量能量)并释放出少量的能量(绝大部分以热能形式散失,少量用于合成ATP),其中的化学能大部分被转化为NADH储存的能量。 (2)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;当加入F、G或H时,E也同样累积,再结合根据图2中显示的代谢路径,可知丙二酸的加入会导致E积累;分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性,即H→A,故提出:假设物质H能转化为A,第二阶段是循环过程。 (3)由(1)可知,低氧条件下,与野生型相比,NtPIP基因过量表达株的根有氧呼吸增强,因而主动运输吸收更多无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料,因而提高了净光合速率。 (4)光反应中水在光下分解为H+、O2和e-,e-经传递最终与H+和NADP+结合生成NADPH,因此,光反应中最终的电子供体是H2O,最终的电子受体是NADP+。 17. (1)为光合作用提供能量　作为信号调节植物生命活动 (2)①③④　温度、二氧化碳浓度 (3)始终大于　相较于③组,④组的呼吸速率更高,但两组光补偿点一致,光照强度在达到光补偿点之前,任一光照强度下,④组CO2消耗量始终大于③组 解析 本题主要考查光合作用和细胞呼吸的相关知识,考查学生的识图能力和理解能力。 (1)光不仅可以为植物光合作用提供光能,同时光也可以作为信号调节植物生命活动。(2)探究实验光对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,该实验至少应选用上述①③④组进行对比分析,①为空白对照,③④对比盐胁迫状态下不同光质的影响。实验中除了自变量和因变量,其余变量称为无关变量,该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。(3)④组呼吸速率强于③组,但是两组光补偿点一致,光照强度在达到光补偿点之前,任一光照强度下,④组CO2消耗量始终大于③组。 18. (1)红光和蓝紫光　高等植物体内的叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 (2)大于 (3)b　a、b、c组的呼吸速率相同;a组O2浓度不变,所以光合速率等于呼吸速率,b组由于O2浓度增加,所以光合速率大于呼吸速率,c组O2浓度不再增加,说明光合速率等于呼吸速率,因此,b组光合速率最大 (4)升高 解析 (1)高等植物体内的叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。因此,高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光。 (2)光照t时间时,a组O2浓度小于b组,说明a组光合作用吸收的CO2少于b组,a组CO2浓度大于b组。 (3)由题意和题图可知,a、b、c组的呼吸速率相同。延长光照时间,c组O2浓度不再增加,说明c组光合速率等于呼吸速率;a组O2浓度没有变化,说明光合速率等于呼吸速率;b组O2浓度增加,说明光合速率大于呼吸速率。 (4)d组O2浓度等于c组是由于密闭装置中CO2的限制,此时光合速率等于呼吸速率。将d组密闭装置打开后,提供了更多的CO2,此时以c组光照强度继续照光,可以使幼苗光合速率升高。 19. (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。 20. (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。 21. (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。 22. (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。 23. (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。 24. (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。 25. (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　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。 26. (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。 学科网（北京）股份有限公司 $