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文檔簡介
大題01細(xì)胞呼吸和光合作用考向分析考向分析大題預(yù)測大題預(yù)測1.圖1是甲、乙兩種植物在溫度和水分均適宜的條件下,光合速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強度變化的曲線圖,圖2是將A、B兩組生理狀況相同的甲種植物幼苗,分別置于溫度為25℃的相同密閉透明容器內(nèi),A、B兩組光照強度不同,測得兩組容器內(nèi)CO2濃度的變化曲線圖。(1)據(jù)圖1可知,在CD段光照強度是限制___________(填“甲植物”或“乙植物”)光合速率的環(huán)境因素。當(dāng)光照強度為B時,甲植物的葉肉細(xì)胞中______________________等生物膜上能產(chǎn)生ATP。(2)當(dāng)植物在單位時間內(nèi)光合作用消耗的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量時,環(huán)境中的CO2濃度稱作CO2補償點,圖2中a、b點對應(yīng)的分別為A、B組大豆幼苗的CO2補償點。①將CO2濃度從b提高到a,短時間內(nèi)B組幼苗葉肉細(xì)胞中的C3濃度會________(填“上升”、“下降”、“不變”)②該實驗結(jié)果表明,_______________能影響大豆幼苗CO2補償點,提高產(chǎn)量。③農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,往往是通過_____(填“提高”或“降低”)CO2補償點來提高產(chǎn)量。④播種B組植株產(chǎn)生的種子,得到的盆栽苗按照A組的條件培養(yǎng),測得容器內(nèi)CO2濃度的變化曲線圖與A組完全相同。根據(jù)這一結(jié)果能夠得到的初步結(jié)論是___?!敬鸢浮?1)甲植物線粒體內(nèi)膜、類囊體薄膜(2)上升光照強度降低B組CO2補償點與A組的不同是由環(huán)境因素低光照引起的,而非遺傳物質(zhì)的改變造成的【分析】光合作用,通常是指綠色植物(包括藻類)吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有機物,同時釋放氧氣的過程。光合作用分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段。呼吸作用一般指機體將來自環(huán)境的或細(xì)胞自己儲存的有機營養(yǎng)物的分子(如糖類、脂類、蛋白質(zhì)等),通過一步步反應(yīng)降解成較小的、簡單的終產(chǎn)物(如二氧化碳、乳酸、乙醇等)的過程。光合與呼吸的差值可用凈光合速率來表示,具體指標(biāo)可以是氧氣釋放量、二氧化碳吸收量、有機物積累量等,圖中曲線表示凈光合速率?!驹斀狻浚?)在CD段隨著光照強度的增大,甲的光合速率與呼吸速率的比值(P/R)增大,而乙的不變,因此在CD段光照強度是限制甲植物光合速率的環(huán)境因素;當(dāng)光照強度為B時,甲植物的P/R=1,葉肉細(xì)胞中呼吸和光合均能產(chǎn)生ATP,場所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體,其中為生物膜的是線粒體內(nèi)膜(有氧呼吸的第三階段)、類囊體薄膜(光反應(yīng)階段)。(2)①CO2與五碳糖反應(yīng)生成C3,將CO2濃度從b提高到a,短時間內(nèi)B組幼苗葉肉細(xì)胞中的C3濃度會上升;②A、B兩組光照強度不同,測得兩組容器內(nèi)CO2濃度的變化曲線圖為圖2,B點的CO2濃度更低,消耗的CO2更多,因此光照強度越高,CO2補償點更高。③CO2補償點是光合等于呼吸時的CO2濃度,補償點低則產(chǎn)量高,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,往往是通過降低CO2補償點來提高產(chǎn)量。④B組植株產(chǎn)生的種子與A組的遺傳物質(zhì)不同,但是容器內(nèi)CO2濃度的變化曲線圖與A組完全相同,因此B組CO2補償點與A組的不同是由環(huán)境因素低光照引起的,而非遺傳物質(zhì)的改變造成的。2.共生固氮是自然界生物可用氮的最大天然來源,根瘤菌入侵豆科植物的根系,誘導(dǎo)大豆形成根瘤(容納根瘤菌)以進(jìn)行共生固氮。為研究大豆根瘤形成的機理,科研人員進(jìn)行了一系列研究。(1)圖1是大豆光合作用產(chǎn)物的形成及運輸和大豆與根瘤菌關(guān)系示意圖。請分析回答:①如圖1所示,二氧化碳固定形成的C3在光反應(yīng)提供的______作用下轉(zhuǎn)換成磷酸丙糖(TP),TP運出葉綠體后合成蔗糖,催化TP合成蔗糖的酶存在于______。②研究發(fā)現(xiàn),蔗糖進(jìn)入維管束細(xì)胞的過程可被呼吸抑制劑抑制,據(jù)此推測蔗糖進(jìn)入維管束細(xì)胞的跨膜運輸需要的條件是______。(2)為了研究光照與大豆根瘤生成的關(guān)系,科研工作者將根瘤菌接種于大豆上,黑暗預(yù)處理2天后,進(jìn)行相關(guān)處理,6天后觀察大豆根瘤結(jié)節(jié)生成的情況,處理和結(jié)果如圖2,結(jié)合圖1分析下列問題。①對大豆黑暗預(yù)處理的目的是______。②圖2的實驗結(jié)果說明_______。③根據(jù)圖1,從能量的角度解釋大豆根瘤結(jié)節(jié)形成的原因:_______。④研究發(fā)現(xiàn)在光的誘導(dǎo)下,移動因子可以從大豆枝條移動到根部,同時根瘤菌內(nèi)形成某種復(fù)合物,從而激活大豆根瘤發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá)。說明光除了為植物提供能量外,還可能作為_____調(diào)控大豆根瘤結(jié)節(jié)的生成?!敬鸢浮?1)ATP和NADPH細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)需要能量和載體蛋白(轉(zhuǎn)運蛋白)(2)排除原來有機物的干擾大豆根瘤結(jié)節(jié)生成需要進(jìn)行光合作用。大豆將光能轉(zhuǎn)變?yōu)檎崽侵械幕瘜W(xué)能,根瘤菌將蔗糖中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP中活躍的化學(xué)能,從而實現(xiàn)根瘤菌的大量繁殖,形成根瘤信號因子(光信號)【分析】大豆與根瘤菌是共生關(guān)系。大豆為根瘤菌提供良好的居住環(huán)境、碳源和能源以及其他必需營養(yǎng),而根瘤菌將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為植物能吸收的含氮物質(zhì),如氨,其代謝類型為異養(yǎng)需氧型?!驹斀狻浚?)①C3的還原需要光反應(yīng)提供ATP(提供能量)和NADPH(提供能量和還原劑);蔗糖的合成在葉綠體外(細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)/細(xì)胞溶膠/胞質(zhì)溶膠)中進(jìn)行,因此合成蔗糖的酶存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。②蔗糖進(jìn)入維管束細(xì)胞的過程可被呼吸抑制劑抑制,說明蔗糖進(jìn)入細(xì)胞運輸方式為主動運輸,因此蔗糖進(jìn)入維管束細(xì)胞的跨膜運輸需要的條件是需要能量和載體蛋白(轉(zhuǎn)運蛋白)。(2)①黑暗處理可以消耗掉大豆原有的有機物的干擾;②結(jié)合圖2可知,僅對根部遮光處理,對結(jié)節(jié)數(shù)目沒有影響,而對芽進(jìn)行黑暗處理,則結(jié)節(jié)不能生成,因此大豆根瘤結(jié)節(jié)生成需要進(jìn)行光合作用。③從物質(zhì)的角度,大豆為根瘤菌提供有機物,而根瘤菌可以固氮,為植物提供氨,從能量的角度,大豆將光能轉(zhuǎn)變?yōu)檎崽侵械幕瘜W(xué)能,根瘤菌將蔗糖中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP中活躍的化學(xué)能,從而實現(xiàn)根瘤菌的大量繁殖,形成根瘤。④光除了提供能量來源外,還作為一種信號因子(光信號),調(diào)節(jié)大豆根瘤結(jié)節(jié)生成。3.科研人員發(fā)現(xiàn)植物的細(xì)胞呼吸除具有與動物細(xì)胞相同的途徑外,還包含另一條借助交替氧化酶(AOX)的途徑。(1)交替氧化酶(AOX)分布在植物細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上,它可以催化O2與[H]生成______,并使細(xì)胞呼吸釋放的能量更多以熱能形式散失,生成ATP所占的比例______。在寒冷早春,某些植物的花細(xì)胞中AOX基因的表達(dá)會________,利于提高花序溫度,吸引昆蟲傳粉。(2)進(jìn)一步研究表明,AOX途徑可能與光合作用有關(guān),科研人員對此進(jìn)行深入研究。①光合作用過程中,光能被分布于葉綠體________上的光合色素吸收,并轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的_______,經(jīng)過暗反應(yīng),能量最終被儲存在________中。一般情況下,植物葉片的光合作用隨光照強度的增強而增強,但光照強度過高時,光合作用減弱。②科研人員將正常光照下發(fā)育的葉片分為4組,用AOX途徑抑制劑處理A組和C組葉片的左側(cè),然后將4組葉片離體,葉柄插入盛滿水的試管中,左側(cè)置于正常光照下,右側(cè)置于正常光照或高光下(圖1),40分鐘后測量葉片左側(cè)光合色素的光能捕獲效率(圖2)。根據(jù)__________組的實驗數(shù)據(jù)可以推測,在夏季晴天,若樹木中層葉片的部分區(qū)域被高光照射,葉面出現(xiàn)光斑,則可能會使鄰近組織的光合作用減弱。實驗說明,AOX途徑可以___________________________________?!敬鸢浮?1)水下降增加(2)類囊體薄膜化學(xué)能糖類/有機物BD提高光合色素的光能捕獲效率,利于光合作用進(jìn)行,在周圍受到高光照射的葉片組織中的作用更顯著?!痉治觥?、捕獲光能的色素有葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素,其中葉綠素a、葉綠素b統(tǒng)稱葉綠素,主要吸收紅光和藍(lán)紫光;葉黃素、胡蘿卜素統(tǒng)稱為類胡蘿卜素,主要吸收藍(lán)紫光。2、細(xì)胞呼吸過程中產(chǎn)生的能量大部分以熱能形式散失,其它部分儲存在ATP中?!驹斀狻浚?)在細(xì)胞呼吸過程中,有機物氧化分解釋放的能量,一部分儲存在ATP中,一部分以熱能的形式散失;交替氧化酶(AOX)催化O2與[H]生成水,并使細(xì)胞呼吸釋放的能量更多地轉(zhuǎn)化為熱能,導(dǎo)致生成ATP所占的比例下降;在寒冷早春,某些植物的花細(xì)胞中AOX基因的表達(dá)會增加,利于提高花序溫度,吸引昆蟲傳粉。(2)①葉綠體類囊體薄膜上的光合色素吸收光能,并轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學(xué)能,再經(jīng)過暗反應(yīng),最終轉(zhuǎn)化成儲存在有機物或糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能。②圖2顯示:在光照強度相同的條件下,用AOX途徑抑制劑處理A組和C組葉片的左側(cè),其光合色素的光能捕獲效率分別低于B組和D組,可以推測在夏季晴天,若樹木中層葉片的部分區(qū)域被高光照射,葉面出現(xiàn)光斑,則可能會使鄰近組織的光合作用減弱;而A組和B組的光合色素光能捕獲差值明顯低于C組和D組的光合色素捕獲差值;由此說明AOX途徑的作用是提高光合色素的光能捕獲效率,利于光合作用進(jìn)行,在周圍受到高光強照射的葉片組織中作用更明顯。4.室內(nèi)栽培常春藤能夠有效清除甲醛污染。為研究其作用機制,科學(xué)家首先研究在密閉環(huán)境下常春藤正常的呼吸作用和光合作用,測定環(huán)境中的CO2濃度變化,結(jié)果如下圖1所示;而后將用特殊方法處理的甲醛通入密閉環(huán)境,研究常春藤處理甲醛的途徑。具體過程如下圖2所示為甲醛相關(guān)的代謝過程(其中HCHO為甲醛,RU5P和HU6P是中間產(chǎn)物)?;卮鹣铝袉栴}。(1)圖1中黑暗組常春藤的葉肉細(xì)胞內(nèi)能產(chǎn)生ATP的場所是________。弱光照組葉肉細(xì)胞的光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)它的呼吸速率,d時間內(nèi)完全光照組植株的平均實際光合速率是________ppm/s。(2)圖2中循環(huán)①的名稱是________,b代表________,細(xì)胞同化甲醛(HCHO)的場所應(yīng)是________。(3)甲醛在被常春藤吸收利用的同時,也會對常春藤的生長產(chǎn)生一定的影響,為此研究人員設(shè)計了甲醛脅迫下常春藤生長情況的實驗。下表是常春藤在不同濃度甲醛脅迫下測得的可溶性糖的含量。甲醛脫氫酶(FALDH)是甲醛代謝過程中的關(guān)鍵酶,下圖3表示不同甲醛濃度下,該酶的活性相對值,下圖4是不同甲醛濃度下氣孔導(dǎo)度(氣孔的開放程度)的相對值。不同甲醛濃度下常春藤可溶性糖的相對含量組別樣品0天第1天第2天第3天第4天①1個單位甲醛濃度的培養(yǎng)液22712658281132713425②2個單位甲醛濃度的培養(yǎng)液22712415293627891840③不含甲醛的培養(yǎng)液22712311239923992529①1個單位甲醛濃度下,常春藤氣孔開放程度下降,而可溶性糖的含量增加的原因是________________。②綜合分析表、圖3和圖4的信息,推測在甲醛脅迫下常春藤的抗逆途徑:________________________?!敬鸢浮?1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體大于(a-c)/d(2)卡爾文循環(huán)五碳化合物(C5)葉綠體基質(zhì)(3)1個單位甲醛濃度使FALDH的活性增強,甲醛代謝過程產(chǎn)生的CO2多于氣孔關(guān)閉減少的CO2通過降低氣孔的開放程度,減少甲醛的吸收;在低濃度(1個單位)甲醛時,還可以提高FALDH酶的活性,增強對甲醛的代謝能力【分析】在黑暗中葉肉細(xì)胞只能進(jìn)行呼吸作用。當(dāng)植株的光合作用速率=呼吸作用速率時,葉肉細(xì)胞的光合作用速率大于呼吸作用速率。由圖3和圖4可知,不含甲醛濃度甲醛脫氫酶(FALDH)的相對活性最低,但氣孔導(dǎo)度最高,2個單位的甲醛濃度甲醛脫氫酶(FALDH)的相對活性最高,但氣孔導(dǎo)度最低?!驹斀狻浚?)黑暗組吸毒草的葉肉細(xì)胞只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸,所以能產(chǎn)生ATP的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。根據(jù)圖1可知,弱光組光合作用速率等于呼吸作用速率,由于植株存在不能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞,所以弱光照組葉肉細(xì)胞的光合速率大于它的呼吸速率,d時間內(nèi)呼吸作用速率為a-b,凈光合作用速率為b-c,d時間內(nèi)完全光照組植株的平均實際光合速率是(a-c)/d。(2)圖2中循環(huán)①的名稱是卡爾文循環(huán),b代表C5,同位素標(biāo)記法可以示蹤物質(zhì)變化規(guī)律和運行軌跡,為追蹤循環(huán)②中甲醛的碳同化路徑,可采用的特殊處理方法是(放射性)同位素標(biāo)記法,由圖可知,同化甲醛(HCHO)的場所應(yīng)是葉綠體基質(zhì)。(3)據(jù)表分析可知,該實驗的自變量是甲醛的濃度單位和處理時間,因變量是甲醛脫氫酶(FALDH)的活性和氣孔開度,所以③組為對照組,①②為實驗組。由圖3和圖4可知,1個單位甲醛濃度時FALDH的活性增強,甲醛代謝過程產(chǎn)生的CO2多于氣孔關(guān)閉減少的CO2。2個單位的甲醛濃度甲醛脫氫酶(FALDH)的相對活性最高,但氣孔導(dǎo)度最低,根據(jù)實驗結(jié)果推測甲醛脅迫下,常春藤的抗逆途徑為常春藤通過降低氣孔的開放程度,減少甲醛的吸收;同時提高FALDH酶的活性,增強對甲醛的代謝能力,起到抗逆作用。5.在光合作用的研究中,植物光合作用制造器官被稱為“源”,光合產(chǎn)物或營養(yǎng)物質(zhì)接納和儲存部位被稱為“庫”。Ⅰ、淀粉和蔗糖是光合作用的兩種主要終產(chǎn)物,馬鈴薯植株下側(cè)葉片合成的有機物通過篩管主要運向塊莖貯藏,紅薯葉片合成的有機物通過篩管主要運向塊根儲存。下圖是馬鈴薯和紅薯光合作用產(chǎn)物的形成及運輸示意圖。在一定濃度的CO2和30℃條件下(細(xì)胞呼吸最適溫度為30℃,光合作用最適溫度為25°C),測定馬鈴薯和紅薯在不同光照條件下的光合速率,結(jié)果如下表。分析回答:光合速率與呼吸速率相等時光照強度(klx)光飽和時光照強度(klx)光飽和時CO2吸收量(mg/100cm2葉·小時)黑暗條件下CO2釋放量(mg/100cm2葉·小時)紅薯13116馬鈴薯393015Ⅱ、科研人員對桃樹的庫源關(guān)系及其機理進(jìn)行了研究。①去除部分桃樹部分枝條上的果實,檢測其對葉片光合速率等指標(biāo)的影響,結(jié)果如下表。組別凈光合速率(μmol·m2·s-1)葉片蔗糖含量(mg·g·FW)葉片淀粉含量(mg·g-1·FW)氣孔導(dǎo)度(mmol·m-2)對照組(留果)5.3930.1460.6151.41實驗組(去果)2.4834.2069.3229.70②將某植物葉片分離得到葉綠體,檢測蔗糖對離體葉綠體光合速率的影響,結(jié)果如圖:(1)馬鈴薯下側(cè)葉片葉肉細(xì)胞中的葉綠體可將光能轉(zhuǎn)化為______,同時分解H2O產(chǎn)生O2.為紅薯葉片提供C18O2,塊根中的淀粉會含18O,請寫出元素18O轉(zhuǎn)移的路徑(用圖中相關(guān)物質(zhì)的名稱及箭頭表示):______(2)25℃條件下測得紅薯光補償點會______(填“小于”“大于”或“等于”)1klx;30℃條件下,當(dāng)光照強度為3klx時,紅薯和馬鈴薯固定CO2量的差值為_______(3)為了驗證光合作用產(chǎn)物以蔗糖的形式運輸,研究人員將酵母菌蔗糖酶基因轉(zhuǎn)入植物,該基因表達(dá)的蔗糖酶定位在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞壁上,結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植物出現(xiàn)嚴(yán)重的小根、小莖現(xiàn)象,其原因是___,從而使根和莖得到的糖不足,生長緩段。(4)據(jù)表推測:去果處理降低了______(填“庫”或“源”)的大小,使葉片中______積累,進(jìn)而抑制了光合速率。(5)圖中______濃度范圍的實驗數(shù)據(jù)支持以上推測。(6)研究發(fā)現(xiàn),葉綠體中淀粉的積累會導(dǎo)致類囊體膜結(jié)構(gòu)被破壞,進(jìn)而直接影響光反應(yīng)。保衛(wèi)細(xì)胞中淀粉含量增加會降低氣孔導(dǎo)度,使______,進(jìn)而抑制暗反應(yīng)?!敬鸢浮?1)(ATP和NADPH中的)化學(xué)能C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉(2)小于2mg/100cm2葉·小時(3)葉肉細(xì)胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖,導(dǎo)致進(jìn)入韌皮部的蔗糖減少(4)庫蔗糖和淀粉(5)0.47~0.57mol·L-1(6)CO2吸收減少【分析】分析圖形:①是光合作用的暗反應(yīng)階段的CO2的固定階段,②是暗反應(yīng)中的C3的還原階段。從圖中可以看出,暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行,其產(chǎn)物磷酸丙糖可以在葉綠體基質(zhì)中合成淀粉,也可以被運出葉綠體,在葉肉細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖,蔗糖可以進(jìn)入液泡暫時儲存起來,蔗糖也可以通過韌皮部被運至塊莖根細(xì)胞,在塊莖根細(xì)胞內(nèi)合成淀粉?!驹斀狻浚?)葉肉細(xì)胞的葉綠體可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,儲存在ATP和NADPH([H])中,同時氧化H2O產(chǎn)生O2,發(fā)生這些過程的場所是葉綠體的類囊體薄膜。為紅薯葉片提供C18O2,塊根中的淀粉會含18O,元素18O轉(zhuǎn)移的路徑C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉。(2)表格中是30℃條件下測定的數(shù)據(jù),此時呼吸作用最強,如果將溫度降到25℃(光合作用最適溫度),則光合作用增強,呼吸作用減弱,光補償點是指光合速率等于呼吸速率,因此25℃時光補償點小于3klx;當(dāng)光照強度為3klx時,紅薯固定的CO2為11+6=17mg/100cm2葉·小時,而馬鈴薯光合作用和呼吸作用相等,為15mg/100cm2葉·小時,所以二者相差2mg/100cm2葉·小時。(3)蔗糖是由果糖和葡萄糖組成,轉(zhuǎn)基因植物出現(xiàn)嚴(yán)重的小根、小莖現(xiàn)象,其原因葉肉細(xì)胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖,導(dǎo)致進(jìn)入韌皮部的蔗糖減少,根和莖得到的糖不足,生長緩慢。(4)去除部分桃樹枝條上的果實,檢測其對葉片光合速率等指標(biāo)的影響,表中數(shù)據(jù)顯示,實驗組的凈光合速率下降,檢測發(fā)現(xiàn)葉片中的蔗糖和淀粉的含量均高于對照組,顯然,去果處理降低了庫(果實)的大小,使葉片中蔗糖和淀粉等光合產(chǎn)物積累,進(jìn)而抑制了光合速率。(5)表中數(shù)據(jù)能得出的結(jié)論是葉片中蔗糖和淀粉的積累導(dǎo)致光合速率下降,該結(jié)論在曲線圖中對應(yīng)的濃度范圍是0.47-0.57mol/L。(6)保衛(wèi)細(xì)胞中淀粉含量增加會降低氣孔導(dǎo)度,即氣孔的開放程度下降,顯然影響二氧化碳的吸收,即二氧化碳的吸收量下降,進(jìn)而碳(暗)反應(yīng)速率下降,光合速率下降。6.金銀花不僅是一味重要的中藥材,而且具有很高的觀賞價值。為提高金銀花產(chǎn)量,某實驗小組對三種金銀花凈光合速率的日變化進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖1所示;圖2表示其葉肉細(xì)胞中光合作用部分過程示意圖,光系統(tǒng)Ⅰ(P680)和光系統(tǒng)Ⅱ(P700)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合體。請回答下列問題:(1)圖1所示時間15~19時內(nèi)紅花金銀花葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場所有______。三個品種金銀花在12時左右均出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象,為緩解“光合午休”現(xiàn)象,宜采取的措施是______。(2)光照的驅(qū)動既促使水分解產(chǎn)生H+,又伴隨著電子的傳遞通過PQ將葉綠體基質(zhì)中的H+轉(zhuǎn)運至類囊體腔,同時______,造成膜內(nèi)外的H+產(chǎn)生了濃度差。請結(jié)合圖示信息分析,跨膜的H+濃度差在光合作用中的作用是____________。(3)研究表明:金銀花“光合午休”現(xiàn)象還與葉片中的D1蛋白含量密切相關(guān)(D1蛋白是調(diào)節(jié)光系統(tǒng)II活性的關(guān)鍵蛋白質(zhì))。強光照會導(dǎo)致D1蛋白含量下降,而水楊酸(SA)能減小D1蛋白含量下降的幅度。下面某同學(xué)以紅花金銀花為實驗材料,設(shè)計驗證此結(jié)論的實驗思路,請將該方案進(jìn)行完善。①將生長狀況一致的紅花金銀花均分成3組,編號A、B、C;②分別在______三種條件下培養(yǎng),其他條件保持相同且適宜;③一段時間后,檢測各組D1蛋白的含量,并比較得出結(jié)論。④預(yù)期結(jié)果:三組D1蛋白的含量從大到小依次是______(用各組編號表示)。【答案】(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(基質(zhì)、內(nèi)膜)、葉綠體(類囊體薄膜)適當(dāng)遮陰(2)在形成NADPH的過程消耗部分H+為ATP的合成提供能量(3)強光照,強光照加水楊酸處理、適宜光照C>B>A【分析】光合作用過程分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段,光反應(yīng)階段是水光解形成氧氣和還原氫的過程,該過程中光能轉(zhuǎn)變成活躍的化學(xué)能儲存在ATP中;暗反應(yīng)階段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的還原,二氧化碳固定是二氧化碳與1分子五碳化合物結(jié)合形成2分子三碳化合物的過程,三碳化合物還原是三碳化合物在光反應(yīng)產(chǎn)生的還原氫和ATP的作用下形成有機物和五碳化合物的過程?!驹斀狻浚?)圖1所示時間15~19時內(nèi)紅花金銀花的凈光合速率大于零,說明此時葉肉細(xì)胞同時進(jìn)行光合作用和呼吸作用,產(chǎn)生ATP的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(基質(zhì)、內(nèi)膜)、葉綠體(類囊體薄膜)。光合年休產(chǎn)生的原因是光照太強,所以可以通過適當(dāng)遮陰的方法緩解“光合午休”現(xiàn)象。(2)結(jié)合題圖分析可知,光照的驅(qū)動可以促使水分解產(chǎn)生H+;圖中伴隨電于的傳遞通過PQ將葉綠體基質(zhì)中的H+轉(zhuǎn)運至類囊體腔;同時還在形成NADPH的過程中消耗葉綠體基質(zhì)中部分H+,造成膜內(nèi)外的H+產(chǎn)生了濃度差。結(jié)合圖示可知,跨膜的H+濃度差推動ATP的合成,即ATP合成過程中消耗的能量是氫離子的梯度勢能。(3)探究金銀花“光合午體”現(xiàn)象與葉片中的D1蛋白含量密切相關(guān),在步驟②中,采用控制變量法,分別在強光照、強光照加水楊酸處理、適宜光照三種條件下培養(yǎng),其他條件相同且適宜,一段時間后,檢測各組D1蛋白的含量,并比較得出結(jié)論。故:②步驟為分別在強光照、強光照加水楊酸處理、適宜光照三種條件下培養(yǎng),其他條件相同且適宜。④預(yù)期結(jié)展:由于強光照會導(dǎo)致D1蛋白含量下降,丙水楊酸(SA)能減小D1蛋白含量下降的幅度,所以三組D1蛋白的含量從大到小依次是C>B>A。7.為了探究環(huán)境因子對光合作用的影響,研究人員檢測了由黑暗轉(zhuǎn)為光照后擬南芥植物的光反應(yīng)相對速率和熱能散失比例(在葉綠體中以熱能形式散失的能量占光反應(yīng)捕獲光能的比例),其結(jié)果如圖1所示,回答下列問題:(1)光照處理后0.5min內(nèi),光反應(yīng)相對速率曲線下降,說明暗反應(yīng)未同步激活,導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)生的_____積累從而抑制光反應(yīng)。在0~0.5min之間,圖中熱能散失比例變化的生物學(xué)意義是:吸收的光能_____,從而保護(hù)類囊體蛋白和色素等免受光損傷。(2)研究人員發(fā)現(xiàn)光質(zhì)也會影響光合作用。在640~660nm波長下,擬南芥葉片釋放O2是由_____(填“類胡蘿卜素”“葉綠素”或“類胡蘿卜素+葉綠素”)參與光合作用引起的。(3)研究表明;氣孔因素也是影響光合作用的重要因素。H2S是植物體內(nèi)的信號分子,為了探究H2S對氣孔發(fā)育的影響,科研人員又做了相關(guān)實驗,結(jié)果如下,請回答:①分析圖2實驗結(jié)果,可得出結(jié)論:_____。②實驗發(fā)現(xiàn)植物激素茉莉酸(JA)也會調(diào)節(jié)氣孔發(fā)育,結(jié)合圖3,分析其調(diào)節(jié)機制為_____?!敬鸢浮?1)NADPH和ATP以熱能形式散失的比例增大(2)葉綠素(3)H2S會抑制氣孔的發(fā)育JA通過促進(jìn)H2S產(chǎn)生,抑制氣孔的發(fā)育【分析】光反應(yīng)和暗反應(yīng)關(guān)系:光合作用的光反應(yīng)階段,水分解成O2和NADPH,ADP和Pi形成ATP;暗反應(yīng)階段,CO2和C5結(jié)合,生成2個C3,C3接受ATP釋放的能量并且被NADPH還原,形成糖類和C5。光反應(yīng)與暗反應(yīng)緊密聯(lián)系,相互影響。光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+?!驹斀狻浚?)光反應(yīng)的產(chǎn)物是NADPH、ATP、O2,圖中光照處理后0.5min內(nèi),光反應(yīng)速率逐漸下降,而光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP、暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP、Pi,說明暗反應(yīng)未同步激活,光反應(yīng)的產(chǎn)物NADPH、ATP沒有及時消耗,從而積累抑制光反應(yīng)。圖中熱能散失比例增大,避免熱量過高損傷葉綠體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。(2)在640~660nm波長下對應(yīng)的是紅光區(qū)域,此時葉綠體內(nèi)是由葉綠素吸收光能,進(jìn)行光合作用。(3)圖2中,和對照相比,NaHS(H2S)組,氣孔指數(shù)降低,H2S的清除劑組,氣孔指數(shù)基本不變,可知H2S會抑制氣孔的發(fā)育。圖3中,H2S合成缺陷突變體用JA處理,氣孔指數(shù)不降低,而野生型用JA處理后氣孔指數(shù)降低,推知JA通過促進(jìn)H2S產(chǎn)生,抑制氣孔的發(fā)育。【點睛】通過環(huán)境因子和光合作用的關(guān)系情境,考查光合作用的過程、影響光合作用的因素。8.衣藻屬于單細(xì)胞真核生物。研究者以衣藻為實驗材料,開展CO2影響生長的深入研究。(1)當(dāng)CO2濃度適當(dāng)增加時,衣藻的光合作用強度增加。這是由于在酶的作用下,位于______的C5與CO2結(jié)合,生成更多的C3,C3進(jìn)一步被______,形成更多的糖類。(2)TOR是普遍存在于真核生物細(xì)胞中的一種激酶,可促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成,加快代謝和生長。①為確定光合作用與TOR活性的關(guān)系,研究者對正常光照條件下的衣藻進(jìn)行黑暗處理12小時后,接著將衣藻均分為2組,甲組不做處理,乙組加入GLA,再次進(jìn)行光照處理,TOR活性的結(jié)果如下表所示。光照黑暗12h光照(甲組)光照(乙組)GLA---+TOR活性++++++++注:“+”數(shù)量越多,表明TOR活性越強;GLA是一種暗反應(yīng)抑制劑。據(jù)表可推測出光合作用與TOR活性的關(guān)系是:______。②如圖表示光合作用暗反應(yīng)及其中間產(chǎn)物形成氨基酸的途徑。進(jìn)一步研究表明暗反應(yīng)固定的CO2可通過增加谷氨酰胺的含量從而提高TOR的活性。以下能為上述結(jié)論提供證據(jù)的是______。a.阻斷圖示中淀粉的合成途徑,TOR活性減弱b.阻斷亮氨酸和纈氨酸的合成,TOR活性增強c.阻斷谷氨酸到谷氨酰胺的合成,TOR活性減弱(3)請結(jié)合上述研究及所學(xué)知識,闡述CO2濃度適度增加可促進(jìn)植物生長的機制:①_________________________;②_________________________。【答案】(1)葉綠體基質(zhì)還原(2)光合作用可增加TOR活性,且暗反應(yīng)起直接作用bc(3)CO2濃度適度增加,使光合作用增強,制造的有機物增多,可用于氧化分解功能及為代謝提供某些原料暗反應(yīng)中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成更多的谷氨酰胺,增強TOR的活性,合成的蛋白質(zhì)增多,生長速度加快【分析】光合作用分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段。1、光反應(yīng)階段(有光條件)(1)場所:葉綠體的類囊體薄膜;(2)物質(zhì)變化:水的光解、ATP的合成、NADPH的合成;(3)能量轉(zhuǎn)化:光能轉(zhuǎn)化成ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能。2、暗反應(yīng)階段(有無光均可)(1)場所:葉綠體的基質(zhì);(2)物質(zhì)變化:CO2的固定、C3的還原;(3)能量轉(zhuǎn)化:ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能。【詳解】(1)暗反應(yīng)階段的場所是葉綠體的基質(zhì),包括CO2的固定和C3的還原,CO2的固定是指C5與CO2結(jié)合生成C3,C3的還原是指C3在NADPH和ATP提供能量以及NADPH的還原作用下生成糖類和C5,故在酶的作用下,位于葉綠體基質(zhì)的C5與CO2結(jié)合,生成更多的C3,C3進(jìn)一步被還原,形成更多的糖類。(2)①由圖可知,黑暗條件下TOR的活性明顯低于光照條件下,說明光合作用可增加TOR活性;對比再次光照條件下的加入GLA和不加入GLA組可知,加入GLA明顯可以降低TOR的活性,結(jié)合GLA是一種暗反應(yīng)抑制劑,所以暗反應(yīng)起直接作用。②a、暗反應(yīng)固定的CO2可通過增加谷氨酰胺的含量從而提高TOR的活性,那么阻斷圖示中淀粉的合成途徑,由圖可知,谷氨酰胺的含量增加,則TOR的活性應(yīng)當(dāng)是增強,a錯誤;b、暗反應(yīng)固定的CO2可通過增加谷氨酰胺的含量從而提高TOR的活性,那么阻斷亮氨酸和纈氨酸的合成,由圖可知,谷氨酰胺的含量增加,則TOR的活性增強,b錯誤;c、暗反應(yīng)固定的CO2可通過增加谷氨酰胺的含量從而提高TOR的活性,那么阻斷谷氨酸到谷氨酰胺的合成,由圖可知,谷氨酰胺的含量減少,則TOR的活性減弱,c正確。故選bc。(3)一方面,CO2是光合作用的原料之一,CO2濃度適度增加,使光合作用增強,制造的有機物增多,可用于氧化分解功能及為代謝提供某些原料,從而進(jìn)植物生長;另一方面,結(jié)合圖示可知,CO2濃度適度增加,則暗反應(yīng)中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成更多的谷氨酰胺,增強TOR的活性,結(jié)合題干“TOR是普遍存在于真核生物細(xì)胞中的一種激酶,可促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成,加快代謝和生長”可知,進(jìn)而合成的蛋白質(zhì)增多,生長速度加快,促進(jìn)植物生長。9.在真核細(xì)胞有氧呼吸的第三階段,還原型輔酶Ⅰ(NADH)脫去氫并釋放電子(e-),電子最終傳遞給О2。電子傳遞過程中釋放的能量驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)跨膜運輸?shù)骄€粒體內(nèi)、外膜的間隙,從而建立H+濃度梯度,隨后H+在ATP合酶的協(xié)助下順濃度梯度運輸?shù)骄€粒體基質(zhì),并生成大量ATP,如下圖所示?;卮鹣铝袉栴}:(1)真核細(xì)胞有氧呼吸的第三階段中,電子傳遞過程發(fā)生在_________(填場所),ATP合酶的功能是_________。(2)為研究短時低溫對線粒體電子傳遞的影響,將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理,分組情況及實驗結(jié)果如下圖所示。若要產(chǎn)生等量ATP,4℃條件比25℃條件下有氧呼吸消耗葡萄糖的量__________(填“相等”“更多”或“更少”)。根據(jù)實驗結(jié)果推測:低溫條件下ATP生成量減少的原因是__________,發(fā)生該變化的意義是_________。【答案】(1)線粒體內(nèi)膜順濃度運輸H+并合成ATP(2)更多有氧呼吸大部分以熱能形式散失,用于合成ATP的能量很少有利于維持體溫【分析】柱形圖分析:與25℃時相比,4℃時和25℃+DNP作用效果相同,都使細(xì)胞呼吸耗氧量升高,使ATP合成減少。【詳解】(1)真核生物氧呼吸的第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜,則電子傳遞鏈發(fā)生在線粒體內(nèi)膜,ATP合酶利用H+濃度差合成ATP。(2)由于4℃時比25℃時耗氧多,因此有氧呼吸消耗葡萄糖的量多。分析題圖可知,4℃時線粒體中能合成ATP,說明線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞沒有受阻,圖中4℃時比25℃時耗氧多但合成的ATP減少,說明有氧呼吸大部分以熱能形式散失,用于合成ATP的能量很少,有利于維持體溫。10.研究發(fā)現(xiàn)光反應(yīng)產(chǎn)生ATP與NADPH數(shù)量比是2.57∶2,而暗反應(yīng)消耗的ATP與NADPH數(shù)量比是3∶2,NADPH積累是光合作用限制因素之一。因此,在細(xì)胞中導(dǎo)入NADPH消耗模塊(異丙醇合成途徑),以期提高光合速率。(1)圖1中①②表示的物質(zhì)分別是_____;NADPH在③的進(jìn)一步反應(yīng)中的作用是____。(2)以藍(lán)細(xì)菌為研究模型,通過導(dǎo)入三種外源酶(ABC酶)基因,相關(guān)指標(biāo)的檢測結(jié)果見表和圖2.組別導(dǎo)入基因NADPH含量(pmol)ATP含量(μmol)CO2固定速率(mg·g-1細(xì)胞干重·h-1)一無193.539.2886二A、B190.8335.2385三A、B、C112.8362.53119注:NADPH與ATP含量在最適光照下測定。①表中組別二的結(jié)果說明________。為驗證藍(lán)細(xì)菌有效提高光合速率是由于額外的NADPH消耗直接導(dǎo)致的,研究人員在組別一的藍(lán)細(xì)菌中只導(dǎo)入C基因,在培養(yǎng)基中添加______進(jìn)行培養(yǎng),實驗結(jié)果應(yīng)與組別_____結(jié)果相同。②結(jié)合表和圖2分析,在藍(lán)細(xì)菌中創(chuàng)建異丙醇合成途徑能夠提高光合速率的原因:_______?!敬鸢浮?1)O2、C5作為還原劑并供能(2)導(dǎo)入A、B基因?qū)TP與NADPH比例、CO2固定速率影響不大,因此對藍(lán)細(xì)菌光合作用效率沒有顯著影響丙酮三創(chuàng)建異丙醇合成途徑使細(xì)胞中ATP與NADPH的比例顯著增加;能夠有效地利用高強度光,促進(jìn)光反應(yīng)進(jìn)行【考向】有氧呼吸過程光反應(yīng)、暗反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化影響光合作用的因素細(xì)胞呼吸和光合作用的綜合實驗設(shè)計和分析【分析】光合作用包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段。光反應(yīng)發(fā)生場所在葉綠體的類囊體薄膜上,色素吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能,并將一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧氣,另一部分光能用于合成ATP,暗反應(yīng)發(fā)生場所是葉綠體基質(zhì)中,首先發(fā)生二氧化碳的固定,即二氧化碳和五碳化合物結(jié)合形成兩分子的三碳化合物,三碳化合物利用光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP被還原?!驹斀狻浚?)分析題圖,水的光解還應(yīng)產(chǎn)生O2,故①為O2,②與CO2結(jié)合形成③,可判斷②為C5,③為C3,NADPH在暗反應(yīng)階段的作用是作為還原劑,NADPH轉(zhuǎn)化為NADP+時會釋放能量,故還有供能的作用。(2)①分析題表中的組別二,其NADPH含量、ATP含量和CO2固定速率均與組別一相同,說明導(dǎo)入A、B基因?qū)TP與NADPH比例、CO2固定速率影響不大,因此對藍(lán)細(xì)菌光合作用效率沒有顯著影響。若在組別一的藍(lán)細(xì)菌中只導(dǎo)入C基因,由圖1可知,丙酮在C酶的催化下可以合成異丙醇,故在培養(yǎng)基中添加丙酮進(jìn)行培養(yǎng),加入丙酮后,相當(dāng)于A酶與B酶發(fā)揮了相應(yīng)的作用,故實驗結(jié)果應(yīng)與組別三結(jié)果相同。②在藍(lán)細(xì)菌中創(chuàng)建異丙醇合成途徑能夠提高光合速率,組別三中ATP與NADPH的比例較高,其CO2固定速率也較高,故分析表格數(shù)據(jù),可推測原因是創(chuàng)建異丙醇合成途徑使細(xì)胞中ATP與NADPH的比例顯著增加或能夠有效地利用高強度光,促進(jìn)光反應(yīng)進(jìn)行。11.研究鹽脅迫下植物的抗鹽機理及其對生長的影響具有重要意義。為研究不同濃度NaCl脅迫對海水稻生理特性的影響,某科研小組使用NaCl培養(yǎng)液培養(yǎng)某海水稻,分別測得不同濃度NaCl培養(yǎng)液條件下其根尖細(xì)胞和高鹽脅迫條件下(NaCl濃度200mmol/L)其葉肉細(xì)胞的相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)果分別如圖1、圖2所示。請回答:(1)為了探究高鹽脅迫條件對葉綠體形態(tài)及功能的影響,實驗小組將正常條件及高鹽脅迫條件下培養(yǎng)的成熟葉研磨,通過______法獲得葉綠體并制成懸液。在配制葉綠體懸液時,需要加入適宜濃度的蔗糖以保證結(jié)構(gòu)的完整,其作用是______________。葉綠體中光合色素吸收的光能經(jīng)過光反應(yīng)之后轉(zhuǎn)化為______中的化學(xué)能供暗反應(yīng)利用。(2)若以NaCl溶液濃度150mmol/L為界分為低鹽和高鹽脅迫,據(jù)圖1可知,隨著NaCI溶液濃度的升高,該海水稻根尖細(xì)胞適應(yīng)低鹽和高鹽脅迫的調(diào)節(jié)機制不同:前者主要是逐步提高細(xì)胞內(nèi)無機鹽的相對濃度,后者主要是__________。(3)據(jù)圖2分析該海水稻葉肉細(xì)胞的胞間CO2濃度先降后升的原因:第15天之前色素含量下降不大,很可能是因為氣孔導(dǎo)度(指氣孔張開的程度)_____(選填“升高”或“降低”),葉綠體從細(xì)胞間吸收的CO2增多,使胞間CO2濃度降低;第15天之后胞間CO2濃度逐漸上升,從色素含量變化對暗反應(yīng)的影響并綜合其他代謝過程,其原因可能是____________。【答案】(1)差速離心維持葉綠體內(nèi)外滲透壓相等,防止其吸水漲破ATP和NADPH(2)大幅度提高細(xì)胞內(nèi)可溶性糖濃度(3)降低色素含量降低,光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP不足。影響C3還原,導(dǎo)致CO2固定減少(C3未能被及時還原并形成C一最終導(dǎo)致CO2固定減少),凈光合速率下降(光合速率降低,呼吸速率影響不大),從而使胞間CO2濃度升高【分析】由圖1可知,在低鹽環(huán)境中,細(xì)胞中無機鹽濃度明顯增多,在高鹽環(huán)境中,細(xì)胞中可溶性糖明顯增多;由圖2可知,在高鹽脅迫下培養(yǎng)時間較短時,色素變化不大,胞間二氧化碳濃度明顯下降;培養(yǎng)時間較長時,色素含量明顯下降,胞間二氧化碳明顯增多?!驹斀狻浚?)差速離心主要是采取逐漸提高離心速度的方法分離不同大小的細(xì)胞器,可以通過差速離心法獲得葉綠體;制備葉綠體懸液時,需要加入一定濃度的蔗糖溶液,以形成等滲溶液,維持葉綠體正常的形態(tài)和功能;光反應(yīng)階段光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能儲存在ATP和NADPH中。(2)根據(jù)曲線圖1可知,該海水稻根尖細(xì)胞在低鹽環(huán)境中,主要通過逐步提高細(xì)胞內(nèi)無機鹽的相對濃度適應(yīng)環(huán)境,在高鹽環(huán)境中,主要通過大幅度提高細(xì)胞內(nèi)可溶性糖的濃度適應(yīng)環(huán)境。(3)第15天之前,可能是由于氣孔導(dǎo)度降低,外界進(jìn)入葉肉細(xì)胞的CO2減少,葉綠體從細(xì)胞間吸收的CO2增多,使胞間CO2濃度降低;第15天之后,色素含量降低,光反應(yīng)產(chǎn)生的N
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