1、1.细胞代谢1.(2022山东枣庄二模)小麦的叶绿体在白天进行光合作用制造淀粉,晚上可将淀粉降解。磷酸丙糖转运体(TPT)能将卡尔文循环中的磷酸丙糖不断运到叶绿体外,同时会将磷酸等量运回叶绿体。TPT的活性受光的调节,在适宜光照条件下活性最高。光合产物在叶肉细胞内转化成蔗糖后进入筛管,再转运至其他器官,转化为淀粉储存或分解供能。相关过程如下图所示。(1)卡尔文循环发生的场所是(填具体部位),CO2固定生成C3的过程(填“消耗”或“不消耗”)能量。(2)环境条件由光照适宜转为光照较强时,淀粉的合成速率将(填“增大”或“减小”),原因是。(3)在小麦灌浆期,籽粒的干重在晚上也可能增加,原因是。(4
2、)科研人员测定小麦旗叶在自然条件下的真正光合速率(用有机物表示),操作方法是:将小麦旗叶中间用刀片纵向切开,一半叶片用黑纸片遮光,另一半曝光,在自然条件下光照1 h后,将叶片摘下,用打孔器从两个半叶片各打下3个1 cm2的叶圆片,迅速烘干称重,遮光组平均干重为M(g),曝光组平均干重为N(g)。通过上述方案测定,小麦旗叶在自然条件下的真正光合速率=(gh-1cm-2)。2.(2022山东临沂三模)某品种玉米突变体的叶绿素含量仅为野生型的一半,但在强光下的光合速率却比野生型高。科研人员研究了在不同的施氮量下,突变体和野生型玉米的RuBP羧化酶(固定CO2的酶)含量的变化,结果如下图所示(每组突变
3、体与野生型玉米消耗氮元素总量差别不大)。(1)提取玉米绿叶中的色素时,加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏的原因是。通过测定吸光度判断提取液中叶绿素含量时,应选择(填“红光”或“蓝紫光”)照射,以排除类胡萝卜素的干扰。(2)玉米吸收的氮主要用于叶绿素和RuBP羧化酶的合成,与野生型相比,突变体更倾向将氮元素用于合成。该突变体在强光下的光合速率更高,说明强光下制约野生型玉米光合速率的因素不是叶绿素含量,而是(答出两点)等因素。(3)中耕松土和增施氮肥能促进玉米植株生长,并有利于水土保持、缓解温室效应。结合题干信息和所学知识分析原因。 (4)水涝是影响玉米产量的主要因素。为探究水涝对突变体和野生型玉米光合
4、作用的影响,科研人员对突变体进行6天淹水处理、野生型不做处理,在水淹0天、6天后分别检测两组玉米的叶绿素含量。请指出该实验方案的不足: 。3.(2022河北秦皇岛三模)研究发现,通常情况下小球藻在高氮条件下光合作用强,而油脂积累少;在低氮条件下生长缓慢,但能积累较多油脂。为获得油脂生产能力强的小球藻来制造生物燃料,科研人员进行了多组实验。将装有小球藻藻液的锥形瓶放在适宜光照条件下培养,侧壁可见气泡。下图表示小球藻经诱变处理并进行黑暗和光照培养后获得的藻落(由一个小球藻增殖而成的群体),其中只有一个藻落呈黄色,为小球藻X,其余藻落均呈绿色,为小球藻Y。回答下列问题。(1)小球藻在适宜条件下能进行
5、光合作用,其结构基础之一是叶绿体的类囊体薄膜上附着着许多吸收光能的分子,在光反应中,该物质吸收的光能的用途是(答出两点)。(2)锥形瓶侧壁可见的气泡成分是。若将锥形瓶置于黑暗条件下也会有气泡产生,则原因是。(3)根据题意,在相同且适宜的条件下,与小球藻Y相比,小球藻X的光合速率较低,可能原因是。(4)为检测诱变后的小球藻的油脂生产能力,研究者进行了相关实验,得到下表所示的结果,油脂生产力单位为g/(Lh)。据表中数据分析,在氮素充足的情况下,小球藻更适合用于制造生物燃料,判断依据是。培养条件种类小球藻X小球藻Y低氮条件0.100.11高氮条件0.180.144.(2022广东珠海四模)2021
6、年9月24日,国际权威杂志科学刊登了有关中国科学家人工合成淀粉的重大科技突破成果论文,引起全球关注。科研团队设计出11步反应的人工合成淀粉新途径,光合作用(A)和人工合成淀粉过程(B)的简单表述如下图所示。(1)绿色植物能通过光合作用合成糖类,反应场所在。上图中人工固定CO2合成糖类的反应过程与卡尔文循环相似,可以推测人工合成淀粉的过程中应加入,反应才能高效完成。(2)若在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工合成淀粉的积累量(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是。(3)按照目前的技术参数,在能量供给充足的条件下,理论上1 m3大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀
7、粉产量(按中国玉米淀粉平均亩产量计算)。人工合成淀粉途径由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。由此推测,该技术对我国农业生产的重要意义是:(回答两点)。5.(2022天津三模)小麦是北方的主要农作物,研究环境条件变化对其产量的影响对农业生产很重要。(1)科研人员测定小麦一昼夜净光合速率(Pn)的变化,发现小麦与其他植物一样出现了“午睡”现象。一般认为,午后温度较高,植物通过蒸腾作用使叶片降温,同时,植物体也会叶片气孔开度来避免过度失水对细胞造成的损伤。(2)科研人员测定了同一株小麦两种不同向光角度的叶片(接收直射光照面积不同)午后的部分指标,结果如下表所示。分类净光合
8、速率(Pn)叶片温度(T1)胞间CO2浓度(Ci)直立叶12.937.5250平展叶8.837.7264由表中的数据可以看出,气孔关闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素,请从净光合速率和胞间CO2浓度的角度进行分析:。(3)科研人员推测,午间强光照可能会导致由色素和蛋白质组成的光系统发生损伤,导致速率下降,进而抑制叶片的光合作用。D1是对光系统活性起调节作用的关键蛋白,科研人员使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1蛋白含量,结果如图1所示,分析题图可知,从而在一定程度上导致“午睡”现象。图1图2(4)水杨酸(SA)是一种与植物抗热性有关的植物激素,科研人员用适宜浓度
9、的SA喷洒小麦叶片后,测定两种光照条件下的D1蛋白含量,结果如图2所示,据题图可推测,SA对小麦午间光合作用的影响及机制是:。6.(2022湖北模拟)光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径。如图1所示,玉米、甘蔗等C4植物长期生活在热带地区,其PEP羧化酶与CO2有强亲和力,可以将环境中低浓度的CO2固定下来,集中到维管束鞘细胞。而景天科等CAM(景天酸代谢)植物长期生活在干旱或半干旱环境中,它们在夜晚捕获CO2,然后转变成苹果酸储存在液泡中,白天气孔关闭,苹果酸脱羧释放CO2,用于卡尔文循环。图1C4植物和CAM植物光合作用过程图解(1)在显微镜下观察
10、玉米叶片结构时发现,叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周,形成花环状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体,推测其可能缺少(填“基粒”或“基质”)结构。CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要(填“高”或“低”)。由图1可知,C4植物与CAM植物在捕获和固定大气中的CO2的方式上最明显的区别是: 。(2)蝴蝶兰因其花姿优美、花色艳丽,成为国际花卉市场最受欢迎的兰花之一,被誉为“兰花皇后”。图2为蝴蝶兰叶片净CO2吸收速率和有机酸含量的昼夜变化。据图推测,蝴蝶兰(填“存在”或“不存在”)CAM途径,判断依据是。图2蝴蝶兰叶片净CO2吸收速率和有机酸含量的昼夜变化(3)Rubisco酶是卡尔文循环中催化C
11、O2固定的酶,Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力,在光照条件下,当CO2/O2高时,Rubisco酶可催化C5固定CO2,合成有机物,当CO2/O2低时,Rubisco酶可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,它会导致光合效率下降。有人认为,景天酸代谢(CAM)途径是景天科植物长期进化形成的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制。你认为这种说法(填“合理”或“不合理”),理由是。7.(2022山东济宁三模)叶片上的气孔是CO2流入和水分散失的“门户”,气孔的开放与关闭分别与保卫细胞的吸水与失水有关。科研人员通过基因工程技术在拟南芥气孔的保卫细胞中表达了一种K+通道蛋白BLI
12、NK1,在强光下气孔快速开启,如图1所示,在弱光下气孔快速关闭;而野生拟南芥无BLINK1,气孔开闭较慢。图2表示拟南芥在连续光照和间隔光照强光和弱光交替光照条件下的实验结果。请回答下列问题。图1图2(1)光合作用过程中,游离状态水的作用是(答出2点)。(2)由图1分析可知,转基因拟南芥保卫细胞吸收K+的方式为,推测其气孔快速开启的原因是。停止光照,短时间内叶肉细胞叶绿体中C3的含量会。(3)连续光照条件下,野生植株和转基因植株每升水可产生植物茎的干重无显著差异;但是在间隔光照条件下,转基因植株每升水可产生植物茎的干重大于野生植株,这是因为,所以提供等质量的水可用于合成更多干物质。8.(202
13、2山东滨州二模)土壤中的氮素主要以铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)的形式存在。氮素含量及形态对济麦229幼苗光合作用的影响如下表所示。在希尔反应活性测定时,将叶绿体加入含氧化剂DCIP的溶液中并照光,溶液中的DCIP被还原并发生颜色变化。组别希尔反应活性(molmg-1h-1)胞间CO2浓度(molmol-1)净光合速率(molm-2s-1)低氮140.11759中氮160.2312515高氮180.318014.9(1)希尔反应模拟了光合作用过程中阶段的部分变化过程,氧化剂DCIP相当于该阶段中(填物质)的作用。(2)组成类囊体薄膜的含氮有机物主要包括(填两种),氮元素也是光反应产物的
14、组成成分。(3)分析表中数据可知,氮素含量对济麦229幼苗叶片净光合速率的影响是,在高氮环境下,限制光合速率持续升高的因素是。(4)据图分析可知,济麦229幼苗光合能力最强的氮素配比是,理由是。1.细胞代谢1.答案:(1)叶绿体基质不消耗(2)增大光照较强时,TPT活性降低,磷酸丙糖运出叶绿体的速率降低,将会更多地转化为淀粉(3)叶绿体白天积累的淀粉在晚上可以降解为麦芽糖和葡萄糖,然后被运出叶绿体,并在细胞质内合成蔗糖,通过筛管转运到籽粒中转化为淀粉储存(4)N-M解析:(1)据图可知,卡尔文循环即暗反应过程,故卡尔文循环发生的场所是叶绿体基质;CO2固定生成C3的过程不需要消耗能量。(2)结
15、合题意“TPT的活性受光的调节,在适宜光照条件下活性最高”及“TPT能将卡尔文循环中的磷酸丙糖不断运到叶绿体外,同时会将磷酸等量运回叶绿体”可知,光照较强时,TPT活性降低,磷酸丙糖运出叶绿体的速率降低,将会更多地转化为淀粉,故在环境条件由光照适宜转为光照较强时,淀粉的合成速率将增大。(3)由于叶绿体白天积累的淀粉在晚上可以降解为麦芽糖和葡萄糖,然后被运出叶绿体,并在细胞质内合成蔗糖,通过筛管转运到籽粒中转化为淀粉储存,故在小麦灌浆期,籽粒的干重在晚上也可能增加。(4)设初始重量为A,由于遮光组只进行细胞呼吸,1 h后遮光组干重为M,因此A-M表示细胞呼吸速率;而曝光组既进行光合作用,也进行细
16、胞呼吸,1 h后,测得干重为N,因此N-A表示有机物的积累量,即净光合速率;真正光合速率=细胞呼吸速率+净光合速率=(A-M)+(N-A)=N-M。2.答案:(1)碳酸钙可中和研磨叶片时液泡破裂后释放的有机酸,保护叶绿素红光(2)RuBP羧化酶CO2浓度、光合酶的含量与活性(3)中耕松土有利于玉米根部细胞的有氧呼吸,促进根系生长和对矿质元素的吸收,增强根系的水土保持能力;增施氮肥能促进叶绿素和RuBP羧化酶的合成,有利于植物的光合作用,可吸收更多的CO2,从而缓解温室效应、促进玉米植株生长(4)野生型也应进行6天淹水处理,确保单一变量;应选择CO2吸收速率、O2释放速率或有机物合成速率作为光合
17、速率的观测指标解析:(1)由于碳酸钙可中和研磨叶片时液泡破裂后释放的有机酸,保护叶绿素,故提取玉米绿叶中的色素时,加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏;由于类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不吸收红光,通过吸光度来比较叶绿素含量时,实验时应选择红光进行照射以测定叶绿素的吸光度。(2)据图可知,随着施氮量的增加,突变体的RuBP羧化酶含量增加较多,故突变体更倾向将氮元素用于合成RuBP羧化酶;由题意可知,突变体玉米的叶绿素含量为野生型的一半,但在强光下其光合速率却比野生型更高,结合图示可知,强光下制约野生型玉米光合速率的因素不是叶绿素含量,而是CO2浓度和各种光合酶的含量和活性。(3)温室效应主要是由大气中CO
18、2浓度增加造成的,中耕松土有利于玉米根部细胞的有氧呼吸,促进根系生长和对矿质元素的吸收,增强根系的水土保持能力;增施氮肥能促进叶绿素和RuBP羧化酶的合成,有利于植株的光合作用,可吸收更多的CO2,从而缓解温室效应、促进玉米植株生长,故中耕松土和增施氮肥能促进玉米植株生长,并有利于水土保持、缓解温室效应。(4)分析题意,本实验的实验目的是探究水涝对突变体和野生型玉米光合作用的影响,则实验的自变量是植物类型及淹水状况,因变量是光合作用速率,可通过CO2的吸收速率或O2的释放等指标进行衡量,实验设计应遵循对照与单一变量原则,则该实验方案的不足是:野生型也应进行6天淹水处理,确保单一变量;应选择CO
19、2吸收速率、O2释放速率或有机物合成速率作为光合速率的观测指标。3.答案:(1)(光合)色素促进水的光解和ATP的形成(2)O2在黑暗条件下,小球藻进行细胞呼吸会产生CO2(3)与小球藻Y相比,小球藻X的叶绿素含量较低,导致光反应产生的NADPH和ATP不足(4)X高氮条件下,小球藻X的油脂生产能力高于小球藻Y解析:(1)类囊体薄膜上分布的光合色素可吸收、转化光能,用于光合作用的光反应阶段,促进水的光解和ATP的合成。(2)小球藻进行光合作用产生O2,释放出的O2可吸附在锥形瓶侧壁上;在黑暗条件下,小球藻只进行细胞呼吸,消耗O2产生CO2,释放出的CO2可吸附在锥形瓶侧壁上。(3)据题干信息可
20、知,小球藻X形成的藻落呈黄色,说明其叶绿素含量相对较少;小球藻Y形成的藻落呈绿色,其叶绿素含量相对较高,故与小球藻Y相比,小球藻X的光反应速率较慢,产生的ATP和NADPH少,导致光合速率较低。(4)由图中数据可知,在氮素充足(高氮环境)的条件下,小球藻X的油脂生产力强于小球藻Y,故小球藻X更适合用于生物燃料的制造。4.答案:(1)叶绿体各种相应的催化酶(2)高于两种途径合成的糖类量相同,而人工光合作用系统没有细胞呼吸消耗糖类,因此积累量更多(3)节约耕地和淡水;彻底解决粮食危机,提高粮食安全水平;避免农药、化肥等对环境的污染解析:(1)叶绿体是绿色植物通过光合作用合成糖类的场所。光合作用的卡
21、尔文循环需要在多种酶的催化作用下才能高效完成,图中人工固定CO2合成糖类的反应过程与卡尔文循环相似,因此人工合成淀粉的过程中应加入各种相应的催化酶。(2)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,光合作用和人工合成淀粉两种途径合成的糖类量相同,而人工光合作用系统没有细胞呼吸消耗糖类,因此人工合成淀粉这一途径的糖类积累量更多。(3)在能量供给充足的条件下,人工合成淀粉途径由于产量高,对环境中水的依赖程度较低,可节约耕地和淡水;此外有可能彻底解决粮食危机,提高粮食安全水平;同时可避免农药、化肥等对环境的污染。5.答案:(1)降低(2)平展叶的净光合速率明显低于直立叶,而胞间CO2浓度高于直立叶(
22、3)光反应午间强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,导致光系统的活性降低(4)SA能减弱强光照造成的D1蛋白含量及光系统活性降低的程度,缓解小麦的“午睡”现象解析:(1)午后温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物会降低叶片气孔开度来避免过度失水,气孔开度下降又引起细胞吸收的CO2量减少,导致叶肉细胞间的CO2浓度不足,使小麦出现“午睡”现象。(2)平展叶的净光合速率明显低于直立叶,而胞间CO2浓度高于直立叶,说明气孔关闭引起的胞间CO2浓度不足不是造成小麦“午睡”现象的唯一因素。(3)强光照会引起光系统发生损伤,导致光反应的速率下降;由图1中数据可知,强光照会导致D1蛋白的含量下降,导致光系统活性降低,
23、从而在一定程度上导致“午睡”现象。(4)分析图2中D1蛋白的相对含量,可推测SA处理能减弱强光照造成的D1蛋白含量及光系统活性降低的程度,从而缓解小麦的“午睡”现象。6.答案:(1)基粒低C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2),CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离(或在夜晚捕获CO2,白天固定CO2)(2)存在由图可知,蝴蝶兰叶片吸收CO2主要发生在夜间,白天吸收的CO2较少(或白天的净CO2吸收速率较低,夜晚的净CO2吸收速率较高);白天蝴蝶兰叶片中有机酸的含量下降,夜晚有机酸的含量升高,符合CAM植物的光合特性(3)合理CAM植物的叶肉细胞可
24、以在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,在白天苹果酸脱羧释放CO2,使得叶绿体中Rubisco酶周围的CO2浓度升高,使CO2在与O2竞争Rubisco酶时有优势,抑制了光呼吸解析:(1)在显微镜下观察玉米叶片结构时发现,叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周,形成花环状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体,推测其可能缺少基粒结构,因为在维管束鞘细胞中只进行卡尔文循环,该过程发生在叶绿体基质中。结合图示可知,CAM植物在晚上气孔张开,捕获CO2,转变成苹果酸储存在液泡中,白天苹果酸分解释放出CO2用于卡尔文循环,因此CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要低。由图1可知,C4植物与CAM植
25、物在捕获和固定大气中的CO2的方式上最明显的区别表现在:C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2),CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离(或在夜晚捕获CO2,白天固定CO2),这些特性都是长期适应环境的结果。(2)由图2可知,蝴蝶兰叶片主要在夜间吸收CO2,而白天吸收CO2较少,同时白天蝴蝶兰叶片中有机酸的含量下降,夜晚有机酸的含量升高,这些都是CAM植物的光合特性,据此可判断蝴蝶兰存在CAM途径。(3)Rubisco酶是卡尔文循环中催化CO2固定的酶。Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力,在光照条件下,当CO2/O2高时,Rubisco酶可催化
26、C5固定CO2,合成有机物,当CO2/O2低时,Rubisco酶可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,它会导致光合效率下降。CAM植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的CO2,转变为苹果酸储存在液泡中,在白天苹果酸分解释放CO2,使得叶绿体中Rubisco酶周围的CO2浓度升高,从而使CO2在与O2竞争Rubisco酶时有优势,抑制了光呼吸,因此,景天酸代谢(CAM)途径是景天科植物长期进化形成的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制。7.答案:(1)作为光合作用的原料、相关代谢物质的良好溶剂(2)主动运输主动运输使K+迅速进入细胞,细胞液浓度升高,保卫细胞吸水,气孔快速打开增加(
27、3)转基因植株在强光照时气孔快速打开,快速摄入CO2,而弱光照时气孔能快速关闭,减少水分蒸发解析:(1)细胞中的水以自由水和结合水的形式存在,在光合作用过程中,游离状态水(自由水)的作用是作为光合作用的原料和相关代谢物质的良好溶剂。(2)据分析可知,K+通过K+通道(BLINK1)进入细胞内,需要消耗能量,属于主动转运。由于K+通过K+通道(BLINK1)进入细胞内,提高了胞内渗透压,保卫细胞吸水膨胀,气孔快速开启。由于光照突然停止,会使光反应停止,使光反应产物NADPH、ATP合成停止,使其含量降低。暗反应C3的还原需要NADPH、ATP,由于NADPH、ATP的含量下降,导致C3的还原量减
28、少,而CO2固定继续进行,C3不断生成,所以短时间内C3的含量会增加。(3)据图2分析可知,在连续光照条件下,野生植株和含BLINK1植株的茎干重无显著性差异,原因是在此条件下,野生植株和含BLINK1植株的气孔均开启,CO2摄入量和水分散失量基本相当;在间隔光照条件下,含BLINK1植株的茎干重大于野生植株,原因是在间隔光照条件下,强光时含BLINK1植株的气孔能快速打开,加快CO2摄入,弱光时含BLINK1植株的气孔能快速关闭,减少水分蒸发,所以提供等质量的水可用于合成更多干物质。8.答案:(1)光反应NADP+(2)磷脂和蛋白质ATP和NADPH(3)在一定范围内,氮元素可显著提高济麦2
29、29幼苗叶片的净光合速率,高氮与中氮的作用无显著差异胞间CO2浓度(4)NH4+NO3-=11该种氮元素的配比有利于叶绿素含量、叶绿体蛋白含量、叶面积的升高解析:(1)希尔反应指的是在氧化剂存在的情况下,即使不提供CO2,离体的叶绿体在光下也可以分解水,放出O2,模拟了光合作用过程中光反应阶段的部分变化;氧化剂DCIP相当于在该阶段中NADP+的作用。(2)构成细胞膜的成分有磷脂、蛋白质和糖类,推测组成叶绿体类囊体薄膜的含氮有机物有磷脂和蛋白质;氮元素也是光反应产物ATP和NADPH的组成成分。(3)分析表中数据可知,氮素含量对济麦229幼苗叶片净光合速率的影响是:在一定范围内,氮元素可显著提高济麦229幼苗叶片的净光合速率,中氮与高氮的作用无显著差异;分析表中数据可知,与中氮环境相比,在高氮环境下,限制光合速率持续升高的因素是胞间CO2浓度。(4)据图可知,在NH4+NO3-=11时,最有利于叶绿素含量、叶绿体蛋白含量、叶面积的升高,故此氮素配比是济麦229幼苗光合能力最强的氮素配比。