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高考生物二轮复习大题练细胞代谢含答案
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这是一份高考生物二轮复习大题练细胞代谢含答案，共14页。试卷主要包含了12，69，125等内容，欢迎下载使用。
(1)科研人员发现一种能提高光合作用效率的新兴碳纳米荧光材料——碳点(CDs),它是一种良好的能量传递中间体,其作用机制见图1,H2O在PSⅡ的作用下被分解形成O2和H+,其中一部分O2可扩散到 (填具体结构)参与反应又生成了H2O,H+ (填“顺浓度”或“逆浓度”)梯度通过ATP合酶驱动合成物质D;另一方面释放电子(e-),电子最终传递给A,合成B,则B是 。
图1
(2)用该碳点处理叶绿体后,叶绿体能吸收利用率低的紫外光,并发射出和叶绿体吸收相匹配的蓝紫光,使图1中 (填字母A~D)的合成量增加;还可以上调Rubisc酶的活性,加快 (填物质名称)的合成,以提高光合作用效率。
(3)研究发现,由叶绿体psbA基因编码的D1蛋白是PSⅡ反应中心的重要蛋白,干旱胁迫对D1的损伤最为明显。5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)能缓解干旱胁迫,为了解外源5-ALA如何缓解干旱胁迫,某研究小组做了相关实验,实验结果如图2、图3。
图2
图3
注:甲组为对照组,乙组喷施5-ALA溶液,丙组喷施PEG(聚乙二醇),丁组喷施PEG+5-ALA溶液。
①水分对光合作用的影响是多方面的。请从两个方面分析缺水对光合作用的影响: 。
②喷施PEG的目的是 。据图分析,外施5-ALA能缓解干旱胁迫的原因是 。
2.(2023·山东烟台二模)提高作物的光合作用强度是解决全球粮食危机的重要措施。强光条件下叶片吸收的过剩光能会破坏叶绿体。非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失,如图1。这种光保护机制与类囊体蛋白PsbS含量、叶黄素循环密切相关,机理如图2(VDE在pH≤6.5时被活化,在pH=7.0时失活;ZEP最适pH为7.5)。
图1
图2
(1)正常光照情况下,光合色素吸收的光能在叶绿体中的转化过程: 。
(2)试分析:NPQ过程的发生场所是 ;强光下类囊体内pH降低,原因是 。
(3)研究人员将VDE、PsbS和ZEP的融合基因(VPZ)导入大豆,获得Z转基因大豆(叶肉细胞中VDE、PsbS和ZEP过表达),使其在光照强度波动中光合速率均提高。据图分析,与野生型相比,Z大豆在光照由强变弱的波动中光合速率提高的原因是 ;在稳定适宜光照条件下,Z大豆与野生型相比产量 (填“有”或“无”)显著差异。
3.(2023·江苏模拟)薇甘菊是一种多年生恶性入侵杂草,会严重破坏入侵地生物多样性。化学防治操作方便,见效快,是薇甘菊规模化防治的重要技术,但防治后薇甘菊易再次入侵或反复爆发。科研人员使用不同的化学药剂施药30 d后栽种经济作物甘薯进行综合防治,其结果如下表,请回答下列问题。
(1)薇甘菊具有长久性土壤种子库和地下营养体强大的克隆繁殖能力等特点,入侵后在与当地植物竞争 等方面具有绝对优势。与无薇甘菊入侵地相比,该生态系统的抵抗力稳定性 。
(2)本实验空白对照组的设置为 。只喷施化学药剂防治时,施药后180 d的防治效果均比施药后30 d的差,其可能的原因是 。结果表明防治效果最好的措施是 。
(3)由于甘薯属于一年生作物,对多年生的薇甘菊持续控制效果有限。研究人员用根系非常发达、多年生密丛型草本植物香茅与薇甘菊进行单种和混种实验,单种、混种后薇甘菊和香茅的叶绿素含量、叶面积、光合速率等指标的变化如下图所示。
图1
图2
图3
据图分析,与单种相比,混种的薇甘菊植株叶绿素含量 ,叶面积 ,致其光合速率发生了相应的变化。由此推测,香茅 (填“能”或“不能”)抑制薇甘菊的生长,其原因是 。
4.(2023·河北三模)将某种植物的成熟细胞置于一定浓度的物质甲溶液中,发现其体积变化趋势如图曲线ABCD所示。据图和所给信息回答下列问题。
(1)影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有 (写出3个)。曲线图中纵坐标是指 (填“原生质体”或“细胞”)的相对体积,理由是 。
(2)理论上,细菌细胞 (填“能”或“不能”)发生类似曲线BC段的 现象。曲线AB段 (填“发生了”或“没有发生”)渗透吸水或失水。比较P、Q两点所在时刻的植物细胞液浓度,其大小关系是P (填“等于”“大于”或“小于”)Q。
(3)用物质乙替代物质甲重复实验,得到曲线ABCE,其中AC段与物质甲曲线完全重合,则实验刚开始时,溶液甲的渗透压 (填“等于”“大于”或“小于”)溶液乙的渗透压。若在C点加入清水,其曲线变化与CD类似,有人认为t2=2t1,请判断对错并说明理由 (提示:渗透失水的量=渗透速率×半透膜面积×渗透时间)。
5.(2023·海南模拟)莲藕是被广泛用于观赏和食用的植物,研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。如图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体莲藕和普通莲藕的净光合速率。表格数据是某光照强度下测得的突变体莲藕与普通莲藕相关生理指标。
(1)兴趣小组甲用纸层析法进行色素的分离、鉴定。色素分离的原理是不同色素在 中的溶解度不同,扩散速度不同。若出现 色的色素带,说明有叶绿素a和叶绿素b。
(2)图中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,推测引起这种差异的主要原因是 。
(3)为了得到表中的实验结果,实验的设计条件应包含 。
①置于相同CO2浓度的环境 ②置于相同的温度环境 ③置于不同的光照强度 ④置于相同的湿度环境 ⑤植株样本足够 ⑥选用生长状态一致的植株
(4)根据图和表信息推测,与普通莲藕相比,突变体莲藕合成还原糖高的原因可能有: (答2点)。
(5)突变体叶绿素含量降低,科研人员推测主要减少的色素为叶绿素b,为证实该结论进行实验,写出简要实验思路。
。
6.(2023·广东模拟)羊草根据叶色可分为灰绿型和黄绿型两种生态型,二者在光合生理特性、耐盐碱性等方面都表现出稳定的不同,但灰绿型羊草的叶绿素a/叶绿素b与黄绿型羊草的相近。为阐释二者差异的分子机制,在夏季晴朗日子的不同时间对两种羊草的净光合速率进行测定,结果如下图所示。请回答下列问题。
(1)灰绿型羊草叶片中的叶绿素含量比黄绿型羊草叶片中的 (填“高”“低”或“相等”)。叶绿素主要吸收可见光中的 用于光合作用。
(2)8~18时,两种羊草始终处于有机物的积累状态,判断依据是 。与10时相比,短时间内12时叶绿体中C3含量低,原因是 。
(3)植物在逆境条件下可通过增加可溶性蛋白质的合成,直接参与适应逆境的过程,这对其适应不利的环境条件具有积极意义。表1和表2分别表示在盐碱胁迫条件下,两个生态型羊草的蛋白质含量。
表1 NaCl胁迫条件下两个生态型羊草可溶性蛋白质含量(单位:mg/g)
表2 Na2CO3胁迫条件下两个生态型羊草可溶性蛋白质含量(单位:mg/g)
据表分析,可得出的结论是 。
(4)铁肥可提高羊草净光合速率,但生产过程中不需要施加大量铁肥,下列解释合理的有
(填序号)。
A.大量施肥会使土壤渗透压升高,导致羊草吸水困难
B.Fe属于微量元素,两种生态型羊草对Fe需求量不大
C.大量施肥会导致羊草气孔开放度降低,蒸腾作用减弱
D.通过施加大量铁肥延长羊草生育期,以提高羊草净光合速率
7.(2023·山东济南三模)某科研小组新合成了一种叔胺类有机物DCPTA,为研究其对甜瓜光合作用的影响,将生长状况相同的甜瓜幼苗均分为四组,各组实验条件为①不遮光+清水、②不遮光+DCPTA、③遮光+清水、④遮光+DCPTA,其余实验条件相同且适宜。分别测定了四组幼苗的光合速率、气孔导度(即开放程度)、胞间CO2浓度、Rubisc(固定CO2的酶)活性、丙二醛(膜脂过氧化产物,其含量与生物膜受损程度呈正相关)含量,如下图所示,回答下列问题。
(1)Rubisc催化的底物是 ,DCPTA对Rubisc活性的影响在 (填“不遮光”或“遮光”)条件下影响幅度更大。
(2)比较①②组或③④组,DCPTA能有效提高光合速率,原因是 。
(3)与①②④组比较,第③组光合速率和气孔导度均最低,气孔导度 (填“是”或“不是”)影响其光合作用的主要因素,原因是 ;第③组光合速率最低的具体原因是 。
(4)通过对本实验中自变量的研究进行分析,在温室栽种甜瓜提高产量的措施有 。
答案：
1.答案 (1)线粒体内膜 顺浓度 NADPH
(2)BD 三碳化合物/C3
(3)①缺水可导致气孔关闭,光合作用会因暗反应阶段的原料不足而受到影响;缺水会使物质运输变慢,当光合产物在叶肉细胞中积累过多时,会抑制光合速率;缺水会影响类囊体薄膜上的电子传递,严重时还会造成叶绿体囊状结构的破坏 ②模拟干旱环境 干旱条件下,5-ALA提高了psbA基因的表达量,弥补了部分损伤的D1蛋白,提高了小麦幼苗的净光合速率,从而缓解了干旱对小麦造成的伤害
解析 (1)光合作用的光反应阶段,PSⅡ中的光合色素吸收光能后,将水光解为氧气和H+,其中一部分O2可扩散到线粒体内膜参与呼吸反应又生成了H2O;在ATP合酶的作用下,H+顺浓度梯度提供分子势能,促使ADP与Pi形成ATP;另一方面释放电子(e-),电子最终传递给NADP+,形成了NADPH,故B为NADPH。(2)碳点能将紫外光转换为叶绿体能吸收的蓝紫光,使光反应速率加快,增加图中物质B(NADPH)和D(ATP)的合成量。Rubisc酶是暗反应中的关键酶,它催化CO2与C5生成三碳化合物,加快三碳化合物的合成,提高光合作用效率。(3)①水分对光合作用非常重要,缺水可导致气孔关闭,光合作用会因暗反应阶段的原料不足而受到影响;缺水会使物质运输变慢,当光合产物在叶肉细胞中积累过多时,会抑制光合速率;缺水会影响类囊体薄膜上的电子传递,严重时还会造成叶绿体囊状结构的破坏。②自变量为是否干旱和施加外源5-ALA,喷施PEG是为了模拟干旱环境。表中数据显示,与对照组相比,丙组干旱处理后,叶绿体psbA基因表达量、净光合速率下降,而丁组对照显示,在干旱条件下,施加外源5-ALA,叶绿体psbA基因表达量、净光合速率升高,说明干旱条件下,5-ALA提高了psbA基因的表达量,弥补了部分损伤的D1蛋白,提高了小麦幼苗的净光合速率,从而缓解了干旱对小麦造成的伤害。
2.答案 (1)光合色素吸收的光能转化为NADPH和ATP中不稳定的化学能,C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物
(2)(叶绿体)类囊体薄膜 水光解会产生H+,光照增强产生的H+增多,使pH下降
(3)在光照减弱时,光反应减弱,pH升高,VDE活性降低,ZEP活性增强,玉米黄素减少,NPQ快速解除,从而使更多光能用于CO2固定 无
解析 (1)正常光照情况下,光合色素吸收的光能转化为NADPH和ATP中不稳定的化学能,C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物。(2)由题中信息“非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失”,可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段,NPQ过程发生的具体场所是(叶绿体)类囊体薄膜。在光合作用的光反应阶段,水光解会产生H+,光照增强产生的H+增多,使pH下降。(3)在普通大豆(野生型)中,在光照由强变弱的波动中,由于NPQ不能立即解除导致暗反应速率明显下降。与野生型相比,Z大豆中,叶肉细胞中VDE、PsbS和ZEP过表达,在光照减弱时,光反应减弱,pH升高,VDE活性降低,ZEP活性增强,玉米黄素减少,NPQ快速解除,从而使更多光能用于CO2固定,因此Z大豆在光照由强变弱的波动中光合速率提高;非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失,在稳定适宜光照条件下,无过剩光能,因此Z大豆与野生型相比产量无显著差异。
3.答案 (1)空间和资源 下降
(2)实验开始时喷施等量的清水,30 d后不栽种甘薯,其他条件同实验组 化学防治持效性短,薇甘菊种群容易恢复 喷施氯氟吡氧乙酸30 d后栽种甘薯
(3)降低 减小 能 与单种相比,混种时薇甘菊的各项指标均下降,而香茅的叶绿素和叶面积、光合速率等指标无明显差异,说明香茅能在基本不影响自身生长的前提下对薇甘菊生长有良好的抑制作用(香茅根系非常发达,可通过地上和地下部分的同时竞争,使薇甘菊得不到充足的阳光、养分和水分,从而抑制其生长)
解析 (1)薇甘菊具有长久性土壤种子库和地下营养体强大的克隆繁殖能力等特点,入侵后在与当地植物竞争空间和资源等方面具有绝对优势。薇甘菊入侵会严重破坏入侵地生物多样性,导致该生态系统的抵抗力稳定性下降。(2)本实验空白对照组为实验组喷施农药的同时喷施等量的清水,30 d后不栽种甘薯,其他条件同实验组。化学防治持效性短,薇甘菊种群容易恢复,所以施药后180 d的防治效果均比施药后30 d的差。喷施氯氟吡氧乙酸30 d后栽种甘薯的综合防治效果达90%,效果最佳。(3)据图分析,与香茅混种的薇甘菊植株叶绿素含量降低,叶面积减小,光合速率下降,而香茅的叶绿素和叶面积、光合速率等指标无明显差异。因为香茅根系非常发达,可通过地上和地下部分的同时竞争,使薇甘菊得不到充足的阳光、养分和水分,从而抑制其生长,即香茅能在基本不影响自身生长的前提下对薇甘菊生长有良好的抑制作用。
4.答案 (1)载体的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH 原生质体 细胞壁的伸缩性显著小于原生质体
(2)能 质壁分离 发生了 小于
(3)等于 错误,渗透速率取决于浓度差,质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同,原生质体大小亦不同
解析 (1)AC段,原生质体的相对体积不断缩小,说明此时期细胞失水而发生质壁分离;CD段,原生质体的相对体积不断增大,说明此时期细胞吸水,发生质壁分离的自动复原,说明植物吸收物质甲的方式是主动运输,故影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有载体的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH等。由于细胞壁的伸缩性显著小于原生质体,故植物细胞吸水或吸水后发生变化的是植物的原生质体,因而图中纵坐标指的是原生质体的相对体积。(2)细菌细胞也含有细胞膜和细胞壁,故也能发生类似曲线BC段的质壁分离现象。水分子能透过细胞膜,故曲线AB段发生了渗透吸水或失水。BC段,细胞外液浓度大于细胞液浓度,细胞吸水,同时由于物质甲能以主动运输的方式进入细胞内,使细胞液的浓度逐渐升高,吸水能力逐渐降低;到C点时,细胞液浓度和细胞外液浓度相等;大于C点后,物质甲继续进入细胞,此时细胞液浓度大于细胞外液浓度,细胞吸水,故P点时的渗透压小于Q点。(3)用物质乙替代物质甲重复实验,得到曲线ABCE,其中AC段与物质甲曲线完全重合。分析曲线可知,实验刚开始时,溶液甲的渗透压等于溶液乙的渗透压。若在C点加入清水,其曲线变化与CD类似,由于渗透速率取决于浓度差,质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同,原生质体大小亦不同,故有人认为t2=2t1是错误的。
5.答案 (1)层析液 蓝绿色和黄绿
(2)突变体莲藕的叶绿素含量较低,光反应形成ATP和NADPH少,光合速率低
(3)①②④⑤⑥
(4)充足的光能弥补了色素缺乏;固定较多CO2,暗反应效率高
(5)设计两组实验:分别取普通莲藕和突变体莲藕的等量绿叶,对这两组绿叶进行色素的提取和分离操作;对比两组滤纸条上黄绿色的色素带宽度
解析 (1)分离色素的原理:四种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液扩散的速度快,溶解度低的随层析液扩散的速度慢。叶绿素a是蓝绿色,叶绿素b黄绿色,若出现蓝绿色和黄绿色的色素带,说明有叶绿素a和叶绿素b。(2)图中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,推测引起这种差异的主要原因是突变体莲藕的叶绿素含量较低,利用弱光的能力较差,光反应形成ATP和NADPH少,暗反应速率低,导致光合速率低。(3)设计实验时为了排除无关变量的影响,遵循单一变量原则,应保持无关变量相同,所以①置于相同CO2浓度的环境,②置于相同的温度环境,③应置于相同的光照强度,④置于相同的湿度环境,⑥选用生长状态一致的植株;为减少实验的偶然性,遵循重复原则,⑤植株样本足够,故选①②④⑤⑥。(4)根据图表分析可知,光照强度大于a时,突变体莲藕的净光合速率高于普通莲藕,说明充足的光能弥补了色素缺乏;另一方面突变体莲藕气孔导度大,但胞间二氧化碳浓度与普通莲藕相等,说明突变体莲藕利用CO2的能力强,固定较多CO2,暗反应效率高。所以与普通莲藕相比,突变体莲藕合成还原糖高。(5)可以通过实验“绿叶中色素的提取和分离”检测叶绿素b是否减少。具体实验思路如下:设计两组实验,分别取普通莲藕和突变体莲藕的等量绿叶,对这两组绿叶进行色素的提取和分离操作;对比两组滤纸条上黄绿色的色素带宽度。
6.答案 (1)高 红光和蓝紫光
(2)8~18时,两种羊草的净光合速率都大于0 气孔关闭,导致CO2供应不足,CO2的固定受阻,而C3的还原正常进行,导致叶绿体中C3含量下降
(3)灰绿型羊草和黄绿型羊草具有一定耐盐碱能力,且灰绿型羊草的耐盐碱能力高于黄绿型羊草的耐盐碱能力
(4)AB
解析 (1)灰绿型羊草的净光合速率高于黄绿型羊草,据此推测,灰绿型羊草叶片中的叶绿素含量比黄绿型羊草叶片中的高。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用。(2)净光合速率大于0时,植物会积累有机物,题图中8~18时,两种羊草的净光合速率都大于0,因此两种羊草始终处于有机物的积累状态。与10时相比,短时间内12时气孔关闭,导致CO2供应不足,CO2的固定受阻,而C3的还原正常进行,导致叶绿体中C3含量下降。(3)在盐碱胁迫条件下,两个生态型羊草的可溶性蛋白质含量比对照组的可溶性蛋白质含量高,在NaCl胁迫条件下,灰绿型羊草和黄绿型羊草的可溶性蛋白质含量分别在NaCl浓度为100 mml/L和25 mml/L时达到最高。在Na2CO3胁迫条件下,灰绿型羊草和黄绿型羊草的可溶性蛋白质含量分别在Na2CO3浓度为100 mml/L和50 mml/L时达到最高。由此表明,灰绿型羊草和黄绿型羊草具有一定耐盐碱能力,且灰绿型羊草的耐盐碱能力高于黄绿型羊草的。(4)生产过程中应该合理施肥,大量施肥会使土壤渗透压升高,可能导致植物出现失水甚至烧苗现象,A项正确;Fe是微量元素,合理施肥就能满足羊草生长需求,B项正确;大量施肥会导致羊草气孔开放度降低,净光合速率降低,C项错误;延长生育期不能提高净光合速率,D项错误。
7.答案 (1)五碳化合物(或C5)和CO2 遮光
(2)DCPTA增大了气孔导度;提高了Rubisc活性,增加了对CO2的固定;降低了丙二醛含量,降低了生物膜受损程度
(3)不是 气孔导度虽然最低,但胞间CO2浓度却最高 遮光导致光照减弱会降低光反应;Rubisc活性最弱会抑制暗反应;丙二醛最高说明生物膜受损程度最大,会降低光反应
(4)喷洒一定含量的DCPTA、阴雨天适当补充光照
解析 (1)Rubisc是固定CO2的酶,C5固定CO2,则Rubisc的底物是五碳化合物(或C5)和CO2,与①②组相比,③④组Rubisc活性差异更大,说明DCPTA对Rubisc活性的影响在遮光条件下影响幅度更大。(2)比较①②组或③④组可知,DCPTA增大了气孔导度;提高了Rubisc活性,增加了对CO2的固定;降低了丙二醛含量,降低了生物膜受损程度,则DCPTA能有效提高光合速率。(3)与①②④组比较,第③组光合速率最低,气孔导度虽然最低,但胞间CO2浓度却最高,说明气孔导度不是影响其光合作用的主要因素。遮光导致光照减弱会降低光反应;Rubisc活性最弱会抑制暗反应;丙二醛最高说明生物膜受损程度最大,会降低光反应,是第③组光合速率最低的原因。(4)通过对本实验中自变量的研究进行分析可知,喷洒一定含量的DCPTA、阴雨天适当补充光照是提高温室栽种甜瓜产量的措施。防治措施
30 d后的防治效果/%
180 d后的防治效果/%
百草枯
86
20.12
百草枯+甘薯
86
82.64
氯氟吡氧乙酸
100
39.69
氯氟吡氧乙酸+甘薯
100
92.27
品种
气孔
导度
胞间
CO2浓度
还原糖(mg·g-1鲜重)
普通
莲藕
0.10
250
2.72
突变体
莲藕
0.18
250
3.86
植物
NaCl浓度/(mml·L-1)
0
25
100
200
灰绿型
羊草
41.4±
17.612
66.246±
28.125
148.335±
69.528
116.035±
13.924
黄绿型
羊草
18.2±
22.356
121.411±
26.647
94.011±
21.435
35.525±
29.106
植物
Na2CO3浓度/(mml·L-1)
0
12.5
50
100
灰绿型
羊草
41.4±
17.612
119.308±
47.468
104.215±
54.066
145.548±
22.668
黄绿型
羊草
18.2±
22.356
126.488±
50.931
187.907±
129.467
88.642±
68.193
(1)科研人员发现一种能提高光合作用效率的新兴碳纳米荧光材料——碳点(CDs),它是一种良好的能量传递中间体,其作用机制见图1,H2O在PSⅡ的作用下被分解形成O2和H+,其中一部分O2可扩散到 (填具体结构)参与反应又生成了H2O,H+ (填“顺浓度”或“逆浓度”)梯度通过ATP合酶驱动合成物质D;另一方面释放电子(e-),电子最终传递给A,合成B,则B是 。
图1
(2)用该碳点处理叶绿体后,叶绿体能吸收利用率低的紫外光,并发射出和叶绿体吸收相匹配的蓝紫光,使图1中 (填字母A~D)的合成量增加;还可以上调Rubisc酶的活性,加快 (填物质名称)的合成,以提高光合作用效率。
(3)研究发现,由叶绿体psbA基因编码的D1蛋白是PSⅡ反应中心的重要蛋白,干旱胁迫对D1的损伤最为明显。5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)能缓解干旱胁迫,为了解外源5-ALA如何缓解干旱胁迫,某研究小组做了相关实验,实验结果如图2、图3。
图2
图3
注:甲组为对照组,乙组喷施5-ALA溶液,丙组喷施PEG(聚乙二醇),丁组喷施PEG+5-ALA溶液。
①水分对光合作用的影响是多方面的。请从两个方面分析缺水对光合作用的影响: 。
②喷施PEG的目的是 。据图分析,外施5-ALA能缓解干旱胁迫的原因是 。
2.(2023·山东烟台二模)提高作物的光合作用强度是解决全球粮食危机的重要措施。强光条件下叶片吸收的过剩光能会破坏叶绿体。非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失,如图1。这种光保护机制与类囊体蛋白PsbS含量、叶黄素循环密切相关,机理如图2(VDE在pH≤6.5时被活化,在pH=7.0时失活;ZEP最适pH为7.5)。
图1
图2
(1)正常光照情况下,光合色素吸收的光能在叶绿体中的转化过程: 。
(2)试分析:NPQ过程的发生场所是 ;强光下类囊体内pH降低,原因是 。
(3)研究人员将VDE、PsbS和ZEP的融合基因(VPZ)导入大豆,获得Z转基因大豆(叶肉细胞中VDE、PsbS和ZEP过表达),使其在光照强度波动中光合速率均提高。据图分析,与野生型相比,Z大豆在光照由强变弱的波动中光合速率提高的原因是 ;在稳定适宜光照条件下,Z大豆与野生型相比产量 (填“有”或“无”)显著差异。
3.(2023·江苏模拟)薇甘菊是一种多年生恶性入侵杂草,会严重破坏入侵地生物多样性。化学防治操作方便,见效快,是薇甘菊规模化防治的重要技术,但防治后薇甘菊易再次入侵或反复爆发。科研人员使用不同的化学药剂施药30 d后栽种经济作物甘薯进行综合防治,其结果如下表,请回答下列问题。
(1)薇甘菊具有长久性土壤种子库和地下营养体强大的克隆繁殖能力等特点,入侵后在与当地植物竞争 等方面具有绝对优势。与无薇甘菊入侵地相比,该生态系统的抵抗力稳定性 。
(2)本实验空白对照组的设置为 。只喷施化学药剂防治时,施药后180 d的防治效果均比施药后30 d的差,其可能的原因是 。结果表明防治效果最好的措施是 。
(3)由于甘薯属于一年生作物,对多年生的薇甘菊持续控制效果有限。研究人员用根系非常发达、多年生密丛型草本植物香茅与薇甘菊进行单种和混种实验,单种、混种后薇甘菊和香茅的叶绿素含量、叶面积、光合速率等指标的变化如下图所示。
图1
图2
图3
据图分析,与单种相比,混种的薇甘菊植株叶绿素含量 ,叶面积 ,致其光合速率发生了相应的变化。由此推测,香茅 (填“能”或“不能”)抑制薇甘菊的生长,其原因是 。
4.(2023·河北三模)将某种植物的成熟细胞置于一定浓度的物质甲溶液中,发现其体积变化趋势如图曲线ABCD所示。据图和所给信息回答下列问题。
(1)影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有 (写出3个)。曲线图中纵坐标是指 (填“原生质体”或“细胞”)的相对体积,理由是 。
(2)理论上,细菌细胞 (填“能”或“不能”)发生类似曲线BC段的 现象。曲线AB段 (填“发生了”或“没有发生”)渗透吸水或失水。比较P、Q两点所在时刻的植物细胞液浓度,其大小关系是P (填“等于”“大于”或“小于”)Q。
(3)用物质乙替代物质甲重复实验,得到曲线ABCE,其中AC段与物质甲曲线完全重合,则实验刚开始时,溶液甲的渗透压 (填“等于”“大于”或“小于”)溶液乙的渗透压。若在C点加入清水,其曲线变化与CD类似,有人认为t2=2t1,请判断对错并说明理由 (提示:渗透失水的量=渗透速率×半透膜面积×渗透时间)。
5.(2023·海南模拟)莲藕是被广泛用于观赏和食用的植物,研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体,其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。如图表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体莲藕和普通莲藕的净光合速率。表格数据是某光照强度下测得的突变体莲藕与普通莲藕相关生理指标。
(1)兴趣小组甲用纸层析法进行色素的分离、鉴定。色素分离的原理是不同色素在 中的溶解度不同,扩散速度不同。若出现 色的色素带,说明有叶绿素a和叶绿素b。
(2)图中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,推测引起这种差异的主要原因是 。
(3)为了得到表中的实验结果,实验的设计条件应包含 。
①置于相同CO2浓度的环境 ②置于相同的温度环境 ③置于不同的光照强度 ④置于相同的湿度环境 ⑤植株样本足够 ⑥选用生长状态一致的植株
(4)根据图和表信息推测,与普通莲藕相比,突变体莲藕合成还原糖高的原因可能有: (答2点)。
(5)突变体叶绿素含量降低,科研人员推测主要减少的色素为叶绿素b,为证实该结论进行实验,写出简要实验思路。
。
6.(2023·广东模拟)羊草根据叶色可分为灰绿型和黄绿型两种生态型,二者在光合生理特性、耐盐碱性等方面都表现出稳定的不同,但灰绿型羊草的叶绿素a/叶绿素b与黄绿型羊草的相近。为阐释二者差异的分子机制,在夏季晴朗日子的不同时间对两种羊草的净光合速率进行测定,结果如下图所示。请回答下列问题。
(1)灰绿型羊草叶片中的叶绿素含量比黄绿型羊草叶片中的 (填“高”“低”或“相等”)。叶绿素主要吸收可见光中的 用于光合作用。
(2)8~18时,两种羊草始终处于有机物的积累状态,判断依据是 。与10时相比,短时间内12时叶绿体中C3含量低,原因是 。
(3)植物在逆境条件下可通过增加可溶性蛋白质的合成,直接参与适应逆境的过程,这对其适应不利的环境条件具有积极意义。表1和表2分别表示在盐碱胁迫条件下,两个生态型羊草的蛋白质含量。
表1 NaCl胁迫条件下两个生态型羊草可溶性蛋白质含量(单位:mg/g)
表2 Na2CO3胁迫条件下两个生态型羊草可溶性蛋白质含量(单位:mg/g)
据表分析,可得出的结论是 。
(4)铁肥可提高羊草净光合速率,但生产过程中不需要施加大量铁肥,下列解释合理的有
(填序号)。
A.大量施肥会使土壤渗透压升高,导致羊草吸水困难
B.Fe属于微量元素,两种生态型羊草对Fe需求量不大
C.大量施肥会导致羊草气孔开放度降低,蒸腾作用减弱
D.通过施加大量铁肥延长羊草生育期,以提高羊草净光合速率
7.(2023·山东济南三模)某科研小组新合成了一种叔胺类有机物DCPTA,为研究其对甜瓜光合作用的影响,将生长状况相同的甜瓜幼苗均分为四组,各组实验条件为①不遮光+清水、②不遮光+DCPTA、③遮光+清水、④遮光+DCPTA,其余实验条件相同且适宜。分别测定了四组幼苗的光合速率、气孔导度(即开放程度)、胞间CO2浓度、Rubisc(固定CO2的酶)活性、丙二醛(膜脂过氧化产物,其含量与生物膜受损程度呈正相关)含量,如下图所示,回答下列问题。
(1)Rubisc催化的底物是 ,DCPTA对Rubisc活性的影响在 (填“不遮光”或“遮光”)条件下影响幅度更大。
(2)比较①②组或③④组,DCPTA能有效提高光合速率,原因是 。
(3)与①②④组比较,第③组光合速率和气孔导度均最低,气孔导度 (填“是”或“不是”)影响其光合作用的主要因素,原因是 ;第③组光合速率最低的具体原因是 。
(4)通过对本实验中自变量的研究进行分析,在温室栽种甜瓜提高产量的措施有 。
答案：
1.答案 (1)线粒体内膜 顺浓度 NADPH
(2)BD 三碳化合物/C3
(3)①缺水可导致气孔关闭,光合作用会因暗反应阶段的原料不足而受到影响;缺水会使物质运输变慢,当光合产物在叶肉细胞中积累过多时,会抑制光合速率;缺水会影响类囊体薄膜上的电子传递,严重时还会造成叶绿体囊状结构的破坏 ②模拟干旱环境 干旱条件下,5-ALA提高了psbA基因的表达量,弥补了部分损伤的D1蛋白,提高了小麦幼苗的净光合速率,从而缓解了干旱对小麦造成的伤害
解析 (1)光合作用的光反应阶段,PSⅡ中的光合色素吸收光能后,将水光解为氧气和H+,其中一部分O2可扩散到线粒体内膜参与呼吸反应又生成了H2O;在ATP合酶的作用下,H+顺浓度梯度提供分子势能,促使ADP与Pi形成ATP;另一方面释放电子(e-),电子最终传递给NADP+,形成了NADPH,故B为NADPH。(2)碳点能将紫外光转换为叶绿体能吸收的蓝紫光,使光反应速率加快,增加图中物质B(NADPH)和D(ATP)的合成量。Rubisc酶是暗反应中的关键酶,它催化CO2与C5生成三碳化合物,加快三碳化合物的合成,提高光合作用效率。(3)①水分对光合作用非常重要,缺水可导致气孔关闭,光合作用会因暗反应阶段的原料不足而受到影响;缺水会使物质运输变慢,当光合产物在叶肉细胞中积累过多时,会抑制光合速率;缺水会影响类囊体薄膜上的电子传递,严重时还会造成叶绿体囊状结构的破坏。②自变量为是否干旱和施加外源5-ALA,喷施PEG是为了模拟干旱环境。表中数据显示,与对照组相比,丙组干旱处理后,叶绿体psbA基因表达量、净光合速率下降,而丁组对照显示,在干旱条件下,施加外源5-ALA,叶绿体psbA基因表达量、净光合速率升高,说明干旱条件下,5-ALA提高了psbA基因的表达量,弥补了部分损伤的D1蛋白,提高了小麦幼苗的净光合速率,从而缓解了干旱对小麦造成的伤害。
2.答案 (1)光合色素吸收的光能转化为NADPH和ATP中不稳定的化学能,C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物
(2)(叶绿体)类囊体薄膜 水光解会产生H+,光照增强产生的H+增多,使pH下降
(3)在光照减弱时,光反应减弱,pH升高,VDE活性降低,ZEP活性增强,玉米黄素减少,NPQ快速解除,从而使更多光能用于CO2固定 无
解析 (1)正常光照情况下,光合色素吸收的光能转化为NADPH和ATP中不稳定的化学能,C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物。(2)由题中信息“非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失”,可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段,NPQ过程发生的具体场所是(叶绿体)类囊体薄膜。在光合作用的光反应阶段,水光解会产生H+,光照增强产生的H+增多,使pH下降。(3)在普通大豆(野生型)中,在光照由强变弱的波动中,由于NPQ不能立即解除导致暗反应速率明显下降。与野生型相比,Z大豆中,叶肉细胞中VDE、PsbS和ZEP过表达,在光照减弱时,光反应减弱,pH升高,VDE活性降低,ZEP活性增强,玉米黄素减少,NPQ快速解除,从而使更多光能用于CO2固定,因此Z大豆在光照由强变弱的波动中光合速率提高;非光化学淬灭(NPQ)可通过叶绿体中叶黄素的某些化学反应将过剩光能以热能形式散失,在稳定适宜光照条件下,无过剩光能,因此Z大豆与野生型相比产量无显著差异。
3.答案 (1)空间和资源 下降
(2)实验开始时喷施等量的清水,30 d后不栽种甘薯,其他条件同实验组 化学防治持效性短,薇甘菊种群容易恢复 喷施氯氟吡氧乙酸30 d后栽种甘薯
(3)降低 减小 能 与单种相比,混种时薇甘菊的各项指标均下降,而香茅的叶绿素和叶面积、光合速率等指标无明显差异,说明香茅能在基本不影响自身生长的前提下对薇甘菊生长有良好的抑制作用(香茅根系非常发达,可通过地上和地下部分的同时竞争,使薇甘菊得不到充足的阳光、养分和水分,从而抑制其生长)
解析 (1)薇甘菊具有长久性土壤种子库和地下营养体强大的克隆繁殖能力等特点,入侵后在与当地植物竞争空间和资源等方面具有绝对优势。薇甘菊入侵会严重破坏入侵地生物多样性,导致该生态系统的抵抗力稳定性下降。(2)本实验空白对照组为实验组喷施农药的同时喷施等量的清水,30 d后不栽种甘薯,其他条件同实验组。化学防治持效性短,薇甘菊种群容易恢复,所以施药后180 d的防治效果均比施药后30 d的差。喷施氯氟吡氧乙酸30 d后栽种甘薯的综合防治效果达90%,效果最佳。(3)据图分析,与香茅混种的薇甘菊植株叶绿素含量降低,叶面积减小,光合速率下降,而香茅的叶绿素和叶面积、光合速率等指标无明显差异。因为香茅根系非常发达,可通过地上和地下部分的同时竞争,使薇甘菊得不到充足的阳光、养分和水分,从而抑制其生长,即香茅能在基本不影响自身生长的前提下对薇甘菊生长有良好的抑制作用。
4.答案 (1)载体的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH 原生质体 细胞壁的伸缩性显著小于原生质体
(2)能 质壁分离 发生了 小于
(3)等于 错误,渗透速率取决于浓度差,质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同,原生质体大小亦不同
解析 (1)AC段,原生质体的相对体积不断缩小,说明此时期细胞失水而发生质壁分离;CD段,原生质体的相对体积不断增大,说明此时期细胞吸水,发生质壁分离的自动复原,说明植物吸收物质甲的方式是主动运输,故影响植物细胞吸收物质甲速率的因素有载体的数量、细胞呼吸强度(或氧气浓度)、温度、pH等。由于细胞壁的伸缩性显著小于原生质体,故植物细胞吸水或吸水后发生变化的是植物的原生质体,因而图中纵坐标指的是原生质体的相对体积。(2)细菌细胞也含有细胞膜和细胞壁,故也能发生类似曲线BC段的质壁分离现象。水分子能透过细胞膜,故曲线AB段发生了渗透吸水或失水。BC段,细胞外液浓度大于细胞液浓度,细胞吸水,同时由于物质甲能以主动运输的方式进入细胞内,使细胞液的浓度逐渐升高,吸水能力逐渐降低;到C点时,细胞液浓度和细胞外液浓度相等;大于C点后,物质甲继续进入细胞,此时细胞液浓度大于细胞外液浓度,细胞吸水,故P点时的渗透压小于Q点。(3)用物质乙替代物质甲重复实验,得到曲线ABCE,其中AC段与物质甲曲线完全重合。分析曲线可知,实验刚开始时,溶液甲的渗透压等于溶液乙的渗透压。若在C点加入清水,其曲线变化与CD类似,由于渗透速率取决于浓度差,质壁分离与质壁分离复原时浓度差不同,原生质体大小亦不同,故有人认为t2=2t1是错误的。
5.答案 (1)层析液 蓝绿色和黄绿
(2)突变体莲藕的叶绿素含量较低,光反应形成ATP和NADPH少,光合速率低
(3)①②④⑤⑥
(4)充足的光能弥补了色素缺乏;固定较多CO2,暗反应效率高
(5)设计两组实验:分别取普通莲藕和突变体莲藕的等量绿叶,对这两组绿叶进行色素的提取和分离操作;对比两组滤纸条上黄绿色的色素带宽度
解析 (1)分离色素的原理:四种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液扩散的速度快,溶解度低的随层析液扩散的速度慢。叶绿素a是蓝绿色,叶绿素b黄绿色,若出现蓝绿色和黄绿色的色素带,说明有叶绿素a和叶绿素b。(2)图中光照强度低于a时,突变体莲藕的净光合速率低于普通莲藕,推测引起这种差异的主要原因是突变体莲藕的叶绿素含量较低,利用弱光的能力较差,光反应形成ATP和NADPH少,暗反应速率低,导致光合速率低。(3)设计实验时为了排除无关变量的影响,遵循单一变量原则,应保持无关变量相同,所以①置于相同CO2浓度的环境,②置于相同的温度环境,③应置于相同的光照强度,④置于相同的湿度环境,⑥选用生长状态一致的植株;为减少实验的偶然性,遵循重复原则,⑤植株样本足够,故选①②④⑤⑥。(4)根据图表分析可知,光照强度大于a时,突变体莲藕的净光合速率高于普通莲藕,说明充足的光能弥补了色素缺乏;另一方面突变体莲藕气孔导度大,但胞间二氧化碳浓度与普通莲藕相等,说明突变体莲藕利用CO2的能力强,固定较多CO2,暗反应效率高。所以与普通莲藕相比,突变体莲藕合成还原糖高。(5)可以通过实验“绿叶中色素的提取和分离”检测叶绿素b是否减少。具体实验思路如下:设计两组实验,分别取普通莲藕和突变体莲藕的等量绿叶,对这两组绿叶进行色素的提取和分离操作;对比两组滤纸条上黄绿色的色素带宽度。
6.答案 (1)高 红光和蓝紫光
(2)8~18时,两种羊草的净光合速率都大于0 气孔关闭,导致CO2供应不足,CO2的固定受阻,而C3的还原正常进行,导致叶绿体中C3含量下降
(3)灰绿型羊草和黄绿型羊草具有一定耐盐碱能力,且灰绿型羊草的耐盐碱能力高于黄绿型羊草的耐盐碱能力
(4)AB
解析 (1)灰绿型羊草的净光合速率高于黄绿型羊草,据此推测,灰绿型羊草叶片中的叶绿素含量比黄绿型羊草叶片中的高。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用。(2)净光合速率大于0时,植物会积累有机物,题图中8~18时,两种羊草的净光合速率都大于0,因此两种羊草始终处于有机物的积累状态。与10时相比,短时间内12时气孔关闭,导致CO2供应不足,CO2的固定受阻,而C3的还原正常进行,导致叶绿体中C3含量下降。(3)在盐碱胁迫条件下,两个生态型羊草的可溶性蛋白质含量比对照组的可溶性蛋白质含量高,在NaCl胁迫条件下,灰绿型羊草和黄绿型羊草的可溶性蛋白质含量分别在NaCl浓度为100 mml/L和25 mml/L时达到最高。在Na2CO3胁迫条件下,灰绿型羊草和黄绿型羊草的可溶性蛋白质含量分别在Na2CO3浓度为100 mml/L和50 mml/L时达到最高。由此表明,灰绿型羊草和黄绿型羊草具有一定耐盐碱能力,且灰绿型羊草的耐盐碱能力高于黄绿型羊草的。(4)生产过程中应该合理施肥,大量施肥会使土壤渗透压升高,可能导致植物出现失水甚至烧苗现象,A项正确;Fe是微量元素,合理施肥就能满足羊草生长需求,B项正确;大量施肥会导致羊草气孔开放度降低,净光合速率降低,C项错误;延长生育期不能提高净光合速率,D项错误。
7.答案 (1)五碳化合物(或C5)和CO2 遮光
(2)DCPTA增大了气孔导度;提高了Rubisc活性,增加了对CO2的固定;降低了丙二醛含量,降低了生物膜受损程度
(3)不是 气孔导度虽然最低,但胞间CO2浓度却最高 遮光导致光照减弱会降低光反应;Rubisc活性最弱会抑制暗反应;丙二醛最高说明生物膜受损程度最大,会降低光反应
(4)喷洒一定含量的DCPTA、阴雨天适当补充光照
解析 (1)Rubisc是固定CO2的酶,C5固定CO2,则Rubisc的底物是五碳化合物(或C5)和CO2,与①②组相比,③④组Rubisc活性差异更大,说明DCPTA对Rubisc活性的影响在遮光条件下影响幅度更大。(2)比较①②组或③④组可知,DCPTA增大了气孔导度;提高了Rubisc活性,增加了对CO2的固定;降低了丙二醛含量,降低了生物膜受损程度,则DCPTA能有效提高光合速率。(3)与①②④组比较,第③组光合速率最低,气孔导度虽然最低,但胞间CO2浓度却最高,说明气孔导度不是影响其光合作用的主要因素。遮光导致光照减弱会降低光反应;Rubisc活性最弱会抑制暗反应;丙二醛最高说明生物膜受损程度最大,会降低光反应,是第③组光合速率最低的原因。(4)通过对本实验中自变量的研究进行分析可知,喷洒一定含量的DCPTA、阴雨天适当补充光照是提高温室栽种甜瓜产量的措施。防治措施
30 d后的防治效果/%
180 d后的防治效果/%
百草枯
86
20.12
百草枯+甘薯
86
82.64
氯氟吡氧乙酸
100
39.69
氯氟吡氧乙酸+甘薯
100
92.27
品种
气孔
导度
胞间
CO2浓度
还原糖(mg·g-1鲜重)
普通
莲藕
0.10
250
2.72
突变体
莲藕
0.18
250
3.86
植物
NaCl浓度/(mml·L-1)
0
25
100
200
灰绿型
羊草
41.4±
17.612
66.246±
28.125
148.335±
69.528
116.035±
13.924
黄绿型
羊草
18.2±
22.356
121.411±
26.647
94.011±
21.435
35.525±
29.106
植物
Na2CO3浓度/(mml·L-1)
0
12.5
50
100
灰绿型
羊草
41.4±
17.612
119.308±
47.468
104.215±
54.066
145.548±
22.668
黄绿型
羊草
18.2±
22.356
126.488±
50.931
187.907±
129.467
88.642±
68.193
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