2025届生物高考 二轮复习 细胞的生存需要能量和营养物质 二轮核心_精研专攻 课件

这是一份2025届生物高考 二轮复习 细胞的生存需要能量和营养物质 二轮核心_精研专攻 课件，共60页。PPT课件主要包含了适宜的温度和pH，单位时间内，麦芽糖的生成量，相同且适宜，添加适量的Cl-，①②或③④，光系统及电子传递链，-磷酸甘油醛，韧皮部，高光照强度环境下等内容，欢迎下载使用。
突破点1　运用“对照”和“变量”思维解答酶类实验题
聚焦1与酶的作用和特性有关的教材基础实验
1.(2024·河北卷)下列关于酶的叙述,正确的是(　　)A.作为生物催化剂,酶作用的反应物都是有机物B.胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存C.醋酸菌中与发酵产酸相关的酶,分布于其线粒体内膜上D.从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
解析 酶的作用底物既可以是有机物,也可以是无机物,如淀粉酶催化淀粉(有机物)水解,过氧化氢酶催化过氧化氢(无机物)分解,A项错误。酶的作用条件较温和,过酸、过碱和高温都会使酶变性失活,低温条件下酶的活性很低,所以酶的保存条件是适宜的pH和低温,胃蛋白酶的最适pH为1.5,故胃蛋白酶应在酸性、低温条件下保存,B项错误。醋酸菌是细菌,为原核生物,没有线粒体,C项错误。成年牛、羊等草食类动物肠道中有分解纤维素的微生物,故从成年牛、羊等草食类动物肠道内容物中可获得纤维素酶,D项正确。
2.(2024·浙江卷)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸,进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取PAL酶液,测定PAL的活性,测定过程如下表所示。
下列叙述错误的是(　　)A.低温提取以避免PAL失活B.30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗C.④加H2O补齐反应体系体积D.⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
解析 温度过高会导致酶失活,因此本实验采用低温提取,以避免PAL 失活,A项正确;测定酶活性时,底物的量要足够,故苯丙氨酸不会被完全消耗,B项错误;步骤④在试管1中加入0.2 mL H2O,补齐了步骤②试管1因未加HCl溶液而缺少的体积,即补齐反应体系体积,使无关变量保持相同,C项正确;pH过低或过高酶均会失活,步骤⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应,D项正确。
探究酶作用和特性的相关实验设计分析
3.(2024·辽宁抚顺三模)实验小组为探究温度对蔗糖酶活性的影响,设计了如下实验步骤:①取6支试管,向每支试管中加入1 mL一定浓度的蔗糖酶溶液;②向每支试管中加入1 mL质量分数为0.25%的蔗糖溶液,摇匀;③将6支试管分别置于0 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和70 ℃水浴中保温10 min;④检测反应速率。下列相关叙述错误的是(　　)A.蔗糖水解的产物是葡萄糖和果糖B.各个实验组相互对照,属于对比实验C.应将酶溶液与底物溶液先分别保温再混合D.一般用斐林试剂检测反应生成物的含量
解析 蔗糖是由葡萄糖和果糖脱水缩合形成的,所以蔗糖水解的产物是葡萄糖和果糖,A项正确;本实验没有对照组,都是实验组,各个实验组相互对照,属于对比实验,B项正确;应将酶溶液与底物溶液先分别保温再混合,避免混合时出现温度误差导致实验结果不准确,C项正确;用斐林试剂检测葡萄糖和果糖时,常需要水浴加热,而本实验中温度是自变量,因此不能用斐林试剂检测反应生成物的含量,D项错误。
4.(2024·黑龙江齐齐哈尔二模)研究人员以酪蛋白为原料,探究不同温度及酶与底物的比例对酶促反应速率的影响。他们将几组经过预处理的酪蛋白溶液装在烧杯内,设计温度分别为56 ℃、58 ℃、60 ℃、62 ℃及酶与底物的比例分别为4%、5%、6%、7%,各组置于适宜的pH条件下并加入酪蛋白酶,水解相同的时间后测定酪氨酸的含量。下列叙述错误的是(　　)A.本实验可以不设计空白对照组B.各组所加入酪蛋白酶的用量为无关变量C.酪蛋白酶可降低酪蛋白水解反应的活化能D.酪氨酸的含量越高,说明酶促反应速率越大
解析 探究不同温度及酶与底物的比例对酶促反应速率的影响为对比实验,温度为56 ℃、58 ℃、60 ℃、62 ℃四组相互对照,不用设计空白对照组,A项正确;根据实验目的“探究不同温度及酶与底物的比例对酶促反应速率的影响”和检测结果可知,酪蛋白酶的用量是自变量,B项错误;酶可以降低化学反应的活化能,所以酪蛋白酶可降低酪蛋白水解反应的活化能,C项正确;酪氨酸越多说明酪蛋白分解的越多,酶促反应速率越大,D项正确。
5.(2024·山东枣庄二模)某同学将浸过肝脏研磨液的相同大小的3个滤纸片贴在反应小室的一侧内壁上,再加入10 mL质量分数为3%的H2O2溶液,将小室塞紧(图甲)。实验时,将反应小室置于水槽中并旋转180°,使H2O2溶液接触滤纸片,同时用量筒收集产生的气体(图乙)。下列叙述正确的是(　　)
A.该实验可以说明酶具有高效性B.该装置可以用于探究温度对酶促反应速率的影响C.可增加肝脏研磨液的浓度和体积使收集的气体量增多D.滤纸片数量改为6片可以探究酶浓度对H2O2分解速率的影响答案 D
解析 该实验只能说明酶具有催化作用,若想证明酶具有高效性,需要与无机催化剂作对照,A项错误;过氧化氢在高温下易分解,因此不能选过氧化氢作为探究温度对酶促反应速率的影响的实验材料,B项错误;肝脏研磨液中存在过氧化氢酶,酶只改变达到反应平衡所需的时间,不改变化学反应的平衡点,产物的量跟反应物的量有关,因此增加肝脏研磨液的浓度和体积不会改变收集的气体量,C项错误;滤纸片数量改为6片相当于增加了过氧化氢酶的浓度,可以探究酶浓度对H2O2分解速率的影响,D项正确。
聚焦2围绕酶的活性考查酶的拓展实验
6.(2024·广东卷)现有一种天然多糖降解酶,其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链,并评价其催化活性,部分结果见下表。关于各段序列的生物学功能,下列分析错误的是(　　)
注:-表示无活性,+表示有活性,+越多表示活性越强。A.Ay3与Ce5催化功能不同,但可能存在相互影响B.Bi无催化活性,但可判断与Ay3的催化专一性有关C.该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关D.无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
答案 B解析 由题表可知,Ce5催化纤维素类底物发生降解,Ay3催化褐藻酸类底物发生降解,故Ay3与Ce5催化功能不同,Ay3-Bi-CB与Ce5-Ay3-Bi-CB相比,缺少Ce5后,就不能催化纤维素类底物发生降解,当Ay3与Ce5同时存在时能催化纤维素类底物发生降解,所以Ay3与Ce5可能存在相互影响,A项正确。由题表可知,不论是否与Bi结合,Ay3均可以催化S1和S2发生降解,说明Bi与Ay3的催化专一性无关,B项错误。由题表可知,Ay3-Bi-CB和Ce5-Ay3-Bi-CB催化褐藻酸类底物的活性相同,说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关,C项正确。要判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关,还需要检测Ce5-Ay3-Bi肽链的活性,D项正确。
7.(2021·湖北卷)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型:一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合,酶的活性能恢复);另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合,酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。实验材料和用具:蒸馏水,酶A溶液,甲物质溶液,乙物质溶液,透析袋(人工合成半透膜),试管,烧杯等。为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路,并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路取　　　　支试管(每支试管代表一个组),各加入等量的酶A溶液,再分别加等量　　　　　　　 　　　　,一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。 (2)实验预期结果与结论若出现结果①:　 。 结论①:甲、乙均为可逆抑制剂。若出现结果②:　 。 结论②:甲、乙均为不可逆抑制剂。
甲物质溶液、乙物质溶液
透析后,两组的酶活性均比透析前酶的活性高
透析前后,两组的酶活性均不变
若出现结果③:   　 。 结论③:甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂。若出现结果④:   　 。 结论④:甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂。
加甲物质溶液组,透析后酶活性比透析前高,加乙物质溶液组,透析前后酶活性不变
加甲物质溶液组,透析前后酶活性不变,加乙物质溶液组,透析后酶活性比透析前高
解析 (1)分析题意可知,实验目的探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,则实验的自变量为甲、乙物质的有无,因变量为酶A的活性,实验设计应遵循对照与单一变量原则,故可设计实验如下:取2支试管各加入等量的酶A溶液,再分别加等量甲物质溶液、乙物质溶液(单一变量和无关变量一致原则);一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。
(2)据题意可知,甲物质和乙物质对酶A的活性有抑制,但作用机理未知,且透析前有甲物质和乙物质的作用,透析后无甲物质和乙物质的作用,前后对照可推测两种物质的作用机理,可能的情况有:①若甲、乙均为可逆抑制剂,则酶的活性能恢复,故透析后,两组的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均为不可逆抑制剂,则两组中酶的活性均不能恢复,故透析前后,两组的酶活性均不变。③若甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂,则甲组中活性可以恢复,而乙组不能恢复,故加甲物质溶液组,透析后酶的活性比透析前酶的活性高,加乙物质溶液组,透析前后酶活性不变。④若甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂,则甲组中活性不能恢复,而乙组能恢复,故加甲物质溶液组,透析前后酶活性不变,加乙物质溶液组,透析后酶的活性比透析前酶的活性高。
1.有关酶的验证、探究或评价性实验题解题策略
2.模仿补充实验步骤,分析实验结果(1)当已给的实验步骤有多个变量时,通过拆分法,减少实验变量,遵循单一变量原则,构建多组实验,模式如图所示。
(2)当自变量到因变量的逻辑推理因中间环节被忽视而难以得出结论时,再加入某些因素处理进行设计,进一步确认实验结果的发生是自变量处理所致,模式如图所示。
8.(2024·河北二模)某地红粒小麦的穗发芽率明显低于白粒小麦,已知穗发芽率与淀粉水解有关。为探究α-淀粉酶和β-淀粉酶活性在两种小麦穗发芽率差异中的作用,科研人员取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子,分别加蒸馏水研磨制成提取液,经相应处理后进行了如下实验。甲组:红粒管1、白粒管1各加入相应提取液0.5 mL→加入1 mL缓冲液→加入适量某试剂使α-淀粉酶失活→加入1 mL淀粉→37 ℃保温适当时间→冷却至常温加适量碘液乙组:红粒管2、白粒管2各加入相应提取液0.5 mL→加入1 mL缓冲液→X处理→加入1 mL淀粉→37 ℃保温适当时间→冷却至常温加适量碘液
结果显示:甲组两管显色结果无明显差异,乙组的红粒管2颜色显著深于白粒管2下列叙述错误的是(　　)A.实验结果表明α-淀粉酶活性是引起两种小麦穗发芽率差异的主要原因B.甲、乙两组利用“减法原理”,分别研究α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性对发芽率的影响C.乙组实验中的X处理是加入等量某试剂使β-淀粉酶失活D.红、白粒小麦提取液应去除淀粉、加入缓冲液的目的是维持pH
解析 由题意可知,甲组中加入适量某试剂使α-淀粉酶失活后两管显色结果无明显差异,两管中各自的β-淀粉酶在起作用,说明β-淀粉酶活性与小麦穗发芽率关系不大,α-淀粉酶活性是引起两种小麦穗发芽率差异的主要原因,A项正确;由题意可知,本实验的自变量是α-淀粉酶、β-淀粉酶的活性,因变量是提取液颜色变化,结合两组实验可知,乙组实验中的X处理是加入等量某试剂使β-淀粉酶失活,甲、乙两组分别让α-淀粉酶、β-淀粉酶失活,利用“减法原理”,分别研究β-淀粉酶、α-淀粉酶活性对发芽率的影响,B项错误,C项正确;红、白粒小麦提取液应去除淀粉、加入缓冲液的目的是维持pH,排除无关变量的影响,保证酶的最适pH,D项正确。
9.(2024·河南郑州模拟)为揭示Cl-及柑橘黄酮对胰淀粉酶活性和淀粉体外消化的影响,为淀粉体外消化实验以及柑橘黄酮功能食品的开发提供参考,科研人员在有(或无)Cl-的基础上,研究一定浓度的柑橘黄酮对淀粉水解产物还原糖含量变化的影响,结果如图所示。回答下列问题。
(1)本实验的底物为淀粉,胰淀粉酶在体外可水解淀粉的条件是　　 　　　　,衡量胰淀粉酶活性的高低可根据______________　　　　　　　　　(需写出具体还原糖)判断。如果用斐林试剂进行检测,不能得出实验结果的原因是___________________________________　  　。 (2)本实验的自变量是　　 　　　　　　　　　　,对无关变量控制的要求是　　　　　　。 (3)根据实验结果,推测Cl-是胰淀粉酶激活剂,依据是__________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　,10 mml/L Cl-相当于食盐摄入量4.5 g/d,是正常人日常摄入食盐的量,能充分激活胰淀粉酶,因此在研究
斐林试剂只是与还原糖在水浴加热条件
下形成砖红色沉淀,不能准确确定麦芽糖的含量变化
Cl-的有无、柑橘黄酮的有无及反应时间
加入Cl-的实验组中,
还原糖的产量均比不加Cl-的实验组多　
淀粉类食物体外消化特征时,应进行的操作是　　 　　　　,该操作的目的为　   　。 (4)根据　　　　　　组(填序号)的比较可知,柑橘黄酮对胰淀粉酶活性的作用没有影响,依据是　    ______________________________________________________________________________________________________________________。 
保证体外实验中胰淀粉酶处于激活状态
还原糖的产量几乎相同或有Cl-处理的条件下,无论是否有柑橘黄酮处理,还原糖的产量几乎相同
无Cl-处理的条件下,无论是否有柑橘黄酮处理,
解析 (1)酶活性的发挥需要适宜条件,本实验的底物为淀粉,胰淀粉酶在体外可水解淀粉的条件是适宜的温度和pH;胰淀粉酶可将淀粉分解为麦芽糖,胰淀粉酶的活性可用单位时间内麦芽糖的生成量表示;由于斐林试剂只是与还原糖在水浴加热条件下形成砖红色沉淀,不能准确确定麦芽糖的含量变化,故本实验如果用斐林试剂进行检测,不能得出实验结果。(2)分析题意,本实验科研人员在有(或无)Cl-的基础上,研究一定浓度的柑橘黄酮对淀粉水解产物还原糖含量变化的影响,根据处理方式可知,该实验的自变量是Cl-的有无、柑橘黄酮的有无及反应时间。
(3)据题图可知,无Cl-处理组的还原糖的产量小于有Cl-处理组,有Cl-处理组,反应速率更快,说明Cl-可提高胰淀粉酶降低化学反应活化能的能力,即推测Cl-是胰淀粉酶激活剂;由于Cl-能充分激活胰淀粉酶,因此在研究淀粉类食物体外消化特征时,应进行的操作是添加适量的Cl-,以保证体外实验中胰淀粉酶处于激活状态。(4)对比①②或③④组可知,无Cl-处理的条件下,无论是否有柑橘黄酮处理,还原糖的产量几乎相同或有Cl-处理的条件下,无论是否有柑橘黄酮处理,还原糖的产量几乎相同,可推测柑橘黄酮对胰淀粉酶活性的作用没有影响。
突破点2　运用“物质与能量观”分析光合作用与细胞呼吸过程
聚焦1细胞呼吸及其在细胞代谢中的作用
1.(2022·山东卷改编)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法不正确的是(　　)
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
答案 A解析 与25 ℃相比,4 ℃时耗氧量增加,有氧呼吸第三阶段增强,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给O2,说明电子传递未受阻,A项错误;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多地用于产热,消耗的葡萄糖量多,B、C两项正确;DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP合成减少,D项正确。
2.(2022·江苏卷改编)下图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述不正确的是(　　)A.三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2并消耗O2B.生物通过代谢中间物,将物质的分解代谢与合成代谢相互联系C.乙酰CA在代谢途径中具有重要地位D.物质氧化时释放的能量少部分储存于ATP中
解析 根据题图分析可知,三羧酸循环是该代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2,但不消耗O2,呼吸链会消耗O2,A项错误;根据题图分析可知,代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CA等)将物质的分解代谢与合成代谢相互联系,B项正确;分析题图可知,乙酰CA由多种物质(如氨基酸)转化而来,又能转化为多种物质(如CA),在代谢途径中具有重要地位,C项正确;物质氧化时释放的能量少部分储存于ATP中,大部分以热能的形式散失,D项正确。
1.细胞呼吸与电子传递在真核细胞有氧呼吸的第三阶段,还原型辅酶Ⅰ(NADH)脱去氢并释放电子(e-),电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙,从而建立H+浓度梯度,随后H+在ATP合酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质,并生成大量ATP,如图所示。
2.细胞呼吸是物质代谢的枢纽在细胞呼吸过程中产生的中间产物,可转化为甘油、氨基酸等非糖物质;非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸的中间产物相同,这些物质可以进一步形成葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来,如下图所示。
3.(2024·辽宁抚顺三模)有氧呼吸第三阶段的电子传递链如图所示。电子在传递的过程中,H+通过复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ逆浓度梯度运输,建立膜H+势能差,驱动ATP合酶顺H+浓度梯度运输,同时产生大量的ATP。UCP是一种特殊的H+通道。下列相关叙述错误的是(　　)
A.复合物Ⅳ可分布在骨骼肌细胞线粒体的内膜上B.在嵴结构周围的线粒体基质中,H+的浓度较高C.ATP合酶与H+结合,将其转运的同时催化ATP合成D.若UCP运输的H+增多,则细胞合成的ATP可能会减少答案 B
解析 依题意可知,复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ在有氧呼吸第三阶段起电子传递作用,骨骼肌细胞的有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜上,所以在真核细胞中,复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ分布在线粒体内膜上,A项正确;电子在传递的过程中,H+通过复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ逆浓度梯度运输,建立膜H+势能差,结合题图分析可知,复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ分布在线粒体内膜上,线粒体基质中H+的浓度较低,B项错误;根据题图可知,ATP合酶与H+结合,将其转运的同时催化ATP合成,C项正确;UCP是一种特殊的H+通道,由题图可知,H+通过UCP运输会产生大量热量,若UCP运输的H+增多,则通过ATP合酶运输的H+减少,ATP的合成速率会下降,D项正确。
4.(2024·福建泉州模拟)如图为人体内葡萄糖和脂肪的部分代谢关系示意图,部分乙酰CA在动物体内被转变为酮体,酮体主要包括乙酰乙酸、丙酮、β-羟丁酸,其过量时导致酮尿症。下列叙述错误的是(　　)A.三羧酸循环是葡萄糖和脂肪分解代谢的共同途径之一B.减肥困难的原因之一是脂肪一般不会大量转化为糖类C.三羧酸循环、丙酮酸转变为乙酰CA的过程分别发生在线粒体的内膜、外膜D.若乙酰CA不能进入三羧酸循环,则可导致酮体过量而产生酮尿症
解析 脂肪代谢形成的甘油与脂肪酸,转化为乙酰CA,进入三羧酸循环,葡萄糖形成的乙酰CA,也进入三羧酸循环,因此三羧酸循环是葡萄糖和脂肪分解代谢的共同途径之一,A项正确;脂肪一般不会大量转化为糖类,因此会造成减肥困难,B项正确;三羧酸循环、丙酮酸转变为乙酰CA的过程均发生在线粒体基质中,C项错误;若乙酰CA不能进入三羧酸循环,在动物体内被转变为酮体,酮体主要包括乙酰乙酸、丙酮、β-羟丁酸,其过量时导致酮尿症,D项正确。
聚焦2光反应的光系统及电子传递链
5.(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与 PSⅡ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答案 C
解析 根据题干信息可知,LHC 蛋白激酶催化 LHCⅡ 与 PSⅡ 的分离,当 LHC 蛋白激酶活性下降时,LHCⅡ 无法与 PSⅡ 分离,导致 PSⅡ 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,PSⅡ 光复合体对光能的捕获会减弱,B项正确;在弱光条件下,LHCⅡ与PSⅡ结合,这有助于增强PSⅡ光复合体对光能的捕获,LHCⅡ是光合色素蛋白复合体,它可以吸收光能并传递给PSⅡ,进而促进光合作用的进行,C项错误;PSⅡ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。
6.(2021·重庆卷)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜,若被有氧呼吸利用,其场所在线粒体内膜,氧气从叶绿体的类囊体薄膜开始,穿过叶绿体2层膜,然后进入同一细胞中的线粒体,经过外膜后就到达了内膜,所以至少要穿过3层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;由图可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节,D项正确。
(1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生氧气、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导NADPH的产生。(2)电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度梯度从类囊体膜的基质侧泵入囊腔侧,从而建立了质子(H+)浓度(电化学)梯度。在类囊体膜的囊腔侧光系统Ⅱ进行水的光解产生质子(H+)以及在类囊体膜的基质侧H+和NADP+形成NADPH的过程,为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。(3)类囊体膜对质子(H+)是高度不通透的,因此,类囊体内的高浓度质子(H+)只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出,而ATP合成酶利用质子(H+)的浓度梯度来合成ATP。
7.(2024·湖南长沙模拟)下图是某种植物叶绿体中进行光合作用示意图,PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物。下列相关叙述正确的是(　　)
A.图中的生物膜名称是叶绿体内膜B.光合细菌如硫细菌进行光合作用时不会产生氧气,由此推测此类细菌可能不具备PSⅠC.光合作用发现过程中的希尔反应发生在离体的叶绿体中,类似于图中过程①D.若CO2浓度降低,则图中电子传递速率会升高
解析 由图可知,在该生物膜上发生的是水的光解产生氧气,以及合成了ATP和NADPH,是光合作用的光反应阶段,发生在叶绿体类囊体薄膜上,故图中的生物膜表示的是叶绿体的类囊体薄膜,A项错误;由图可知,PSⅡ参与①过程水的光解产生氧气,PSⅠ用于形成NADPH,光合细菌如硫细菌进行光合作用时不会产生氧气,由此推测此类细菌可能不具备PSⅡ,B项错误;光合作用发现过程中的希尔反应发生在离体的叶绿体中,类似于图中过程①(水光解产生氧气),C项正确;若CO2浓度降低,C3生成量减少,用于还原C3的NADPH消耗量减少,产生的NADP+减少,接受的电子减少,则图中电子传递速率会降低,D项错误。
8.(2024·湖北武汉模拟)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都是由光合色素和蛋白质构成的复合体,其在光反应中的机制如图所示。下列说法错误的是(　　)A.叶绿素和类胡萝卜素都能吸收红光和蓝紫光B.水的光解发生在类囊体薄膜上,需要酶参与C.植物缺镁对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都有影响D.光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
解析 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,A项错误;水的光解属于光反应的一部分,发生在类囊体薄膜上,需要酶参与,B项正确;植物缺镁会影响叶绿素的合成,光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都需要叶绿素参与吸收光能,因此都有影响,C项正确;由图可知,光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能,D项正确。
聚焦3光呼吸、卡尔文循环与二氧化碳的浓缩机制
9.(2023·湖南卷)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Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·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 μml·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)。 
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Rubisc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)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)。 
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。
1.光呼吸光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisc酶。在暗反应中,Rubisc酶能够以CO2为底物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争Rubisc酶,在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应,正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%。过程如图所示。
(1)由于光呼吸的存在,会降低植物体内有机物的积累速率。Rubisc的催化方向取决于CO2与O2的浓度比,请推测具体的情况:   ______________________________________________________________　 。 (2)研究发现,1/3以上的光合产物要消耗在光呼吸底物上。生产实际中,常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的,请分析并解释其原理:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(从光合作用原理和Rubisc催化反应特点两个方面作答)。 
当CO2与O2的浓度比高时,Rubisc酶催化CO2与C5结合反应加强;当CO2与O2的浓度比低时,Rubisc酶催化O2与C5结合反应加强
CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行,进而提高光合作用强度,同时还可促进Rubisc酶催化更多的C5与CO2结合,减少C5与O2的结合,从而降低光呼吸速率
(3)已知强光下ATP和NADPH的积累会产生O2-(超氧阴离子自由基),而O2-会对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图中信息,解释植物在干旱天气和过强光照下,光呼吸的积极意义是      　 。 
叶片缺水,气孔部分关闭,CO2吸收减少,低浓度CO2使得光呼吸增强,光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH
2.二氧化碳的三种浓缩机制(1)C4植物的CO2浓缩机制C4植物(如玉米)的叶片结构和光合作用过程
C4途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过度蒸发,常常关闭叶片上的气孔,这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞,不能满足光合作用对CO2的需求;而C4途径中能固定CO2的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2,供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要远远强于水稻植株中相应的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特别是在低CO2浓度下,这种差别更为明显。
(2)蓝细菌的CO2浓缩机制蓝细菌具有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。
(3)景天科植物的CO2固定景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式,在夜间,大气中CO2从气孔进入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,贮存于液泡中。在白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环,作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。
(1)C4植物光反应和CO2固定发生在哪些场所?     。 (2)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径,请表示这种碳原子的转移途径:   　。 
C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上,而CO2固定发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞中
CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)、C5
(3)与水稻、小麦等C3植物相比,C4植物的CO2的补偿点较　　　　。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是_______________________　   　。 
PEP羧化酶对CO2具有高
亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用
(4)CO2依次以　　　 　　　　　　方式通过蓝细菌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Rubisc周围的CO2浓度,从而促进　　　　　　　。 
(5)向烟草内转入蓝细菌Rubisc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。 
(6)从进化角度看,景天科植物这种气孔开闭特点的形成是　　　　的结果。夜晚,该类植物吸收的CO2　　　　(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是　  　。 (7)分析图中信息推测,CAM途径是对　　　　(填“干旱”或“湿润”)环境的适应;该途径除维持光合作用外,对植物的生理意义还表现在　   　。 
没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH
有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失
10.(2024·山东菏泽一模)下图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是(　　)
11.(2024·河北模拟改编)根据光合作用中CO2固定方式的不同,可将植物分为C3植物(如小麦)和C4植物(如玉米)。C3植物最初的CO2固定是由Rubisc酶催化生成3-磷酸甘油酸(C3),而C4植物最初的CO2固定是由PEP羧化酶催化生成草酰乙酸(C4)。C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisc,而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisc,其光合作用过程如图所示。已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisc。下列叙述错误的是(　　)
A.C4植物光合作用中暗反应进行的场所是维管束鞘细胞B.C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP,均只用于C3的还原C.在相同条件下,玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦D.将PEP羧化酶基因导入小麦体内,可以缓解光合午休的影响答案 B解析 玉米光合作用的暗反应阶段进行的场所是维管束鞘细胞,A项正确;据图可知,C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP,还用于C3(丙酮酸)生成C3(PEP),B项错误;在相同条件下,玉米细胞有更多的C5化合物与CO2结合,故玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦,C项正确;提高小麦体内PEP羧化酶活性,可以促进合成更多的C4,从而产生更多的CO2,可以缓解光合午休的影响,D项正确。
12.(2024·湖南长沙一模)科研工作者以作物甲为材料,探索通过改善细胞代谢途径达到提高光合作用效率,从而实现提高作物产量的目的。图1是作物甲叶肉细胞中部分碳代谢过程的模式图,图中的R酶是一种双功能酶(羧化酶—加氧酶):CO2浓度高时,R酶催化CO2的固定;在高光强、高O2浓度、低CO2浓度时,R酶催化C5和O2发生反应,完成有机物的加氧氧化。后者在酶的催化作用下转换为乙醇酸后通过膜上的载体(T)离开叶绿体,再经过代谢途径Ⅰ最终将2分子乙醇酸转换成1分子甘油酸并释放1分子CO2,又称光呼吸。研究发现:强光下ATP和NADPH的积累会产生超氧阴离子自由基,该自由基会对叶绿体造成伤害,光呼吸会消耗多余的ATP和NADPH。回答下列问题。
图1(1)图1中左侧环形代谢途径表示的是光合作用中的　　　　反应,此过程也称作　　　　。此过程中第一个光合还原产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质中合成蔗糖,蔗糖可以进入筛管,再通过　　　　运输到甲植株各处。 
(2)依据题干及图示中的信息,解释作物甲在光照强烈、干旱的环境中,光呼吸的积极意义是 　 。 (3)为了减少作物甲叶绿体内碳的丢失,研究人员利用转基因技术将编码某种藻类C酶(乙醇酸脱氢酶)的基因和某种植物的M酶(苹果酸合成酶)基因转入作物甲,与原有的代谢途径Ⅲ相连,人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径(图2中的途径Ⅱ,不影响细胞呼吸)。转基因操作后,途径Ⅲ能够提高光合作用效率,从而提高作物产量的原因是     　。 
消除乙醇酸对细胞的毒害;防止强光对叶绿体的破坏
由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量,使叶绿体基质内CO2的浓度增加,提高了暗反应速率
解析 (1)图1中左侧环形代谢途径表示的是光合作用中的暗反应,主要包括CO2的固定和C3的还原,此过程也称作碳反应。蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到甲植株各处。(2)强光下ATP和NADPH的积累会产生超氧阴离子自由基,该自由基会对叶绿体造成伤害,光呼吸会消耗多余的ATP和NADPH,因此光呼吸的意义为消除乙醇酸对细胞的毒害,防止强光对叶绿体的破坏。(3)分析图2可知,通过转基因技术人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径Ⅱ,即将乙醇酸通过C酶和M酶的催化作用转化为苹果酸,由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量,苹果酸通过代谢途径Ⅲ,使叶绿体基质内CO2的浓度增加,有利于提高光合速率。
突破点3　结合生产实践考查细胞呼吸和光合作用的影响因素
聚焦1补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
1.(2023·广东卷)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下图。(光饱和点:光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点:光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
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 μml/(m2·s)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。 
类胡萝卜素/叶绿素的值较高
对光能利用率更高,干物质积累量更大,生长速度更快
(4)试分析在0~50 μml/(m2·s)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:  　? 
为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT
解析 考查光合作用及其影响因素等。(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先达到光饱和点,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 μml/(m2·s),WT的是15 μml/(m2·s),见答案图。根据图a和绘制的曲线图提出问题:为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT?
1.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析
(1)A点:代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。(2)B点与C点的变化(注:只有横坐标为自变量,其他条件不变)
注意:细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。(3)D点:代表最大光合速率,若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时,D点向右上方移动;反之,移动方向相反。
2.光饱和点和补偿点与植物生长的关系(1)在一定条件下,饱和点越大,表示植物的光合作用能力越强。(2)高于补偿点,植物开始生长;低于补偿点,植物会净消耗有机物。补偿点低,说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。(3)通常,阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低,由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。
2.(2024·河北保定模拟)下图表示某实验小组对影响小麦和玉米的光合速率的因素的研究结果。CO2补偿点是植物净光合速率等于零时的外界CO2浓度,CO2饱和点是植物光合速率最大时的外界CO2浓度。下列相关说法正确的是(　　)
A.图1所示实验的自变量为光照强度,温度是无关变量B.光照强度为P时,小麦和玉米的CO2固定速率相等C.相比于玉米,小麦能够较好地适应较低浓度的CO2环境D.一般情况下,玉米的CO2补偿点和CO2饱和点均低于小麦的答案 D解析 图1所示实验的自变量为光照强度以及植物种类,温度是无关变量,A项错误;根据图1,光照强度为P时,小麦和玉米的CO2吸收速率相等,但根据曲线与纵轴交点分析,二者呼吸速率不同,故CO2固定速率不相等,B项错误;根据图2,胞间CO2浓度较低时,玉米有更大的光合速率,故相比于小麦,玉米能够较好地适应较低浓度的CO2环境,C项错误;根据图2,玉米的CO2补偿点(净光合速率为0时的CO2浓度)和CO2饱和点(光合速率最大时的CO2浓度)均低于小麦的,D项正确。
3.(2024·广东一模)滴灌是干旱缺水地区最有效的节水灌溉方式。为制定珍稀中药龙脑樟的施肥方案,研究者设置了3个实验组(T1~T3,滴灌)和对照组(CK,传统施肥方式),按下表中施肥量对龙脑樟林中生长一致的个体施肥,培养一段时间后测得相关指标如下表所示。据表分析下列叙述错误的是(　　)
注:光饱和点为光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点为光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。A.光照强度为100 μml/(m2·s)时,实验组比对照组积累更多有机物B.光照强度为1 600 μml/(m2·s)时,实验组的光合速率比对照组更高C.实验结果不能说明滴灌能够提高水肥利用效率D.各处理中T2的施肥方案最有利于龙脑樟生长答案 C
解析 由表可知,当光照强度为100 μml/(m2·s)时,各实验组都超过光补偿点,而对照组还未达到光补偿点,与对照组相比,实验组的净光合速率都大于对照组,说明实验组比对照组积累更多的有机物,A项正确;由表可知,当光照强度为1 600 μml/(m2·s)时,各组都达到了光饱和点,光合速率=呼吸速率+净光合速率,实验组的光合速率都大于对照组,B项正确;由表可知,当光照强度都达到光补偿点,与对照组相比,实验组的净光合速率都大于对照组,说明实验组比对照组积累更多的有机物,当各组光照强度都达到光饱和点,实验组的光合速率都大于对照组,说明滴灌能提高水肥利用效率,C项错误;由表可知,T2处理组的净光合速率最大,植物积累的有机物最多,最有利于龙脑樟的生长,D项正确。
聚焦2环境胁迫对光合作用的影响及应用
4.(2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是(　　)A.呼吸作用变强,消耗大量养分B.光合作用强度减弱,有机物合成减少C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
解析 高温会刺激植物的呼吸作用加快,导致养分的供应不足,影响植物的生长和产量,A项正确。高温条件下,光合作用中的酶活性受到抑制,光能转化为化学能的效率下降,从而限制了植物的生长和产量,B项正确。高温会加强植物的蒸腾作用,导致水分的流失加剧,容易出现萎蔫和水分胁迫的情况,C项正确。在高温下,由叶绿素降解导致光反应生成的NADPH和ATP减少,D项错误。
5.(2023·山东卷)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______________________________________________ 　 。 
光(或光照有无、强光有无)、H蛋白
温度、CO2浓度、水分、
矿质元素(无机盐)、光照强度
突变体中PSⅡ损伤小但不能修复,野生型中
突变体的NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ
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(或光照有无、强光有无)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)、光照强度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。
1.胁迫(逆境)对光合作用的影响(1)胁迫可分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。非生物胁迫主要有水分(干旱和淹涝)、温度(高温和低温)、盐碱、环境污染等理化逆境,生物胁迫主要包括病害、虫害、杂草等。(2)非生物胁迫的主要类型
2.传统农业生产模式及应用
6.(2024·贵州安顺模拟)都匀毛尖色泽翠绿,外形匀整,条索卷曲,是中国十大名茶之一,具有抗氧化、抗辐射、抗衰老、清热解毒的功效。科研人员为研究干旱胁迫对都匀茶苗光合速率的影响,进行了一系列的实验,结果如下表所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关B.乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关C.中度胁迫和重度胁迫下茶苗光合作用速率小于零D.实验表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率答案 C
解析 由题意可知,都匀毛尖色泽翠绿,具有抗氧化的功效,可见都匀毛尖色泽翠绿与叶绿素未被氧化有关,A项正确;由题表可知,与对照组相比,随着干旱胁迫程度的增加,叶绿素含量逐渐下降,O2释放速率逐渐减慢,因此乙组O2释放速率减慢与叶绿素含量减少有关,B项正确;中度胁迫和重度胁迫下茶苗的叶绿素含量低,光合作用速率小于呼吸作用速率,但不为零,C项错误;由题表可知,与对照组相比,随着干旱胁迫程度的增加,叶绿素含量逐渐下降,O2释放速率逐渐减慢,光合速率减慢,表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量影响光合速率,D项正确。
7.(2024·湖南衡阳模拟)在作物生长过程中,常会遇到生物胁迫和非生物胁迫。科研人员研究了干旱胁迫、烟草花叶病毒胁迫对烟草幼苗净光合速率的影响,得到如图甲所示实验结果;研究了干旱胁迫下添加水、烟草花叶病毒胁迫下添加宁南霉素处理对恢复期烟草幼苗净光合速率的影响,结果如图乙所示。
(1)植物的光合作用是将　　　　　　　　转变为有机化合物并释放出氧气的过程,分析图甲,干旱胁迫能降低烟草幼苗的净光合速率,主要原因可能是　  　。 (2)对比图甲、图乙结果,可以得出恢复期　　组烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大;宁南霉素的作用可能是　  　。(3)与干旱胁迫相比,烟草花叶病毒胁迫下,烟草幼苗含有的有机物的量　　　　(填“较多”“较少”或“基本相等”),依据是　  　 。 
干旱导致叶片的气孔开放程度降低,使烟草幼苗吸收的CO2减少
减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害
胁迫下,烟草幼苗的净光合速率小于干旱胁迫下的
(4)研究表明,长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗,重新种回湿润土壤中,烟草幼苗的光合速率反而降低。请设计实验进行验证,简要写出实验思路:   　  　 。 
将长时间处于干旱土壤中的烟草幼苗均分为两组,一组移栽到湿润土壤中种植,另一组在原条件下继续种植,间隔相同时间后分别测定并比较二者的光合速率大小
解析 (1)光合作用是将水和二氧化碳转变为有机化合物并释放出氧气的过程;分析图甲,与对照组相比,其他组的净光合速率都下降,干旱能降低净光合速率的原因可能是干旱导致叶片的气孔开放程度降低,使烟草幼苗吸收的CO2减少。(2)对比图甲、图乙结果,恢复期E组即干旱胁迫后加水组的烟草幼苗的净光合速率恢复程度最大;图乙中有烟草花叶病毒胁迫的两组加宁南霉素处理,即F组和E&F组,通过比较这两组,可知宁南霉素的作用可能是减少烟草花叶病毒对烟草幼苗的侵害。