【备考2024】高中生物一轮复习学案 第4讲 细胞的能量代谢（3）——光合作用（含解析）
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| 名称 | 【备考2024】高中生物一轮复习学案 第4讲 细胞的能量代谢（3）——光合作用（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 9.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-16 13:01:46 | ||
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文档简介
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第4讲 细胞的能量代谢（3）
光合作用
1．光化学反应
光化学反应是批反应中心色素分子吸收光能而引发的氧化还原反应。
光系统，指光合作用中光吸收的功能单位，由叶绿素、类胡萝卜素、脂质和蛋白质组成。每一个光系统复合物含两个组分：捕光复合物和反应中心复合物。在叶绿体的类囊体膜上存在两个不同的光系统，分别是光系统I（PS I）和光系统II（PS II）。光系统I作用中心的叶绿素a称为P700其光吸收高峰在700nm，在红光区。光系统II作用中心内的叶绿素a称为P680，其光吸收高峰在680，偏向黄橙光。
PS II的结构和功能 PS II 由反应中心复合物和PS II捕光复合物（LHC II）组成。它们的功能是利用光能在类囊体膜腔面一侧裂解水并在基质侧还原质体醌，使类囊体膜的两侧形成质子梯度。反应中心复合物是一个由20多个不同多肽组成的叶绿素-蛋白质复合物（图4-3-1）。
LHC II 是一个由蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素和脂质分子组成的复杂的高疏水性膜蛋白复合物。
PS I的结构和功能 PS I由反应中心复合物和PS I捕光复合物（LHC I）组成（图4-3-2），其功能是利用吸收的光能或传递来的激发能在类囊体膜的基质侧将NADP+（氧化型辅酶II）还原为NADPH。
光合磷酸化 由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程称为光合磷酸化。光合作用通过光合磷酸化形成ATP。再通过CO2同化将能量储存在有机物中。
2．C3植物、C4植物和CAM植物
（1）C4途径的反应
（2）C3 和C4植物
图示为C4基本途径和C3途径
在C4植物叶肉细胞内，一个CO2分子首先被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定，形成一个苹果酸分子(C4)。苹果酸进入维管束鞘细胞的线粒体中，释放出一个CO2，并且形成一分子丙酮酸。释放出来的CO2可进入卡尔文循环，丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，消耗ATP转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2。C4途径中的PEP羧化酶与CO2亲和力是C3途径中RuBP羧化酶的60倍。C4途径相当于一种CO2泵，能把进入叶肉细胞的CO2不断泵入维管束鞘细胞，在提高维管束鞘细胞中CO2浓度的同时抑制光呼吸。在炎热干燥的气候条件下，C4植物光合作用的效率高于C3植物。
（3）CAM植物
景天科、仙人掌科等植物，夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放出CO2，进入卡尔文循环，与此过程中有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为CAM途径。具有CAM途径的植物称为CAM植物，其主要生活在干旱少雨环境下，具有厚表皮、大液泡等特点，常见的有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌等。CAM植物只有在夜间才开放气孔，吸入的CO2在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸结合生成草酰乙酸(C4)。草酰乙酸在酶的作用下还原为苹果酸(C4),并储存在液泡中。CAM植物在白天因防止蒸腾作用过强，气孔不开放，贮存在液泡中的苹果酸可产生一分子CO2和一分子丙酮酸，产生的CO2参与卡尔文循环(图4-3-4)。
CAM植物与C4植物中CO2都是先经C4途径，再由C3途径被固定成糖的。它们之间的主要区别是：CAM植物中CO2固定和糖的合成发生在同一个细胞内，但时间错开；而C4植物中这些过程发生在同一时间，但空间错开(图4-3-5)。两类植物都适合生活于热带地区，它们分别通过调整叶片结构和修饰光合作用的化学反应，增加局部CO2的量来确保光合作用的同时避免光呼吸的发生。
（4）C3、C4、CAM途径的比较
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸
CO2固定的时间 白天 白天 白天和夜晚
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
有无光合午休 有 无 无
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
2．光呼吸
（1）光呼吸是植物细胞依赖光照，吸收O2并放出CO2的过程。
（2）光呼吸与光合作用的关系如下图所示。
（3）RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化RuBP的羧化反应，又可催化RuBP的氧化反应。O2是羧化反应的竞争性抑制剂，CO2是氧化反应的竞争性抑制剂。RuBP羧化酶处于光合碳还原和光合碳氧化两个方向相反但又相互连锁的循环反应交叉点上，RuBP羧化酶催化的羧化反应和氧化反应的相对速率完全取决于CO2和O2的相对浓度。RuBP羧化酶对RuBP的两种作用如右图所示。
（4）光呼吸的生理功能
①减少光抑制。在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2,消耗多余的能量，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。
②在有氧条件下避免损失过多的碳。光呼吸虽然损失一些有机碳，但通过C2（磷酸乙醇酸）循环可以弥补一些损失的碳。
③光呼吸代谢中涉及多种氨基酸的转变，这对细胞的氮代谢有利。
④光呼吸可以为光合作用提供磷，参与某些蛋白的合成过程。
五、教材拾遗
1．破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，该菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌容易大量繁殖。
2．松土可以增加土壤的透气性，促进根细胞的有氧呼吸，利于根细胞对矿质离子的吸收，促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，利于农作物生长。松土还促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，从而使温室效应和全球气候变暖等问题更严重；松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素。
3．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，而不吸收红光。
4．光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖，蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。C3指三碳化合物—3－磷酸甘油酸，C5指五碳化合物—核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
5．少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。例如，生活在土壤中的硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将二氧化碳和水合成糖类。这些糖类就可以供硝化细菌维持自身的生命活动，这个过程称为化能合成作用。
6．夏季晴朗的白天，中午光合速率下降的原因是光照过强、温度过高，有些植物为了减少水分的散失会关闭部分气孔，导致CO2供应不足，直接限制暗反应阶段；早晨和傍晚光合速率较低的原因是光照较弱，直接限制的是光反应阶段。
1．（2023·江苏·统考模拟预测）薇甘菊是外来入侵物种，研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12：00时的光照强度表示为100％，8：00时的光照强度为40％，17：00时的光照强度为20％，18：00时的光照强度为0，结果如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．17：00～18：00淀粉含量下降是因为呼吸作用大于光合作用
B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，说明此时光合速率较低
C．8：00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体
D．薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片厚度会变厚，有利于捕获更多光能适应弱光环境
【答案】A
【解析】A、17:00以后及黑暗中，光合作用速率下降直至黑暗下无光合作用，此时细胞呼吸消耗量大于光合作用合成量，淀粉含量下降，薇甘菊白天储存的淀粉在夜间被分解，生成ATP，用于生长发育，A正确；B、图中8:00~12:00光合作用速率较高，但光合作用光反应阶段合成的ATP迅速水解用于暗反应合成有机物供能，所以ATP含量不提高，B错误；C、光照条件下，薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸，产生ATP的场所有叶绿体(类囊体)、细胞质基质、线粒体(基质和内膜)，C错误；D、薇甘菊长期在弱光下生长时，为捕获更多的光，叶面积和冠面积就会增大，叶片厚度会变薄，有利于适应弱光环境，D错误。
2．（2023·江苏常州·常州市第三中学校考模拟预测）红树植物健康生长需要适宜的淹水环境和盐度。随着底泥的淤升，某湿地红树林生境陆化严重，红树植物长势变差。该湿地红树林优势种为秋茄，平均树高约7米，林下有零星分布的桐花树。通过周期性补充海水，模拟秋茄林的淹水生境，在研究区域的秋茄林内设置3个补海水组样方和3个对照组样方，每个样方内取3个深的沉积柱样土壤底泥，每个沉积柱以间隔进行分样，将3个沉积柱同一水平的分样混匀，测量底泥的理化性质和净光合速率如下表所示。下列分析错误的是（ ）
含水率 盐度/% 净光合速率/
对照组平均值 40.20±4.10 1.89±0.37 2.13±1.25
补海水组平均值 42.46±3.20 2.12±0.45 5.47±0.46
A．经补海水修复后，秋茄叶片的光合作用能力提升
B．对照组的处理是无周期性补充海水或不补充海水
C．处理相同的时间，用取样器取样后，共需对获得的18份沉积物样品进行检测
D．秋茄与桐花树高低错落构成群落的垂直结构，提高利用阳光等环境资源的能力
【答案】C
【解析】A、根据表格数据可知，补海水组净光合速率平均值大于对照组，说明经补海水修复后，秋茄叶片的光合作用能力提升，A正确；B、本实验自变量是探究周期性补水对植物生长的影响，所以实验组的处理是进行周期性补水，而对照组的处理是无周期性补水或不补水，B正确；C、由于每个样方内取3个30cm深的沉积柱样土壤底泥，每个沉积柱以5cm间隔进行分样，则每个沉积柱取6个分样，将3个沉积柱同一水平的分样混匀，测量底泥的理化性质和净光合速率，共需对获得的（3+3）×6=36份沉积物样品进行检测，C错误；D、秋茄与桐花树高低错落，构成了群落的垂直结构，有利于提高群落利用阳光等环境资源的能力，D正确。
3．（2023·江苏南京·南京市第九中学校考模拟预测）格鲁于1682年所写的书中提到芦荟有时尝起来是酸的。班杰明·海那发现：落地生根的叶子在早晨嚼起来是酸的，到中午时则无味，晚时则略苦，有科学家后来以石蕊试纸证实了海那的发现。原来景天科植物（如景天、落地生根）的叶子有一个很特殊的CO2固定方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列分析正确的是（ ）
A．如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率将随之提高
B．由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区
C．白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相关
D．景天科植物参与卡尔文循环的CO2就是来源于苹果酸的分解
【答案】B
【解析】A、由题意可知，白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率不会提高，因为此时叶肉细胞的气孔是关闭的，A错误；B、由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区，因为气孔白天关闭正好应对了高温干旱的环境，避免了水分大量蒸发，同时其固定CO2的机制也保证了光合作用的正常进行，B正确；C、白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸会通过脱羧作用形成CO2参与光合作用，进而合成葡萄糖，显然白天苹果酸的含量和葡萄糖的含量呈负相关，C错误；D、景天科植物参与卡尔文循环的CO2除了来源于苹果酸的分解外，还有呼吸作用产生的CO2，D错误。
4．（2023·江苏·一模）下图为生物膜系统和细胞器的相关图示，关于图中的说法不正确的是（ ）
A．图1中C代表的细胞器是叶绿体，产生氧气的场所是其类囊体薄膜
B．图2中丙代表的细胞器是真核细胞和原核细胞共有的
C．图1中的①②两个过程体现了生物膜系统的统一性和流动性
D．图2中的甲就是图1中的E和F，图2中的乙就是图1中的C和D
【答案】D
【解析】A、图1中，C为叶绿体膜，可代表的细胞器是叶绿体，光合作用产生氧气的场所是其类囊体薄膜，A正确；B、图2中，丙无膜结构，但有核酸，所以丙为核糖体，真核细胞和原核细胞共有的细胞器，B正确；C、图1中的①②两个过程生物膜成分相互转化，且这些生物膜的组成成分和结构很相似，体现了生物膜系统的统一性和流动性，C正确；图2中，甲、乙是具膜细胞器，甲含有核酸，所以甲可以代表线粒体或叶绿体，乙可以代表内质网、高尔基体，D错误。
5．（2023·江苏常州·常州市第三中学校考三模）植物在光照、高氧及低二氧化碳情况下可以发生五碳化合物与氧气结合而阻止碳反应的过程。为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性某同学选取来自树冠不同层的甲、乙两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．甲叶片是树冠下层叶，乙叶片是树冠上层叶
B．实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积必须相同
C．a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等
D．c、d两点，相同面积的甲叶片的叶绿体释放氧气速率可能相等
【答案】B
【解析】A、由题图可知，甲叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于乙叶片，因此甲叶片来自树冠下层，乙叶片是树冠上层叶，A正确；B、实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积不需要相同，因为净光合速率与叶片面积无关，B错误；C、a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等，因为此时净光合为0，所以吸收二氧化碳的速率等于光照强度为0的时候的净光合速率的绝对值，C正确；D、c、d两点，相同面积的甲叶片的叶绿体释放氧气速率可能相等，因为叶片叶绿体的数目不确定，所以单个叶绿体释放氧气的速率可能相等，D正确。
6．（2023·江苏·一模）硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，有关叙述中正确的是（ ）
A．该过程与光合作用非常相似，都需要光合色素
B．该过程需要在具有NH3和O2存在的条件下才可以进行
C．硝化细菌是原核生物，细胞内有类似叶绿体的结构
D．该过程合成有机物的原料是其它有机物
【答案】B
【解析】A、硝化细菌不需要光照，硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，不需要光合色素，A错误；B、硝化细菌是需氧自养型菌，其能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3，该过程需要在具有NH3和O2存在的条件下才可以进行，B正确；C、硝化细菌不需要光照，细胞内没有类似叶绿体的结构，C错误；D、该过程合成有机物的原料是NH3和O2，是无机物，D错误。
7．（2023·江苏盐城·盐城中学校考三模）图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中，（不同时间内光照强度不同）测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况。下列叙述错误的是（ ）
A．图甲中，当光照强度相对值为2时，黑藻的氧气产生速率相对值为0
B．图甲中，当光照强度相对值为7时，若要提高黑藻光合速率，可适当增加CO2浓度
C．图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6h、8～10h
D．由图乙分析，黑藻在该密闭环境中经过12h后有机物的含量上升
【答案】A
【解析】A、由图甲可知，光照强度相对值为2时，黑藻的氧气释放速率为0，其呼吸作用消耗氧气的速率为2，所以其产生氧气的速率为2，A错误；B、图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不能提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；C、图乙中，在4-6h、8-10h内，黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等（即光合速率等于呼吸速率），导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化，C正确；D、据图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12h后，密闭玻璃容器中的二氧化碳浓度比起始时的浓度低，所以黑藻光合速率大于呼吸速率，有机物含量上升，D正确。
8．（2023·江苏南通·统考模拟预测）下图是大豆叶肉细胞和根瘤细胞中的部分代谢示意图，其中A～E代表物质，①～⑧代表过程。根瘤菌在根瘤细胞中以类菌体的形式存在，固氮酶对氧气高度敏感，在低氧环境下才能发挥作用。请回答下列问题。
(1)物质B、E分别是________、________。发生在细胞质基质中的代谢途径有________（填序号）。
(2)叶绿体、类菌体中合成物质C的场所分别是________、________。
(3)大豆叶肉细胞合成的有机物以________（物质）形式进行长距离运输，与葡萄糖相比用该物质进行运输的优点是________。
(4)类菌体膜内及四周存在大量豆血红蛋白，其意义是：既能维持________环境有利于固氮酶发挥作用，又提供适量氧气利于________的进行。
(5)丙酮酸激酶催化PEP转化为丙酮酸，当输入根瘤细胞的有机物增多，丙酮酸激酶基因的表达水平就会降低，这有利于根瘤细胞固氮，原因是________。
【解析】（1）B是水在类囊体薄膜光解释放的气体则为O2，A是水，暗反应过程中固定CO2，则E是CO2。⑥TP形成蔗糖的过程发生在细胞质基质。（2）C是ATP，在叶绿体中形成ATP的场所是类囊体薄膜，类菌体中合成物质ATP的场所分别是类菌体基质和类菌体膜。（3）叶肉细胞的光合产物主要以蔗糖的形式进行长距离运输，主要是因为蔗糖在水中的溶解度较大，且作为非还原糖不易被氧化，化学性质稳定。（4）豆血红蛋白能够结合氧气，则类菌体膜内及四周存在大量豆血红蛋白可维持低氧环境有利于固氮酶发挥作用，同时又能为类菌体有氧呼吸提供氧气。（5）丙酮酸激酶基因的表达水平就会降低，有利于减缓有机物的氧化分解，使更多的有机物用于固氮。
【答案】(1) O2 CO2 ⑥
(2) 类囊体薄膜 类菌体基质和类菌体膜
(3) 蔗糖 非还原糖较稳定（或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响较小）
(4) 低氧 有氧呼吸
(5)减缓有机物的氧化分解，使更多的有机物用于固氮
9．（2023·江苏南通·统考三模）某研究小组为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响。科研人选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗，在高温条件下进行相关实验，部分结果如下图1所示。请分析回答：
(1)科研人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，若取此时的叶片进行色素的提取和分离实验，结果显示滤液细线上第______条色素带明显变窄，此现象与研磨时未添加______的现象类似。
(2)分析图中数据可知，第2~4d由于高温干旱，保卫细胞______(“吸水”或“失水”)导致气孔关闭，胞间CO 浓度降低。第4~6d大豆净光合速率下降主要是由______(填“气孔因素”或“非气孔因素”)导致，此时大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，其意义是______。
(3)大豆在光照条件下可进行光呼吸(二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化硼浓度高时，Rubisco催化C5与二氧化碳反应；当氧气浓度高时，Rubisco催化C5与氧气反应生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3)部分过程如图2所示。
①图2中①过程需要的甲是由蛋白质和______构成的捕光复合物，该过程生成的乙是______。
②光呼吸会消耗光合作用中间产物，因此提高农作物的产量需要降低光呼吸。下列措施不能达到目的是______。
A．增施有机肥B．适时浇水C．降低温度
③大豆光呼吸过程降低农作物产量，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的积极意义有：消耗过剩的______，减少对叶绿体的损害；补充部分______。
(4)为研究光呼吸，将大豆放在一个密闭的恒温玻璃小室中，依次增强光照强度，随着时间的推移，温室内CO 浓度随光照强度的变化图3，c～d段，该植物叶肉细胞产生CO2的场所是______。
【解析】（1）在高温干旱条件下，大豆叶片变黄，这主要是由大豆叶肉细胞叶绿体中类囊体薄膜上的叶绿素含量降低引起的。因此是位于滤液细线上第1、2条色素带明显变窄，在研磨绿叶是需要加入碳酸钙，作用主要是保护色素，尤其是叶绿素。（2）2-4d，保卫细胞失水会导致气孔关闭，进而胞间二氧化碳浓度降低。4-6d时看图可知气孔导度在降低，但是胞间二氧化碳浓度并没有下降，因此第4~6d大豆净光合速率下降非气孔因素。可溶性小分子物质量增加可以增加细胞液渗透压，在一定范围下，细胞内与细胞外浓度差越大，吸水能力越强。（3）据图分析可知，①为水的光解，②为二氧化碳的固定，③为C3的还原，④为光呼吸。图中①为水的光解，该过程需要的甲是由蛋白质和色素构成的复合体，该过程生成的乙是H+。温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的。增加有机肥和适时浇水可以促进光合作用，提高农作物产量。AB可以达到目的，C达不到目的。材料中“当氧气浓度高时，Rubisco催化C5与氧气反应生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3”，因此可知对植物的积极意义有：消耗过剩的ATP和NADPH，减少对叶绿体的损害；补充部分CO 。（4）由图3可知，ab段CO2浓度一直增加，说明呼吸速率大于光合速率，bc段CO2浓度下降，说明随着光照强度增加，光合速率大于呼吸速率，再继续增加光照，此时光呼吸速率加强，叶肉细胞产生CO2的场所是除了呼吸作用的线粒体，还有光呼吸的场所叶绿体。
【答案】(1) 1、2 CaCO
(2) 失水 非气孔因素 提高细胞的渗透压，增强细胞的吸水能力
(3) 色素 H+ C ATP和NADPH CO
(4)线粒体、叶绿体
10．（2023·江苏5月联考） 研究表明，关节炎小鼠的软骨退化与细胞中合成代谢不足，缺乏正常运作所需的能量（如ATP等）有关。我国科学家开发了一种纳米级植物光合系统（NTU），并将其植入关节炎模型鼠体内，以期减缓小鼠骨关节炎疾病发展进程。下图是本研究的主要路径，请回答下列问题。
（1）过程①中，可利用______技术分离出叶肉细胞中的叶绿体，再利用______（“低渗”或“等渗”或“高渗”）溶液使叶绿体破裂，释放出类囊体，进一步分离获得纳米级光合系统（NTU）。
（2）下图是过程②功能检测的实验结果，实验中红光照射的目的是______，结果表明制备的类囊体基本保持完整，其主要依据是______。
（3）为实现跨物种的应用，过程③中研究人员选用同种小鼠软骨细胞膜封装的NTU，一方面可有效地逃避小鼠______细胞的识别和清除；另一方面可被病变的软骨细胞______，进而改善病变的软骨细胞的生理功能。
（4）为测试CM-NTUs对小鼠骨关节炎的体内治疗效果，研究人员开展如下实验，请完成下表。
实验步骤 简要操作过程
关节炎模型鼠分组 ①______
设计实验组 和对照组 对健康鼠（a组）和上述4组模型鼠（b～e组）进行如下主要操作：a组不做处理，b、c组注射空囊泡，②______，其中③______两组用红光照射小鼠骨关节部位，各组小鼠均正常饲喂。
实验结果记录 并统计 治疗后12周，测定5组小鼠右后肢最大爬地力量相对值，结果如下图。
结果分析及结论 依据实验结果可得出的结论是④______。
【解析】(1)可利用差速离心技术分离出叶肉细胞中的叶绿体，再利用低渗溶液使叶绿体吸水破裂，释放出类囊体，进一步分离获得纳米级光合系统（NTU）。(2)红光照射的目的是提供类囊体光合作用所需的能量。图中显示类囊体在光下能进行光反应合成了ATP和NADPH，说明制备的类囊体基本保持完整。(3)选用同种小鼠软骨细胞膜封装的NTU，一方面可有效地逃避小鼠巨噬（吞噬）细胞的识别和清除；另一方面可被病变的软骨细胞摄取，进而改善病变的软骨细胞的生理功能。(4)本实验中选取年龄、生理状态基本一致的关节炎模型鼠若干，将它们随机均分为4组，对健康鼠（a组）和上述4组模型鼠（b～e组）进行如下主要操作：a组不做处理，b、c组注射空囊泡，d、e组注射等量的CM-NTUs，其中c、e组两组用红光照射小鼠骨关节部位，各组小鼠均正常饲喂。治疗后12周，测定5组小鼠右后肢最大爬地力量相对值。结果显示e组即植入CM-NTUs并辅以光照后，最大爬地力量相对值恢复最好，说明本实验能够有效缓解小鼠关节炎症状。
【答案】（1） 差速离心 低渗 （2） 提供光合作用所需的能量 类囊体在光下能进行光反应合成了ATP和NADPH （3）巨噬（吞噬） 摄取
（4） 选取年龄、生理状态基本一致的关节炎模型鼠若干，将它们随机均分为4组 d、e组注射等量的CM-NTUs c、e组 植入CM-NTUs并辅以光照能够有效缓解小鼠关节炎症状
1．（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，PSIⅡ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】A、叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱 ，B正确；C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；D、PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D正确。
2．（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
【答案】D
【解析】A、高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；B、高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；C、高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；D、高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
3．（2023·全国乙卷）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D. 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
【答案】D
【解析】A、叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；B、光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；D、叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
4．（2023·全国甲卷）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
（1）叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”，“红光”或“绿光”）。
（2）将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是 。
（3）叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
【解析】（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色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。
（2）光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
（3）要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，先进行饥饿处理，排除原有淀粉的干扰。之后甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，需要脱绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期的结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
【答案】（1） 差速离心 类囊体（薄）膜 蓝紫光
（2）悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类。
（3）思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，两组植物应均进行饥饿处理（置于黑暗中一段时间消耗有机物），甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
5．（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Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K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7μmol·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）。
【解析】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，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，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。
（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。
（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，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
【答案】（1） ①. 3-磷酸甘油醛 ②. 蔗糖 ③. 维管组织
（2） ①. 高于 ②. 高光照条件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酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
（3）酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
6．（2023浙江1月选考）叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和光合产物分配的影响，实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率（μmol·m－2·s－1） 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物（mg） 21.96 37.38 66.06
单果重（g） 11.81 12.21 19.59
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题：
（1）叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是__________。
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿体内的__________结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的__________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有__________（答出2点即可）。
（3）分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率__________（填“升高”或“降低”）、果实中含13C光合产物的量__________（填“增加”或“减少”）。库源比降低导致果实单果重变化的原因是__________。
（4）为进一步研究叶片光合产物分配原则进行了实验，库源处理如图所示，用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用，结果见表2。
果实位置 果实中含13C光合产物（mg） 单果重（g）
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是__________。
（5）综合上述实验结果，从调整库源比分析，下列措施中能提高单枝的合格果实产量（单果重10g以上为合格）的是哪一项？__________
A. 除草 B. 遮光 C. 疏果 D. 松土
【解析】（1）叶绿体中的色素易溶于无水乙醇，因此用乙醇作为提取液；
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13 CO2，13 CO2先与叶绿体内的C5结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的ATP和NADPH中的化学能，合成的糖分子运输到果实等库中。
在本实验中，选用13 CO2的原因有研究光合产物从源分配到库生成过程，研究净光合积累有机物的量等。
（3）分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率降低；果实中含13C光合产物的量增多；库源比降低导致果实单果重变化的原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
（4）根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多。
（5）综合上述实验结果，从调整库源比分析，能提高单枝的合格果实产量的是疏果，减小库和源的比值，能提高果实产量，故选C。
【答案】（1）叶绿体中的色素易溶于无水乙醇 （2） C5 ATP和NADPH 研究光合产物从源分配到库生成过程；研究净光合积累有机物的量
（3）降低 增加 库源比降低，植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
（4）离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多 （5）C
7．（2023浙江6月选考）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组（白光）、A组（红光：蓝光=1：2）、B组（红光：蓝光=3：2）、C组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。
回答下列问题：
（1）光为生菜的光合作用提供______，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因______作用失水造成生菜萎蔫。
（2）由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是______。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为______，最有利于生菜产量的提高，原因是______。
（3）进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是______。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以______，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有______。
【解析】（1）植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。
（2）分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物含量更高，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组（红光：蓝光=3：2）时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。
（3）由图可知，在25℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，因此，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。
【答案】（1） ①. 能量 ②. 渗透
（2） ①. 与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高 ②. 红光：蓝光=3：2 ③. 当光质配比为B组（红光：蓝光=3：2）时，植物叶绿素和氮含量都比A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物的光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）两组，净光合速率更大，积累的有机物更多
（3） ①. 在25℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高 ②. 升高温度 ③. 减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生
8．(2022·江苏卷)下列有关实验方法的描述，合理的是 ( )
A．将一定量胡萝卜切碎，加适量水、石英砂， 充分研磨，过滤， 获取胡萝卜素提取液
B．适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片， 可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C．检测样品中的蛋白质时， 须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D．用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少，可判断酵母菌的呼吸方式
【答案】B
【解析】解析：提取胡萝卜素的实验流程：胡萝卜→粉碎→干燥→有机溶剂萃取(胡萝卜素不溶于水)→过滤→浓缩→胡萝卜素提取液，A错误；黑藻叶片含有叶绿体，呈绿色，所以适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片可以先在显微镜下观察叶绿体的运动情况，观察细胞质的流动，同时黑藻叶片是成熟的植物细胞，可以发生质壁分离，以叶绿体为观察指标，B正确；双缩脲试剂鉴定蛋白质时不用加热，C错误；酵母菌呼吸作用产生的二氧化碳可使溴麝香草酚蓝(水)溶液由蓝变绿再变黄，不能用来检测酒精含量，D错误。
7．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【答案】D
【解析】初期容器内CO2浓度较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，从而使植物光合速率逐渐降低，呼吸作用逐渐升高，直至两者平衡趋于稳定，此时光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
9．(多选)(2022·湖南卷)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
【答案】AD
【解析】解析：夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，C错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。
10．(2022·河北卷)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所示。请回答下列问题：
(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NADPH的数量显著降低，其原因是 (写出两点即可)。
(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，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。
【解析】光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与。据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。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叶绿体中的基因编码。
【答案】（1）差速离心（2）叶绿体内部结构解体；光合色素减少（3）水分的散失 （4）细胞核 叶绿体
11．(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 d后(下图a)，测定相关指标(下图b)，探究遮阴比例对植物的影响。请回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量__________，原因可能是___________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期_________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以__________为对照，并保证除__________外，其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是___________。
【解析】(1)分析题图a可知，A组未遮阴，B组植株一半遮阴(50%遮阴)，C株全遮阴(100%遮阴)。分析题图b结果可知，培养10 d后，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2, C组叶绿素含量为4.7 mg·dm-2，原因可能是C组叶片为了适应低光照条件，积累更多的叶绿素捕获更多的光能。(2)比较图b，B1组叶绿素含量为5.3 mg·dm-2, B2组的叶绿素含量为3.9 mg·dm-2, A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2; B1组的净光合速率为20.5 umol CO2·m-2·s-1, B2组的净光合速率为7.0 umol CO2·m-2·s-1, A组净光合速率为11.8 umol CO2·m-2·s-1，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 mg·dm-2，净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 umol CO2·m-2·s-1，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的光合产物，因而生长更快。
(3)实验设计应使无关变量保持相同且适宜，故实验设计如下：选择前期培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗 。该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量，自变量为玉米遮阴程度，故B组为实验组，A、C组为对照组。如果B组遮阴比例条件下能提高作物产量，则下一步需要探究其他作物遮阴比例对产量的影响。
【答案】（1）高（或多） C组叶片为了适应低光照(或遮阴)条件，积累更多的叶绿素捕获更多的光能(合成/生成/形成较多的叶绿素以适应弱光环境)
（2）光合产物 （3）培养条件 A、C组 光照条件（遮阴程度/比例） 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
2
第4讲 细胞的能量代谢（3）
光合作用
1．光化学反应
光化学反应是批反应中心色素分子吸收光能而引发的氧化还原反应。
光系统，指光合作用中光吸收的功能单位，由叶绿素、类胡萝卜素、脂质和蛋白质组成。每一个光系统复合物含两个组分：捕光复合物和反应中心复合物。在叶绿体的类囊体膜上存在两个不同的光系统，分别是光系统I（PS I）和光系统II（PS II）。光系统I作用中心的叶绿素a称为P700其光吸收高峰在700nm，在红光区。光系统II作用中心内的叶绿素a称为P680，其光吸收高峰在680，偏向黄橙光。
PS II的结构和功能 PS II 由反应中心复合物和PS II捕光复合物（LHC II）组成。它们的功能是利用光能在类囊体膜腔面一侧裂解水并在基质侧还原质体醌，使类囊体膜的两侧形成质子梯度。反应中心复合物是一个由20多个不同多肽组成的叶绿素-蛋白质复合物（图4-3-1）。
LHC II 是一个由蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素和脂质分子组成的复杂的高疏水性膜蛋白复合物。
PS I的结构和功能 PS I由反应中心复合物和PS I捕光复合物（LHC I）组成（图4-3-2），其功能是利用吸收的光能或传递来的激发能在类囊体膜的基质侧将NADP+（氧化型辅酶II）还原为NADPH。
光合磷酸化 由光照所引起的电子传递与磷酸化作用相偶联而生成ATP的过程称为光合磷酸化。光合作用通过光合磷酸化形成ATP。再通过CO2同化将能量储存在有机物中。
2．C3植物、C4植物和CAM植物
（1）C4途径的反应
（2）C3 和C4植物
图示为C4基本途径和C3途径
在C4植物叶肉细胞内，一个CO2分子首先被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定，形成一个苹果酸分子(C4)。苹果酸进入维管束鞘细胞的线粒体中，释放出一个CO2，并且形成一分子丙酮酸。释放出来的CO2可进入卡尔文循环，丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，消耗ATP转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2。C4途径中的PEP羧化酶与CO2亲和力是C3途径中RuBP羧化酶的60倍。C4途径相当于一种CO2泵，能把进入叶肉细胞的CO2不断泵入维管束鞘细胞，在提高维管束鞘细胞中CO2浓度的同时抑制光呼吸。在炎热干燥的气候条件下，C4植物光合作用的效率高于C3植物。
（3）CAM植物
景天科、仙人掌科等植物，夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放出CO2，进入卡尔文循环，与此过程中有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为CAM途径。具有CAM途径的植物称为CAM植物，其主要生活在干旱少雨环境下，具有厚表皮、大液泡等特点，常见的有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌等。CAM植物只有在夜间才开放气孔，吸入的CO2在PEP羧化酶催化下直接与磷酸烯醇式丙酮酸结合生成草酰乙酸(C4)。草酰乙酸在酶的作用下还原为苹果酸(C4),并储存在液泡中。CAM植物在白天因防止蒸腾作用过强，气孔不开放，贮存在液泡中的苹果酸可产生一分子CO2和一分子丙酮酸，产生的CO2参与卡尔文循环(图4-3-4)。
CAM植物与C4植物中CO2都是先经C4途径，再由C3途径被固定成糖的。它们之间的主要区别是：CAM植物中CO2固定和糖的合成发生在同一个细胞内，但时间错开；而C4植物中这些过程发生在同一时间，但空间错开(图4-3-5)。两类植物都适合生活于热带地区，它们分别通过调整叶片结构和修饰光合作用的化学反应，增加局部CO2的量来确保光合作用的同时避免光呼吸的发生。
（4）C3、C4、CAM途径的比较
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸
CO2固定的时间 白天 白天 白天和夜晚
光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
有无光合午休 有 无 无
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
2．光呼吸
（1）光呼吸是植物细胞依赖光照，吸收O2并放出CO2的过程。
（2）光呼吸与光合作用的关系如下图所示。
（3）RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化RuBP的羧化反应，又可催化RuBP的氧化反应。O2是羧化反应的竞争性抑制剂，CO2是氧化反应的竞争性抑制剂。RuBP羧化酶处于光合碳还原和光合碳氧化两个方向相反但又相互连锁的循环反应交叉点上，RuBP羧化酶催化的羧化反应和氧化反应的相对速率完全取决于CO2和O2的相对浓度。RuBP羧化酶对RuBP的两种作用如右图所示。
（4）光呼吸的生理功能
①减少光抑制。在高光强、高温、干旱环境下，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，会导致光抑制。此时，植物的光呼吸释放CO2,消耗多余的能量，减少活性氧的产生，对光合器官起保护作用。
②在有氧条件下避免损失过多的碳。光呼吸虽然损失一些有机碳，但通过C2（磷酸乙醇酸）循环可以弥补一些损失的碳。
③光呼吸代谢中涉及多种氨基酸的转变，这对细胞的氮代谢有利。
④光呼吸可以为光合作用提供磷，参与某些蛋白的合成过程。
五、教材拾遗
1．破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，该菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌容易大量繁殖。
2．松土可以增加土壤的透气性，促进根细胞的有氧呼吸，利于根细胞对矿质离子的吸收，促进土壤中枯枝落叶、动物遗体和粪便等有机物的分解，利于农作物生长。松土还促进了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，从而使温室效应和全球气候变暖等问题更严重；松土容易造成水土流失，可能成为沙尘暴的一种诱发因素。
3．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，而不吸收红光。
4．光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖，蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。C3指三碳化合物—3－磷酸甘油酸，C5指五碳化合物—核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
5．少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。例如，生活在土壤中的硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将二氧化碳和水合成糖类。这些糖类就可以供硝化细菌维持自身的生命活动，这个过程称为化能合成作用。
6．夏季晴朗的白天，中午光合速率下降的原因是光照过强、温度过高，有些植物为了减少水分的散失会关闭部分气孔，导致CO2供应不足，直接限制暗反应阶段；早晨和傍晚光合速率较低的原因是光照较弱，直接限制的是光反应阶段。
1．（2023·江苏·统考模拟预测）薇甘菊是外来入侵物种，研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12：00时的光照强度表示为100％，8：00时的光照强度为40％，17：00时的光照强度为20％，18：00时的光照强度为0，结果如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．17：00～18：00淀粉含量下降是因为呼吸作用大于光合作用
B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，说明此时光合速率较低
C．8：00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构有线粒体和叶绿体
D．薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片厚度会变厚，有利于捕获更多光能适应弱光环境
【答案】A
【解析】A、17:00以后及黑暗中，光合作用速率下降直至黑暗下无光合作用，此时细胞呼吸消耗量大于光合作用合成量，淀粉含量下降，薇甘菊白天储存的淀粉在夜间被分解，生成ATP，用于生长发育，A正确；B、图中8:00~12:00光合作用速率较高，但光合作用光反应阶段合成的ATP迅速水解用于暗反应合成有机物供能，所以ATP含量不提高，B错误；C、光照条件下，薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和有氧呼吸，产生ATP的场所有叶绿体(类囊体)、细胞质基质、线粒体(基质和内膜)，C错误；D、薇甘菊长期在弱光下生长时，为捕获更多的光，叶面积和冠面积就会增大，叶片厚度会变薄，有利于适应弱光环境，D错误。
2．（2023·江苏常州·常州市第三中学校考模拟预测）红树植物健康生长需要适宜的淹水环境和盐度。随着底泥的淤升，某湿地红树林生境陆化严重，红树植物长势变差。该湿地红树林优势种为秋茄，平均树高约7米，林下有零星分布的桐花树。通过周期性补充海水，模拟秋茄林的淹水生境，在研究区域的秋茄林内设置3个补海水组样方和3个对照组样方，每个样方内取3个深的沉积柱样土壤底泥，每个沉积柱以间隔进行分样，将3个沉积柱同一水平的分样混匀，测量底泥的理化性质和净光合速率如下表所示。下列分析错误的是（ ）
含水率 盐度/% 净光合速率/
对照组平均值 40.20±4.10 1.89±0.37 2.13±1.25
补海水组平均值 42.46±3.20 2.12±0.45 5.47±0.46
A．经补海水修复后，秋茄叶片的光合作用能力提升
B．对照组的处理是无周期性补充海水或不补充海水
C．处理相同的时间，用取样器取样后，共需对获得的18份沉积物样品进行检测
D．秋茄与桐花树高低错落构成群落的垂直结构，提高利用阳光等环境资源的能力
【答案】C
【解析】A、根据表格数据可知，补海水组净光合速率平均值大于对照组，说明经补海水修复后，秋茄叶片的光合作用能力提升，A正确；B、本实验自变量是探究周期性补水对植物生长的影响，所以实验组的处理是进行周期性补水，而对照组的处理是无周期性补水或不补水，B正确；C、由于每个样方内取3个30cm深的沉积柱样土壤底泥，每个沉积柱以5cm间隔进行分样，则每个沉积柱取6个分样，将3个沉积柱同一水平的分样混匀，测量底泥的理化性质和净光合速率，共需对获得的（3+3）×6=36份沉积物样品进行检测，C错误；D、秋茄与桐花树高低错落，构成了群落的垂直结构，有利于提高群落利用阳光等环境资源的能力，D正确。
3．（2023·江苏南京·南京市第九中学校考模拟预测）格鲁于1682年所写的书中提到芦荟有时尝起来是酸的。班杰明·海那发现：落地生根的叶子在早晨嚼起来是酸的，到中午时则无味，晚时则略苦，有科学家后来以石蕊试纸证实了海那的发现。原来景天科植物（如景天、落地生根）的叶子有一个很特殊的CO2固定方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列分析正确的是（ ）
A．如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率将随之提高
B．由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区
C．白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相关
D．景天科植物参与卡尔文循环的CO2就是来源于苹果酸的分解
【答案】B
【解析】A、由题意可知，白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率不会提高，因为此时叶肉细胞的气孔是关闭的，A错误；B、由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区，因为气孔白天关闭正好应对了高温干旱的环境，避免了水分大量蒸发，同时其固定CO2的机制也保证了光合作用的正常进行，B正确；C、白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸会通过脱羧作用形成CO2参与光合作用，进而合成葡萄糖，显然白天苹果酸的含量和葡萄糖的含量呈负相关，C错误；D、景天科植物参与卡尔文循环的CO2除了来源于苹果酸的分解外，还有呼吸作用产生的CO2，D错误。
4．（2023·江苏·一模）下图为生物膜系统和细胞器的相关图示，关于图中的说法不正确的是（ ）
A．图1中C代表的细胞器是叶绿体，产生氧气的场所是其类囊体薄膜
B．图2中丙代表的细胞器是真核细胞和原核细胞共有的
C．图1中的①②两个过程体现了生物膜系统的统一性和流动性
D．图2中的甲就是图1中的E和F，图2中的乙就是图1中的C和D
【答案】D
【解析】A、图1中，C为叶绿体膜，可代表的细胞器是叶绿体，光合作用产生氧气的场所是其类囊体薄膜，A正确；B、图2中，丙无膜结构，但有核酸，所以丙为核糖体，真核细胞和原核细胞共有的细胞器，B正确；C、图1中的①②两个过程生物膜成分相互转化，且这些生物膜的组成成分和结构很相似，体现了生物膜系统的统一性和流动性，C正确；图2中，甲、乙是具膜细胞器，甲含有核酸，所以甲可以代表线粒体或叶绿体，乙可以代表内质网、高尔基体，D错误。
5．（2023·江苏常州·常州市第三中学校考三模）植物在光照、高氧及低二氧化碳情况下可以发生五碳化合物与氧气结合而阻止碳反应的过程。为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性某同学选取来自树冠不同层的甲、乙两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．甲叶片是树冠下层叶，乙叶片是树冠上层叶
B．实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积必须相同
C．a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等
D．c、d两点，相同面积的甲叶片的叶绿体释放氧气速率可能相等
【答案】B
【解析】A、由题图可知，甲叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于乙叶片，因此甲叶片来自树冠下层，乙叶片是树冠上层叶，A正确；B、实验选材时，所选取的甲、乙两种叶片面积不需要相同，因为净光合速率与叶片面积无关，B错误；C、a、b两点，相同面积的甲、乙两种叶片的叶绿体吸收CO2速率不相等，因为此时净光合为0，所以吸收二氧化碳的速率等于光照强度为0的时候的净光合速率的绝对值，C正确；D、c、d两点，相同面积的甲叶片的叶绿体释放氧气速率可能相等，因为叶片叶绿体的数目不确定，所以单个叶绿体释放氧气的速率可能相等，D正确。
6．（2023·江苏·一模）硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，有关叙述中正确的是（ ）
A．该过程与光合作用非常相似，都需要光合色素
B．该过程需要在具有NH3和O2存在的条件下才可以进行
C．硝化细菌是原核生物，细胞内有类似叶绿体的结构
D．该过程合成有机物的原料是其它有机物
【答案】B
【解析】A、硝化细菌不需要光照，硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，不需要光合色素，A错误；B、硝化细菌是需氧自养型菌，其能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3，该过程需要在具有NH3和O2存在的条件下才可以进行，B正确；C、硝化细菌不需要光照，细胞内没有类似叶绿体的结构，C错误；D、该过程合成有机物的原料是NH3和O2，是无机物，D错误。
7．（2023·江苏盐城·盐城中学校考三模）图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中，（不同时间内光照强度不同）测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况。下列叙述错误的是（ ）
A．图甲中，当光照强度相对值为2时，黑藻的氧气产生速率相对值为0
B．图甲中，当光照强度相对值为7时，若要提高黑藻光合速率，可适当增加CO2浓度
C．图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6h、8～10h
D．由图乙分析，黑藻在该密闭环境中经过12h后有机物的含量上升
【答案】A
【解析】A、由图甲可知，光照强度相对值为2时，黑藻的氧气释放速率为0，其呼吸作用消耗氧气的速率为2，所以其产生氧气的速率为2，A错误；B、图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不能提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；C、图乙中，在4-6h、8-10h内，黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等（即光合速率等于呼吸速率），导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化，C正确；D、据图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12h后，密闭玻璃容器中的二氧化碳浓度比起始时的浓度低，所以黑藻光合速率大于呼吸速率，有机物含量上升，D正确。
8．（2023·江苏南通·统考模拟预测）下图是大豆叶肉细胞和根瘤细胞中的部分代谢示意图，其中A～E代表物质，①～⑧代表过程。根瘤菌在根瘤细胞中以类菌体的形式存在，固氮酶对氧气高度敏感，在低氧环境下才能发挥作用。请回答下列问题。
(1)物质B、E分别是________、________。发生在细胞质基质中的代谢途径有________（填序号）。
(2)叶绿体、类菌体中合成物质C的场所分别是________、________。
(3)大豆叶肉细胞合成的有机物以________（物质）形式进行长距离运输，与葡萄糖相比用该物质进行运输的优点是________。
(4)类菌体膜内及四周存在大量豆血红蛋白，其意义是：既能维持________环境有利于固氮酶发挥作用，又提供适量氧气利于________的进行。
(5)丙酮酸激酶催化PEP转化为丙酮酸，当输入根瘤细胞的有机物增多，丙酮酸激酶基因的表达水平就会降低，这有利于根瘤细胞固氮，原因是________。
【解析】（1）B是水在类囊体薄膜光解释放的气体则为O2，A是水，暗反应过程中固定CO2，则E是CO2。⑥TP形成蔗糖的过程发生在细胞质基质。（2）C是ATP，在叶绿体中形成ATP的场所是类囊体薄膜，类菌体中合成物质ATP的场所分别是类菌体基质和类菌体膜。（3）叶肉细胞的光合产物主要以蔗糖的形式进行长距离运输，主要是因为蔗糖在水中的溶解度较大，且作为非还原糖不易被氧化，化学性质稳定。（4）豆血红蛋白能够结合氧气，则类菌体膜内及四周存在大量豆血红蛋白可维持低氧环境有利于固氮酶发挥作用，同时又能为类菌体有氧呼吸提供氧气。（5）丙酮酸激酶基因的表达水平就会降低，有利于减缓有机物的氧化分解，使更多的有机物用于固氮。
【答案】(1) O2 CO2 ⑥
(2) 类囊体薄膜 类菌体基质和类菌体膜
(3) 蔗糖 非还原糖较稳定（或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响较小）
(4) 低氧 有氧呼吸
(5)减缓有机物的氧化分解，使更多的有机物用于固氮
9．（2023·江苏南通·统考三模）某研究小组为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响。科研人选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗，在高温条件下进行相关实验，部分结果如下图1所示。请分析回答：
(1)科研人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，若取此时的叶片进行色素的提取和分离实验，结果显示滤液细线上第______条色素带明显变窄，此现象与研磨时未添加______的现象类似。
(2)分析图中数据可知，第2~4d由于高温干旱，保卫细胞______(“吸水”或“失水”)导致气孔关闭，胞间CO 浓度降低。第4~6d大豆净光合速率下降主要是由______(填“气孔因素”或“非气孔因素”)导致，此时大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，其意义是______。
(3)大豆在光照条件下可进行光呼吸(二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化硼浓度高时，Rubisco催化C5与二氧化碳反应；当氧气浓度高时，Rubisco催化C5与氧气反应生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3)部分过程如图2所示。
①图2中①过程需要的甲是由蛋白质和______构成的捕光复合物，该过程生成的乙是______。
②光呼吸会消耗光合作用中间产物，因此提高农作物的产量需要降低光呼吸。下列措施不能达到目的是______。
A．增施有机肥B．适时浇水C．降低温度
③大豆光呼吸过程降低农作物产量，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的积极意义有：消耗过剩的______，减少对叶绿体的损害；补充部分______。
(4)为研究光呼吸，将大豆放在一个密闭的恒温玻璃小室中，依次增强光照强度，随着时间的推移，温室内CO 浓度随光照强度的变化图3，c～d段，该植物叶肉细胞产生CO2的场所是______。
【解析】（1）在高温干旱条件下，大豆叶片变黄，这主要是由大豆叶肉细胞叶绿体中类囊体薄膜上的叶绿素含量降低引起的。因此是位于滤液细线上第1、2条色素带明显变窄，在研磨绿叶是需要加入碳酸钙，作用主要是保护色素，尤其是叶绿素。（2）2-4d，保卫细胞失水会导致气孔关闭，进而胞间二氧化碳浓度降低。4-6d时看图可知气孔导度在降低，但是胞间二氧化碳浓度并没有下降，因此第4~6d大豆净光合速率下降非气孔因素。可溶性小分子物质量增加可以增加细胞液渗透压，在一定范围下，细胞内与细胞外浓度差越大，吸水能力越强。（3）据图分析可知，①为水的光解，②为二氧化碳的固定，③为C3的还原，④为光呼吸。图中①为水的光解，该过程需要的甲是由蛋白质和色素构成的复合体，该过程生成的乙是H+。温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的。增加有机肥和适时浇水可以促进光合作用，提高农作物产量。AB可以达到目的，C达不到目的。材料中“当氧气浓度高时，Rubisco催化C5与氧气反应生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3”，因此可知对植物的积极意义有：消耗过剩的ATP和NADPH，减少对叶绿体的损害；补充部分CO 。（4）由图3可知，ab段CO2浓度一直增加，说明呼吸速率大于光合速率，bc段CO2浓度下降，说明随着光照强度增加，光合速率大于呼吸速率，再继续增加光照，此时光呼吸速率加强，叶肉细胞产生CO2的场所是除了呼吸作用的线粒体，还有光呼吸的场所叶绿体。
【答案】(1) 1、2 CaCO
(2) 失水 非气孔因素 提高细胞的渗透压，增强细胞的吸水能力
(3) 色素 H+ C ATP和NADPH CO
(4)线粒体、叶绿体
10．（2023·江苏5月联考） 研究表明，关节炎小鼠的软骨退化与细胞中合成代谢不足，缺乏正常运作所需的能量（如ATP等）有关。我国科学家开发了一种纳米级植物光合系统（NTU），并将其植入关节炎模型鼠体内，以期减缓小鼠骨关节炎疾病发展进程。下图是本研究的主要路径，请回答下列问题。
（1）过程①中，可利用______技术分离出叶肉细胞中的叶绿体，再利用______（“低渗”或“等渗”或“高渗”）溶液使叶绿体破裂，释放出类囊体，进一步分离获得纳米级光合系统（NTU）。
（2）下图是过程②功能检测的实验结果，实验中红光照射的目的是______，结果表明制备的类囊体基本保持完整，其主要依据是______。
（3）为实现跨物种的应用，过程③中研究人员选用同种小鼠软骨细胞膜封装的NTU，一方面可有效地逃避小鼠______细胞的识别和清除；另一方面可被病变的软骨细胞______，进而改善病变的软骨细胞的生理功能。
（4）为测试CM-NTUs对小鼠骨关节炎的体内治疗效果，研究人员开展如下实验，请完成下表。
实验步骤 简要操作过程
关节炎模型鼠分组 ①______
设计实验组 和对照组 对健康鼠（a组）和上述4组模型鼠（b～e组）进行如下主要操作：a组不做处理，b、c组注射空囊泡，②______，其中③______两组用红光照射小鼠骨关节部位，各组小鼠均正常饲喂。
实验结果记录 并统计 治疗后12周，测定5组小鼠右后肢最大爬地力量相对值，结果如下图。
结果分析及结论 依据实验结果可得出的结论是④______。
【解析】(1)可利用差速离心技术分离出叶肉细胞中的叶绿体，再利用低渗溶液使叶绿体吸水破裂，释放出类囊体，进一步分离获得纳米级光合系统（NTU）。(2)红光照射的目的是提供类囊体光合作用所需的能量。图中显示类囊体在光下能进行光反应合成了ATP和NADPH，说明制备的类囊体基本保持完整。(3)选用同种小鼠软骨细胞膜封装的NTU，一方面可有效地逃避小鼠巨噬（吞噬）细胞的识别和清除；另一方面可被病变的软骨细胞摄取，进而改善病变的软骨细胞的生理功能。(4)本实验中选取年龄、生理状态基本一致的关节炎模型鼠若干，将它们随机均分为4组，对健康鼠（a组）和上述4组模型鼠（b～e组）进行如下主要操作：a组不做处理，b、c组注射空囊泡，d、e组注射等量的CM-NTUs，其中c、e组两组用红光照射小鼠骨关节部位，各组小鼠均正常饲喂。治疗后12周，测定5组小鼠右后肢最大爬地力量相对值。结果显示e组即植入CM-NTUs并辅以光照后，最大爬地力量相对值恢复最好，说明本实验能够有效缓解小鼠关节炎症状。
【答案】（1） 差速离心 低渗 （2） 提供光合作用所需的能量 类囊体在光下能进行光反应合成了ATP和NADPH （3）巨噬（吞噬） 摄取
（4） 选取年龄、生理状态基本一致的关节炎模型鼠若干，将它们随机均分为4组 d、e组注射等量的CM-NTUs c、e组 植入CM-NTUs并辅以光照能够有效缓解小鼠关节炎症状
1．（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，PSIⅡ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】A、叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱 ，B正确；C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；D、PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D正确。
2．（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
【答案】D
【解析】A、高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；B、高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；C、高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；D、高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
3．（2023·全国乙卷）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D. 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
【答案】D
【解析】A、叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；B、光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；D、叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
4．（2023·全国甲卷）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
（1）叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”，“红光”或“绿光”）。
（2）将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是 。
（3）叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
【解析】（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色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。
（2）光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
（3）要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，先进行饥饿处理，排除原有淀粉的干扰。之后甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，需要脱绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期的结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
【答案】（1） 差速离心 类囊体（薄）膜 蓝紫光
（2）悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类。
（3）思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，两组植物应均进行饥饿处理（置于黑暗中一段时间消耗有机物），甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
5．（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Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K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7μmol·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）。
【解析】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，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，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。
（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。
（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，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
【答案】（1） ①. 3-磷酸甘油醛 ②. 蔗糖 ③. 维管组织
（2） ①. 高于 ②. 高光照条件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酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
（3）酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
6．（2023浙江1月选考）叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和光合产物分配的影响，实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率（μmol·m－2·s－1） 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物（mg） 21.96 37.38 66.06
单果重（g） 11.81 12.21 19.59
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题：
（1）叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是__________。
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿体内的__________结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的__________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有__________（答出2点即可）。
（3）分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率__________（填“升高”或“降低”）、果实中含13C光合产物的量__________（填“增加”或“减少”）。库源比降低导致果实单果重变化的原因是__________。
（4）为进一步研究叶片光合产物分配原则进行了实验，库源处理如图所示，用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用，结果见表2。
果实位置 果实中含13C光合产物（mg） 单果重（g）
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是__________。
（5）综合上述实验结果，从调整库源比分析，下列措施中能提高单枝的合格果实产量（单果重10g以上为合格）的是哪一项？__________
A. 除草 B. 遮光 C. 疏果 D. 松土
【解析】（1）叶绿体中的色素易溶于无水乙醇，因此用乙醇作为提取液；
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13 CO2，13 CO2先与叶绿体内的C5结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的ATP和NADPH中的化学能，合成的糖分子运输到果实等库中。
在本实验中，选用13 CO2的原因有研究光合产物从源分配到库生成过程，研究净光合积累有机物的量等。
（3）分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率降低；果实中含13C光合产物的量增多；库源比降低导致果实单果重变化的原因是植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
（4）根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多。
（5）综合上述实验结果，从调整库源比分析，能提高单枝的合格果实产量的是疏果，减小库和源的比值，能提高果实产量，故选C。
【答案】（1）叶绿体中的色素易溶于无水乙醇 （2） C5 ATP和NADPH 研究光合产物从源分配到库生成过程；研究净光合积累有机物的量
（3）降低 增加 库源比降低，植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。
（4）离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多 （5）C
7．（2023浙江6月选考）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组（白光）、A组（红光：蓝光=1：2）、B组（红光：蓝光=3：2）、C组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。
回答下列问题：
（1）光为生菜的光合作用提供______，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因______作用失水造成生菜萎蔫。
（2）由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是______。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为______，最有利于生菜产量的提高，原因是______。
（3）进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是______。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以______，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有______。
【解析】（1）植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。
（2）分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物含量更高，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组（红光：蓝光=3：2）时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。
（3）由图可知，在25℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，因此，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。
【答案】（1） ①. 能量 ②. 渗透
（2） ①. 与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高 ②. 红光：蓝光=3：2 ③. 当光质配比为B组（红光：蓝光=3：2）时，植物叶绿素和氮含量都比A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物的光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组（红光：蓝光=1：2）、C组（红光：蓝光=2：1）两组，净光合速率更大，积累的有机物更多
（3） ①. 在25℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高 ②. 升高温度 ③. 减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生
8．(2022·江苏卷)下列有关实验方法的描述，合理的是 ( )
A．将一定量胡萝卜切碎，加适量水、石英砂， 充分研磨，过滤， 获取胡萝卜素提取液
B．适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片， 可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C．检测样品中的蛋白质时， 须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D．用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少，可判断酵母菌的呼吸方式
【答案】B
【解析】解析：提取胡萝卜素的实验流程：胡萝卜→粉碎→干燥→有机溶剂萃取(胡萝卜素不溶于水)→过滤→浓缩→胡萝卜素提取液，A错误；黑藻叶片含有叶绿体，呈绿色，所以适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片可以先在显微镜下观察叶绿体的运动情况，观察细胞质的流动，同时黑藻叶片是成熟的植物细胞，可以发生质壁分离，以叶绿体为观察指标，B正确；双缩脲试剂鉴定蛋白质时不用加热，C错误；酵母菌呼吸作用产生的二氧化碳可使溴麝香草酚蓝(水)溶液由蓝变绿再变黄，不能用来检测酒精含量，D错误。
7．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【答案】D
【解析】初期容器内CO2浓度较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，从而使植物光合速率逐渐降低，呼吸作用逐渐升高，直至两者平衡趋于稳定，此时光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
9．(多选)(2022·湖南卷)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
【答案】AD
【解析】解析：夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，C错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。
10．(2022·河北卷)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所示。请回答下列问题：
(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NADPH的数量显著降低，其原因是 (写出两点即可)。
(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，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。
【解析】光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与。据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。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叶绿体中的基因编码。
【答案】（1）差速离心（2）叶绿体内部结构解体；光合色素减少（3）水分的散失 （4）细胞核 叶绿体
11．(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 d后(下图a)，测定相关指标(下图b)，探究遮阴比例对植物的影响。请回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量__________，原因可能是___________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期_________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以__________为对照，并保证除__________外，其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是___________。
【解析】(1)分析题图a可知，A组未遮阴，B组植株一半遮阴(50%遮阴)，C株全遮阴(100%遮阴)。分析题图b结果可知，培养10 d后，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2, C组叶绿素含量为4.7 mg·dm-2，原因可能是C组叶片为了适应低光照条件，积累更多的叶绿素捕获更多的光能。(2)比较图b，B1组叶绿素含量为5.3 mg·dm-2, B2组的叶绿素含量为3.9 mg·dm-2, A组叶绿素含量为4.2 mg·dm-2; B1组的净光合速率为20.5 umol CO2·m-2·s-1, B2组的净光合速率为7.0 umol CO2·m-2·s-1, A组净光合速率为11.8 umol CO2·m-2·s-1，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 mg·dm-2，净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 umol CO2·m-2·s-1，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的光合产物，因而生长更快。
(3)实验设计应使无关变量保持相同且适宜，故实验设计如下：选择前期培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗 。该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量，自变量为玉米遮阴程度，故B组为实验组，A、C组为对照组。如果B组遮阴比例条件下能提高作物产量，则下一步需要探究其他作物遮阴比例对产量的影响。
【答案】（1）高（或多） C组叶片为了适应低光照(或遮阴)条件，积累更多的叶绿素捕获更多的光能(合成/生成/形成较多的叶绿素以适应弱光环境)
（2）光合产物 （3）培养条件 A、C组 光照条件（遮阴程度/比例） 以其他作物为材料重复上述实验(或探究提高玉米产量的最适遮阴比例)
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