(共79张PPT)
光合作用的拓展及其与细胞呼吸
影响因素的分析应用
第2讲
目 录
主题微课(一) 光呼吸与二氧化碳
固定的其他途径
主题微课(二) 光合作用与细胞呼吸的
影响因素及应用
01
02
01
主题微课(一) 光呼吸与二氧化碳
固定的其他途径
深化点(一) 光呼吸与细胞呼吸
1.光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。当CO2与O2浓度之比较高时,Rubisco酶能够催化CO2与C5反应,生成C3,反之,当CO2与O2浓度之比较低时,光呼吸水平增加,Rubisco酶就会更多地催化C5与O2反应,生成乙醇酸(C2),C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。
2.辨析光呼吸与细胞呼吸的关系
光呼吸 细胞呼吸
底物 底物是光照下叶绿体新形成的,如乙醇酸 常用底物是葡萄糖,可以是新形成,也可以是储存的
场所 只发生在光合细胞中,在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用下进行 所有活细胞中都可以进行
条件 光下,O2与CO2比值相对高时 有氧、无氧都可进行,光下、暗处都可进行
意义 CO2供应不足时,消耗过多的NADPH和ATP,以避免对细胞造成伤害 为生命活动提供直接能源物质ATP
续表
情境迁移训练
(1)Rubisco酶催化的底物有______________,植物进行光呼吸需要的条件有_____________________________ (至少写出两点)。
(2)光呼吸会消耗有机物、释放CO2,降低了植物的净光合速率,影响农作物产量,可适当地抑制光呼吸以增加作物产量,可采取的措施有_________
_______________________________________________________________________________________________________________ (至少写出两点)。
C5、CO2、O2
光照、高O2含量或低CO2含量
提高
Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、
大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂
(3)光呼吸也有积极意义,在干旱高温天气或过强光照下,水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。这些作物中光呼吸存在的意义是________________________________________________
_____________________________________________________。
避免光反应过程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的伤
害,同时消除乙醇酸对细胞的毒害,回收碳元素,减少碳的流失
深化点(二) 二氧化碳的三种浓缩机制
1.C4植物的CO2浓缩机制
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浓缩机制
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)。
情境迁移训练
(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)
(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______________
_________________________________________________________。
(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Rubisco周围的CO2浓度,从而促进___________。
低
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
自由扩散和主动运输
CO2固定
(5)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______________________________________。
(6)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_______________________
_______________________。
自然选择
不能
没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH
干旱
有效避免白天旺盛的蒸腾
作用造成水分过多散失
考法(一) 光呼吸与光合作用
1.(2024·肇庆二模)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶,参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2值高时,使RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2值低时,使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸,具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是( )
微 课 测 评 作 业
A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D.干旱、晴朗的中午,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
√
解析：玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜,通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质,A正确;光呼吸在叶绿体基质等部位进行,但不发生在细胞质基质中,B错误;由题图可知,在CO2/O2的值低时,RuBP结合O2发生光呼吸,光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH,C错误;干旱、晴朗的中午,胞间CO2浓度会降低,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强,D错误。
2.(2024·黑吉辽高考)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是____________过程。
解析：题图1中反应①是CO2和C5在酶的作用下形成C3,此反应是发生在叶绿体基质中的CO2的固定过程。
CO2的固定
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是_____________和______________。
解析：以葡萄糖为反应物的有氧呼吸会在第一阶段产生少量的NADH,第二阶段产生大量的NADH,有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质,第二阶段的场所是线粒体基质。
细胞质基质
线粒体基质
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境,还可来自_______和___________ (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是________________________________________________________________________________________________。据图3中的数据______ (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是________________________
__________________________________________________________________________________________________________________。
+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率
光呼吸
细胞呼吸
与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快
不能
总光合速率=净光合速率
解析：题图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境,还可来自细胞呼吸和光呼吸;7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快;总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是______________________________________________
_________________。
相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比
株系2和WT的更高
解析：据题图2和题图3可知,相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高,因此其积累的有机物更多,产量可能更具优势。
考法(二) 光合作用CO2固定的特殊途径
3.(2024·北京丰台一模)CAM植物白天气孔关闭,夜晚气孔打开,以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径,相关叙述不正确的是( )
A.催化过程①和过程②所需的酶不同
B.卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜
C.CAM植物白天气孔关闭可减少水分散失
D.夜晚缺乏NADPH和ATP不能进行卡尔文循环
√
解析：过程①是将CO2转化为C4,过程②是卡尔文循环中CO2的固定,酶具有专一性,过程①和过程②的产物不同,因此催化过程①和过程②所需的酶不同,A正确;卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段,CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质,B错误;CAM植物白天关闭气孔,能减少水分散失以适应干旱环境,C正确;在夜晚黑暗条件下光反应不能进行,无法为暗反应提供ATP和NADPH,不能进行卡尔文循环,D正确。
4.(2024·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 ( )
A.可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用
B.图中HC的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体
C.物质X为氧气,通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质
D.在水光解产生的H+作用下,可提高叶绿体内CO2水平,利于暗反应进行
√
解析：细胞呼吸和光合作用能产生ATP,可为图中生命活动提供ATP,A正确;HC从细胞外进入细胞质基质为主动运输,从细胞质基质进入叶绿体为主动运输,主动运输的方向为逆浓度梯度,HC的浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体,B错误;线粒体为有氧呼吸的主要场所,光反应产生的物质X(氧气)可进入线粒体促进ATP合成,HC从细胞外进入细胞质基质,从细胞质基质进入叶绿体均为主动运输,通过提高有氧呼吸水平可促进 HC进入细胞质基质,C正确;水光解产生的H+与HC结合会产生CO2,可提高叶绿体内CO2水平,CO2为暗反应原料,利于暗反应进行,D正确。
5.(2024·漳州模拟)小麦和玉米是两种主要的粮食作物,但其产量一直存在明显差异。玉米固定CO2的能力强,光合速率约为小麦的1.5倍。科学家对小麦和玉米的光合作用过程进行研究,给小麦提供14CO2,发现最早出现14C标记的是C3,然后是C5、丙糖磷酸、葡萄糖等,该途径称为C3途径;给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物却是C4,玉米光合作用部分过程如下图所示。请回答下列问题：
(1)玉米叶片进行光合作用时,CO2先在叶肉细胞中被固定,图中a代表的物质是_______,该物质进一步转化成苹果酸后转移到与其相邻的维管束鞘细胞中再释放CO2,为C3途径提供原料,这种浓缩CO2的机制称为C4途径。玉米通过C4途径和C3途径固定CO2时,与CO2结合的物质分别是_______和______。
C4
PEP
C5
解析：由题干信息可知：给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物是C4,故a为C4;据题图可知,CO2能与PEP结合形成a,也能在卡尔文循环中与C5结合形成C3,因此与CO2结合的物质分别是PEP和C5。
(2)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,试说明C4途径的适应意义：_______________________________
___________________________________________________________
_____________________________________________。
解析：玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,这些地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,使得细胞中CO2浓度较低,而C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行。
热带地区的强光照、高温、干旱
条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的
存在可以高效利用CO2,保证光合作用的正常进行
(3)叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,蔗糖合成会_____,原因是____________________
__________________________________________________________________________________。
降低时,运出叶绿体的丙糖磷酸会减少,丙糖磷酸是合成蔗糖的原料,所以蔗糖的合成会减少
减少
当细胞质基质中Pi水平
解析：由题图可知,维管束鞘细胞的叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,由于合成蔗糖的原料丙糖磷酸减少,蔗糖的合成会减少。
(4)淀粉和蔗糖是光合作用的两个主要末端产物。蔗糖是光合产物从叶片向各器官移动的主要形式,淀粉是一种暂贮存形式。小麦经过光合作用后,叶片淀粉含量很少,蔗糖积累较多,有利于小麦的产量提高。在农业生产上,尤其是小麦灌浆期,可以采取什么措施提高小麦产量 ____________________。
适当增加施用磷肥
解析：在小麦灌浆期,通过适当增施磷肥,通过磷酸转运体TPT的作用,将更多的Pi运入叶绿体,同时将丙糖磷酸运出叶绿体,合成蔗糖,同时促进光合作用的进行,有利于小麦的生长和产量提高。
02
主题微课(二) 光合作用与细胞呼吸
的影响因素及应用
深化点(一) 胁迫(逆境)对光合作用的影响
1.胁迫的类型
胁迫可分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。非生物胁迫主要有光照、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
类型 影响原理 主要表现
光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件,通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成;对类囊体膜造成损伤
CO2 CO2是光合作用的反应物,低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降
类型 影响原理 主要表现
温度 低温逆境和高温逆境,主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏;引起气孔关闭,影响CO2的吸收
水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭,影响CO2吸收而影响暗反应,进而影响光合作用;农作物被水淹时,根细胞进行无氧呼吸产生酒精等,对细胞造成毒害
类型 影响原理 主要表现
无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成,如叶绿素(Mg2+);②盐胁迫影响根系吸水,进而影响气孔开放程度;③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性
1.乳酸脱氢酶(LDH)和乙醇脱氢酶(ADH)能催化不同类型的无氧呼吸,红薯品系A耐低氧能力强,而品系B对低氧逆境敏感。低氧胁迫处理的第3天,测定品系A块根中ADH的活性显著高于对照组,LDH活性无显著变化,而品系B块根中LDH活性显著提高,ADH的活性变化不大。下列说法正确的是 ( )
微 课 测 评 作 业
A.低氧胁迫条件下,红薯品系A和品系B细胞呼吸的途径不同
B.以葡萄糖为呼吸底物,产物分别为乳酸和酒精时,均伴随ATP的产生
C.推测ADH活性增强不利于低氧条件下红薯品系A的生长
D.红薯品系A在低氧条件下的呼吸终产物是乳酸
√
解析：分析题意,红薯品系A和品系B都同时存在乳酸脱氢酶(LDH)和乙醇脱氢酶(ADH),低氧胁迫条件下,二者细胞呼吸的途径相同,A错误;以葡萄糖为呼吸底物,产物分别为乳酸和酒精时,均在无氧呼吸第一阶段有ATP的产生,B正确;已知红薯品系A耐低氧能力强,在低氧胁迫条件下,品系A中ADH的活性显著提高,LDH活性无显著变化,说明ADH活性增强有利于低氧条件下红薯品系A的生长,C错误;红薯品系A根细胞中含有乳酸脱氢酶(LDH),也含有乙醇脱氢酶(ADH),因此在氧气不充足的条件下,进行无氧呼吸既能产生乳酸也能产生酒精,D错误。
2.(2024·运城开学考试)植物中许多含铁化合物都参与了光合作用,植物体内约有80%的铁储存于叶绿体内,在缺铁条件下,叶绿素含量会减少。下列叙述正确的是 ( )
A.光合作用的光反应发生在叶绿体外膜和类囊体薄膜上
B.缺铁时叶绿素含量减少说明铁是合成叶绿素的元素
C.铁为微量元素,但对细胞的正常生命活动至关重要
D.在铁充足时,光反应产生的ATP可用于CO2固定
√
√
解析:光合作用的光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上,不在叶绿体外膜,A错误;缺铁时叶绿素含量减少,但不能说明铁是合成叶绿素的元素,B错误;铁为微量元素,在细胞中含量较少,但对细胞的正常生命活动至关重要,C正确;在铁充足时,光反应产生的ATP可用于暗反应中C3的还原,CO2固定不消耗能量,D错误。
深化点(二) 自然环境与密闭环境中光合速率变化分析
图示解读
3.(2024·武威二模)将小麦幼苗叶片放在温度适宜的密闭容器内,测得该容器内氧气量的变化情况如下图所示。下列说法错误的是 ( )
微 课 测 评 作 业
A.用溴麝香草酚蓝溶液检测0~5 min容器内的气体,可观察到溶液由蓝变绿再变黄
B.B点时,小麦叶片的光合速率等于呼吸速率
C.若小麦叶片的呼吸速率保持不变,则5~15 min叶片产生氧气的速率为6×10-8 mol/min
D.若B点时向容器内供应CO2,短时间内叶绿体基质中C5含量增加
√
解析:溴麝香草酚蓝溶液可用于检测CO2,0~5 min,黑暗条件下,叶片只进行呼吸作用,释放CO2,容器内含有CO2,可观察到溶液由蓝变绿再变黄,A正确;密闭容器中氧气浓度取决于有氧呼吸强度和光合作用强度的大小,B点时氧气浓度不变,说明B点时叶片的光合速率等于呼吸速率,B正确;黑暗条件下测得的呼吸速率=2×10-8 mol/min;而在光照下测得的是净光合速率=4×10-8 mol/min,氧气产生速率为总光合速率,即为呼吸速率与净光合速率之和,是6×10-8 mol/min,C正确;限制B点光合速率的因素为CO2浓度,若B点时间向容器内供应CO2,短时间内CO2的固定速率加快,消耗的C5增多,而C5生成速率暂时不变,短时间内C5含量减少,D错误。
4.(2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是_______________,原因是_______________________
____________________________________________。
红光和蓝紫光
光合色素中的叶绿素主要
吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
解析：高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光,这是因为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)光照t时间时,a组CO2浓度________ (填“大于”“小于”或“等于”)b组。
解析：a组光照一段时间后,装置内O2浓度仍为M,说明a组的光照强度是光补偿点,装置内CO2浓度与初始保持相同;而b组光照强度大于a组,光合速率大于呼吸速率,装置内CO2浓度会降低,所以光照t时间时,a组CO2浓度大于b组。
大于
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是____组,判断依据是_________________________
_____________________________________________________。
b
密闭装置中O2浓度不再增
加时,光合速率等于呼吸速率,仅b组光合速率大于呼吸速率
解析：若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,说明光照t时间后c、d组由于CO2浓度下降导致光合速率下降到与呼吸速率相等;光照t时间后a组O2浓度与初始O2浓度相同,说明其光合速率始终等于呼吸速率;而此时b组O2浓度大于初始O2浓度,说明其光合速率大于呼吸速率,装置内O2浓度小于c组,可说明装置内CO2浓度大于c组,即光照t时间后b组光合速率并没有下降到与呼吸速率相等,b组植物幼苗光合速率仍然大于呼吸速率。同时每组温度保持恒定,呼吸速率不变,所以b组光合速率最大。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会______ (填“升高”“降低”或“不变”)。
解析：由上述分析可知,光照t时间后,限制d组光合速率的因素为CO2浓度,将d组密闭装置打开(CO2浓度上升),并以c组光照强度继续照光,则其幼苗光合速率会升高。
升高
深化点(三) 补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
1.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,由此可以区分阴生植物和阳生植物。
2.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析(如上图所示)
(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)
条件 B点(补偿点) C点(饱和点)
适当增大光照强度(或CO2浓度) 左移 右移
适当减小光照强度(或CO2浓度) 右移 左移
土壤缺Mg2+ 右移 左移
注意：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。
5.(2024·重庆黔江模拟)光补偿点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。光饱和点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。下表为研究人员测得的某森林中四种植物的光补偿点和光饱和点(其他环境条件均为最适)。下列叙述错误的是 ( )
微 课 测 评 作 业
植物种类 植物甲 植物乙 植物丙 植物丁
光补偿点/ (μmol·m-2·s-1) 140 68 39 23
光饱和点/ (μmol·m-2·s-1) 1 450 1 260 980 930
A.在光补偿点时,植物甲的叶肉细胞不再释放氧气
B.突然遮光处理,植物乙叶肉细胞中 C5 生成量减少
C.若继续提高一定的温度,植物丙的光饱和点将变小
D.最适合在较弱的光照环境中生长的是植物丁
解析：光补偿点时,叶肉细胞的光合作用强度和整株植物的呼吸作用强度相等,故此时叶肉细胞的光合作用强度大于叶肉细胞的呼吸作用强度,所以叶肉细胞有氧气释放出来,A错误;
√
突然遮光处理,光反应产生NADPH和ATP的过程受阻,导致C3还原速率减慢,故C5 生成量减少,B正确;据题干可知,原有的温度是最适温度,若继续提高一定的温度,与光合作用有关酶的活性下降,光饱和点将下降,C正确;植物丁达到光补偿点和光饱和点所需的光照强度最低,故最适合在较弱的光照环境中生长,D正确。
6.在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下,科研人员测得甲、乙两种水稻的光合速率变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.光照强度为1 klx时,甲、乙两种水稻的真正光合速率不等
B.在各自光补偿点时,甲水稻的光合速率为乙水稻的光合速率的1.5倍
C.未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻的光合速率的主要因素是CO2浓度
D.在各自光补偿点时,甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量与产生的CO2量相等
√
解析：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,由题图可知,在光照强度为1 klx时,甲处于光补偿点,因此甲的真正光合速率为10 mg/(100 cm2叶·h),此时乙的光合速率小于呼吸速率,因此乙水稻的真正光合速率为5 mg/(100 cm2叶·h),A正确;光合速率与呼吸速率相等时的光照强度即为光补偿点,据题图可知,在各自光补偿点时,甲水稻光合速率为10 mg/(100 cm2叶·h),乙水稻光合速率为15 mg/(100 cm2叶·h),乙水稻光合速率为甲水稻光合速率的1.5倍,B错误;
未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻光合速率的主要因素是光照强度,C错误;光补偿点为植物光合速率等于呼吸速率时的光照强度,此时甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量等于整个植株所有细胞产生的CO2量,即甲、乙水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,D错误。主题微课(一) 光呼吸与二氧化碳固定的其他途径
深化点(一) 光呼吸与细胞呼吸
1.光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。当CO2与O2浓度之比较高时,Rubisco酶能够催化CO2与C5反应,生成C3,反之,当CO2与O2浓度之比较低时,光呼吸水平增加,Rubisco酶就会更多地催化C5与O2反应,生成乙醇酸(C2),C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。
2.辨析光呼吸与细胞呼吸的关系
光呼吸 细胞呼吸
底物 底物是光照下叶绿体新形成的,如乙醇酸 常用底物是葡萄糖,可以是新形成,也可以是储存的
场所 只发生在光合细胞中,在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用下进行 所有活细胞中都可以进行
条件 光下,O2与CO2比值相对高时 有氧、无氧都可进行,光下、暗处都可进行
意义 CO2供应不足时,消耗过多的NADPH和ATP,以避免对细胞造成伤害 为生命活动提供直接能源物质ATP
情境迁移训练
(1)Rubisco酶催化的底物有 ,植物进行光呼吸需要的条件有 (至少写出两点)。
(2)光呼吸会消耗有机物、释放CO2,降低了植物的净光合速率,影响农作物产量,可适当的抑制光呼吸以增加作物产量,可采取的措施有
(至少写出两点)。
(3)光呼吸也有积极意义,在干旱高温天气或过强光照下,水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。这些作物中光呼吸存在的意义是
。
深化点(二) 二氧化碳的三种浓缩机制
1.C4植物的CO2浓缩机制
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浓缩机制
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)。
情境迁移训练
(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: 。
(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
。
(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Rubisco周围的CO2浓度,从而促进 。
(5)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 。
(6)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 。
[微课测评作业]
考法(一) 光呼吸与光合作用
1.(2024·肇庆二模)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶,参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2值高时,使RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2值低时,使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸,具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D.干旱、晴朗的中午,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
2.(2024·黑吉辽高考)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3;当CO2/O2比值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境,还可来自 和 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是
。
考法(二) 光合作用CO2固定的特殊途径
3.(2024·北京丰台一模)CAM植物白天气孔关闭,夜晚气孔打开,以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径,相关叙述不正确的是 ( )
A.催化过程①和过程②所需的酶不同
B.卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜
C.CAM植物白天气孔关闭可减少水分散失
D.夜晚缺乏NADPH和ATP不能进行卡尔文循环
4.(2024·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 ( )
A.可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用
B.图中HC的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体
C.物质X为氧气,通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质
D.在水光解产生的H+作用下,可提高叶绿体内CO2水平,利于暗反应进行
5.(2024·漳州模拟)小麦和玉米是两种主要的粮食作物,但其产量一直存在明显差异。玉米固定CO2的能力强,光合速率约为小麦的1.5倍。科学家对小麦和玉米的光合作用过程进行研究,给小麦提供14CO2,发现最早出现14C标记的是C3,然后是C5、丙糖磷酸、葡萄糖等,该途径称为C3途径;给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物却是C4,玉米光合作用部分过程如下图所示。请回答下列问题:
(1)玉米叶片进行光合作用时,CO2先在叶肉细胞中被固定,图中a代表的物质是 ,该物质进一步转化成苹果酸后转移到与其相邻的维管束鞘细胞中再释放CO2,为C3途径提供原料,这种浓缩CO2的机制称为C4途径。玉米通过C4途径和C3途径固定CO2时,与CO2结合的物质分别是 和 。
(2)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,试说明C4途径的适应意义:
。
(3)叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,蔗糖合成会 ,原因是
。
(4)淀粉和蔗糖是光合作用的两个主要末端产物。蔗糖是光合产物从叶片向各器官移动的主要形式,淀粉是一种暂贮存形式。小麦经过光合作用后,叶片淀粉含量很少,蔗糖积累较多,有利于小麦的产量提高。在农业生产上,尤其是小麦灌浆期,可以采取什么措施提高小麦产量
。
主题微课(二) 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用
深化点(一) 胁迫(逆境)对光合作用的影响
1.胁迫的类型
胁迫可分为生物胁迫和非生物胁迫两大类。非生物胁迫主要有光照、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
类型 影响原理 主要表现
光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件,通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成;对类囊体膜造成损伤
CO2 CO2是光合作用的反应物,低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降
温度 低温逆境和高温逆境,主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏;引起气孔关闭,影响CO2的吸收
水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭,影响CO2吸收而影响暗反应,进而影响光合作用;农作物被水淹时,根细胞进行无氧呼吸产生酒精等,对细胞造成毒害
无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括:①影响叶绿体中物质和结构的形成,如叶绿素(Mg2+);②盐胁迫影响根系吸水,进而影响气孔开放程度;③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性
[微课测评作业]
1.乳酸脱氢酶(LDH)和乙醇脱氢酶(ADH)能催化不同类型的无氧呼吸,红薯品系A耐低氧能力强,而品系B对低氧逆境敏感。低氧胁迫处理的第3天,测定品系A块根中ADH的活性显著高于对照组,LDH活性无显著变化,而品系B块根中LDH活性显著提高,ADH的活性变化不大。下列说法正确的是 ( )
A.低氧胁迫条件下,红薯品系A和品系B细胞呼吸的途径不同
B.以葡萄糖为呼吸底物,产物分别为乳酸和酒精时,均伴随ATP的产生
C.推测ADH活性增强不利于低氧条件下红薯品系A的生长
D.红薯品系A在低氧条件下的呼吸终产物是乳酸
2.(2024·运城开学考试)植物中许多含铁化合物都参与了光合作用,植物体内约有80%的铁储存于叶绿体内,在缺铁条件下,叶绿素含量会减少。下列叙述正确的是 ( )
A.光合作用的光反应发生在叶绿体外膜和类囊体薄膜上
B.缺铁时叶绿素含量减少说明铁是合成叶绿素的元素
C.铁为微量元素,但对细胞的正常生命活动至关重要
D.在铁充足时,光反应产生的ATP可用于CO2固定
深化点(二) 自然环境与密闭环境中光合速率变化分析
图示解读
[微课测评作业]
3.(2024·武威二模)将小麦幼苗叶片放在温度适宜的密闭容器内,测得该容器内氧气量的变化情况如下图所示。下列说法错误的是 ( )
A.用溴麝香草酚蓝溶液检测0~5 min容器内的气体,可观察到溶液由蓝变绿再变黄
B.B点时,小麦叶片的光合速率等于呼吸速率
C.若小麦叶片的呼吸速率保持不变,则5~15 min叶片产生氧气的速率为6×10-8 mol/min
D.若B点时向容器内供应CO2,短时间内叶绿体基质中C5含量增加
4.(2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持
恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是 ,原因是 。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度 (填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是 组,判断依据是 。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会 (填“升高”“降低”或“不变”)。
深化点(三)补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
1.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,由此可以区分阴生植物和阳生植物。
2.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析 (如上图所示)
(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)
条件 B点 (补偿点) C点 (饱和点)
适当增大光照强度(或CO2浓度) 左移 右移
适当减小光照强度(或CO2浓度) 右移 左移
土壤缺Mg2+ 右移 左移
注意: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。
[微课测评作业]
5.(2024·重庆黔江模拟)光补偿点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。光饱和点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。下表为研究人员测得的某森林中四种植物的光补偿点和光饱和点(其他环境条件均为最适)。下列叙述错误的是 ( )
植物种类 植物甲 植物乙 植物丙 植物丁
光补偿点/ (μmol·m-2·s-1) 140 68 39 23
光饱和点/ (μmol·m-2·s-1) 1 450 1 260 980 930
A.在光补偿点时,植物甲的叶肉细胞不再释放氧气
B.突然遮光处理,植物乙叶肉细胞中 C5 生成量减少
C.若继续提高一定的温度,植物丙的光饱和点将变小
D.最适合在较弱的光照环境中生长的是植物丁
6.在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下,科研人员测得甲、乙两种水稻的光合速率变化情况如图所示。下列相关叙述正确的是 ( )
A.光照强度为1 klx时,甲、乙两种水稻的真正光合速率不等
B.在各自光补偿点时,甲水稻的光合速率为乙水稻的光合速率的1.5倍
C.未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻的光合速率的主要因素是CO2浓度
D.在各自光补偿点时,甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量与产生的CO2量相等
第2讲 光合作用的拓展及其与细胞呼吸
影响因素的分析应用
课堂抓重难点·讲增分点
主题微课(一)
深化点(一)
(1)C5、CO2、O2 光照、高O2含量或低CO2含量
(2)提高Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂
(3)避免光反应过程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的伤害,同时消除乙醇酸对细胞的毒害,回收碳元素,减少碳的流失
深化点(二)
(1)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
(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)
(3)低 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)自由扩散和主动运输 CO2固定
(5)自然选择 不能 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH
(6)干旱 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失
微课测评作业
1.选A 玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜,通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质,A正确;光呼吸在叶绿体基质等部位进行,但不发生在细胞质基质中,B错误;由题图可知,在CO2/O2的值低时,RuBP结合O2发生光呼吸,光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH,C错误;干旱、晴朗的中午,胞间CO2浓度会降低,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强,D错误。
2.解析:(1)题图1中反应①是CO2和C5在酶的作用下形成C3,此反应是发生在叶绿体基质中的CO2的固定过程。
(2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸会在第一阶段产生少量的NADH,第二阶段产生大量的NADH,有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质,第二阶段的场所是线粒体基质。
(3)题图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境,还可来自细胞呼吸和光呼吸;7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快;总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率。
(4)据题图2和题图3可知,相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高,因此其积累的有机物更多,产量可能更具优势。
答案:(1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)光呼吸 细胞呼吸 与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快 不能
总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率 (4)相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高
3.选B 过程①是将CO2转化为C4,过程②是卡尔文循环中CO2的固定,酶具有专一性,过程①和过程②的产物不同,因此催化过程①和过程②所需的酶不同,A正确;卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段,CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质,B错误;CAM植物白天关闭气孔,能减少水分散失以适应干旱环境,C正确;在夜晚黑暗条件下光反应不能进行,无法为暗反应提供ATP和NADPH,不能进行卡尔文循环,D正确。
4.选B 细胞呼吸和光合作用能产生ATP,可为图中生命活动提供ATP,A正确;HC从细胞外进入细胞质基质为主动运输,从细胞质基质进入叶绿体为主动运输,主动运输的方向为逆浓度梯度,HC的浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体,B错误;线粒体为有氧呼吸的主要场所,光反应产生的物质X(氧气)可进入线粒体促进ATP合成,HC从细胞外进入细胞质基质,从细胞质基质进入叶绿体均为主动运输,通过提高有氧呼吸水平可促进 HC进入细胞质基质,C正确;水光解产生的H+与HC结合会产生CO2,可提高叶绿体内CO2水平,CO2为暗反应原料,利于暗反应进行,D正确。
5.解析:(1)由题干信息可知:给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物是C4,故a为C4;据题图可知,CO2能与PEP结合形成a,也能在卡尔文循环中与C5结合形成C3,因此与CO2结合的物质分别是PEP和C5。
(2)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,这些地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,使得细胞中CO2浓度较低,而C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行。
(3)由题图可知,维管束鞘细胞的叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,由于合成蔗糖的原料丙糖磷酸减少,蔗糖的合成会减少。
(4)在小麦灌浆期,通过适当增施磷肥,通过磷酸转运体TPT的作用,将更多的Pi运入叶绿体,同时将丙糖磷酸运出叶绿体,合成蔗糖,同时促进光合作用的进行,有利于小麦的生长和产量提高。
答案:(1)C4 PEP C5 (2)热带地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的存在可以高效利用CO2,保证光合作用的正常进行 (3)减少 当细胞质基质中Pi水平降低时,运出叶绿体的丙糖磷酸会减少,丙糖磷酸是合成蔗糖的原料,所以蔗糖的合成会减少 (4)适当增加施用磷肥
主题微课(二)
1.选B 分析题意,红薯品系A和品系B都同时存在乳酸脱氢酶(LDH)和乙醇脱氢酶(ADH),低氧胁迫条件下,二者细胞呼吸的途径相同,A错误;以葡萄糖为呼吸底物,产物分别为乳酸和酒精时,均在无氧呼吸第一阶段有ATP的产生,B正确;已知红薯品系A耐低氧能力强,在低氧胁迫条件下,品系A中ADH的活性显著提高,LDH活性无显著变化,说明ADH活性增强有利于低氧条件下红薯品系A的生长,C错误;红薯品系A根细胞中含有乳酸脱氢酶(LDH),也含有乙醇脱氢酶(ADH),因此在氧气不充足的条件下,进行无氧呼吸既能产生乳酸也能产生酒精,D错误。
2.选C 光合作用的光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上,不在叶绿体外膜,A错误;缺铁时叶绿素含量减少,但不能说明铁是合成叶绿素的元素,B错误;铁为微量元素,在细胞中含量较少,但对细胞的正常生命活动至关重要,C正确;在铁充足时,光反应产生的ATP可用于暗反应中C3的还原,CO2固定不消耗能量,D错误。
3.选D 溴麝香草酚蓝溶液可用于检测CO2,0~5 min,黑暗条件下,叶片只进行呼吸作用,释放CO2,容器内含有CO2,可观察到溶液由蓝变绿再变黄,A正确;密闭容器中氧气浓度取决于有氧呼吸强度和光合作用强度的大小,B点时氧气浓度不变,说明B点时叶片的光合速率等于呼吸速率,B正确;黑暗条件下测得的呼吸速率=2×10-8 mol/min;而在光照下测得的是净光合速率=4×10-8 mol/min,氧气产生速率为总光合速率,即为呼吸速率与净光合速率之和,是6×10-8 mol/min,C正确;限制B点光合速率的因素为CO2浓度,若B点时间向容器内供应CO2,短时间内CO2的固定速率加快,消耗的C5增多,而C5生成速率暂时不变,短时间内C5含量减少,D错误。
4.解析:(1)高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光,这是因为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)a组光照一段时间后,装置内O2浓度仍为M,说明a组的光照强度是光补偿点,装置内CO2浓度与初始保持相同;而b组光照强度大于a组,光合速率大于呼吸速率,装置内CO2浓度会降低,所以光照t时间时,a组CO2浓度大于b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,说明光照t时间后c、d组由于CO2浓度下降导致光合速率下降到与呼吸速率相等;光照t时间后a组O2浓度与初始O2浓度相同,说明其光合速率始终等于呼吸速率;而此时b组O2浓度大于初始O2浓度,说明其光合速率大于呼吸速率,装置内O2浓度小于c组,可说明装置内CO2浓度大于c组,即光照t时间后b组光合速率并没有下降到与呼吸速率相等,b组植物幼苗光合速率仍然大于呼吸速率。同时每组温度保持恒定,呼吸速率不变,所以b组光合速率最大。
(4)由上述分析可知,光照t时间后,限制d组光合速率的因素为CO2浓度,将d组密闭装置打开(CO2浓度上升),并以c组光照强度继续照光,则其幼苗光合速率会升高。
答案:(1)红光和蓝紫光 光合色素中的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)大于 (3)b 密闭装置中O2浓度不再增加时,光合速率等于呼吸速率,仅b组光合速率大于呼吸速率 (4)升高
5.选A 光补偿点时,叶肉细胞的光合作用强度和整株植物的呼吸作用强度相等,故此时叶肉细胞的光合作用强度大于叶肉细胞的呼吸作用强度,所以叶肉细胞有氧气释放出来,A错误;突然遮光处理,光反应产生NADPH和ATP的过程受阻,导致C3还原速率减慢,故C5 生成量减少,B正确;据题干可知,原有的温度是最适温度,若继续提高一定的温度,与光合作用有关酶的活性下降,光饱和点将下降,C正确;植物丁达到光补偿点和光饱和点所需的光照强度最低,故最适合在较弱的光照环境中生长,D正确。
6.选A 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,由题图可知,在光照强度为1 klx时,甲处于光补偿点,因此甲的真正光合速率为10 mg/(100 cm2叶·h),此时乙的光合速率小于呼吸速率,因此乙水稻的真正光合速率为5 mg/(100 cm2叶·h),A正确;光合速率与呼吸速率相等时的光照强度即为光补偿点,据题图可知,在各自光补偿点时,甲水稻光合速率为10 mg/(100 cm2叶·h),乙水稻光合速率为15 mg/(100 cm2叶·h),乙水稻光合速率为甲水稻光合速率的1.5倍,B错误;未达到各自光饱和点时,影响甲、乙水稻光合速率的主要因素是光照强度,C错误;光补偿点为植物光合速率等于呼吸速率时的光照强度,此时甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量等于整个植株所有细胞产生的CO2量,即甲、乙水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,D错误。
10 / 10(共90张PPT)
目 录
01
习题讲评课Ⅰ 选择小题夯基提速练
02
习题讲评课Ⅱ 基准考法大题保分练
03
习题讲评课Ⅲ 创新考法大题增分练
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习题讲评课Ⅰ 选择小题夯基提速练
1.(2024·渭南二模)当植物的光合速率大于呼吸速率时,植物积累有机物,从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.某植物叶片的净光合速率>0时,该植株的有机物可能会减少
B.光合作用光反应产生的ATP可为植物吸收矿质元素提供能量
C.玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D.呼吸作用和光合作用产生的气体中的氧元素都可能来自反应物水中的氧
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解析：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,而某植物叶片的净光合速率>0时,整个植株的呼吸速率可能大于光合速率,有机物消耗大于有机物合成,故会出现有机物减少的情况,A正确。光合作用光反应阶段产生的ATP不用于植物吸收矿质元素,B错误。玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量能量,第二阶段不能产生能量,C正确。呼吸作用产生的气体为二氧化碳,二氧化碳中的氧元素来自反应物水和丙酮酸中的氧(有氧呼吸第二阶段);光合作用产生的气体为氧气,氧气中的氧元素来自反应物水中的氧(光合作用的光反应阶段),D正确。
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2.香草是一种草本植物,如图表示香草光合作用的主要过程(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程)。下列相关叙述正确的是 ( )
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A.b可在香草的细胞质基质和线粒体中被消耗
B.a是光合色素,能溶于无水乙醇等有机溶剂中,故用无水乙醇来分离色素
C.光反应阶段将光能转化为活跃的化学能储存在d、f中
D.当外界g含量突然升高时,在短时间内C3的含量升高
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解析：b是O2,可在香草的线粒体中被消耗,A错误;a是光合色素,能溶于无水乙醇等有机溶剂中,可用无水乙醇提取色素,而分离色素需使用层析液,B错误;光反应阶段将光能转化为活跃的化学能储存在c(ATP)、e(NADPH)中,C错误;当外界g(CO2)含量突然升高时,C3合成增多,C3的还原不变,故在短时间内C3的含量升高,D正确。
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3.研究发现,玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3,简称C3途径)外,还有另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物为C4,简称C4途径,这种植物为C4植物,其固定CO2的途径如图。研究发现,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是 ( )
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A.图中CO2进入叶肉细胞被固定的初产物是草酰乙酸
B.高温条件下,C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C.低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好
D.苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
解析：图中CO2进入叶肉细胞后,与磷酸烯醇式丙酮酸结合,生成草酰乙酸,A正确;
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高温条件下,C4植物部分气孔关闭,胞间CO2浓度降低,其光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,B错误;低浓度CO2条件下,C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用,C3植物则不能,因此该条件下C4植物可能比C3植物生长得好,C正确;由题图可知,苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞,D正确。
4.(2024·广州二模)下图中实线部分表示植物叶肉细胞的光合作用和光呼吸等正常的生命活动过程,虚线部分表示科学家通过基因工程所构建的新的光呼吸代谢支路。下列叙述错误的是 ( )
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A.酶Rubisco既能催化CO2的固定,又能催化C5与O2反应
B.光呼吸会消耗一部分的C5,从而降低光合作用产物含量
C.新的光呼吸代谢支路,有利于植物积累有机物
D.在农业生产中,可通过给大棚通风的方式,提高农作物的光呼吸
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解析：叶肉细胞中Rubisco能催化O2与CO2竞争性结合C5,A正确;光呼吸中O2与C5结合生成C3与C2,C2最终又生成CO2,参与CO2固定的C5减少,导致光合作用产物含量降低,B正确;新的光呼吸代谢支路,将C2转化为叶绿体内的CO2,增大叶绿体中CO2浓度,促进叶绿体中CO2的固定,有利于植物积累有机物,C正确;在农业生产中,给大棚通风可增大大棚中的气体交换速率,增大大棚中的CO2浓度,降低O2浓度,可降低农作物的光呼吸,D错误。
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5.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 ( )
组别 处理 叶绿素含量/(mg·g-1) O2释放速率/(μmol·m-2·s-1)
甲 未胁迫 6.68 8.79
乙 轻度胁迫 4.63 3.01
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组别 处理 叶绿素含量/(mg·g-1) O2释放速率/(μmol·m-2·s-1)
丙 中度胁迫 2.27 -0.27
丁 重度胁迫 1.63 -0.87
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来影响光合速率的
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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正确;中度胁迫和重度胁迫下茶苗的叶绿素含量低,光合速率小于呼吸速率,但不为零,C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,即净光合速率减慢,表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量来影响光合速率的,D正确。
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6.(2024·聊城模拟)强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ(PSⅡ)出现可逆失活,失活状态的PSⅡ加强了能量耗散,以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PSⅡ的D1蛋白。强光下D1即开始降解,其净损失率与PSⅡ单位时间接受的光量子数呈正相关。编码D1的基因psbA定位于叶绿体基因组,科研人员尝试将蓝细菌psbA导入大豆细胞核(纯合品系R),结果发现在强光下D1的降解率并没有下降,但光饱和点提高了。下列说法错误的是 ( )
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A.强光下D1的降解速率可超过其补充速率
B.PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中
C.品系R的核psbA表达产物应定位于叶绿体基质
D.强光下部分气孔关闭时,可能导致短时间内C5的含量增加,阻碍暗反应的进行
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解析：强光下D1的降解速率可超过其补充速率,导致PSⅡ单位时间接受的光量子数减少,A正确;PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中,一部分以热能的形式散失,B正确;由题干信息可知,D1蛋白参与构成PSⅡ,PSⅡ是进行光反应的系统,因此编码D1的基因psbA表达产物应定位于叶绿体类囊体薄膜(基粒)上,C错误;强光下部分气孔关闭时,CO2吸收减少,CO2的固定减慢,短时间内C3的还原不变,C5的含量会积累,阻碍暗反应的进行,D正确。
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7.(2024·保定模拟)下图表示某实验小组对影响小麦和玉米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0时的外界CO2浓度,CO2饱和点是植物光合速率最大时的外界最小CO2浓度。下列相关说法正确的是 ( )
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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
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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(光合速率最大时的最小CO2浓度)均低于小麦的,D正确。
8.(2024·昆明阶段练习)卡尔文循环中固定CO2的酶Rubisco是双功能酶(如图),CO2和O2的相对浓度决定Rubisco酶促反应方向。光呼吸是指绿色植物在光照下消耗O2释放CO2的过程。下列叙述错误的是 ( )
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A.Rubisco存在于绿色植物的叶绿体基质中
B.提高CO2和O2的浓度比可以抑制光呼吸
C.高光高温下气孔大量关闭时光呼吸增强了对卡尔文循环的抑制
D.农业大棚种植可通过施用农家肥抑制光呼吸从而促进光合作用
解析：根据题意“卡尔文循环中固定CO2的酶Rubisco是双功能酶”可知,Rubisco可参与固定CO2,该过程发生在叶绿体基质中,故Rubisco存在于绿色植物的叶绿体基质中,A正确;
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根据图示可知,CO2和O2的相对浓度决定Rubisco酶促反应方向,提高CO2和O2的浓度比可以抑制光呼吸,促进卡尔文循环的进行,B正确;高光高温条件下,气孔大量关闭,此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余NADPH和ATP,又可以为暗反应阶段提供原料,因此,高光高温下气孔大量关闭时光呼吸降低了对卡尔文循环的抑制,C错误;农家肥中含有丰富的有机质,可被土壤中的微生物分解为CO2和无机盐被植物利用,施用农家肥可增大大棚中的CO2浓度,抑制光呼吸、促进光合作用,D正确。
9.某兴趣小组测得小麦种子在萌发前后CO2的吸收速率如图所示,下列叙述错误的是 ( )
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A.种子萌发前随时间推移有机物的消耗量逐渐增大
B.小麦种子萌发前产生CO2的场所是线粒体基质
C.与花生种子相比较,小麦种子萌发时O2消耗量/CO2释放量的值低
D.种子萌发后第6天,小麦的净光合速率为15 mL CO2·g-1·h-1
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解析：种子萌发前只能进行呼吸作用消耗有机物,且据图可知随时间推移CO2的释放速率逐渐增大,故随着时间的推移有机物的消耗量逐渐增大,A正确;小麦种子萌发前进行无氧呼吸时,产生CO2的场所是细胞质基质,进行有氧呼吸时,CO2在有氧呼吸的第二阶段产生,场所是线粒体基质,B错误;花生种子含有的脂肪较多,代谢时消耗的O2更多,所以与花生种子相比较,小麦种子萌发时O2消耗量/CO2释放量的值低,C正确;光照下CO2的吸收速率=净光合速率,据题图可知,种子萌发后第6天,小麦的净光合速率为15 mL·g-1·h-1,D正确。
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10.光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示(见表),SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。下列叙述错误的是 ( )
SoBS浓度/(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度/ (μmol CO2·m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度/ (μmol CO2·m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
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A.光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的基质中
B.研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO2浓度条件下存活,只有在高CO2浓度条件才能存活,说明在正常大气CO2浓度条件下,光呼吸是不可缺少的生理活动
C.为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,应在100~300 mg/L而不是0~200 mg/L再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验
D.与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片的光补偿点高
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解析：C5位于叶绿体基质中,则O2与C5结合发生在叶绿体基质中,A正确;研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO2浓度条件下存活,只有在高CO2浓度条件才能存活,这说明了在正常大气CO2浓度条件下,光呼吸是不可缺少的生理活动,B正确;为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据题表可知,应在表中光合作用强度-光呼吸强度的最大值的两侧浓度之间,即应在100~300 mg/L再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验,C正确;
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叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光补偿点,与对照相比,喷施100 mg/L SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加,释放量减少,此时,在更低的光照强度下,两者即可相等,D错误。
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习题讲评课Ⅱ 基准考法大题保分练
1.(13分)(2024·兰州三模)棉花是我国重要的经济作物,适宜在光照充足的条件下生长。某科研小组为了解棉花品种A、B的光合特性,在其开花期进行了一系列实验,结果如图所示。已知,在暗反应过程中,RuBP羧化酶是催化CO2固定的关键酶。回答下列问题：
(1)由图甲可知,棉花品种_____更适合在强光下生长,结合图乙、图丙分析其原因是______________________________________________
___________________________。
解析：根据图甲可知,在较强的光照强度下,品种A比品种B的净光合速率更高,积累的有机物更多,据此可推测,棉花品种A在强光照的环境中种植能产生更高的经济价值,结合图乙、图丙分析其原因是品种A叶绿素含量和RuBP羧化酶活性均高于品种B,在强光下净光合速率更高。
A
品种A叶绿素含量和RuBP羧化酶活性均高于品种
B,在强光下净光合速率更高
(2)叶绿素位于_____________________,其吸收的光能可转化并储存在_______________中,这部分能量可用于暗反应中__________ (填生理过程)。
解析：叶绿素位于(叶绿体)类囊体薄膜,其吸收的光能可转化并储存在ATP、NADPH中,这部分能量可用于暗反应中C3的还原。
(叶绿体)类囊体薄膜
ATP、NADPH
C3的还原
(3)在暗反应过程中,RuBP羧化酶发挥作用的场所是____________,当环境中O2浓度大于CO2浓度时,RuBP羧化酶又会催化C5和O2反应生成C3和C2进行光呼吸,而淀粉酶只能催化淀粉分解,说明RuBP羧化酶的专一性比淀粉酶_____ (填“强”“弱”或“相同”),CO2/O2的值______ (填“越大”或“越小”),越有利于光呼吸的发生。
叶绿体基质
弱
越小
解析：RuBP羧化酶可催化CO2的固定,其发挥作用的场所是叶绿体基质。根据题意当环境中O2浓度大于CO2浓度时,RuBP羧化酶又会催化C5和O2反应生成C3和C2进行光呼吸,而淀粉酶只能催化淀粉分解,说明RuBP羧化酶的专一性比淀粉酶弱,CO2/O2的值越小,越有利于光呼吸的发生。
2.(14分)(2024·衡水模拟)海水稻是指能在盐(碱)浓度0.3%以上的盐碱地生长,且单产可达300 kg/亩以上的一类水稻品种。海水稻比其他普通水稻具有更强的抗涝、抗盐碱、抗倒伏、抗病虫等能力。科研人员进行室内盆栽实验,测定了海水稻、普通水稻生长至抽穗期(作物积累有机物的关键生长期)的相关代谢指标,结果如图所示。请回答下列问题：
(1)随着抽穗天数的增加,海水稻叶片细胞间CO2 浓度在升高,若气孔导度不变,说明叶肉细胞的暗反应速率在______。
解析：随着抽穗天数的增加,海水稻叶片细胞间CO2浓度在升高,若气孔导度不变,则吸收的CO2不变,说明叶肉细胞暗反应利用的CO2减少,暗反应速率在降低。
降低
(2)与海水稻相比,普通水稻单株种子干重会降低16%,假设海水稻与普通水稻呼吸速率相等,结合图示信息推测,原因是__________________
_________________________________________________________________________________________________;
其他条件不改变的情况下,增加普通水稻环境中的CO2 浓度, _______ (填“一定”或“不一定”)能提高普通水稻单株种子干重,原因是__________
________________________________________________________________________________________________________________________。
抽穗后,由于普通
水稻叶绿素含量较少,光反应弱,进一步导致暗反应也弱,但其呼吸速率
与海水稻相同,所以积累的有机物少
不一定
普通水稻胞间CO2浓度较高,光合速率低,说明CO2不是限制光合作用的主要因素,即使增加环境中的CO2浓度,种子的干重也不一定增加
抽穗后,
解析：抽穗后,由于普通水稻叶绿素含量较少,光反应弱,进一步导致暗反应也弱,但其呼吸速率与海水稻相同,所以积累的有机物少,与海水稻相比,普通水稻单株种子干重会降低。抽穗后,普通水稻胞间CO2浓度较高,光合速率低,说明CO2不是限制光合作用的主要因素,即使增加环境中的CO2浓度,种子的干重也不一定增加。
(3)若抽穗35天后,海水稻的净光合速率降为0,此时其叶肉细胞的光合速率_______ (填“大于”“小于”或“等于”)呼吸速率。
解析：由于植株中大多数种类的细胞只进行呼吸作用,所以海水稻的净光合速率降为0时,其叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
大于
3.(17分)(2024·佛山模拟)小球藻具有CO2浓缩机制(CCM),可利用细胞膜上的HC蛋白(ictB)将海水中的HC转运进细胞,在碳酸酐酶(CA)作用下HC和H+反应生成CO2,使细胞内的CO2浓度远高于海水。为研究不同光照强度和CO2浓度对CCM的影响,科研人员将培养在海水中的小球藻分别置于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)、高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)四种条件下培养,四组小球藻均处于最适温度。测定结果如下图所示。
(1)通过测定色素提取液在________(填“红光”“蓝紫光”或“红光和蓝紫光”)下的吸光率,可计算小球藻中叶绿素的含量。
解析：植物叶绿体中含叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光,为排除类胡萝卜素的干扰,因此通过测定色素提取液在红光下的吸光率,可计算小球藻中叶绿素的含量。
红光
(2)据图1可知,影响海水中小球藻生长的主要因素是__________。随着培养时间的延长,培养液pH达到稳定时的pH称为pH补偿点。据图2结果可知,HL组的pH补偿点_______ (填“最高”或“最低”),原因是____________________________________________________________________________________________________________________。
光照强度
最高
HL组置于低CO2条件下,该组细胞外CA活性最高,H+和HC反应
生成CO2被小球藻利用,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高
解析：分析图1的曲线结果发现高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)这两组的小球藻细胞密度明显高于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)两组,这说明光照强度相较于CO2浓度来说对小球藻的生长影响更大。因为HL置于低CO2条件下,该组细胞外CA活性最高,H+和HC反应生成CO2被小球藻利用,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高,因此HL组的pH补偿点最高。
(3)为研究光合作用中碳原子的转移路径,科学家曾经进行如下实验：向小球藻悬浮液中通入14CO2,用14CO2同化处理不同的时间→用沸腾的酒精处理→蒸发浓缩→双向纸层析(第一次层析后,将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法)→放射自显影。结果如下：
①据图3(点样处位于图中滤纸左下角)可知,CO2被固定生成的第一种产物是_______,光反应产生的_______________为该产物最终还原成糖类提供能量。14CO2同化5 s的结果显示,PEPA、PGA和磷酸糖在______ (填“垂直”或“水平”)方向层析时溶解度差异显著。
②本实验是通过控制__________来探究CO2中碳原子的转移路径。
PGA
ATP和NADPH
垂直
反应时间
解析：①据图3可知,0.5 s时,只有PGA,因此CO2被固定生成的第一种产物是PGA,ATP和NADPH为该产物还原成糖类提供能量。14CO2同化5 s的结果显示,PEPA、PGA和磷酸糖在水平方向上扩散的距离无明显差异,但在垂直方向上扩散的距离有明显差异,因此它们在垂直方向层析时溶解度差异显著。
②本实验是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径。
4.(16分)(2024·怀化二模)CO2浓度变化会对植物光合速率产生影响。研究人员选用2个番茄材料,进行CO2浓度对番茄光合速率的影响研究(一个是栽培种,另一个是适应高光强、低温等逆境的野生种)。在光照强度设定为800 μmol·m-2·s-1条件下,CO2浓度分别为设定为300、800、1 300 μL·L-1三个浓度,对呼吸作用和光合作用的速率影响结果如图1 A和图1 B所示,对光补偿点和光饱和点的影响结果如图2 A和图2 B所示(PAR：太阳辐射中被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量称为光合有效辐射;本实验用PAR测定光补偿点和光饱和点来分析光合速率)。回答下列问题。
(1)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应的场所是____________________;在暗反应阶段CO2被固定形成C3后,在有关酶的作用下,接受________________释放的能量,随后会被还原。
解析：光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,光反应为暗反应提供ATP和NADPH。CO2是光合作用的原料,在暗反应阶段,CO2被固定后形成C3分子,C3接受ATP和NADPH释放的能量,被还原为糖类。
叶绿体类囊体薄膜
ATP和NADPH
(2)据图1 A可知,提高CO2的浓度,2个番茄材料中, _______的呼吸速率下降趋势更为显著;图1 B显示,2个番茄材料的光合速率对CO2的响应基本一致,均体现出随CO2浓度升高而______________的现象。
解析：据图1 A可知,提高CO2的浓度,栽培种番茄和野生种番茄的呼吸速率均下降,但栽培种下降趋势更显著。图1 B显示,随着CO2浓度升高,栽培种番茄和野生种番茄的光合速率均是先上升再下降。
栽培种
先上升后下降
(3)结合图2分析,CO2浓度从300 μL·L-1增至800 μL·L-1时,2个番茄材料光合速率随之提高,出现这种变化的原因是____________________
____________________________________________________________
______________;
在上述CO2浓度增加超过一倍的情况下,光合速率没有倍增的限制因素可能是_____________________________________________________
__________________________________________ (答三点)。
随CO2浓度升高,2个
番茄材料的光补偿点均降低,光饱和点均升高,可以更充分地利用光能,光合速率提高
NADPH和ATP供应限制、固定CO2的酶活性不够高、C5的
再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等
解析：随CO2浓度升高,2个番茄材料的光补偿点均降低,光饱和点均升高,可以更充分地利用光能,光合速率提高。当CO2浓度倍增时,光合作用的限制因素可能是光反应为暗反应提供的ATP和NADPH不足;或者暗反应中固定CO2的酶活性低(或数量不足),从而影响CO2的固定;或者C3的还原酶活性低,导致C3还原速率慢,生成C5数量少,影响CO2的固定,进而影响光合速率,也可能是有机物积累导致了光合速率不能倍增。
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习题讲评课Ⅲ 创新考法大题增分练
1.(14分)(2024·天津模拟)植物的光呼吸是在光下消耗O2并释放CO2的过程,会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻,在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)。
(1)图1所示光呼吸过程中,O2与CO2竞争结合______,抑制了光合作用中的_______________________阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢,造成碳流失进而导致水稻减产。
解析：CO2与R酶结合后进行光合作用的暗反应阶段,同时O2也能够和R酶结合生成2-PG,所以光呼吸过程中,O2与CO2竞争结合R酶,同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢,造成碳流失进而导致水稻减产。
R酶
暗反应(或CO2的固定)
(2)研究人员测定了转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量,以及G酶总表达量随时间的变化情况(图2)。
①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关,仅在14时明显下降,由此推测外源G酶基因表达除光强外,还可能受
______________________________等因素的影响。
②据图2可知,12~14时, ________ (填“外源”或“内源”)G酶表达量显著升高,推测此时段转基因水稻光呼吸________。
气孔导度(或CO2浓度或温度)
内源
增强
解析：①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关,仅在14时明显下降,而14时左右温度升高导致植物部分气孔关闭,胞间CO2浓度下降,由此推测外源G酶基因表达除光强影响外,还可能与气孔导度、CO2浓度、温度等因素有关。
②据图2可知,12~14时,总G酶和外源G酶的表达量差值最大,说明内源G酶表达量显著升高,推测此时段转基因水稻光呼吸增强。
(3)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产,而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→____________→因此水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。(填编号所描述的现象)
A.但光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加
B.但光合产物可以及时运输到籽粒
C.但G酶表达量的动态变化,使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加
C→A→B
解析：本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率,合理解释为：尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→外源G酶基因表达除光强外,还可能受气孔导度、CO2浓度、温度等因素的影响,使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加→光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加→光合产物可以及时运输到籽粒→水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。即相关机理为C→A→B。
2.(15分)(2024·湖北高考)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r),进行了相关实验,结果如图2所示。
回答下列问题：
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞______
(填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率_______
(填“增大”“不变”或“减小”)。
解析：保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,其细胞液浓度降低,渗透压下降,从而导致保卫细胞失水,引起气孔关闭;气孔关闭会导致CO2的吸收减少,进而使植物光合作用速率减小。
失水
减小
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物
_______ (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
解析：图2中的wt组和r组对比,高浓度CO2时r组气孔开放度更高,说明无rhc1基因产物气孔开放度会增大,即rhc1基因产物促进气孔关闭。
促进
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是______________________________________________
___________________。
解析：由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是脱落酸含量上升,导致气孔关闭,减少水分散失,从而适应短暂干旱环境。
脱落酸含量上升,导致气孔关闭,减少水分散失,从而
适应短暂干旱环境
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是______ (填“ht1”或“rhc1”)。
解析：结合图1中蛋白甲、乙、丙的关系可知,在缺失蛋白甲的条件下,植物不能接收到高浓度CO2刺激信号,气孔开放度大,符合r组实验结果,因此推测编码蛋白甲的基因是rhc1;而在缺失蛋白乙的条件下,不能调控蛋白丙,蛋白丙调控气孔关闭,对应h组和h/r组,因此推测编码蛋白乙的基因是ht1。
rhc1
3.(15分)(2024·青岛二模)植物光合作用的光反应依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅡ复合体含有光合色素,能吸收光能并分解水。研究发现,捕光色素复合体捕获传递的光能超出光系统“使用量”时,会发生光抑制现象。高温胁迫也会导致PSⅡ产生光抑制现象,机理如图所示[活性氧(ROS)氧化性非常强,会破坏细胞组分]。
(1)结合上述信息分析,影响光合速率的外部因素主要有__________________。
解析：影响光合速率的外部因素主要有光照强度、温度。
温度和光照强度
(2)PSⅡ复合体分解水会产生________________,其中____________可用于形成NADPH。
解析：PSⅡ复合体分解水会产生H+、电子和氧气,其中H+、电子与NADP+在酶的催化作用下可合成NADPH。
H+、电子和氧气
H+、电子
(3)研究发现,高温胁迫导致PSⅡ处的放氧复合体(OEC)及光合电子传递链失活,从而导致光抑制。此外,ROS过量合成,一方面通过_______
______________,另一方面通过_______________________,引起PSⅡ光抑制。
解析：由题图可知,高温胁迫会导致活性氧(ROS)过量合成,ROS过量合成能氧化并破坏与PSⅡ相关的细胞组分,引起PSⅡ光抑制;D1蛋白与PSⅡ的电子传递有关,ROS过量合成也会抑制D1蛋白从头合成,这也引起PSⅡ光抑制。
直接
损伤光合组分
抑制D1蛋白的从头合成
(4)当植物处于高温环境中,会通过代谢调节过程,使叶绿素含量降低,引起叶片衰老。该过程的积极意义是__________________________
___________________。
解析：当植物处于高温环境中,会通过代谢调节,降低叶绿素含量,引起叶片衰老,减少叶绿素捕获的光能,减弱植物受到光的伤害。
减少叶绿素捕获的光能,减弱
植物受到光的伤害
4.(16分)(2024·北京石景山模拟)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
光合产物的两个去向
蔗糖和淀粉是绿色植物光合作用的两个主要终产物。在光照下,蔗糖被持续地从叶肉细胞中运出,进入筛管,再通过韧皮部运输至茎、根等非光合器官。未能及时输出的光合产物会以淀粉的形式暂时储存在叶绿体中。黑暗情况下,叶绿体中的淀粉开始分解,以维持蔗糖的持续外运。(见下图)
卡尔文循环中生成的丙糖磷酸可转化为蔗糖或淀粉。丙糖磷酸进入细胞质基质需借助丙糖磷酸转运体(TPT),TPT是叶绿体内膜的主要蛋白质,其运输严格遵循1∶1反向交换的原则,即一分子物质运入,另一分子物质向相反的方向运出。TPT把丙糖磷酸从叶绿体运出的同时,将细胞质基质中的Pi运回叶绿体中。
叶片光合产物输出流畅时,蔗糖持续合成,该过程中释放的Pi不断进入叶绿体,通过TPT交换输出丙糖磷酸。叶片光合产物输出受阻时,蔗糖在叶肉细胞中积累,通过抑制相关酶的活性,使细胞质基质中可利用的Pi减少,不利于丙糖磷酸的输出,而有利于其在叶绿体内合成淀粉。TPT等转运蛋白的存在,控制着叶肉细胞内物质运输流量和代谢平衡。
(1)暗反应中生成的丙糖磷酸由C3被_________还原形成。除此之外,C3还能形成C5,C5继续与CO2结合形成2个C3分子,这个过程叫CO2的_______。
解析：分析题图可知：暗反应中生成的丙糖磷酸由C3被NADPH还原形成。除此之外,C3还能形成C5,C5继续与CO2结合形成2个C3分子,这个过程叫CO2的固定。
NADPH
固定
(2)光合旺盛时,若植物合成的糖类以蔗糖等可溶性糖的形式储存在叶绿体中,可能导致叶绿体基质的浓度升高,引起叶绿体_____ (填“吸水”或“失水”)。
解析：光合旺盛时,植物合成的糖类以蔗糖等可溶性糖的形式储存在叶绿体中,导致叶绿体基质的浓度升高,渗透压上升,引起叶绿体吸水。
吸水
(3)据图分析,下列描述正确的是____。
a.丙糖磷酸既可以用于合成蔗糖,也可以用于合成淀粉
b.若TPT的转运活性受抑制,则经此转运体转运进叶绿体的Pi会减少
c.若合成丙糖磷酸的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则不利于淀粉的合成
ab
解析：分析题图可知：丙糖磷酸可以通过ADP-葡萄糖进一步合成淀粉,也可以进入叶绿体基质,通过己糖磷酸进一步合成蔗糖,a正确;叶片光合产物输出流畅时,蔗糖持续合成,该过程中释放的Pi不断进入叶绿体,通过TPT交换输出丙糖磷酸,若TPT的转运活性受抑制,则经此转运体转运进叶绿体的Pi会减少,b正确;叶片光合产物输出受阻时,蔗糖在叶肉细胞中积累,通过抑制相关酶的活性,使细胞质基质中可利用的Pi减少,不利于丙糖磷酸的输出,而有利于其在叶绿体内合成淀粉,c错误。故选a、b。
(4)研究发现,TPT转运活性被抑制的转基因烟草叶绿体内淀粉合成量大大增加,但光合速率基本不变,并未表现出显著的生长差异。请根据文中信息推测原因。
TPT被抑制时,丙糖磷酸从叶绿体输出受阻,在叶绿体基质中大量合成淀粉,丙糖磷酸不会积累,未影响暗反应速率,光合速率不变。同时,黑暗情况下,淀粉分解形成麦芽糖和葡萄糖,进入细胞质基质合成蔗糖,运至其他部位,用于生长。
解析：当TPT转运活性被抑制时,丙糖磷酸从叶绿体输出受阻,有利于其在叶绿体基质中大量合成淀粉,丙糖磷酸不会积累,不会影响光合作用暗反应,所以光合速率不变。同时,黑暗情况下,叶绿体中的淀粉开始分解,淀粉分解形成麦芽糖和葡萄糖,进入细胞质基质合成蔗糖,运至其他部位,用于生长。习题讲评课Ⅰ 选择小题夯基提速练
(本卷每小题4分,满分40分)
一、单项选择题
1.(2024·渭南二模)当植物的光合速率大于呼吸速率时,植物积累有机物,从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是 ( )
A.某植物叶片的净光合速率>0时,该植株的有机物可能会减少
B.光合作用光反应产生的ATP可为植物吸收矿质元素提供能量
C.玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D.呼吸作用和光合作用产生的气体中的氧元素都可能来自反应物水中的氧
2.香草是一种草本植物,如图表示香草光合作用的主要过程(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程)。下列相关叙述正确的是 ( )
A.b可在香草的细胞质基质和线粒体中被消耗
B.a是光合色素,能溶于无水乙醇等有机溶剂中,故用无水乙醇来分离色素
C.光反应阶段将光能转化为活跃的化学能储存在d、f中
D.当外界g含量突然升高时,在短时间内C3的含量升高
3.研究发现,玉米、甘蔗等植物除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环(固定CO2的初产物为C3,简称C3途径)外,还有另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物为C4,简称C4途径,这种植物为C4植物,其固定CO2的途径如图。研究发现,C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。下列有关叙述错误的是 ( )
A.图中CO2进入叶肉细胞被固定的初产物是草酰乙酸
B.高温条件下,C4植物光合效率高的原因是气孔不关闭
C.低浓度CO2条件下,C4植物可能比C3植物生长得好
D.苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞
4.(2024·广州二模)下图中实线部分表示植物叶肉细胞的光合作用和光呼吸等正常的生命活动过程,虚线部分表示科学家通过基因工程所构建的新的光呼吸代谢支路。下列叙述错误的是 ( )
A.酶Rubisco既能催化CO2的固定,又能催化C5与O2反应
B.光呼吸会消耗一部分的C5,从而降低光合作用产物含量
C.新的光呼吸代谢支路,有利于植物积累有机物
D.在农业生产中,可通过给大棚通风的方式,提高农作物的光呼吸
5.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 ( )
组别 处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) O2释放速率/ (μmol·m-2·s-1)
甲 未胁迫 6.68 8.79
乙 轻度胁迫 4.63 3.01
丙 中度胁迫 2.27 -0.27
丁 重度胁迫 1.63 -0.87
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来影响光合速率的
6.(2024·聊城模拟)强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ(PSⅡ)出现可逆失活,失活状态的PSⅡ加强了能量耗散,以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PSⅡ的D1蛋白。强光下D1即开始降解,其净损失率与PSⅡ单位时间接受的光量子数呈正相关。编码D1的基因psbA定位于叶绿体基因组,科研人员尝试将蓝细菌psbA导入大豆细胞核(纯合品系R),结果发现在强光下D1的降解率并没有下降,但光饱和点提高了。下列说法错误的是 ( )
A.强光下D1的降解速率可超过其补充速率
B.PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中
C.品系R的核psbA表达产物应定位于叶绿体基质
D.强光下部分气孔关闭时,可能导致短时间内C5的含量增加,阻碍暗反应的进行
7.(2024·保定模拟)下图表示某实验小组对影响小麦和玉米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0时的外界CO2浓度,CO2饱和点是植物光合速率最大时的外界最小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
二、不定项选择题
8.(2024·昆明阶段练习)卡尔文循环中固定CO2的酶Rubisco是双功能酶(如图),CO2和O2的相对浓度决定Rubisco酶促反应方向。光呼吸是指绿色植物在光照下消耗O2释放CO2的过程。下列叙述错误的是 ( )
A.Rubisco存在于绿色植物的叶绿体基质中
B.提高CO2和O2的浓度比可以抑制光呼吸
C.高光高温下气孔大量关闭时光呼吸增强了对卡尔文循环的抑制
D.农业大棚种植可通过施用农家肥抑制光呼吸从而促进光合作用
9.某兴趣小组测得小麦种子在萌发前后CO2的吸收速率如图所示,下列叙述错误的是 ( )
A.种子萌发前随时间推移有机物的消耗量逐渐增大
B.小麦种子萌发前产生CO2的场所是线粒体基质
C.与花生种子相比较,小麦种子萌发时O2消耗量/CO2释放量的值低
D.种子萌发后第6天,小麦的净光合速率为15 mL CO2·g-1·h-1
10.光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示(见表),SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。下列叙述错误的是 ( )
SoBS浓度/(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度/ (μmol CO2·m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度/ (μmol CO2·m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
A.光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的基质中
B.研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO2浓度条件下存活,只有在高CO2浓度条件才能存活,说明在正常大气CO2浓度条件下,光呼吸是不可缺少的生理活动
C.为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,应在100~300 mg/L而不是0~200 mg/L再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验
D.与未喷施SoBS溶液相比,喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片的光补偿点高
习题讲评课Ⅰ
1.选B 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,而某植物叶片的净光合速率>0时,整个植株的呼吸速率可能大于光合速率,有机物消耗大于有机物合成,故会出现有机物减少的情况,A正确。光合作用光反应阶段产生的ATP不用于植物吸收矿质元素,B错误。玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量能量,第二阶段不能产生能量,C正确。呼吸作用产生的气体为二氧化碳,二氧化碳中的氧元素来自反应物水和丙酮酸中的氧(有氧呼吸第二阶段);光合作用产生的气体为氧气,氧气中的氧元素来自反应物水中的氧(光合作用的光反应阶段),D正确。
2.选D b是O2,可在香草的线粒体中被消耗,A错误;a是光合色素,能溶于无水乙醇等有机溶剂中,可用无水乙醇提取色素,而分离色素需使用层析液,B错误;光反应阶段将光能转化为活跃的化学能储存在c(ATP)、e(NADPH)中,C错误;当外界g(CO2)含量突然升高时,C3合成增多,C3的还原不变,故在短时间内C3的含量升高,D正确。
3.选B 图中CO2进入叶肉细胞后,与磷酸烯醇式丙酮酸结合,生成草酰乙酸,A正确;高温条件下,C4植物部分气孔关闭,胞间CO2浓度降低,其光合效率高的原因是C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故C4植物能够利用较低浓度的CO2进行光合作用,B错误;低浓度CO2条件下,C4植物能够利用低浓度的CO2进行光合作用,C3植物则不能,因此该条件下C4植物可能比C3植物生长得好,C正确;由题图可知,苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的CO2转入维管束鞘细胞,D正确。
4.选D 叶肉细胞中Rubisco能催化O2与CO2竞争性结合C5,A正确;光呼吸中O2与C5结合生成C3与C2,C2最终又生成CO2,参与CO2固定的C5减少,导致光合作用产物含量降低,B正确;新的光呼吸代谢支路,将C2转化为叶绿体内的CO2,增大叶绿体中CO2浓度,促进叶绿体中CO2的固定,有利于植物积累有机物,C正确;在农业生产中,给大棚通风可增大大棚中的气体交换速率,增大大棚中的CO2浓度,降低O2浓度,可降低农作物的光呼吸,D错误。
5.选C 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正确;中度胁迫和重度胁迫下茶苗的叶绿素含量低,光合速率小于呼吸速率,但不为零,C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,即净光合速率减慢,表明干旱胁迫是通过影响叶绿素的含量来影响光合速率的,D正确。
6.选C 强光下D1的降解速率可超过其补充速率,导致PSⅡ单位时间接受的光量子数减少,A正确;PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中,一部分以热能的形式散失,B正确;由题干信息可知,D1蛋白参与构成PSⅡ,PSⅡ是进行光反应的系统,因此编码D1的基因psbA表达产物应定位于叶绿体类囊体薄膜(基粒)上,C错误;强光下部分气孔关闭时,CO2吸收减少,CO2的固定减慢,短时间内C3的还原不变,C5的含量会积累,阻碍暗反应的进行,D正确。
7.选D 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(光合速率最大时的最小CO2浓度)均低于小麦的,D正确。
8.选C 根据题意“卡尔文循环中固定CO2的酶Rubisco是双功能酶”可知,Rubisco可参与固定CO2,该过程发生在叶绿体基质中,故Rubisco存在于绿色植物的叶绿体基质中,A正确;根据图示可知,CO2和O2的相对浓度决定Rubisco酶促反应方向,提高CO2和O2的浓度比可以抑制光呼吸,促进卡尔文循环的进行,B正确;高光高温条件下,气孔大量关闭,此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余NADPH和ATP,又可以为暗反应阶段提供原料,因此,高光高温下气孔大量关闭时光呼吸降低了对卡尔文循环的抑制,C错误;农家肥中含有丰富的有机质,可被土壤中的微生物分解为CO2和无机盐被植物利用,施用农家肥可增大大棚中的CO2浓度,抑制光呼吸、促进光合作用,D正确。
9.选B 种子萌发前只能进行呼吸作用消耗有机物,且据图可知随时间推移CO2的释放速率逐渐增大,故随着时间的推移有机物的消耗量逐渐增大,A正确;小麦种子萌发前进行无氧呼吸时,产生CO2的场所是细胞质基质,进行有氧呼吸时,CO2在有氧呼吸的第二阶段产生,场所是线粒体基质,B错误;花生种子含有的脂肪较多,代谢时消耗的O2更多,所以与花生种子相比较,小麦种子萌发时O2消耗量/CO2释放量的值低,C正确;光照下CO2的吸收速率=净光合速率,据题图可知,种子萌发后第6天,小麦的净光合速率为15 mL·g-1·h-1,D正确。
10.选D C5位于叶绿体基质中,则O2与C5结合发生在叶绿体基质中,A正确;研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO2浓度条件下存活,只有在高CO2浓度条件才能存活,这说明了在正常大气CO2浓度条件下,光呼吸是不可缺少的生理活动,B正确;为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度,据题表可知,应在表中光合作用强度-光呼吸强度的最大值的两侧浓度之间,即应在100~300 mg/L再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验,C正确;叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光补偿点,与对照相比,喷施100 mg/L SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加,释放量减少,此时,在更低的光照强度下,两者即可相等,D错误。
4 / 4习题讲评课Ⅱ 基准考法大题保分练
(本卷共4题,满分60分)
1.(13分)(2024·兰州三模)棉花是我国重要的经济作物,适宜在光照充足的条件下生长。某科研小组为了解棉花品种A、B的光合特性,在其开花期进行了一系列实验,结果如图所示。已知,在暗反应过程中,RuBP羧化酶是催化CO2固定的关键酶。回答下列问题:
(1)由图甲可知,棉花品种 更适合在强光下生长,结合图乙、图丙分析其原因是
。
(2)叶绿素位于 ,其吸收的光能可转化并储存在 中,这部分能量可用于暗反应中 (填生理过程)。
(3)在暗反应过程中,RuBP羧化酶发挥作用的场所是 ,当环境中O2浓度大于CO2浓度时,RuBP羧化酶又会催化C5和O2反应生成C3和C2进行光呼吸,而淀粉酶只能催化淀粉分解,说明RuBP羧化酶的专一性比淀粉酶 (填“强”“弱”或“相同”),CO2/O2的值 (填“越大”或“越小”),越有利于光呼吸的发生。
2.(14分)(2024·衡水模拟)海水稻是指能在盐(碱)浓度0.3%以上的盐碱地生长,且单产可达300 kg/亩以上的一类水稻品种。海水稻比其他普通水稻具有更强的抗涝、抗盐碱、抗倒伏、抗病虫等能力。科研人员进行室内盆栽实验,测定了海水稻、普通水稻生长至抽穗期(作物积累有机物的关键生长期)的相关代谢指标,结果如图所示。请回答下列问题:
(1)随着抽穗天数的增加,海水稻叶片细胞间CO2 浓度在升高,若气孔导度不变,说明叶肉细胞的暗反应速率在 。
(2)与海水稻相比,普通水稻单株种子干重会降低16%,假设海水稻与普通水稻呼吸速率相等,结合图示信息推测,原因是
;
其他条件不改变的情况下,增加普通水稻环境中的CO2 浓度, (填“一定”或“不一定”)能提高普通水稻单株种子干重,原因是
。
(3)若抽穗35天后,海水稻的净光合速率降为0,此时其叶肉细胞的光合速率 (填“大于”“小于”或“等于”)呼吸速率。
3.(17分)(2024·佛山模拟)小球藻具有CO2浓缩机制(CCM),可利用细胞膜上的HC蛋白(ictB)将海水中的HC转运进细胞,在碳酸酐酶(CA)作用下HC和H+反应生成CO2,使细胞内的CO2浓度远高于海水。为研究不同光照强度和CO2浓度对CCM的影响,科研人员将培养在海水中的小球藻分别置于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)、高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)四种条件下培养,四组小球藻均处于最适温度。测定结果如下图所示。
(1)通过测定色素提取液在 (填“红光”“蓝紫光”或“红光和蓝紫光”)下的吸光率,可计算小球藻中叶绿素的含量。
(2)据图1可知,影响海水中小球藻生长的主要因素是 。随着培养时间的延长,培养液pH达到稳定时的pH称为pH补偿点。据图2结果可知,HL组的pH补偿点 (填“最高”或“最低”),原因是
。
(3)为研究光合作用中碳原子的转移路径,科学家曾经进行如下实验:向小球藻悬浮液中通入14CO2,用14CO2同化处理不同的时间→用沸腾的酒精处理→蒸发浓缩→双向纸层析(第一次层析后,将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法)→放射自显影。结果如下:
①据图3(点样处位于图中滤纸左下角)可知,CO2被固定生成的第一种产物是 ,光反应产生的 为该产物最终还原成糖类提供能量。14CO2同化5 s的结果显示,PEPA、PGA和磷酸糖在 (填“垂直”或“水平”)方向层析时溶解度差异显著。
②本实验是通过控制 来探究CO2中碳原子的转移路径。
4.(16分)(2024·怀化二模)CO2浓度变化会对植物光合速率产生影响。研究人员选用2个番茄材料,进行CO2浓度对番茄光合速率的影响研究(一个是栽培种,另一个是适应高光强、低温等逆境的野生种)。在光照强度设定为800 μmol·m-2·s-1条件下,CO2浓度分别为设定为300、800、1 300 μL·L-1三个浓度,对呼吸作用和光合作用的速率影响结果如图1 A和图1 B所示,对光补偿点和光饱和点的影响结果如图2 A和图2 B所示(PAR:太阳辐射中被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量称为光合有效辐射;本实验用PAR测定光补偿点和光饱和点来分析光合速率)。回答下列问题。
(1)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应的场所是 ;在暗反应阶段CO2被固定形成C3后,在有关酶的作用下,接受 释放的能量,随后会被还原。
(2)据图1 A可知,提高CO2的浓度,2个番茄材料中, 的呼吸速率下降趋势更为显著;图1 B显示,2个番茄材料的光合速率对CO2的响应基本一致,均体现出随CO2浓度升高而 的现象。
(3)结合图2分析,CO2浓度从300 μL·L-1增至800 μL·L-1时,2个番茄材料光合速率随之提高,出现这种变化的原因是
;
在上述CO2浓度增加超过一倍的情况下,光合速率没有倍增的限制因素可能是
(答三点)。
习题讲评课Ⅱ
1.解析:(1)根据图甲可知,在较强的光照强度下,品种A比品种B的净光合速率更高,积累的有机物更多,据此可推测,棉花品种A在强光照的环境中种植能产生更高的经济价值,结合图乙、图丙分析其原因是品种A叶绿素含量和RuBP羧化酶活性均高于品种B,在强光下净光合速率更高。
(2)叶绿素位于(叶绿体)类囊体薄膜,其吸收的光能可转化并储存在ATP、NADPH中,这部分能量可用于暗反应中C3的还原。
(3)RuBP羧化酶可催化CO2的固定,其发挥作用的场所是叶绿体基质。根据题意当环境中O2浓度大于CO2浓度时,RuBP羧化酶又会催化C5和O2反应生成C3和C2进行光呼吸,而淀粉酶只能催化淀粉分解,说明RuBP羧化酶的专一性比淀粉酶弱,CO2/O2的值越小,越有利于光呼吸的发生。
答案:(1)A 品种A叶绿素含量和RuBP羧化酶活性均高于品种B,在强光下净光合速率更高 (2)(叶绿体)类囊体薄膜 ATP、NADPH C3的还原 (3)叶绿体基质 弱 越小
2.解析:(1)随着抽穗天数的增加,海水稻叶片细胞间CO2浓度在升高,若气孔导度不变,则吸收的CO2不变,说明叶肉细胞暗反应利用的CO2减少,暗反应速率在降低。
(2)抽穗后,由于普通水稻叶绿素含量较少,光反应弱,进一步导致暗反应也弱,但其呼吸速率与海水稻相同,所以积累的有机物少,与海水稻相比,普通水稻单株种子干重会降低。抽穗后,普通水稻胞间CO2浓度较高,光合速率低,说明CO2不是限制光合作用的主要因素,即使增加环境中的CO2浓度,种子的干重也不一定增加。
(3)由于植株中大多数种类的细胞只进行呼吸作用,所以海水稻的净光合速率降为0时,其叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。
答案:(1)降低 (2)抽穗后,由于普通水稻叶绿素含量较少,光反应弱,进一步导致暗反应也弱,但其呼吸速率与海水稻相同,所以积累的有机物少 不一定 抽穗后,普通水稻胞间CO2浓度较高,光合速率低,说明CO2不是限制光合作用的主要因素,即使增加环境中的CO2浓度,种子的干重也不一定增加 (3)大于
3.解析:(1)植物叶绿体中含叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光,为排除类胡萝卜素的干扰,因此通过测定色素提取液在红光下的吸光率,可计算小球藻中叶绿素的含量。
(2)分析图1的曲线结果发现高光低CO2(HL)、高光高CO2(HH)这两组的小球藻细胞密度明显高于低光低CO2(LL)、低光高CO2(LH)两组,这说明光照强度相较于CO2浓度来说对小球藻的生长影响更大。因为HL置于低CO2条件下,该组细胞外CA活性最高,H+和HC反应生成CO2被小球藻利用,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高,因此HL组的pH补偿点最高。
(3)①据图3可知,0.5 s时,只有PGA,因此CO2被固定生成的第一种产物是PGA,ATP和NADPH为该产物还原成糖类提供能量。14CO2同化5 s的结果显示,PEPA、PGA和磷酸糖在水平方向上扩散的距离无明显差异,但在垂直方向上扩散的距离有明显差异,因此它们在垂直方向层析时溶解度差异显著。
②本实验是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径。
答案:(1)红光 (2)光照强度 最高 HL组置于低CO2条件下,该组细胞外CA活性最高,H+和HC反应生成CO2被小球藻利用,导致培养液中H+浓度下降最快,pH最高 (3)①PGA ATP和NADPH 垂直 ②反应时间
4.解析:(1)光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,光反应为暗反应提供ATP和NADPH。CO2是光合作用的原料,在暗反应阶段,CO2被固定后形成C3分子,C3接受ATP和NADPH释放的能量,被还原为糖类。
(2)据图1 A可知,提高CO2的浓度,栽培种番茄和野生种番茄的呼吸速率均下降,但栽培种下降趋势更显著。图1 B显示,随着CO2浓度升高,栽培种番茄和野生种番茄的光合速率均是先上升再下降。
(3)随CO2浓度升高,2个番茄材料的光补偿点均降低,光饱和点均升高,可以更充分地利用光能,光合速率提高。当CO2浓度倍增时,光合作用的限制因素可能是光反应为暗反应提供的ATP和NADPH不足;或者暗反应中固定CO2的酶活性低(或数量不足),从而影响CO2的固定;或者C3的还原酶活性低,导致C3还原速率慢,生成C5数量少,影响CO2的固定,进而影响光合速率,也可能是有机物积累导致了光合速率不能倍增。
答案:(1)叶绿体类囊体薄膜 ATP和NADPH (2)栽培种 先上升后下降 (3)随CO2浓度升高,2个番茄材料的光补偿点均降低,光饱和点均升高,可以更充分地利用光能,光合速率提高 NADPH和ATP供应限制、固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等
2 / 4习题讲评课Ⅲ 创新考法大题增分练(拍照上传,现场评卷)
(本卷共4题,满分60分)
1.(14分)(2024·天津模拟)植物的光呼吸是在光下消耗O2并释放CO2的过程,会导致光合作用减弱、作物减产。研究人员为获得光诱导型高产水稻,在其叶绿体内构建一条光呼吸支路(GMA途径)。
(1)图1所示光呼吸过程中,O2与CO2竞争结合 ,抑制了光合作用中的 阶段。同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢,造成碳流失进而导致水稻减产。
(2)研究人员测定了转基因水稻叶片中外源G酶基因的表达量,以及G酶总表达量随时间的变化情况(图2)。
①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关,仅在14时明显下降,由此推测外源G酶基因表达除光强外,还可能受 等因素的影响。
②据图2可知,12~14时, (填“外源”或“内源”)G酶表达量显著升高,推测此时段转基因水稻光呼吸 。
(3)茎中光合产物的堆积会降低水稻结实率而减产,而本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率。结合上述研究将以下说法排序成合理解释:尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→ →因此水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。(填编号所描述的现象)
A.但光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加
B.但光合产物可以及时运输到籽粒
C.但G酶表达量的动态变化,使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加
2.(15分)(2024·湖北高考)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r),进行了相关实验,结果如图2所示。
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 (填“ht1”或“rhc1”)。
3.(15分)(2024·青岛二模)植物光合作用的光反应依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅡ复合体含有光合色素,能吸收光能并分解水。研究发现,捕光色素复合体捕获传递的光能超出光系统“使用量”时,会发生光抑制现象。高温胁迫也会导致PSⅡ产生光抑制现象,机理如图所示[活性氧(ROS)氧化性非常强,会破坏细胞组分]。
(1)结合上述信息分析,影响光合速率的外部因素主要有 。
(2)PSⅡ复合体分解水会产生 ,其中 可用于形成NADPH。
(3)研究发现,高温胁迫导致PSⅡ处的放氧复合体(OEC)及光合电子传递链失活,从而导致光抑制。此外,ROS过量合成,一方面通过 ,另一方面通过 ,引起PSⅡ光抑制。
(4)当植物处于高温环境中,会通过代谢调节过程,使叶绿素含量降低,引起叶片衰老。该过程的积极意义是
。
4.(16分)(2024·北京石景山模拟)阅读以下材料,回答(1)~(4)题。
光合产物的两个去向
蔗糖和淀粉是绿色植物光合作用的两个主要终产物。在光照下,蔗糖被持续地从叶肉细胞中运出,进入筛管,再通过韧皮部运输至茎、根等非光合器官。未能及时输出的光合产物会以淀粉的形式暂时储存在叶绿体中。黑暗情况下,叶绿体中的淀粉开始分解,以维持蔗糖的持续外运。(见下图)
卡尔文循环中生成的丙糖磷酸可转化为蔗糖或淀粉。丙糖磷酸进入细胞质基质需借助丙糖磷酸转运体(TPT),TPT是叶绿体内膜的主要蛋白质,其运输严格遵循1∶1反向交换的原则,即一分子物质运入,另一分子物质向相反的方向运出。TPT把丙糖磷酸从叶绿体运出的同时,将细胞质基质中的Pi运回叶绿体中。
叶片光合产物输出流畅时,蔗糖持续合成,该过程中释放的Pi不断进入叶绿体,通过TPT交换输出丙糖磷酸。叶片光合产物输出受阻时,蔗糖在叶肉细胞中积累,通过抑制相关酶的活性,使细胞质基质中可利用的Pi减少,不利于丙糖磷酸的输出,而有利于其在叶绿体内合成淀粉。TPT等转运蛋白的存在,控制着叶肉细胞内物质运输流量和代谢平衡。
(1)暗反应中生成的丙糖磷酸由C3被 还原形成。除此之外,C3还能形成C5,C5继续与CO2结合形成2个C3分子,这个过程叫CO2的 。
(2)光合旺盛时,若植物合成的糖类以蔗糖等可溶性糖的形式储存在叶绿体中,可能导致叶绿体基质的浓度升高,引起叶绿体 (填“吸水”或“失水”)。
(3)据图分析,下列描述正确的是 。
a.丙糖磷酸既可以用于合成蔗糖,也可以用于合成淀粉
b.若TPT的转运活性受抑制,则经此转运体转运进叶绿体的Pi会减少
c.若合成丙糖磷酸的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则不利于淀粉的合成
(4)研究发现,TPT转运活性被抑制的转基因烟草叶绿体内淀粉合成量大大增加,但光合速率基本不变,并未表现出显著的生长差异。请根据文中信息推测原因。
习题讲评课Ⅲ
1.解析:(1)CO2与R酶结合后进行光合作用的暗反应阶段,同时O2也能够和R酶结合生成2-PG,所以光呼吸过程中,O2与CO2竞争结合R酶,同时乙醇酸从叶绿体进入过氧化物酶体在G酶的参与下进行代谢,造成碳流失进而导致水稻减产。
(2)①外源G酶基因表达量与PFD(代表光合有效光辐射强度)大致呈正相关,仅在14时明显下降,而14时左右温度升高导致植物部分气孔关闭,胞间CO2浓度下降,由此推测外源G酶基因表达除光强影响外,还可能与气孔导度、CO2浓度、温度等因素有关。
②据图2可知,12~14时,总G酶和外源G酶的表达量差值最大,说明内源G酶表达量显著升高,推测此时段转基因水稻光呼吸增强。
(3)本研究中GMA途径的改造并未降低水稻的结实率,合理解释为:尽管GMA途径促进叶片产生较多光合产物→外源G酶基因表达除光强外,还可能受气孔导度、CO2浓度、温度等因素的影响,使中午进入GMA途径的乙醇酸未显著增加→光呼吸增强使得光合产物未爆发式增加→光合产物可以及时运输到籽粒→水稻茎中有机物不至于过度堆积而保证结实率。即相关机理为C→A→B。
答案:(1)R酶 暗反应(或CO2的固定)
(2)①气孔导度(或CO2浓度或温度) ②内源 增强 (3)C→A→B
2.解析:(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,其细胞液浓度降低,渗透压下降,从而导致保卫细胞失水,引起气孔关闭;气孔关闭会导致CO2的吸收减少,进而使植物光合作用速率减小。
(2)图2中的wt组和r组对比,高浓度CO2时r组气孔开放度更高,说明无rhc1基因产物气孔开放度会增大,即rhc1基因产物促进气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是脱落酸含量上升,导致气孔关闭,减少水分散失,从而适应短暂干旱环境。
(4)结合图1中蛋白甲、乙、丙的关系可知,在缺失蛋白甲的条件下,植物不能接收到高浓度CO2刺激信号,气孔开放度大,符合r组实验结果,因此推测编码蛋白甲的基因是rhc1;而在缺失蛋白乙的条件下,不能调控蛋白丙,蛋白丙调控气孔关闭,对应h组和h/r组,因此推测编码蛋白乙的基因是ht1。
答案:(1)失水 减小 (2)促进 (3)脱落酸含量上升,导致气孔关闭,减少水分散失,从而适应短暂干旱环境 (4)rhc1
3.解析:(1)影响光合速率的外部因素主要有光照强度、温度。
(2)PSⅡ复合体分解水会产生H+、电子和氧气,其中H+、电子与NADP+在酶的催化作用下可合成NADPH。
(3)由题图可知,高温胁迫会导致活性氧(ROS)过量合成,ROS过量合成能氧化并破坏与PSⅡ相关的细胞组分,引起PSⅡ光抑制;D1蛋白与PSⅡ的电子传递有关,ROS过量合成也会抑制D1蛋白从头合成,这也引起PSⅡ光抑制。
(4)当植物处于高温环境中,会通过代谢调节,降低叶绿素含量,引起叶片衰老,减少叶绿素捕获的光能,减弱植物受到光的伤害。
答案:(1)温度和光照强度 (2)H+、电子和氧气 H+、电子
(3)直接损伤光合组分 抑制D1蛋白的从头合成 (4)减少叶绿素捕获的光能,减弱植物受到光的伤害
4.解析:(1)分析题图可知:暗反应中生成的丙糖磷酸由C3被NADPH还原形成。除此之外,C3还能形成C5,C5继续与CO2结合形成2个C3分子,这个过程叫CO2的固定。
(2)光合旺盛时,植物合成的糖类以蔗糖等可溶性糖的形式储存在叶绿体中,导致叶绿体基质的浓度升高,渗透压上升,引起叶绿体吸水。
(3)分析题图可知:丙糖磷酸可以通过ADP-葡萄糖进一步合成淀粉,也可以进入叶绿体基质,通过己糖磷酸进一步合成蔗糖,a正确;叶片光合产物输出流畅时,蔗糖持续合成,该过程中释放的Pi不断进入叶绿体,通过TPT交换输出丙糖磷酸,若TPT的转运活性受抑制,则经此转运体转运进叶绿体的Pi会减少,b正确;叶片光合产物输出受阻时,蔗糖在叶肉细胞中积累,通过抑制相关酶的活性,使细胞质基质中可利用的Pi减少,不利于丙糖磷酸的输出,而有利于其在叶绿体内合成淀粉,c错误。故选a、b。
(4)当TPT转运活性被抑制时,丙糖磷酸从叶绿体输出受阻,有利于其在叶绿体基质中大量合成淀粉,丙糖磷酸不会积累,不会影响光合作用暗反应,所以光合速率不变。同时,黑暗情况下,叶绿体中的淀粉开始分解,淀粉分解形成麦芽糖和葡萄糖,进入细胞质基质合成蔗糖,运至其他部位,用于生长。
答案:(1)NADPH 固定 (2)吸水 (3)ab (4)TPT被抑制时,丙糖磷酸从叶绿体输出受阻,在叶绿体基质中大量合成淀粉,丙糖磷酸不会积累,未影响暗反应速率,光合速率不变。同时,黑暗情况下,淀粉分解形成麦芽糖和葡萄糖,进入细胞质基质合成蔗糖,运至其他部位,用于生长。
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