新教材适用2024版高考生物二轮总复习第3部分高考题型专练非选择题规范练1细胞代谢

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(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_类胡萝卜素/叶绿素比例上升__，叶片主要吸收可见光中的_蓝紫__光。
(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·m－2·s－1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_高于__WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和_呼吸速率较高__。
(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_有机物积累较多__，是其高产的原因之一。
(4)试分析在0～50 μml·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在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？__
【答案】 (4)见解析图
【解析】 (1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。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，由ygl叶色呈黄绿可推测，主要吸收蓝紫光。(2)根据图a净光合速率曲线变化可知，WT先到达光饱和点，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b和图c可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。(3)净光合速率较高则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产量较多。(4)由于ygl呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0～50 μml· m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl的净光合速率如下图：
分析图a和图示曲线，高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率不同，根据两图可提出问题：为什么达到光饱和点时，ygl的净光合速率高于WT?
变式应对
1.小麦是我省半干旱地区的主要粮食作物。春小麦的产量受降水量影响明显，6月份降水量较低，而此时正值籽粒灌浆期，对水分需求比较敏感，降水量的不足严重影响小麦的生长发育。回答下列问题：
(1)研究人员发现，降水量较低的6月份春小麦的光合速率明显降低，主要是因为水分供应不足，影响了_光反应__过程，进而供给暗反应的_NADPH和ATP__减少。同时研究人员发现，降水不足的时候小麦叶片容易发黄，研究人员猜测，此时叶肉细胞中的_叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)__含量减少。请设计实验验证以上观点并预期结果
_实验设计：选取生长状况相同的正常小麦若干，分成等量的甲、乙两组。甲组正常灌溉，乙组减少灌溉量，其余培养条件相同且适宜。一段时间之后，称取两组等量的叶片，用相同的方法进行色素提取和滤纸层析，并观察比较两组滤纸条自上而下第3条和第4条色素带的带宽。预期结果：甲组滤纸条第3条和第4条色素带的带宽宽于乙组__。
(2)研究人员对春季和夏季晴天条件下，春小麦的光合作用日变化规律进行了研究，部分结果如图所示。下图中代表夏季的曲线为_a__，判断依据为_夏季温度更高，会出现“光合午休”现象，而春季不会__(答出1方面即可)。
(3)春小麦根尖细胞中合成ATP的酶可附着在_线粒体内__膜上。
【解析】 (1)水是光反应的原料之一，降水量较低的6月份春小麦的光合速率明显降低，主要是因为水分供应不足，影响了光反应过程，导致光反应产生，供给暗反应的NADPH和ATP减少，进而导致暗反应过程减弱；叶片中含有叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素可使叶片呈绿色，故降水不足的时候小麦叶片容易发黄，可能是因为叶绿素含量减少；色素的提取和分离可用纸层析法，具体过程为：选取生长状况相同的正常小麦若干，分成等量的甲、乙两组。甲组正常灌溉，乙组减少灌溉量，其余培养条件相同且适宜。一段时间之后，称取两组等量的叶片，用相同的方法进行色素提取和滤纸层析，并观察比较两组滤纸条自上而下第3条(叶绿素a)和第4条色素带(叶绿素b)的带宽。由于实验假设是叶绿素含量减少，且是验证实验，实验结果是唯一的，故预期结果：甲组滤纸条第3条和第4条色素带的带宽宽于乙组。(2)夏季温度更高，会出现“光合午休”现象，而春季不会，故图中代表夏季的曲线为a。(3)春小麦根尖细胞中合成ATP的过程是呼吸作用，其中发生在膜上的是有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜。
2.图1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。图2是某科学家研究光反应过程做的相关实验。
(1)图1的生物膜名称是_叶绿体类囊体薄膜(类囊体(薄)膜)__，光系统在能量转化中的作用是_将光能转化为不稳定的化学能(将光能转化为化学能)__，自然界中某些细菌如硫细菌进行光合作用时不会产生氧气，推测此类细菌可能不具备_PSⅡ__(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)。
(2)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1中过程_①__(填编号)，还需在离体叶绿体悬浮液中加入_铁盐或其他氧化剂(Fe3＋或氧化剂)__作为接受H＋和e－的受体。
(3)若CO2浓度降低，则图1中电子传递速率会_降低__(填“升高”或“降低”)，原因是_CO2浓度降低，C3生成量减少，用于还原C3的NADPH消耗量减少，生产的NADP＋减少，接受的e－减少__。
(4)图2实验可以得出的结论是_光合作用合成ATP所需要的能量不是光直接提供的(或者光合作用合成ATP所需要的能量来自类囊体膜两侧的H＋浓度差所含的分子势能或者光合作用合成ATP与类囊体膜两侧的H＋浓度梯度有关)__，结合图1可以推测出在叶绿体内，类囊体膜内侧H＋浓度_高__(填“高”或“低”)。
【解析】 (1)分析图1：在该生物膜上发生的是水分解产生氧气，以及合成了ATP和NADPH的过程，是光合作用的光反应阶段，发生在类囊体薄膜上，故图1中的生物膜表示的是叶绿体类囊体薄膜(类囊体(薄)膜)；光系统在能量转化中的作用是将光能转化为不稳定的化学能(ATP和NADPH中活跃的化学能)；自然界中某些细菌如硫细菌进行光合作用时不会产生氧气，推测此类细菌可能不具备PSⅡ(该系统的参与下发生了水的光解，产生了氧气)。(2)英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，结合图1可知，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1中过程①(发生水的光解，释放氧气)，还需在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(Fe3＋或氧化剂)作为接受H＋和e－的受体。(3)分析图1可知，若CO2浓度降低，C3生成量减少，用于还原C3的NADPH消耗量减少，生产的NADP＋减少，接受的e－减少，则图1中电子传递速率会降低。(4)分析图2可知，实验是在无光条件下进行的，但是其中一个瓶中有ATP的生成，且有ATP生成的条件是类囊体中的H＋浓度高于瓶中缓冲液H＋浓度(类囊体中pH＝4，缓冲液pH＝8)，说明光合作用合成ATP所需要的能量不是光直接提供的(或者光合作用合成ATP所需要的能量来自类囊体膜两侧的H＋浓度差所含的分子势能或者光合作用合成ATP与类囊体膜两侧的H＋浓度梯度有关)，结合图1可以推测出在叶绿体内，类囊体膜内侧H＋浓度高，利用H＋从类囊体薄膜内侧运输到叶绿体基质时的势能合成ATP。
3.土壤盐渍化抑制作物生长，制约农业可持续发展。研究人员以黄瓜幼苗为实验材料，研究了盐胁迫和不同红光/远红光(R/FR)比例对其光合特性和生长的影响，结果如下表所示。
回答下列问题：
(1)组别2的处理条件为_80_mml·L－1NaCl，R/FR＝7__。分析实验结果可以得出的结论是_R/FR＝0.7处理能缓解高盐对黄瓜幼苗光合特性和生长的抑制作用__。
(2)光合色素除了叶绿素还有_类胡萝卜素(叶黄素、胡萝卜素)__。提取光合色素过程中为避免色素被破坏，可采取的措施是_研磨过程加入少许碳酸钙__。据表分析，高盐处理导致全株干重下降的原因是 黄瓜幼苗光合色素含量下降导致光反应速率降低，同时气孔导度变小，吸收的CO2减少，导致暗反应下降，积累的有机物减少 。
(3)植物体内的_光敏色素__是接受红光和远红光的受体。研究发现黄瓜幼苗经低R/FR处理后，植物体内与光反应相关的蛋白质数量会增加。请推测发生该变化的生理机制是_光敏色素感受到低R/FR后，结构发生改变，这一信息经过一系列信号的传递，导致细胞核内与光反应相关蛋白质的基因表达量增加__。
【解析】 (1)结合题干“研究了盐胁迫和不同红光/远红光(R/FR)比例对其光合特性和生长的影响”可知，实验的自变量为盐胁迫和不同红光/远红光(R/FR)比例，实验遵循单一变量和对照原则，组别1的处理为0 mml·L－1NaCl，R/FR＝7起到对照作用，组别3条件为80 mml·L－1NaCl，R/FR＝0.7意味着组别3处于盐胁迫的条件下，组别2的因变量对应的各个指标的数据均小于组别1和组别3，故组别2应该也处于盐胁迫的条件下，而组别2和3处理条件不完全相同，则组别2的远红光(R/FR)比例应为R/FR＝7，故组别2的处理条件为80 mml·L－1NaCl，R/FR＝7；经高盐胁迫的组别2、3的全株干重均低于组别1，对比2、3组组别的处理差异在于远红光(R/FR)比例，且组别3的全株干重高于组别2，说明R/FR＝0.7处理能缓解高盐对黄瓜幼苗光合特性和生长的抑制作用。(2)光合色素除了叶绿素还有类胡萝卜素(叶黄素、胡萝卜素)，提取光合色素过程中为避免色素被破坏，可采取的措施是研磨过程加入少许碳酸钙，可以中和细胞内的有机酸，防止有机酸夺取叶绿素中的镁离子使叶绿素破坏，从而起到保护色素的作用；据表分析，高盐处理组光合色素含量减少，气孔导度减少，故高盐处理导致全株干重下降的原因是黄瓜幼苗光合色素含量下降导致光反应速率降低，同时气孔导度变小，吸收的CO2减少，导致暗反应下降，积累的有机物减少。(3)光敏色素是一类蛋白，分布在植物的各个部位，在受到光照射时，光敏色素的结构会发生一系列变化，这一变化的信息会经过传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应，植物体内的光敏色素是接受红光和远红光的受体。研究发现黄瓜幼苗经低R/FR处理后，植物体内与光反应相关的蛋白质数量会增加，发生该变化的生理机制是光敏色素感受到低R/FR后，结构发生改变，这一信息经过一系列信号的传递，导致细胞核内与光反应相关蛋白质的基因表达量增加。
4.Rubisc酶(R酶)是植物光合作用时固定CO2的一种酶，科研人员试图改善其自然状态下催化效率较低的问题。
(1)R酶催化_碳(或暗)__反应中CO2的固定，生成的C3在光反应产生的_ATP、NADPH([H])__作用下，最终将CO2转化为糖类等有机物。
(2)科研人员发现某种自养型细菌的R酶有很强的催化活性，欲用其替代烟草自身的R酶，以增强CO2的固定效率，研究情况如下。
①敲除烟草自身的R酶基因，将含有_自养型细菌的R酶基因__的DNA片段与载体连接，构建表达载体，导入烟草细胞后，通过_植物组织培养__技术获得转基因烟草植株，并检测CO2吸收速率如图1所示。
②地球表面平均大气CO2浓度在400 μml·ml－1左右，据图1可知，与野生型相比，胞间CO2浓度低于1 500 μml·ml－1时，_转基因烟草的CO2吸收速率更低__。科研人员证实，CO2浓度低于1 500 μml·ml－1，转基因植物中R酶的活性不是光合作用的限制因素。
请在表横线上填写为此说法提供证据的检测参数及结果。
(3)实验室检测发现，转基因烟草在CO2浓度大约为10 000 μml·ml－1时催化活性明显提高。请对上述科研结果进行评价并阐述理由。_实验是不成功的，因为转基因烟草高CO2吸收速率需要的CO2浓度远远高于正常大气中的CO2浓度，没有达到实验目的__。
【解析】 (1)CO2固定发生在暗反应，由题干“Rubisc酶(R酶)是植物光合作用时固定CO2的一种酶”可知，R酶在暗反应中起催化作用。暗反应中C3还原，需要光反应提供ATP和NADPH。(2)①由题干“欲用其替代烟草自身的R酶”可知，该基因工程的目的基因是该自养型细菌的R酶基因，需要将该基因和载体结合构建表达载体，导入烟草细胞后，以该细胞作为外植体，进行植物组织培养获得转基因植株。②由图1可知，胞间CO2浓度低于1 500 μml·ml－1时，转基因烟草的CO2吸收速率均低于野生型。由表中数据可知，野生型植株和转基因植株在叶绿素含量和气孔导度相近的情况下，转基因烟草R酶含量低于野生型，若转基因植株的R酶活性高于野生型(或二者R酶活性相近)，说明在CO2浓度低于1 500 μml·ml－1时，R酶含量是光合作用的限制因素，R酶活性不是。(3)由于大气中CO2浓度为400 μml·ml－1左右，远远低于该转基因烟草R酶催化活性明显上升时所需的CO2浓度，没有达到实验目的，因此该实验是不成功的。
5.南方地区避雨栽培模式有利于猕猴桃免受雨水侵害，避雨模式装置透光率为自然光的83%。科研人员对比露地和避雨栽培模式下猕猴桃光合作用效率，测得猕猴桃盛夏一天内净光合速率和气孔导度随时间变化规律如图所示，请据图作答：
(1)与猕猴桃叶肉细胞净光合速率大小直接相关的细胞器是_叶绿体和线粒体__。从图1得知，7∶00～10∶00猕猴桃叶片净光合速率逐渐增加。其原因是_随着光照强度增强和温度逐渐升高，光合速率和呼吸速率都增大，但光合速率增加的幅度更大__。
(2)实验表明猕猴桃在避雨模式下_不存在__(填“存在”或“不存在”)“午休”现象，请结合图1图2分析原因是_避雨模式下猕猴桃叶片在中午气孔导度大，气孔未关闭，净光合速率强，避免了光合午休的现象__。
(3)研究人员发现光照强度和温度等环境因素相同时，避雨模式下猕猴桃叶片上午10∶00测得的光合速率大于下午15∶00测的数值，据此推测叶片光合产物积累会抑制其光合作用，(已知叶片光合产物会被运到果实等器官并被利用)。生物兴趣小组设计了这样一个实验验证这一推测：①取甲乙两株长势相似、结幼果数相同的猕猴桃植株；②对甲株猕猴桃植株进行摘果处理，乙株不作处理；③将甲乙两植株置于避雨模式下，培养一段时间；④随后测量两株猕猴桃植株叶片的光合速率并进行比较，发现甲株光合速率大于乙株。有同学提出该实验存在不严谨的做法，你认为有哪些方面_①取长势相似、结幼果数相同的猕猴桃植株若干，平均分成甲、乙两组；②将两组植株置于避雨模式下，在相同且适宜环境条件下培养一段时间；④求各组平均值并进行比较__。
【解析】 (1)净光合作用速率＝总光合速率－呼吸速率，与猕猴桃叶肉细胞净光合作用速率大小直接相关的细胞器是线粒体、叶绿体。7∶00～10∶00时，随着光照强度增强和温度逐渐升高，光合速率和呼吸速率都增大，但光合速率增加的幅度更大，因此7∶00～10∶00猕猴桃叶片净光合速率逐渐增加。(2)避雨模式下猕猴桃叶片在中午气孔导度大，气孔未关闭，净光合速率强，避免了光合午休的现象，因此，猕猴桃在避雨模式下不存在“午休”现象。(3)单株猕猴桃容易产生误差，因此①中，应该取长势相似、结幼果数相同的猕猴桃植株若干，平均分成甲、乙两组；实验设计时，无关变量应保持等量且适宜，故②中应将两组植株置于避雨模式下，在相同且适宜环境条件下培养一段时间；单株猕猴桃测量光合速率容易产生误差，故④中应该求各组平均值并进行比较。水稻材料
叶绿素
(mg/g)
类胡萝卜
素(mg/g)
类胡萝卜
素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
组别
处理条件
光合色素
含量(mg·g－1)
气孔导度
(mml·m－2·s－1)
全株干
重(g)
1
0 mml·L－1
NaCl，R/FR＝7
0.13
0.08
0.84
2
0.11
0.06
0.73
3
80 mml·L－1
NaCl，R/FR＝0.7
0.12
0.12
0.79
检测参数
野生型
转基因烟草
R酶含量
高
低
_R酶活性__
较低(或相近)
较高(或相近)
叶绿素含量
相近
相近
气孔导度
相近
相近