备考2024届高考生物一轮复习强化训练第三章细胞代谢课时4光合作用与能量转化

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A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析 野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传多样性，未增加物种多样性，A错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1的少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量存在差异，有可能是不同基因突变所致，也有可能是同一基因突变方向不同所致，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D正确。
2.[2023全国乙，10分]植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60％左右。回答下列问题。
（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 光合作用、呼吸作用 （答出2点即可）等生理过程。
（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放 。
（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照
射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响 。
（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 能 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。
解析 （1）气孔的开闭会影响CO2的吸收（光合作用）、O2的吸收（有氧呼吸）、蒸腾作用等生理过程。（2）气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。（3）用饱和红光照射某植物叶片时，其光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响。因此气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。（4）已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K＋，使气孔维持一定的开度。
3.[2021天津，10分]Rubisc是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisc的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
（1）蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以 自由扩散 和 主动运输 方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，从而通过促进 CO2固定 和抑制 O2与C5结合 提高光合效率。
（2）向烟草内转入蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 叶绿体 中观察到羧化体。
（3）研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应 提高 ，光反应水平应 提高 ，从而提高光合速率。
解析 （1）由图可知，CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助，也不需要消耗能量，故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散；CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助，同时需要消耗能量，故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，进而促进CO2固定，抑制O2与C5结合，从而提高光合效率。（2）烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。（3）转基因烟草的光合速率并未提高，可能是受CO2浓度的限制。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，则可以提高叶绿体中的CO2浓度，理论上，该转基因植株的暗反应水平应提高，暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP＋，光反应水平也应提高，从而提高光合速率。
4.[2021江苏，11分]线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
（1）叶绿体在 类囊体薄膜 上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是 叶绿素和类胡萝卜素 。
（2）光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3）。为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生 C5 ；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 12 个CO2分子。
（3）在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的 [H] 中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为 ATP 中的化学能。
（4）为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是取培养10～14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率（单位为μmlO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素）。请完成下表。
解析 （2）C3在叶绿体基质中合成，一些C3必须用于再生C5以维持光合作用持续进行，另一部分被运到细胞质基质中，运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由两分子六碳糖结合形成的，每运出一分子蔗糖需要固定12个CO2分子。（3）光反应的产物有ATP和NADPH，其中NADPH起还原剂的作用，含有还原能，草酰乙酸/苹果酸穿梭可将还原能输出叶绿体，经线粒体进行呼吸作用转化为ATP中的化学能。（4）设计实验应遵循单一变量原则和对照原则，①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮，即设置寡霉素为单一变量的对照组；②对照组和各实验组均测定多个大麦叶片，可减少叶片差异产生的误差；③叶绿素定量测定、计算光合放氧速率以研究线粒体对光合作用的影响，故称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液进行叶绿素定量测定。
植株类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
叶绿素/类胡萝卜素
野生型
1235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
实验步骤和目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
① 在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮
② 减少叶片差异产生的误差
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③ 叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量）
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定