专题06 细胞代谢（解析版）

专题06细胞代谢目录一、题型解读二、热点题型归纳【题型1】判断依据类【题型2】原因分析类【题型3】结果结论类三、最新模考题组练细胞代谢是高考试题的常客，选择题和非选择题都会有涉及，因此也是高三复习的重点，非选择题因分值比较高，重点突破掌握相应的答题模板就显得尤为重要了。细胞代谢的非选择题常见题型有：判断依据类、原因分析类和结果结论类。【题型1】判断依据类【典例分析1】（2023·辽宁·统考高考真题）花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同实验条件下的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图2）。回答下列问题：(3)在光照强度为500μmol·m2·s¹、无NaCl添加的条件下，LH12的光合速率（填“大于”“等于”或“小于"）HH1的光合速率，判断的依据是。【答案】(3)大于在光照强度为500μmol·m2·s¹、无NaCl添加的条件下，LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和【详解】在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl添加的条件下，LH12的净光合速率和HH1的净光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，因此可以判断，LH12的光合速率大于HH1的光合速率。【提分秘籍】判断依据类解题思路：在题干中找到“起因”和“结果指标”2、是找“媒介”，用顺推法或逆推法找出“媒介”，其一般来源于题干或者教材知识。【变式演练1-1】（2023·海南·高考真题）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。回答下列问题。(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是，该光源的最佳补光时间是小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是。【答案】(2)红光+蓝光6不同的补光时间条件下，红光+蓝光光源组平均花朵数均最多【详解】（2）根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光+蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光+蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多，所以最佳补光时间是6小时/天。【变式演练1-2】（2023·全国·统考高考真题）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。(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。【答案】(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔张开【详解】（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，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。【变式演练1-3】（2023·浙江·统考高考真题）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1/21/41/6单位叶面积叶绿素相对含量78.775.575.0净光合速率（μmol·m－2·s－1）9.318.998.75果实中含13C光合产物（mg）21.9637.3866.06单果重（g）11.8112.2119.59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。【答案】(1)叶绿体中的色素易溶于无水乙醇【详解】（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；【题型2】原因分析类【典例分析2】（2023·广东·统考高考真题）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。水稻材料叶绿素（mg/g）类胡萝卜素（mg/g）类胡萝卜素/叶绿素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27

分析图表，回答下列问题：(2)光照强度逐渐增加达到2000μmolm-2s-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yglWT（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。【答案】(2)等于呼吸速率较高【详解】（2）光照强度逐渐增加达到2000μmolm-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，说明二者的光饱和点相同。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。【提分秘籍】原因分析类解题思路：在题干中找到“起因”和“结果”2、是找“桥梁”，用顺推法或逆推法找出“桥梁”，其一般来源于题干或者教材中的相关知识。【变式演练2-1】（2022·重庆·统考高考真题）科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP（如图I）。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持（填“低温”或“常温”）。(2)在图I实验基础上进行图II实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差，原因是。(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H+浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图III所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，电子的最终来源物质是。【答案】(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温(2)实验II是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差(3)类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水【详解】（1）制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。（2）从图II实验中可知，在光照条件下，将处于pH=4的类囊体转移到pH=8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H+浓度差，因为实验II是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差。（3）对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H+被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H+浓度差是通过光合电子传递和H+转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源是水。分组处理甲清水乙BR丙BR+L【变式演练2-2】（2022·山东·高考真题）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有、（答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是。【答案】(2)五碳化合物供应不足CO2供应不足强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强【详解】（2）影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量，温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强。【变式演练2-3】（2021·湖北·统考高考真题）北方农牧交错带是我国面积最大和空间尺度最长的一种交错带。近几十年来，该区域沙漠化加剧，生态环境恶化，成为我国生态问题最为严重的生系统类型之一。因此，开展退耕还林还草工程，已成为促进区域退化土地恢复和植被重建改善土壤环境、提高土地生产力的重要生态措施之一研究人员以耕作的农田为对照，以退耕后人工种植的柠条（灌木）林地、人工杨树林地和弃耕后自然恢复草地为研究样地，调查了退耕还林与还草不同类型样地的地面节肢动物群落结构特征，调查结果如表所示。样地类型总个体数量（只）优势类群（科）常见类群数量（科）总类群数量（科）农田45蜉金龟科、蚁科、步甲科和蠼螋科共4科610柠条林地38蚁科910杨树林地51蚁科67自然恢复草地47平腹蛛科、鳃金龟科、蝼蛄科和拟步甲科共4科1115回答下列问题：(4)杨树及甲、乙两种草本药用植物的光合速率与光照强度关系曲线如图所示。和甲相比，乙更适合在杨树林下种植，其原因是。【答案】(4)杨树林下光照强度小，而乙比甲的光补偿点和光饱和点均低，弱光下乙净光合速率高【详解】（4）据图可知，乙植物的光补偿点和光饱和点都比甲植物，杨树林下光照强度小，而乙比甲的光补偿点和光饱和点均低，且弱光下乙净光合速率高，因此和甲相比，乙更适合在杨树林下种植。【题型3】结果结论类【典例分析3】（2022·湖北·统考高考真题）不同条件下植物的光合速率和光饱和点（在一定范围内，随光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点）不同，研究证实高浓度臭氧（O3）对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天，在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。【注】曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。回答下列问题：(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明。(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明。【答案】(2)高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小(3)实验组的净光合速率均明显小于对照组长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异【详解】（2）据图可见，用某一高浓度O3连续处理甲植物不同时间，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。（3）据图3可见，O3处理75天后，曲线3净光合速率小于曲线1、曲线4净光合速率小于曲线2，即甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线4净光合速率比曲线3下降更大，即长时间高浓度O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度臭氧对不同种类植物光合作用产生的抑制效果有差异。【提分秘籍】结果结论类解题思路：在题干中找到“处理条件”和“实验结果”2、分析本质，利用生物学原理进行分析。【变式演练3-1】（2019·海南·统考高考真题）在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示（a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率）。回答下列问题。（3）王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。【答案】思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散【详解】（3）思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。结果及结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。【变式演练3-2】（2012·重庆·高考真题）Ⅰ.长叶刺葵是棕榈科热带植物。为了解其引种到重庆某地后的生理状况，某研究小组在水分充足、晴朗无风的夏日，观测得到了该植物光合速率等生理指标日变化趋势图（题30图）。(4)某研究小组将产生纤维素酶的菌株，通过诱变和高温筛选获得新菌株，为探究新菌株所产纤维素酶能否耐受80℃高温，进行了以下实验。试管1试管2第一步加入适量缓冲液加入等量纤维素酶溶液（缓冲液配制）第二步30min第三步加入第四步60℃水浴保温10min第五步加入第六步沸水浴中加热2min，观察实验现象结果与结论：①若，则表明该纤维素酶能耐受80℃高温；②若，则表明该纤维素酶不能耐受80℃高温；【答案】(4)80℃水浴保温适量纤维素液斐林试剂试管1内呈蓝色，试管2内有砖红色沉淀产生试管1和2内均呈蓝色【分析】（4）根据实验是探究纤维素酶能否耐受80℃高温，所以应先对纤维素酶用80℃高温处理，常用方法为水浴80℃保温，对酶进行高温处理后，然后再加入适量的纤维素酶作用的底物--纤维素，利用纤维素酶能使纤维素水解为还原糖，来验证经高温处理的酶是否还有活性，还原糖可用斐林试剂或班氏糖定性试剂检测。①如果纤维素酶能耐受80℃高温，则经80℃高温处理后，依然能使纤维素水解，经斐林试剂检测能出现砖红色沉淀，则试管1内呈蓝色，试管2内有砖红色沉淀产生。②反之，不能出现砖红色沉淀，则试管1和2内均呈蓝色。1．（2023·吉林·统考一模）产自西南的翠芽绿茶，鲜叶本身绿色，冲泡出的茶汤也是澄明透亮。由于茶园地处高海拔的山区环境，早春温度低晴天少，导致茶树新梢生长缓慢，采摘期延迟。据此回答下列问题：(1)研究者认为翠芽绿茶的茶叶鲜绿，是因为叶绿体中含有较多色素，这可以通过对比色素带的宽窄来证明。色素分离的原理是。(2)茶汤中含有的茶多酚，推测主要存在于叶肉细胞的结构中。虽茶多酚有苦味和涩味，但能抗氧化，自由基，所以常饮茶可以延缓人体衰老。(3)氨基酸影响茶汤的鲜爽味。为提高该茶的鲜爽度，可以考虑将茶树与豆科作物套种，好处是。(4)早春晴天少，茶园补光采用红光和蓝光的主要原因是。增光有益于能量转化，其能量转化过程为：。(5)研究人员为给春茶高品质栽培提供理论依据和实践指导，在茶树新梢开始生长时进行夜间不同光源补光处理(21d)。设夜间不补光(CK)、LED1（红蓝光质比0.81）补光、LED2（红蓝光质比1.65）补光和LED3（红蓝光质比2.10）补光4种处理，以期明确适宜该茶园使用的LED补光灯，部分实验数据如下表：处理芽头生长情况茶叶中相关物质含量百芽鲜重（g/百个）发芽密度（个/m2）多酚(%)游离氨基酸(%)CK20.721922.71.8LED129.025227.92.4LED222.027125.61.9LED321.720924.11.8表中结果表明：早春低温弱光环境下的茶园用红蓝光质比为的LED灯进行补光，实现高产优质的效果显著。结合表中数据谈谈得出这一结论的依据：。【答案】(1)叶绿素（不同）色素在层析液中的溶解度不同(2)液泡消除（降低、清除、减少都可以）(3)提高土壤中氮元素含量（或提高固氮能力）(4)植物的叶绿素（光合色素或色素）主要吸收红光和蓝紫光光能先转化为活跃化学能，再转化为稳定化学能(5)0.81（写LED1给分）芽头生长状态好(芽头密度和芽头鲜重大）；并可（显著）增加茶叶多酚和游离氨基酸含量（茶叶中相关物质含量）【详解】（1）研究者认为翠芽绿茶的茶叶鲜绿，是因为叶绿体中含有较多叶绿素，这可以通过对比色素带的宽窄来证明1因为色素带的宽窄代表的是色素的含量，实验结果表明叶绿素的条带较宽。色素分离的原理是根据（不同）色素在层析液中的溶解度不同，进而在滤纸上扩散的速度不同，进而实现各种色素的分离。（2）茶汤中含有的茶多酚，推测主要存在于叶肉细胞的液泡结构中，因为成熟的植物细胞中液泡占90%以上的体积。虽茶多酚有苦味和涩味，但能抗氧化，消除自由基，自由基的存在能促进衰老，所以常饮茶可以延缓人体衰老。（3）氨基酸影响茶叶的鲜爽味。为提高该茶的鲜爽度，可以考虑将茶树与豆科作物套种，这样可以利用豆科植物的固氮能力，提高土壤中氮元素的含量，进而提高茶叶中氨基酸的合成量。（4）植物的叶绿素（光合色素）主要吸收红光和蓝紫光，植物光合作用的光反应阶段需要光，人工补光采用红蓝光源有利于茶树的光合作用，故茶园补光采用红光合蓝光。增光有益于光合作用，促进能量转化，其能量转化过程为光能先转化为活跃化学能，再转化为稳定化学能，前者发生在光反应阶段，后者发生在暗反应阶段。（5）分析表格数据：在LED1（红蓝光质比0.81）补光处理时百芽鲜重和发芽密度均较大，芽头密度和芽头鲜重乘积最大；且可显著增加茶叶多酚和游离氨基酸含量，降低酚氨比，有利于保持绿茶较好的口感，故早春低温弱光环境下的茶园用红蓝光质比为0.81的LED灯进行补光，实现高产优质的效果显著。2．（2023·四川攀枝花·统考一模）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。请回答下列问题。(1)科研人员发现，浅绿生菜的光合速率远低于深绿生菜，因此研究人员猜测，浅绿生菜叶肉细胞中的叶绿素含量更少，直接影响光反应中的产生，从而影响暗反应。进一步推测，叶绿素含量少的原因可能是叶肉细胞中叶绿体的数量少。请你利用所学知识设计一种简便方法对上述观点进行验证：（写出设计思路即可）。(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是。(3)科研人员分别在15℃和29℃培养条件下（其他条件相同且适宜），测得生菜的部分数据如图所示。已知生菜生长的适宜温度条件是15～20℃，图中甲组代表℃下测得的结果；若将培养温度由15℃快速提升至29℃时，据图分析，生菜叶肉细胞间隙CO2浓度明显上升的主要原因是。【答案】(1)[H]（或NADPH）和ATP取相同位置的两种生菜叶片，制成临时装片，在显微镜下观察并比较叶绿体的多少(2)植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光(3)15光合作用减弱，叶肉细胞对CO2的利用速率降低【分析】影响光合作用的外界因素有：光照强度、二氧化碳浓度、温度等。【详解】（1）光反应阶段产生的[H]（或NADPH）和ATP要用于暗反应中C3的还原。叶绿体的数量在光学显微镜下可以直接观察，因此可以取相同位置的两种生菜叶片，制成临时装片，在显微镜下观察并比较叶绿体的多少来验证叶绿素含量少的原因可能是叶肉细胞中叶绿体的数量少这个观点。（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量。（3）已知生菜生长的适宜温度条件是15～20℃，因此15℃下比29℃下的净光合速率大，因此甲组代表15℃下测得的结果。培养温度由15℃快速提升至29℃时，光合作用减弱，叶肉细胞对CO2的利用速率降低，因此在此期间生菜叶肉细胞间隙CO2浓度明显上升。3．（2023·河北·统考三模）海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。回答下列问题。(1)火龙果中与光合作用有关的色素分布在，用纸层析法分离叶绿体色素的原理是。(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是，该光源的最佳补光时间是小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是。(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。【答案】(1)叶绿体的类囊体薄膜上不同的色素在层析液中的溶解度不同(2)红光+蓝光6因为在不同补光时间条件下，红光+蓝光组平均花朵数都最多(3)将生长状况相同的火龙果分三组，分别用三种不同光照强度的白色光源对火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，一段时间后观察记录每组平均花朵数。【详解】（1）光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；光合色素的提取和分离实验中，用纸层析法分离叶绿体色素的原理为：不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。（2）据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光+蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光+蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多，所以最佳补光时间是6小时/天。（3）本实验要求对三种不同光照强度的白色光源，探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，所以将生长状况相同的火龙果分三组，分别用三种不同光照强度的白色光源对火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，一段时间后观察记录每组平均花朵数。4．（2023·湖南郴州·统考一模）2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出：中国力争在2030年达到碳顶峰，到2060达到碳中和。为助力“碳顶峰”“碳中和”，研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如下图所示：(1)已知R酶具有双重催化功能，既可催化CO₂与C₅结合，生成C3；又能催化O₂与C₅结合，生成C₃和乙醇酸（C₂），该过程称为光呼吸。生产实际中，可以通过适当升高CO₂浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理：。(2)R酶起作用的场所是。干旱条件下，暗反应受到（填“促进”或“抑制”），光呼吸可以消耗光反应积累的。(3)研究人员利用水稻自身的基因成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路，并成功将支路导入水稻叶绿体，该支路的作用是使光呼吸的中间产物C₂直接在叶绿体内代谢释放CO₂，显著提高了水稻的光合速率和产量。请分析原因：。【答案】(1)CO₂浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C₅与CO₂结合，减少C₅与O₂的结合，从而降低光呼吸。(2)叶绿体基质抑制NADPH和ATP(3)光呼吸使一部分碳以CO₂的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO₂直接在叶绿体内释放，提高了CO₂的利用率。【分析】1、光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成有机物。2、光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。光呼吸可消除多余的NADPH和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。【详解】（1）二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO₂浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C₅与CO₂结合，减少C₅与O₂的结合，从而降低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO₂浓度达到增产的目的。（2）分析题意可知，R酶可催化CO₂与C₅结合生成C3，该过程是暗反应过程，场所是叶绿体基质；暗反应过程需要光反应提供的NADPH和ATP，而该产物与水的光解有关，故干旱条件下，暗反应受到抑制，光呼吸可以消耗光反应积累的NADPH和ATP。（3）结合题意可知，GOC支路的作用是使光呼吸的中间产物C₂直接在叶绿体内代谢释放CO₂，光呼吸使一部分碳以CO₂的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO₂直接在叶绿体内释放，提高了CO₂的利用率，故显著提高了水稻的光合速率和产量。5．（2023·四川雅安·统考一模）仙人掌类等多种植物生长于热带干旱地区，而这种环境的特点是白天炎热夜晚寒冷，这类植物经过长期进化发展出一套独特的生存策略：夜晚气孔开放，吸收CO2并将其转化为苹果酸储存起来；白天为了减少蒸腾作用，气孔关闭，储存的苹果酸在酶的催化下分解生成CO2用于光合作用。回答下列有关问题。(1)植物光合作用过程十分复杂，根据，将光合作用过程概括地分为光反应和暗反应两个阶段。(2)仙人掌白天进行光合作用时消耗CO2的来源是。为了验证仙人掌的生存策略，简单的实验方法是检测高温干旱条件下，生活在密闭装置中的仙人掌，在白天和夜晚环境中的净变化量来证明。(3)黄昏时刻，光照不足会引起仙人掌叶绿体中NADPH与NADP+的比值会，理由是。(4)我们熟悉的多肉植物光合作用特点与仙人掌相同。有人认为夜晚将多肉植物置于卧室中有利于净化空气。请利用以上信息，分析提出此观点最可能的原因。。【答案】(1)是否需要光(2)苹果酸分解生成、丙酮酸分解生成二氧化碳(3)减小光照不足，光反应产生的NADPH减少，NADP+增多(4)多肉植物夜间缺乏光照，无法进行光合作用，同时植物呼吸作用消耗氧气，不能净化空气【详解】（1）光合作用的过程十分复杂，根据是否需要光可以分为光反应和暗反应两个阶段。（2）结合题图可知，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸分解释放CO2、丙酮酸分解生成CO2，可参与光合作用；分析题意，夜晚气孔开放，吸收CO2并将其转化为苹果酸储存起来；白天气孔关闭，储存的苹果酸在酶的催化下分解生成CO2用于光合作用，即白天和夜晚二氧化碳的浓度差异较大，故生活在密闭装置中的仙人掌，可通过检测两个时刻的二氧化碳净变化量来证明。（3）黄昏时刻，光照不足短时间内，光反应产生的NADPH减少，NADP+增多，故NADPH/NADP＋的值减小。（4）结合题意分析可知，仙人掌类等植物夜晚气孔开放，吸收CO2并将其转化为苹果酸储存起来，此时缺乏光照，无法进行光合作用，同时植物呼吸作用消耗氧气，不能净化空气。6．（2023·湖南永州·统考一模）Fv/Fm（叶绿素荧光参数）可反映光反应中心光能转换效率，强光条件下叶片捕获的光能经常会超过“碳同化”所能利用的范围，叶片吸收的能量过剩，会导致该参数明显下降，出现光抑制现象。某科研团队以纯合品种玉簪为材料进行了实验，通过遮荫网（透光率为25%左右）遮荫处理8周，之后将部分植株转移至全日照下（转光组，LHT），其余植株继续遮荫处理（弱光组，LT）。在不同时间，选取各组刚刚发育成熟的叶片进行各项形态和生理指标的测定，得到如图所示结果。回答下列问题：(1)“碳同化”发生在叶绿体的中，如果该过程减弱，就会（填“加剧”或“减弱”）光抑制现象。(2)在测量光合作用速率时，发现LHT组有明显的“光合午休”现象，LHT组出现此现象的原因有（答出两点即可）。(3)玉簪“光合午休”现象还与叶片中的M蛋白含量密切相关。研究表明：强光照会导致M蛋白含量下降，水杨酸能减少M蛋白含量下降的幅度。请以玉簪为实验材料，设计实验验证此结论，简要写出实验思路。【答案】(1)基质加剧(2)光照过强，光反应速率超过暗反应速率，出现光抑制现象，限制了光合作用速率；温度过高导致气孔关闭，二氧化碳吸收不足，抑制了暗反应速率，使光合作用速率受到限制(3)将生理状况一致的多株玉簪均分成A、B、C三组，A组强光照处理，B组强光照加水杨酸处理，C组适宜光照处理，其他条件相同且适宜，一段时间后，检测并比较各组M蛋白的含量，得出结论。【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。演替光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。【详解】（1）“碳同化”包括二氧化碳的固定等过程，属于光合作用的暗反应阶段，发生在叶绿体的基质中，分析题意可知，强光条件下叶片捕获的光能经常会超过“碳同化”所能利用的范围，叶片吸收的能量过剩，会导致该参数明显下降，出现光抑制现象，故若“碳同化”减弱，对于光反应产物的利用增加，就会加剧光抑制现象。（2）“午休”现象是指光照过强时光合作用速率下降的现象，据题分析，当光照过强时，光抑制现象明显，导致光合作用受限；或者是囚为蒸腾作用过强引起植物气孔关闭，导致胞间二氧化碳浓度不足，限制暗反应而限制光合作用。（3）本实验为验证强光照会导致M蛋白含量下降，水杨酸能减少M蛋白含量下降的幅度。试验设计思路为：将生理状况一致的多株玉簪均分成A、B、C三组，A组强光照处理，B组强光照加水杨酸处理，C组适宜光照处理，其他条件相同且适宜，一段时间后，检测并比较各组M蛋白的含量，得出结论。7．（2023·河北石家庄·统考三模）锑(Sb)是重金属元素，常以III和V两种价态存在。土壤中Sb含量超标会影响植物的生长。科研人员研究了不同形态（价态和浓度）的Sb对水稻光合作用关键蛋白的影响（CK为对照组，Sb浓度单位为mg/L，例：Sb（III）5表示浓度为5mg/L的III价态Sb；关键蛋白基因相对表达量单位为mg/L，活性单位为nmol/min.mg），结果如图所示。回答下列问题：(1)光反应关键蛋白①②③分布的具体场所为。图1中与CK相比，3种光反应关键蛋白基因相对表达量均上升的组别为，对光反应关键蛋白基因相对表达量均抑制的组别为。(2)已知关键蛋白④能催化CO2固定，其发挥作用的场所为。据图2分析可得出的结论是。综上所述，不同形态的Sb可能主要是通过影响过程毒害光合作用的。(3)已知某植物对Sb有强耐受性，研究发现其生物膜上有转运Sb的蛋白，而且该蛋白数量越多植物细胞对Sb的耐受能力越强，同时细胞吸水能力也越强。该蛋白应主要分布于细胞的（填“液泡膜”或“细胞膜”）上，理由是。【答案】(1)类囊体薄膜Sb(V)10Sb（III）5(2)叶绿体基质一定浓度(或5和10mg/L)两种价态(或Ⅲ和V)Sb均能促进关键蛋白④的表达(活性)光反应(3)液泡膜该转运蛋白分布于液泡膜上，可以将进入植物细胞内的Sb转运至液泡内，从而减少Sb对细胞其他结构的损伤，通过提高液泡中溶质的浓度增大细胞的吸水能力(将Sb转运至液泡内，从而减少Sb对细胞其他结构的损伤，提高液泡中溶质的浓度增大细胞的吸水能力)【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成；②暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。【详解】（1）光反应的场所是类囊体薄膜，因此光反应中关键蛋白①②③分布的具体场所为类囊体薄膜。据图1可知，与对照组CK相比，Sb(V)5中关键蛋白③与对照组相同，关键蛋白①②高于对照组；Sb（III）5中关键蛋白①②③都低于对照组；Sb（III）10中关键蛋白①③都低于对照组，关键蛋白③高于对照组；Sb(V)10中关键蛋白①②③均高于对照组，因此3种光反应关键蛋白基因相对表达量均上升的组别为Sb(V)10，对光反应关键蛋白基因相对表达量均抑制的组别为Sb（III）5。（2）CO2固定是暗反应中的生理过程，暗反应的场所是叶绿体基质，因此已知关键蛋白④能催化CO2固定，其发挥作用的场所为叶绿体基质。据图2可知，横坐标为不同形态（价态和浓度）的Sb，因变量为关键蛋白④的活性，与对照组CK相比，Sb(V)5、Sb(V)10、Sb（III）5、Sb（III）10中关键蛋白④的活性都较高，且Sb（III）10中最高，可得结论为：一定浓度(或5和10mg/L)两种价态(或Ⅲ和V)Sb均能促进关键蛋白④的表达(活性)。关键蛋白④是暗反应中的酶，不同形态的Sb处理后，关键蛋白④活性均升高，不会毒害光合作用的，据此推测不同形态的Sb可能主要是通过影响光反应过程毒害光合作用的。（3）该转运蛋白分布于液泡膜上，可以将进入植物细胞内的Sb转运至液泡内，从而减少Sb对细胞其他结构的损伤，通过提高液泡中溶质的浓度增大细胞的吸水能力，增强植物细胞对Sb的耐受能力，因此该蛋白应主要分布于细胞的液泡膜上。8．（2023·山东日照·校联考二模）研究人员在黑暗条件下将叶绿体的类囊体放入烧杯中，人为调整类囊体膜两侧的pH，并适时加入适量的ADP和Pi（实验过程如下图），一段时间后检测，只有实验组有ATP产生。(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以维持类囊体内外的，避免类囊体破裂；同时，提取液中还需加入蛋白酶抑制剂，目的是。(2)由实验结果推断，实验组合成ATP的能量来源于。(3)在上述实验的基础上，研究人员又继