一．解答題（共6小題）
1．植物的葉肉細胞在光下合成糖，以淀粉的形式儲存。通常認為若持續(xù)光照，淀粉的積累量會增加?；卮鹣铝袉栴}：（16分）
（1）（4分）葉肉細胞吸收的CO2，在 （結構）被固定形成C3，C3接受 釋放的能量，經(jīng)過一系列的反應轉化為糖類，并進一步合成淀粉。
（2）（4分）科研人員給予植物48小時持續(xù)光照，測定葉肉細胞中的淀粉量，結果如圖1所示。實驗結果反映出淀粉積累量的變化規(guī)律是 。
（3）（4分）為了解釋題（2）的實驗現(xiàn)象，研究人員提出了兩種假設。
假設一：當葉肉細胞內(nèi)淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成停止。
假設二：當葉肉細胞內(nèi)淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成與降解同時存在。
為驗證假設，科研人員測定了葉肉細胞的CO2吸收量和麥芽糖（麥芽糖為淀粉降解產(chǎn)物）的含量，結果如圖2所示。實驗結果支持假設 ，判斷依據(jù)是 。
（4）（4分）為進一步確定該假設成立，研究人員在第12h測得葉肉細胞中的淀粉含量為a，為葉片光合作用通入僅含13C標記的13CO24h，在第16h測得葉肉細胞中淀粉總量為b，13C標記的淀粉含量為c。若淀粉量a、b、c關系滿足 （用關系式表示），則該假設成立。
【解答】解：（1）CO2的固定是發(fā)生在葉綠體基質(zhì)的暗反應過程，暗反應中C3接受NADPH和ATP釋放的能量經(jīng)過一系列的反應轉化為糖類，并進一步合成淀粉。
（2）根據(jù)圖1可知，最初一段時間內(nèi)，淀粉積累量隨著持續(xù)光照時間的推移而逐漸增加，之后幾乎不增加。
（3）根據(jù)圖2，在12h后葉肉細胞的CO2吸收量保持在為50μml?g﹣1左右，說明植物還在繼續(xù)留用二氧化碳進行光合作用合成淀粉，而麥芽糖含量持續(xù)上升，說明淀粉有降解，則符合假設二“當葉肉細胞內(nèi)淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成與降解同時存在”的說法。
（4）a為初始的淀粉量，則b﹣a為這4小時淀粉的積累量，若積累量小于這四小時內(nèi)淀粉合成總量c，即b﹣a＜c，則說明一部分淀粉被分解，假設二成立。
故答案為：
（1）葉綠體基質(zhì) NADPH、ATP
（2）最初一段時間內(nèi)，淀粉的累積量隨持續(xù)光照時間增加而逐漸增加，之后幾乎不增加
（3）二 實驗結果顯示，葉肉細胞持續(xù)（或并未停止）吸收CO2，淀粉降解量快速增加（麥芽糖的含量快速增加），說明淀粉的合成和降解同時存在
（4）b﹣a＜c或b＜a+c
2.黑藻固定CO2有兩條途徑（如圖1）：①CO2在核酮糖﹣1，5﹣二磷酸羧化酶（Rubisc）催化下直接與C5反應生成C3；②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化下與磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）反應生成C4（四碳化合物），當C4儲存到一定量時分解放出CO2參與暗反應。已知PEPC對CO2親和力是Rubisc的幾十倍。回答下列問題：（14分）
（1）（6分）由圖可知，丙酮酸轉化為PEP的過程屬于 （填“吸能”或“放能”）反應。黑藻細胞固定CO2的具體場所是 。C3的還原需要 提供能量。
（2）（4分）研究發(fā)現(xiàn)黑藻經(jīng)低濃度CO2處理后，PEPC與Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，試分析發(fā)生這一變化的意義： 。黑藻具有這種生理特性是長期 的結果。
（3）（4分）為了探究在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制，研究人員檢測了低濃度CO2處理前后黑藻體內(nèi)兩種PEPC基因的表達情況，結果如圖2所示。由圖可知，在低濃度CO2處理下黑藻固定CO2途徑改變的分子機制是 。
【解答】解：（1）丙酮酸轉化為PEP的過程伴隨著ATP的水解，屬于吸能反應；黑藻細胞可以在細胞質(zhì)基質(zhì)中利用低濃度的二氧化碳固定為C4，在葉綠體基質(zhì)中利用高濃度的二氧化碳與C5生成C3；C3的還原過程需要光反應產(chǎn)生的NADPH和ATP提供能量。
（2）研究發(fā)現(xiàn)黑藻經(jīng)低濃度二氧化碳處理后，PEPC與Rubisc的活性比值由0.47上升到4.17，結合題圖可知，經(jīng)低濃度CO2處理后，PEPC的活性提高，改變了黑藻固定二氧化碳的途徑，有利于黑藻細胞在低濃度二氧化碳條件下增強固定二氧化碳的能力，以提高光合作用強度；黑藻具有這種生理特性是長期進化的結果。
（3）“探究在低濃度二氧化碳處理下黑藻固定二氧化碳途徑改變的分子機制”，分析實驗結果圖示可知，在低濃度二氧化碳處理下，PEPC1基因表達的相對含量稍有下降，而PEPC2基因表達的相對含量明顯增加，推測是由于低濃度二氧化碳處理誘導PEPC2基因表達增強，使PEPC2基因的表達相對含量增加，導致PEPC活性提高，引起固定二氧化碳的能力增強。
故答案為：
（1）吸能 細胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體基質(zhì) NADPH和ATP
（2）低濃度CO2處理后，PEPC的活性提高，改變了黑藻固定CO2的途徑，有利于黑藻細胞在低濃度CO2條件下，增強固定CO2的能力，以提高光合作用強度 進化
（3）低濃度CO2處理誘導PEPC2基因表達增強，使PEPC2基因的表達相對含量增加，導致PEPC活性提高，引起固定CO2的能力增強
3．研究人員將類囊體膜、CETCH循環(huán)體系共同封裝到了液滴中，構建了一個“半合成光合系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能連續(xù)將CO2轉化為乙醇酸，如圖1所示?；卮鹨韵聠栴}。（14分）
（1）（4分）類囊體膜上吸收光能的物質(zhì)是 ，CETCH循環(huán)相當于光合作用中的 階段。
（2）（4分）判斷B溶液是水溶液還是油溶液，并說明理由。 。
（3）（6分）CETCH循環(huán)體系一般含Ccr等各種酶和其它物質(zhì)。圖3為四種液滴系統(tǒng)中NADPH含量變化曲線圖。液滴①對應的是哪一條曲線？ 。理由是 。
【解答】解：（1）色素的功能是吸收、傳遞、轉化光能，故類囊體膜上吸收光能的物質(zhì)是色素；類囊體膜、CETCH循環(huán)體系共同封裝到了液滴中，構建了一個半合成光合系統(tǒng)，該系統(tǒng)能連續(xù)將CO2轉化為乙醇酸，說明CETCH循環(huán)相當于光合作用中的暗反應階段。
（2）由于磷脂分子的頭部具有親水性，尾部具有疏水性，尾部朝向B溶液，說明B溶液是油溶液。
（3）CETCH循環(huán)類似于暗反應，需要消耗NADPH，而類囊體膜進行光反應會產(chǎn)生NADPH；缺乏Ccr，CETCH循環(huán)無法進行，不會消耗NADPH；增加ATP再生系統(tǒng)，CETCH循環(huán)速率加快，消耗的NADPH增多，故液滴①為丙曲線。
故答案為：
（1）色素；暗反應
（2）油溶液；磷脂的尾部疏水，朝向B溶液
（3）丙；CETCH循環(huán)消耗NADPH，類囊體膜會產(chǎn)生NADPH）；缺乏Ccr，CETCH循環(huán)無法進行，不會消耗NADPH；增加ATP再生系統(tǒng)，CETCH循環(huán)速率加快，消耗的NADPH增多，故液滴①為丙曲線
4．玉米是C4植物，其維管束鞘細胞的葉綠體沒有基粒只有間質(zhì)片層，葉肉細胞的葉綠體有基粒。進行光合作用時，葉肉細胞中對CO2高親和力的PEP羧化酶催化CO2固定產(chǎn)生四碳化合物（C4途徑），然后運輸?shù)骄S管束鞘細胞中分解，釋放出CO2用于卡爾文循環(huán)。如圖1所示，請回答：（28分）
?
（1）（4分）兩類光合色素中合成需要光的是 ，光合色素吸收的光能將水分解產(chǎn)生O2和高能電子e、H+，H+、e與 結合，形成還原型輔酶Ⅱ（不是酶是全酶的輔因子，全稱為“煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸”）。
（2）（6分）圖2是玉米中葉綠體的亞顯微照片， （“屬于”、“不屬于”）物理模型，其中
（填“甲”或“乙”）是維管束鞘細胞葉綠體，玉米進行卡爾文循環(huán)的場所在 （填“甲”或“乙”）的基質(zhì)。
（3）（8分）玉米維管束鞘細胞中CO2濃度比葉肉細胞 （填“高”、“低”），推測這種細胞內(nèi)CO2濃度上的差異 （“需要”、“不需要”）耗能，在高溫、強光照、干旱環(huán)境中玉米具有C4途徑的意義是 。
（4）（10分）光合作用中產(chǎn)生ATP的常見方式是葉綠體利用光能驅(qū)動電子傳遞建立跨 膜的質(zhì)子梯度（AH+），形成質(zhì)子動力勢，質(zhì)子動力勢推動ADP和Pi合成ATP。已知NH4Cl可抑制類囊體膜內(nèi)外質(zhì)子梯度的形成（△H+），科研人員利用不同濃度的NH4Cl溶液處理玉米的兩種葉綠體，并測定ATP的相對含量，實驗結果如下表：
①隨著NH4Cl溶液濃度的增加兩種葉綠體產(chǎn)生ATP的相對含量下降的原因是 ，其中葉肉細胞葉綠體產(chǎn)生ATP相對含量下降得更明顯。
②根據(jù)實驗結果，聯(lián)系玉米葉肉細胞和維管束鞘細胞結構上的差異，對玉米維管束鞘細胞葉綠體產(chǎn)生ATP的機制進行推測 。
【解答】解：（1）光合色素合成中需要光的是葉綠素，光合色素吸收的光能將水分解為氧和H+，H+、e與NADP+結合，形成還原型輔酶Ⅱ（NADPH）。
（2）照片不屬于物理模型，維管束鞘細胞的葉綠體沒有基粒只有間質(zhì)片層，葉肉細胞的葉綠體有基粒，從圖中可以看出，乙是維管束鞘細胞葉綠體，玉米進行卡爾文循環(huán)的場所在乙的基質(zhì)。
（3）玉米吸收CO2首先在葉肉細胞，再形成C4運至維管束鞘細胞，啟動卡爾文循環(huán)，所以維管束鞘細胞中CO2濃度比葉肉細胞高，這種細胞內(nèi)CO2濃度上的差異是需要消耗能量，在高溫、強光照、干旱環(huán)境中PEP羧化酶對二氧化碳具有高親和力，C4植物可利用低濃度的二氧化碳進行光合作用，這樣既能保持體內(nèi)水分，又能高效地進行光合作用。
（4）葉綠體利用光能產(chǎn)生電子是光反應，場所在類囊體薄膜，所以驅(qū)動電子傳遞建立跨類囊體膜的質(zhì)子梯度形成質(zhì)子動力勢，質(zhì)子動力勢推動ADP和Pi合成ATP。
NH4Cl可抑制類囊體膜內(nèi)外質(zhì)子梯度的形成（△H+），所以NH4Cl作用下質(zhì)子梯度（AH+，或H+濃度差）逐漸減小，合成的ATP的動力減小，故隨著NH4Cl溶液濃度的增加兩種葉綠體產(chǎn)生ATP的相對含量下降；從表格中看出，維管束鞘細胞中ATP的相對含量高于葉肉細胞，可能的原因是維管束鞘細胞葉綠體除了質(zhì)子梯度（AH+）外，可能還存在其他推動ATP合成的動力。
故答案為：
（1）葉綠素 氧化型輔酶Ⅱ（NADP+）
（2）不屬于 乙 乙
（3）高 需要 既能保持體內(nèi)水分，又能高效地進行光合作用
（4）類囊體 NH4Cl作用下質(zhì)子梯度（AH+，或H+濃度差）逐漸減小，合成的ATP的動力減小 除了質(zhì)子梯度（AH+）外，可能還存在其他推動ATP合成的動力
5．干旱脅迫是植物最常遭遇的逆境脅迫之一，對植物的光合效率影響較大。為研究干旱脅迫下硅（Si）對酸棗生長及其生理特性的影響，科研人員以某酸棗品種幼苗為實驗材料，采用水培法，用PEG6000（聚乙二醇6000，滲透勢約為—0.15MPa）模擬干旱脅迫，共設6個處理組：對照（CK）；PEG處理；PEG+0.5mml/LSi處理（B1）；PEG+1.0mml/LSi處理（B2）；PEG+1.5mml/LSi處理（B3）；PEG+2.0mml/LSi處理（B4）。測得的數(shù)據(jù)如表所示。請回答下列問題：（16分）
（1）（4分）葉綠素分布在葉綠體的 上。分別將提取的PEG組和CK組酸棗幼苗的光合色素用紙層析法進行分離，兩個濾紙條上自下而上第 條色素帶顏色偏差較大。
（2）（4分）由表中數(shù)據(jù)可知，PEG組酸棗幼苗的相對生長速率低于CK組，出現(xiàn)這種結果的主要原因是 。
（3）（4分）在干旱脅迫下，隨著施加Si濃度的不斷增大，酸棗幼苗地上部和地下部干質(zhì)量均呈 的變化趨勢，其中Si濃度為 mml/L時效果量顯著，可顯著提高酸棗幼苗的抗旱性。
（4）（4分）結合表中數(shù)據(jù)，若要進一步探究干旱脅迫下促進酸棗幼苗生長的最適Si濃度，應如何進行操作？ 。
【解答】解：（1）葉綠素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，用紙層析法分離四種色素時，葉綠素a和葉綠素b的溶解度較小，擴散較慢，位于濾紙條的下端，因此分別將提取的PEG組和CK組酸棗幼苗的光合色素用紙層析法進行分離，兩個濾紙條上自下而上第1、2條色素帶顏色偏差較大。
（2）與CK組相比，PEG組酸棗幼苗葉綠素含量較少，光反應速率較低；同時氣孔導度較小，CO2供應不足，暗反應速率較低，導致其光合速率較低，生長速率較慢。
（3）在干旱脅迫下，施Si處理調(diào)節(jié)了酸棗幼苗生物量的分布，且隨著Si濃度的增加，酸棗幼苗地上部和地下部干質(zhì)量均呈先增大后減小的趨勢，其中Si濃度為1.5 mml/L時效果最顯著。
（4）為進一步探究干旱脅迫下促進酸棗幼苗生長的最適Si濃度，應在PEG處理下，在1.0～2.0 mml/L Si濃度范圍內(nèi)再設置多個濃度梯度進行重復實驗。
故答案為：
（1）類囊體薄膜 1、2
（2）PEG組酸棗幼苗葉綠素含量較少，光反應速率較低；同時氣孔導度較小，CO2供應不足，暗反應速率較低
（3）先增大后減小 1.5
（4）PEG處理下，在1.0～2.0 mml/L Si濃度范圍內(nèi)再設置多個濃度梯度進行重復實驗
6．在植物葉肉細胞中會同時進行光合作用和呼吸作用兩種生理過程，如圖是相關物質(zhì)變化示意圖，其中A～E為生理過程，請回答：（12分）
（1）（4分）上述A～E中，B過程為 ，D過程發(fā)生場所是 。
（2）（4分）適宜條件下，A過程中突然減弱光照，C5的含量短時間內(nèi)將 （填“上升”、“不變”或“下降”）；黑暗條件下，能產(chǎn)生[H]的場所是 。
（3）（4分）在我國西北地區(qū)，夏季日照時間長，晝夜溫差大，那里出產(chǎn)的瓜果往往特別甜，這是因為白天 （填字母）旺盛，晚上 （填字母）微弱。
【解答】解：（1）由以上分析可知，B過程為光合作用的暗反應階段，D過程為有氧呼吸第二階段，其場所為線粒體基質(zhì)。
（2）適宜條件下，A光反應過程中突然減弱光照，NADPH和ATP的生成量減少，C3的還原減弱，而短時間內(nèi)二氧化碳的固定不受影響，因此C5的含量短時間內(nèi)將下降。黑暗條件下，沒有光合作用能產(chǎn)生[H]的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)（細胞呼吸第一階段）和線粒體基質(zhì)（有氧呼吸第二階段）。
（3）西北地區(qū)晝夜溫差大。白天溫度高，光合作用（AB）旺盛，制造的有機物多；夜間溫度低呼吸作用（CDE）弱，分解的有機物少，體內(nèi)積累的有機物增多，所以西北地區(qū)晝夜溫差大，瓜果特別甜。
故答案為：
（1）暗反應 線粒體基質(zhì)
（2）下降 細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)
（3）AB CDE
液滴
類囊體膜
CETCH循環(huán)體系
其它成分
①
有
所有成分
②
有
所有成分
ATP再生系統(tǒng)
③
有
除Ccr外的所有成分
④
無
除Ccr外的所有成分
ImM NADPH
處理
維管束鞘細胞葉綠體光合磷酸化活力
葉肉細胞葉綠體光合磷酸化活力
μmlesATP/mg?chl?h
μmlesATP/mg?chl?h
對照﹣
91.10
135.9
1×105M
85.82
104.7
1×10﹣4M
77.09
76.24
1×10﹣3M
65.18
35.23
5×10﹣3M
55.39
5.49
處理組
和對生長速率/（mg?d﹣1）
地下部干質(zhì)量/（g/株）
地上部干質(zhì)量/（g/株）
葉綠素a+b/（mg?g﹣2）
氣孔導度/（mml?m﹣1?s﹣1）
CK
0.45
0.81
8.90
19.47
499.20
PEG
0.26
0.41
4.00
9.77
296.84
B1
0.29
0.51
4.13
10.14
369.63
B2
0.32
0.65
4.66
10.53
384.75
B3
0.39
0.60
4.67
11.88
393.65
B4
0.30
0.50
4.01
11.98
380.12

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