一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.實驗:綠葉中色素的提取和分離(1)實驗原理
分離出的色素帶平整不重疊
2.葉綠體中色素以及吸收光譜(1)葉綠體中色素的含量與分布
葉綠體中基粒類囊體薄膜上
(2)葉綠體中色素的吸收光譜
3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用(1)模式圖
(3)葉綠體功能的實驗驗證①實驗者:德國科學(xué)家恩格爾曼。②第一個實驗
實驗結(jié)論:O2是由　　　　　　在　　　　條件下釋放出來的,　　　　是光合作用的場所。?
③第二個實驗用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片,發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在　　　　　　　　　　　區(qū)域。?實驗結(jié)論:a.葉綠體能　　　　　　　　用于光合作用放　　;b.葉綠體主要吸收　　　　　　　　　　　。?
旁欄邊角1.(必修1,第98頁,“探究·實踐”拓展)分離葉綠體中的色素,也可用如圖所示的方法:即在圓心處滴加適量濾液,待干燥后再滴加適量層析液進行層析,結(jié)果會出現(xiàn)4個不同顏色的同心圓,則①~④依次對應(yīng)哪種色素及顏色?
提示 ①胡蘿卜素(橙黃色),②葉黃素(黃色),③葉綠素a(藍綠色),④葉綠素b(黃綠色)。
2.(必修1,第101頁,“拓展應(yīng)用1”改編)海洋中綠藻、褐藻、紅藻在海洋中的垂直分布大致依次是淺層、中層、深層,從水層透光與植物光能捕獲兩個層面進行解釋,原因是　　　　　　　　　　　　　　。?
提示 藻類本身的顏色是反射出來的光所形成的,即紅藻反射出紅光,綠藻反射出綠光,褐藻反射出黃光。水對紅、橙光的吸收比藍、紫光的吸收要多,即到達深水層的光線是相對富含短波長的光,因此,吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層,吸收藍紫光較多的紅藻分布于海水中較深的地方
易錯辨析基于對捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)的理解,判斷下列表述是否正確。(1)未加入CaCO3,葉綠素會被破壞。(　　)(2)濾紙條上擴散速度最快的是葉綠素a。(　　)(3)葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同。(　　)(4)葉綠體中的色素一般只利用波長在400~760 nm的可見光。(　　)(5)葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)。(　　)(6)夏天葉片呈綠色是葉片吸收綠光導(dǎo)致的,秋天葉片變黃,是葉黃素含量增多導(dǎo)致的。(　　)
二、光合作用的原理1.光合作用的概念與反應(yīng)式(1)概念:指綠色植物通過　　　　　　,利用光能,把　　　　　　　　轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物,并且釋放出　　　　的過程。?(2)反應(yīng)式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
2.探索光合作用原理的部分實驗
3.光合作用的原理(1)填寫圖中序號所代表的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)。①　　　　;②　　　　　　;③　　　　　　;④　　　　。Ⅰ是　　　　　　;Ⅱ是　　　　　　。?
(2)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較
ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能
ADP、Pi、NADP+
4.光合作用的意義(1)光合作用產(chǎn)生的有機物除供自身利用外,還為所有異養(yǎng)生物提供食物。(2)光能通過驅(qū)動光合作用而驅(qū)動生命世界的運轉(zhuǎn)。
旁欄邊角1.(必修1,第102頁,“思考·討論”拓展)希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng),理由是　　　　　　　　　　　　　　　。?
2.(必修1,第103頁,圖5-14拓展)假如白天突然中斷了CO2的供應(yīng),葉綠體內(nèi)首先積累起來的物質(zhì)是　　　。突然停止光照,葉綠體內(nèi)含量減少的物質(zhì)是　　　　　　　　　　　。?
提示 水的光解實驗是在沒有CO2的情況下進行的,沒有碳元素參與反應(yīng),而糖的合成需要碳元素的參與
ATP、NADPH、C5
易錯辨析基于對光合作用原理的理解,判斷下列表述是否正確。(1)葉綠體中光合色素吸收的光能,一方面用于水分解產(chǎn)生氧和H+;一方面用于ATP的合成。(　　)(2)水分解為氧和H+的同時,被葉綠體奪去2個電子。電子經(jīng)傳遞可用于NADP+與H+結(jié)合形成NADPH。(　　)(3)NADPH既可作還原劑,又可為暗反應(yīng)提供能量。(　　)(4)光合作用制造的有機物中的氧來自水。(　　)(5)C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸;C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。(　　)
(6)光合作用的產(chǎn)物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以進入篩管,通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?　　)(7)光能通過驅(qū)動光合作用而驅(qū)動生命世界的運轉(zhuǎn)。(　　)
角度一、綠葉中色素的提取和分離實驗考向探究考向1實驗的基本原理和過程分析1.(2022天津和平模擬)在進行光合色素的提取和分離實驗時,取一圓形濾紙,在濾紙中央滴一滴色素提取液,再滴一滴層析液,將會得到近似同心的四個色素環(huán),如下圖。下列說法錯誤的是(　　)A.通常提取液呈現(xiàn)綠色是因為葉片中葉綠素的含量比類胡蘿卜素高B.提取色素時加入少許CaCO3和SiO2C.若提取的是缺Mg葉片中的色素,則最外側(cè)兩圈色素環(huán)顏色較淡D.最外側(cè)兩圈色素環(huán)的色素主要吸收藍紫光
答案 C　解析 綠葉中葉綠素含量較多,所以提取液通常呈綠色,A項正確;提取色素時加少許SiO2可使研磨更充分,加少許CaCO3可保護色素,B項正確;Mg是合成葉綠素的原料,若葉片缺Mg,則葉綠素含量少,會使最內(nèi)側(cè)的兩圈色素環(huán)顏色較淡,C項錯誤;最外側(cè)兩圈色素是胡蘿卜素和葉黃素,主要吸收藍紫光,D項正確。
2.(2020江蘇)采用新鮮菠菜葉片開展“綠葉中色素的提取和分離”實驗,下列敘述錯誤的是(　　)A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑B.研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C.研磨時添加石英砂有助于色素提取D.畫濾液細線時應(yīng)盡量減少樣液擴散
答案 B　解析 色素易溶于有機溶劑,故用無水乙醇作為溶劑來提取,A項正確;研磨時加入CaCO3而非CaO,B項錯誤;研磨時加入石英砂,有助于研磨充分,有助于色素的提取,C項正確;為了得到整齊的色素帶,濾液細線盡量細、齊,D項正確。
考向2實驗拓展應(yīng)用3.(不定項選擇)遷移率(Rf)是用紙層析法分離混合色素中各種成分的重要指標,可用于色素的鑒定,遷移率=色素移動距離/溶劑移動距離。下表是葉綠體中色素層析結(jié)果(部分數(shù)據(jù)),
下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.可用無水乙醇、丙酮、石油醚等的混合試劑對色素進行分離B.色素3的遷移率為0.2,若植物體缺Mg2+,其含量會減少C.在層析液中溶解度最大的是色素1,在濾紙條上擴散速度最快的也是色素1D.不可用根尖細胞作為該實驗的材料
答案 BCD　解析 無水乙醇和丙酮可用于提取色素,分離色素應(yīng)用層析液,A項錯誤;根據(jù)實驗組1、2、3 3組數(shù)據(jù)可求出,色素3平均移動距離為1.6,遷移率為0.2,在濾紙條上的顏色為藍綠色,B項正確;溶解度越高,隨層析液在濾紙條上擴散速度越快,即色素1(胡蘿卜素)的溶解度最高,擴散速度最快,C項正確;根尖細胞沒有葉綠體,不能用來作為提取和分離色素的實驗材料,D項正確。
方法突破有關(guān)色素提取和分離的4個常見異?，F(xiàn)象原因分析
角度二、光合色素的種類、作用與分布考向探究考向1光合色素的種類、作用及分布4.植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(yīng)(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯誤的是(　　)A.類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成B.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示D.葉片在640~660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的
答案 A　解析 類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素,主要吸收藍紫光,基本不吸收紅光,A項錯誤;各種色素的吸收光譜可以通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制,B項正確;光合作用的作用光譜可用光合作用的強度隨光波長的變化來表示,通常用O2的釋放速率或CO2的吸收速率來表示光合作用強度,C項正確;波長為640~660 nm的光為紅光,葉綠素對其吸收量較大,在此波長光下釋放O2是由于葉綠素參與了光合作用,D項正確。
5.(不定項選擇)下圖是高等植物葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.①和②均為選擇透過性膜,分布著與光合作用有關(guān)的酶B.③上分布有與光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶,這些色素對綠光吸收最少C.③上所含色素均含Mg2+,故缺Mg2+時這些色素都無法合成D.在③上形成的產(chǎn)物NADPH和ATP進入④中為暗反應(yīng)提供物質(zhì)和能量
答案 AC　解析 ①和②分別為葉綠體的外膜和內(nèi)膜,均具有選擇透過性,但沒有分布與光合作用有關(guān)的酶,A項錯誤;葉綠素中含Mg2+,胡蘿卜素、葉黃素中不含Mg2+,C項錯誤。
考向2葉綠體的功能6.德國科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計了一個實驗研究光合作用的光譜。他將通過三棱鏡的光投射到絲狀水綿上,并在水綿懸液中放入需氧細菌,觀察細菌的聚集情況(如下圖所示)。他由實驗結(jié)果得出光合作用在紅光區(qū)和藍紫光區(qū)最強。這個實驗的思路是(　　)A.細菌對不同的光反應(yīng)不一,細菌聚集多的地方,細菌光合作用強B.需氧細菌聚集多的地方,O2濃度高,水綿光合作用強C.需氧細菌聚集多的地方,產(chǎn)生的有機物多,水綿光合作用強D.需氧細菌大量消耗O2,使水綿的光合速率大幅度加快
答案 B　解析 需氧細菌不能進行光合作用,該實驗中進行光合作用的是水綿,A項錯誤;需氧細菌聚集多的地方,說明光合作用產(chǎn)生的O2多,C項錯誤;水綿光合速率的快慢與需氧細菌呼吸速率無明顯關(guān)系,D項錯誤。
方法突破1.影響葉綠素合成的三大因素
2.光合色素的分布與功能
3.色素與葉片的顏色
考向探究考向1光合作用的探究歷程1.(2022安徽合肥調(diào)研)英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn):在光下,若給含葉綠體的葉片提取液(淡綠色)提供特定的可與氫離子結(jié)合的氫受體2,6-D(一種墨綠色染料,接受氫離子并被還原后呈無色),在無CO2時進行光照,可觀察到提取液由墨綠色變?yōu)榈G色,并釋放出O2;但放在暗處,則試管中的液體仍為墨綠色,且無O2的釋放,如下圖所示。
下列有關(guān)該實驗的敘述和推論,錯誤的是(　　)A.該實驗證明了光照條件下釋放的氧氣完全來自H2O的光解B.該實驗證明了光照條件下葉綠體內(nèi)產(chǎn)生了還原性物質(zhì)C.若給A組提供14CO2等物質(zhì),可能會檢測到(14CH2O)的生成D.該實驗無法證明葉綠體是植物細胞合成糖類的場所
答案 A　解析 根據(jù)題干信息和題圖分析,A組在光照和無二氧化碳條件下,葉綠體產(chǎn)生了氧氣,且提取液的顏色由墨綠色變成了淡綠色,說明葉綠體在光照條件下產(chǎn)生了氫離子和氧氣,且氫離子與氫受體2,6-D結(jié)合;B組在黑暗條件下,沒有氧氣釋放,溶液仍然為墨綠色,說明葉綠體在黑暗條件下不能產(chǎn)生氫離子和氧氣,A項錯誤。
考向2光合作用過程的分析2.(2022廣東)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisc,下列敘述正確的是(　　)A.Rubisc存在于細胞質(zhì)基質(zhì)中B.激活Rubisc需要黑暗條件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2結(jié)合
答案 D　解析 CO2的固定發(fā)生于暗反應(yīng)階段,場所是葉綠體基質(zhì),A項錯誤;CO2的固定過程在有光和無光條件下都能進行,但Rubisc需要光激活,B項錯誤;CO2的固定過程需要酶的參與,不需要消耗ATP,C項錯誤;由題干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisc,D項正確。
3.(不定項選擇)植物葉肉細胞的部分代謝過程如圖所示。下列敘述正確的是(　　)A.NADP+在光反應(yīng)過程與電子和質(zhì)子結(jié)合,形成還原型的NADPHB.突然停止供應(yīng)CO2,葉綠體內(nèi)NADPH和ATP含量增加C.類囊體膜上的類胡蘿卜素能吸收紅光和藍紫光用于光合作用D.圖中H+通過主動運輸從類囊體膜內(nèi)運到膜外
答案 AB　解析 類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,幾乎不吸收紅光,C項錯誤;由圖可知,H+從類囊體膜內(nèi)運到膜外是順濃度梯度,故為協(xié)助擴散,D項錯誤。
考向3新情境下光合作用過程圖解分析4.(2020山東)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類,相關(guān)裝置及過程如下圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。
(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是　　　　　　　　,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為　　　　　　　　　　。?(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時間內(nèi)乙的含量將　　　　(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長,模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會發(fā)生改變,原因是　　 　　。?(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是　　　　　　　　　　　　。?(4)干旱條件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。
答案 (1)模塊1和模塊2　五碳化合物(或:C5)　(2)減少　模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足　(3)高于　人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或:植物呼吸作用消耗糖類)　(4)葉片氣孔開放程度降低,CO2的吸收量減少解析 (1)分析圖示可知,模塊1為將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程,模擬的是色素吸收光能的過程;模塊2模擬的是水分子氧化以產(chǎn)生氧分子和氫離子,并合成ATP的過程,因此兩個模塊模擬的是光反應(yīng)過程;模塊3則模擬的是暗反應(yīng)過程。
(2)模塊3模擬暗反應(yīng)過程,氣泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則輸入到暗反應(yīng)系統(tǒng)中的CO2濃度下降,CO2固定減少,則C3的含量會減少,若氣泵停轉(zhuǎn)的時間較長,則暗反應(yīng)過程為光反應(yīng)提供的ADP、Pi和NADP+不足,會導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率下降。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量與植物的總光合作用的產(chǎn)生量相等,由于該系統(tǒng)未模擬細胞呼吸,不會通過呼吸作用消耗糖類,而植物會發(fā)生呼吸作用,因此該系統(tǒng)積累的糖類多于植物。(4)干旱條件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱導(dǎo)致植物的蒸騰作用加強,植物為了防止水分散失過多而關(guān)閉氣孔,葉片氣孔開放程度降低,CO2吸收量減少。
考向4環(huán)境改變時光合作用過程中的物質(zhì)變化5.光合作用通過密切關(guān)聯(lián)的兩大階段——光反應(yīng)和暗反應(yīng)實現(xiàn)。對于改變反應(yīng)條件而引起的變化,下列說法正確的是(　　)A.突然中斷CO2供應(yīng),會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值減小B.突然中斷CO2供應(yīng),會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大C.突然將紅光改變?yōu)榫G光,會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小D.突然將綠光改變?yōu)榧t光,會暫時引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小
答案 B　解析 突然中斷CO2供應(yīng),導(dǎo)致CO2的固定速率降低,葉綠體中C5含量增加、C3含量減少,因此會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值增大,A項錯誤;突然將紅光改變?yōu)榫G光后,光能利用率降低,ATP和NADPH含量減少,進而使C3含量增加、C5含量減少,因此會暫時引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值增大,C項錯誤;突然將綠光改變?yōu)榧t光后,光能利用率提高,ATP和NADPH含量增大,ATP/ADP的值增大,D項錯誤。
方法突破1.光合作用的過程(1)光合作用過程中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系(2)光合作用中C、H、O的轉(zhuǎn)移途徑
2.環(huán)境改變時光合作用過程中的物質(zhì)變化(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化如下圖中Ⅰ表示光反應(yīng),Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的還原,當外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時,分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化:
(2)“模型法”表示C3和C5的含量變化
①以上分析只表示條件改變后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變化。②以上各物質(zhì)變化中,C3和C5含量的變化是相反的,NADPH和ATP含量變化是一致的。③具體分析時只有厘清C3、C5的“來源”與“去路”(C3產(chǎn)生于CO2的固定,消耗于C3的還原;C5產(chǎn)生于C3的還原,消耗于CO2的固定),才能準確作出判斷。
CO2固定途徑的多樣性和適應(yīng)性知識必備1.CO2固定的3種途徑不同的植物,暗反應(yīng)的過程不一樣,而且葉片的解剖結(jié)構(gòu)也不相同。這是植物對環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。3種類型是因CO2的固定這一過程的不同而劃分的。
(1)C3途徑:C3途徑是碳同化的基本途徑,也稱為卡爾文循環(huán),可合成糖類、淀粉等多種有機物。C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成光合產(chǎn)物等。通過C3途徑固定CO2的植物稱為C3植物,C3類植物屬于高光呼吸植物類型,光合速率較低,其種類多,分布廣,多生長于暖濕條件下,如大多數(shù)樹木、糧食類植物、煙草等。
(2)C4植物:通過C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物,它們主要是那些生活在干旱熱帶地區(qū)的植物。在這種環(huán)境中,植物若長時間開放氣孔吸收CO2,會導(dǎo)致水分通過蒸騰作用過快散失。所以,植物只能短時間開放氣孔,CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進行光合作用,合成自身生長所需的物質(zhì)。C4植物兩次固定是在空間上分開:在葉肉細胞內(nèi)固定CO2,在維管束鞘細胞中同化CO2。
(3)CAM途徑(景天科酸代謝):CAM途徑指生長在熱帶或亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。具有這種途徑的植物稱為CAM植物。該途徑的特點是:CAM植物氣孔只有晚上開放,將CO2生成蘋果酸等進行固定,白天氣孔關(guān)閉,蘋果酸等則由液泡轉(zhuǎn)入葉綠體中再釋放CO2,再通過卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)變成糖。這是植物對干旱環(huán)境的適應(yīng)。CAM植物兩次固定是在時間上分開:在晚上固定CO2,在白天同化CO2。
2.光呼吸光呼吸是所有進行光合作用的細胞在光照和高氧低CO2情況下發(fā)生的一個生化過程。它是光合作用損耗能量的一個副反應(yīng)。在黑暗條件下,呼吸過程能不斷轉(zhuǎn)換形成ATP,并把自由能釋放出來,以供根系的吸收功能、有機物質(zhì)的合成與運轉(zhuǎn)功能以及各種物質(zhì)代謝反應(yīng)等功能的需要,從而促進生命活動的順利進行。綠色植物在照光條件下的呼吸方式特點是呼吸基質(zhì)在被分解轉(zhuǎn)化過程中雖也放出CO2,但不能產(chǎn)生ATP,從而使光合產(chǎn)物被白白地耗費掉。所以光呼吸越強,光合生產(chǎn)率相對越低。
光呼吸不是一個純粹消耗能量的過程,其功能是:①在光呼吸時細胞線粒體中進行甘氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸反應(yīng)時能形成ATP;②光呼吸可以將光合作用的副產(chǎn)品磷酸乙醇酸和乙醇酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?③在水分虧缺及高光照條件下,葉片氣孔關(guān)閉,光呼吸釋放的CO2能被再固定,可保護光合作用的反應(yīng)中心,以免被強光所破壞。
專項突破典例.(2022遼寧)早期地球大氣中的O2濃度很低,到了大約3.5億年前,大氣中O2濃度顯著增加,CO2濃度明顯下降?，F(xiàn)在大氣中的CO2濃度約為390 μml/ml,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc)是一種催化CO2固定的酶,在低濃度CO2條件下,催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制,極大地提高了Rubisc所在局部空間位置的CO2濃度,促進了CO2的固定?；卮鹣铝袉栴}。(1)真核細胞葉綠體中,在Rubisc的催化下,CO2被固定形成　　　　　　,進而被還原生成糖類,此過程發(fā)生在　　　　　　　　　　中。?
①由這種CO2濃縮機制可以推測,PEPC與無機碳的親和力　　　　(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisc。?②圖2所示的物質(zhì)中,可由光合作用光反應(yīng)提供的是　　　　　　　　　。圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于　　　　(填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”)。③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場所,可以使用　　　　　　　　　　技術(shù)。?(4)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù),可能進一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有　　　　。?B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成C.改造植物的Rubisc基因,增強CO2固定能力D.將CO2濃縮機制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機制的植物
答案 (1)三碳化合物　葉綠體基質(zhì)　(2)葉綠體　細胞呼吸和光合作用　(3)高于　NADPH和ATP　吸能反應(yīng)　同位素示蹤　(4)AC解析 (1)光合作用的暗反應(yīng)中,CO2被固定形成三碳化合物,進而被還原生
(3)①PEPC參與催化 +PEP→OAA過程,說明PEPC與無機碳的親和力高于Rubisc。②圖2所示的物質(zhì)中,可由光合作用光反應(yīng)提供的是ATP和NADPH,圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程需要消耗ATP,說明圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于吸能反應(yīng)。③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場所,可以使用同位素示蹤技術(shù)。(4)改造植物的 轉(zhuǎn)運蛋白基因,增強 的運輸能力,可以提高植物光合作用的效率,A項符合題意;改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成,不利于最終二氧化碳的生成,不能提高植物光合作用的效率,B項不符合題意;改造植物的Rubisc基因,增強CO2固定能力,可以提高植物光合作用的效率,C項符合題意;將CO2濃縮機制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機制的植物,不一定提高植物光合作用的效率,D項不符合題意。
專項訓(xùn)練1.(2022全國乙)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中;白天氣孔關(guān)閉,液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}。(1)白天葉肉細胞產(chǎn)生 ATP的場所有　　　　　　　　　　　。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和　　　　　　　　　　釋放的CO2。?(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式,這種方式既能防止　　　　　　　　　　　　,又能保證　　　　　　正常進行。(3)若以pH作為檢測指標,請設(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果)
答案 (1)細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、(葉綠體的)類囊體薄膜　呼吸作用　(2)植物蒸騰作用過強而導(dǎo)致失水過多　光合作用　(3)實驗思路:植物甲在干旱的環(huán)境條件下(其他條件適宜)培養(yǎng)一段時間;分別在白天和晚上測定植物甲液泡內(nèi)的pH;統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)。預(yù)期結(jié)果:晚上液泡內(nèi)的pH明顯低于白天。
解析 (1)白天葉肉細胞可以進行呼吸作用,產(chǎn)生ATP的場所包括細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體;也可以進行光合作用,產(chǎn)生ATP的場所為葉綠體的類囊體薄膜。蘋果酸脫羧和呼吸作用釋放的CO2可作為光合作用的原料。(2)植物蒸騰作用散失水分和光合作用吸收二氧化碳都離不開氣孔。干旱條件下,氣孔白天關(guān)閉,晚上打開,既可防止白天因蒸騰作用過強使植物過度失水,又可保證植物光合作用的正常進行。(3)欲設(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式,可選取植物甲在干旱條件下進行培養(yǎng),檢測白天和晚上液泡內(nèi)的pH;晚上液泡內(nèi)的pH低于白天液泡內(nèi)的pH,即可驗證該實驗。
2.(2022天津)Rubisc是光合作用過程中催化CO2固定的酶,但其也能催化O2與C5結(jié)合,形成C3和C2,導(dǎo)致光合效率下降。CO2與O2競爭性結(jié)合Rubisc的同一活性位點,因此提高CO2濃度可以提高光合效率。(1)藍細菌具有CO2濃縮機制,如下圖所示。注:羧化體具有蛋白質(zhì)外殼,可限制氣體擴散。
據(jù)圖分析,CO2依次以　　　　　　　　和　　　　　　　　方式通過細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisc周圍的CO2濃度,從而通過促進　　　　　　　　和抑制　　　　　　　　提高光合效率。?(2)向煙草內(nèi)轉(zhuǎn)入藍細菌Rubisc的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng),應(yīng)能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細胞的　　　　　　中觀察到羧化體。?(3)研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因煙草的光合速率并未提高。若再轉(zhuǎn)入 和CO2轉(zhuǎn)運蛋白基因并成功表達和發(fā)揮作用,理論上該轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水平應(yīng)　　　　,光反應(yīng)水平應(yīng)　　　　,從而提高光合速率。?

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