1.(2024·湖南卷)某同學(xué)將質(zhì)粒DNA進(jìn)行限制酶酶切時(shí),發(fā)現(xiàn)DNA完全沒有被酶切,分析可能的原因并提出解決方法。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.限制酶失活,更換新的限制酶
B.酶切條件不合適,調(diào)整反應(yīng)條件如溫度和酶的用量等
C.質(zhì)粒DNA突變導(dǎo)致酶識別位點(diǎn)缺失,更換正常質(zhì)粒DNA
D.酶切位點(diǎn)被甲基化修飾,換用對DNA甲基化不敏感的限制酶
答案B
解析限制酶失活會使DNA完全不被酶切,此時(shí)應(yīng)更換新的限制酶,A項(xiàng)正確。酶切條件不合適通常會使切割效果下降,此時(shí)應(yīng)有部分DNA被酶切,B項(xiàng)錯(cuò)誤。質(zhì)粒DNA突變會導(dǎo)致限制酶識別位點(diǎn)缺失,進(jìn)而造成限制酶無法進(jìn)行切割,此時(shí)應(yīng)更換為正常質(zhì)粒,C項(xiàng)正確。質(zhì)粒DNA上酶切位點(diǎn)被甲基化修飾,會導(dǎo)致對DNA甲基化敏感的限制酶無法進(jìn)行酶切,此時(shí)應(yīng)換用對DNA甲基化不敏感的限制酶,D項(xiàng)正確。
2.(2024·湖北模擬)為檢測溫度對糖化酶和α-淀粉酶活性的影響,某興趣小組進(jìn)行了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)取4支試管,各加入2 mL淀粉溶液,1號不加酶,2~4號分別加入0.5 mL 10萬活性糖化酶、5萬活性糖化酶、α-淀粉酶(底物淀粉和酶均已經(jīng)置于相應(yīng)溫度下進(jìn)行預(yù)保溫)。反應(yīng)1 min后,每支試管加入4滴碘液檢測。結(jié)果如下表所示(“+”表示顯藍(lán)色,“+”越多藍(lán)色越深,“-”表示不變藍(lán))。下列敘述正確的是( )
A.糖化酶對溫度的敏感程度較α-淀粉酶高
B.60 ℃條件下4支試管的結(jié)果說明α-淀粉酶具有高效性
C.可以使用斐林試劑代替碘液檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果
D.糖化酶的最適溫度在15~60 ℃范圍內(nèi)
答案A
解析依據(jù)表格信息可知,糖化酶與淀粉酶相比較,隨溫度的變化,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化更明顯,說明糖化酶對溫度的敏感程度較α-淀粉酶高,A項(xiàng)正確;酶的高效性是指酶與無機(jī)催化劑相比較,可以顯著降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,依據(jù)表格信息,在60 ℃條件下,2、3、4號試管均不出現(xiàn)顯色反應(yīng),說明淀粉已被水解,但是由于缺乏無機(jī)催化劑的對照,不能說明α-淀粉酶具有高效性,B項(xiàng)錯(cuò)誤;使用斐林試劑檢測淀粉水解,需要進(jìn)行水浴加熱,而此實(shí)驗(yàn)的目的是檢測溫度對糖化酶和α-淀粉酶活性的影響,斐林試劑的使用會對實(shí)驗(yàn)造成干擾,所以不可以使用斐林試劑代替碘液檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果,C項(xiàng)錯(cuò)誤;以2號組為例,依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,淀粉在60 ℃時(shí)不出現(xiàn)藍(lán)色,說明淀粉已被完全水解,85 ℃時(shí)藍(lán)色較淺,說明淀粉被部分水解,15 ℃時(shí)藍(lán)色比85 ℃時(shí)深,說明15 ℃時(shí)剩余淀粉含量比85 ℃時(shí)多,概括可知,糖化酶的最適溫度在60~85 ℃范圍內(nèi),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.(多選)(2024·遼寧沈陽二模改編)硝態(tài)氮(NO3-)可為植物生長發(fā)育提供氮素營養(yǎng),硝酸還原酶(NR)是將NO3-轉(zhuǎn)化為NO2-的關(guān)鍵酶。為探究硝酸還原酶活性的最適pH,研究人員進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下圖所示。下列敘述不正確的是( )
A.NR在pH為6的環(huán)境下變性失活
B.pH為7.5時(shí),NR為化學(xué)反應(yīng)提供的活化能最高
C.進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)應(yīng)在pH為7~8的范圍內(nèi)進(jìn)行
D.NO3-數(shù)量、酶的數(shù)量也是影響NR活性的因素
答案ABD
解析根據(jù)題圖分析可知,NR在pH為6的環(huán)境下仍具有活性,因此沒有變性失活,A項(xiàng)錯(cuò)誤;酶只能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,不能提供活化能,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)題圖分析可知,pH為7.5時(shí)NR活性最大,因此若要探究酶的最適pH,進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)應(yīng)在pH為7~8的范圍內(nèi)進(jìn)行,C項(xiàng)正確;酶的活性受溫度、pH等因素的影響,NO3-數(shù)量、酶的數(shù)量不會影響NR活性,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.(2024·貴州畢節(jié)二模)(12分)脲酶能夠?qū)⒛蛩胤纸獬啥趸己桶?氨溶于水后形成銨根離子)。某研究小組利用一定濃度的尿液進(jìn)行了銅離子對脲酶活性的影響實(shí)驗(yàn),得到如圖所示結(jié)果。請回答下列問題。
(1)本實(shí)驗(yàn)的自變量為 。
(2)圖中顯示脲酶作用的最適溫度范圍是 ℃,為了進(jìn)一步探究脲酶作用的最適溫度,請寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路: 。
(3)幽門螺桿菌是導(dǎo)致胃炎的罪魁禍?zhǔn)?該生物也可產(chǎn)生脲酶,并分泌到細(xì)胞外發(fā)揮作用,幽門螺桿菌產(chǎn)生脲酶的過程中參與的細(xì)胞器有 。13C呼氣試驗(yàn)檢測系統(tǒng)是國際上公認(rèn)的幽門螺桿菌檢查的“金標(biāo)準(zhǔn)”,被測者先口服用13C標(biāo)記的尿素,然后向?qū)Ｓ玫暮魵饪ㄖ写禋饬羧颖?即可以準(zhǔn)確地檢測出被測者是否被幽門螺桿菌感染。請簡要說明呼氣試驗(yàn)檢測的原理:
。
答案(1)溫度和銅離子濃度
(2)40~60 在不加入銅離子(或銅離子濃度一定)的情況下,在溫度為40~60 ℃范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測定尿素分解速率
(3)核糖體 幽門螺桿菌會產(chǎn)生脲酶,脲酶能將尿素分解成NH3和13CO2,若檢測到被測者呼出的氣體中含有13CO2,則說明被測者被幽門螺桿菌感染
解析(1)圖中溫度和銅離子濃度是實(shí)驗(yàn)中人為改變的量,屬于自變量。(2)圖中顯示,脲酶在50 ℃時(shí)活性最高,所以作用的最適溫度范圍是40~60 ℃。為了進(jìn)一步探究脲酶作用的最適溫度,在不加入銅離子(或銅離子濃度一定)的情況下,在溫度為40~60 ℃范圍內(nèi)設(shè)置更小的溫度梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測定尿素分解速率,尿素分解速率最高時(shí)的溫度為脲酶作用的最適溫度。(3)脲酶是蛋白質(zhì),幽門螺桿菌是原核生物,故合成脲酶的場所是核糖體。被測者口服用13C標(biāo)記的尿素,尿素中的碳原子是13C,分子式為13CO(NH2)2,若胃部存在幽門螺桿菌,幽門螺桿菌會產(chǎn)生脲酶,則尿素會被分解為NH3和13CO2,若檢測到被測者呼出的氣體中含有13CO2,則代表其胃部存在幽門螺桿菌。
突破點(diǎn)2 運(yùn)用“物質(zhì)與能量觀”分析光合作用與細(xì)胞呼吸過程
5.(2024·廣東卷)研究發(fā)現(xiàn),敲除某種兼性厭氧酵母(WT)sqr基因后獲得的突變株△sqr中,線粒體出現(xiàn)碎片化現(xiàn)象,且數(shù)量減少。下列分析錯(cuò)誤的是( )
A.碎片化的線粒體無法正常進(jìn)行有氧呼吸
B.線粒體數(shù)量減少使△sqr的有氧呼吸減弱
C.有氧條件下,WT比△sqr的生長速度快
D.無氧條件下,WT比△sqr產(chǎn)生更多的ATP
答案D
解析有氧呼吸的主要場所是線粒體,碎片化的線粒體無法正常進(jìn)行有氧呼吸,A項(xiàng)正確。有氧呼吸第二、三階段發(fā)生在線粒體中,線粒體數(shù)量減少使△sqr的有氧呼吸強(qiáng)度下降,B項(xiàng)正確。與△sqr相比,WT體內(nèi)正常線粒體數(shù)量更多,有氧條件下,WT能通過有氧呼吸獲得更多的能量,生長速度比△sqr快,C項(xiàng)正確。無氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),與線粒體無關(guān),所以無氧條件下WT產(chǎn)生ATP的量與△sqr相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
6.(2023·山東卷)水淹時(shí),玉米根細(xì)胞由于較長時(shí)間進(jìn)行無氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足,使液泡膜上的H+轉(zhuǎn)運(yùn)減緩,引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H+積累,無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸也使細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)pH降低。pH降低至一定程度會引起細(xì)胞酸中毒。細(xì)胞可通過將無氧呼吸過程中的丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑,延緩細(xì)胞酸中毒。下列說法正確的是( )
A.正常玉米根細(xì)胞液泡內(nèi)pH高于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)
B.檢測到水淹的玉米根有CO2的產(chǎn)生不能判斷是否有酒精生成
C.轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)釋放的ATP增多以緩解能量供應(yīng)不足
D.轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)消耗的[H]增多以緩解酸中毒
答案B
解析由題干可知,水淹時(shí)液泡膜上的H+轉(zhuǎn)運(yùn)減緩,引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H+積累,可推測正常細(xì)胞中H+在液泡中積累,液泡內(nèi)pH低于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;玉米根細(xì)胞無氧呼吸和有氧呼吸都可產(chǎn)生CO2,因此不能根據(jù)CO2的產(chǎn)生判斷是否有酒精生成,B項(xiàng)正確;無氧呼吸都只在第一階段產(chǎn)生ATP,因此轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑不會增加ATP的釋放,不能緩解能量供應(yīng)不足,C項(xiàng)錯(cuò)誤;無氧呼吸都只在第一階段產(chǎn)生[H],產(chǎn)酒精途徑與產(chǎn)乳酸途徑消耗的[H]相同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
7.(2024·湖南三模)如圖表示某植物非綠色器官在不同O2濃度下,O2的吸收量和CO2的釋放量的變化情況,根據(jù)所提供的信息,下列判斷錯(cuò)誤的是( )
A.O點(diǎn)時(shí),該器官產(chǎn)生CO2的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)
B.該器官呼吸作用過程中有非糖物質(zhì)氧化分解,可能來自油料作物
C.N點(diǎn)時(shí),該器官O2的吸收量等于CO2的釋放量,說明其只進(jìn)行有氧呼吸
D.若該非綠色器官是種子,則M點(diǎn)對應(yīng)的O2濃度最適合儲存
答案C
解析O點(diǎn)時(shí)無O2的吸收,該器官只進(jìn)行無氧呼吸,產(chǎn)生CO2的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),A項(xiàng)正確;圖中顯示N點(diǎn)后,O2的吸收量大于CO2釋放量,說明該器官呼吸作用過程中有非糖物質(zhì)氧化分解,可能來自某油料作物,故N點(diǎn)時(shí),該器官O2的吸收量和CO2的釋放量相等不能說明其只進(jìn)行有氧呼吸,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;M點(diǎn)時(shí)CO2的釋放量最低,有機(jī)物消耗最少,M點(diǎn)對應(yīng)的O2濃度最適合儲存,D項(xiàng)正確。
8.(2024·山東臨沂模擬)當(dāng)同時(shí)給予植物紅光和遠(yuǎn)紅光照射時(shí),光合作用的效率大于分開給光的效率,這一現(xiàn)象稱為雙光增益效應(yīng),如圖1所示。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是光合作用過程中存在兩個(gè)串聯(lián)的光系統(tǒng),即光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ),其作用機(jī)理如圖2所示。以下相關(guān)說法正確的是( )
圖1
圖2
A.光系統(tǒng)Ⅰ位于葉綠體類囊體,光系統(tǒng)Ⅱ位于葉綠體基質(zhì)
B.雙光增益是通過提高單位時(shí)間內(nèi)光合色素對光能的吸收量來實(shí)現(xiàn)的
C.光系統(tǒng)Ⅱ和光系統(tǒng)Ⅰ通過電子傳遞鏈串聯(lián)起來,最終提高了光能的利用率
D.光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ產(chǎn)生的氧化劑都可以氧化水,從而生成氧氣
答案C
解析綠色植物進(jìn)行光反應(yīng)的場所是葉綠體的類囊體薄膜,故兩個(gè)光系統(tǒng)均位于葉綠體的類囊體薄膜上,A項(xiàng)錯(cuò)誤;單位時(shí)間內(nèi)光合色素對光能的吸收量取決于光照強(qiáng)度、光合色素的量等,由圖2可知,雙光增益現(xiàn)象得益于PSⅡ和PSⅠ之間形成電子傳遞鏈,相互促進(jìn),最終提高了光能的利用率,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;由圖2可知,只有光系統(tǒng)Ⅱ可以氧化水,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
9.(2024·北京豐臺一模)CAM植物白天氣孔關(guān)閉,夜晚氣孔打開,以適應(yīng)干旱環(huán)境。下圖為其部分代謝途徑,下列相關(guān)敘述不正確的是( )
A.催化過程①和過程②所需的酶不同
B.卡爾文循環(huán)的場所是葉綠體類囊體薄膜
C.CAM植物白天氣孔關(guān)閉可減少水分散失
D.夜晚缺乏NADPH和ATP不能進(jìn)行卡爾文循環(huán)
答案B
解析酶具有專一性,因此催化過程①和過程②所需的酶不同,A項(xiàng)正確;據(jù)題圖可知,卡爾文循環(huán)即光合作用的暗反應(yīng)階段,CAM植物進(jìn)行暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì),B項(xiàng)錯(cuò)誤;CAM植物白天氣孔關(guān)閉,能減少水分散失以適應(yīng)干旱環(huán)境,C項(xiàng)正確;CAM植物在夜晚黑暗條件下不能制造有機(jī)物,因?yàn)闆]有光照,光反應(yīng)不能進(jìn)行,無法為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH,不能進(jìn)行卡爾文循環(huán),D項(xiàng)正確。
10.(多選)(2024·廣東肇慶二模改編)大豆、玉米等植物的葉綠體中存在一種名為Rubisc的酶,參與卡爾文循環(huán)和光呼吸。在較強(qiáng)光照下,Rubisc以五碳化合物(RuBP)為底物,在CO2/O2值高時(shí),使RuBP結(jié)合CO2發(fā)生羧化;在CO2/O2值低時(shí),使RuBP結(jié)合O2發(fā)生氧化進(jìn)行光呼吸,具體過程如下圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是( )
A.大豆、玉米等植物的葉片中消耗O2的場所有葉綠體、線粒體
B.光呼吸發(fā)生在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體中
C.有氧呼吸和光呼吸均產(chǎn)生ATP
D.干旱、晴朗的中午,葉肉細(xì)胞中光呼吸強(qiáng)度較通常條件下會降低
答案BCD
解析大豆、玉米葉片中通過有氧呼吸消耗氧氣的場所是線粒體內(nèi)膜,通過光呼吸消耗氧氣的場所是葉綠體基質(zhì),A項(xiàng)正確;由題干“在較強(qiáng)光照下,Rubisc以五碳化合物(RuBP)為底物,在CO2/O2值高時(shí),使RuBP結(jié)合CO2發(fā)生羧化;在CO2/O2值低時(shí),使RuBP結(jié)合O2發(fā)生氧化進(jìn)行光呼吸”可知,光呼吸和卡爾文循環(huán)發(fā)生場所一致,在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,在CO2/O2的值低時(shí),RuBP結(jié)合氧氣發(fā)生光呼吸,光呼吸會消耗多余的ATP、NADPH,C項(xiàng)錯(cuò)誤;干旱、晴朗的中午,胞間CO2濃度會降低,葉肉細(xì)胞中光呼吸強(qiáng)度較通常條件下會增強(qiáng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
11.(2024·湖南聯(lián)考模擬)(8分)研究發(fā)現(xiàn),光反應(yīng)過程中光合電子傳遞包括線性電子傳遞和環(huán)式電子傳遞。線性電子傳遞中,電子經(jīng)PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最終產(chǎn)生NADPH和ATP。環(huán)式電子傳遞中,電子在PSⅠ和Cb6/f間循環(huán),僅產(chǎn)生ATP不產(chǎn)生NADPH。擬南芥中親環(huán)素蛋白C37可以調(diào)控植物光合電子傳遞效率,提高植物對強(qiáng)光的適應(yīng)性(如圖)。在強(qiáng)光脅迫下,C37蛋白與Cb6/f結(jié)合更加緊密,利于提高電子傳遞效率,避免產(chǎn)生大量活性氧(ROS),而ROS的過度積累會導(dǎo)致光損傷加劇、葉綠素降解增加。ROS超過一定水平后會引發(fā)細(xì)胞凋亡。
注:光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)、細(xì)胞色素復(fù)合體(Cb6/f)、光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)均為光合電子傳遞鏈的光合復(fù)合體;→表示線性電子傳遞;表示環(huán)式電子傳遞;表示電子。
上述研究揭示出,植物通過調(diào)節(jié)光合鏈上的電子流動(dòng)速率以適應(yīng)強(qiáng)光脅迫。
(1)從圖示推出,光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)位于葉綠體的 結(jié)構(gòu)上,作用是 。
(2)環(huán)式電子傳遞與線性電子傳遞相比,能夠 (填“提高”或“降低”)ATP/NADPH比例。
(3)請概括出擬南芥抵御強(qiáng)光脅迫的機(jī)制: (至少答出2點(diǎn))。
(4)已知光反應(yīng)場所內(nèi)的H+濃度適當(dāng)增加,可以保護(hù)PSⅡ免受強(qiáng)光破壞,在植物面臨脅迫環(huán)境時(shí),環(huán)式電子傳遞會加強(qiáng)。綜合所有信息,總結(jié)環(huán)式電子傳遞對于植物應(yīng)對光脅迫的作用: 。
答案(1)類囊體膜 吸收利用光能,并進(jìn)行電子傳遞
(2)提高
(3)在強(qiáng)光脅迫下,C37蛋白與Cb6/f結(jié)合更加緊密,利于提高電子傳遞效率;同時(shí)可減少ROS積累,保證了強(qiáng)光下光反應(yīng)的順利進(jìn)行
(4)環(huán)式電子傳遞可以適當(dāng)增加H+濃度,可以保護(hù)PSⅡ免受強(qiáng)光破壞,同時(shí),可以降低強(qiáng)光下的細(xì)胞凋亡率
解析(1)該光合復(fù)合體能吸收、轉(zhuǎn)化光能,推測為類囊體膜上的結(jié)構(gòu),其作用是吸收利用光能,并進(jìn)行電子傳遞。
(2)線性電子傳遞中,電子經(jīng)PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最終產(chǎn)生NADPH和ATP。環(huán)式電子傳遞中,電子在PSⅠ和Cb6/f間循環(huán),僅產(chǎn)生ATP不產(chǎn)生NADPH。因此環(huán)式電子傳遞與線性電子傳遞相比,能夠提高ATP/NADPH比例。
(3)擬南芥抵御強(qiáng)光脅迫的機(jī)制:在強(qiáng)光脅迫下,C37蛋白與Cb6/f結(jié)合更加緊密,利于提高電子傳遞效率;同時(shí)可減少ROS積累,避免出現(xiàn)光損傷和葉綠素降解,保證了強(qiáng)光下光反應(yīng)的順利進(jìn)行。
(4)環(huán)式電子傳遞中,電子在PSⅠ和Cb6/f間循環(huán),僅產(chǎn)生ATP不產(chǎn)生NADPH,因此可以適當(dāng)增加H+濃度,可以保護(hù)PSⅡ免受強(qiáng)光破壞。同時(shí),植物面臨脅迫環(huán)境時(shí)環(huán)式電子傳遞加強(qiáng),也可以降低強(qiáng)光下的細(xì)胞凋亡率。
12.(2024·湖南郴州模擬)(10分)植物在夏季常受到高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫。研究人員將番茄植株在適宜溫度、適宜光照條件(CK)下和高溫、強(qiáng)光條件(HH)下培養(yǎng)較長時(shí)間后,測得的相關(guān)指標(biāo)如下表。回答下列問題。
(1)由表中數(shù)據(jù)可知,高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫下,氣孔導(dǎo)度下降 (填“是”或“不是”)凈光合速率降低的主要因素,依據(jù)是 。
(2)Rubisc可催化RuBP(C5)與CO2的反應(yīng),其發(fā)揮作用的場所是 ,高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫下,番茄光反應(yīng)速率下降,結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析,原因可能是 。
(3)下圖為類囊體薄膜結(jié)構(gòu)圖。研究表明,高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫下,PSⅡ(光合電子傳遞鏈的光合復(fù)合體)的結(jié)構(gòu)和功能均會發(fā)生改變,從而會影響光合色素對光能的 。
(4)高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫還會引發(fā)活性氧ROS(如自由基、H2O2等)的積累,進(jìn)一步抑制光反應(yīng)的發(fā)生。分析其原因可能有 。
A.ROS攻擊類囊體膜上的磷脂分子,造成膜結(jié)構(gòu)的損傷
B.ROS與光系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分子結(jié)合,使其變性失活
C.ROS造成葉綠體DNA的損傷,導(dǎo)致光反應(yīng)所需酶的合成受阻
D.ROS會加快PSⅡ的修復(fù)過程,進(jìn)一步限制電子的線性傳遞過程
答案(1)不是 氣孔導(dǎo)度下降,但胞間CO2濃度較高
(2)葉綠體基質(zhì) (HH條件下,)Rubisc活性下降,暗反應(yīng)減慢,導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH積累
(3)吸收、轉(zhuǎn)化和傳遞
(4)ABC
解析(1)據(jù)表分析,高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫下,氣孔導(dǎo)度下降,但胞間CO2濃度較高,這說明氣孔導(dǎo)度下降不是凈光合速率降低的主要因素。
(2)Rubisc可催化RuBP(C5)與CO2的反應(yīng),說明其發(fā)揮作用的場所是葉綠體基質(zhì)。結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知,HH條件下,Rubisc活性下降,則CO2的固定減慢,導(dǎo)致C3還原時(shí)消耗的ATP和NADPH減少,最終光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH積累,故光反應(yīng)速率下降。
(3)光系統(tǒng)與光能的吸收、轉(zhuǎn)化和傳遞有關(guān),高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫下,PSⅡ(光合電子傳遞鏈的光合復(fù)合體)的結(jié)構(gòu)和功能均會發(fā)生改變,從而會影響光合色素對光能的吸收、轉(zhuǎn)化和傳遞。
(4)高溫脅迫會引發(fā)活性氧ROS的積累,ROS化學(xué)性質(zhì)活潑,可攻擊生物體內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等物質(zhì),造成氧化性損傷,例如:ROS攻擊類囊體膜上的磷脂分子,造成膜結(jié)構(gòu)的損傷,A項(xiàng)符合題意;ROS與光系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分子結(jié)合,使其變性并失去活性,B項(xiàng)符合題意;ROS造成葉綠體DNA的損傷,導(dǎo)致光反應(yīng)所需酶的合成受阻,從而抑制光反應(yīng),C項(xiàng)符合題意;ROS會減緩PSⅡ的修復(fù)過程,D項(xiàng)不符合題意。
13.(2024·湖南長沙三模)(14分)炎熱干燥的天氣往往會導(dǎo)致植物出現(xiàn)光呼吸現(xiàn)象,圖1表示植物葉肉細(xì)胞發(fā)生的光呼吸過程簡圖,光呼吸發(fā)生的原因是圖中的R酶的雙功能性,當(dāng)CO2與O2濃度之比較高時(shí),R酶能夠催化CO2與C5反應(yīng),生成C3,反之,當(dāng)CO2與O2濃度之比較低時(shí),光呼吸水平增加,R酶就會更多地催化C5與O2反應(yīng),生成乙醇酸(C2),C2最后在相應(yīng)細(xì)胞器中可轉(zhuǎn)化成C3和CO2。請完成以下問題。
圖1
(1)炎熱干燥的天氣導(dǎo)致植物出現(xiàn)光呼吸的原因是 。
(2)比較光呼吸與植物細(xì)胞有氧呼吸的不同點(diǎn): (描述三個(gè)方面)。
(3)研究發(fā)現(xiàn),水稻等作物的光合產(chǎn)物有較大比例要消耗在光呼吸底物上。那么,這些作物中光呼吸存在的意義是 。
(4)科研人員設(shè)計(jì)了只在葉綠體中完成的光呼吸替代途徑R(依然具有降解乙醇酸產(chǎn)生CO2的能力)。同時(shí),利用RNA干擾技術(shù)降低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量,進(jìn)而減少 ,從而影響光呼吸。檢測三種不同類型植株的光合速率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。據(jù)此回答:
①當(dāng)胞間CO2濃度較低時(shí),野生型植株與替代途徑植株的光合速率相比 。
②當(dāng)胞間CO2濃度較高時(shí),三種類型植株光合速率的大小關(guān)系為 ,分析其原因是 。
圖2
答案(1)炎熱干燥天氣,蒸騰作用強(qiáng)導(dǎo)致水分散失過快,植物為了避免水分散失,氣孔關(guān)閉,CO2吸收減少,光合作用產(chǎn)生的O2在葉片中堆積,使得CO2與O2濃度之比降低,光呼吸水平增加
(2)條件:光呼吸發(fā)生在光照條件下,有氧呼吸在有光、無光條件下均能發(fā)生;場所:光呼吸的發(fā)生需要葉綠體、過氧化物酶體和線粒體的參與,有氧呼吸發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中;能量角度:光呼吸消耗ATP,有氧呼吸生成ATP;物質(zhì)角度:光呼吸利用O2和C5生成乙醇酸和C3,有氧呼吸利用葡萄糖和O2生成CO2和H2O
(3)避免光反應(yīng)過程中積累的ATP和NADPH對葉綠體的傷害,同時(shí)消除乙醇酸對細(xì)胞的毒害,回收碳元素,減少碳的流失
(4)乙醇酸從葉綠體向過氧化物酶體的轉(zhuǎn)運(yùn) ①無明顯差異 ②R+RNA干擾>R>野生型 R途徑能夠更快速、高效地降解乙醇酸產(chǎn)生CO2,促進(jìn)光合作用過程,且當(dāng)乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少時(shí)R途徑更高效
解析(1)炎熱干燥天氣,蒸騰作用強(qiáng)導(dǎo)致水分散失過快,植物為了避免水分散失,氣孔關(guān)閉,光合作用產(chǎn)生的O2在葉片中堆積,同時(shí)外界的CO2不能通過氣孔進(jìn)入細(xì)胞間隙,在這種情況下,CO2與O2的比值降低,光呼吸水平增加。
(2)分析題意,光呼吸與植物細(xì)胞有氧呼吸的不同點(diǎn)表現(xiàn)在條件、場所和能量等方面有所差異。條件:光呼吸發(fā)生在光照條件下,有氧呼吸在有光、無光條件下均能發(fā)生;場所:光呼吸的發(fā)生需要葉綠體、過氧化物酶體和線粒體的參與,有氧呼吸發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中;能量角度:光呼吸消耗ATP,有氧呼吸生成ATP;物質(zhì)角度:光呼吸利用O2和C5生成乙醇酸和C3,有氧呼吸利用葡萄糖和O2生成CO2和H2O。
(3)光呼吸的主要生理意義如下:①防止強(qiáng)光對葉綠體的破壞,強(qiáng)光時(shí),由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率,葉肉細(xì)胞中會積累ATP和NADPH,這些物質(zhì)的積累會產(chǎn)生自由基從而損傷葉綠體,而強(qiáng)光下,光呼吸作用加強(qiáng),會消耗光反應(yīng)過程中積累的ATP和NADPH,從而減輕對葉綠體的傷害;②清除乙醇酸對細(xì)胞的毒害,乙醇酸(C2)對細(xì)胞有毒害作用,而光呼吸能利用乙醇酸從而清除其毒害作用;③光呼吸過程中C2可轉(zhuǎn)化為C3和CO2,碳元素通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環(huán)中,不至于全部流失掉,即通過光呼吸回收了一部分碳元素。
(4)圖1顯示乙醇酸在葉綠體產(chǎn)生后需要運(yùn)輸?shù)竭^氧化物酶體,因此若利用RNA干擾技術(shù)降低葉綠體膜上乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)量,則乙醇酸從葉綠體向過氧化物酶體的轉(zhuǎn)運(yùn)會減少。①據(jù)圖2分析,當(dāng)胞間CO2濃度較低時(shí),野生型植株與替代途徑植株的光合速率相比無明顯差異。②據(jù)圖2分析,當(dāng)胞間CO2濃度較高時(shí),R+RNA干擾組的光合速率最高,R組次之,而野生型組的光合速率最弱,其原因可能是R途徑能夠更快速、高效地降解乙醇酸產(chǎn)生CO2,促進(jìn)光合作用過程,且當(dāng)乙醇酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白減少(葉綠體內(nèi)乙醇酸濃度高)時(shí)R途徑更高效。
突破點(diǎn)3 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐考查細(xì)胞呼吸和光合作用的影響因素
14.(2024·湖北卷)植物甲的花產(chǎn)量、品質(zhì)(與葉黃素含量呈正相關(guān))與光照長短密切相關(guān)。研究人員用不同光照處理植物甲幼苗,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。下列敘述正確的是( )
A.第①組處理有利于誘導(dǎo)植物甲提前開花,且產(chǎn)量最高
B.植物甲花的品質(zhì)與光照處理中的黑暗時(shí)長呈負(fù)相關(guān)
C.綜合考慮花的產(chǎn)量和品質(zhì),應(yīng)該選擇第②組處理
D.植物甲花的葉黃素含量與花的產(chǎn)量呈正相關(guān)
答案C
解析第①組處理開花時(shí)間最早,說明有利于誘導(dǎo)植物甲提前開花,但產(chǎn)量比第②③組低,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由題干可知,植物甲的花品質(zhì)與葉黃素含量呈正相關(guān),第②組植物甲花的葉黃素含量最高,其黑暗時(shí)間比第③組長、比第①組短,所以與光照處理中的黑暗時(shí)長不呈負(fù)相關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;第②組植物甲花的葉黃素含量最高,產(chǎn)量與第③組比較接近,明顯高于第①組,所以綜合考慮花的產(chǎn)量和品質(zhì),應(yīng)該選擇第②組處理,C項(xiàng)正確;第②組植物甲花的葉黃素含量最高,但產(chǎn)量不如第③組,說明植物甲花的葉黃素含量與花的產(chǎn)量不呈正相關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
15.與野生型擬南芥WT相比,突變體t1和t2在正常光照條件下,葉綠體在葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同(圖a),造成葉綠體相對受光面積的不同(圖b),進(jìn)而引起光合速率差異,但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運(yùn)動(dòng)的前提下,下列敘述錯(cuò)誤的是( )
a
b
A.t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)
B.t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合作用吸收CO2與呼吸作用釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度)
C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關(guān)
D.三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大
答案D
解析由圖a可知,t1較多的葉綠體分布在光照下,t2較少的葉綠體分布在光照下,由此可推斷,t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度),t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合作用吸收CO2與呼吸作用釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度),A、B兩項(xiàng)正確;通過題干信息可知,三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致,由此推測,三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關(guān),C項(xiàng)正確;在一定光照強(qiáng)度下,三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大,但是超過光飽和點(diǎn),再增大光照強(qiáng)度,三者光合速率的差異不再變化,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
16.(2024·山東聊城模擬改編)強(qiáng)光脅迫會導(dǎo)致大豆出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。接近光飽和點(diǎn)的強(qiáng)光會導(dǎo)致大豆的光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)出現(xiàn)可逆失活,失活狀態(tài)的PSⅡ加強(qiáng)了能量耗散,以避免受到進(jìn)一步破壞。該過程中起重要作用的是參與構(gòu)成PSⅡ的D1蛋白。強(qiáng)光下D1即開始降解,其凈損失率與PSⅡ單位時(shí)間接受的光量子數(shù)呈正相關(guān)。編碼D1的psbA基因定位于葉綠體基因組,科研人員嘗試將藍(lán)細(xì)菌的psbA基因?qū)氪蠖辜?xì)胞核(純合品系R),結(jié)果發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)光下D1的降解率并沒有下降,但光飽和點(diǎn)提高了。下列說法正確的是( )
A.強(qiáng)光下D1的降解速率不能超過其補(bǔ)充速率
B.PS Ⅱ等吸收的光能一部分儲存在ATP、NADPH中
C.品系R的核基因psbA表達(dá)產(chǎn)物應(yīng)定位于葉綠體基質(zhì)中
D.強(qiáng)光下氣孔關(guān)閉,可能導(dǎo)致C5的含量迅速降低,阻礙暗反應(yīng)的進(jìn)行
答案B
解析強(qiáng)光下D1的降解速率可超過其補(bǔ)充速率,導(dǎo)致PSⅡ單位時(shí)間接受的光量子數(shù)減少,A項(xiàng)錯(cuò)誤;PSⅡ等吸收的光能一部分儲存在ATP、NADPH中,一部分以熱能的形式散失,B項(xiàng)正確;葉綠體基因組編碼的蛋白質(zhì)定位于葉綠體中,C項(xiàng)錯(cuò)誤;強(qiáng)光下氣孔關(guān)閉,CO2吸收減少,CO2的固定減慢,C3的還原不變,C5的含量會積累,阻礙暗反應(yīng)的進(jìn)行,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
17.(2024·安徽卷)(11分)為探究基因OsNAC對光合作用的影響,研究人員在相同條件下種植某品種水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突變體(KO)及OsNAC過量表達(dá)株(OE),測定了灌漿期旗葉(位于植株最頂端)凈光合速率和葉綠素含量,結(jié)果見下表。回答下列問題。
(1)旗葉從外界吸收1分子CO2與核酮糖-1,5-二磷酸結(jié)合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有關(guān)酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受 釋放的能量并被還原,隨后在葉綠體基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為 。
(2)與WT相比,實(shí)驗(yàn)組KO與OE的設(shè)置分別采用了自變量控制中的 、 (填科學(xué)方法)。
(3)據(jù)表可知,OsNAC過量表達(dá)會使旗葉凈光合速率 。為進(jìn)一步探究該基因的功能,研究人員測定了旗葉中編碼蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的相對表達(dá)量、蔗糖含量及單株產(chǎn)量,結(jié)果如圖。
結(jié)合圖表,分析OsNAC過量表達(dá)會使旗葉凈光合速率發(fā)生相應(yīng)變化的原因:① ;
② 。
答案(1)ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖類
(2)減法原理 加法原理
(3)增大(或升高) 與WT組相比,OE組葉綠素含量較高,增強(qiáng)了對光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化,光反應(yīng)增強(qiáng),從而促進(jìn)旗葉的光合作用 與WT組相比,OE組旗葉中編碼蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)量較高,可以及時(shí)將更多的光合產(chǎn)物(蔗糖)向外運(yùn)出,從而促進(jìn)旗葉的光合作用
解析(1)在光合作用的暗反應(yīng)階段,1分子CO2被固定后形成2分子3-磷酸甘油酸(C3)分子,在有關(guān)酶的催化作用下,3-磷酸甘油酸接受ATP和NADPH釋放的能量,并被NADPH還原,隨后在葉綠體基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖類。(2)與WT相比,實(shí)驗(yàn)組KO為OsNAC敲除突變體,即敲除了基因OsNAC,采用了自變量控制中的減法原理;實(shí)驗(yàn)組OE為OsNAC過量表達(dá)株,采用了自變量控制中的加法原理。(3)題圖和題表信息顯示,OE組的凈光合速率、葉綠素含量、旗葉中編碼蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的相對表達(dá)量、單株產(chǎn)量都明顯高于WT組和KO組,蔗糖含量卻低于WT組和KO組,由此推測OsNAC過量表達(dá)會使旗葉凈光合速率增大的原因有:①與WT組相比,OE組葉綠素含量較高,增強(qiáng)了對光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化,光反應(yīng)增強(qiáng),從而促進(jìn)旗葉的光合作用;②與WT組相比,OE組旗葉中編碼蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)量較高,可以及時(shí)將更多的光合產(chǎn)物(蔗糖)向外運(yùn)出,從而促進(jìn)旗葉的光合作用。組別
反應(yīng)溫度/℃
1號
2號
3號
4號
A
冰浴
++++
+++
+++
-
B
15
++++
+++
+++
-
C
60
+++
-
-
-
D
85
++++
++
++
-
組別
凈光合速率/(μml·m-2·s-1)
氣孔導(dǎo)度/(mml·m-2·s-1)
胞間CO2濃度/(μml·ml-1)
Rubisc活性/(U·mL-1)
CK
12.1
114.2
308
189
HH
1.8
31.2
448
61
組
別
光照
處理
首次
開花
時(shí)間
莖粗/
mm
花的葉黃
素含量/
(g·kg-1)
鮮花累計(jì)
平均產(chǎn)量/
(kg·hm-2)
①
光照8 h/
黑暗16 h
7月
4日
9.5
2.3
13 000
②
光照12 h/
黑暗12 h
7月
18日
10.6
4.4
21 800
③
光照16 h/
黑暗8 h
7月
26日
11.5
2.4
22 500
比較
項(xiàng)目
凈光合速率/
(μml·m-2·s-1)
葉綠素含量/
(mg·g-1)
WT
24.0
4.0
KO
20.3
3.2
OE
27.7
4.6

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