資源簡介

課時3　影響光合作用的環境因素及實驗探究
光合作用受環境因素的影響
1.光合速率(又稱光合強度)
(1)含義:一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內進行的光合作用,如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。
(2)表示方法:產生氧氣量/單位時間或消耗二氧化碳量/單位時間。
(3)表觀光合速率:光照條件下測得的植物從外界環境吸收的CO2總量。
(4)真正光合速率:植物在光照條件下,從外界環境中吸收的CO2的量,加上細胞呼吸釋放的CO2的量。
2.環境因素對光合速率的影響
(1)光強度。
光合速率隨光強度的增加而增加,當光強度升高到一定數值后,光強度再增加光合速率也不會增加,此時的光強度稱為光飽和點。
(2)溫度。
光合作用有一個最適溫度,和酶促反應有最適溫度一樣。表現為一定范圍內光合速率隨溫度的升高而加快,超過最適溫度光合速率下降。
(3)CO2濃度。
空氣中CO2濃度的增加會使光合速率加快。目前大氣中CO2的濃度約為0.035%,CO2濃度在1%以內時,光合速率會隨CO2濃度的增加而增加。
3.探究環境因素對光合作用的影響
(1)實驗假設。
一定范圍內,金魚藻(或黑藻)光合速率隨光強度的增加而增加。
(2)實驗原理。
不同光強度→有色液滴移動的距離不同→釋放的氧氣的量不同→光合速率不同→光強度與光合速率的關系
(3)實驗步驟。
①組裝如圖實驗裝置三套,編號甲、乙、丙。
②分別向三支試管內加入等量的金魚藻(或黑藻)和NaHCO3溶液。
③記錄有色液滴的起始位置。
④取三只100 W聚光燈,分別置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm處,一段時間后,記錄有色液滴位置。
(4)實驗結果及結論。
①實驗結果。
組別 有色液滴移動距離
甲 最大
乙 較大
丙 最小
②實驗結論。
在一定范圍內,隨著光強度不斷增加,光合作用強度也不斷增加。
分析上述實驗的自變量、因變量及無關變量。
提示:自變量是光強度;因變量為光合速率(或光合強度);無關變量有溫度、CO2濃度、金魚藻(或黑藻)的數量等。
[自主學習檢測]——教材基礎熟記于心
1.真正光合速率是指人們測得的CO2吸收量。(　×　)
提示:真正光合速率是指植物在光照條件下,從外界環境中吸收的CO2量,加上細胞呼吸釋放的CO2量,即植物實際同化的CO2的量。
2.適宜溫度下,增加CO2的濃度,光合速率不再增加,說明限制光合速率增加的環境因素是光強度和溫度。(　×　)
提示:由于溫度為適宜溫度,當增加CO2濃度光合速率不再增加,說明限制光合速率增加的環境因素最可能為光強度。
3.“正其行,通其風”可以使空氣不斷流過葉面,提供較多的CO2,有利于提高農作物的產量。(　√　)
4.溫室生產中晝夜溫差越大,作物產量越高。(　×　)
提示:溫室生產中晝夜溫差越大,作物產量并非越高,原因是夜晚溫度過低時,會影響呼吸相關酶的活性,當呼吸作用被過度抑制時,必將減弱植物根對礦質元素離子的吸收等代謝過程,這對作物生長不利。
5.在探究環境因素對光合速率的影響時,如果光強度是自變量,可采用同一功率的冷光源不同距離照射綠色植物。(　√　)
6.在光合速率為縱坐標,不同光強度為橫坐標的坐標曲線中,當外界條件改變有利于光合作用進行時,光飽和點向右上方移動。(　×　)
提示:光飽和點(在橫坐標上)向右移動,光飽和點對應的最大光合速率向上方移動。
任務一　影響光合速率的環境因素分析
[任務突破1]
綜合分析各種環境因素對光合速率的影響
(1)單因素對光合速率的影響。
影響 因素 光強度 CO2濃度 溫度
曲 線
曲線解讀 A點:只進行細胞呼吸;AB段:隨光強度增大,光合速率也逐漸增大,但總體光合速率小于細胞呼吸速率;B點(光補償點):光合速率等于細胞呼吸速率;BC段:光強度不斷增加,光合速率不斷增加;C點對應的光強度為光飽和點 ①圖1和圖2都表示在一定范圍內,光合速率隨CO2濃度的增加而增加,但當CO2濃度增加到一定范圍后,光合速率不再增加; ②圖1中A點表示光合速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補償點;圖2中的A′點表示進行光合作用所需的CO2最低濃度; ③圖1中的B點和圖2中的B′點都表示CO2飽和點 溫度主要通過影響與光合作用有關酶的活性,進而影響光合速率
(2)多因素對光合速率的影響。
①曲線解讀:P點時,限制光合速率的因素應為橫坐標所示因素,隨該因素的不斷增強,光合速率不斷提高;Q點時,橫坐標所示因素不再是影響光合速率的主要環境因素,若要提高光合速率,可適當提高其他因素的強度。
②應用。
a.溫室栽培植物時,在光強度一定的條件下,白天適當提高溫度,可提高與光合作用有關的酶的活性,提高光合速率,也可同時適當補充CO2進一步提高光合速率。
b.當溫度適宜時,可適當增加光強度和CO2濃度以提高光合速率。
[遷移應用]
[典例1-1] 下列為有關環境因素對植物光合作用速率影響的關系圖,有關描述錯誤的是(　D　)
A.若圖1表示植物陰天時的光合速率,則晴天時,a點左移,b點右移
B.圖2中,若CO2濃度適當增大,則a點左移,b點右移
C.圖3中,CO2濃度由b點變為a點,短時間內葉綠體中三碳酸分子的含量增加
D.圖4中,當溫度高于25 ℃時,光合作用制造的有機物的量開始減少
解析:陰天時植物的光合作用強度較低,晴天時光強度增加,光合作用強度增加,故圖1中b點(CO2飽和點)右移,a點(CO2補償點,表示光合作用與呼吸作用強度相等)左移;圖2中a為光補償點,b為光飽和點,若CO2濃度適當增大,則光合作用強度也隨之增加,所以a點左移,b點右移;圖3中由于a點CO2濃度比b點高,CO2濃度由b點變為a點,濃度增加,碳反應過程中CO2的固定增加,故三碳酸含量相對增多;圖4中光照下CO2的吸收量為植物凈光合量(植物有機物積累量),黑暗中CO2的釋放量為植物呼吸量,所以當溫度高于25 ℃時,植物單位時間內光合作用積累的有機物的量開始減少,但植物光合作用制造的有機物的量(植物總光合量)還在增加。
[典例1-2] (2022·北斗聯盟高一期中)茶樹的產量取決于樹冠的整體光合能力。為研究不同冠層葉片的光合能力,某同學摘取茶樹不同冠層的葉片,在相同且適宜的條件下進行了對比測定,結果如圖。
(1)光合色素分布于茶樹葉片葉肉細胞葉綠體的　　　　上,實驗中用　　　　(填試劑)提取,其中葉綠素吸收的較長波長的光是　　　　。
(2)光合作用的碳反應階段發生在　　　　(填場所)中,該階段合成的三碳糖大多數用于　　　　,小部分離開卡爾文循環,其中大部分運至葉綠體外,在細胞溶膠中轉變成　　　　供植物體所有細胞利用。
(3)圖中光照強度為0.50 klx時,CO2固定速率最低的是　　　　葉片,其低于另外兩組的原因　　　　(填“是”或“不是”)光照強度較小。在1.25 klx光照條件下,上層葉片的葉肉細胞內產生ATP的場所有　　　　,此時它的真正光合速率的相對值為　　　　。
解析:(1)葉肉細胞的光合色素分布在葉綠體的類囊體膜上,測定光合色素含量時,常用有機溶劑(95%的酒精)提取,其中葉綠素可以吸收紅光和藍紫光,吸收的較長波長的光是紅光。(2)碳反應的過程發生在葉綠體基質中,分為二氧化碳的固定和三碳酸的還原兩個階段,卡爾文循環形成的第一個糖是三碳糖,其大部分用于再生五碳糖,少部分離開卡爾文循環,其中大部分運至葉綠體外,在細胞溶膠中轉變成蔗糖供植物體所有細胞利用。(3)光強度為0.50 klx時,由圖中信息可知固定速率最低的是下層葉片。在1.25 klx光照條件下,上層葉片的葉肉細胞進行光合作用和細胞呼吸,產生ATP的場所有細胞溶膠、線粒體、葉綠體,此時上層葉片真正光合速率的相對值為8+2=10。
答案:(1)類囊體膜　95%的酒精　紅光
(2)葉綠體基質　五碳糖再生　蔗糖
(3)下層　不是　線粒體、葉綠體、細胞溶膠　10
[任務突破2]
歸納總結光合速率的影響因素在生產實踐中的應用
影響因素 在生產實踐中的應用
光照 ①延長光照時間:通過輪作,延長全年內單位土地面積上綠色植物進行光合作用的時間;②增加光強度
CO2濃度 施用有機肥;溫室栽培植物時,可以適當提高室內CO2濃度;大田生產“正其行,通其風”可提高CO2濃度,增加產量
溫度 增加晝夜溫差,保證植物有機物的積累
[遷移應用]
[典例1-3] 植物工廠是通過光調控和通風控溫等措施進行精細管理的高效農業生產系統,常采用無土栽培技術。下列有關敘述錯誤的是(　B　)
A.可根據植物生長特點調控光的波長和光強度
B.應保持培養液與植物根部細胞的細胞液濃度相同
C.合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量
D.適時通風可提高生產系統內的CO2濃度
解析:不同植物對光的波長和光強度的需求不同,可根據植物生長特點調控光的波長和光強度;為保證植物的根能夠正常吸收水分,該系統應控制培養液的濃度適當小于植物根部細胞的細胞液濃度;適當提高白天的溫度可以促進光合作用的進行,讓植物合成更多的有機物,而夜晚適當降溫則可以抑制植物的呼吸作用,使其少分解有機物,故合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量;適時通風可提高生產系統內的CO2濃度,進而提高光合作用的速率。
任務二　探究環境因素對光合作用的影響
[任務突破]
探究環境因素對光合作用影響實驗中的變量處理
探究環境因素對光合作用的影響,解題切入點是把握實驗目的及實驗的變量處理,結合對光合作用基本過程的理解進行回答。常見的實驗變量設置及檢測處理如下:
[遷移應用]
[典例2] (2022·溫州高一期末)某學習小組為探究不同光照強度對黑藻光合作用的影響,將生長發育狀況良好的黑藻分別裝入6個含等量1%NaHCO3溶液的廣口瓶中,并連接U型管(管中裝入一定量的水),裝置如圖,用不同瓦數的LED光源進行實驗,觀察U型管右側液面變化,得到下列結果如表所示:
不同光照強度對黑藻光合作用的影響
LED燈 瓦數/W 0 3 5 7 9 12
液面上升高 度/(cm· h-1) -0.21 0.65 1.27 1.67 1.90 1.93
-0.19 0.63 1.30 1.70 1.88 1.92
-0.22 0.67 1.28 1.72 1.87 1.90
液面上升高 度平均值/ (cm·h-1) -0.21 0.65 1.28 1.70 1.88 1.92
注:不考慮實驗過程中溫度、氣壓等變化對氣體體積的影響。
(1)實驗中1%NaHCO3溶液為光合作用提供　　　　參與碳反應合成三碳糖,光反應為該過程提供　　　　。
(2)不同光照強度下U型管液面變化有差異是因為各組　　　　的不同,LED燈為5 W時,黑藻葉肉細胞中葉綠體光合作用強度為　　　　cm·h-1(用液面上升高度平均值表示)。
(3)LED燈為9 W時,　　　　(填“達到”或“未達到”)黑藻的光飽和點,依據是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若要進一步研究NaHCO3溶液濃度對黑藻光合速率的影響,可在瓶中分別加入不同濃度的NaHCO3溶液,相同時間后,記錄比較各組液面高度變化。
①該實驗的無關變量有　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出1個)。
②實驗結果顯示,NaHCO3溶液濃度高于一定值后,液面上升高度反而隨NaHCO3溶液濃度升高而降低,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)實驗中1%NaHCO3溶液為光合作用提供CO2參與碳反應合成三碳糖,光反應為該過程提供ATP和NADPH。
(2)在一定范圍內,光照強度越大,光合作用越強,光合作用大于呼吸作用時,能向外釋放O2,使U型管液面差增大,所以不同光照強度下U型管液面變化有差異是因為各組凈光合速率不同。光合作用強度=呼吸作用強度+凈光合作用強度,LED燈為5 W時,黑藻葉肉細胞中葉綠體光合作用強度為0.21+1.28=1.49 cm·h-1。
(3)從表格中看,光照強度達到12 W時,液面高度還在上升,所以9 W未達到黑藻的光飽和點。
(4)①由實驗目的“探究NaHCO3溶液濃度對黑藻光合速率的影響”可知,自變量是NaHCO3溶液濃度(即CO2濃度),因變量為光合作用強度(即液面變化),其余能影響實驗結果的因素皆為無關變量,例如溫度、光照強度、黑藻的量、黑藻的生長狀態等。
②NaHCO3溶液濃度高于一定值后,液面上升高度反而隨NaHCO3溶液濃度升高而降低,可能的原因是NaHCO3溶液超過一定濃度,導致黑藻細胞失水,從而使細胞的光合速率減弱。
答案:(1)CO2　ATP和NADPH
(2)凈光合速率(或光合速率或氧氣釋放量或氧氣產生量或光合速率與呼吸速率的差值)　1.49
(3)未達到　光照強度(或LED燈瓦數)再增加時,光合速率繼續增大(或液面上升高度繼續增大)
(4)①溫度、光照強度、黑藻的量、黑藻的生長狀態等　②NaHCO3溶液超過一定濃度,導致黑藻細胞失水,從而使細胞的光合速率減弱
任務三　綜合分析光合作用與細胞呼吸關系
[任務突破1]
列表比較光合作用與細胞呼吸的過程
項目 光合作用 細胞呼吸(需氧呼吸)
代謝類型 合成作用 (或同化作用) 分解作用 (或異化作用)
物質變化 無機物→有機物 有機物→無機物
能量變化 光能→穩定的化學能 化學能→ATP中活躍的化學能、熱能(散失)
實質 合成有機物,貯存能量 分解有機物,釋放能量
場所 葉綠體 (真核細胞) 主要在線粒體 (真核細胞)
條件 光、色素、CO2、酶等 O2、酶等,有光、無光均可進行
[H] 的 來源 NADPH:光反應中水的裂解 [H]:第一階段及第二階段
[H] 的 去路 NADPH:作為還原劑和能源物質,用于碳反應階段中還原三碳酸分子形成三碳糖 [H]:用于第三階段與O2結合生成H2O,同時釋放大量能量
ATP的 來源 光反應階段ATP合成所需能量來自光能 第一、第二、第三階段均產生ATP,第三階段產生ATP最多,能量來自有機物的氧化分解
ATP的 去路 用于碳反應中三碳酸分子的還原,以穩定化學能的形式貯存于有機物中 作為“能量通貨”用于多項生命活動
[遷移應用]
[典例3-1] 如圖是某植物葉肉細胞光合作用與需氧呼吸過程中的物質變化圖解,其中①～④表示過程。下列相關敘述錯誤的是(　A　)
A.過程①②③④都有ATP合成
B.必須在膜結構上進行的過程有①③
C.②④過程都沒有消耗氧氣,也沒有產生氧氣
D.在環境因素適宜條件下,①②過程強于③④過程
解析:①光反應階段產生ATP,②碳反應階段消耗ATP,③④需氧呼吸過程產生ATP;①光反應階段發生在類囊體膜上,③需氧呼吸第三階段發生在線粒體內膜上;②為碳反應階段,④為需氧呼吸的第一、第二階段,這兩個過程都沒有消耗氧氣,也沒有產生氧氣;對于植物葉肉細胞而言,在環境因素適宜條件下,光合作用強度大于呼吸作用強度,即①②過程強于③④過程。
[任務突破2]
分析光合作用與細胞呼吸之間的氣體變化
下列為葉肉細胞內線粒體與葉綠體之間的氣體變化圖示。
據圖分析可知:
圖①表示黑暗中,只進行細胞呼吸;
圖②表示細胞呼吸速率>光合速率;
圖③表示細胞呼吸速率=光合速率;
圖④表示細胞呼吸速率<光合速率。
[遷移應用]
[典例3-2] 下列關于Ⅰ、Ⅱ兩幅圖的相關描述,不正確的是(　D　)
A.以芹菜為例,圖Ⅰ描述過程可能不僅僅發生在葉肉細胞中
B.圖Ⅰ顯現出該細胞正處于光合速率大于細胞呼吸速率的狀態
C.圖Ⅱ氧氣濃度為3%和9%時,蘋果細胞呼吸消耗不同質量的糖
D.圖Ⅱ氧氣濃度大于等于18%時,酵母菌單位時間內酒精產生量才變為零
解析:對芹菜來說,葉綠體存在于葉肉細胞和幼莖細胞中,圖 Ⅰ 描述過程發生在葉肉細胞和幼嫩的莖細胞中;圖 Ⅰ 顯現出該植物細胞需要從外界吸收CO2,說明正處于光合速率大于細胞呼吸速率的狀態;圖 Ⅱ 氧氣濃度為3%和9%時,蘋果的二氧化碳釋放量盡管相等,但氧氣濃度不同,顯然呼吸方式有差異,因此兩個條件下蘋果細胞呼吸消耗的糖的質量不同;根據圖解可知,氧氣濃度在15%～18%之間的某個值時,細胞開始只進行需氧呼吸,酒精產生量變為零。
[任務突破3]
分析真正光合速率和表觀光合速率
(1)真正光合速率和表觀光合速率的曲線。
真正光合速率和表觀光合速率的曲線互相平行,兩者的差值是呼吸速率。
表觀光合速率+呼吸速率=真正光合速率。
(2)表觀光合速率的曲線中各點的含義。
①A點:光強度為0,此時植物沒有光合作用,只有細胞呼吸,A點在y軸上的絕對值就是呼吸速率。
②B點:光合速率等于呼吸速率。B點在x軸上的值就是光補償點。光補償點是真正光合速率等于呼吸速率時的光強度。如果植物長期處于B點,沒有有機物積累,則植物不能生長。
③A點～B點:植物理論上不需要從外界吸收CO2,因為細胞呼吸產生的CO2足夠滿足光合作用對CO2的需求。
④C點在x軸上的值(D點)就是光飽和點。光強度增加到光飽和點以后,光合速率不再隨光強度的增加而增加。
⑤任何一點如E點在y軸上的值是表觀光合速率,呼吸速率是曲線與y軸的交點,即A點的絕對值,真正光合速率是E點與A點在y軸上的絕對值之和。
(3)表觀光合速率、真正光合速率及呼吸速率的表示方法。
項目 表示方法
表觀光 合速率 O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量
真正光 合速率 O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量
呼吸速率 (黑暗中測量) CO2的釋放量、O2的吸收量、有機物的消耗量
(4)有關補償點和飽和點的移動問題。
以光強度對光合作用的影響為例,分析各點的移動方向(見下圖)。
①A點:呼吸速率。此點和呼吸速率大小相關,若呼吸速率增加,A點下移,反之,A點上移。
②B點:光補償點。此點含義為光合速率等于呼吸速率,若光合速率增加,B點左移,反之,B點右移。
③C點:最大光合速率點,與光飽和點相對應。若光合速率增加,C點向右上移動,反之,C點向左下移動。
④D點:光飽和點(最大光合速率所對應的最小光強度)。此點之后,隨光強度的增加,光合速率不再增加,即光合作用的限制性因素不再是光強度,而是其他因素(其內因一般為酶的活性、色素的含量、五碳糖的含量等,外因常為溫度或二氧化碳濃度等)。若光合速率增加,D點右移,反之,D點左移。
[遷移應用]
[典例3-3] (2022·溫州高一期中聯考)在一定實驗條件下,測得某植物光合作用速率與光照強度之間的關系、呼吸作用速率與氧氣濃度之間的關系及光合作用速率和呼吸速率與溫度之間的關系,如圖所示。請據圖回答下列問題。
(1)細胞進行細胞呼吸的場所是　　　　　　　　,在光合作用過程中,光反應為碳反應提供了　　　　　　　。
(2)影響圖甲曲線A點上下移動的主要外界因素是　　　　;圖乙中細胞呼吸有關曲線的數據需在　　　　條件下測量。
(3)由圖丙可知,40 ℃時,植物體　　　　(填“能”或“不能”)正常生長;而5 ℃時的狀態可用圖甲中　　　　(填“A”“B”或“C”)點表示。
(4)大棚種植綠色蔬菜時,白天應控制光強為　　　　點對應的光照強度,溫度為　　　　℃最佳,此時細胞內產生ATP的細胞器是　　　　。
(5)在圖甲中B點時,葉綠體中ADP的移動方向是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)根據圖乙可知,該生物既可以進行需氧呼吸,也可以進行厭氧呼吸,需氧呼吸的場所是細胞溶膠和線粒體,厭氧呼吸的場所是細胞溶膠,因此細胞進行細胞呼吸的場所是細胞溶膠和線粒體。光反應產生的NADPH和ATP可為碳反應提供還原劑和能量。
(2)圖甲中A點表示呼吸作用強度,影響細胞呼吸的主要外界因素是溫度,溫度通過影響酶的活性而使呼吸速率發生變化,進而使A點上下移動;圖乙中測量細胞呼吸,需要排除光照的影響,因此應在無光條件下測量。
(3)在圖丙中40 ℃時,真正光合速率低于呼吸速率,植物體內有機物減少,不能表現生長現象。在5 ℃時光合速率和呼吸速率相等,可用圖甲中的B點表示。
(4)圖甲中C點對應的光照強度為光飽和點,是最大光合速率的最低光照強度,25 ℃時光合作用強度與呼吸作用強度的差值最大,即該溫度條件下有機物積累的速率最大,因此大棚種植蔬菜時,白天應控制光照強度為C點對應的光照強度,溫度為25 ℃最佳,此時細胞既進行光合作用又進行細胞呼吸,產生ATP的細胞器是葉綠體和線粒體。
(5)B點時,光合速率=呼吸速率,葉綠體中碳反應產生的ADP可用于光反應,因此ADP的移動方向是由葉綠體基質到類囊體膜。
答案:(1)細胞溶膠、線粒體　NADPH和ATP
(2)溫度　無光(或黑暗)
(3)不能　B
(4)C　25　線粒體、葉綠體
(5)葉綠體基質→類囊體膜
[任務突破4]
表觀光合速率和呼吸速率的測定及真正光合速率的計算
(1)表觀光合速率的測定。
如圖中的左側裝置,用飽和NaHCO3溶液能維持密閉空間中CO2濃度不變。裝置置于光下,單位時間內液滴的移動距離表示該光照下植物的表觀光合速率(用氧氣的釋放速率表示)。
(2)呼吸速率的測定。
如圖中的右側裝置,將裝置遮光,單位時間內液滴的移動距離表示植物的呼吸速率(用氧氣的吸收速率表示)。此實驗測定的是需氧呼吸,因為在正常情況下植物厭氧呼吸的速率很低,可以忽略。
(3)真正光合速率的計算。
真正光合速率無法直接測定,但是可以用表觀光合速率和呼吸速率的值進行計算。測定的表觀光合速率和呼吸速率之和即為真正光合速率。
[遷移應用]
[典例3-4] 某轉基因作物有較強的光合作用能力。某興趣小組在暑假開展了測定該轉基因作物光合速率的研究。研究中設計了如圖所示的裝置:
請利用以上裝置完成對該轉基因作物光合速率的測定。
Ⅰ.實驗步驟
(1)測定植物的呼吸速率,方法步驟如下:
①甲、乙兩裝置的D中都放入　　　　　　　　,乙裝置作為對照。
②將甲、乙裝置的廣口瓶進行　　　　處理,放在溫度等條件相同且適宜的環境中。
③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水液滴移動的方向和距離。
(2)測定植物的表觀光合速率,方法步驟如下:
①甲、乙兩裝置的D中放入一定濃度的　　　　　　　　。
②把甲、乙裝置放在　 。
③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水液滴移動的方向和距離。
Ⅱ.實驗分析
(3)實驗進行30分鐘后,記錄的甲、乙裝置中紅墨水液滴移動情況如下表:
項目 實驗進行30分鐘后, 紅墨水液滴移動情況
測定植 物呼吸 速率 甲裝置 　　　　(填“左”或“右”)移 1.5 cm
乙裝置 右移0.5 cm
測定植 物表觀 光合 速率 甲裝置 　　　　(填“左”或“右”)移 4.5 cm
乙裝置 右移0.5 cm
假設紅墨水液滴每移動1 cm,植物體內的葡萄糖增加或減少1 g,那么該植物的呼吸速率是　　　　　g/h;白天光照15 h,一晝夜葡萄糖的積累量是　　　g(不考慮晝夜溫差的影響)。
解析:Ⅰ.(1)要測光合速率必須先測呼吸速率,在測呼吸速率時一定要將實驗裝置置于黑暗條件下,使植物只進行細胞呼吸,用NaOH溶液除去廣口瓶內的CO2。植物進行細胞呼吸消耗一定量O2,釋放等量CO2,而CO2被NaOH溶液吸收,故根據一定時間內廣口瓶內O2體積的減少量即可計算出呼吸速率。(2)表觀光合速率的測定實驗要提供光合作用所需的條件:充足的光照和一定濃度的CO2(由NaHCO3溶液提供)。光合作用過程中消耗一定量CO2,產生等量O2,而CO2由NaHCO3溶液提供,因此廣口瓶內氣體體積的變化只受O2釋放量的影響,而不受CO2氣體減少量的影響。
Ⅱ.(3)對照實驗乙裝置中紅墨水液滴右移是環境因素(如氣壓變化等)對實驗影響的結果,實驗裝置甲同樣也受環境因素的影響,植物細胞呼吸消耗O2量等于廣口瓶內O2體積的減少量,即該植物的呼吸速率為1.5+0.5=2 (g/半小時),即4 g/h;表觀光合速率的測定值是4.5-0.5=4 (g/半小時),即8 g/h,白天光照15 h,一晝夜葡萄糖的積累量是15 h 的光合作用制造的有機物量減去24 h的細胞呼吸消耗的有機物量,等同于15 h的光合作用積累的有機物量減去9 h的細胞呼吸消耗的有機物量,即8×15-4×9=84 (g)。
答案:Ⅰ.(1)①NaOH溶液　②遮光
(2)①NaHCO3溶液　②光照充足、溫度相同且適宜的環境中　Ⅱ.(3)左　右　4　84
基礎達標練
1.(2022·杭州八縣區高一期末)最大光合速率對應的最小光照強度稱為(　C　)
A.光合速率 B.光補償點
C.光飽和點 D.全日照
解析:最大光合速率對應的最小光照強度稱為光飽和點。
2.在某一光照條件下,一株植物的光合作用強度等于呼吸作用強度。以下示意圖能代表該光照條件下,該植物葉肉細胞中發生的情況的是(　D　)
解析:在某一光照條件下,一株植物的光合作用強度等于呼吸作用強度,由于光合作用只發生在含葉綠體的細胞中,而進行呼吸作用的是所有細胞,所以在葉肉細胞中,需氧呼吸過程線粒體產生的二氧化碳全部被葉綠體吸收,并從外界吸收二氧化碳用于光合作用。
3.(2022·溫州高一期中聯考)下列細胞呼吸和光合作用的敘述,正確的是(　B　)
A.對于1個葡萄糖分子來說,從糖酵解開始,最終只能產生2個ATP
分子
B.細胞呼吸和光合作用都是氧化還原過程
C.細胞呼吸和光合作用都是放能反應
D.產生1分子的葡萄糖需要進行3輪卡爾文循環
解析:對于1個葡萄糖分子來說,從糖酵解開始,一般可以合成約32個ATP分子;光合作用是一個氧化還原反應,其中光反應階段為氧化反應,碳反應階段為還原反應。細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化還原反應,生成二氧化碳或其他產物,釋放出能量并生成ATP的過程,因此細胞呼吸也是氧化還原反應;吸能反應一般與ATP水解的反應相聯系,由ATP水解供能;放能反應一般與ATP的合成相聯系,釋放的能量儲存在ATP中,所以細胞呼吸是放能反應,光合作用是將光能轉化為化學能,并固定在生物體內,是吸能反應;碳反應中生成1分子葡萄糖需要6分子CO2經過6輪卡爾文循環。
4.睡蓮葉片的上表皮上的氣孔數目多于下表皮,此特點有利于睡蓮與外界環境進行氣體交換。氣孔關閉會導致睡蓮葉片光合作用速率下降,短時間內其表現在(　B　)
A.葉綠體內五碳糖的含量太低
B.碳反應中產生的三碳酸數量不足
C.水裂解產生的氧氣量減少
D.碳反應所需NADPH的數量不足
解析:氣孔關閉,使二氧化碳濃度降低,影響二氧化碳的固定,從而導致短時間內葉綠體內三碳酸含量降低,五碳糖的含量升高,進而導致光合速率下降;氣孔關閉短時間內不會影響水的裂解,因此短時間內產生的氧氣數量基本不變,碳反應所需NADPH的數量充足。
5.如圖為光合作用與光強度之間關系的曲線,光強度在n點時,限制光合作用強度進一步升高的主要因素是(　A　)
①光強度　②CO2濃度 　③溫度　④O2濃度
A.②③ B.③④
C.①② D.②④
解析:光強度為n點時,達到了光飽和點,此時限制光合作用強度升高的主要因素有CO2濃度、溫度。
6.(2022·北斗聯盟高一期中)我國在南極科考站的醫生做起了“副業”,他們利用溫室種植蔬菜,每天至少能供應一公斤新鮮果蔬。下列有關溫室蔬菜光合作用的敘述,正確的是(　A　)
A.對于溫室蔬菜這類真核生物而言,葉綠體是其進行光合作用的唯一場所
B.蔬菜的綠色莖稈無法進行光合作用
C.蔬菜可以利用陽光進行光合作用但不能利用燈光
D.南極也能種蔬菜,說明溫度對光合作用的影響不大
解析:只有真核生物的葉綠體上才含有與光合作用有關的光合色素和酶,故對于溫室蔬菜這類真核生物而言,葉綠體是其進行光合作用的唯一場所;蔬菜的綠色莖稈含有葉綠體,可以進行光合作用;蔬菜可以利用陽光也能利用燈光進行光合作用;南極也能種蔬菜,但是在溫室里種植,不能說明溫度不會影響光合作用的進行。
7.如圖所示,將對稱葉片左側遮光右側曝光,并采用適當的方法阻止兩部分之間物質和能量的轉移。在適宜光照下照射12小時后,從兩側截取同等單位面積的葉片,烘干稱重,分別記為a和b(單位:g)。下列相關敘述正確的是(　C　)
A.a/12所代表的是該葉片的呼吸速率
B.b/12所代表的是該葉片的光合速率
C.(b-a)/12所代表的是該葉片總光合速率
D.(b+a)/12所代表的是該葉片凈光合速率
解析:由于葉片初始質量未知,a/12不能代表該葉片呼吸速率;b是截取葉片的總質量,不是光合作用實際增加的質量,故b/12不能代表光合速率;設實驗前截取葉片的質量為x g,則12小時被截取葉片呼吸作用消耗的有機物為(x-a)g,積累的有機物(即表觀光合作用或凈光合作用)為(b-x)g,因此該葉片總光合速率=呼吸速率+凈光合速率=
(x-a)/12+(b-x)/12=(b-a)/12;(b+a)/12代表的不是凈光合速率,凈光合速率為(b-x)/12。
8.(2022·麗水高一期末)科學家研究小麥植株在不同光照強度下氧氣和二氧化碳的吸收量,得到下圖曲線。下列敘述正確的是(　C　)
A.小麥植株在a點釋放氧氣量為8 mL/h
B.小麥植株在b點不消耗氧氣
C.c點為該條件下小麥植株的光飽和點
D.若長期處于d點,小麥植株有機物量不再增加
解析:小麥植株在a點吸收氧氣量為8 mL/h;小麥植株在b點既不吸收氧氣也不釋放二氧化碳,說明此時光合速率等于呼吸速率,所以小麥植株在b點消耗氧氣;c點以后隨著光強度增加,二氧化碳吸收量不再增加,說明c點為該條件下小麥植株的光飽和點;處于d點時,植株有二氧化碳的吸收,說明有有機物的積累,只是有機物積累的速率不變,所以若長期處于d點,小麥植株有機物量會增加,只是增加速率
不變。
9.(2022·浙江9+1高中聯盟高一期中)某生物興趣小組為探究溫度對某綠色植物光合速率與呼吸速率的影響進行了相關實驗,結果如圖所示。下列敘述錯誤的是(　C　)
A.5 ℃時,總光合速率約為呼吸速率的3倍
B.光合作用的最適溫度比細胞呼吸的最適溫度低
C.30 ℃時,增強光照,短時間內葉綠體內三碳酸的含量會增多
D.光照一段時間,植物有機物積累最多的溫度是25 ℃
解析:5 ℃時,凈光合速率為1,呼吸速率為0.5,總光合速率=凈光合速率+呼吸速率=1.5,總光合速率約為呼吸速率的3倍;30 ℃時,總光合速率約為3.5+3.0=6.5 mg/h,光合速率最大,而圖示中呼吸速率一直上升,因此呼吸的最適溫度應大于30 ℃;30 ℃時,由于實驗開始的光強度未知,因此葉綠體內三碳酸的量無法判定;凈光合速率最大的溫度為25 ℃,因此光照一段時間,植物有機物積累最多的溫度是25 ℃。
10.將某綠藻細胞懸浮液放入密閉容器中,保持適宜的pH和溫度,改變其他條件,測定細胞懸浮液中溶解氧的濃度,結果如圖所示。下列有關綠藻細胞代謝的說法正確的是(　A　)
A.黑暗條件下綠藻的呼吸速率為2.5 μmol/min
B.光照開始后溶解氧增加緩慢,限制因素可能是CO2濃度或溫度
C.第7分鐘細胞中NADPH含量瞬間增加
D.9～12分鐘光反應產生O2的速率大于呼吸作用消耗O2的速率
解析:據題圖分析,黑暗條件下的4 min內只進行呼吸作用,溶解氧減少了210-200=10(μmol),則呼吸速率=10÷4=2.5 (μmol/min);根據題干信息可知,實驗中溫度是適宜的,所以光照開始后溶解氧增加緩慢的限制因素可能是CO2濃度,但不會是溫度;第7分鐘時,添加了一定量的CO2,則CO2固定加快,但由于光強度沒變,所以NADPH含量不會瞬間增加,且一段時間后,NADPH含量會相應減少;9～12分鐘溶解氧幾乎不變,說明光反應產生O2的速率與呼吸作用消耗O2的速率幾乎
相等。
11.某生物興趣小組測定了大豆幼苗在特定光強度下的光合速率,繪制成圖。圖甲是大豆幼苗在不同光強度下CO2吸收量變化曲線,圖乙是由透明的玻璃罩構成的密閉小室,請據圖分析回答。
(1)參與光合作用的色素分布在葉綠體的　　　　上,若要進一步分析光合色素中葉綠素a所占比例的多少,可用　　　　法分離不同色素,再比較　　　　　　　　進行分析。
(2)光合產物三碳糖離開卡爾文循環后的去向:①葉綠體內作為合成淀粉、蛋白質、脂質的原料,②大部分運輸至葉綠體外轉變成　　　　。
(3)圖甲中N點對應的光強度被稱為　　　　,此時細胞中能產生ATP的部位有葉綠體、細胞溶膠和　　　　。
(4)若圖乙裝置晝夜不停地給予光照,當光照強度由M點向N點對應的光照強度變化時,圖乙中有色液滴會　　 　　(填“向左”“向右”或“不”)移動。如果把CO2緩沖液改為NaOH溶液,該裝置還可以用于做　　　　　　　　　　　　　 　　實驗,此時該裝置還要進行　　　 　處理。
解析:(1)在葉綠體的類囊體膜上分布葉綠素等光合色素,若要進一步分析光合色素中葉綠素a所占比例的多少,可用紙層析法分離不同色素,再比較不同色素帶的寬度。
(2)光合產物三碳糖離開卡爾文循環后的去向大部分運輸至葉綠體外轉變成蔗糖,供植物體所有細胞利用。
(3)圖甲中N點對應的光強度是達到最大光合速率時的最低光強度,被稱為光飽和點,此時細胞中進行光合作用和細胞呼吸,所以能產生ATP的部位有葉綠體、細胞溶膠和線粒體。
(4)當光強度由圖甲M點向N點對應的光強度變化時,代表光強度不斷增強,此區段的光合作用強度大于呼吸作用強度,因此如果用圖乙裝置晝夜不停地光照,裝置中的CO2將不斷減少,O2不斷增多,而裝置中的CO2緩沖液可以維持裝置中CO2濃度的穩定,因此液滴向右移動。如果把CO2緩沖液改為NaOH溶液,該溶液可以吸收CO2,則植物不能進行光合作用,因此該裝置可以測綠色植物細胞呼吸消耗O2的體積,這時該裝置還要進行遮光處理。
答案:(1)類囊體膜　紙層析　不同色素帶的寬度
(2)②蔗糖
(3)光飽和點　線粒體
(4)向右　測綠色植物細胞呼吸消耗O2的體積　遮光
12.(2022·金華十校高一期末)某科研小組為研究干旱脅迫對玉米幼苗光合作用的影響,利用PEG(可模擬干旱脅迫)進行了實驗,部分實驗結果如表:
外源PEG處理對玉米幼苗光合作用的影響實驗結果
項目 氣孔導度 (mmolCO2·m-2·s-1) 光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 光合色素 (mg·m-2)
對照組 (不作處理) 0.061 9.2 9.81
實驗組 (PEG處理) 0.010 3.1 9.68
請回答下列問題。
(1)該實驗的自變量為　 。
(2)光合色素分布在葉綠體的　　　　上;實驗室提取光合色素時常以　　　　作為溶劑;紙層析后,濾紙條上最寬色素帶所示的色素類型是　　　　　　　,該色素主要吸收　　 　　,并將光能轉化為化學能。
(3)據表分析,PEG處理導致光合速率明顯下降的主要原因是　　　　(填某一因變量)減小,導致　　　　反應速率下降。
(4)兩組光合速率均到達穩定時,葉綠體內平均五碳糖的含量實驗組
　 　　　(填“大于”“等于”或“小于”)對照組。
解析:(1)該實驗的目的是研究干旱脅迫對玉米幼苗光合作用的影響,實驗的自變量是有無PEG處理。
(2)光合色素分布在葉綠體類囊體膜上。光合色素易溶于有機溶劑,提取光合色素常用95%酒精作為提取劑。光合色素分離時,濾紙條上最寬的色素帶是葉綠素a,其主要吸收紅光和藍紫光。
(3)由表格數據可知,PEG處理后明顯導致氣孔導度降低,CO2吸收量減少導致碳反應速率降低。
(4)兩組光合速率均到達穩定時,實驗組光合速率較小,吸收的CO2較少,則葉綠體內平均五碳糖的含量大于對照組。
答案:(1)有無PEG處理　
(2)類囊體膜　95%酒精　葉綠素a　紅光和藍紫光
(3)氣孔導度　碳
(4)大于
綜合提升練
13.(2022·浙江7月學考)為了研究弱光對大豆生長、光合作用和產量的影響,研究小組用兩種大豆在正常光(100%)和弱光(20%)條件下進行實驗,結果如下表。
品種 光照 處理 株高 (cm) 葉綠素a (mg·cm-2) 葉綠素b (mg·cm-2) 類胡蘿卜素 (mg·cm-2) 凈光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 單株種子 產量(g)
南豆 100% 32.78 1.23 0.33 0.71 4.41 18.21
20% 64.67 1.30 0.25 1.09 3.17 15.09
黑豆 100% 41.67 1.39 0.27 0.78 3.97 36.71
20% 99.50 3.80 3.04 0.62 2.97 8.92
注:凈光合速率用單位時間單位面積的葉片從外界吸收的CO2量表示。
　下列敘述錯誤的是(　C　)
A.弱光條件下,主莖伸長有利于獲得更多的光照
B.光合色素含量改變有利于適應不同的光照環境
C.凈光合速率大的大豆品種,單株種子產量也大
D.弱光條件下,南豆比黑豆更適合栽種
解析:分析表格數據可知,弱光條件下,株高較正常光條件下高,可推測主莖伸長有利于獲得更多的光照;不同光照條件下光合色素含量不同,可知光合色素含量改變有利于適應不同的光照環境;100%光照下,南豆的凈光合速率為4.41,大于同條件下黑豆的凈光合速率(3.97),但單株種子產量南豆小于黑豆;弱光條件下,南豆比黑豆的凈光合速率高,且單株種子產量也大,南豆比黑豆更適合栽種。
14.(2022·湖州期末)將甲、乙兩種植物的幼苗,分別置于相同的兩個密閉透明玻璃罩內,在相同且適宜的條件下培養,定時測定玻璃罩內的CO2含量,結果如圖所示。下列相關敘述正確的是(　B　)
A.0～10 min 期間,乙植物的有機物積累量大于甲
B.0～10 min 期間,甲植物中有機物積累的速率先快后慢
C.10～20 min 期間,適當升溫可使甲植物吸收 CO2的速率升高
D.20～30 min 期間,甲、乙植物均不進行光合作用
解析:據圖分析可知,0～10 min期間,兩個密閉透明玻璃罩內CO2減少量基本相等,甲和乙兩種植物的幼苗有機物的積累量相等;0～10 min期間,剛開始玻璃罩中CO2充足,光合作用較強,隨著甲植物光合作用消耗玻璃罩中的CO2,玻璃罩中的CO2濃度下降,光合作用速率隨之下降,因此甲植物中有機物積累的速率先快后慢;本實驗是在適宜溫度下進行的,適當升溫導致酶活性降低,可使甲植物吸收 CO2的速率下降;20～30 min期間,兩個密閉透明玻璃罩內CO2含量不變,甲、乙植物的光合速率等于呼吸速率,均進行光合作用。
15.(2022·浙北G2聯盟高一期中聯考)如圖甲為高等綠色植物葉肉細胞中的部分代謝示意圖;圖乙為不同光強度下,測定該綠色植物對CO2的吸收速率(mL/h)并繪制成的相應曲線。請據圖回答問題。
(1)圖甲中物質A是　　　　;O2在　　　　處與[H]結合形成水。
(2)圖甲中細胞有d過程發生而沒有e過程發生時,該細胞處于的生理狀態是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,若要d過程也不發生,則對該植物處理的方法是　　　　,此時測得的CO2的變化值代表　　　　。
(3)若光強度處于圖乙的C點時,圖甲中不應存在的箭頭是　　　　。
(4)已知該植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃,圖乙曲線表示該植物在25 ℃時光合作用強度與光強度的關系。若將溫度提高到的30 ℃(原光強度和CO2濃度不變),理論上圖中B點應　　 　　(填“左移”“右移”或“不動”)。若適當提高CO2濃度時,D點將　 　　　(填“上移”“下移”或“不動”)。
(5)在4 klx光照條件下,該植物2小時內可利用CO2　　　 　mL。當植物從光強度4 klx突然降至0,則光合作用過程中五碳糖含量的變化是　 　　　。
解析:(1)圖甲中物質A是葡萄糖分解的初步產物,應為丙酮酸;O2參與需氧呼吸第三階段,在線粒體內膜處與[H]結合形成水。
(2)圖甲中細胞有d過程發生而沒有e過程發生時,說明葉綠體產生的O2不向細胞外釋放,該細胞處于的生理狀態是光合作用強度小于或等于呼吸作用強度,若要d過程也不發生,即葉綠體不產生O2,則應對該植物進行遮光處理,此時測得的CO2來自需氧呼吸釋放,其變化值代表呼吸作用強度。
(3)光強度處于圖乙的C點時,光合作用強度大于呼吸作用強度,不會出現CO2的釋放和O2的吸收,圖甲中a、f箭頭不應存在。
(4)已知該植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃,圖乙曲線表示該植物在25 ℃時光合作用強度與光強度的關系。若將溫度提高到30 ℃(原光強度和CO2濃度不變),此時光合速率下降,需較強光照才能達到光補償點,理論上圖中B點應右移。若適當提高CO2濃度,則光合速率提高,D點將上移。
(5)在4 klx光照條件下,該植物2小時內可利用CO2代表實際光合作用,應為(44.8+22.4)×2=134.4 mL。當植物從光強度4 klx突然降至0,則用于還原三碳酸的ATP、NADPH減少,五碳糖的消耗仍在進行,其含量將減少。
答案:(1)丙酮酸　線粒體內膜
(2)光合作用強度小于或等于呼吸作用強度　遮光　呼吸作用強度
(3)a、f
(4)右移　上移
(5)134.4　減少
第三章綜合檢測
一、選擇題(每小題3分,共60分)
1.細胞的生存需要能量和營養物質,其中驅動細胞生命活動的直接能源物質是(　B　)
A.H2O B.ATP C.Na+ D.Ca2+
解析:H2O、Na+、Ca2+是細胞中的水和無機鹽,不能為細胞的生存提供能量;ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。
2.用濾紙條分離菠菜的光合色素,實驗結果如圖所示,①～④為色素條帶。下列敘述錯誤的是(　C　)
A.實驗使用了紙層析法
B.①的顏色呈現橙色
C.②中的色素主要吸收紅光和藍紫光
D.④中的色素在濾紙條上移動速率最慢
解析:分離光合色素的方法為紙層析法;①表示胡蘿卜素,呈現橙色;②表示葉黃素,主要吸收藍紫光;④表示葉綠素b,其在層析液中溶解度最低,在濾紙條上移動速度最慢。
3.下列能判斷某人在運動過程中是否發生厭氧呼吸的依據是(　C　)
A.O2吸收量
B.CO2呼出量
C.乳酸積累量
D.O2吸收量與CO2呼出量的差值
解析:人體厭氧呼吸的產物是乳酸,在不消耗O2的情況下,將葡萄糖進行不徹底的氧化分解,此過程中沒有CO2的釋放。
4.在淀粉瓊脂塊上的5個圓點位置(如圖)分別用蘸有不同液體(如表)的棉簽涂抹,然后將其放入37 ℃恒溫箱中保溫一段時間。2 h后取出淀粉瓊脂塊,加入碘碘化鉀處理1 min,然后用清水沖洗掉碘碘化鉀,觀察圓點的顏色變化。五種處理的結果記錄如表所示。下列敘述正確的是(　B　)
位置 處理圓點的液體 碘碘化鉀處理 后的顏色反應
① 清水 藍黑色
② 煮沸新鮮唾液 藍黑色
③ 與鹽酸混合 的新鮮唾液 藍黑色
④ 新鮮唾液 紅棕色
⑤ 2%的蔗糖酶溶液
A.對比圓點①和圓點④的結果,說明唾液淀粉酶能降低淀粉水解反應的活化能
B.圓點②和圓點③的顏色反應結果相同,但是唾液淀粉酶未起效的原因不相同
C.若實驗中發現圓點⑤中呈紅棕色,說明了蔗糖酶也能降解淀粉
D.該實驗能說明唾液淀粉酶具有專一性,且其催化作用受溫度、pH的影響
解析:分析圓點①和圓點④可知,圓點①加入的是清水,淀粉未被分解,所以遇碘碘化鉀呈現藍黑色,圓點④加入的是新鮮唾液(含淀粉酶),催化淀粉分解,所以呈現為紅棕色,對比圓點①和圓點④的結果,只能說明唾液淀粉酶具有催化作用,并不能說明唾液淀粉酶能降低淀粉水解反應的活化能;圓點②加入的是煮沸新鮮唾液,其中淀粉酶被高溫破壞,使淀粉未被分解,所以遇碘碘化鉀呈現藍黑色,圓點③加入的是與鹽酸混合的新鮮唾液,其中淀粉酶被鹽酸破壞,使淀粉未被分解,所以遇碘碘化鉀呈現藍黑色,因此,圓點②和圓點③的顏色反應結果相同,但是唾液淀粉酶未起效的原因不相同;若實驗中發現圓點⑤中呈紅棕色,說明了淀粉被分解,但淀粉被分解是否是蔗糖酶催化的,不能證明;該實驗不能說明唾液淀粉酶具有專一性,因為本實驗中只用了唾液淀粉酶催化淀粉水解,并未證明唾液淀粉酶是否能水解其他
物質。
5.下列關于細胞呼吸原理的應用,正確的是(　A　)
A.貯藏種子時保持低溫、低氧、干燥條件,以減少有機物的分解
B.利用牛奶發酵產生酸奶時,應通入足夠的空氣以使乳酸菌快速繁殖
C.提倡慢跑等有氧運動,可防止劇烈運動產生的酒精對細胞造成損害
D.溫室種植蔬菜時,夜晚應該適當升溫以促進植物細胞生命活動
解析:將種子貯藏在低溫、低氧和干燥條件下,可以抑制細胞呼吸,減少有機物消耗;乳酸菌是厭氧菌,利用其制作酸奶時應該全程密封;提倡慢跑等有氧運動的原因之一是防止厭氧呼吸產生乳酸,人體細胞厭氧呼吸不會產生酒精;溫室種植蔬菜,夜晚可適當降溫,抑制酶的活性,以減少呼吸消耗。
6.某同學以紫色洋蔥外表皮為材料,探究植物細胞質壁分離和復原的條件,觀察到了處于質壁分離狀態的細胞,如圖所示。下列敘述錯誤的是(　C　)
A.質壁分離過程中,液泡顏色變深
B.質壁分離過程中,細胞膜的面積變小
C.在清水中完成質壁分離復原后,細胞內外溶液濃度相等
D.圖示細胞可能處于質壁分離過程或質壁分離復原過程
解析:質壁分離過程中,細胞不斷失水,液泡體積減小、液泡顏色變深;質壁分離過程中,細胞不斷失水,細胞膜的面積變小;發生質壁分離后完全復原的細胞,由于細胞壁的支撐作用,細胞吸水量受到限制,其細胞液濃度可能大于外界溶液濃度;圖示細胞可能處于質壁分離過程或質壁分離復原過程。
閱讀下列材料,完成下面7、8小題。
磷酸肌酸是一種高能磷酸化合物。它能在肌酸激酶的催化下,將自身的磷酸基團轉移到ADP分子中,合成ATP,從而在一段時間內將細胞中的ATP量維持在正常水平。研究者對蛙的肌肉組織進行短暫電刺激,檢測對照組和實驗組(肌肉組織用肌酸激酶阻斷劑處理)肌肉收縮前后ATP和ADP的量,結果如下表所示。
磷酸 腺苷 對照組/(10-6mol·g-1) 實驗組/(10-6mol·g-1)
收縮前 收縮后 收縮前 收縮后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
7.根據上述材料,下列有關分析不正確的是(　C　)
A.實驗組的數據無法判斷有無ATP的合成
B.實驗組中消耗的ATP量與產生的ADP量不相等
C.對照組肌肉收縮前后沒有ATP和ADP的相互轉化
D.對照組的數據表明肌肉組織中的ATP含量保持不變
8.根據上述材料,有關肌酸激酶的敘述正確的是(　B　)
A.肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的底物相同
B.肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的部位相同
C.肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的能量來源相同
D.肌酸激酶阻斷劑也能阻斷ATP合成酶合成ATP
解析:7.實驗組中收縮后ATP含量下降,ADP含量上升,只能判斷有ATP的消耗,但不能判斷是否有ATP生成;消耗1分子ATP就能產生1分子ADP,實驗組中消耗的ATP量為5.5×10-7 mol·g-1,產生的ADP量為3.5×10-7 mol·g-1,二者不相等;收縮需要消耗能量,而直接能源物質是ATP,故對照組收縮前后消耗ATP,只是產生的ATP和消耗的量持平;由表中數據可知,對照組的數據表明肌肉組織中的ATP含量保持不變。
8.肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的底物,前者為磷酸肌酸和ADP,后者為Pi和ADP;肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的部位均為線粒體、葉綠體或細胞溶膠;肌酸激酶與ATP合成酶催化合成ATP的能量,前者來源于磷酸肌酸,后者來源于細胞呼吸或光合作用等;肌酸激酶阻斷劑只能阻斷肌酸激酶催化ATP的形成。
9.Na+、K+和葡萄糖等物質出入人體成熟紅細胞的方式如圖所示,①、②表示相關過程。其中過程①和②的方式分別為(　D　)
A.易化擴散、擴散
B.擴散、易化擴散
C.易化擴散、主動轉運
D.主動轉運、易化擴散
解析:由圖可知,過程①中借助了載體蛋白的協助,也存在ATP水解為其提供能量,故①的方式為主動轉運;過程②中葡萄糖順濃度梯度運輸,借助了載體蛋白的協助,故②的方式為易化擴散。
10.下列關于ATP的敘述正確的是(　D　)
A.每個ATP分子中含有三個高能磷酸鍵
B.洋蔥根尖分生區細胞內合成ATP的場所有線粒體和葉綠體
C.葉綠體中ATP由葉綠體基質向類囊體運動,ADP則向相反方向運動
D.ATP水解時釋放出的能量可以被細胞利用,用于肌肉收縮、神經細胞活動等
解析:ATP的結構簡式是A-P～P～P,每個ATP分子中含有兩個高能磷酸鍵;洋蔥根尖分生區細胞沒有葉綠體;葉綠體的光反應合成ATP,碳反應消耗ATP,故葉綠體中ADP由葉綠體基質向類囊體運動,ATP則向相反方向運動;ATP水解時釋放出的能量可以被細胞利用,如肌肉收縮、神經細胞活動以及細胞中許多其他消耗能量的活動。
11.在水分、溫度適宜條件下對秋石斛和春石斛的葉肉細胞的光合作用特性進行研究,結果如圖所示,下列敘述正確的是(　A　)
A.A光強度下春石斛葉肉細胞產生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體
B.B光強度下秋石斛葉肉細胞產生的O2擴散途徑僅從葉綠體到線
粒體
C.若將光強度從A換至B,短時間內秋石斛葉綠體中的三碳酸含量將增加
D.據圖分析春石斛相對于秋石斛更適應在陰生環境中生活
解析:A光強度下春石斛的光合速率小于呼吸速率,兩個生理過程都能產生ATP,故春石斛葉肉細胞產生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體;B光強度下秋石斛葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率,故產生的O2擴散途徑有從葉綠體到線粒體,還有從葉綠體到細胞外;若將光強度從A換至B,光強度增大,短時間內秋石斛葉綠體中的三碳酸消耗增大,而三碳酸的合成基本不變,故含量將減少;據圖分析秋石斛的呼吸速率低,光補償點低,故秋石斛相對于春石斛更適應在陰生環境中生活。
閱讀下列材料,完成12～14小題。
酵母菌在有氧環境與無氧環境中都能生活,不同的氧環境中,酵母菌的呼吸方式不同,呼吸所產生的產物不同,產生的能量也有差異。如圖分別為酵母菌細胞呼吸的部分過程示意圖和“探究酵母菌細胞呼吸的方式”設計的實驗裝置。實驗中先向氣球中加入10 mL酵母菌培養液,再向氣球中注入一定量的氧氣,扎緊氣球,固定于裝有20 ℃溫水的燒杯底部。再將整個裝置置于20 ℃的恒溫水浴中,記錄實驗開始30 min后燒杯中液面變化量。(注:水浴溫度對氣球體積的影響忽略不計)
12.在氧氣充足的環境下培養液中的酵母菌能進行①③過程,①③過程發生的場所是(　C　)
A.細胞膜 B.細胞溶膠
C.細胞溶膠和線粒體 D.線粒體
13.在低氧環境下培養液中的酵母菌能進行①②③,當②③過程消耗等量的丙酮酸時,酵母菌消耗的O2量與產生的CO2量的比值是(　A　)
A.3∶4 B.4∶3
C.3 D.2
14.依據上述材料中的實驗裝置進行分析,下列敘述錯誤的是(　B　)
A.還應設置一個氣球中加入等量煮沸過的酵母菌培養液的相同裝置作為對照
B.若酵母菌進行了厭氧呼吸則液面應該下降
C.若30 min后液面沒有變化是因為酵母菌只進行了需氧呼吸
D.該裝置氣球中如果不加入氧氣,可以用來探究酵母菌進行厭氧呼吸的最適溫度
解析:12.酵母菌屬于兼性厭氧菌,既可以進行需氧呼吸,也可以進行厭氧呼吸。在氧氣充足的環境下培養液中的酵母菌進行需氧呼吸,即①③。需氧呼吸第一階段的場所在細胞溶膠,第二階段的場所在線粒體基質,第三階段的場所在線粒體內膜。
13.在低氧環境下培養液中的酵母菌既能進行需氧呼吸,也能進行厭氧呼吸。②厭氧呼吸第二階段消耗1 mol的丙酮酸,生成1 mol的CO2,③需氧呼吸第二、第三階段消耗1 mol的丙酮酸,生成3 mol的CO2以及在第三階段會消耗3 mol的O2,故酵母菌消耗的O2量與產生的CO2量的比值是3∶4。
14.實驗在裝有20 ℃溫水的燒杯中進行,這個過程中溫度也可能導致氣體體積的變化,因此應設置一個氣球中加入等量煮沸過的酵母菌培養液的相同裝置作為對照;若酵母菌進行了厭氧呼吸,由于厭氧呼吸不吸收氧氣,但是放出二氧化碳,使氣球體積增大,因此液面應該上升;由于需氧呼吸吸收的氧氣與釋放的二氧化碳量相等,因此需氧呼吸不會引起燒杯液面變化,而厭氧呼吸會釋放二氧化碳,因此若燒杯液面沒有變化,說明酵母菌只進行了需氧呼吸;該裝置氣球中如果不加入氧氣,可設置多個該實驗裝置,自變量為不同梯度的溫度,觀察燒杯液面上升的高度,用來探究酵母菌進行厭氧呼吸的最適溫度。
15.如圖為某同學在其他條件適宜的情況下,研究pH對兩種酶作用的影響曲線,下列敘述錯誤的是(　A　)
A.根據圖可知不同酶的適宜pH范圍互不交叉
B.該活動中底物用蛋白塊比用蛋白液效果更明顯
C.在各自最適pH范圍下,該兩種蛋白酶可能相互催化
D.在pH為0、4、6、10時反應速率為0的本質原因相同
解析:根據圖示可知,胃蛋白酶和胰蛋白酶的適宜pH范圍互不交叉,但不能推出其他不同酶的適宜pH范圍是否有交叉;蛋白塊被酶解時,可明顯觀察到蛋白塊的減小、消失,可用肉眼直接看出變化,因此底物用蛋白塊比用蛋白液效果更明顯;在pH為2時,胃蛋白酶活性最強,而胰蛋白酶(本質為蛋白質)已經失去活性,故胃蛋白酶可分解胰蛋白酶,反之胰蛋白酶在最適pH條件可以催化分解失活的胃蛋白酶;在pH為0、4、6、10時反應速率為0的本質原因相同,都是由于pH過高或過低導致酶(蛋白質)的空間結構發生不可逆性的改變,使酶變性失活。
16.苦瓜成熟后顯橙黃色,掛在梢頭像燈籠一樣很漂亮,小明非常喜歡便在自己的花圃里種了一排,小明希望苦瓜能快點長大便一次性施入了大量尿素,結果苦瓜苗出現燒苗現象。以下分析正確的是(　A　)
A.苦瓜成熟后顏色由綠轉黃的原因可能是葉綠素不穩定被分解,顯現出類胡蘿卜素的顏色
B.處于甲圖狀態的植物細胞,既沒有水分子進入細胞,也沒有水分子出細胞
C.細胞由圖甲狀態到圖乙狀態的原因是外界溶液濃度太低
D.出現燒苗現象的苦瓜苗細胞處于圖丙狀態
解析:葉綠素呈現綠色,類胡蘿卜素呈現橙黃色,苦瓜成熟后葉綠素不穩定被分解,顯現出類胡蘿卜素的橙黃色;圖甲所處狀態,有可能是失水過程,也有可能是吸水過程,也有可能是平衡狀態,但是都有水分子的進出;細胞由圖甲狀態到圖乙狀態的原因是細胞液濃度低于外界溶液濃度,使細胞失水發生質壁分離;燒苗的原因一般是在施肥過多之后導致土壤溶液的濃度大于植株根毛細胞液的濃度,造成植株根毛細胞液中的水分滲透到土壤溶液中,導致植株根毛細胞因失水發生質壁分離,因此出現燒苗現象的苦瓜苗細胞可能處于圖乙狀態。
17.探究pH為6.0、7.0、8.0下過氧化氫酶活性的實驗裝置如圖,下列相關敘述錯誤的是(　B　)
A.本實驗的自變量為pH,溫度、濾紙片的數量等為無關變量
B.以不再產生氣泡時量筒內收集到的氣體體積作為本實驗的因變量
C.實驗開始前反應小室狀態如圖甲所示,不能讓濾紙片在小室下方
D.本實驗中的肝臟勻漿需新鮮制備且不能高溫處理
解析:依據本實驗的目的可知本實驗的自變量為pH,溫度、濾紙片的數量等為無關變量;過氧化氫溶液接觸濾紙片后,同時開始計時,每隔30 s讀取量筒中水平面的刻度1次,共進行4次,記錄結果,即是以定時記錄的氣體體積作為因變量;實驗開始前反應小室狀態如圖甲所示,不能讓濾紙片在小室下方,否則一旦濾紙片與過氧化氫溶液接觸,立即反應,會干擾實驗結果的準確性;本實驗中的肝臟勻漿需新鮮制備且不能高溫處理,否則會影響酶的活性,干擾實驗結果的準確性。
18.下表為在相同條件下測得的野生型和突變體水稻植株光合作用的相關指標,有關敘述正確的是(　B　)
水稻品種 突變體 野生型
表觀光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 3.61 11.77
氣孔導度(mmolCO2·m-2·s-1) 0.18 0.30
胞間CO2濃度(μmol·m-2) 424.52 298.44
葉綠素含量(mg·g-1) 0.016 0.038
注:表觀光合速率=實際光合速率-呼吸速率。
A.葉綠體中的光合色素分布在葉綠體內膜和類囊體膜上
B.突變體水稻的光飽和點可能低于野生型水稻
C.突變體水稻的呼吸作用強度低于野生型水稻
D.突變體水稻表觀光合速率下降的主要原因是氣孔導度下降導致CO2吸收不足
解析:葉綠體中的光合色素僅分布在葉綠體的類囊體膜上;光飽和點是達到最大光合速率時對應的最小的光照強度,突變體水稻的氣孔導度小于野生型,而胞間CO2濃度卻大于野生型,說明突變體水稻的光飽和點可能低于野生型水稻;從表格中無法知道突變體水稻和野生型水稻的呼吸作用強度的高低;突變體水稻氣孔導度較低,但是胞間CO2濃度較高,因此表觀光合速率下降不是由于氣孔導度下降所致。
19.在適宜溫度和一定的光強度下,甲、乙兩種植物葉片的CO2凈吸收速率與CO2濃度的關系如圖所示,下列說法正確的是(　A　)
A.在CO2濃度低于b的環境中植物乙比植物甲生長得更好　
B.CO2濃度大于a時,甲才能進行光合作用
C.適當增加光強度,a點將右移
D.CO2濃度為b時,甲、乙植物的實際光合作用強度相等
解析:據題圖分析可知,在CO2濃度低于b的環境中,植物乙比植物甲生長得更好;CO2濃度等于a時,甲的光合作用速率與細胞呼吸速率相等;適當增加光強度,光合作用增強,則a點將左移;CO2濃度為b時,甲、乙兩種植物的凈光合作用強度相等,但是甲、乙的細胞呼吸強度與實際光合作用強度不一定相等。
20.如圖是大棚番茄在24小時測得CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖,下列有關敘述錯誤的是(　D　)
A.a點CO2釋放量減少可能是由溫度降低導致細胞呼吸強度減弱
B.d點是由于溫度過高,蒸騰作用過強導致氣孔關閉,CO2供應減少
C.如果N點低于M點,說明經過一晝夜,植物體內的有機物總量增加
D.番茄通過光合作用制造有機物的時間是c～e段
解析:a點時植物只進行細胞呼吸,故a點CO2釋放量減少可能是溫度降低導致細胞呼吸強度減弱;如果N點低于M點,說明經過一晝夜的時間,大棚中的CO2濃度降低,植物的光合作用大于細胞呼吸,植物體內的有機物總量增加;番茄通過光合作用積累有機物的時間是c～e段。
二、非選擇題(共40分)
21.(11分)某校實驗小組以女貞(一種常見的綠化喬木)幼苗作為實驗材料,研究不同濃度的NaCl溶液對植物生長的影響,實驗結果如下表。請回答下列問題。
NaCl濃度 (mmol·L-1) 凈光合速率 (μmolCO2·m-2·s-1) 氣孔導度 (mmolCO2·m-2·s-1) 葉綠素含量 (mg·g-1)
0 5.1 52 2.30
100 3.9 36 1.90
200 1.8 25 1.20
注:假定細胞呼吸速率不變。
(1)本實驗通過測量單位時間單位葉面積的　　　　作為凈光合速率的指標。
(2)女貞幼苗進行光反應的場所是　　 　　,在此將水裂解為O2和　　　 　,光能轉化為　　　 　中的化學能,然后三碳酸被還原成　　　 　。
(3)高濃度NaCl具有較強吸水能力,女貞幼苗會由于　　　　作用失水,導致氣孔導度　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)實驗表明,隨著NaCl濃度的提高,凈光合速率的變化趨勢為　　 　　,原因是　 　。
(5)研究還發現,長時期使用高濃度NaCl溶液處理,會影響植物生物膜的形成。與正常組相比,高濃度NaCl溶液組葉綠體內三碳糖含量
　　　　(填“增多”“減少”或“不變”)。
解析:(1)據表格數據可知,本實驗通過測量單位時間單位葉面積的CO2吸收量作為凈光合速率的指標。(2)女貞幼苗進行光反應的場所是葉綠體類囊體膜,據分析可知,在光反應階段,①水分解產生O2和H+、e-,②合成NADPH和ATP,其能量轉換為光能→ATP和NADPH中的化學能。ATP和NADPH用于碳反應階段三碳酸的還原,三碳酸被還原成三碳糖。(3)高濃度NaCl具有較強吸水能力,女貞幼苗會由于滲透作用失水,導致部分氣孔關閉,氣孔導度減小。(4)據表格數據可知,女貞幼苗的凈光合速率下降,結合表格數據分析可知,其原因是隨著NaCl濃度的提高,葉綠素含量下降,導致光反應速率下降;同時氣孔導度降低,導致CO2吸收減少,碳反應速率下降,使凈光合速率下降。(5)長時期使用高濃度NaCl溶液處理,會影響植物生物膜的形成。與正常組相比,高濃度NaCl溶液組葉綠體類囊體膜減少,光反應速率降低,碳反應速率也降低,葉綠體中三碳糖含量下降。
答案:(1)CO2吸收量
(2)類囊體(或類囊體膜、光合膜、基粒)　H+、e-　ATP、NADPH　
三碳糖
(3)滲透　減小
(4)下降　隨著NaCl濃度提高,葉綠素含量下降,導致光反應速率下降;同時氣孔導度降低,導致CO2吸收減少,碳反應速率下降,故凈光合速率下降
(5)減少
22.(5分)囊性纖維病是一種遺傳疾病,患者細胞中氯離子濃度升高,支氣管被異常黏液堵塞,導致這一疾病發生的主要原因是細胞膜上CFTR蛋白功能異常。下圖表示正常人和患者的氯離子跨膜運輸的示意圖。請據圖回答問題。
(1)正常細胞,CFTR蛋白通過　　　　方式將氯離子轉運到胞外,而不能轉運其他離子,說明細胞膜具有　　　　性。
(2)CFTR蛋白能水解ATP釋放能量,說明其還具有　　　　功能。氯離子持續運輸的過程　　　　(填“會”或“不會”)導致細胞內的ADP大量積累。
(3)患者細胞膜上異常的CFTR蛋白處于關閉狀態,氯離子無法轉運至細胞外,導致水分子向膜外擴散的速度　　　　(填“加快”“減慢”或“不變”),黏稠的分泌物不斷積累而堵塞支氣管。
解析:(1)由圖可知,氯離子轉運到胞外需要膜上CFTR蛋白的協助,并消耗能量,屬于主動轉運。CFTR蛋白只能轉運氯離子,而不能轉運其他離子,說明細胞膜上的載體具有特異性,即細胞膜具有選擇透過性。
(2)CFTR蛋白能水解ATP釋放能量,說明其能催化ATP的水解,即具有催化功能。ATP和ADP之間的轉化效率很高,因此氯離子持續運輸的過程不會導致細胞內的ADP大量積累。
(3)由圖示可知,由于功能異常的CFTR蛋白不能協助氯離子轉運至細胞外,導致水分子向膜外擴散的速度減慢,導致細胞表面的黏液不斷積累。
答案:(1)主動轉運　選擇透過
(2)催化　不會
(3)減慢
23.(6分)如圖為探究酵母菌細胞呼吸裝置圖。據圖回答下列問題。
(1)甲、乙兩組裝置中,探究需氧呼吸的實驗裝置是　　　　(填“甲”或“乙”)。
(2)實驗結束時,取少量酵母菌培養液A和培養液B,分別加入酸性的重鉻酸鉀溶液,其中B呈現灰綠色,說明該種呼吸方式的產物有　　　　。
(3)裝置中的澄清石灰水變　　　　則說明有CO2的生成。酵母菌需氧呼吸產生CO2的場所是　　　　,厭氧呼吸產生CO2的場所是　　　　。若甲、乙裝置產生等量的CO2,則消耗的葡萄糖質量比是甲∶乙=
　　　　。
解析:(1)甲裝置中的第一個錐形瓶連接橡皮球或氣泵,是探究酵母菌需氧呼吸的實驗裝置。乙裝置中的第一個錐形瓶是密閉的,是探究酵母菌厭氧呼吸的實驗裝置。(2)酒精在酸性重鉻酸鉀溶液中會由橙色變成灰綠色。實驗結束時,取少量酵母菌培養液A和培養液B,分別加入酸性的重鉻酸鉀溶液,其中B呈現灰綠色,說明該種呼吸方式的產物有酒精。(3)CO2使澄清石灰水變渾濁,酵母菌需氧呼吸產生CO2發生在第二階段,場所是線粒體,厭氧呼吸產生CO2的場所是細胞溶膠。需氧呼吸消耗1 mol葡萄糖產生6 molCO2,厭氧呼吸消耗1 mol葡萄糖產生2 molCO2,假設需氧呼吸產生6 molCO2,則需消耗1 mol葡萄糖,厭氧呼吸產生6 molCO2,則需消耗3 mol葡萄糖,即甲、乙裝置產生等量的CO2,則消耗的葡萄糖質量比是甲∶乙=1∶3。
答案:(1)甲
(2)酒精
(3)渾濁　線粒體　細胞溶膠　1∶3
24.(6分)枸杞為藥食同源的植物,生產枸杞鮮果果汁過程中易發生酶促褐變,影響其外觀、風味甚至導致營養損失。為有效減少酶促褐變引起的產品質量下降,研究人員以紅果枸杞為實驗材料開展引起褐變的酶及其影響因素的研究。請回答下列問題。
(1)褐變是指植物細胞中的多酚氧化酶(PPO)催化多酚類物質(無色)生成褐色醌類物質的過程。為了防止枸杞果汁發生褐變,應　　　　(填“升高”或“降低”)枸杞果實細胞中PPO活性。
(2)將枸杞鮮果在冰凍條件下快速研磨,離心后得到PPO粗酶提取液,并移入帶冰袋的泡沫箱中保存。低溫處理和低溫保存的原因是
　 。
(3)已知L半胱氨酸、檸檬酸是食品領域應用廣泛的食品添加劑。將不同濃度的食品添加劑分別加入PPO粗酶提取液中,30 ℃水浴恒溫后,測定并得到PPO相對酶活性,結果如圖。
據圖可知,兩種食品添加劑均可　　　　PPO相對酶活性。在枸杞鮮果果汁加工過程中,選用　　　　(填食品添加劑)處理效果更好。
(4)研究證明,枸杞所含的枸杞子色素,具有提高人體免疫力、預防和抑制腫瘤和預防動脈粥樣硬化的作用。短時(3 min)高溫處理也可抑制褐變,但高溫會破壞果汁中枸杞子色素。請你提出一種實驗思路,探究既能有效防止褐變,又能保留枸杞子色素這一成分的最佳溫度。
解析:(1)據題干信息“褐變是指植物細胞中的多酚氧化酶(PPO)催化多酚類物質(無色)生成褐色醌類物質的過程”,故為了防止枸杞果汁發生褐變,應降低枸杞果實細胞中PPO活性。(2)酶的作用條件溫和,易受溫度影響,在低溫條件下酶的活性受抑制,但酶的空間結構穩定,且在適宜溫度下酶的活性可恢復,故酶適宜低溫處理和低溫保存。(3)據圖可知:與對照組(0)相比,添加L半胱氨酸和檸檬酸后,PPO相對酶活性均有所降低;且添加L半胱氨酸后的PPO相對酶活性下降更顯著,可更有效防止酶促褐變,故在枸杞鮮果果汁加工過程中,選用L半胱氨酸處理效果更好。(4)分析題意可知,本實驗的目的是“探究既能有效防止褐變,又能保留枸杞子色素的最佳溫度”,則實驗的自變量為溫度,因變量為褐變程度和枸杞子色素含量,實驗設計應遵循對照原則和單一變量原則,故可設計實驗如下:設置一系列高溫的溫度梯度(控制變量),分別測定PPO相對酶活性和枸杞子色素的含量。
答案:(1)降低
(2)低溫不會破壞酶分子的結構,且在適宜溫度下酶的活性可恢復
(3)降低(或抑制)　L半胱氨酸
(4)設置一系列高溫的溫度梯度,分別測定PPO相對酶活性和枸杞子色素的含量。
25.(12分)光合作用是生物界最基本的物質和能量代謝過程。光合作用對環境因子敏感度較高,易受重金屬影響。在土壤重金屬的影響下,植物各方面會受到怎樣的影響,某研究所對此展開研究。
實驗材料:在普通土壤中培育的桑樹幼苗若干,普通土壤,含Pb2+(鉛離子)的土壤,含Cd2+(鎘離子)的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤,色素提取套裝,色素含量測定裝置,光合速率測量裝置,花盆等。
(要求與說明:光合色素含量與光合速率檢測的方法與具體操作不作要求。)
(1)實驗思路。
①分組設計:
A組:桑樹幼苗+普通土壤;
B組:　 ;
C組:　 ;
D組:　 。
②每個花盆裝入6 kg相應土壤,土壤沉淀一個月后,將各組幼苗移栽至花盆。
③　　　 　,每天每個花盆澆等量且適量的水。
④桑樹幼苗葉片展開1個月后,測定各項指標。
⑤統計分析實驗數據。
(2)請設計表格用于記錄實驗結果。
(3)①實驗中,色素提取套裝中用于提取色素的溶劑是　　　 　;
②已有研究表明,Pb2+、Cd2+作用都能降低桑樹葉綠素含量,Pb2+作用后使葉綠素a/b的比值下降明顯,Cd2+作用后使葉綠素a/b的比值上升明顯,說明Pb2+主要抑制　　 　的合成,Cd2+主要抑制　 　　的合成。
解析:(1)本實驗目的是研究在土壤重金屬的影響下,植物各方面會受到怎樣的影響,自變量為是否重金屬處理以及重金屬的種類,根據實驗材料可知:自變量處理為分別用普通土壤,含Pb2+(鉛離子)的土壤,含Cd2+(鎘離子)的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤處理桑樹幼苗,因變量為光合色素含量與光合速率。①分組設計見答案。(2)本實驗自變量為是否重金屬處理及重金屬的種類(普通土壤,含Pb2+的土壤,含Cd2+的土壤,含Pb2+和Cd2+的土壤),因變量為光合色素含量與光合速率。據此設計表格,表格見答案。(3)①葉綠體中的色素能溶解在95%的酒精中,因此用于提取色素的溶劑是95%的酒精。②葉綠素主要包括葉綠素a和葉綠素b,Pb2+作用后使葉綠素a/b的比值下降明顯,說明Pb2+主要抑制葉綠素a的合成;Cd2+作用后使葉綠素a/b的比值上升明顯,Cd2+主要抑制葉綠素b的合成。
答案:(1)①桑樹幼苗+含Pb2+(鉛離子)的土壤　桑樹幼苗+含Cd2+(鎘離子)的土壤　桑樹幼苗+含Pb2+和Cd2+的土壤　③將各組幼苗在相同且適宜條件下培育
(2)Pb2+和Cd2+單獨與共同脅迫下,對桑樹幼苗光合色素含量與光合速率的影響
　　 自變量處理 因變量　　　 A組/對 照組 B組/ Pb2+ C組/ Cd2+ D組/ Pb2++Cd2+
光合色素含量
光合速率
(3)①95%的酒精　②葉綠素a　葉綠素b

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