資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第4講 細胞的能量代謝（3）
光合作用
1．光化學反應
光化學反應是批反應中心色素分子吸收光能而引發的氧化還原反應。
光系統，指光合作用中光吸收的功能單位，由葉綠素、類胡蘿卜素、脂質和蛋白質組成。每一個光系統復合物含兩個組分：捕光復合物和反應中心復合物。在葉綠體的類囊體膜上存在兩個不同的光系統，分別是光系統I（PS I）和光系統II（PS II）。光系統I作用中心的葉綠素a稱為P700其光吸收高峰在700nm，在紅光區。光系統II作用中心內的葉綠素a稱為P680，其光吸收高峰在680，偏向黃橙光。
PS II的結構和功能 PS II 由反應中心復合物和PS II捕光復合物（LHC II）組成。它們的功能是利用光能在類囊體膜腔面一側裂解水并在基質側還原質體醌，使類囊體膜的兩側形成質子梯度。反應中心復合物是一個由20多個不同多肽組成的葉綠素-蛋白質復合物（圖4-3-1）。
LHC II 是一個由蛋白質、葉綠素、類胡蘿卜素和脂質分子組成的復雜的高疏水性膜蛋白復合物。
PS I的結構和功能 PS I由反應中心復合物和PS I捕光復合物（LHC I）組成（圖4-3-2），其功能是利用吸收的光能或傳遞來的激發能在類囊體膜的基質側將NADP+（氧化型輔酶II）還原為NADPH。
光合磷酸化 由光照所引起的電子傳遞與磷酸化作用相偶聯而生成ATP的過程稱為光合磷酸化。光合作用通過光合磷酸化形成ATP。再通過CO2同化將能量儲存在有機物中。
2．C3植物、C4植物和CAM植物
（1）C4途徑的反應
（2）C3 和C4植物
圖示為C4基本途徑和C3途徑
在C4植物葉肉細胞內，一個CO2分子首先被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)固定，形成一個蘋果酸分子(C4)。蘋果酸進入維管束鞘細胞的線粒體中，釋放出一個CO2，并且形成一分子丙酮酸。釋放出來的CO2可進入卡爾文循環，丙酮酸則再次進入葉肉細胞中的葉綠體內，消耗ATP轉化成PEP，PEP則可以繼續固定CO2。C4途徑中的PEP羧化酶與CO2親和力是C3途徑中RuBP羧化酶的60倍。C4途徑相當于一種CO2泵，能把進入葉肉細胞的CO2不斷泵入維管束鞘細胞，在提高維管束鞘細胞中CO2濃度的同時抑制光呼吸。在炎熱干燥的氣候條件下，C4植物光合作用的效率高于C3植物。
（3）CAM植物
景天科、仙人掌科等植物，夜間固定CO2產生有機酸，白天有機酸脫羧釋放出CO2，進入卡爾文循環，與此過程中有機酸合成日變化有關的光合碳代謝途徑稱為CAM途徑。具有CAM途徑的植物稱為CAM植物，其主要生活在干旱少雨環境下，具有厚表皮、大液泡等特點，常見的有菠蘿、劍麻、蘭花、百合、仙人掌等。CAM植物只有在夜間才開放氣孔，吸入的CO2在PEP羧化酶催化下直接與磷酸烯醇式丙酮酸結合生成草酰乙酸(C4)。草酰乙酸在酶的作用下還原為蘋果酸(C4),并儲存在液泡中。CAM植物在白天因防止蒸騰作用過強，氣孔不開放，貯存在液泡中的蘋果酸可產生一分子CO2和一分子丙酮酸，產生的CO2參與卡爾文循環(圖4-3-4)。
CAM植物與C4植物中CO2都是先經C4途徑，再由C3途徑被固定成糖的。它們之間的主要區別是：CAM植物中CO2固定和糖的合成發生在同一個細胞內，但時間錯開；而C4植物中這些過程發生在同一時間，但空間錯開(圖4-3-5)。兩類植物都適合生活于熱帶地區，它們分別通過調整葉片結構和修飾光合作用的化學反應，增加局部CO2的量來確保光合作用的同時避免光呼吸的發生。
（4）C3、C4、CAM途徑的比較
特征 C3植物 C4植物 CAM植物
與CO2結合的物質 RuBP(C5) PEP PEP
CO2固定的最初產物 C3 C4 草酰乙酸
CO2固定的時間 白天 白天 白天和夜晚
光反應的場所 葉肉細胞類囊體薄膜 葉肉細胞類囊體薄膜 葉肉細胞類囊體薄膜
卡爾文循環的場所 葉肉細胞的葉綠體基質 維管束鞘細胞的葉綠體基質 葉肉細胞的葉綠體基質
有無光合午休 有 無 無
C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。
2．光呼吸
（1）光呼吸是植物細胞依賴光照，吸收O2并放出CO2的過程。
（2）光呼吸與光合作用的關系如下圖所示。
（3）RuBP羧化酶是雙功能酶，既可催化RuBP的羧化反應，又可催化RuBP的氧化反應。O2是羧化反應的競爭性抑制劑，CO2是氧化反應的競爭性抑制劑。RuBP羧化酶處于光合碳還原和光合碳氧化兩個方向相反但又相互連鎖的循環反應交叉點上，RuBP羧化酶催化的羧化反應和氧化反應的相對速率完全取決于CO2和O2的相對濃度。RuBP羧化酶對RuBP的兩種作用如右圖所示。
（4）光呼吸的生理功能
①減少光抑制。在高光強、高溫、干旱環境下，植物氣孔關閉，CO2不能進入葉肉細胞，會導致光抑制。此時，植物的光呼吸釋放CO2,消耗多余的能量，減少活性氧的產生，對光合器官起保護作用。
②在有氧條件下避免損失過多的碳。光呼吸雖然損失一些有機碳，但通過C2（磷酸乙醇酸）循環可以彌補一些損失的碳。
③光呼吸代謝中涉及多種氨基酸的轉變，這對細胞的氮代謝有利。
④光呼吸可以為光合作用提供磷，參與某些蛋白的合成過程。
五、教材拾遺
1．破傷風由破傷風芽孢桿菌引起，該菌只能進行無氧呼吸。皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，病菌容易大量繁殖。
2．松土可以增加土壤的透氣性，促進根細胞的有氧呼吸，利于根細胞對礦質離子的吸收，促進土壤中枯枝落葉、動物遺體和糞便等有機物的分解，利于農作物生長。松土還促進了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的排放，從而使溫室效應和全球氣候變暖等問題更嚴重；松土容易造成水土流失，可能成為沙塵暴的一種誘發因素。
3．一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，而不吸收紅光。
4．光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖，蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處。C3指三碳化合物—3－磷酸甘油酸，C5指五碳化合物—核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。
5．少數種類的細菌，細胞內沒有葉綠素，不能進行光合作用，但是卻能利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。例如，生活在土壤中的硝化細菌能將土壤中的氨(NH3)氧化成亞硝酸(HNO2)，進而將亞硝酸氧化成硝酸(HNO3)。這兩個化學反應中釋放出的化學能，就被硝化細菌用來將二氧化碳和水合成糖類。這些糖類就可以供硝化細菌維持自身的生命活動，這個過程稱為化能合成作用。
6．夏季晴朗的白天，中午光合速率下降的原因是光照過強、溫度過高，有些植物為了減少水分的散失會關閉部分氣孔，導致CO2供應不足，直接限制暗反應階段；早晨和傍晚光合速率較低的原因是光照較弱，直接限制的是光反應階段。
1．（2023·江蘇·統考模擬預測）薇甘菊是外來入侵物種，研究人員測量薇甘菊在不同光照強度下的ATP和淀粉含量變化。以12：00時的光照強度表示為100％，8：00時的光照強度為40％，17：00時的光照強度為20％，18：00時的光照強度為0，結果如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．17：00～18：00淀粉含量下降是因為呼吸作用大于光合作用
B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，說明此時光合速率較低
C．8：00時薇甘菊葉肉細胞中產生ATP的細胞結構有線粒體和葉綠體
D．薇甘菊長期在弱光下生長時，葉片厚度會變厚，有利于捕獲更多光能適應弱光環境
【答案】A
【解析】A、17:00以后及黑暗中，光合作用速率下降直至黑暗下無光合作用，此時細胞呼吸消耗量大于光合作用合成量，淀粉含量下降，薇甘菊白天儲存的淀粉在夜間被分解，生成ATP，用于生長發育，A正確；B、圖中8:00~12:00光合作用速率較高，但光合作用光反應階段合成的ATP迅速水解用于暗反應合成有機物供能，所以ATP含量不提高，B錯誤；C、光照條件下，薇甘菊葉肉細胞可進行光合作用和有氧呼吸，產生ATP的場所有葉綠體(類囊體)、細胞質基質、線粒體(基質和內膜)，C錯誤；D、薇甘菊長期在弱光下生長時，為捕獲更多的光，葉面積和冠面積就會增大，葉片厚度會變薄，有利于適應弱光環境，D錯誤。
2．（2023·江蘇常州·常州市第三中學?？寄M預測）紅樹植物健康生長需要適宜的淹水環境和鹽度。隨著底泥的淤升，某濕地紅樹林生境陸化嚴重，紅樹植物長勢變差。該濕地紅樹林優勢種為秋茄，平均樹高約7米，林下有零星分布的桐花樹。通過周期性補充海水，模擬秋茄林的淹水生境，在研究區域的秋茄林內設置3個補海水組樣方和3個對照組樣方，每個樣方內取3個深的沉積柱樣土壤底泥，每個沉積柱以間隔進行分樣，將3個沉積柱同一水平的分樣混勻，測量底泥的理化性質和凈光合速率如下表所示。下列分析錯誤的是（ ）
含水率 鹽度/% 凈光合速率/
對照組平均值 40.20±4.10 1.89±0.37 2.13±1.25
補海水組平均值 42.46±3.20 2.12±0.45 5.47±0.46
A．經補海水修復后，秋茄葉片的光合作用能力提升
B．對照組的處理是無周期性補充海水或不補充海水
C．處理相同的時間，用取樣器取樣后，共需對獲得的18份沉積物樣品進行檢測
D．秋茄與桐花樹高低錯落構成群落的垂直結構，提高利用陽光等環境資源的能力
【答案】C
【解析】A、根據表格數據可知，補海水組凈光合速率平均值大于對照組，說明經補海水修復后，秋茄葉片的光合作用能力提升，A正確；B、本實驗自變量是探究周期性補水對植物生長的影響，所以實驗組的處理是進行周期性補水，而對照組的處理是無周期性補水或不補水，B正確；C、由于每個樣方內取3個30cm深的沉積柱樣土壤底泥，每個沉積柱以5cm間隔進行分樣，則每個沉積柱取6個分樣，將3個沉積柱同一水平的分樣混勻，測量底泥的理化性質和凈光合速率，共需對獲得的（3+3）×6=36份沉積物樣品進行檢測，C錯誤；D、秋茄與桐花樹高低錯落，構成了群落的垂直結構，有利于提高群落利用陽光等環境資源的能力，D正確。
3．（2023·江蘇南京·南京市第九中學校考模擬預測）格魯于1682年所寫的書中提到蘆薈有時嘗起來是酸的。班杰明·海那發現：落地生根的葉子在早晨嚼起來是酸的，到中午時則無味，晚時則略苦，有科學家后來以石蕊試紙證實了海那的發現。原來景天科植物（如景天、落地生根）的葉子有一個很特殊的CO2固定方式：夜間氣孔開放，吸收的CO2生成蘋果酸儲存在液泡中，白天氣孔關閉，液泡中的蘋果酸經脫羧作用釋放CO2用于光合作用，其部分代謝途徑如圖所示。下列分析正確的是（ ）
A．如果白天適當提高CO2濃度，景天科植物的光合作用速率將隨之提高
B．由景天科植物特殊的CO2固定方式推測其可能生活在高溫干旱地區
C．白天景天科植物葉肉細胞內蘋果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相關
D．景天科植物參與卡爾文循環的CO2就是來源于蘋果酸的分解
【答案】B
【解析】A、由題意可知，白天適當提高CO2濃度，景天科植物的光合作用速率不會提高，因為此時葉肉細胞的氣孔是關閉的，A錯誤；B、由景天科植物特殊的CO2固定方式推測其可能生活在高溫干旱地區，因為氣孔白天關閉正好應對了高溫干旱的環境，避免了水分大量蒸發，同時其固定CO2的機制也保證了光合作用的正常進行，B正確；C、白天景天科植物葉肉細胞內蘋果酸會通過脫羧作用形成CO2參與光合作用，進而合成葡萄糖，顯然白天蘋果酸的含量和葡萄糖的含量呈負相關，C錯誤；D、景天科植物參與卡爾文循環的CO2除了來源于蘋果酸的分解外，還有呼吸作用產生的CO2，D錯誤。
4．（2023·江蘇·一模）下圖為生物膜系統和細胞器的相關圖示，關于圖中的說法不正確的是（ ）
A．圖1中C代表的細胞器是葉綠體，產生氧氣的場所是其類囊體薄膜
B．圖2中丙代表的細胞器是真核細胞和原核細胞共有的
C．圖1中的①②兩個過程體現了生物膜系統的統一性和流動性
D．圖2中的甲就是圖1中的E和F，圖2中的乙就是圖1中的C和D
【答案】D
【解析】A、圖1中，C為葉綠體膜，可代表的細胞器是葉綠體，光合作用產生氧氣的場所是其類囊體薄膜，A正確；B、圖2中，丙無膜結構，但有核酸，所以丙為核糖體，真核細胞和原核細胞共有的細胞器，B正確；C、圖1中的①②兩個過程生物膜成分相互轉化，且這些生物膜的組成成分和結構很相似，體現了生物膜系統的統一性和流動性，C正確；圖2中，甲、乙是具膜細胞器，甲含有核酸，所以甲可以代表線粒體或葉綠體，乙可以代表內質網、高爾基體，D錯誤。
5．（2023·江蘇常州·常州市第三中學?？既＃┲参镌诠庹?、高氧及低二氧化碳情況下可以發生五碳化合物與氧氣結合而阻止碳反應的過程。為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性某同學選取來自樹冠不同層的甲、乙兩種葉片，分別測定其凈光合速率，結果如圖所示。下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A．甲葉片是樹冠下層葉，乙葉片是樹冠上層葉
B．實驗選材時，所選取的甲、乙兩種葉片面積必須相同
C．a、b兩點，相同面積的甲、乙兩種葉片的葉綠體吸收CO2速率不相等
D．c、d兩點，相同面積的甲葉片的葉綠體釋放氧氣速率可能相等
【答案】B
【解析】A、由題圖可知，甲葉片的凈光合速率達到最大時所需光照強度低于乙葉片，因此甲葉片來自樹冠下層，乙葉片是樹冠上層葉，A正確；B、實驗選材時，所選取的甲、乙兩種葉片面積不需要相同，因為凈光合速率與葉片面積無關，B錯誤；C、a、b兩點，相同面積的甲、乙兩種葉片的葉綠體吸收CO2速率不相等，因為此時凈光合為0，所以吸收二氧化碳的速率等于光照強度為0的時候的凈光合速率的絕對值，C正確；D、c、d兩點，相同面積的甲葉片的葉綠體釋放氧氣速率可能相等，因為葉片葉綠體的數目不確定，所以單個葉綠體釋放氧氣的速率可能相等，D正確。
6．（2023·江蘇·一模）硝化細菌通過化能合成作用形成有機物，有關敘述中正確的是（ ）
A．該過程與光合作用非常相似，都需要光合色素
B．該過程需要在具有NH3和O2存在的條件下才可以進行
C．硝化細菌是原核生物，細胞內有類似葉綠體的結構
D．該過程合成有機物的原料是其它有機物
【答案】B
【解析】A、硝化細菌不需要光照，硝化細菌通過化能合成作用形成有機物，不需要光合色素，A錯誤；B、硝化細菌是需氧自養型菌，其能將土壤中的NH3氧化成HNO2，進而將HNO2氧化成HNO3，該過程需要在具有NH3和O2存在的條件下才可以進行，B正確；C、硝化細菌不需要光照，細胞內沒有類似葉綠體的結構，C錯誤；D、該過程合成有機物的原料是NH3和O2，是無機物，D錯誤。
7．（2023·江蘇鹽城·鹽城中學校考三模）圖甲為黑藻在適宜溫度下O2釋放速率隨光照強度的變化。圖乙是將黑藻放在適宜溫度的密閉環境中，（不同時間內光照強度不同）測得的密閉環境中CO2濃度隨時間的變化情況。下列敘述錯誤的是（ ）
A．圖甲中，當光照強度相對值為2時，黑藻的氧氣產生速率相對值為0
B．圖甲中，當光照強度相對值為7時，若要提高黑藻光合速率，可適當增加CO2濃度
C．圖乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的時間段是4～6h、8～10h
D．由圖乙分析，黑藻在該密閉環境中經過12h后有機物的含量上升
【答案】A
【解析】A、由圖甲可知，光照強度相對值為2時，黑藻的氧氣釋放速率為0，其呼吸作用消耗氧氣的速率為2，所以其產生氧氣的速率為2，A錯誤；B、圖甲中，當光照強度相對值為7時，繼續增加光照強度黑藻光合速率不能提高，已知黑藻處于適宜溫度下，故可通過增加環境中CO2濃度來提高光合速率，B正確；C、圖乙中，在4-6h、8-10h內，黑藻光合作用固定CO2的量與呼吸作用釋放CO2的量相等（即光合速率等于呼吸速率），導致密閉環境中CO2濃度沒有發生變化，C正確；D、據圖乙可知，黑藻在該密閉環境中經過12h后，密閉玻璃容器中的二氧化碳濃度比起始時的濃度低，所以黑藻光合速率大于呼吸速率，有機物含量上升，D正確。
8．（2023·江蘇南通·統考模擬預測）下圖是大豆葉肉細胞和根瘤細胞中的部分代謝示意圖，其中A～E代表物質，①～⑧代表過程。根瘤菌在根瘤細胞中以類菌體的形式存在，固氮酶對氧氣高度敏感，在低氧環境下才能發揮作用。請回答下列問題。

(1)物質B、E分別是________、________。發生在細胞質基質中的代謝途徑有________（填序號）。
(2)葉綠體、類菌體中合成物質C的場所分別是________、________。
(3)大豆葉肉細胞合成的有機物以________（物質）形式進行長距離運輸，與葡萄糖相比用該物質進行運輸的優點是________。
(4)類菌體膜內及四周存在大量豆血紅蛋白，其意義是：既能維持________環境有利于固氮酶發揮作用，又提供適量氧氣利于________的進行。
(5)丙酮酸激酶催化PEP轉化為丙酮酸，當輸入根瘤細胞的有機物增多，丙酮酸激酶基因的表達水平就會降低，這有利于根瘤細胞固氮，原因是________。
【解析】（1）B是水在類囊體薄膜光解釋放的氣體則為O2，A是水，暗反應過程中固定CO2，則E是CO2。⑥TP形成蔗糖的過程發生在細胞質基質。（2）C是ATP，在葉綠體中形成ATP的場所是類囊體薄膜，類菌體中合成物質ATP的場所分別是類菌體基質和類菌體膜。（3）葉肉細胞的光合產物主要以蔗糖的形式進行長距離運輸，主要是因為蔗糖在水中的溶解度較大，且作為非還原糖不易被氧化，化學性質穩定。（4）豆血紅蛋白能夠結合氧氣，則類菌體膜內及四周存在大量豆血紅蛋白可維持低氧環境有利于固氮酶發揮作用，同時又能為類菌體有氧呼吸提供氧氣。（5）丙酮酸激酶基因的表達水平就會降低，有利于減緩有機物的氧化分解，使更多的有機物用于固氮。
【答案】(1) O2 CO2 ⑥
(2) 類囊體薄膜 類菌體基質和類菌體膜
(3) 蔗糖 非還原糖較穩定（或蔗糖分子為二糖，對滲透壓的影響較小）
(4) 低氧 有氧呼吸
(5)減緩有機物的氧化分解，使更多的有機物用于固氮
9．（2023·江蘇南通·統考三模）某研究小組為研究高溫條件下不同干旱水平對大豆光合作用的影響?？蒲腥诉x取發育進程與長勢基本一致的轉基因大豆幼苗，在高溫條件下進行相關實驗，部分結果如下圖1所示。請分析回答：

(1)科研人員發現，隨著高溫干旱時間的延長，大豆葉片逐漸變黃，若取此時的葉片進行色素的提取和分離實驗，結果顯示濾液細線上第______條色素帶明顯變窄，此現象與研磨時未添加______的現象類似。
(2)分析圖中數據可知，第2~4d由于高溫干旱，保衛細胞______(“吸水”或“失水”)導致氣孔關閉，胞間CO 濃度降低。第4~6d大豆凈光合速率下降主要是由______(填“氣孔因素”或“非氣孔因素”)導致，此時大豆細胞中脯氨酸等可溶性小分子物質量增加，其意義是______。
(3)大豆在光照條件下可進行光呼吸(二氧化碳和氧氣競爭性與Rubisco結合，當二氧化硼濃度高時，Rubisco催化C5與二氧化碳反應；當氧氣濃度高時，Rubisco催化C5與氧氣反應生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸經過一系列化學反應，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3)部分過程如圖2所示。

①圖2中①過程需要的甲是由蛋白質和______構成的捕光復合物，該過程生成的乙是______。
②光呼吸會消耗光合作用中間產物，因此提高農作物的產量需要降低光呼吸。下列措施不能達到目的是______。
A．增施有機肥B．適時澆水C．降低溫度
③大豆光呼吸過程降低農作物產量，但在進化過程中得以長期保留，其對植物的積極意義有：消耗過剩的______，減少對葉綠體的損害；補充部分______。
(4)為研究光呼吸，將大豆放在一個密閉的恒溫玻璃小室中，依次增強光照強度，隨著時間的推移，溫室內CO 濃度隨光照強度的變化圖3，c～d段，該植物葉肉細胞產生CO2的場所是______。
【解析】（1）在高溫干旱條件下，大豆葉片變黃，這主要是由大豆葉肉細胞葉綠體中類囊體薄膜上的葉綠素含量降低引起的。因此是位于濾液細線上第1、2條色素帶明顯變窄，在研磨綠葉是需要加入碳酸鈣，作用主要是保護色素，尤其是葉綠素。（2）2-4d，保衛細胞失水會導致氣孔關閉，進而胞間二氧化碳濃度降低。4-6d時看圖可知氣孔導度在降低，但是胞間二氧化碳濃度并沒有下降，因此第4~6d大豆凈光合速率下降非氣孔因素。可溶性小分子物質量增加可以增加細胞液滲透壓，在一定范圍下，細胞內與細胞外濃度差越大，吸水能力越強。（3）據圖分析可知，①為水的光解，②為二氧化碳的固定，③為C3的還原，④為光呼吸。圖中①為水的光解，該過程需要的甲是由蛋白質和色素構成的復合體，該過程生成的乙是H+。溫度降低，酶活性減弱，光呼吸減弱的同時光合作用也減弱，達不到提高農作物產量的目的。增加有機肥和適時澆水可以促進光合作用，提高農作物產量。AB可以達到目的，C達不到目的。材料中“當氧氣濃度高時，Rubisco催化C5與氧氣反應生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸經過一系列化學反應，消耗ATP和NADPH，生成CO2和C3”，因此可知對植物的積極意義有：消耗過剩的ATP和NADPH，減少對葉綠體的損害；補充部分CO 。（4）由圖3可知，ab段CO2濃度一直增加，說明呼吸速率大于光合速率，bc段CO2濃度下降，說明隨著光照強度增加，光合速率大于呼吸速率，再繼續增加光照，此時光呼吸速率加強，葉肉細胞產生CO2的場所是除了呼吸作用的線粒體，還有光呼吸的場所葉綠體。
【答案】(1) 1、2 CaCO
(2) 失水 非氣孔因素 提高細胞的滲透壓，增強細胞的吸水能力
(3) 色素 H+ C ATP和NADPH CO
(4)線粒體、葉綠體
10．（2023·江蘇5月聯考） 研究表明，關節炎小鼠的軟骨退化與細胞中合成代謝不足，缺乏正常運作所需的能量（如ATP等）有關。我國科學家開發了一種納米級植物光合系統（NTU），并將其植入關節炎模型鼠體內，以期減緩小鼠骨關節炎疾病發展進程。下圖是本研究的主要路徑，請回答下列問題。
（1）過程①中，可利用______技術分離出葉肉細胞中的葉綠體，再利用______（“低滲”或“等滲”或“高滲”）溶液使葉綠體破裂，釋放出類囊體，進一步分離獲得納米級光合系統（NTU）。
（2）下圖是過程②功能檢測的實驗結果，實驗中紅光照射的目的是______，結果表明制備的類囊體基本保持完整，其主要依據是______。
（3）為實現跨物種的應用，過程③中研究人員選用同種小鼠軟骨細胞膜封裝的NTU，一方面可有效地逃避小鼠______細胞的識別和清除；另一方面可被病變的軟骨細胞______，進而改善病變的軟骨細胞的生理功能。
（4）為測試CM-NTUs對小鼠骨關節炎的體內治療效果，研究人員開展如下實驗，請完成下表。
實驗步驟 簡要操作過程
關節炎模型鼠分組 ①______
設計實驗組 和對照組 對健康鼠（a組）和上述4組模型鼠（b～e組）進行如下主要操作：a組不做處理，b、c組注射空囊泡，②______，其中③______兩組用紅光照射小鼠骨關節部位，各組小鼠均正常飼喂。
實驗結果記錄 并統計 治療后12周，測定5組小鼠右后肢最大爬地力量相對值，結果如下圖。
結果分析及結論 依據實驗結果可得出的結論是④______。
【解析】(1)可利用差速離心技術分離出葉肉細胞中的葉綠體，再利用低滲溶液使葉綠體吸水破裂，釋放出類囊體，進一步分離獲得納米級光合系統（NTU）。(2)紅光照射的目的是提供類囊體光合作用所需的能量。圖中顯示類囊體在光下能進行光反應合成了ATP和NADPH，說明制備的類囊體基本保持完整。(3)選用同種小鼠軟骨細胞膜封裝的NTU，一方面可有效地逃避小鼠巨噬（吞噬）細胞的識別和清除；另一方面可被病變的軟骨細胞攝取，進而改善病變的軟骨細胞的生理功能。(4)本實驗中選取年齡、生理狀態基本一致的關節炎模型鼠若干，將它們隨機均分為4組，對健康鼠（a組）和上述4組模型鼠（b～e組）進行如下主要操作：a組不做處理，b、c組注射空囊泡，d、e組注射等量的CM-NTUs，其中c、e組兩組用紅光照射小鼠骨關節部位，各組小鼠均正常飼喂。治療后12周，測定5組小鼠右后肢最大爬地力量相對值。結果顯示e組即植入CM-NTUs并輔以光照后，最大爬地力量相對值恢復最好，說明本實驗能夠有效緩解小鼠關節炎癥狀。
【答案】（1） 差速離心 低滲 （2） 提供光合作用所需的能量 類囊體在光下能進行光反應合成了ATP和NADPH （3）巨噬（吞噬） 攝取
（4） 選取年齡、生理狀態基本一致的關節炎模型鼠若干，將它們隨機均分為4組 d、e組注射等量的CM-NTUs c、e組 植入CM-NTUs并輔以光照能夠有效緩解小鼠關節炎癥狀
1．（2023·湖北卷）植物光合作用的光反應依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復合體，PSⅡ光復合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發現，PSⅡ光復合體上的蛋白質LHCⅡ，通過與PSⅡ結合或分離來增強或減弱對光能的捕獲（如圖所示）。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A. 葉肉細胞內LHC蛋白激酶活性下降，PSIⅡ光復合體對光能的捕獲增強
B. Mg2+含量減少會導致PSⅡ光復合體對光能的捕獲減弱
C. 弱光下LHCⅡ與PSⅡ結合，不利于對光能的捕獲
D. PSⅡ光復合體分解水可以產生H+、電子和O2
【答案】C
【解析】A、葉肉細胞內LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ分離減少，PSIⅡ光復合體對光能的捕獲增強，A正確；B、Mg2+是葉綠素的組成成分，其含量減少會導致PSⅡ光復合體上的葉綠素含量減少，導致對光能的捕獲減弱 ，B正確；C、弱光下LHCⅡ與PSⅡ結合，增強對光能的捕獲，C錯誤；D、PSⅡ光復合體能吸收光能，并分解水，水的光解產生H+、電子和O2，D正確。
2．（2023·湖北卷） 高溫是制約世界糧食安全的因素之一，高溫往往使植物葉片變黃、變褐。研究發現平均氣溫每升高1℃，水稻、小麥等作物減產約3%~8%。關于高溫下作物減產的原因，下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A. 呼吸作用變強，消耗大量養分
B. 光合作用強度減弱，有機物合成減少
C. 蒸騰作用增強，植物易失水發生萎蔫
D. 葉綠素降解，光反應生成的NADH和ATP減少
【答案】D
【解析】A、高溫使呼吸酶的活性增強，呼吸作用變強，消耗大量養分，A正確；B、高溫使氣孔導度變小，光合作用強度減弱，有機物合成減少，B正確；C、高溫使作物蒸騰作用增強，植物易失水發生萎蔫，C正確；D、高溫使作物葉綠素降解，光反應生成的NADPH和ATP減少，D錯誤。
3．（2023·全國乙卷）植物葉片中的色素對植物的生長發育有重要作用。下列有關葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（ ）
A. 氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素
B. 葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C. 用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區有吸收峰
D. 葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢
【答案】D
【解析】A、葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素，A正確；B、光反應的場所是類囊體的薄膜，需要光合色素吸收光能，葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上，B正確；C、類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區有吸收峰，C正確；D、葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越快，D錯誤。
4．（2023·全國甲卷）某同學將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后糖產生?；卮鹣铝袉栴}。
（1）葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細胞中的葉綠體與線粒體等其他細胞器分離，可以采用的方法是 （答出1種即可）。葉綠體中光合色素分布 上，其中類胡蘿卜素主要吸收 （填“藍紫光”，“紅光”或“綠光”）。
（2）將葉綠體的內膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發現黑暗條件下懸浮液中不能產生糖，原因是 。
（3）葉片進行光合作用時，葉綠體中會產生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預期結果。
【解析】（1）植物細胞器的分離方法可用差速離心法，葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上，光合色素葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
（2）光合作用光反應和暗反應同時進行，黑暗條件下無光，光反應不能進行，無法為暗反應提供原料ATP和NADPH，暗反應無法進行，產物不能生成。
（3）要驗證葉綠體中有光合作用產物淀粉，需要將葉綠體提取出來并檢測其中淀粉。因此將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲乙兩組，先進行饑餓處理，排除原有淀粉的干擾。之后甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環境相同的黑暗狀態下，一段時間后，用差速離心法提取出甲乙兩組的葉綠體，需要脫綠處理，制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。預期的結果：甲組勻漿出現藍色，有淀粉產生；乙組無藍色出現，無淀粉產生。
【答案】（1） 差速離心 類囊體（?。┠? 藍紫光
（2）懸液中具有類囊體膜以及葉綠體基質暗反應相關的酶，但黑暗條件下，光反應無法進行，暗反應沒有光反應提供的原料ATP和NADPH，所以無法形成糖類。
（3）思路：將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲乙兩組，兩組植物應均進行饑餓處理（置于黑暗中一段時間消耗有機物），甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環境相同的黑暗狀態下，一段時間后，用差速離心法提取出甲乙兩組的葉綠體，脫綠后制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。結果：甲組勻漿出現藍色，有淀粉產生；乙組無藍色出現，無淀粉產生。
5．（2023·湖南卷）下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖?？栁难h的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L-1（K越小，酶對底物的親和力越大）,該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸（綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應）。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶（PEPC對CO2的Km為7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）與CO2反應生成C4,固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2,再進行卡爾文循環?；卮鹣铝袉栴}：
（1）玉米的卡爾文循環中第一個光合還原產物是 （填具體名稱）,該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成 （填“葡萄糖”，“蔗糖”或“淀粉”）后，再通過 長距離運輸到其他組織器官。
（2）在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度 （填"高于"或"低于"）水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是 （答出三點即可）。
（3）某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是 （答出三點即可）。
【解析】（1）玉米的光合作用過程與水稻相比，雖然CO2的固定過程不同，但其卡爾文循環的過程是相同的，結合水稻的卡爾文循環圖解，可以看出CO2固定的直接產物是3-磷酸甘油酸，然后直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉化成淀粉，在葉綠體外被轉化成蔗糖，蔗糖是植物長距離運輸的主要糖類，蔗糖在長距離運輸時是通過維管組織。
（2）干旱、高光強時會導致植物氣孔關閉，吸收的CO2減少，而玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內的CO2濃度高于外界環境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能將葉綠體內的光合產物通過維管組織及時轉移出細胞。因此在干旱、高光照強度環境下，玉米的光合作用強度高于水稻。
（3）將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻葉肉細胞，只是提高了葉肉細胞內的CO2濃度，而植物的光合作用強度受到很多因素的影響；在光飽和條件下如果光合作用強度沒有明顯提高，可能是水稻的酶活性達到最大，對CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物質含量的限制，也可能是因為藍細菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用機制有所不同。
【答案】（1） ①. 3-磷酸甘油醛 ②. 蔗糖 ③. 維管組織
（2） ①. 高于 ②. 高光照條件下玉米可以將光合產物及時轉移；玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內的CO2濃度高于外界環境，抑制玉米的光呼吸
（3）酶的活性達到最大，對CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物質含量的限制；原核生物和真核生物光合作用機制有所不同
6．（2023浙江1月選考）葉片是給植物其他器官提供有機物的“源”，果實是儲存有機物的“庫”?，F以某植物為材料研究不同庫源比（以果實數量與葉片數量比值表示）對葉片光合作用和光合產物分配的影響，實驗結果見表1。
表1
項目 甲組 乙組 丙組
處理
庫源比 1/2 1/4 1/6
單位葉面積葉綠素相對含量 78.7 75.5 75.0
凈光合速率（μmol·m－2·s－1） 9.31 8.99 8.75
果實中含13C光合產物（mg） 21.96 37.38 66.06
單果重（g） 11.81 12.21 19.59
注：①甲、乙、丙組均保留枝條頂部1個果實并分別保留大小基本一致的2、4、6片成熟葉，用13CO2供應給各組保留的葉片進行光合作用。②凈光合速率：單位時間單位葉面積從外界環境吸收的13CO2量。
回答下列問題：
（1）葉片葉綠素含量測定時，可先提取葉綠體色素，再進行測定。提取葉綠體色素時，選擇乙醇作為提取液的依據是__________。
（2）研究光合產物從源分配到庫時，給葉片供應13CO2，13CO2先與葉綠體內的__________結合而被固定，形成的產物還原為糖需接受光反應合成的__________中的化學能。合成的糖分子運輸到果實等庫中。在本實驗中，選用13CO2的原因有__________（答出2點即可）。
（3）分析實驗甲、乙、丙組結果可知，隨著該植物庫源比降低，葉凈光合速率__________（填“升高”或“降低”）、果實中含13C光合產物的量__________（填“增加”或“減少”）。庫源比降低導致果實單果重變化的原因是__________。
（4）為進一步研究葉片光合產物分配原則進行了實驗，庫源處理如圖所示，用13CO2供應給保留的葉片進行光合作用，結果見表2。
果實位置 果實中含13C光合產物（mg） 單果重（g）
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根據表2實驗結果，從庫與源的距離分析，葉片光合產物分配給果實的特點是__________。
（5）綜合上述實驗結果，從調整庫源比分析，下列措施中能提高單枝的合格果實產量（單果重10g以上為合格）的是哪一項？__________
A. 除草 B. 遮光 C. 疏果 D. 松土
【解析】（1）葉綠體中的色素易溶于無水乙醇，因此用乙醇作為提取液；
（2）研究光合產物從源分配到庫時，給葉片供應13 CO2，13 CO2先與葉綠體內的C5結合而被固定，形成的產物還原為糖需接受光反應合成的ATP和NADPH中的化學能，合成的糖分子運輸到果實等庫中。
在本實驗中，選用13 CO2的原因有研究光合產物從源分配到庫生成過程，研究凈光合積累有機物的量等。
（3）分析實驗甲、乙、丙組結果可知，隨著該植物庫源比降低，葉凈光合速率降低；果實中含13C光合產物的量增多；庫源比降低導致果實單果重變化的原因是植株總的葉片光合作用制造的有機物增多，運輸到單個果實的有機物量增多，因此單果重量增加。
（4）根據表2實驗結果，從庫與源的距離分析，葉片光合產物分配給果實的特點是離葉片越近的果實分配到的有機物越多，即庫與源距離越近，庫得到的有機物越多。
（5）綜合上述實驗結果，從調整庫源比分析，能提高單枝的合格果實產量的是疏果，減小庫和源的比值，能提高果實產量，故選C。
【答案】（1）葉綠體中的色素易溶于無水乙醇 （2） C5 ATP和NADPH 研究光合產物從源分配到庫生成過程；研究凈光合積累有機物的量
（3）降低 增加 庫源比降低，植株總的葉片光合作用制造的有機物增多，運輸到單個果實的有機物量增多，因此單果重量增加。
（4）離葉片越近的果實分配到的有機物越多，即庫與源距離越近，庫得到的有機物越多 （5）C
7．（2023浙江6月選考）植物工廠是一種新興的農業生產模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質配比對生菜幼苗體內的葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質配比對生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組（白光）、A組（紅光：藍光=1：2）、B組（紅光：藍光=3：2）、C組（紅光：藍光=2：1），每組輸出的功率相同。
回答下列問題：
（1）光為生菜的光合作用提供______，又能調控生菜的形態建成。生菜吸收營養液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養液中的離子濃度過高，根細胞會因______作用失水造成生菜萎蔫。
（2）由圖乙可知，A、B、C組的干重都比CK組高，原因是______。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為______，最有利于生菜產量的提高，原因是______。
（3）進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結果如圖丙所示。由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳，判斷依據是______。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以______，使光合速率進一步提高，從農業生態工程角度分析，優點還有______。
【解析】（1）植物進行光合作用需要在光照下進行，光為生菜的光合作用提供能量，又能作為信號調控生菜的形態建成。生菜吸收營養液中含氮的離子滿足其對氮元素需求，若營養液中的離子濃度過高，造成外界溶液濃度高于細胞液濃度，根細胞會因滲透作用失水使植物細胞發生質壁分離，造成生菜萎蔫。
（2）分析圖乙可知，與CK組相比，A、B、C組的干重都較高。結合題意可知，CK組使用的是白光照射，而A、B、C組使用的是紅光和藍紫光，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，故A、B、C組吸收的光更充分，光合作用速率更高，積累的有機物含量更高，植物干重更高。由圖乙可知，當光質配比為B組（紅光：藍光=3：2）時，植物的干重最高；結合圖甲可知，B組植物葉綠素和氮含量都比A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B組植物的光合作用速率大于A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）兩組，有機物積累量最高，植物干重最大，最有利于生菜產量的增加。
（3）由圖可知，在25℃時，提高CO2濃度時光合速率增幅最高，因此，在25℃時，提高CO2濃度對提高生菜光合速率的效果最佳。植物工廠利用秸稈發酵生產沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以升高溫度，使光合作用有關的酶活性更高，使光合速率進一步提高。從農業生態工程角度分析，優點還有減少環境污染，實現能量多級利用和物質循環再生等。
【答案】（1） ①. 能量 ②. 滲透
（2） ①. 與CK組相比，A、B、C組使用的是紅光和藍紫光，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，A、B、C組吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高 ②. 紅光：藍光=3：2 ③. 當光質配比為B組（紅光：藍光=3：2）時，植物葉綠素和氮含量都比A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）高，有利于植物的光合作用，即B組植物的光合作用速率大于A組（紅光：藍光=1：2）、C組（紅光：藍光=2：1）兩組，凈光合速率更大，積累的有機物更多
（3） ①. 在25℃時提高CO2濃度光合速率增加幅度最高 ②. 升高溫度 ③. 減少環境污染，實現能量多級利用和物質循環再生
8．(2022·江蘇卷)下列有關實驗方法的描述，合理的是 (　　)
A．將一定量胡蘿卜切碎，加適量水、石英砂， 充分研磨，過濾， 獲取胡蘿卜素提取液
B．適當濃度蔗糖溶液處理新鮮黑藻葉裝片， 可先后觀察到細胞質流動與質壁分離現象
C．檢測樣品中的蛋白質時， 須加熱使雙縮脲試劑與蛋白質發生顯色反應
D．用溴麝香草酚藍(水)溶液檢測發酵液中酒精含量的多少，可判斷酵母菌的呼吸方式
【答案】B
【解析】解析：提取胡蘿卜素的實驗流程：胡蘿卜→粉碎→干燥→有機溶劑萃取(胡蘿卜素不溶于水)→過濾→濃縮→胡蘿卜素提取液，A錯誤；黑藻葉片含有葉綠體，呈綠色，所以適當濃度蔗糖溶液處理新鮮黑藻葉裝片可以先在顯微鏡下觀察葉綠體的運動情況，觀察細胞質的流動，同時黑藻葉片是成熟的植物細胞，可以發生質壁分離，以葉綠體為觀察指標，B正確；雙縮脲試劑鑒定蛋白質時不用加熱，C錯誤；酵母菌呼吸作用產生的二氧化碳可使溴麝香草酚藍(水)溶液由藍變綠再變黃，不能用來檢測酒精含量，D錯誤。
7．(2022·全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養，發現容器內CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩定。關于這一實驗現象，下列解釋合理的是(　　)
A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【答案】D
【解析】初期容器內CO2濃度較大，光合作用強于呼吸作用，植物吸收CO2釋放O2，使密閉容器內的CO2濃度下降，O2濃度上升，從而使植物光合速率逐漸降低，呼吸作用逐漸升高，直至兩者平衡趨于穩定，此時光合速率等于呼吸速率，C錯誤，D正確。
9．(多選)(2022·湖南卷)在夏季晴朗無云的白天，10時左右某植物光合作用強度達到峰值，12時左右光合作用強度明顯減弱。光合作用強度減弱的原因可能是 (　 　)
A．葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影響，呼吸釋放的CO2量大于光合固定的CO2量
C．葉綠體內膜上的部分光合色素被光破壞，吸收和傳遞光能的效率降低
D．光反應產物積累，產生反饋抑制，葉片轉化光能的能力下降
【答案】AD
【解析】解析：夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少，暗反應減慢，光合作用強度明顯減弱，A正確；夏季中午氣溫過高，導致光合酶活性降低，呼吸酶不受影響(呼吸酶最適溫度高于光合酶)，光合作用強度減弱，但此時光合作用強度仍然大于呼吸作用強度，即呼吸釋放的CO2量小于光合固定的CO2量，B錯誤；光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，C錯誤；夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關閉，進入體內的CO2量減少，暗反應減慢，導致光反應產物積累，產生反饋抑制，使葉片轉化光能的能力下降，光合作用強度明顯減弱，D正確。
10．(2022·河北卷)某品種茶樹葉片呈現階段性白化：綠色的嫩葉在生長過程中逐漸轉為乳白色，而后又恢復為綠色。白化期葉綠體內部結構解體(僅殘留少量片層結構)。階段性白化過程中相關生理指標檢測結果如下圖所示。請回答下列問題：
(1)從葉片中分離葉綠體可采用 法。
(2)經檢測，白化過程中葉綠體合成ATP和NADPH的數量顯著降低，其原因是 (寫出兩點即可)。
(3)白化過程中氣孔導度下降，既能夠滿足光合作用對CO2的需求，又有助于減少 。
(4)葉片復綠過程中需合成大量直接參與光反應的蛋白質。其中部分蛋白質由存在于 中的基因編碼，通過特定的機制完成跨膜運輸；其余蛋白質由存在于__________中的基因編碼。
【解析】光合作用的光反應過程可產生NADPH和ATP，該過程需要葉綠體類囊體薄膜上葉綠素的參與。據題意可知，白化期葉綠體內部結構解體，葉綠體類囊體薄膜減少，且白化過程中葉綠素等光合色素減少，光反應減慢，故白化過程中葉綠體合成ATP和NADPH的數量顯著降低。葉綠體屬于半自主性細胞器，其中蛋白質的合成主要受到細胞核基因的編碼，合成后經特定機制完成跨膜運輸；其余蛋白質由存在于葉綠體中的基因編碼。
【答案】（1）差速離心（2）葉綠體內部結構解體；光合色素減少（3）水分的散失 （4）細胞核 葉綠體
11．(2022·廣東卷)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10 d后(下圖a)，測定相關指標(下圖b)，探究遮陰比例對植物的影響。請回答下列問題：
(1)結果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量__________，原因可能是___________________。
(2)比較圖b中B1與A組指標的差異，并結合B2相關數據，推測B組的玉米植株可能會積累更多的________，因而生長更快。
(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果，作出該條件可能會提高作物產量的推測，由此設計了初步實驗方案進行探究：
實驗材料：選擇前期_________一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。
實驗方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養玉米幼苗，每組30株；其中以__________為對照，并保證除__________外，其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結果統計：比較各組玉米的平均單株產量。
分析討論：如果提高玉米產量的結論成立，下一步探究實驗的思路是___________。
【解析】(1)分析題圖a可知，A組未遮陰，B組植株一半遮陰(50%遮陰)，C株全遮陰(100%遮陰)。分析題圖b結果可知，培養10 d后，A組葉綠素含量為4.2 mg·dm-2, C組葉綠素含量為4.7 mg·dm-2，原因可能是C組葉片為了適應低光照條件，積累更多的葉綠素捕獲更多的光能。(2)比較圖b，B1組葉綠素含量為5.3 mg·dm-2, B2組的葉綠素含量為3.9 mg·dm-2, A組葉綠素含量為4.2 mg·dm-2; B1組的凈光合速率為20.5 umol CO2·m-2·s-1, B2組的凈光合速率為7.0 umol CO2·m-2·s-1, A組凈光合速率為11.8 umol CO2·m-2·s-1，可推測B組的玉米植株總葉綠素含量為(5.3+3.9)/2=4.6 mg·dm-2，凈光合速率為(20.5+7.0)/2=13.75 umol CO2·m-2·s-1，兩項數據B組均高于A組，推測B組可能會積累更多的光合產物，因而生長更快。
(3)實驗設計應使無關變量保持相同且適宜，故實驗設計如下：選擇前期培養條件一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗 。該實驗目的是探究B組條件下是否提高作物產量，自變量為玉米遮陰程度，故B組為實驗組，A、C組為對照組。如果B組遮陰比例條件下能提高作物產量，則下一步需要探究其他作物遮陰比例對產量的影響。
【答案】（1）高（或多） C組葉片為了適應低光照(或遮陰)條件，積累更多的葉綠素捕獲更多的光能(合成/生成/形成較多的葉綠素以適應弱光環境)　
（2）光合產物 （3）培養條件 A、C組 光照條件（遮陰程度/比例） 以其他作物為材料重復上述實驗(或探究提高玉米產量的最適遮陰比例)　
2

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