7 热考提升练(一)　细胞呼吸和光合作用的综合应用

热考提升练(一)细胞呼吸和光合作用的综合应用1．(2024·湖南株洲高三一模)科研人员开发由硅纳米线和细菌组成的人工光合系统，硅纳米线像太阳能电池板一样捕获光能，产生电子，并将其传递给附着的细菌。最后细菌吸收二氧化碳，进行化学反应，产出氧气和乙酸盐。回答下列有关物质和能量转化有关的问题。(1)该人工光合系统的____________相当于绿色植物的光合色素。(2)有些光合细菌光反应的底物是H2O，而有的却是H2S，该人工光合系统中的细菌光反应的底物是________，作出此判断的理由是______________________________________________________。(3)该人工光合系统实现了3.6%的光能转化效率，远高于绿色植物，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)低氧时莱茵衣藻叶绿体中的产氢酶活性提高，使H＋转变为氢气。莱茵衣藻在产生氢气时会表现出生长不良的现象，请从光合作用物质转化的角度分析其原因__________________________________________________________________________________________________________。在自然条件下，莱茵衣藻几乎不产生氢气的原因可能是________________________________________________________________。解析：(1)硅纳米线像太阳能电池板一样捕获光能，产生电子，并将其传递给附着的细菌，相当于绿色植物的光合色素。(2)该人工光合系统中的细菌进行光合作用产生了O2，说明其光反应的底物是H2O，而非H2S。(3)该人工光合系统能充分利用各种波长的光，而绿色植物的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故该人工光合系统的光能转化效率远高于绿色植物。(4)莱茵衣藻在产生氢气时会表现出生长不良的现象，因为若光反应产生的H＋转变成氢气，则会使光反应产生的NADPH含量减少，暗反应减弱，有机物的生成量减少。在自然条件下，O2浓度相对较高，莱茵衣藻叶绿体中的产氢酶活性低，故在自然条件下莱茵衣藻几乎不产生氢气。答案：(1)硅纳米线(2)H2O该细菌进行光合作用产生了O2(3)该人工光合系统能充分利用各种波长的光，而绿色植物的光合色素主要吸收红光和蓝紫光(4)光反应产生的H＋转变成氢气，使光反应产生的NADPH含量减少，暗反应减弱，有机物的生成量减少自然条件下，O2浓度相对较高，产氢酶的活性较弱2．(2024·山东淄博高三一模)高等植物依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)完成光反应。图甲中的PQ、Cytb6f、PC是电子传递载体，实线为电子传递过程，虚线为H＋运输过程。科研人员用低温光胁迫(0℃，100μmol·m－2·s－1)处理黄瓜新叶6h(－6～0h)后，在室温(25℃)、不同光照条件下测得PSⅠ和PSⅡ活性的变化如图乙。回答下列问题：(1)PSⅠ和PSⅡ位于________________上，其主要功能是________________。(2)图甲中的电子供体和最终电子受体分别为____________，通过光反应，光能最终转移到____________中。合成ATP依赖于类囊体膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差变大的过程有____________________________________________________________________________________________。(3)低温光胁迫对黄瓜新叶________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)的活性影响较大。在PSⅡ早期恢复(0～48h)过程中，较强光照________(填“利于”或“不利于”)其活性恢复。(4)光反应的运作是以PSⅡ和PSⅠ为中心的线性模式。光照初期(0～3h)，光反应速率并没有上升，从电子传递的角度分析，出现上述现象的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________(答出2点)。解析：(1)高等植物依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)完成光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，所以，PSⅠ和PSⅡ位于叶绿体的类囊体薄膜上，其功能是吸收和转化光能。(2)依据题图信息可知，电子的供体来自水的光解，最终电子的受体为氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)，通过光反应过程，光能转移至ATP和NADPH中。合成ATP依赖于类囊体膜两侧的H＋浓度差，即题图中下侧的H＋的浓度高于上侧，所以下侧产生H＋的过程和上侧H＋被运走的过程都会使浓度差加大，根据题图信息使膜两侧H＋浓度差变大的过程有①水光解产生H＋；②PQ在传递电子的同时将H＋运输到类囊体中；③H＋在膜外与NADP＋形成NADPH。(3)根据题图乙信息可知，当黄瓜新叶受到低温光胁迫时，PSⅠ的下降幅度更大，说明低温光胁迫对黄瓜新叶PSⅠ的活性影响较大。在PSⅡ早期恢复(0～48h)过程中，光照越强，活性恢复程度较小，说明较强光照不利于PSⅡ活性恢复。(4)光照初期(0～3h)，光反应速率并没有上升，从电子传递的角度分析，可能是因为PSⅡ的活性继续下降，电子的生成不足；光照初期PSⅠ的活性较低，电子的传递受阻。答案：(1)叶绿体的类囊体薄膜吸收、转化光能(2)H2O、NADP＋(不可颠倒)NADPH、ATP水光解产生H＋；PQ在传递电子的同时将H＋运输到类囊体中；H＋在膜外与NADP＋形成NADPH(3)PSⅠ不利于(4)PSⅡ的活性继续下降，电子的生成不足；光照初期PSⅠ的活性较低，电子的传递受阻3．(2024·山东菏泽高三一模)研究发现，常春藤可吸收并同化家装过程中的污染气体甲醛，其细胞内部分物质代谢如下图所示。请回答下列问题。(1)常春藤的色素分布在____________(细胞器)中。甲醛经气孔进入叶肉细胞，在____________(场所)中被同化生成己酮糖-6-磷酸。卡尔文循环中第一个光合还原产物是____________(填具体名称)。(2)研究表明，甲醛胁迫可使常春藤细胞的膜脂和蛋白质受到氧化损伤。为探究常春藤对不同浓度甲醛的耐受性，科研人员分别测定了叶片气孔导度(气孔的开放程度)、甲醛脱氢酶(FALDH，甲醛代谢过程中的关键酶)活性的相对值以及可溶性糖含量的变化，结果如下图：①常春藤经2mmol·L－1甲醛处理后细胞中可溶性糖含量较高，可能原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。②6mmol·L－1甲醛处理第3天后，常春藤细胞由于________________________，使光合强度降低，可溶性糖含量显著减少。③结果显示，常春藤对低浓度甲醛具有一定的耐受性，其机制是_________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)花青素存在于液泡中，叶绿体的光合色素分布在类囊体薄膜上；甲醛经气孔进入叶肉细胞，在叶绿体基质中被同化生成己酮糖-6-磷酸，由题图可知，卡尔文循环中第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。(2)①常春藤经2mmol·L－1甲醛处理后细胞中可溶性糖含量较高，可能原因是甲醛被常春藤吸收后在甲醛脱氢酶作用下生成CO2，为光合作用提供原料，使可溶性糖含量增加。②甲醛胁迫可使常春藤细胞的膜脂和蛋白质受到氧化损伤，处理第3天后，常春藤细胞由于叶绿体膜结构受损，使光合强度降低。③常春藤对低浓度甲醛具有一定的耐受性，其机制是降低气孔导度，减少甲醛的吸收；提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能力。答案：(1)叶绿体、液泡叶绿体基质3-磷酸甘油醛(2)①甲醛被常春藤吸收后在甲醛脱氢酶作用下生成CO2，为光合作用提供原料，使可溶性糖含量增加②叶绿体膜结构受损③降低气孔导度，减少甲醛的吸收；提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能力4．(2024·广东惠州高三调研)胡杨具有维持荒漠区脆弱环境生态平衡的功能，其成树期有披针形叶(A1)、卵圆形叶(A2)和阔卵圆形叶(A3)，在模拟干旱环境下测定三种叶片的光合速率与光照强度关系，结果如下图所示。回答下列问题：(1)胡杨叶片中光合色素具有________________________________等功能。(2)当光照强度小于250μmol·m－2·s－1时，限制三种叶净光合速率的环境因素为__________；当光照强度为1500μmol·m－2·s－1时，造成三种叶净光合速率差异的内因有____________________________(答2点)，其中________(填“A1”“A2”或“A3”)最能适应极端干旱和强烈光照环境，判断依据是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)聚天冬氨酸(PASA)是一种新型的绿色环保型保水剂，利于胡杨幼苗在干旱环境下成活生长。研究者用胡杨幼苗采取根施的方法做了5组实验，结果见下表。用量/(g/株)光饱和点/(μmol·m－2·s－1)光补偿点/(μmol·m－2·s－1)最大净光合速率/(μmolCO2·m－2·s－1)01124.8827.6817.2651381.5034.6618.69102124.8515.2822.77151590.3922.5521.73201997.3717.6121.52据表数据可知，该保水剂10g/株的根施量是比较合适的，理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)胡杨叶片中含有光合色素，如叶绿素、类胡萝卜素，光合色素具有吸收、转化光能等功能。(2)当光照强度小于250μmol·m－2·s－1时，三种叶的净光合速率基本相同，此时限制三种叶净光合速率的环境因素为光照强度。当光照强度为1500μmol·m－2·s－1时，三种叶的净光合速率A3>A2>A1，造成三种叶净光合速率差异的内因有光合色素含量不同、叶绿体数量不同、酶的含量不同等。据题图可知，在光照强度为250～2000μmol·m－2·s－1时，A3的净光合速率最高，且在另外两种叶净光合速率达到最大时A3的净光合速率仍呈上升趋势，即A3有较高的光饱和点，故三种叶中A3最能适应极端干旱和强烈光照环境。(3)据题表数据可知，该保水剂10g/株的根施量是比较合适的，因为此时植物光补偿点最低，光饱和点最高，扩大了其适应光照强度的范围，利于适应干旱强光环境；且此条件下最大净光合速率最大，有利于积累有机物，促进植物生长。答案：(1)吸收、转化光能(2)光照强度光合色素含量不同、叶绿体数量不同、酶的含量不同等(答2点即可)A3在光照强度为250～2000μmol·m－2·s－1时的净光合速率最高，且在另外两种叶净光合速率达到最大时A3的净光合速率仍呈上升趋势(3)光补偿点最低，光饱和点最高，扩大了其适应光照强度的范围，利于适应干旱强光环境；最大净光合速率最大，利于积累有机物，促进植物生长5．(2024·河北唐山高三一模)宁夏枸杞是著名的耐盐药用植物。为深入了解植物响应盐胁迫的机理，科研人员以宁夏枸杞幼苗为材料，利用四种不同浓度的NaCl溶液进行胁迫试验，收集相关数据，其中测定的叶片细胞相关基因相对表达量及核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶活性结果如图1所示(CLH2、PAO基因分别代表叶绿素酶合成关键基因和叶绿素降解关键基因，核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶能催化CO2固定)。回答下列问题：(1)A～D四组中属于对照组的是________组。为了研究盐胁迫条件对叶绿体形态及功能的影响，研究人员将不同盐胁迫条件下培养的宁夏枸杞幼苗叶片研磨，通过____________法获得的叶绿体加入含有一定量蔗糖的溶液中制成悬液，以保证叶绿体结构的完整。其中蔗糖溶液能使叶绿体结构完整的原理是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)盐胁迫过程中枸杞叶片净光合速率随盐胁迫程度增大而逐渐下降。结合图1及光合作用的原理分析：①由于__________________________________，导致参与暗反应的光反应产物____________减少；②由于________________________，使固定的CO2减少。(3)进一步