我国某科学家团队根据自然光合作用的化学本质设计并创建了从二氧化碳到淀粉合成的非自然途径(ASAP),颠覆了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的复杂生化过程,使淀粉生产从传统种植模式向工业车间生产模式转变成为可能,取得原创性突破。该途径首先通过光伏发电将光能转变为电能,光伏电解水产生氢气,然后通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原成甲醇,最终合成淀粉,相关过程如图所示。据图回答下列问题:
(1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获,那么绿色植物是通过____________ (相关结构)上光合素色捕获光能,叶绿体中ATP的移动方向是____________ 。若CO2供应不足,则短时间内,叶肉细胞中C5的含量将____________ (填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的____________ 过程,暗反应为光反应提供的物质条件有____________ 。
(3)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下,该系统消耗的CO2量要____________ (填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是____________ 。
(4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破,若该技术未来能够大面积推广应用,你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题?(至少写出两项)_____________ 。
(1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获,那么绿色植物是通过
(2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的
(3)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下,该系统消耗的CO2量要
(4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破,若该技术未来能够大面积推广应用,你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题?(至少写出两项)
更新时间:2022/07/12 17:27:53
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【推荐1】番茄喜温不耐热,适宜的生长温度为15~33℃。研究人员在实验室控制的条件下,研究夜间低温条件对番茄光合作用的影响。实验中白天保持25℃,从每日16:00时至次日6:00时,对番茄幼苗进行15℃(对照组)和6℃的降温处理,在实验的第0、3、6、9天的9:00进行相关指标的测定。
(1)图1结果显示,低温处理对光合作用的抑制强于对呼吸作用的抑制,判断的依据是________________________ 。
(2)研究人员在实验中还测定了番茄的净光合速率、气孔开放度和胞间CO2浓度,结果如图2所示。图中结果表明:夜间6℃低温处理,导致____________ ,使__________ 供应不足,直接影响了光合作用过程中的暗反应,最终使净光合速率降低。
(3)光合作用过程中,Rubisco是一种极为关键的酶。
① 研究人员在低夜温处理的第0、9天的9:00时取样,提取并检测Rubisco的量。结果发现番茄叶片Rubisco含量下降。提取Rubisco过程在0~4℃下进行,是为了避免___________ 。
② 为研究Rubisco含量下降的原因,研究人员提取番茄叶片细胞的总RNA, 经__________ 过程获得总cDNA。根据_______________ 碱基序列设计引物,再利用___________ 技术扩增。最后根据扩增出目的基因的产量,得出样品中Rubisco合成基因的mRNA的量。
③ 结果发现,低夜温处理组mRNA的量,第0天与对照组无差异,第9天则显著低于对照组。这说明低夜温抑制了Rubisco合成基因__________ 过程,使Rubisco含量下降。
(4)低夜温处理还改变了光合产物向不同器官的分配,使实验组番茄叶、茎、根的光合产物分配比率高于对照组,果实的光合产物分配比率明显低于对照组,这一变化的意义是________ 。
(1)图1结果显示,低温处理对光合作用的抑制强于对呼吸作用的抑制,判断的依据是
(2)研究人员在实验中还测定了番茄的净光合速率、气孔开放度和胞间CO2浓度,结果如图2所示。图中结果表明:夜间6℃低温处理,导致
(3)光合作用过程中,Rubisco是一种极为关键的酶。
① 研究人员在低夜温处理的第0、9天的9:00时取样,提取并检测Rubisco的量。结果发现番茄叶片Rubisco含量下降。提取Rubisco过程在0~4℃下进行,是为了避免
② 为研究Rubisco含量下降的原因,研究人员提取番茄叶片细胞的总RNA, 经
③ 结果发现,低夜温处理组mRNA的量,第0天与对照组无差异,第9天则显著低于对照组。这说明低夜温抑制了Rubisco合成基因
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【推荐2】请结合植物光合作用及细胞的相关知识,回答下列问题。
(1)植物光合作用的产物在叶片产生,通常会以蔗糖的形式运输到叶片以外的其他部位,因此如果需要用叶片干重变化反映(净)光合作用强度需要选取__________ (离体/不离体)叶片。如果植物光合作用产物不能正常运出叶片,产物在细胞中积累将直接抑制光合作用的__________ 阶段。一些器官接受蔗糖前先要蔗糖酶将蔗糖水解为__________ 才能吸收。
(2)番茄中INVIN编码一种与蔗糖代谢有关的蛋白质,利用RNAi技术构建INVIN蛋白产生受抑制的转基因植株INVINsi,测量获得的番茄果实中含糖量如下图所示,与野生型植株相比转基因植株含糖量较__________ ,说明INVIN蛋白可以__________ 糖在番茄果实中的积累。
(3)为探究INVIN基因作用机理,将细胞分裂素响应启动子Lin6与INVIN基因连接,利用__________ 法转入烟草,构建Lin6:INVIN转基因植株,用细胞分裂素处理可以诱导INVIN基表达。将细胞分裂素涂抹在叶片的某一部位,另一部位涂抹等量的蒸馏水,测定野生型植株和转基因植株不同部位的含糖量如下图所示,通过该图可以判断INVIN可能是通过抑制__________ ,影响糖在果实中的积累。
为验证这一判断需测定__________ (用出现过的番茄植株名称填空)中的____________________ 。
(1)植物光合作用的产物在叶片产生,通常会以蔗糖的形式运输到叶片以外的其他部位,因此如果需要用叶片干重变化反映(净)光合作用强度需要选取
(2)番茄中INVIN编码一种与蔗糖代谢有关的蛋白质,利用RNAi技术构建INVIN蛋白产生受抑制的转基因植株INVINsi,测量获得的番茄果实中含糖量如下图所示,与野生型植株相比转基因植株含糖量较
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【推荐3】异戊二烯能清除活性氧,降低高温、强光等环境因素对类囊体膜造成的伤害。下图是叶肉细胞中合成异戊二烯的有关过程,其中A、B代表相关细胞器。请回答下列问题:
(1)图中3-磷酸甘油醛产生的场所有_____ 。
(2)高温、强光等环境因素对类囊体膜造成伤害后,会直接影响图中_____ (填物质名称)的合成,进而影响光合作用。当环境因素中仅CO2突然增多时,则短时间内A细胞器中的3-磷酸甘油酸的含量_____ 。
(3)结合图中信息分析,异戊二烯合成时的能量来自于_____ (填物质名称)。又知高温下呼吸链受抑制,耗氧量下降,异戊二烯合成量增加,主要原因是高温下叶片呼吸作用降低,使_____ 向叶绿体输送的数量增加,促进了异戊二烯的合成。
(4)为进一步验证高温使呼吸链抑制,导致异戊二烯合成增多,科研人员用呼吸链抑制剂等进行了如下实验,完成下表。
请根据预期实验结果,分析下列问题:
①第1组和第3组需要加入呼吸抑制剂的是_____ 。
②3组实验中置于高温条件下的是_____ 。
(1)图中3-磷酸甘油醛产生的场所有
(2)高温、强光等环境因素对类囊体膜造成伤害后,会直接影响图中
(3)结合图中信息分析,异戊二烯合成时的能量来自于
(4)为进一步验证高温使呼吸链抑制,导致异戊二烯合成增多,科研人员用呼吸链抑制剂等进行了如下实验,完成下表。
第1组 | 第2组 | 第3组 | ||
取材 | 切取生长健壮的长势一致的叶片,分为3组,将叶片的叶柄浸入相应的完全营养液中。 | |||
处理 | 呼吸抑制剂 | ? | 不加呼吸抑制剂 | ? |
温度 | ? | ? | ? | |
检测 | 一段时间后,测定3组叶片的异戊二烯的含量 | |||
预期结果 | 第1、2组异戊二烯合成含量相当,高于第3组 |
请根据预期实验结果,分析下列问题:
①第1组和第3组需要加入呼吸抑制剂的是
②3组实验中置于高温条件下的是
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【推荐1】光合作用是最基本的物质和能量代谢,美国生化学家卡尔文因发现并阐明了光合作用碳反应的生化过程,获得了1961年诺贝尔化学奖,该生化过程被命名为卡尔文循环,如图是简化的卡尔文循环示意图。请回答下列问题:
(1)图中的NADPH转化为NADP+的过程发生在中______________________ (填场所)。
(2)据图分析,羧化阶段反应物RuBP是______________________ (填“C3”或“C5”)。
(3)若将植物从光下移到黑暗环境中,其他条件不变,则短时间内叶绿体中ATP和NADPH的含量将______________________ (填“增加”或“减少”),RuBP的含量将______________________ (填“增加”或“减少”)。
(4)研究发现某密闭蔬菜大棚在上午的某个时间段内氧气浓度保持稳定不变,分析其原因是____________________________________________ 。随后氧浓度逐渐增加,接近中午时氧浓度不再增加,此时限制光合作用的主要环境因素是______________________ 。
(1)图中的NADPH转化为NADP+的过程发生在中
(2)据图分析,羧化阶段反应物RuBP是
(3)若将植物从光下移到黑暗环境中,其他条件不变,则短时间内叶绿体中ATP和NADPH的含量将
(4)研究发现某密闭蔬菜大棚在上午的某个时间段内氧气浓度保持稳定不变,分析其原因是
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解题方法
【推荐2】探究昼夜温差对番茄幼苗光合速率的影响。进行实验时,昼夜的平均温度控制一致。上午10点从总叶绿素含量、气孔开度、胞间CO2浓度和幼苗释放氧气速率等方面测定指标,各项实验结果见下图。请回答下列问题。
(1)欲测定总叶绿素含量,可用______ 试剂对其进行提取。上述实验过程中测得的氧气释放速率与叶绿体产生氧气速率的数量关系是______ 。
(2)在夏季晴朗白天的中午,大田种植的番茄常常在上午10点-12点左右出现光合速率短暂下降的现象。从上述实验测定指标的角度,分析该现象出现的原因:______ 。
(3)据图数据分析,与昼夜温差0(20℃/20℃)组相比,6(23℃/17℃)组和12(26℃/4℃)组的总叶绿素含量增加,______ 增加,导致气孔内外CO2交换增强,但胞间CO2浓度不升反降,请解析原因:______ 。
(4)以番茄作为实验材料,分别进行两种不同实验处理,甲组提供大气CO2浓度,乙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60d,测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应,选择晴天上午测定各组的光合作用速率。测定的实验结果是乙组的光合作用速率比甲组低。请写出导致该结果出现的可能因素是______ 。
(1)欲测定总叶绿素含量,可用
(2)在夏季晴朗白天的中午,大田种植的番茄常常在上午10点-12点左右出现光合速率短暂下降的现象。从上述实验测定指标的角度,分析该现象出现的原因:
(3)据图数据分析,与昼夜温差0(20℃/20℃)组相比,6(23℃/17℃)组和12(26℃/4℃)组的总叶绿素含量增加,
(4)以番茄作为实验材料,分别进行两种不同实验处理,甲组提供大气CO2浓度,乙组先在CO2浓度倍增的环境中培养60d,测定前一周恢复为大气CO2浓度。整个生长过程保证充足的水分供应,选择晴天上午测定各组的光合作用速率。测定的实验结果是乙组的光合作用速率比甲组低。请写出导致该结果出现的可能因素是
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(0.65)
名校
解题方法
【推荐3】图1表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程,图2是以马铃薯植株为实验材料,探究遮光处理对马铃薯植株光合作用和产量影响的三组实验结果,注:正常光照(CK)、单层遮光网遮盖处理(Z1)、双层遮光网遮盖处理(Z2)。
(1)图1中能产生ATP的过程有_________ (填序号),为过程②提供能量的物质是_________ 。当过程③发生时,并没有CO2排出细胞外,此时该细胞所处的生理状态是光合作用强度_________ 呼吸作用强度。
(2)若在正常生长的马铃薯块茎膨大期去除块茎,则马铃薯叶片的光合速率将_________ 。
(3)根据图2分析,遮光条件下,气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)的值均减小,Gs减小能引起Pn减小的原因是_________ ,遮光条件下,腹间CO2浓度(C1)的值增大,结合信息分析其原因是_________ 。
(1)图1中能产生ATP的过程有
(2)若在正常生长的马铃薯块茎膨大期去除块茎,则马铃薯叶片的光合速率将
(3)根据图2分析,遮光条件下,气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)的值均减小,Gs减小能引起Pn减小的原因是
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