羅惠峰 馬啟明 王春強(qiáng) 高小玲 陳 龍

(1.廣東省江門市棠下中學(xué) 2.山東省日照市五蓮中學(xué) 3.山東省日照市莒縣第一中學(xué)4.山東省濟(jì)北中學(xué) 5.山東省新泰市教學(xué)研究室)

(建議用時(shí)15～20 min)

1.植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下,生產(chǎn)蔬菜和其他植物。為提高植物工廠的產(chǎn)量,某科研團(tuán)隊(duì)研究不同紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對(duì)生菜葉片光合作用的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:

回答以下問題:

(1)植物工廠的塑料大棚常選用________色塑料薄膜,若該植物工廠水培生產(chǎn)生菜時(shí)以單色LED燈為光源,應(yīng)該配置________色的燈光,理由是________________________________________。

(2)生菜細(xì)胞內(nèi)的________是感受光的受體,它們受到光照時(shí)會(huì)經(jīng)過信息傳遞系統(tǒng)傳導(dǎo)到細(xì)胞核內(nèi),影響特定基因的________,從而調(diào)控生菜的生長發(fā)育。

(3)依據(jù)圖1和圖2分析,不同紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對(duì)生菜葉片光合能力的影響是

圖1

圖2

(至少答出2點(diǎn))。

(4)除控制紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)外,植物工廠在光照方面還可以采取

措施提高生菜的產(chǎn)量。

2.光呼吸是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照、高O2和低CO2情況下發(fā)生的一個(gè)生化過程,它是光合作用中的一個(gè)損耗能量的副反應(yīng),光呼吸與光合作用的關(guān)系如圖3所示。降低光呼吸速率曾一度被認(rèn)為是提高光合作用效率的途徑之一,但是后來研究發(fā)現(xiàn),光呼吸對(duì)細(xì)胞有著很重要的保護(hù)作用。據(jù)此回答下列問題:

圖3 光合作用與光呼吸過程

(1)光呼吸和光合作用都能利用的物質(zhì)是________,光合作用利用該物質(zhì)的場所是________,光呼吸中生成CO2的場所

。

(2)Rubisco酶是一種雙功能性酶,其“雙功能性”體現(xiàn)在

,

推測不同環(huán)境中該酶的________發(fā)生變化導(dǎo)致其功能變化。

(3)為與光呼吸相區(qū)別,研究人員常把細(xì)胞呼吸稱為“暗呼吸”,從反應(yīng)條件和場所兩方面,列舉光呼吸與暗呼吸的不同

。

(4)在強(qiáng)光下,光反應(yīng)轉(zhuǎn)換的能量超過暗反應(yīng)的需要,對(duì)細(xì)胞造成傷害,此時(shí)光呼吸可以對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用,推測其原因是

。

3.圖4表示植物葉肉細(xì)胞中光合作用和有氧呼吸的部分過程,其中C3和C5在不同代謝過程中表示不同的化合物;圖5表示該細(xì)胞中的某種生物膜和其上所發(fā)生的部分生化反應(yīng),其中e-表示電子;圖6表示25 ℃下葉片的光合作用速率。請(qǐng)據(jù)圖回答:

圖4

圖5

圖6

(1)圖4中過程①至⑤表示的生化反應(yīng),發(fā)生在生物膜上的有________個(gè)。若過程③發(fā)生時(shí),沒有CO2排出細(xì)胞外,此時(shí)該細(xì)胞光合作用強(qiáng)度________呼吸作用強(qiáng)度。

(2)在研究圖5所示生物膜上的色素時(shí),可利用層析液進(jìn)行分離,其原理是

。

(3)圖5所示生物膜上發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化過程為

(用箭頭和文字表示)。二硝基酚(DNP)會(huì)導(dǎo)致該生物膜對(duì)H+的通透性增大但不影響電子轉(zhuǎn)移,DNP作用于該膜時(shí)ATP的合成量會(huì)減少,原因是

。

(4)圖6中A點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生圖4中的________過程,將該植物先置于此條件下10.4小時(shí),再置于C點(diǎn)的條件下13.6小時(shí),這24小時(shí)內(nèi)該植物單位葉面積的有機(jī)物積累量(用葡萄糖積累量表示)為________mg。

4.光合作用的過程十分復(fù)雜,包括一系列化學(xué)反應(yīng)。以下是科學(xué)家探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答問題:

(1)20世紀(jì)初英國的布萊克曼把化學(xué)動(dòng)力學(xué)的方法引入了光合作用研究:

①光照強(qiáng)度恒定,增加CO2供應(yīng),發(fā)現(xiàn)光合速率先增大并在一定程度后保持不變,這說明

。

②當(dāng)把CO2恒定,增加光照,發(fā)現(xiàn)光合速率先增大達(dá)到一定程度后光合速率不再增加,這說明________________________。

(2)大約20年后,德國的瓦伯格等,用藻類進(jìn)行閃光試驗(yàn),在光能量相同的前提下,一種用連續(xù)照光,另一種用閃光照射,中間隔一定暗期,發(fā)現(xiàn)后者光合效率是連續(xù)光下的200%～400%。終于闡明了光合作用中存在兩個(gè)反應(yīng),請(qǐng)從光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行解釋:

。

(3)后來科學(xué)家為驗(yàn)證德國的瓦伯格的發(fā)現(xiàn)以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計(jì)了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)。各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO。濃度等條件相同適宜且穩(wěn)定,每組處理的總時(shí)間均為135 s,處理結(jié)束時(shí)測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下,請(qǐng)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟:

A組:________,時(shí)間各為67.5 s;光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為50%。

B組:________,每次光照和黑暗的時(shí)間各為7.5 s;光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為70%。

C組:光照和黑暗交替處理,先光照后黑暗,每次光照和黑暗時(shí)間各為3.75 ms(毫秒);光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%。

D組(對(duì)照組):____________________光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為100%。

5.光合作用強(qiáng)度受多種因素的影響。某農(nóng)作物的光合速率與葉片溫度、CO2濃度的關(guān)系如圖7。據(jù)圖回答下列問題:

圖7

(1)CO2濃度為200μL·L-1時(shí),溫度對(duì)光合速率影響小的原因是

。

(2)在一定的范圍內(nèi),CO2濃度升高可使光合作用最適溫度________,依據(jù)是

。

(3)請(qǐng)寫出CO2濃度為1 000μL·L-1時(shí),探究光合作用最適溫度的實(shí)驗(yàn)思路:

。

(4)綜上,大田作物合理密植的原因

;

春天,大棚種植蔬菜較大田種植產(chǎn)量增加的原因是____________________。

【參考答案】

1.(1)無(或白) 紅或藍(lán)紫 葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光 (2)光敏色素 表達(dá) (3)除只用藍(lán)光照射處理外,生菜葉片的光合速率隨著紅光與藍(lán)光比的減小而升高;只用藍(lán)光照射的生菜葉片的光合速率略低;400μmol·m2·s-1光強(qiáng)下不同紅光與藍(lán)光比的處理對(duì)生菜葉片光合能力的影響與200μmol·m-2·s-1光強(qiáng)處理對(duì)生菜葉片光合能力影響的趨勢一致,但提高光強(qiáng)增加了生菜葉片的光合速率;200μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下降低紅光與藍(lán)光比可以提升生菜葉片的光合速率,甚至可以達(dá)到400μmol·m-2·s-1時(shí)的強(qiáng)度(任意2點(diǎn)即得分)

(4)控制適宜的光照時(shí)間、強(qiáng)弱光照的交替供光(合理即可)

2.(1)RVBP(C5) 葉綠體基質(zhì) 線粒體

(2)CO2濃度較高時(shí),該酶催化C5與CO2反應(yīng),完成光合作用;O2濃度較高時(shí),該酶催化C5與O2反應(yīng) 空間結(jié)構(gòu) (3)光呼吸需要光照才能進(jìn)行,其場所是葉綠體基質(zhì)和線粒體;而暗呼吸有光無光照均能進(jìn)行,其場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體 (4)光呼吸消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的過多NADPH和ATP等,防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞造成損害

3.(1)0 大于或等于 (2)色素在層析液中的溶解度不同 (3)光能→電能→ATP和NADPH中的化學(xué)能 H+跨膜梯度運(yùn)輸促進(jìn)ATP合成,DNP導(dǎo)致H+的通透性增大,H+在膜內(nèi)外的濃度梯度會(huì)減小或消除,進(jìn)而減少ATP的合成量 (4)①③ 150

4.(1)①CO2是光合作用的限制因子,光參與的化學(xué)反應(yīng)與光的利用能力有關(guān) ②光照是光合作用的限制因子,光參與的化學(xué)反應(yīng)與CO2的利用能力有關(guān) (2)在光能量相同的前提下閃光照射時(shí)使光下產(chǎn)生的ATP和NADPH能夠及時(shí)利用與再生,從而提高了光合作用中CO2的同化量提高光合作用效率 (3)先光照后黑暗 光照和黑暗交替處理先黑暗后光照 光照時(shí)間為135 s