1. 叶面积指数是指单位土地面积上的植物叶面积,即叶面积指数=叶片总面积/土地面积,反映植物群体生长状况的一个重要指标,其大小直接与最终产量高低密切相关。科研人员记录了不同种植密度下,灌浆期玉米叶面积指数、单位土地面积上的植物净光合速率和茎叶夹角的数据(如表)。回答下列问题:

种植密度(万株·hm-2)

叶面积指数

净光合速率(CO2)(μmol·m-2·s-1)

茎叶夹角(°)

3.0

3.03

41.2

35.8

4.5

4.06

39.5

34.0

5.1

4.50

36.2

30.5

6.0

4.65

33.5

29.3

7.5

4.77

30.2

28.8

(1) 在卡尔文循环中,CO₂与体内的一种Cs结合形成的化合物是,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成蔗糖后,主要以蔗糖形式从叶片输出。在光反应中,发生的物质变化有(写出三点)。
(2) 随着种植密度的增大,为减弱叶片相互遮挡,茎叶夹角(填“变大""变小”或"基本不变")。叶面积指数和净光合速率呈现负相关,因此,在大田种植时,种植密度越小对作物增产越有利。请判断该观点的正误,并说明理由:
(3) 化肥长期使用不当,会造成土壤性质恶化、土壤中的微生物数量降低引起分解作用减弱、土壤肥力下降。使用有机肥的积极意义是(答两点即可)。
【考点】
光合作用的过程和意义; 影响光合作用的环境因素; 细胞呼吸原理的应用; 光合作用原理的应用;
【答案】

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1. 阅读以下材料,回答(1)-(4)题。

创建D1合成新途径,提高植物光合效率

植物细胞中叶绿体是进行光合作用的场所,高温或强光常抑制光合作用过程,导致作物严重减产。光合复合体PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所,D1是PSⅡ的核心蛋白。高温或强光会造成叶绿体内活性氧(ROS)的大量累积。相对于组成PSⅡ的其他蛋白,D1对ROS尤为敏感,极易受到破坏。损伤的D1可不断被新合成的D1取代,使PSⅡ得以修复。因此,D1在叶绿体中的合成效率直接影响PSⅡ的修复,进而影响光合效率。

叶绿体为半自主性的细胞器,具有自身的基因组和遗传信息表达系统。叶绿体中的蛋白一部分由叶绿体基因编码,一部分由核基因编码。核基因编码的叶绿体蛋白在N端的转运肽引导下进入叶绿体。编码D1的基因psbA位于叶绿体基因组,叶绿体中积累的ROS也会显著抑制psbA mRNA的翻译过程,导致PSⅡ修复效率降低。如何提高高温或强光下PSⅡ的修复效率,进而提高作物的光合效率和产量,是长期困扰这一领域科学家的问题。

近期我国科学家克隆了拟南芥叶绿体中的基因psbA,并将psbA与编码转运肽的DNA片段连接,构建融合基因,再与高温响应的启动子连接,导入拟南芥和水稻细胞的核基因组中。检测表明,与野生型相比,转基因植物中D1的mRNA和蛋白在常温下有所增加,高温下大幅增加;在高温下,PSⅡ的光能利用能力也显著提高。在南方育种基地进行的田间实验结果表明,与野生型相比,转基因水稻的二氧化碳同化速率、地上部分生物量(干重)均有大幅提高,增产幅度在8.1%~21.0%之间。

该研究通过基因工程手段,在拟南芥和水稻中补充了一条由高温响应启动子驱动的D1合成途径,从而建立了植物细胞D1合成的“双途径”机制,具有重要的理论意义与应用价值。随着温室效应的加剧,全球气候变暖造成的高温胁迫日益成为许多地区粮食生产的严重威胁,该研究为这一问题提供了解决方案。

(1) 光合作用的反应在叶绿体类囊体膜上进行,类囊体膜上的蛋白与形成的复合体吸收、传递并转化光能。
(2) 运用文中信息解释高温导致D1不足的原因。
(3) 若从物质和能量的角度分析,选用高温响应的启动子驱动psbA基因表达的优点是:
(4) 对文中转基因植物细胞D1合成“双途径”的理解,正确的叙述包括______。 A. 细胞原有的和补充的psbA基因位于细胞不同的部位 B. 细胞原有的和补充的D1的mRNA转录场所不同 C. 细胞原有的和补充的D1在不同部位的核糖体上翻译 D. 细胞原有的和补充的D1发挥作用的场所不同 E. 细胞原有的和补充的D1发挥的作用不同
综合题 普通
2. 菜豆是我国广泛种植的重要蔬菜作物,近年来受涝渍和盐胁迫较重,导致其产量和品质下降。24-表油菜素内酯(EBR)是一种人工合成的油菜素内酯类似物,不仅能够促进植物生长,增加作物产量,还在植物抵抗环境胁迫中发挥着重要的作用。为探究EBR对盐碱和涝渍胁迫下菜豆植株相关生理指标的影响,进行了相关实验,共设7个处理,分别为:正常浇水(CK)、涝渍(T1)、盐胁迫(T2)、盐胁迫+涝渍(T3)、EBR+正常浇水(T4)、EBR+涝渍(T5)、EBR+盐胁迫(T6)、EBR+盐胁迫+涝渍(T7),实验结果如下:

(1) 胞间CO2在植物细胞的(填具体场所)中被消耗,通过循环转化为糖类,其中部分糖类以形式通过筛管运输到菜豆植株各处。
(2) 结合下表内各指标的相关系数分析,不同胁迫下菜豆净光合速率下降(填“是”或“不是”)由气孔因素导致的,理由是

不同处理下各指标间的相关系数

指标

净光合速率

气孔导度

胞间CO2浓度

蒸腾速率

净光合速率

1

-0.537

0.791

-0.505

气孔导度


1

-0.529

0.996

胞间CO2浓度



1

-0.544

蒸腾速率




1

注:相关系数越接近1,相关越密切(负值即为负相关)

(3) 由图1可知,喷施EBR可以缓解胁迫引起的净光合速率减低,而对胁迫不能起缓解效应。综合分析图表,推测EBR能缓解该胁迫的原因是:(填“增大”或“减小”)气孔导度,从而减弱了作用,胞间CO2浓度增加,促进碳反应,光合速率增强。
综合题 普通