1. 低温胁迫会对蔬菜的生长发育和产量产生不良影响,提供足够的钙元素是提高蔬菜作物抗寒能力的有效方法之一。研究人员研究了不同钙水平对低温胁迫下番茄植株的影响,实验结果如下表所示。回答下列问题:

钙水平(mmol/L)

叶重(g/株)

总干重(g/株)

叶片净光合速率(μmol·m-2·s-1

气孔导度(μmol·m-2·s-1

胞间CO2浓度(μmol·m-2

Ch

NCh

Ch

NCh

Ch

NCh

Ch

NCh

Ch

NCh

高钙(6.0)

2.43

1.59

6.28

3.66

7.0

3.0

65

35

175

210

正常钙(1.5)

2.56

1.17

6.57

2.79

6.5

2.4

50

30

140

240

低钙(0.375)

1.91

1.25

4.90

2.95

5.3

2.2

57

28

200

210

无钙(0)

1.44

0.61

4.32

1.57

4.1

1.9

37

25

185

230

注:Ch和NCh分别表示常温处理和经过低温处理的植株

(1) 本实验的可变因素是,实验中要控制的无关变量有(答出2点即可)。
(2) 由表可知,在常温下生长的植株,低钙和无钙处理的整株生物产量明显高钙和正常钙水平的生物产量,正常钙和处理的植株总干重差异不显著;经过低温培养的正常钙处理的植株总干重显著低于高钙处理的植株总干重,说明高钙水平处理的植株在低温胁迫中具有较强的能力,生长受到的抑制较小。
(3) 根据表中叶片净光合速率与的数据比较可知,低温胁迫时光合作用的降低主要是受(填“气孔因素”或“非气孔因素”)限制。
(4) 研究人员进一步发现低温胁迫会抑制CO2结合产生三碳酸的效率,植物叶片通过降低光反应中的产量,从而与卡尔文循环中对还原力需求的减少达到平衡,达到保护光合器官的目的。
【考点】
影响光合作用的环境因素; 光合作用原理的应用;
【答案】

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实验探究题 普通
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1. 在较强光照下,水稻叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与RuBP羧化酶/加氧酶的亲和力与各自的相对浓度有关,相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应,最终释放CO2的过程称为光呼吸,如图所示。科研人员获得了水稻叶绿体中酶X缺陷型的突变植株,给予不同CO2浓度后检测植株的生长情况与部分代谢产物的含量,结果如表所示。回答下列问题:

  

条件

0.5%CO2

0.03%CO2

0.03%CO2

0.03%CO2

指标

平均株高/cm

平均株高/cm

乙醇酸含量/(μg·g-1叶重)

乙醛酸含量/(μg·g-1叶重)

突变植株

42.45

24.47

825.54

1.26

野生植株

43.26

42.21

1.54

1.78

(1) 叶肉细胞中进行光呼吸的结构包括,产生乙醇酸的具体场所是。甘油酸转化为C3会消耗ATP产生ADP和Pi,产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是
(2) 结合实验结果分析,在光呼吸的过程中酶X的功能是。在较低的大气CO2浓度(0.03%)条件下,突变植株的长势不如野生植株的,机制可是
(3) 研究人员通过转基因技术使水稻叶绿体表达酶Y,酶Y能催化乙醇酸生成CO2 , 并抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达。该途径提高了水稻的净光合速率,原因是___________(填写选项) 。 A. 改变了乙醇酸的利用途径 B. 减少了叶绿体中碳的损失 C. 抑制了光呼吸 D. 提高了RuBP羧化酶/加氧酶的活性
实验探究题 普通
2. 2023年8月 18日,东北农业大学研究团队发表研究论文,揭示了GmPLP1在大豆对高光胁迫的响应中以蓝光依赖的方式发挥负调控作用。研究中,他们作出GmPLP1参与强光胁迫响应的假设。为验证该假设,他们选用WT(野生型)、GmPLP1-ox(GmPLP1过表达)和GmPLP1-i(GmPLPl低表达)转基因大豆幼苗为材料进行相关实验,结果如图1所示。请回答下列问题。

(1) 强光胁迫时,过剩的光能会对光反应关键蛋白复合体(PSII)造成损伤,并产生活性氧(影响PSII的修复),进而影响的供应,导致碳反应(填生理过程)减弱,光补偿点(增大/减小),生成的有机物减少,致使植物减产。
(2) 图1中,光照强度大于1500μmol/m2/s时,随着光照强度的增加,三组实验大豆幼苗的净光合速率均增加缓慢,分析其原因可能是(试从碳反应角度答出2点)。该实验结果表明GmPLP1参与强光胁迫响应,判断依据是光照较强时,与WT相比,GmPLP1的表达量(填“增加”、“减少”),(填“促进”、“抑制”)大豆幼苗的光合作用。
(3) 研究小组在进一步的研究中发现,强光会诱导蛋白GmVTC2b的表达。为探究GmVTC2b是否参与大豆对强光胁迫的响应,他们测量了弱光和强光下WT(野生型)和GmVTC2b- ox(GmVTC2b过表达)转基因大豆幼苗中抗坏血酸(可清除活性氧)的含量,结果如图2所示。依据结果可推出在强光胁迫下GmVTC2b增强了大豆幼苗对强光胁迫的耐受性(生物对强光胁迫的忍耐程度),其原理是过表达GmVTC2b能够,从而提高了高光胁迫的耐受性。

(4) 经进一步的研究,研究人员发现GmPLP1通过抑制GmVTC2b的功能,减弱大豆幼苗对强光胁迫的耐受性。请在第(3)小题实验的基础上增设一个实验组,验证该研究。实验组可以为(请将所有满足条件的选项都选上)

A.GmVTC2b过表达和GmPLPl过表达的转基因大豆幼苗

B.GmVTC2b低表达和GmPLPl过表达的转基因大豆幼苗

C.GmVTC2b过表达和GmPLPl低表达的转基因大豆幼苗

D.GmVTC2b低表达和GmPLPl低表达的转基因大豆幼苗

根据以上信息,试提出一个可提高大豆对强光胁迫的耐受性,从而达到增产目的的思路:大豆细胞中GmPLP1的表达;大豆细胞中GmVTC2b的表达;增加大豆细胞中抗坏血酸含量,清除活性氧。

实验探究题 普通
3. 大气中CO2浓度的升高,理论上有利于农作物产量的提高,但研究发现,小麦长期生长在高CO2浓度环境下会存在“光合适应”现象,即小麦在高CO2浓度环境下生长,初始期出现的光合作用增强效果会逐渐减弱,甚至消失。科研工作者提出假说:在CO2浓度升高条件下,小麦叶片和茎秆(“源端”)会积累更多的淀粉等光合产物,光合产物运输到籽粒(“库端”)中的速率下降,从而抑制了光合作用相关基因的表达,导致光合速率下降。回答下列问题:
(1) 从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生;光能转化为电能,再转化为中储存的化学能,用于暗反应的过程。
(2) 小麦在进行光合作用时,CO2与叶绿体内的结合而被固定,该过程发生的场所是。光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖,蔗糖可以进入,通过运输到植株各处。
(3) 现以某植物为材料,研究高CO2浓度环境下不同库源比(用果实数量与叶片数量的比值表示)对叶片光合速率(单位时间、单位叶面积从外界环境吸收的CO2量)和光合产物分配(果实重量)的影响,实验处理如表所示。

项目

甲组

乙组

丙组

处理

库源比

1/2

1/4

1/6

注:甲、乙、丙组均保留枝条顶部的1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶。

根据题中假说内容推测实验结果可能为

(4) 豆科植物的根部附有根瘤,其中的根瘤菌进行固氮会消耗大量的能量。科研工作者进一步研究发现,高CO2浓度环境下附有根瘤的豆科植物的“光合适应”现象要远弱于小麦的,请运用以上假说分析,其原因可能是
实验探究题 普通