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. 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，其作用是。

(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。

【考点】

叶绿体结构及色素的分布和作用; 光合作用原理的应用;

【答案】

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综合题普通

1. 镉（Cd）是对植物有毒害的一种重金属，茉莉酸甲酯（MeJA）是重要的植物生长调节物质，可以影响植物的光合作用。科研人员进行了镉胁迫下茉莉酸甲酯对水稻光合作用的影响实验，结果如下表所示。据此回答问题：

品种	处理	叶绿素mg/g	净光合速率μmolCO₂m^-2s^-1	气孔导度molH₂Om^-2s^-1	胞间CO₂浓度μmolCO₂mol^-1	蒸腾速率mmolH₂Om^-2s^-1
C156	正常	4.11	8.04	0.12	345.62	2.64
	Cd	3.79	5.95	0.07	343.09	1.96
	Cd+MeJA	4.23	6.92	0.08	375.56	2.02
C111	正常	4.50	6.65	0.12	362.73	3.06
	Cd	4.46	5.54	0.06	268.97	1.48
	Cd+MeJA	4.71	5.77	0.085	378.41	2.21

(1) 该实验的自变量是，Cd对品种水稻生长影响更大。

(2) 叶绿素分布在水稻叶绿体的，主要吸收光。Cd能通过影响叶绿素含量，使光合作用过程中作为还原剂的合成量下降，进而影响对的还原。

(3) 据表分析，Cd降低C156、C111两品种水稻净光合速率的主要原因分别是。

(4) 由该实验得出的结论是。

综合题普通

2. 某科研团队构建了一套由硅纳米线和细菌组成的人工光合系统，可生产出O₂和乙酸盐。硅纳米线阵列可以吸收太阳光，并利用光生成电子传递给负载在纳米线上的细菌，作为细菌固定、还原CO₂的能量来源。该系统的光能转化效率超过了大部分高等绿色植物的自然光合作用效率，极大地助推了地球温室效应问题的解决。回答下列问题：

(1) 该人工光合系统的相当于绿色植物的光合色素，光合色素的作用是。

(2) 推测该人工光合系统中的光合底物之一是H₂O，作出此判断的理由是。

(3) 该人工光合系统的光合作用效率高于大部分高等绿色植物的，从对光能的利用角度分析，其原因是。

(4) 已知该人工光合系统中将热醋穆尔氏菌（生存的气体条件为：80%N₂、10%CO₂、10%H₂）和Au纳米团簇结合形成Au-细菌进行CO₂的固定、还原，过程如图所示。已知Wood-Ljungdahl通路（WLP）是一种古老的碳固定通路，是Au纳米团簇，则图示细菌的代谢类型为型，该细菌中的生命活动相当于光合作用的过程，该细菌相当于叶肉细胞中的（填具体场所）。

综合题普通

3. 为了研究光合作用合成ATP的机制，Andre Jagendorf和同事进行了一个巧妙的实验，将叶绿体的类囊体悬浮在pH为4的缓冲液中，待缓冲液充分扩散过膜后，类囊体的内外部在这种酸性pH条件下得到平衡，然后将类囊体快速转移到pH为8的缓冲液中，使得类囊体膜内外产生4个pH单位的差异，膜内相对于膜外酸性更强。他们发现，在没有光照的情况下，由ADP和Pi合成了大量ATP(实验过程如图1)。图2为叶绿体中某种膜上进行的生理过程。(注：pH为溶液中所含H⁺浓度的常用对数的负值，即pH越大，H⁺浓度越低。)

(1) 根据图1可知，在光合作用光反应中，ATP合成所需的能量可能直接来自光反应中积累起来的。

(2) 图2为叶绿体中的(填结构)，图中M侧为，N侧为。

A 类囊体腔 B.叶绿体基质 C.叶绿体内外膜间隙 D.细胞质基质

(3) 图2产生的NADPH可以作为，同时也能供暗反应阶段利用。

(4) 若CO₂浓度适当升高，图中的ATP合成速率将(填“升高”或“降低”)。

综合题普通