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长句表达(一) 与细胞代谢有关的物质变化及生理过程分析
典题引领 高效解题
(2024·湖南卷)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。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①O2和H＋；光能转化为电能，再转化为②ATP和NADPH中储存的化学能，用于暗反应的过程。 (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量③减少，从叶绿素的合成角度分析，原因是④缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，使叶绿素合成减少(答出两点即可)。 (3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：A．⑤分别提取该叶肉组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA；b.⑥根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物；c.⑦利用提取的DNA和设计的引物进行PCR扩增并电泳；d.基因测序；e.⑧和已知基因序列进行比较。 解析：(1)植物光反应过程中水的光解会产生O2和H＋，H＋和NADP＋结合产生NADPH。该过程中光能转化为电能，电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，而Mg和N是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素的合成。(3)Rubisco由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA序列已知，因此检测其是否突变的基本思路：利用PCR技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。其具体步骤为：A．分别提取该叶肉组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA；b.根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物；c.利用提取的DNA和设计的引物进行PCR扩增并电泳；d.基因测序；e.和已知基因序列进行比较。 ①②链接教材P103光合作用过程图解：水光解产生O2和H＋，光能转化为电能后再转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 ③链接题干“钾是植物生长发育的必需元素”，可推测若长期缺钾，则会影响植物的生命活动，进而推测长期缺钾会导致叶绿素含量下降。 ④链接题干“主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节”且“从叶绿素的合成角度分析”，可推测钾可能影响叶绿素合成相关酶的活性及钾影响细胞内的渗透压，进而影响对合成叶绿素的必需元素Mg、N等的吸收。 ⑤⑥⑦⑧链接题目信息：实验材料为突变体的叶片组织，实验方法为基因测序，实验目的是确定突变位点。因此需要先从实验材料中获取Rubisco的编码基因，由于Rubisco的编码基因包括1个核基因和1个叶绿体基因，所以需要提取突变体的叶片组织的核DNA和叶绿体DNA，然后据两个基因两端的DNA已知序列设计引物进行PCR，对PCR产物进行基因测序并与已知基因序列对比从而确定突变位点。 (1)试题类型与特点 此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，其在语言表达题型中所占比例很高，其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是　　　　”“……判断的依据是　　　　”“……其原因是　　　　”等。常常是对关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。 (2)解题策略(因—桥—果法) 描述事实(起因)―→分析本质(媒介)―→得出结果
1．(2023·海南卷节选)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。
回答下列问题：
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，该光源的最佳补光时间是6小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是在不同的补光时间内，红光＋蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多，有利于促进火龙果成花。
2．(2023·浙江卷节选)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。
回答下列问题：
(2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是光合色素主要吸收红光和蓝紫光。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为3∶2，最有利于生菜产量的提高，原因是叶绿素含量和氮含量最高，光合作用最强。
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是光合速率最大且增加值最大。
3．(2022·全国乙卷节选)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题：
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是主动运输需要载体和能量，O2浓度大于a时能量充足，而吸收速率不再增加，说明载体达到饱和。
(3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是甲的NO最大吸收速率大于乙，需要能量多，消耗O2多。
4．(2021·河北卷节选)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度/ (mmol·m-2·s-1) 85 65 196
叶绿素含量/(mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性/ (μmol·h-1·g-1) 316 640 716
光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4
　气孔导度反映气孔开放的程度。
回答下列问题：
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是气孔导度增加，CO2吸收量增多，同时RuBP羧化酶活性增大，使固定CO2的效率增大。
5．(2021·全国甲卷节选)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K＋。回答下列问题：
(3)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼吸供能，使细胞主动运输速率降低。

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