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细胞代谢中相关现象的原因分析
1．(原因分析类)(江苏经典高考题)为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性，研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量，结果如图所示。
(1)由图可知，P1的叶片光合作用能力最强，推断其主要原因有：一方面是其叶绿素含量较高，可以产生更多的_______________________；另一方面是其蛋白质含量较高，含有更多的______________________。
(2)栽培以后，P2植株干重显著大于对照，但籽实的产量并不高，最可能的生理原因是________
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2．(原因分析类)(2023·全国甲，29节选)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是_________________________________________
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3．(判断依据类)(2023·海南，16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。本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________，该光源的最佳补光时间是____小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是____________________
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原因分析类问题的方法突破
此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，此类题目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________________”“……的依据是______________”“……的原因是______________”等。这些试题旨在考查考生在新情境条件下对知识体系的掌握程度，也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。
1．原因类试题的类型
(1)解释已知条件与结果之间的逻辑关系，该类试题一般已知某一特定外界条件的改变，然后要求考生回答某一生理过程发生什么样的改变，最后要求考生回答该生理过程发生改变的原因。例如，(2019·全国Ⅰ，29节选)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是______________________________________________。
(2)没有对应的外界条件，要求考生直接解释某一生理现象出现的原因。例如，(2020·全国Ⅰ，30节选)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_________________________
(答出1点即可)。
第一类原因类试题所占比重更大，分值也更大，难度也更高，考生往往不知道如何组织文字，很难把要点答全，也会因为答案不准确、不规范而失分。
2．解题策略
(1)解释已知条件与结果之间逻辑关系——因果桥法
①答题思路
a．在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果”。
b．依据题干或者已学教材中相关知识，分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、解释。
②答题模式
例1　(经典高考题)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度，已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是________________________________________________
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(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_____________________________________________________________
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答案　(1)植物在光下进行光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低　(2)甲种植物在光下进行光合作用释放O2，使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸增加
例2　(2018·全国Ⅰ，30节选)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是___________________________________________________________
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_______________________________________________________________________________。
答案　甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙植物大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙植物大
(2)不同情境的解题策略
①从分子和分母两方面分析比例变化
例3　(2019·全国Ⅰ，37节选)已知一种有机物X(仅含有C、H两种元素)不易降解，会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌(目标菌)。若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基[氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(15 g/L)]中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会____________，其原因是_______________________
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剖析　比例变化的原因需要从分子和分母两方面去分析。因为缺乏碳源导致不能降解X的细菌不能增殖，而能降解X 的细菌能够增殖，所以不能降解X的细菌比例会下降。
答案　下降　不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖
②从来源和去路两方面分析物质含量变化
例4　(2020·山东，24节选)植食性线虫主要危害植物根系，研究表明，长期施用有机肥后土壤中植食性线虫的数量减少，依据图中信息分析，主要原因是___________________________
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答案　长期施用有机肥后腐生细菌增加，使食细菌线虫增加，引起捕食性线虫增加，植食性线虫因被大量捕食而减少，减少量多于其因植物根系增长而增加的量
③要从正面回答而不要从反面回答
例5　(经典高考题)为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时， 应选择________(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素 ＋NH4NO3”)作为氮源，不选择其他两组的原因是_____________
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________________________________。
剖析　为了筛选可分解尿素的细菌，培养基中应该以尿素作为唯一氮源。不选择其他两组的原因不能从反面回答，如“培养基中应该以尿素作为唯一氮源”，而应该从正面回答选择其他两组带来的负面影响，即“因为其他两组都含有NH4NO3，导致能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，所以不能起到筛选作用”。
答案　尿素　其他两组都含有NH4NO3，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用
④既要解释前者又要解释后者
例6　(2019·全国Ⅰ，38节选)目前在PCR反应中使用TaqDNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是________________________________________________________
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剖析　部分考生只回答了使用酶的原因“TaqDNA聚合酶热稳定性高”，而没有回答不使用大肠杆菌DNA聚合酶的原因“大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活”。当解释“不是……而是……”“只能……而不能……”“用……而不用……”等原因时，既要解释前者又要解释后者。
答案　TaqDNA聚合酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
⑤运用“只有……才能……”的方式解释原因
例7　(2018·全国Ⅰ，32节选)果蝇体细胞有4对染色体，其中2、3、4号为常染色体，已知控制长翅/残翅性状的基因位于2号染色体上，控制灰体/黑檀体性状的基因位于3号染色体上，根据杂交结果，________(填“能”或“不能”)判断控制果蝇有眼/无眼性状的基因是位于X染色体上还是常染色体上。若控制有眼/无眼性状位于X染色体上。根据上述亲本杂交组合和杂交结果判断，显性性状是______，判断依据是__________________________________
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剖析　一只无眼雌果蝇与一只有眼雄果蝇杂交，杂交子代中有眼雌∶有眼雄∶无眼雌∶无眼雄＝1∶1∶1∶1，这对亲本的基因组合可能为Aa×aa、XAXa×XaY或XAXa×XaYa，所以不能判断控制果蝇有眼/无眼性状的基因是位于X染色体上还是常染色体上。若控制有眼/无眼性状的基因位于X染色体上，则母本的无眼性状是显性性状，但判断的依据学生很难组织文字，此时可以运用“只有……才能……”的方式来进行原因解释，即只有当无眼为显性时，子代中才能出现有眼雌∶有眼雄∶无眼雌∶无眼雄＝1∶1∶1∶1。
答案　不能　无眼　只有当无眼为显性时，子代雌雄个体中才都会出现有眼与无眼性状的分离
1．绝大多数的多肉植物有一种特殊的CO2固定方式：夜间气孔开放，固定CO2产生苹果酸储存在液泡中(如图一)；白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2，用于光合作用(如图二)。夜间多肉植物细胞内的pH会下降，原因是_______________________________________________
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2．科学家研究发现：在强光下，激发态叶绿素会与氧分子反应形成单线态氧而损伤叶绿体，然而类胡萝卜素可快速淬灭激发态叶绿素，起到保护叶绿体的作用。在强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素的突变体的光合速率__________(填“上升”“不变”或“下降”)，原因是____________________________________________________________________
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3．为研究全球气候变暖对农作物生长的影响，科研人员以大豆为材料进行实验。在其他条件适宜、不同温度条件下种植甲、乙两种大豆，相同时间后测得甲、乙两个大豆品种的有机物积累量如图所示。回答下列问题：
(1)据图分析可知，全球气候变暖对大豆品种__________(填“甲”或“乙”)更不利，理由是________________________________________________________________________________
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(2)当白天气温在35 ℃时，________(填“能”或“不能”)比较甲、乙两个大豆品种的总光合速率的大小，原因是_______________________________________________________________
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(3)若白天平均气温为30 ℃并光照10 h，大豆品种乙晚上消耗有机物的平均速率为15 μg·cm－2·h－1，则其能否正常生长，并说明原因：____________________________________________________
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(4)高温会显著影响植物的光合作用强度。从暗反应角度分析，高温影响植物光合作用强度的原因可能是______________________________________________________________________
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4．科研人员利用甲基磺酸乙酯(EMS)处理西农1B水稻，获得一个短根白化突变体(sra1)，其从出芽至第三叶期叶片始终为白色，胚根较同时期野生型(WT)明显变短。叶色突变体是研究光合作用、叶绿素合成与降解等途径的理想材料。如图是WT和sra1光合色素含量的测定结果。请回答下列问题：
(1)据图分析，sra1只能生长到三叶期就会死亡，其生长需要的营养物质主要来自________，其死亡的原因是__________________________________________________________________
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(2)测定光合色素的含量时，需先提取色素，提取色素时需向研钵中加入的试剂有___________
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提取的WT光合色素溶液放在适宜的光照条件下________(填“能”或“不能”)进行光反应，原因是__________________________________________________________________________
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(3)科研人员测得WT与sra1光合作用的相关数据，结果如下：
材料 野生型(WT) 突变体(sra1)
净光合作用/ (μmolCO2·m－2·s－1) 11.8 －3.6
气孔导度/ (μmolH2O·m－2·s－1) 0.3 0.18
蒸腾速率/ (μmolH2O·m－2·s－1) 3.3 1.3
胞间CO2浓度/ (μmol CO2·m－2·s－1) 300 430
sra1胞间CO2浓度较高的原因可能有________________________________________________
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5．图1是将玉米的PEPC酶(与CO2的固定有关)基因与PPDK酶(催化CO2初级受体——PEP的生成)基因导入水稻后，在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻CO2吸收速率的影响。图2是在光照为1 000 lux 下测得温度影响净光合速率的变化曲线。则图1是在________℃下测得的结果，如调整温度为27 ℃，重复图1相关实验，A点会向________移动，推测原因是______________________________________________________________________
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6．在决定小麦产量的灌浆期，若遭遇连续高温和强光的双重胁迫，会导致光合系统破坏，造成产量下降。光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物，分布于叶绿体类囊体薄膜中，叶绿体psbA基因编码的 D1蛋白是 PSⅡ反应中心的重要蛋白。
(1)科研人员发现一种碳纳米荧光材料，能吸收紫外光并将其转换为蓝紫光，用该材料处理叶绿体后，极大地提高了光合作用效率，分析其原因是__________________________________
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科研人员以正常植株和突变植株(psbA基因过量表达)为材料进行实验，发现在炎热晴朗的夏季，两种类型的植株都出现光合“午休”现象，且突变植株的光合“午休”现象弱，分析其原因是_______________________________________________________________________。
语言表达(一)　细胞代谢中相关现象的原因分析
考题示例
1．(1)NADPH和ATP　参与光合作用的酶　(2)P2植株光合作用能力强，但是向籽实运输的光合作用产物少
2．悬浮液中具有类囊体薄膜以及叶绿体基质中暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类
3．红光＋蓝光　6　不同的补光光源条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多
强化训练
1．夜间多肉植物细胞固定CO2产生苹果酸；夜间多肉植物细胞呼吸产生CO2形成H2CO3
2．下降　该突变体无法淬灭激发态叶绿素，而使叶绿体受损；缺乏类胡萝卜素导致吸收的蓝紫光减少，影响光合作用
3．(1)甲　甲品种大豆在高温条件下有机物积累量下降更快
(2)不能　35 ℃时，甲、乙两个大豆品种的净光合速率相等，但呼吸速率未知，因此无法判定它们总光合速率的大小　(3)能；由题图可知，白天的有机物积累量为25×10＝250(μg·cm－2)，晚上的呼吸消耗量为15×14＝210(μg·cm－2)，全天有机物积累量大于0　(4)高温使催化暗反应的酶活性下降；高温导致部分气孔关闭，CO2供应减少等
4．(1)水稻种子(或胚乳)　白化突变体光合色素含量几乎为零，不能进行光合作用合成有机物　(2)无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅　不能　缺少光反应所需的物质(如酶、ADP和Pi等)和结构　(3)细胞呼吸速率远大于光合作用速率，细胞释放CO2，气孔导度较小，细胞产生的CO2将在细胞间累积
5．30　左下　图1中1 000 lux的光照强度下，原种水稻的净光合速率是20，结合图2判断图1是在30 ℃下测定的，在27 ℃时，该原种水稻的净光合速率小于20，所以A点向左下移动
6．(1)蓝紫光更容易被叶绿体中的色素吸收，加快了光反应速率，为暗反应提供充足的NADPH和ATP　(2)突变植株的D1蛋白含量升高，PSⅡ活性升高，光反应速率加快

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