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(共37张PPT)
课时规范练17　光合作用、细胞呼吸的联系与综合运用
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必备知识基础练
考点一　细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化
1.(2024·山西太原期中)下列关于光合作用与呼吸作用的说法,错误的是(　)
A.光合作用和有氧呼吸过程中均能合成ATP
B.只有绿色部位才能进行光合作用和呼吸作用
C.光合作用和呼吸作用过程中产生的还原氢不同
D.光合作用和有氧呼吸过程中均需要H2O的参与
B
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解析 光合作用光反应阶段能合成ATP,有氧呼吸的三个阶段均能合成ATP,A项正确;所有的活细胞均能进行呼吸作用,植物体的绿色部位含有叶绿体,在光照下可进行光合作用,B项错误;光合作用过程中产生的还原氢是NADPH,即还原型辅酶Ⅱ,呼吸作用过程中产生的还原氢是NADH,即还原型辅酶Ⅰ,C项正确;光合作用的光反应阶段有H2O的分解,在有氧呼吸的第二阶段中,H2O与丙酮酸反应生成CO2和[H],D项正确。
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2.(2024·广东佛山调研)下列关于光合作用与呼吸作用的关系,叙述正确的是(　　)
A.甲、乙分别表示叶绿体和线粒体,且一定为高等植物
B.绿色植物光合作用利用的CO2全部来自细胞呼吸
C.高等植物细胞将光能转化为化学能一定与甲有关
D.乙合成的ATP一定用于光合作用的暗反应阶段
C
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解析 图中细胞器甲为叶绿体,细胞器乙为线粒体,两种细胞器在高等植物和低等植物细胞中均有分布,A项错误;当光合作用强度大于呼吸作用强度时,绿色植物光合作用利用的CO2除来自细胞呼吸外,还有一部分来自外界环境,B项错误;高等植物细胞中,只有在叶绿体中进行的光合作用能将光能转化为化学能,C项正确;线粒体合成的ATP不可用于光合作用的暗反应阶段,D项错误。
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3.绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是(　　)
A.植物光反应把光能转变为活跃的化学能贮存在①和NADPH中
B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
C.给植物提供O,短时间内生成的O2和CO2均可含18O
D.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解
D
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解析 植物光反应把光能转变为活跃的化学能贮存在①ATP和NADPH中,A项正确;叶绿体中的NADPH参与C3的还原,线粒体中的NADH与氧结合生成水,二者都具有还原性,B项正确;给植物提供O,O参与光反应生成18O2,O参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2,因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O,C项正确;物质④为葡萄糖,在叶绿体基质中合成,在细胞质基质中分解,D项错误。
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4.(2025·云南昆明模拟)下图为某植物在不同温度下,测得相关指标的变化曲线。下列叙述错误的是(　　)
A.光下叶肉细胞的线粒体基质中有CO2生成,叶绿体基质消耗CO2
B.给该植物浇灌含18O的H2O,一段时间后可在O2、CO2和糖类中检测到18O
C.30 ℃时,该植物固定CO2速率为10 mmol/(cm2·h)
D.40 ℃条件下,若黑暗和光照时间相等,该植物能正常生长
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解析 光下叶肉细胞会进行光合作用和细胞呼吸,光合作用过程中叶绿体基质消耗CO2,细胞呼吸过程中线粒体基质中有CO2生成,A项正确;给该植物浇灌含18O的H2O,光反应阶段发生水的光解,生成含18O标记的O2,18O标记的H2O参与有氧呼吸第二阶段,可生成C18O2,一段时间后空气中能检测到C18O2,C18O2参与光合作用暗反应合成(CO),B项正确;实线表示CO2吸收速率,为净光合速率,虚线为CO2产生速率,表示呼吸速率,30 ℃时,该植物固定CO2的速率为8+2=10[mmol/(cm2·h)],C项正确;40 ℃条件下,净光合速率和呼吸速率相等,若白天和黑夜时间相等,则有机物不会积累,植物不能正常生长,D项错误。
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考点二　光合速率、呼吸速率的测定及相互关系
5.(2024·广东中山市调研)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下照光培养。从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变。在上述整个时间段内,玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是(　　)
A.降低至一定水平时再升高
B.持续保持相对稳定状态
C.降低至一定水平时保持不变
D.升高至一定水平时保持相对稳定
C
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解析 密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行呼吸作用,植物净光合速率=总光合速率-呼吸速率,净光合速率只要大于0,则光合作用消耗的CO2量就大于呼吸作用释放的CO2量。根据题意,从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变,说明密闭容器内的CO2浓度从照光开始就下降,当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时,密闭容器内的CO2浓度停止下降,然后净光合速率为0,保持不变,密闭容器内的CO2浓度也保持不变,C项符合题意。
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6. A、B两种植物在不同温度下(其他条件适宜)光合速率(CO2固定量)和呼吸速率(黑暗条件下CO2释放量)如图所示。下列说法正确的是(　　)
注:光合速率和呼吸速率以与30 ℃时的数据比较所得的百分比表示。
A.温度由40 ℃升至45 ℃,植物B叶绿体中ATP的合成速率增大
B.环境温度由57 ℃降至30 ℃,植物B总光合速率将升高
C.若植物A长期处于45 ℃环境中,有机物积累量比30 ℃条件下低
D.植物A光合作用比呼吸作用对高温更敏感,可能光合作用相关酶的最适温度更低
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解析 CO2固定量表示总光合速率,温度由40 ℃升至45 ℃,植物B总光合速率下降,故其叶绿体中ATP的合成速率下降,A项错误;57 ℃时,植物B的总光合速率为0,推测由于温度过高,光合作用相关酶的活性已丧失,故环境温度由57 ℃降至30 ℃,植物B总光合速率仍为0,B项错误;45 ℃时,植物A的总光合速率和呼吸速率均为30 ℃时的100%,故其45 ℃时的有机物积累量与30 ℃时相等,C项错误;大于55 ℃时,植物A的呼吸速率下降,大于50 ℃时,植物A的总光合速率下降,故其光合作用比呼吸作用对高温更敏感,可能光合作用相关酶的最适温度更低,D项正确。
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7.(2024·福建厦门双十学校质检)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是(　　)
A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低
B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合
C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的
D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
B
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解析 遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光处理后C3含量会比照光处理后的C3含量高,A项错误;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
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8.(2025·辽宁大连模拟)某兴趣小组以“红颜”草莓品种作为材料,用遮光度40%、60%、80%的遮阳网分别在草莓的幼苗期进行遮阴处理,探究不同遮阴处理对草莓苗温度、光合速率的影响。上午和下午分别从9:00和13:00开始测量,测量时长为1 h,结果如图所示。下列叙述错误的是(　　)
图1
图2
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A.图1中覆盖遮阳网组的温度均低于对照组的,其中遮光度为40%组的温度最低
B.影响上午测量时段草莓光合速率的主要因素为光照强度
C.下午测量时段,对照组草莓苗可能发生了气孔开放度减小的现象
D.与上午相比,遮光度为80%和60%的处理组在下午测量时段光合速率都有所降低
答案 D　
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解析 由图1可知,覆盖遮阳网组的温度均低于对照组的,其中遮光度为40%组的温度最低,A项正确;上午时段草莓光合速率的主要影响因素为光照强度,B项正确;下午测量时段,对照组草莓苗光合速率最低,可能发生了气孔开放度减小的现象,C项正确;由题图可知,与上午相比,遮光度为80%和60%的处理组在下午测量时段光合速率都有所升高,D项错误。
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关键能力提升练
9.为测定某植物的光合速率,某同学将该植物放入如图甲所示装置中,在光合作用最适温度下进行培养,然后测量不同时段密闭的透明玻璃罩内植物的O2释放速率,结果如图乙所示。下列说法不正确的是(　　)
甲
乙
A.若完全培养液中缺少镁元素,t1~t2时间段会延长
B.在t5时适当升高温度,植株光合速率将会进一步加快
C.在t4时向玻璃钟罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率
D.在t3~t4阶段,O2释放速率降低的主要原因是玻璃钟罩内CO2含量下降
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答案 B　
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解析 镁是合成叶绿素的必需元素,所以用仅缺镁的培养液培养该植物一段时间后,叶肉细胞内叶绿素的合成减少,导致光合速率降低,则t1~t2时间段会延长,A项正确;该实验是在光合作用的最适温度下进行的,因此t5时适当升高温度,植株光合速率将会下降,B项错误;在t4时向玻璃钟罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率,说明在t3~t4阶段,O2释放速率降低的主要原因是玻璃钟罩内CO2含量下降,C、D两项正确。
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10.(2024·湖北武汉模拟)研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查,结果如下图所示,SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是(　　)
A.E点时密闭大棚中CO2浓度最高,O2浓度最低
B.C点过后光照降低,短时间内叶绿体中C3含量升高
C.B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D.一昼夜后,黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm-SM-SN
A
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解析 B点之前经过一晚上的呼吸作用释放CO2,且6时前光合作用小于呼吸作用,因此大棚中的CO2浓度在B点达到最大,此后由于光合作用大于呼吸作用,CO2浓度开始下降,同时由于晚上消耗氧气,此时氧气浓度最低,即B点时大棚中CO2浓度最高,O2浓度最低,A项错误;C点过后光照降低,光反应产生的ATP和NADPH减少,C3还原速率减慢,C3消耗减少,而短时间内C3合成速率不变,因此短时间内叶绿体中C3含量升高,B项正确;图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量,即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率,C项正确;图中SM、SN分别表示0~6时、18~24时呼吸作用消耗的有机物量,Sm表示6~18时光合作用积累的有机物量,因此,经过一昼夜后,黄瓜植株有机物的增加量应为Sm-SM-SN,D项正确。
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11.(2025·河北衡水模拟)棉花叶片的光合产物会被运到棉铃等器官贮存利用。科研人员研究了不同程度去除棉铃对叶片光合作用的影响,结果如下表所示。下列叙述错误的是(　　)
去除棉铃百分率/% 0 20 40 60 80 100
CO2固定速率相对值 28 22 20 16 14 13
叶片蔗糖干重百分率 6 9 10 11 13 14
叶片淀粉干重百分率 5 7 8 9 15 20
A.不去除棉铃组作为对照组,该组净光合速率相对值为28
B.随着去除棉铃百分率的提高,叶片光合速率逐渐降低
C.随着去除棉铃百分率的提高,叶片中的蔗糖和淀粉含量增加
D.随着去除棉铃百分率的提高,叶片光合产物输出量降低使产物积累,进而抑制光合作用
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解析 由题表可知,对照组(未去除棉铃)植株CO2固定速率的相对值为28,该值为真正光合速率相对值,而净光合速率=真正光合速率-呼吸速率,A项错误;由题表可知,随着去除棉铃百分率的提高,叶片固定CO2的能力降低,即叶片的光合速率逐渐降低,B项正确;由题表可知,随着去除棉铃百分率的提高,叶片蔗糖和淀粉的干重百分率均升高,C项正确;由题干信息可知,叶片光合产物被运到棉铃利用,故去除棉铃后,叶片光合产物输出量降低,从而导致相应产物在叶片中积累,导致CO2固定速率降低,即叶片中光合产物积累会抑制光合作用,D项正确。
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12.(2024·山东菏泽一模)图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度,装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中,在一定的光照强度和温度条件下,让空气沿箭头方向缓慢流动,并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度,将对称叶片的一部分(C)遮光处理,另一部分(D)不做处理,且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后,在C、D的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重为MC和MD。下列说法错误的是(　　)
图1
图2
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A.图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物
B.图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓度
C.图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD
D.图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD-MC
答案 C　
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解析 由图1可知,A处代表原始CO2浓度,B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度,可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物,A项正确;B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度,可以通过控制光照强度来调节植物的呼吸作用强度与光合作用强度,进而调控B处气体CO2浓度,B项正确;假设C、D的对应部位截取同等面积的叶片初始质量为M(处理前),因此M-MC表示每小时呼吸作用消耗的有机物总量,MD-M表示每小时光合作用积累的有机物总量,则图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量=(MD-M)+(M-MC)=MD-MC,C项错误,D项正确。
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13.(10分)(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响,研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE),测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。
比较项目 净光合速率/(μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量/(mg·g-1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受　　　　　　　释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为　　　　　　　　　　　　　　。
(2)与WT相比,实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的
　　 　　、　　　　 　(填科学方法)。
ATP和NADPH
核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类
减法原理
加法原理
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(3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率　　 　　　。为进一步探究该基因的功能,研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量,结果如图。
增大(或升高)　
结合图表,分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因:①
　 　　 　 　 　　　　　　;
②
　　 　　　 　　　　　　。
与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用
与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用
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解析 (1)在光合作用的暗反应阶段,1分子CO2被固定后形成2分子3-磷酸甘油酸(C3)分子,在有关酶的催化作用下,3-磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原,随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类。(2)与WT相比,实验组KO为OsNAC敲除突变体,即敲除了基因OsNAC,采用了自变量控制中的减法原理;实验组OE为OsNAC过量表达株,采用了自变量控制中的加法原理。(3)题图和题表信息显示,OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组,蔗糖含量却低于WT组和KO组,由此推测OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因有:①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用;②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用。
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14.(16分)(2024·甘肃卷)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。
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(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是　　　　　,加入少许碳酸钙可以　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是
　 　　　　 　　　　　 　。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为
　　　　　 　　　　　　。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;②__________________________________________
　　　　　 　　　 　　　。
无水乙醇　
防止研磨过程中色素被破坏
叶绿素的形成需要光照,正常光照条件下更有利于叶绿素的形成
纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求
与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量在正常光和弱光下均极低(几乎为零)
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(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是　　　　　　　　。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计。
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在
　　　　　　　　　条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的　　 　　　。
③预期结果: 　　　　　 　　　　　　。
脱落酸
含水量等适宜、弱光
气孔大小
B组气孔大小明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同
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解析 (1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂无水乙醇中。加入少许碳酸钙可以中和酸性物质,防止研磨过程中色素被破坏。(2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成,所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。(3)由题图可知,在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,说明纯合突变体的光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求,使得植株难以生长,因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。(4)由题图可知,与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量在正常光和弱光下均极低(几乎为零),说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。
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(5)由题意可知,白色种子未完全成熟即可在母体上即可萌发,而脱落酸有抑制种子萌发的作用,所以白色种子是脱落酸缺陷体。题目后续对照需要利用到干旱条件,所以在前期培养过程中,水分条件要适宜,而且野生型和纯合突变体种子不能产生过大的差异,所以前期培养需要在弱光条件下进行。脱落酸会影响气孔的开闭程度,所以观测指标可以是气孔的大小。B组在干旱条件下,脱落酸含量大于A组,气孔大小小于A组。C组、D组是脱落酸缺陷株,气孔大小不受干旱条件的影响,那么C组和D组的气孔基本相同。

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