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2026 河南 · 第17题

2026 河南必修1-第5章 细胞的能量供应和利用光合作用影响因素●●●○○

题干

质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻(H-OE)的产量显著高于野生型水稻(WT)。为探究H-OE增产的机制,研究人员在光饱和点时测定两种水稻的相关指标,结果如下表所示。 注:气孔导度反映气孔开放的程度。 回答下列问题: (1)光合作用强度是指________,直接关系到农作物产量。除CO2供应量和无机营养之外,影响光合作用强度的环境因素还有________(答出两点即可)。 (2)与WT相比,H-OE的气孔导度提高约105%,净光合速率仅提高约34%,此时还制约CO2供应量的环境因素为________。质膜H+-ATP酶通过________(填运输方式)将H+泵至膜外,建立H+梯度,促进吸收。 (3)从物质代谢和能量供应两个角度分析,吸收更多的氮元素在提高H-OE光合作用强度中的作用为________(每个角度各答出一点),无机碳被固定也能提高H-OE对氮元素的吸收速率,原因是________(每个角度各答出一点)。

答案

(1) (2) ①. 温度 ②. 主动运输 (3) ①. 物质代谢:氮是叶绿素(或光合作用相关酶)的组成元素,更多氮可合成更多叶绿素/光合酶,提升光反应/暗反应速率;能量供应:氮参与呼吸酶合成,增强细胞呼吸,产生更多ATP为光合作用供能 ②. 无机碳固定生成的有机物可为氮素转运载体合成提供原料,增加载体数量;光合产物促进呼吸作用产生更多ATP,为根系主动吸收氮元素提供更多能量

解析

光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类(产生O2、固定CO2)的数量。影响光合作用强度的环境因素除CO2供应量、无机营养外,常见的还有光照强度、温度、水分等。 已知实验是在光饱和点测定的,光照强度已经不再是限制因素。 H-OE气孔导度大幅提升(气孔开放程度大,外界CO2进入叶肉的通道更通畅),但净光合速率提升幅度远小于气孔导度增幅,说明此时气孔对CO2供应的限制已大幅减弱,制约CO2供应量的主要环境因素是温度:温度会影响光合暗反应相关酶的活性,进而限制叶肉细胞对CO2的固定利用,相当于从反应端制约了CO2的消耗与利用效率。质膜H⁺-ATP酶将H⁺泵至膜外时,需要载体蛋白协助并消耗ATP 逆浓度梯度运输,该过程属于主动运输,以此建立的H⁺梯度可促进NH4⁺的吸收。 从物质代谢角度看,氮元素是叶绿素、光合酶、ATP、NADPH等关键物质的组成成分,吸收更多氮元素可促进叶绿素和光合酶的合成,提升对光能的捕获与暗反应的催化效率;从能量供应角度看,氮参与呼吸酶等物质的合成,能增强细胞呼吸强度,为光合作用提供更多ATP,吸收更多的氮元素也能为光合作用提供更多的NADPH。无机碳被固定生成的有机物,可为氮素转运载体蛋白的合成提供碳骨架,增加载体数量,同时也能促进细胞呼吸,为根系主动吸收氮元素提供更多能量,从而提高H-OE 对氮元素的吸收速率。