草原植物在长期过度放牧下表现为植株变矮、叶片变短等矮化现象。为探究这种矮化现象的原因,研究人员随机采集了围封禁牧区来源羊草(NG)和过度放牧区来源羊草(GZ)的根茎若干进行实验室培养,一段时间后发现过度放牧区来源羊草无性繁殖后代植株依旧存在矮化现象。研究人员进一步测定了两种羊草后代的净光合速率和气孔导度(即气孔开放程度)。
(1)据图可知:过度放牧区来源羊草净光合速率要_________围封禁牧区来源羊草。其主要原因是:过度禁牧区来源羊草植株叶片的气孔导度下降,导致_________,进而导致_________反应速率下降。
(2)要确定影响净光合速率的因素,还应测定两种羊草的叶片叶绿素含量,提取叶绿素所用的溶剂是_________,为了防止提取过程中叶绿素被破坏,还应加入_________。
(3)研究人员还测量了两种羊草地上、地下生物量(有机物量)的分配比,得到的结果如下图所示。
据图可知:过度放牧区来源羊草_________显著高于围封禁牧区来源羊草,植物这种生存策略的意义是__________________。
(4)根据上述研究,请你提出一条合理利用草原牧草资源的措施______________。
(5)牛羊在草原生态系统的营养结构中属于第_________营养级,请写出能量流经该营养级时发生的主要变化_________。
低于 CO2的吸收量下降 暗(碳)反应 无水乙醇 碳酸钙 地下生物量占总生物量的比值 在过度放牧区,牲畜对植物地上部分进行大量消耗。此时,植物将更多的同化产物分配给地下部分,可以为放牧过后植物的再生长提供物质和能量的储备 划区域管理;定适宜的载畜量;行轮牧制度 二 能量变化:牛羊啃食羊草后,一部分羊草中的能量以粪便形式被分解者通过呼吸作用利用,其余的被牛羊同化。牛羊同化的能量,一部分被呼吸作用以热量形式散失;一部分用于自身生长发育和繁殖等,后来被下一营养级摄入;还有一部分遗体残骸被分解者通过呼吸作用利用。
或以流程图形式表示:
【分析】
生态系统的成分包含生物成分(生产者、消费者、分解者)和非生物成分(气候、能源、无机物、有机物)。能量流动是指生态系统中能量的输入(通过植物的光合作用把光能转化成化学能)、传递(流入下一营养级,流入分解者)和散失(各生物的呼吸作用散失)的过程。下一营养级的能量来源于上一营养级,各营养级的能量有三个去向:①该生物呼吸作用散失;②流入下一营养级;③流入分解者。
【详解】
(1)据图可知:过度放牧区来源羊草(GZ)净光合速率要低于围封禁牧区来源羊草(NG)。其主要原因是:过度禁牧区来源羊草植株叶片的气孔导度下降,导致CO2的吸收量下降(气孔是CO2的通道),进而导致暗(碳)反应反应速率下降(CO2是碳反应的原料之一)。
(2)叶绿素是脂溶性分子,能溶于无水乙醇,可以用于叶绿素的提取。碳酸钙可以保护叶绿素不被细胞中的有机酸破坏,因此提取过程中应加入碳酸钙来保护叶绿素。
(3)据图可知:过度放牧区来源羊草(GZ)地下生物量占总生物量的比值显著高于围封禁牧区来源羊草(NG)。植物这种生存策略的意义是在过度放牧区,牲畜对植物地上部分进行大量消耗。此时,植物将更多的同化产物分配给地下部分,可以为放牧过后植物的再生长提供物质和能量的储备。
(4)根据上述研究,划区域管理;定适宜的载畜量;行轮牧制度等可以合理利用草原牧草资源。
(5)牛羊吃草,在草原生态系统的营养结构中属于第二营养级。能量流经该营养级时发生的主要变化为:牛羊啃食羊草后,一部分羊草中的能量以粪便形式被分解者通过呼吸作用利用,其余的被牛羊同化。牛羊同化的能量,一部分被呼吸作用以热量形式散失;一部分用于自身生长发育和繁殖等,后来被下一营养级摄入;还有一部分遗体残骸被分解者通过呼吸作用利用。
【点睛】
本题以图形信息的形式考查学生对过度放牧对净光合速率的影响以及防治措施,考查学生对图形信息的处理以及知识的应用能力。
光合作用过程:
1、光合作用的概念:
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2、光合作用图解:
3、光合作用的总反应式及各元素去向
(1)光合作用过程图:
氮能够提高光合作用的效率的原因是:氮是许多种酶的组成成分光合作用的场所:光合作用第一个阶段中的化学反应,必须有光才能进行。在类囊体的薄膜上进行;光合作用的第二个阶段中的化学反应,有没有光都可以进行。在叶绿体基质中进行。
(2)玉米是C4植物,其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体,能够进行光合作用的暗反应。C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。
①四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合,提高强光、高温下的光合速率,在干旱时可以部分地收缩气孔孔径,减少蒸腾失水,而光合速率降低的程度就相对较小,从而提高了水分在四碳植物中的利用率。
②二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长。C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中;而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内,维管束鞘细胞不含叶绿体。
(3)影响光合作用强度的条件:温度、CO2浓度、光照强度、叶片面积等。
(4)光合细菌:利用光能和二氧化碳维持自养生活的有色细菌。光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物,是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称,是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌,是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处,主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。
项目 | 光反应(准备阶段) | 暗反应(完成阶段) |
场所 | 叶绿体的类囊体薄膜上 | 叶绿体的基质中 |
条件 | 光、色素、酶、水、ADP、 Pi |
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5 |
物质变化 | ||
能量的变化 | 光能转变成ATP中活跃的化学能 | ATP中活跃的化学能转变成(CH2O)中稳定的化学能 |
相互联系 | 光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量;暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料 |
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