2024届高三生物一轮复习：光合作用-常考模型 学案

高三生物一轮复习学案 光合作用 第6课时—光合作用模型 学习目标：了解光合作用常考模型，能够识别相关图像解答问题。 【模型一】光系统及电子传递链 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。 (1)图中膜结构为 。水的裂解发生在光系统 ，产生O2和H＋和自由电子(e－)。 (2)电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。　电子的最初供体是 ，最终受体是 。 (3)类囊体内的高浓度质子(H＋)从类囊体腔流出是（顺浓度/逆浓度），运输方式是 ，为 提供了能量。 【模型二】化学渗透假说模型 1961年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。 1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。 贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 【模型三】C4植物、CAM植物 不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。以下2种类型是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。 【C4植物】 【解读】　①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2固定发生在叶肉细胞的 和维管束鞘细胞的 中。（发生在不同细胞！） ②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为：CO2→ →(CH2O)。 ③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能。故C4植物比C3植物适应干旱能力更 。 【景天科植物】 【解读】 ①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于炎热干旱地区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，贮存于 中；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径。由图可知，固定CO2的物质是 。 ②从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是 的结果。但夜晚，该类植物（能/不能）合成葡萄糖，原因是 . ③如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ④分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应,该途径有什么意义？ 【模型四】光呼吸与光抑制 【光呼吸】现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： 【解读】　 ①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ②光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 ③高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 拓展：比较光呼吸和细胞呼吸（主要是有氧呼吸） 比较项目 光呼吸 细胞呼吸(有氧呼吸) 底物 糖、脂肪、蛋白质 发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 反应条件 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗ATP和NADPH) 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 【光抑制】植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 (1)光抑制机理：光合系统的破坏，PS Ⅱ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 (2)光抑制的主要防御机制 ①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。 【巩固练习】 1. (多选)(2023·河北保定高三模拟)下图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析正确的是 A.图中过程产生了O2、ATP和NADPH等 B.H＋可由叶绿体基质进入类囊体腔，该过程属于主动运输，但消耗的能量不是由ATP提供的 C.通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同 D.据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜 2. 冰叶日中花在受到周期性干旱、高温等逆境胁迫时,其光合作用能够从C3途径(卡尔文循环)转变为CAM途径(图甲所示),从而大大降低蒸腾作用,这类抗性被称为胁迫避免。 (1)冰叶日中花卡尔文循环发生的场所是　　　　　　　,包括CO2固定和　　　　　两个阶段,　　　　　　　为该循环提供能量。  (2)冰叶日中花在适宜条件下,白天气孔处于　　　　状态,CO2与　　　　结合进入　　　　(填“C3途径”或“CAM途径”);在逆境胁迫下,白天光合作用所需的CO2来自　　　　　　　　　　　　　　。冰叶日中花的胁迫避免是　　　　　的结果。  (3)玉米、甘蔗等植物光合作用的C4途径,与CAM途径相比,其在固定CO2的时间和场所的差异是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  2 学科网（北京）股份有限公司 $$