专题1 第1讲 光合作用和细胞呼吸的原理 （课件）-【步步高】2024年新高考生物考前三个月（鲁湘辽吉）

专题一　光合作用和细胞呼吸 第1讲 光合作用和细胞呼吸的原理 内容索引 光合作用过程的考查热点 细胞呼吸的过程及其意义的考查热点 光合作用和细胞呼吸的联系 预测演练 考点1 考点2 考点3 1.(2023·济南高三摸底)光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。如图1表示光反应机制，其中PSⅠ和PSⅡ表示光系统Ⅰ和光系统Ⅱ； 典例示范 考点1　光合作用过程的考查热点 PART ONE 如图2表示卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化为蔗糖和淀粉的过程。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1 的反向交换原则。请回答下列问题： (1)类囊体膜的主要组成成分有_____ _________，膜上吸收光能的色素有___________________。 (2)少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－ 的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为________；电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给________ (电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在________ _______中。 脂质 和蛋白质 叶绿素和类胡萝卜素 氧和H＋ NADP＋ NADPH 和ATP (3)(多选)图1中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有_______(填字母)。 a.水的分解产生 b.由膜外运进膜内 c.合成NADPH消耗H＋ d.ATP合成酶运输H＋ (4)膜内高浓度的H＋的作用是_____________________________________ ___________________。 abc H＋从高浓度向低浓度的转运过程可以为 ATP的合成提供能量 (5)在叶绿体中，在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和____。C3转变为丙糖磷酸需要光反应阶段提供______________，白天淀粉的合成与蔗糖的合成都需要丙糖磷酸。由图2可知，当细胞质基质中的Pi浓度降低时，会________ C5 NADPH和ATP 限制 _______丙糖磷酸从叶绿体中运出，从而______淀粉在叶绿体内的合成，说明叶肉细胞内淀粉合成和蔗糖合成呈____相关。 (抑制) 促进 负 (6)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体_________。 吸水涨破 光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ：进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)； 光系统Ⅰ：主要介导NADPH的产生。 (2)电子的供体和受体：电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋。 应用提炼 (3)电子传递过程：电子是由高电势传到低电势的，因此，电子传递过程中释放能量，细胞色素复合物利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧由H＋和NADP＋形成NADPH的过程，对建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。NADPH中储存一部分吸收转化的光能。 (4)合成ATP：类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出释放的能量来合成ATP。 1.(2023·张家口高三调研)植物通过将某种化学物质释放到环境中对其他植物造成影响，该过程被称为植物化感作用。可利用水生植物对藻类的化感抑制作用治理水华。水生植物化感抑藻的机制之一是抑制藻类的光合作用，图为光反应过程示意图，回答下列问题： 对点精练 (1)光系统Ⅱ中，光使叶绿素中的一个电子由低能状态激发到高能状态，这个高能电子随后丢失能量而进入光系统Ⅰ，这时一部分丢失的能量便转化为______中的能量。光系统Ⅱ中丢失的电子由______中的电子补充；光系统Ⅰ中也有高能电子，其作用是形成_________。 ATP H2O NADPH (2)图示反应发生的场所是________________。化感物质能阻断电子传递过程，电子不能正常传递给_________，从而降低了光合作用的效率。叶绿体中的光合色素的作用是______________________。 类囊体(的)薄膜 NADP＋ 吸收、传递、转化光能 (3)为进一步探究化感物质是否通过降低藻类细胞中叶绿素的含量而降低光合作用的水平，科学家利用蛋白核小球藻(水华常见种，为单细胞绿藻)、肉桂酸(水生植物产生的一种化感物质)设计以下实验： ①取蛋白核小球藻均分为两组。A组藻类置于完全培养液中培养，作为对照组；B组藻类___________________________________________，作为实验组。 ②相同且适宜的环境条件下培养相同时间，分别提取两组藻类的光合色素，提取色素时需要加入________________________等。 ③测定两组提取液在_____光下的吸光值，计算、比较两组藻类细胞中叶绿素的含量。 置于等量的含适量肉桂酸的完全培养液中培养 无水乙醇、CaCO3、SiO2 红 (4)通过水生植物的化感作用抑制藻类生长属于______防治。除通过化感作用抑制藻类外，水生植物还可以通过__________________等途径抑制藻类的生长。 生物 竞争无机盐和阳光 2.(2020·江苏，27节选)大豆与根瘤菌是互利共生关系，如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题： (1)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在____________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于____________。 叶绿体基质 细胞质基质 CO2的固定发生在暗反应过程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶应存在于暗反应的场所——叶绿体基质中。PGA还原成TP运出叶绿体后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。 (2)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白质时，通过脱水缩合形成____键。 (3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自______；根瘤中合成ATP的能量主要源于______的分解。 肽 光能 糖类 叶绿体中光反应合成ATP的能量来自光能。根瘤中合成ATP的能量主要来源于细胞呼吸中糖类的分解。 (4)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是___________________________________________ ______________。 非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压 的影响相对小) 与葡萄糖相比，蔗糖为二糖，对渗透压的影响相对较小，而且为非还原糖，性质较稳定，所以蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物。 考点2　细胞呼吸的过程及其意义的考查热点 2.(2022·江苏，15改编)有氧呼吸第三阶段是由一系列的氢和电子的载体按一定的顺序排列组成的连续反应体系(如图1)，图2为生物体内部分物质与能量代谢关系示意图。据图回答下列问题： 典例示范 PART TWO (1)图1中NADH______(填“是”或“不是”)唯一电子供体，释放的电子最终被_____接受生成______，ATP合成酶位于____________，其功能是___________________。 不是 O2 H2O 线粒体内膜 转运质子并合成ATP (2)(多选)请据图2判断下列说法正确的是______。 A.三羧酸循环是代谢网络的中心， 可产生大量的[H]和CO2并消耗O2 B.生物通过代谢中间物，将物质的 分解代谢与合成代谢相互联系 C.乙酰CoA在代谢途径中具有重要 地位 D.物质氧化时释放的能量都储存于 ATP BC 三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2，但不消耗O2，呼吸链会消耗O2，A错误； 物质氧化时释放的能量一部分储存于ATP中，大部分以热能的形式散失，D错误。 应用提炼 1.细胞(有氧)呼吸过程中物质的转化 (1)第一阶段(细胞质基质) (2)第二阶段(线粒体基质) (3)第三阶段(线粒体内膜) 2.细胞(有氧)呼吸过程中能量的转化 (1)细胞质基质中的一种小分子物质——NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ)，能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的H＋和e－结合，形成 NADH。 (2)NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H＋和高能电子(e－)，高能电子(e－)通过呼吸链传递。 (3)复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用：通过电子传递链将H＋定向转运至膜间隙，导致线粒体膜间隙中H＋浓度升高，线粒体基质中H＋浓度降低，质子流再通过ATP合成酶进入线粒体基质，驱动ATP合成。 3.ATP产生机制 在线粒体内膜、叶绿体类囊体F薄膜上，均通过ATP合成酶在质子顺浓度梯度的推动下实现ATP的合成。 4.细胞呼吸的生物学意义 (1)提供了生物体生命活动所需的大部分能量。 (2)是生物体物质代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢都通过细胞呼吸过程相互联系。 3.如图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸相关物质代谢过程，请回答以下问题： (1)酵母菌细胞内丙酮酸在_______ ___________________(填场所)被消耗。 基质和线粒体基质 细胞质 对点精练 丙酮酸是酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段的产物，若是进行有氧呼吸，丙酮酸在线粒体基质被消耗，若是进行无氧呼吸，丙酮酸在细胞质基质被消耗。 (2)酵母菌在O2充足时几乎不产生酒精，有人认为是因为O2的存在会抑制图1中酶1的活性而导致无酒精产生，为验证该假说，实验小组将酵母菌破碎后高速离心，取_______(填“含线粒体的沉淀物”或“上清液”)均分为甲、乙两组，向甲、乙两支试管加入等量的葡萄糖溶液， 上清液 立即再向甲试管中通入O2，一段时间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的____________________进行检测。 酸性的重铬酸钾溶液 由题图可知，酶1催化丙酮酸分解为酒精和二氧化碳，说明酶1位于细胞质基质，所以酵母菌破碎后高速离心，取上清液(主要成分是细胞质基质，含有酶1)分为甲、乙两组，一段时间后向两支试管加入等量葡萄糖，向甲试管通入O2，所以甲是实验组，乙是对照组。一段时 间后，分别向甲、乙两试管中加入等量的酸性的重铬酸钾溶液进行检测。若甲试管由橙色变灰绿色即是产生了酒精，说明O2对酶1没有抑制作用，如果甲试管不变色，说明O2对酶1有抑制作用。 粒体内积累，苹果酸的转运会被抑制，且细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。请结合以上信息解释O2会抑制酵母菌产生酒精的原因：_____________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)按照上述实验过程，观察到___________ ___________，说明(2)中假说不成立，实验小组查阅资料发现，细胞质基质中的NADH还存在如图2所示的转运过程，NADH在线 甲、乙试管 都显灰绿色 O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精 按照上述实验过程，观察到甲、乙试管都显灰绿色，说明两支试管都产生了酒精，说明(2)中假说不成立。O2会抑制酵母菌产生酒精的原因可能是： O2充足时，线粒体内的NADH与O2结合产生水，从而促进线粒体内苹果酸的分解，进而促进苹果酸向线粒体的转运过程，当细胞质基质中的苹果酸浓度较低时，促进了细胞质中NADH的消耗，使得细胞质基质中NADH含量很少，NADH的缺少导致丙酮酸不能转化成酒精。 (4)高产产酒酵母酒精产量更高，甚至在有氧条件下也能产酒。结合图1和图2分析，高产产酒酵母是利用野生酵母，通过物理或化学诱变因素诱导控制合成______(填“酶1”“酶2”或“酶3”)的基因发生突变而产生的新品种。 酶3 结合图1和图2分析，O2存在时，酶3催化有氧呼吸第三阶段，如果通过物理或化学诱变因素诱导控制合成酶3的基因发生突变，O2不能与线粒体NADH反应，NADH积累，苹果酸的转运会被抑制，细胞质基质中NADH积累，在有氧条件下也能产生酒精。 4.(2023·怀化高三质检)科学家研究发现细胞内脂肪的合成与有氧呼吸过程有关，机理如图1所示。请回答下列有关问题： (1)据图1可知，Ca2＋进入细胞器腔内的方式是__________。Ca2＋在线粒体中参与调控有氧呼吸第_____阶段反应，进而影响脂肪合成，在该阶段，除了图中所示的反应物外，还有_____也参与了反应。脂肪在脂肪细胞中以大小不一的脂滴存在，据此推测包裹脂肪的脂滴膜最可能由_____(填“单”或“双”)层磷脂分子构成，____________可将细胞内的脂滴染成橘黄色。 主动运输 二 水 单 苏丹Ⅲ染液 (2)棕色脂肪组织细胞内含有大量线粒体，其线粒体内膜含有UCP2蛋白，如图2所示。一般情况下，H＋通过F0F1ATP合成酶进入线粒体基质，驱动ADP形成ATP，当棕色脂肪细胞被激活时，H＋还可通过UCP2蛋白进入线粒体基质，此时线粒体内膜上ATP的合成速率将________，有氧呼吸释放的能量中________所占比例明显增大，利于御寒。 降低 热能 (3)研究发现，蛋白S基因突变体果蝇的脂肪合成显著少于野生型果蝇。为探究其原因，科研人员分别用13C标记的葡萄糖饲喂野生型果蝇和蛋白S基因突变体果蝇，一段时间后检测其体内13C－丙酮酸和13C－柠檬酸的量，结果如图3。结合图1推测，蛋白S基因突变体果蝇的脂肪合成减少的原因可能是________________________________________________________________________。 Ca2＋吸收减少，导致丙酮酸生成柠檬酸过程受阻，柠檬酸减少，脂肪合成减少 由题图3曲线可知，与野生型果蝇相比，突变体果蝇体内13C－丙酮酸相对值增加，13C－柠檬酸相对值减少，结合图1分析可知，蛋白S基因突变体果蝇的脂肪合成减少的原因可能是Ca2＋吸收减少，导致丙酮酸生成柠檬酸受阻，柠檬酸减少，使脂肪合成减少。 考点3　光合作用和细胞呼吸的联系 3.(2021·江苏，20改编) 线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题： 典例示范 PART THREE (1)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生成_____；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了_____个CO2分子。 C5 12 (2)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为________后进入线粒体，继而在线粒体的______(填场所)中彻底氧化分解成CO2。 丙酮酸 基质 (3)线粒体产生的ATP被叶绿体利用时，可参与的代谢过程包括________ (填序号)。 ①CO2的固定　②内外物质运输　③H2O裂解释放O2　④酶的合成 ②④ (4)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。“草酰乙酸/苹果酸穿梭”可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。 NADPH ATP (5)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率(单位为μmol O2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成表格： 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①____________________________________ 在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 实验步骤的目的 简要操作过程 ②________________________ 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③____________________________ ______ 称重叶片，加乙醇研磨，定容， 离心，取上清液测定 减少叶片差异造成的误差 叶绿素定量测定(或测定叶绿素 含量) 1.光合作用和细胞呼吸的物质和能量转换 应用提炼 2.光合作用和细胞呼吸过程中元素去向分析 5.(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。 对点精练 (1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为__________________。 模块1和模块2 五碳化合物(或C5) (2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将_______(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是________________________________________。 减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间 内C3的还原正常进行，消耗量不变，短时间内C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。 (3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量______(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_______________ _______________________________________________。 高于 人工光合作用系 统没有细胞呼吸消耗糖类(或植物细胞呼吸消耗糖类) 植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去细胞呼吸消耗的有机物量。该人工光合作用系统 中只有有机物的制造，没有细胞呼吸的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。 (4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是____________ _____________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 叶片气孔开 放程度降低，CO2的吸收量减少 干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。 6.如图表示某植物光合作用与细胞呼吸的过程，图中序号表示代谢过程。回答下列问题： (1)图中若W物质具有吸收光能的作用，则W物质表示__________。 光合色素 (2)有氧条件下，过程③④发生的场所分别为________________________，这两个过程________(填“消耗”或“不消耗”)氧气。 (3)若在第36 h时给植物浇灌H218O，发现叶肉细胞中出现了(CH218O)，分析其最可能的转化途径是______________________________________________ _______________________________________________________。 细胞质基质和线粒体基质 不消耗 H218O参与有氧呼吸(第二阶段)生成二氧化碳(C18O2)， 二氧化碳(C18O2)再参与暗反应(光合作用)生成有机物(CH218O) 1.(2023·大连高三质检)图1所示为线粒体内膜上发生的质子转运和ATP合成过程；图2所示为光合作用光合磷酸化过程，①～⑤表示过程，⑥～⑧表示结构。据图回答下列问题： 1 2 3 4 5 PART FOUR 预测演练 (1)图1所示的过程是_____________阶段；图2所示的过程是_______阶段。 (2)①②③⑤过程都表示H＋的跨膜运输，其中属于主动运输的过程是______；参与②⑤过程的蛋白质是同一种，由CF0、CF1两部分构成，其中亲水部分应为_____，该蛋白质的作用是__________________。 有氧呼吸第三 光反应 ①③ CF1 转运H＋并合成ATP 1 2 3 4 5 (3)据图2，叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体是____，水的光解造成膜内外H＋势能差，而高能的电子沿电子传递链传递时又促进③过程，进一步加大了H＋势能差，导致这一现象的另一个原因是_______________________________________ ______________________，NADPH的作用是____________。 水 NADP＋与H＋、e－结合形成NADPH时不断 消耗叶绿体基质中的H＋ 还原和供能 1 2 3 4 5 2.(2023·吉林高三统考)淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎储存，红薯叶片合成的有机物主要运向块根储存。如图是马铃薯和红薯光合作用产物的形成及运输示意图。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 在一定浓度的CO2和30 ℃条件下(细胞呼吸最适温度为30 ℃，光合作用最适温度为25 ℃)，测定马铃薯和红薯在不同光照条件下的光合速率，结果如表。分析回答下列问题： 项目 光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(klx) 光饱和时的光照强度(klx) 光饱和时的CO2吸收量[mg/(100 cm2叶·小时)] 黑暗条件下CO2释放量[mg/(100 cm2 叶·小时)] 红薯 1 3 11 5 马铃薯 3 9 30 12 1 2 3 4 5 (1)取马铃薯新鲜叶片提取光合色素。提取时，需加入二氧化硅、无水乙醇和碳酸钙，如未加碳酸钙，提取液会偏____色。用纸层析法分离光合色素时，因四种色素随层析液在滤纸上的__________不同而出现色素带分层的现象。若用不同波 黄 扩散速度 长的光照射叶绿素a的提取液，测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率，可绘制出该色素的吸收光谱，其中在______________区明显偏暗。 红光和蓝紫光 1 2 3 4 5 (2)马铃薯下侧叶片叶肉细胞中的叶绿体可将光能转化为_____________________ _______，同时分解H2O产生O2。图中①过程发生在___________(填场所)。暗反应中首先生成的是C3，有同学猜测此化合物是CO2与某一个二碳化合物结合 生成的，但当突然__________后，发现C5的含量______，由此推知猜测是错误的。 ATP和NADPH中活跃的 化学能 叶绿体基质 停止光照 减少 1 2 3 4 5 光合作用的光反应阶段将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，同时分解H2O产生O2；暗反应进行卡尔文循环，C3与C5相互转化维持相对稳定，当突然停止光照时，ATP和NADPH的生成速率下降，C3还原转化成C5的速率降低，导致C5含量减少，由此可以证明不是二碳化合物参与循环。 1 2 3 4 5 (3)为红薯叶片提供C18O2，块根中的淀粉会含18O，请写出元素18O转移的路径________________________ ____________(用图中相关物质的名称及箭头表示)。 C18O2→C3→磷酸丙糖→ 蔗糖→淀粉 1 2 3 4 5 C18O2中的18O通过光合作用暗反应阶段的CO2的固定进入C3，然后C3被还原成磷酸丙糖，磷酸丙糖在叶绿体中被用于合成蔗糖，并运输至块根细胞，在块根细胞用于合成淀粉，所以18O转移的路径为：C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉。 1 2 3 4 5 (4)为了验证光合作用产物以蔗糖的形式运输，研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入植物，该基因表达的蔗糖酶定位在叶肉细胞的细胞壁上。结果发现转基因植物出现严重的小根、小茎现象，其原因是______ ____________________________________ 叶肉 _____________________________________________________。研究发现蔗糖可直接进入液泡，该过程为逆浓度梯度运输，与该跨膜运输过程有关的细胞器有________________。 细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致通过 韧皮部(的筛管)运输到根、茎的蔗糖减少，导致其生长缓慢 线粒体、核糖体 (5)25 ℃条件下测得红薯光补偿点会______(填“小于”“大于”或“等于”)1 klx；30 ℃条件下，当光照强度为3 klx时，红薯和马铃薯固定CO2量的差值为_____ mg/(100 cm2叶·小时)。 小于 4 项目 光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(klx) 光饱和时的光照强度(klx) 光饱和时的CO2吸收量[mg/(100 cm2叶·小时)] 黑暗条件下CO2释放量[mg/(100 cm2 叶·小时)] 红薯 1 3 11 5 马铃薯 3 9 30 12 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 由表格可知，在一定浓度的CO2和30 ℃条件下，测得红薯光补偿点为1 klx，但细胞呼吸最适温度为30 ℃，光合作用最适温度为25 ℃，从30 ℃改变至25 ℃，呼吸作用会减弱，光合作用会增强，因此光补偿点小于1 klx；30 ℃条件下，当光照强度为3 klx时，红薯(处于光饱和点)固定CO2量为11＋5＝16[mg/(100 cm2叶·小时)]，马铃薯(处于光补偿点)固定CO2量为12 mg/(100 cm2叶·小时)，两者相差16－12＝4 [mg/(100 cm2叶·小时)] 3.(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)图b表示图a中的_____________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为_________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会______(填“加快”或“减慢”)。 类囊体(薄)膜 NADPH 减慢 1 2 3 4 5 (2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。 叶绿体类型 实验项目 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 相对值 注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 1 2 3 4 5 据此分析： ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_______(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是___________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 Fecy 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时， 以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于______ _______________________________，从而提高光反应速率。 类囊 体上的色素吸收光能、转化光能 ③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ATP的合成依赖于水光解的电子传递和H＋顺浓度梯度通过类囊体(薄)膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体(薄)膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低 1 2 3 4 5 4.(2022·天津，16改编)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。 (1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于___________和__________等生理过程，为各项生命活动提供能量。 光合作用 细胞呼吸 1 2 3 4 5 (2)蓝细菌可通过D—乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D—乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌，以期提高D—乳酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH被大量用于__________作用产生ATP，无法为Ldh提供充足的NADH。 有氧呼吸 有氧呼吸第三阶段是前两个阶段产生的NADH(呼吸过程中产生的[H])与氧气结合形成水，同时释放大量能量的过程，因此蓝细菌细胞质中的NADH可被大量用于有氧呼吸第三阶段产生ATP，无法为Ldh提供充足的NADH。 1 2 3 4 5 (3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K，以补充ATP产量，使更多NADH用于生成D—乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量，结果如表。 1 2 3 4 5 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 注：数据单位为pmol/OD730。 1 2 3 4 5 由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP含量升高，且有氧呼吸第三阶段________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)，光反应中水的光解__________(被“被抑制”“被促进”或“不受影响”)。 被抑制 不受影响 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 NADH是有氧呼吸过程中的代谢产物，在有氧呼吸第三阶段被利用，NADPH是光合作用过程中的代谢产物，是水光解的产物，据表格可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP和NADH含量较高，而NADPH含量相同，说明有氧呼吸第三阶段被抑制，光反应中的水光解不受影响。 1 2 3 4 5 (4)(多选)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌L能积累更多D—乳酸，原因是______。 A.光合作用产生了更多ATP B.光合作用产生了更多NADPH C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH 1 2 3 4 5 AD 1 2 3 4 5 工程菌K存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径，能使更多NADH用于生成D—乳酸，把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L，光合作用产生了更多ATP，为各项生命活动提供能量，有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH，这样工程菌L就能利用NADH将丙酮酸还原为D—乳酸，能积累更多D—乳酸，A、D符合题意，B、C不符合题意。 5.通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”可实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移。下图表示某植物细胞中部分代谢过程，请据图回答问题： 1 2 3 4 5 (1)NADPH是光反应的产物，光反应过程中，水的光解为NADPH的合成提供_____________________，光反应过程中的能量转换是____________ __________________。 1 2 3 4 5 H＋和e－(或H＋，或氢) 光能→ATP、 NADPH中的化学能 1 2 3 4 5 水光解产生H＋和e－和O2，其中H＋和e－为NADPH的合成提供原料。光反应过程中的能量转换是光能→ATP、NADPH中的化学能。 1 2 3 4 5 (2)图中卡尔文循环和三羧酸循环进行的场所分别是__________________ _______，叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是____________ _____________________________________________________。 叶绿体基质和线粒 体基质 减少丙糖磷 酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压 卡尔文循环和三羧酸循环进行的场所分别是叶绿体基质和线粒体基质。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压。 1 2 3 4 5 (3)“苹果酸/天冬氨酸穿梭”将细胞质基质中NADH运入线粒体，在____________(场所)转化为ATP中的化学能。 1 2 3 4 5 线粒体内膜 (4)“苹果酸/天冬氨酸穿梭”途径(MAS)不仅存在于植物细胞，也广泛存在于动物细胞中，影响着细胞的能量代谢。MAS抑制剂可抑制细胞增殖，为癌症的治疗提供了新思路。下表为研究MAS抑制剂对黑色素瘤细胞增殖影响的实验步骤和操作过程，请完成表格： 1 2 3 4 5 实验步骤 简要操作过程 配制动物细胞培养液 按配方经计算、称量、溶解等步骤配制动物细胞培养液 配制不同浓度MAS抑制剂溶液 用①_______________作溶剂，配制具有一定浓度梯度的MAS抑制剂溶液 动物细胞培养液 1 2 3 4 5 实验步骤 简要操作过程 ②___________________ 将黑色素瘤细胞接种到动物细胞培养液中，在适宜条件下培养，获取处于对数生长期的细胞 对照组处理 将黑色素瘤细胞适度稀释后接种到96孔培养液中，培养24 h后观察到正常贴壁，弃去原培养液，加入新鲜培养液 黑色素瘤细胞的培养 1 2 3 4 5 实验步骤 简要操作过程 实验组处理 ③___________________________________________ ______________________________ 实验结果统计 在培养24 h、48 h和72 h后，用合适方法分别统计各组黑色素瘤细胞的增殖率 按对照组方法处理，弃去原培养液后分别加入 等量的不同浓度MAS抑制剂溶液 1 2 3 4 5 为了保持无关变量的一致，需要用动物细胞培养液作溶剂，配制具有一定浓度梯度的MAS抑制剂溶液。实验步骤：黑色素瘤细胞的培养是将黑色素瘤细胞接种到动物细胞培养液中，在适宜条件下培养，获取处于对数生长期的细胞。为了探究MAS抑制剂对黑色素瘤细胞增殖的影响，实验组的处理是按对照组方法处理，弃去原培养液后分别加入等量的不同浓度MAS抑制剂溶液。 C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋少量能量 2C3H4O3＋6H2O20[H]＋6CO2＋少量能量 24[H]＋6O212H2O＋大量能量 $$