专题三 细胞的代谢-【高效备考】备战2025年高考生物二轮复习精品课件

细胞的代谢 专 题 三 核心考点 考试频次 考题统计 ATP的结构和功能 3年7次 （2024 安徽卷）载体蛋白磷酸化 （2024甘肃卷）ATP的作用 酶的作用及特性 3年9次 （2024 广东卷）酶的实验设计 （2024河北卷）酶的作用 （2023 浙江卷 ）酶的特性 有氧呼吸和无氧呼吸的相关过程 3年17次 （2024 贵州卷）细胞呼吸过程 （2024 甘肃卷）细胞呼吸过程 （2024 广东卷）有氧呼吸和无氧呼吸 细胞呼吸的影响因素及其应用  3年5次 （2024 山东卷）种子萌发与细胞呼吸 （2024 甘肃卷）细胞呼吸的应用 绿叶中色素的提取和分离 3年7次 （2024 贵州卷）绿叶中色素的提取与分离 （2024 广东卷）绿叶中色素的提取与分离 影响光合作用的因素和应用 3年31次 （2024 天津卷）光合作用物质变化 （2024 福建卷）影响光合作用的因素 （2024 重庆卷）光合作用物质能量变化、影响光合作用的因素 考情 分析 ATP和酶命题以选择题为主，也可能在大题中以实验设计的形式考查。试题情境来源于生活或者最新研究成果的相关知识，要求考生在新情境中的迁移应用核心素养，侧重对科学思维和科学探究的考查。预计在2025年高考中，以选择题的形式进行考查。借助与生活、健康相关的问题的为依托，将相关的知识点以实验设计的方式综合考查。 光合作用和呼吸作用命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境多样，以下两种居多，一是大学教材中有氧呼吸和光合作用过程的文字或图解，二是科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验数据表或坐标曲线图，考察考生对两过程基础知识的实际和对图表数据的分析推理。 预计在2025年高考中，以非选择题的形式进行考查。借助农业生产实践相关的问题的为依托，将相关的生理过程、影响因素以实验分析的方式综合考查。 情境设计 借助马达蛋白考查了ATP的结构和功能，体现了生命观念的核心素养；借助酶的“锁钥”学说与“诱导契合”学说，考查酶的专一性，体现了科学思维的核心素养。 借助化学渗透假说考查了线粒体和叶绿体能量产生的机制，体现了科学思维的核心素养；借助人工光合系统，考查光合作用的物质合成过程，体现了科学思维和社会责任的核心素养。 备考要点 ATP的结构和利用 酶的本质及特性 酶的相关实验设计 光合作用与细胞呼吸的过程 光合作用的影响因素和点的移动问题 特殊的代谢类型 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 (1)图b中的荧光检测仪可检测上述 反应中荧光强度，从而推测微生物 含量。该仪器可用作检测微生物含 量的前提包括______。 ①细胞中储备的ATP非常多；②所有生物活细胞中都含有ATP；③不同细胞中ATP浓度差异不大；④荧光强度与ATP供应呈正相关；⑤试剂与样品混合后发荧光属于放能反应 ②③④ 为保证市民的食品安全，执法人员会使用ATP荧光检测系统对餐饮行业中餐具等用品的微生物含量进行检测。 其设计灵感来源于萤火虫尾部发 光器发光的原理。请据图回答： 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 ATP的结构 组成元素: 化学组成: C、H、O、N、P 1 分子腺苷、3分子磷酸基团 同样元素组成物质有? DNA、RNA、磷脂 中文名称： 腺苷三磷酸 ATP作用机制： ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与某种化学反应。去磷酸化过程与之相反，但两者不是可逆反应。 ATP的转化和利用 合成 途径： 场所： 光合作用、细胞呼吸 细胞质基质、线粒体、叶绿体 反应式 利用 主动运输,生物发电、发光,肌细胞收缩,物质合成,大脑思考等 ATP ADP+Pi+能量 水解酶 合成酶 拓展：几种物质的关系 A 核糖 P ~ P P ~ A 脱氧核糖 P ~ P P ~ ATP dATP G(U) 核糖 P ~ P P ~ GTP(UTP) 更换五碳糖 更换含氮碱基 A 核糖 P 脱去2个磷酸基团 腺嘌呤核糖核苷酸 （RNA的基本单位） 2Pi 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 8 拓展：图中“○”中所对应的含义 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺苷 腺苷 腺嘌呤脱氧核苷酸 tRNA中的腺嘌呤 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 9 易错警示 (1)ATP≠能量。ATP是一种高能磷酸化合物，是一种储能物质，不能将两者等同起来。 (2)生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。其供应取决于ATP与ADP之间快速转化。 (3)ATP合成往往与放能反应(如呼吸作用)相联系(合成ATP相当于合成了一种高能化合物)，ATP水解往往与吸能反应(如主动运输、物质合成、神经传导等)相联系。 (4)切不可认为ATP分解大于合成或合成大于分解，事实上，ATP与ADP转化总处于动态平衡中——耗能较多时ATP水解迅速，但其合成也迅速。　 (5)无O2存在时也能合成ATP，无氧呼吸同样可以产生ATP，为生命活动提供能量。 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 10 【典例1】下图表示 ATP的结构，相关叙述不正确的是（    ） A．细胞内 ATP的水解往往伴随着吸能反应 B．用 γ 位³²P标记的 ATP可以合成带有³²P的RNA C．动植物细胞中合成 ATP 的场所不完全相同 D．骨骼肌细胞中 ATP的含量低 B 腺嘌呤核糖核苷酸 α 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 11 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 2.能量转换过程和ATP的产生与消耗 光能 ATP NADPH 中的能量 有机 物中 的化 学能 热能(散失) ATP中的化学能 物质合成所需能量 机械能(如肌肉收缩） 电能(如神经传导、生物电) 渗透势能(如主动运输） 光能 光合作用 细胞呼吸 ATP的利用 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 3.能量转换过程和ATP的产生与消耗 转化场所 产生或消耗ATP的生理过程 细胞膜 细胞质基质 叶绿体 线粒体 核糖体 细胞核 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐 产生ATP：细胞呼吸第一阶段 产生ATP：光反应 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制等 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段 消耗ATP：自身DNA复制等 消耗ATP：蛋白质的合成 消耗ATP：DNA复制、转录等 【典例2】下列有关ATP的叙述，正确的是（ ） A．线粒体是发菜细胞产生ATP的主要场所 B．ATP分子由1个腺嘌呤核糖核苷酸和3个磷酸基团组成 C．ATP的合成与细胞放能反应相关联 D．植物细胞ATP产生的途径有光合作用、细胞呼吸和化能合成作用 C 原核生物没有没有线粒体 腺苷 硝化细菌 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 一、ATP的结构和功能 3.能量转换过程和ATP的产生与消耗 14 (2)荧光素酶活性是指__________________________，酶催化化学反应的原理是_____________________。 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 为保证市民的食品安全，执法人员会使用ATP荧光检测系统对餐饮行业中餐具等用品的微生物含量进行检测。 其设计灵感来源于萤火虫尾部发 光器发光的原理。请据图回答： (1)图a为萤火虫尾部发光器发光的 原理，据图分析可知萤火虫能够发 光是由于萤火虫腹部细胞内的 _________催化荧光素反应，从而放出光子而发出荧光，催化过程中消耗的能量由______水解直接提供。 荧光素酶 ATP 降低化学反应的活化能 酶催化特定化学反应的能力 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 1.归纳常考酶的种类及应用 【任务1】 2.酶的特性及相关探究实验 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 1.常考酶的种类及应用 二 、酶的作用及特性 核酸 聚合酶 核酸 水解酶 各种消化酶 有氧呼吸有关酶 光合作用有关酶 溶菌酶 DNA酶 RNA酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 可对应催化相关物质的水解,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等 存在于细胞质基质和线粒体中 存在于类囊体薄膜上和叶绿体基质中 破坏细菌的细胞壁，属于免疫中的第一、二道防线 可水解DNA 可水解RNA 催化单个脱氧核苷酸与DNA链之间缩聚形成磷酸二酯键，用于DNA复制 用于转录时DNA的解旋及核糖核苷酸间的连接 可用于探究遗传物质的化学本质，如艾弗里所做的实验曾用DNA 酶 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 1.常考酶的种类及应用 二 、酶的作用及特性 细胞工程工具酶 解旋酶 用于DNA复制时双链间氢键的打开 胰蛋白酶和胶原蛋白酶(动物细胞培养） 基因工程工具酶 限制酶 特异性切割DNA分子（断开磷酸二酯键） Taq DNA聚合酶 连接任意两个DNA片段不具特异性） 用于目的基因的PCR扩增(耐高温） DNA链接酶 纤维素酶和果胶醂(除去细胞壁） 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 探究内容 思路 注意问题 高效性 底物分别与无机催化剂和相应酶发生反应 需要无机催化剂作对照 专一性 同一底物不同酶或不同底物同种酶 底物为淀粉和蔗糖时不宜选用碘液 温度对酶活性的影响 底物和酶置于不同温度下反应 底物不能选过氧化氢（受热分解） PH对酶活性的影响 底物和酶置于不同PH下反应 底物不宜选用淀粉（酸催化淀粉水解） 2.与酶相关探究实验 二 、酶的作用及特性 【典例3】下列有关探究温度或pH对酶活性影响实验的叙述，错误的是（　） A．探究酶的最适温度实验中不需要设计空白对照 B．探究pH对酶活性的影响时，底物的量应保持充足 C．探究酶的最适pH时，应设置过酸、过碱、中性三组实验 D．探究酶的最适温度时，进行预实验可以为进一步实验摸索条件 C 探究酶的最适pH时，应设置过酸、过碱、最适pH三组 核心归纳 ①检验酶的最适作用条件，如温度或最佳剂量，要配制温度梯度或浓度梯度。 ②酶既可以作为催化剂，又可以作为另一个化学反应的底物。 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 2.与酶相关探究实验 二 、酶的作用及特性 20 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 3.酶的3类曲线 二 、酶的作用及特性 (1)酶的作用原理 AC段表示: BC段表示： AB段表示： 若将酶变为无机催化剂，则B在纵轴上向 移动。 上 无酶催化时反应进行所需要的活化能 有酶催化时反应进行所需要的活化能。 酶降低的活化能。 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 ①专一性 a.一定范围内加入酶A的反应速率随底物浓度的增大明显加快。 b.加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此化学反应无催化作用，进而说明酶具有专一性。 （2）酶的作用特性 ②高效性 a.催化剂可加快化学反应速率，且与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。 b.酶只能缩短达到化学平衡所需时间，不改变化学反应的平衡点。 3.酶的3类曲线 二 、酶的作用及特性 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 (3)酶促反应速率影响因素 ①底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析 a.底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增大而加快。 b.所有的酶都与底物结合后，再增大底物浓度，酶促反应速率不再加快(此时限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。 ②酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析 在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。 3.酶的3类曲线 二 、酶的作用及特性 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 3.酶的3类曲线 二 、酶的作用及特性 (3)酶促反应速率影响因素 ③温度和pH共同作用对酶活性的影响 a.反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。 b.反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。 易错警示 (1)适当增大酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加； 若适当增大反应物的浓度，则提高反应速率的同时生成物的量也增加。 (2)不同因素影响酶促反应速率的机理不同 ①温度和pH通过影响酶的活性来影响酶促反应速率。 ②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触来影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。 ③抑制剂、激活剂也影响酶的活性。 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 二 、酶的作用及特性 25 【典例1】下图表示随着温度的变化（其他条件适宜），H2O2在有酶和无酶条件下的分解速率变化曲线图。据图分析，下列叙述错误的是（ ） A．图中a曲线对应无酶条件，b曲线对应有酶条件 B．图中a、b曲线对照不能说明该酶具有高效性的特点 C．当温度低于最适温度时，酶的空间结构将被破坏 D．图中M点对应的温度下，不宜长时间保存该酶 C 温度低于最适温度时，酶的活性会下降，但其空间结构并没有遭到破坏 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 3.酶的3类曲线 二 、酶的作用及特性 26 竞争性抑制剂 （1）定义：抑制剂与底物竞争与酶的同一活性中心结合，从而干扰了酶与底物的结合，使酶的催化活性降低，这种作用就称为竞争性抑制作用。 （2）作用特点： a.竞争性抑制剂往往是酶的底物类似物或反应产物 b.抑制剂与酶的结合部位与底物与酶的结合部位相同 c.抑制剂浓度越大，则抑制作用越大；但增加底物浓度可使抑制程度减小 竞争性抑制剂 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 4.酶的抑制剂 二 、酶的作用及特性 27 非竞争性抑制剂 （1）定义：底物和抑制剂同时和酶结合，两者没有竞争作用。酶与抑制剂结合后，活性部位的空间结构改变，使之不能与底物结合，酶失去催化作用 （2）作用特点： a.抑制剂与底物结构并不相似，分别独立地与酶的不同部位相结合 b.抑制剂对酶与底物的结合无影响，故底物浓度的改变对抑制程度无影响 非竞争性抑制剂 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 4.酶的抑制剂 二 、酶的作用及特性 28 【典例2】在催化反应中，竞争性抑制剂与底物（S）结构相似，可与S竞争性结合酶（E）的活性部位；反竞争性抑制剂只能与酶—底物复合物（ES）结合，不能直接与游离酶结合。抑制剂与E或ES结合后，催化反应无法进行，产物（P）无法形成。下列说法正确的是（ ） A．酶是多聚体，其基本组成单位是氨基酸或脱氧核苷酸 B．ES→P+E所需要的活化能与S直接转化为P所需要的活化能相等 C．酶量一定的条件下，底物浓度越高，竞争性抑制剂的抑制效率越高 D．反竞争性抑制剂与酶的结合位点可能是底物诱导酶空间结构改变后造成的 D 酶的本质是蛋白质，少部分是RNA 核糖核苷酸 酶的作用机理是能降低化学反应活化能 低 低 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 4.酶的抑制剂 二 、酶的作用及特性 29 不同之处 化学本质 来源不同 作用机理不同 作用的去向不同 酶 绝大多数为蛋白质，少数为RNA 几乎所有活细胞均产生 唯一功能为降低化学反应的活化能，即催化功能 作为催化剂，在发挥作用前后数量及其化学性质不变，且可反复多次使用 激素 蛋白质、多肽、类固醇、氨基酸衍生物等 一般由内分泌细胞产生 改变靶细胞原有的生理活动，起调节作用 发挥作用后被灭活 抗体 全为蛋白质 只由浆细胞产生 与特定抗原特异性结合，一般形成沉淀等，被某些免疫细胞吞噬消化 发挥作用后被吞噬消化 神经递质 乙酰胆碱、多巴胺、NO、甘氨酸等 由神经细胞（突触前神经元）产生 与突触后膜上的特异性受体结合，引起突触后膜膜电位改变（兴奋或抑制） 被降解或被突触前神经元回收 重点一：酶和ATP在代谢中的作用 5.酶、激素、抗体与神经递质的比较 二 、酶的作用及特性 30 1.（2024·浙江·高考真题）植物细胞胞质溶胶中的、通过离子通道进入液泡，Na+、 Ca2+逆浓度梯度转运到液泡，以调节细胞渗透压。白天光合作用合成的蔗糖可富集在 液泡中，夜间这些蔗糖运到胞质溶胶。植物液泡中部分离子与蔗糖的转运机制如图所 示。下列叙述错误的是（ ） A．液泡通过主动运输方式维持膜内外的H+浓度梯度 B．Cl-、NO3+通过离子通道进入液泡不需要ATP直接 供能 C．Na+、Ca2+进入液泡需要载体蛋白协助不需要消耗 能量 D．白天液泡富集蔗糖有利于光合作用的持续进行 C 题型1 ATP的结构和利用 真题研析 Na+、Ca2+进入液泡的直接驱动力是液泡膜两侧的H+电化学梯度 31 2．（2022·浙江·高考真题）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述， 正确的是（ ） A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键 C．在水解酶的作用下不断地合成和水解 D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 D 题型1 ATP的结构和利用 真题研析 A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键 核糖 合成酶 易错提醒 ATP由1分子腺苷和3分子磷酸基团组成，腺苷包括腺嘌呤和核糖。1分子ATP还含有两个特殊化学键，三个磷酸基团。 32 3．（2024·江苏·高考真题）关于人体中肝糖原、脂肪和 胃蛋白酶，下列叙述正确的是（ ） A．三者都含有的元素是C、H、O、N B．细胞中肝糖原和脂肪都是储能物质 C．肝糖原和胃蛋白酶的基本组成单位相同 D．胃蛋白酶能将脂肪水解为甘油和脂肪酸 B 题型2 酶的本质及特性 真题研析 易错提醒 糖类的组成元素与脂肪相同，均为：C、H、O；蛋白质的组成元素为：C、H、O、N 肝糖原的基本组成单位是葡萄糖，胃蛋白酶的基本组成单位是氨基酸 酶具有专一性 4．（2024·河北·高考真题）下列关于酶的叙述，正确的是（    ） A．作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物 B．胃蛋白酶应在酸性、37℃条件下保存 C．醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上 D．从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶 D 题型2 酶的本质及特性 真题研析 低温下保存 醋酸杆菌是细菌，属于原核生物，不具有线粒体结构 过氧化氢 5．（2024·海南·高考真题）在D-甘露糖作用下，玉米细胞的线粒体结构受 损，一类蛋白酶家族被激活，这些蛋白酶可以切割细胞骨架蛋白，并使DNA 内切酶的抑制蛋白失活。下列有关叙述错误的是（ ） A．D-甘露糖会影响玉米细胞内ATP的合成 B．D-甘露糖会改变玉米细胞内各种具膜细胞器的分布 C．D-甘露糖会导致玉米细胞内的DNA被酶切成片段 D．D-甘露糖作用后，被激活的蛋白酶家族各个成员所催化的反应底物相同 D 题型2 酶的本质及特性 真题研析 酶具有专一性，所以D-甘露糖作用后，被激活的蛋白酶家族各个成员所催化的反应底物不一定相同 6．（2024·江西·高考真题）溶酶体膜稳定性下降，可导致溶酶体中酶类物 质外溢，引起机体异常，如类风湿性关节炎等。下列有关溶酶体的说法， 错误的是（ ） A．溶酶体的稳定性依赖其双层膜结构 B．溶酶体中的蛋白酶在核糖体中合成 C．从溶酶体外溢出的酶主要是水解酶 D．从溶酶体外溢后，大多数酶的活性会降低 A 题型2 酶的本质及特性 真题研析 单 7．（2024·浙江·高考真题）溶酶体内含有多种水解酶，是细胞内大分子物质水解的场所。机体休克时，相关细胞内的溶酶体膜稳定性下降，通透性增高，引发水解酶渗漏到胞质溶胶，造成细胞自溶与机体损伤。下列叙述错误的是（ ） A．溶酶体内的水解酶由核糖体合成 B．溶酶体水解产生的物质可被再利用 C．水解酶释放到胞质溶胶会全部失活 D．休克时可用药物稳定溶酶体膜 C 题型2 酶的本质及特性 真题研析 活性下降，但仍有活性，因此会造成细胞自溶与机体损伤 易错提醒 溶酶体中的水解酶本质是蛋白质，由核糖体合成，储存在溶酶体中。酶的活性受到温度、PH等因素的影响。 肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物 W1 W2 S1 S2 Ce5-Ay3-Bi-CB + +++ ++ +++ Ce5 + ++ — — Ay3-Bi-CB — — ++ +++ Ay3 — — +++ ++ Bi — — — — CB — — — — 8．（2024·广东·高考真题）现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是（　　） A．Ay3与Ce5 催化功能不同，但可能存在相互影响 B．Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关 C．该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关 D．无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关 B 题型3 酶的相关实验设计 真题研析 不论是否与Bi结合，Ay3均可以催化S1与S2，说明Bi与Ay3的催化专一性无关 注：—表示无活性，+表示有活性，+越多表示活性越强。 9．（2024·浙江·高考真题）红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶（PAL）能催化苯丙氨酸生成桂皮酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取 PAL 酶液，测定 PAL 的活性，测定过程如下表。下列叙述错误的是（    ） A．低温提取以避免PAL 失活 B．30℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗 C．④加H2O补齐反应体系体积 D．⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应 B 题型3 酶的相关实验设计 真题研析 本实验是测定酶活性的实验，所以不能在 1h 内将试管里的苯丙氨酸消耗完，否则产物量由实验开始时的底物量决定，而与酶活性无关，无法达到实验目的 易错提醒 酶活性是根据单位时间内产物的生成量来计算的 【历年考情】   (1)(2023·广东T5)具催化功能RNA的发现是对酶化学本质认识的补充。(　　) (2)(2022·浙江6月T10)稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力，是因为酶的作用具高效性。(　　) (3)(2022·湖南T3)加热能使碱性蛋白酶失活，如图所示，则加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的。(　　) √　 √　 ×　 (4)(2022·浙江1月T3)腺苷三磷酸分子在水解酶的作用下不断地合成和水解，从而成为细胞中吸能反应和放能反应的纽带。(　　) (5)(2021·北京T1)ATP必须在有氧条件下合成。(　　) ×　 ×　    马达蛋白是依赖于细胞骨架蛋白的，可以通过水解ATP将化学能转变为机械能的一类蛋白质。马达蛋白具有三个基本的特性：首先，具备细胞骨架结合蛋白的性质，这种结合特性是依赖于核苷酸的；第二，具备ATP酶的性质，可以水解ATP，它们的酶活性只有在结合相应细胞骨架时才能被激活；第三，可以将水解的化学能转变为运动的机械能。 拓展应用·情境推理 情境1：马达蛋白 下列关于马达蛋白、细胞骨架、ATP的叙述正确的是（　　） A．马达蛋白的空间结构是有规则的双螺旋结构 B．微丝、微管就是由马达蛋白组成的 C．马达蛋白水解ATP产生能量，也生成ADP和磷酸 D．马达蛋白具有专一性，但不具有高效性发挥作用 拓展应用·情境推理 典例赏析 C DNA是有规则的双螺旋结构 微丝和微管由蛋白质聚合而成的三维的纤维状网架体系 马达蛋白可以水解ATP，可以将水解的化学能转变为运动的机械能，具有高效性 “锁钥”学说认为，酶具有与底物相结合的互补结构。“诱导契合”学说认为，酶在与底物结合之前，空间结构不完全与底物互补，在底物的作用下，可诱导酶出现与底物相结合的互补空间结构，继而完成酶促反应①。为验证上述两种学说，科研人员利用枯草杆菌蛋白酶(S酶)进行研究。该酶可催化两种结构不同的底物CTH和CU水解②，且与两者结合的催化中心位置相同。科研人员进行了4组实验，绘制出反应曲线，如图所示。 情境2：酶的“锁钥”学说与“诱导契合”学说 拓展应用·情境推理 注：SCTH表示催化CTH反应后的S酶，SCU表示催化CU反应后的S酶。 (1)“诱导契合”学说在“锁钥”学说的基础上提出： 酶与底物结合时， 会发生相应改变。 (2)为更直观地呈现实验过程和结果，科研人员用字母和箭头表示反应简式(P表示反应产物)，则实验①可以表示为S酶＋CTH→SCTH＋P③。请参照实验①的写法，写出实验③的反应简式 。 (3)根据上述学说内容，对比①和②两组实验结果，出现该结果的原因可能是 ，该结果支持 学说。 (4)为进一步探究SCTH不能催化CU水解的原因是SCTH失去活性，还是出现空间结构的固化，请设计一个补充实验，写出实验思路。 (酶的)空间结构 (S酶＋CU→SCU＋P)SCU＋CTH→SCU＋P(或SCU＋CTH→SCTH＋P) 用SCTH和CTH进行反应(加入CTH)，检测反应产物的生成量。 S酶的 空间结构可以在不同底物的诱导下发生相应改变，适应与不同底物的结合 拓展应用·情境推理 典例赏析 “诱导契合” 人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。 (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____________________。 (2)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____________________________________。 模块1和模块2 五碳化合物（或：C5) 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或：植物呼吸作用消耗糖类） 图解光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系 重点二：光合作用和呼吸作用 【任务1】 （1）光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需要酶的催化。 （2）光反应停止后暗反应不会立即停止，光反应产生的ATP、NADPH可以维持一段时间。 易错警示 重点二：光合作用和呼吸作用 1.光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系 【典例1】植物的光合作用细胞依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出 CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。下图为某植物叶片在白天和夜晚的气体交换过程，其中PR、R、GP 代表不同的生理过程。下列相关叙述错误的是（　　） A．图中的PR、R过程分别代表呼吸作用、 光呼吸，叶片中有机物的积累量取决于GP、 R、PR之间的差值 B．光呼吸虽然消耗部分有机物，但是从一定 程度上能避免光抑制的发生，有利于植物生长 发育 C．植物通过调节叶片角度回避强光或进行细胞内叶绿体的避光运动均可减弱光抑制现象 D．在农业生产中，适当抑制白天光呼吸和夜间呼吸作用的进行，有利于提高农作物产量 A R代表呼吸作用 PR是光呼吸 重点二：光合作用和呼吸作用 1.光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系 48 【典例2】正常光照条件下，某植物叶片叶肉细胞进行光合作用、有氧呼吸的示意图如下（数字表示结构，小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是（    ） A．有氧呼吸发生的场所为图中2、3处 B．线粒体产生的CO2被叶绿体利用， 至少穿过5层生物膜 C．突然黑暗处理，叶绿体内C3含量 短时间内将增加 D．h=c，d=g时，该植株光合作用速率等于呼吸作用速率 C 和细胞质基质 4层 植株光合作用速率小于呼吸作用速率 重点二：光合作用和呼吸作用 1.光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系 49 (1)若将与呼吸有关的细胞质基质、线粒体与该系统相连,当提供含有18O标记的O2，一段时间后能在模块3中的糖类中检测到18O的存在，请说明理由： 1802参与有氧呼吸第三阶段，可形成H2180；H2180参与有氧呼吸第二阶段，可形成C1802;C1802参与光合作用暗反应阶段，可形成含有180的有机物 重点二：光合作用和呼吸作用 【任务1】 图解C、H、O在光合作用与细胞呼吸中的变化关系 (2)若将与呼吸有关的细胞质基质、线粒体与该系统相连,则产生 NADH的部位有(填相应场所) ___________________________,消耗 NADPH的部位有______。 模块3 细胞质基质和线粒体基质 有机物（或糖类）中稳定的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能 总结NADH、NADPH和ATP的来源和去路 总结光合作用与细胞呼吸中能量变化 (3)该过程中光能先转化为___________________________再转化为_________。 重点二：光合作用和呼吸作用 2.光合作用与细胞呼吸中的物质变化关系 重点二：光合作用和呼吸作用 细胞呼吸 第一阶段 有氧呼吸第二阶段 酒精发酵第二阶段 CO2的固定 C3的还原 C CO2 C3 (CH2O) 丙酮酸 CO2 光合作用 呼吸作用 (CH2O) C3的还原 CO2的固定 CO2 C3 H2O 光合作用 有氧呼吸第三阶段 呼吸作用 光反应 O2 H2O O 细胞呼吸 第一阶段 有氧呼吸第二阶段 酒精发酵第二阶段 丙酮酸 CO2 光合作用 呼吸作用 H2O 光反应 暗反应 有氧呼吸第一、二阶段 有氧呼吸第三阶段 H2O NADPH (CH2O) 【H】 H2O H2O 有氧呼吸 光合作用 H 3.NADH、NADPH和ATP的来源和去路 重点二：光合作用和呼吸作用 NADH ATP NADPH 来源： 去向： 有氧呼吸第一阶段(葡萄糖）、第二阶段（丙酮酸和水） 第三阶段还原02，产生H20 来源： 去向： 光反应H2O光解 用于暗反应还原C3 来源： 去向： 光反应阶段产生；有氧呼吸第一、二、三阶段 主要用于C3还原供能 用于各项生命活动(绿色植物叶绿体内耗能过程除外） 还可用手叶绿体内其他耗能过程，如叶绿体内DNA的复制过程 光 能 ATP、NADPH中的化学 有机物中的化学能 有氧 呼吸 无氧 呼吸 释放大量能量 释放少量能量 不彻底氧化产物（乳酸、酒精）中的化学能 热能散失 大量 少量 ATP中的化学能 4.光合作用与细胞呼吸中能量变化 重点二：光合作用和呼吸作用 【典例3】下图为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程。下列相关叙述正确的是（　　） A．Ⅲ在第二阶段消耗水,第三阶段产生水 B．若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体 干重将减少 C．Ⅰ过程中产生的O2参与Ⅲ的第二阶段反应 D．物质X是从叶绿体的基质移向类囊体薄膜的 有氧呼吸 A 增加 物质X是ATP，从叶绿体类囊体薄膜叶绿体移向的基质 光反应 暗反应 三 4.光合作用与细胞呼吸中能量变化 重点二：光合作用和呼吸作用 55 【典例4】下图①~⑦为某绿色植物细胞代谢的相关生理过程。下列有关叙述错误的是（    ） A．③过程产生的O2要在相邻细胞的⑥过程被利用，若不考虑O2穿过类囊体薄膜，至少需要穿过6层磷脂双分子层 B．蓝细菌也能发生类似于③④的生理过程 C．①②的进行与⑤⑥密切相关，与③⑦无直接关系 D．叶肉细胞③过程O2的产生量大于⑥中O2的吸收量，则该植株的有机物总量可能减少 C ①表示细胞渗透作用吸水， 与⑤⑥③⑦均无关 4.光合作用与细胞呼吸中能量变化 重点二：光合作用和呼吸作用 56 人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。 (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___________________________________________。 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 请分析光照减弱和CO2供应变少的情况下：C3、C5、NADPH、ATP的含量变化 【任务1】 重点二：光合作用和呼吸作用 随后C3的还原减弱 CO2的固定暂时不变 光照变弱 2C3 (CH2O) ATP、NADPH 光照、H20 光反应 CO2的固定 C3的还原 光反应减弱 C3的还原暂时不变 ATP ，NADPH C3消耗减少，合成暂时不变 C3 C3消耗不变，合成减少 1.改变条件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量变化 ↓ C5 ↓ ↓ ↓ 重点二：光合作用和呼吸作用 CO2的固定减弱 C3的还原暂时不变 CO2 供应变少 随后C3的还原减弱 光反应暂时不变 ATP ，NADPH C3合成减少，消耗暂时不变 C3 C5消耗减少，合成暂时不变 C5 (CH2O) ATP、NADPH 光照、H20 光反应 CO2的固定 C3的还原 1.改变条件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量变化 ↓ ↓ ↓ ↓ 重点二：光合作用和呼吸作用 某乡镇大力发展大头菜种植产业，成就一道致富风景。为助力乡村振兴科研小组研究了光照强度对作物甲、作物乙两品种“大头菜”光合作用的影响，结果如下图所示。 (1)根据科研小组的研究结果，应推荐菜农种植_______品种大头菜，理由是？ 甲 在相同强度的光照下，甲品种的光合作用强度大于乙品种的光合作用强度 (2)与800klx光相比，光照强度大于1400klx时增施优质有机肥能显著提高大头菜产量，主要原因是: 光照强度为800k1x时影响光合作用的 主要因素是光照强度，光照强度大于1400klx时 影响光合作用的主要因素是CO2浓度；土壤微生 物分解有机肥为大头菜进行光合作用提供更多的CO2。 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 (3)进一步研究发现，栽培人员向作物乙增施适量氮肥后，作物乙的光合速率有所提高，其原因可能是___（答出1点即可）。 某乡镇大力发展大头菜种植产业，成就一道致富风景。为助力乡村振兴科研小组研究了光照强度对作物甲、作物乙两品种“大头菜”光合作用的影响，结果如下图所示。 氮元素是叶绿素合成的重要元素，增施氮肥会增加叶绿素的含量，进而增强光合作用（或增施氨肥会增加光合作用相关酶的含量） 【任务1】 总结归纳光合作用的影响因素有哪些？影响原理分别是什么？ 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 类型 影响原理 主要表现 光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体膜造成损伤 CO2 CO2是光合作用的反应物，CO2浓度低于CO2补偿点，会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降 温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性或气孔开放程度而影响光合作用强度 叶绿体和酶的结构受到破坏，进而影响两者的功能；引起气孔关闭，影响CO2的吸收 水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害 无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg2＋)；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性 组成气孔的保卫细胞吸水膨胀，气孔张开，反之关闭 易错警示 1.光合作用的影响因素 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 【典例1】下列实例中不能提高光合作用强度的是（ ） A．定期松土，促进植物根部吸收矿质元素 B．在蔬菜大棚内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜 C．小麦和玉米的轮作增加农作物收获面积 D．播种时行和垄要整齐，，长出秧苗后才能“正其行，通其风” C 无法提高光合作用强度 1.光合作用的影响因素 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 63 【典例2】在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。以下说法不正确的是（    ） A．该植物叶片在温度a和c时的有机物积累 速率不相等 B．保持在温度d时，该植物体的干重将不变 C．据图推测光合作用相关酶的最适温度小于呼吸酶 D．与a点相比，b点时叶绿体内C3的合成速率加快 B 减少 1.光合作用的影响因素 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 64 (1)中耕松土会促进农作物对H2PO4-的吸收，一定时间内作物甲和作物乙的根细胞对H2PO4-的吸收速率与O2浓度的关系如图所示。作物甲和作物乙各自在H2PO4-吸收速率最大时，作物甲的根细胞需要 的O2浓度___________(填“大于”或“小于”) 作物乙的；O2浓度为a时，作物甲吸收H2PO4- 的速率大于作物乙吸收H2PO4-浓度的速率，推 测其原因可能是_____________。 作物甲的根细胞膜上转运H2PO4-的载体蛋白数量多于作物乙的 大于 【任务1】 分析合理施肥、中耕松土、合理密植、轮作、套种、间作在传统农业生产模式中的应用原理 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 2.传统农业生产模式及应用 合理施肥: 中耕松土: 合理密植: 轮作: 套种: 间作: 无机肥料（氮肥、钟肥)：扩大叶面积、增加叶绿素含量 有机肥料(秸秆等)被上壤微生物分解后，不仅提供矿质元素，还提供CO2，还可改善土壤结构 增加上壤透气性，有利于矿质元素的吸收 去除杂草，促使根系伸展，调节土壤水分状况 降低种内竞争强度，充分利用光能和土壤中矿质元素 强化空气流通，有利于提高CO2含量 均衡利用土壤养分；调节土壤肥力；防治病、虫、草害 充分利用空间，延长后季作物的生长期，增加了光能利用率 增加单位土地的有效光合面积，提高光能利用率，降低作物之间的竞争，提高土地资源利用率 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 2.传统农业生产模式及应用 【典例3】我国自古“以农立国”，经过悠久岁月的积累，形成了丰富的农业生产技术体系。下列有关农业生产实践的叙述中，错误的是（ ） A．“谷田必须岁易”，轮作可以减少侵害谷子的害虫和病菌大量繁殖 B．“农家两大宝，猪粪、红花草”，红花草根上的根瘤菌起到固氮肥田的效果 C．“秸秆还田”的目的是使植物能够利用秸秆中的有机物，促进植物的生长发育 D．“正其行，通其风”有利于作物充分利用二氧化碳和光能来进行生长 C 植物不能直接吸收有机物，秸秆中的有机物需要被分解者分解为无机物才能被植物利用 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 2.传统农业生产模式及应用 67 【典例4】许多农业谚语涉及生物学原理在农业生产实践中的应用。下列相关解释不合理的是（　　） A．“秋分种高山，寒露种平川”：温度对冬小麦的生长有影响 B．“农家两大宝，猪粪、红花草（豆科植物）”：红花草具有固氮肥田的作用 C．“春天粪堆密，秋后粮铺地”：粪肥中的矿质元素流向植物，促进粮食增产 D．“稀豆稠麦，收成不坏；稀麦稠豆，没啥收头”：合理密植可提高净光合产量 B 红花草根系上的根瘤菌与豆科植物形成互利共生的关系，根瘤菌有固氮作用，故能起到固氮肥田的作用 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 2.传统农业生产模式及应用 68 (1)如果图1的实验对象是离体的叶肉细胞，则图2中的甲图对应的是图1中的______，乙图对应图1中的__________________________，丙图对应图1中的______________________，丁图对应图1中的______。 光照强度 0 CO2吸收 CO2 释放 呼吸速率 呼吸速率 B 表观(净)光合速率 表总光合速率 甲 “大头菜”总光合速率与呼吸速率的关系，结果如图所示,请回答： A点 AB段(不含A、B两点) B点以后(不含B点) B点 光补偿点 A D 光饱和点 C 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 (2)如果图1的实验对象是叶片或者植株，则图1中的A点、B点、D点分别对应图2中的____图、____图和____图。 (3)如果实验对象是离体的叶绿体，则图1______ (填“能”或“不能”)表示光强度对其光合速率的影响，原因是____ __________________________________ __________________________________ ________________________________。 甲 丙 丙 不能 叶绿体不能进行细胞呼吸，因此光强度为0时其CO2吸收量应为0，光强度大于0时其CO2吸收量应大于0 光照强度 0 CO2吸收 CO2 释放 A 呼吸速率 呼吸速率 B 表总光合速率 D C 光补偿点 光饱和点 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 【任务1】 (4)若光照强度不变，与正常情况相比,环境中Mg2+减少时，图中D点将_____(填“上移”或“下移”），原因是 ？ A 呼吸速率 呼吸速率 B 表观(净)光合速率 表总光合速率 D C 条件 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓度(光照强度) 适当减小CO2浓度(光照强度) 土壤缺Mg2＋ Mg2+减少导致叶绿素合成减少，使光反应速率下降，合成的ATP和[H]减少，还原C3速率下降，真光合作用速率下降 光补偿点、光饱和点的移动 光补偿点 光饱和点 光照强度 0 CO2吸收 CO2 释放 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 3.光补偿点及光饱和点的移动问题 光照强度 或CO2浓度 0 CO2吸收 CO2 释放 A B C 只进行细胞呼吸(细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移） 补偿点 饱和点 D (1)光补偿点对应的两种生理状态 ①整个植株： ②叶肉细胞： 光合作用强度＝细胞呼吸强度 光合作用强度>细胞呼吸强度 变化 补偿点（B） 饱和点（C） 呼吸速率增加，光合速率减小 光合速率增加，呼吸速率减小 （2）B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变) 右移 左移 右移 左移 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 光照强度 或CO2浓度 0 CO2吸收 CO2 释放 A B C 只进行细胞呼吸(细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移） 饱和点 D (2) D点：代表________________________ ，若增大光照强度(或增大CO2浓度)使光合速率增大时，D点向____ 方移动；反之，移动方向相反。 3.光补偿点及光饱和点的移动问题 (3)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变) 右上 饱和点对应的最大光合速率 条件 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓度(光照强度) 适当减小CO2浓度(光照强度) 土壤缺Mg2＋ 左移 右移 右移 左移 右移 左移 核心归纳 高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。 通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。 在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。 01 02 03 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 3.光补偿点及光饱和点的移动问题 74 【典例5】矿质离子主要由植物根系吸收，对光合作用有一定的影响。在适宜条件下，将黄瓜幼苗培养在完全培养液中，测定其光合作用速率与光照强度的关系，结果如图。若将黄瓜幼苗培养在缺镁培养液中（缺镁对呼吸作用速率影响不大），下列分析错误的是（　　） A．缺镁会影响叶绿素的合成，使光合速率下降， C点向左下方移动 B．缺镁对呼吸作用速率影响不大，所以A点不会 有明显移动 C．图中B点是光补偿点，在缺镁培养液培养后B点 左移 D．图中D点是光饱和点，在缺镁培养液培养后D点 左移 C 缺镁时，叶绿素合成减少，光合作用速率下降，植物必需在较强光照下光合速率才能与呼吸速率相同，故B点会右移 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 3.光补偿点及光饱和点的移动问题 75 【典例6】下图中纵坐标表示植物个体对某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是（ ） A．C点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体 B．若A代表O2吸收量，D点时的叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2 C．若A代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，E点将向右下方移动 D．F代表光饱和点，若F点后仍不断提高光照强度，光合作用强度一定会始终不变 C 只进行呼吸作用 光合大于呼吸，D点释放的氧气 会导致光照强度过大，灼伤叶绿体，导致光合作用强度下降 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 3.光补偿点及光饱和点的移动问题 76 对比分析以下两条曲线并找出对应点 光合速率与呼吸速率相等 能积累有机物的时问(光合速率大于呼吸速率) 有机物积累最多的点 开始进行光合作用的点 一昼夜后能否积累有机物 判断I—(I+Ⅲ)是否大于0 比较i点时CO2浓度是否比a点时低 【任务2】 c点和g点 c~g段 g点 b点 重点二：光合作用和呼吸作用 一、 光合作用的影响因素和点的移动问题 (1)水稻过程①进行的场所是细胞的____________，过程②需要光反应提供_______________。 CO2是影响植物光合作用的重要因素。不同植物在长期的自然选择中形成了不同的适应特征。三种不同类型植物的CO2同化方式： (2)水稻、玉米、景天科最适应炎热干旱环境的植物是__________,原因是___。 该类植物白天因减少水分的散失而气孔关闭，但夜晚能吸收CO2，不影响光合作用的进行 景天科植物 水稻 玉米 景天科植物 叶绿体基质 NADPH和ATP 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 C4植物叶肉细胞中的PEP酶对CO2的亲和力较强,能利用低浓度CO2,在PEP酶作用下，叶肉细胞中的CO2转化成C4,C4被运入维管束鞘细胞后会释放CO2参与卡尔文循环，PEP酶起到了“CO2泵”的作用。 (3)相较于C3植物，玉米等C4植物能利用更低浓度CO2，从酶的角度分析原因可能是 . PEP羧化酶对CO2的亲和度更高(或PEP羧化酶固定CO2的效率较高) 水稻 玉米 景天科植物 【任务1】 分析C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 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： 1.光呼吸 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 80 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。 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。 核心归纳 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。 1.光呼吸 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 81 【典例1】光照条件下，叶肉细胞中的O₂与CO₂竞争性结合C₅，O₂与C₅结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO₂量表示(见表)， SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。下列叙述错误的是（    ） 1.光呼吸 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 82 【典例1】下列叙述错误的是（    ） A．光呼吸中C₅与O₂结合的反应发生在叶绿体的基质中 B．研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO₂浓度条件下存活，只有在高 浓度条件才能存活，说明在正常大气CO₂浓度条件下，光呼吸是不可缺少的生理活动 C．为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,应在100~300mg/L 之间而不是0~200mg/L之间再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验 D．与未喷施SoBS 溶液相比，喷施100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片的光补偿点高 D 喷施100mg/LSoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 1.光呼吸 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 83 【典例2】研究发现，强光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后在线粒体中生成CO2，如下图。下列说法正确的是（　　） A．Rubisco是一个双功能酶，不具备专一性 B．光呼吸可以消耗掉多余的O2，减少自由基产生，降低对细胞结构的损伤 C．较强的光呼吸对于光合作用产物的积累是很有利的 D．持续强光照时突然停止光照，CO2释放量先减少后增加至稳定 B 具有 消耗较多的光反应产物ATP和NADPH，对产物的积累不利 光呼吸未立即停止，CO2释放量先增加，后减少，然后至稳定， 1.光呼吸 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 84 在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。 2.C4途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 NADPH C4 (CH2O) ATP ADP+Pi NADP+ CO2 C4 C3 C3(PEP) 丙酮酸 2C3 CO2 叶肉细胞中的细胞质 维管朿鞘细胞中的叶绿体 胞间连丝 多种酶参加催化 C5 85 C4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。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。 用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为： CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 C4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细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 核心归纳 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 2.C4途径 86 【典例3】自然界中C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2能力。现将取自A、B两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法错误的是（ ） A．A、B两种植物中B植物可能为C4植物 B．本实验的自变量为植物种类和实验时间 C．M点处两种植物叶片的净光合速率相等 D．40min时B植物叶片光合速率等于呼吸速率 C M点处两种植物叶片的净光合速率应为该点的斜率，二者不相等 2.C4途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 87 【典例4】为探究 C4 植物中的 PEPC 酶和 PPDK 酶能否提高C3植物光合作用的 效率，研究者将玉米（C4 植物）的PEPC酶基因和PPDK酶基因导入水稻（C3植物）。在灌浆期一定的 CO2 浓度条件下，分别测定了双转基因水稻和原种水稻的叶绿素含量及净光合速率，结果如下图所示。下列有关分析，错误的是（ ） A．该实验的自变量为是否导入 PEPC酶基因和和 PPDK酶基因 B．由图甲可知，双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高 C．PEPC酶基因和PPDK酶基因通过降低细胞呼吸作用来提高净光合速率 D．若在适宜光照条件下提高实验时CO2的浓度，可增加双转基因水稻的产量 C PEPC 酶基因和 PPDK 酶基因表达产生的物质，导致叶绿素含量增高，因此应该是提高光合作用强度来提高净光合作用强度 2.C4途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 88 在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 3.CAM途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 89 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，储存于液泡中； 白天时气孔关闭，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。 核心归纳 分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生 理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖， 原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 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。 3.CAM途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 【典例5】CAM植物白天气孔关闭，夜晚气孔打开，以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径，相关叙述不正确的是（ ） A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．CAM植物白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚缺乏NADPH和ATP不能进行卡尔文循环 B CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质 3.CAM途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 91 【典例6】景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中，当白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸经脱羧作用，释放出CO2用于光合作用，下列叙述错误的（ ） A．该代谢途径可防止景天科植物在白天大量 散失水分，有利于适应干旱环境 B．景天科植物白天进行光合作用，暗反应固 定的CO2来自于苹果酸脱羧作用 C．与常见的C3途径植物相比，夜间将景天科 植物放置于室内更有益于人体健康 D．白天，突然降低外界CO2浓度，景天科植 物叶肉细胞中C3的含量无明显变化 B 苹果酸脱羧作用和呼吸作用 3.CAM途径 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 92 ①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)， 光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 ②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯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。 ③类囊体内的高浓度质子通过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中流出的能量来合成ATP。 核心归纳 4.光系统及电子传递链 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 93 【典例7】光系统是进行光吸收的功能单位，分为光系统I（PSI）和光系统II（PSII），研究发现，PSⅡ上的蛋白质LHCⅡ通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示），且LHCII与PSII的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ ） A．LHC蛋白激酶活性下降，PSII对光能的捕获减弱 B．弱光下LHCII与PSII结合，有利于对光能的捕获 C．镁离子含量减少会导致PSII对光能的捕获减弱 D．绿色植物的光反应依赖类囊体膜上PSI和PSII 叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 A 4.光系统及电子传递链 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 94 【典例8】如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）是色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP+后与其反应生成NADPH。膜上的ATP合成酶在顺浓度梯度运输H+的同时催化ATP的合成。下列叙述正确的是（ ） A．图中体现出的膜蛋白功能仅有催化 及物质运输 B．若CO2浓度降低，暗反应速率减慢， 叶绿体中NADP+减少，则图中电子 传递速率会减慢 C．H+由叶绿体基质进入类囊体腔的过 程属于协助扩散 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 和能量转换 B 主动运输 顺浓度 穿过类囊体膜、叶绿体双层膜、细胞膜共4层生物膜 4.光系统及电子传递链 重点三 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 95 题型1 细胞呼吸过程及比较 真题研析 1．（2024·甘肃·高考真题）梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是（    ） A．根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足 B．根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足 C．浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸 D．根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加 被动运输，不消耗能量 B 易错提醒 水分子进出细胞的方式：自由扩散和协助扩散，顺浓度梯度，不消耗能量。 96 题型1 细胞呼吸过程及比较 真题研析 2．（2024·安徽·高考真题）真核细胞的质膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统。下列叙述正确的是（ ） A．液泡膜上的一种载体蛋白只能主动转运一种分子或离子 B．水分子主要通过质膜上的水通道蛋白进出肾小管上皮细胞 C．根尖分生区细胞的核膜在分裂间期解体，在分裂末期重建 D．[H]与氧结合生成水并形成ATP的过程发生在线粒体基质和内膜上 B 分裂前期解体 易错提醒 有氧呼吸第三阶段的场所在线粒体内膜 97 题型1 细胞呼吸过程及比较 真题研析 3．（2024·广东·高考真题）研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母（WT）sqr基因后获得的突变株△sqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是（　　） A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸 B．线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱 C．有氧条件下，WT 比△sqr的生长速度快 D．无氧条件下，WT 比△sqr产生更多的ATP D 无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同 98 4．（2024·山东·高考真题）(不定项)种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。下列说法正确的是（　　） A．p点为种皮被突破的时间点 B．Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸 C．Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加 D．q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多 题型突破 真题研析 ABD Ⅲ阶段种皮已经被突破，种子有氧呼吸增强，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低 易错提醒 氧气可以促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。 99 5．（2024·贵州·高考真题）农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。回答下列问题。 (1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸， 从物质和能量的角度分析，其代谢特点有 ； 参与有氧呼吸的酶是 （选填“甲”或“乙”）。 (2)在水淹0～3d阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因 素是 ；水淹第3d时，经检测，作物根的CO2 释放量为0.4μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的 倍。 (3)若水淹3d后排水、作物长势可在一定程度上得到恢复，从代谢角度分析，原因是 （答出2点即可）。 题突破 题型2 影响细胞呼吸的因素及应用 真题研析 需要氧气参与； 有机物被彻底氧化分解；释放大量能量，生成大量ATP 乙 O2的含量 3 无氧呼吸积累的酒精较少，对细胞毒害较小；0~3d无氧呼吸产生的 能量维持了基本的生命活动；催化有氧呼吸的酶活性并未完全丧失 100 5．（2024·贵州·高考真题）农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。回答下列问题。 (2)在水淹0～3d阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因 素是 ；水淹第3d时，经检测，作物根的CO2 释放量为0.4μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的 倍。 题型2 影响细胞呼吸的因素及应用 真题研析 O2的含量 3 2C2H5OH（酒精）+2CO2 C6H12O6 酶 +少量能量 无氧呼吸和有氧呼吸均产生0.2μmol·g-1·min-1 CO2，所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍 101 6．（2024·贵州·高考真题）为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是（ ） A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 题型3 绿叶中色素的提取与分离 真题研析 D 叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量 易错提醒 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 102 7．（2024·广东·高考真题）银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（　　） A．选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B．研磨时用水补充损失的提取液 C．将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D．用过的层析液直接倒入下水道 题型破 题型3 绿叶中色素的提取与分离 真题研析 C 分开研磨 易错提醒 光合色素溶于有机溶剂（乙醇、丙酮），不溶于水。 色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水 层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道 103 8．（2024·河北·高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 回答下列问题： (1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中 光可被位于叶绿体 上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为 和 。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的 较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。 蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光 104 8． 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用 作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是 。 (3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为 （答出两点即可）。 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 无水乙醇 覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用 105 9．（2024·宁夏四川·高考真题）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等， 叶片有机物积累速率 （填“相等”或“不 相等”），原因是 。 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是 。 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 。（答出一点即可） (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在 最大时的温度。 不相等 温度a和c时的呼吸速率不相等 温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少 温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低 光合速率和呼吸速率差值 106 10．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是 过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 CO2的固定 细胞质基质 线粒体基质 107 10． 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。 据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 。 光呼吸 呼吸作用 净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸 速率，7—10时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度 不能 总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，在图3中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率 108 10． 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。 与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 109 (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）。 11．（2024·安徽·高考真题）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。 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 ATP 和 NADPH 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等 减法原理、加法原理 110 (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。 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 。 11． 题型4 光合作用的基本过程 真题研析 增大 与 WT 组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 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速率 111 12．（2024·福建·高考真题）叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两组，A组不处理，B组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所示。下列分析正确的是（    ） A．0min时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度 B．30min时，B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组 C．30min时，限制A组光合速率的主要因素是光照时间 D．与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更长 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 真题研析 二者不是相同条件 30min时，限制A组光合速率的主要因素是气孔开放度 B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短，与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更短 B 112 13．（2024·北京·高考真题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（ ） A．增加叶片周围环境CO2浓度 B．将叶片置于4℃的冷室中 C．给光源加滤光片改变光的颜色 D．移动冷光源缩短与叶片的距离 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 真题研析 降低光合作用的酶活性 减少了光源，会降低光合速率 会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强 A 113 14．（2024·重庆·高考真题）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 真题研析 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 114 14．(1) ①黄连的光饱和点约为 umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于 。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。 黄连叶片适应弱光的特征有 （答2点）。 真题研析 500 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大， 光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多， （叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大） 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 115 14． (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用是 。 真题研析 ①②③⑤ 合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 116 15．（2024·天津·高考真题）蓝细菌所处水生环境随时会发生光线强弱变化。蓝细菌通过调控图1中关键酶XPK的活性以适应这种变化。 (1)图1所示循环过程为蓝细菌光合作用的暗反应，反应场所为 。 真题研析 细胞质基质（或细胞质） 题型突破 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 117 15． (2)光暗循环条件下，将蓝细菌的野生型和xpk基因敲除株（Δxpk）分别用含NaH14CO3的培养基培养，测定其碳固定率和胞内ATP浓度，结果如图2。 在第10-11分钟，野生型菌XPK被激活，将暗反应的中间产物6-磷酸果糖等转化为其它物质，导致暗反应快速终止。推测ATP是XPK的 （激活剂/抑制剂）。在同一时期，Δxpk会继续进行暗反应，此时消耗的ATP和NADPH来源于 。 在第11-13分钟，Δxpk碳固定率继续升高，胞内 过程来源的ATP被用于 而消耗，导致Δxpk的生长速率比野生型更慢。 真题研析 抑制剂 第10分钟之前的光反应 细胞呼吸（或呼吸作用） 暗反应 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 118 15． (3)蓝细菌在高密度培养时，由于互相遮挡，菌体环境也会出现光线强弱变化。为验证该条件下，蓝细菌是否采用上述机制进行调节，可分别使用野生型和Δxpk、选用如下 条件组合进行实验，定时测定14C固定率和胞内ATP浓度。 ①高浓度蓝细菌②低浓度蓝细菌③持续光照④光暗循环⑤培养基中加入NaH14CO3 ⑥培养基中加入14C6H12O6 真题研析 ①③⑤ 题型5 环境因素对光合作用速率的影响 119  (1)(2022·全国乙T2) 某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象的解释是初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率。(　　) (2)(2021·湖南T12)柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用。(　　) (3)(2021·辽宁T2)合理控制昼夜温差有利于提高作物产量。(　　) √　 √　 √　 【历年考情】 (4)(2021·湖南T7)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降。 (　　) (5)(2021·湖南T12)油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气。(　　) √　 √　 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，让类囊体腔的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。 拓展应用·情境推理 情境1：化学渗透假说 科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图 Ⅰ )。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 拓展应用·情境推理 典例赏析 科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图 Ⅰ )。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (2)在图 Ⅰ 实验基础上进行图 Ⅱ 实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________。 拓展应用·情境推理 典例赏析 实验 Ⅱ 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差 (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因， 对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图 Ⅲ 所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是__________ _________________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来 源物质是________。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________________。生产中发现即使增加光(照)强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有____________________________________________________________(答两点)。 拓展应用·情境推理 典例赏析 类囊体膜 外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高 水 NADPH、ATP和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 中国科学家创制了一条利用CO2、水和阳光合成淀粉的人工路线，在实验室首次实现了从CO2到淀粉的全合成，科学家认为，不依赖植物光合作用，设计人工光合系统固定CO2，合成淀粉①，有望成为影响世界的重大颠覆性技术之一。 情境2：人工光合系统 拓展应用·情境推理 (1)绿色植物光合作用过程中光反应的产物为O2、NADPH、ATP。 (2)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下，该路线消耗的CO2量要低于(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是该路线没有呼吸作用消耗糖类。 (3)从生态角度考虑，相比植物光合作用，利用人工合成路线得到淀粉的优势有直接人工合成淀粉，不受环境的限制(或节约耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响；或提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展等)(答出1条即可)。 拓展应用·情境推理 典例赏析 $$