2025届高三二轮复习生物：专题二(2)细胞的代谢第二课时课件

专题二 细胞的代谢 1 考情透视 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 2 考情透视 酶和ATP内容的命题以选择题为主，也可能在大题中以实验设计的形式考查。 细胞呼吸和光合作用的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。 3 壹 贰 叁 酶的特性及相关实验设计分析 细胞呼吸和光合作用的原理 光呼吸与二氧化碳固定的其他途径 目录/ DIRECTORY 肆 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用 4 叁 光呼吸与二氧化碳固定的其他途径 5 深化点(一)　光呼吸与细胞呼吸 1.光呼吸   光呼吸 细胞呼吸 底物 底物是光照下叶绿体新形成的,如乙醇酸 常用底物是葡萄糖,可以是新形成,也可以是储存的 场所 只发生在光合细胞中,在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用下进行 所有活细胞中都可以进行 条件 光下,O2与CO2比值相对高时 有氧、无氧都可进行,光下、暗处都可进行 意义 CO2供应不足时,消耗过多的NADPH和ATP,以避免对细胞造成伤害 为生命活动提供直接能源物质ATP 深化点(一)　光呼吸与细胞呼吸 2.辨析光呼吸与细胞呼吸的关系 (1)Rubisco酶催化的底物有______________,植物进行光呼吸需要的条件有_____________________________ (至少写出两点)。 (2)光呼吸会消耗有机物、释放CO2,降低了植物的净光合速率,影响农作物产量,可适当地抑制光呼吸以增加作物产量,可采取的措施有________________________________________________________________________________________________________________________ (至少写出两点)。 (3)光呼吸也有积极意义,在干旱高温天气或过强光照下,水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。这些作物中光呼吸存在的意义是________________________________________________ _____________________________________________________。 C5、CO2、O2 光照、高O2含量或低CO2含量 提高Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂 避免光反应过程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的伤害,同时消除乙醇酸对细胞的毒害,回收碳元素,减少碳的流失 深化点(二)　二氧化碳的三种浓缩机制 1.C4植物的CO2浓缩机制 C4植物通过将光合作用的不同阶段在细胞的特定区域进行分离，提高了整体效率。 C4途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过度蒸发,常常关闭叶片上的气孔,这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞,不能满足光合作用对CO2的需求;而C4途径中能固定CO2的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力,使叶肉细胞能有 效地固定和浓缩CO2,供维管束鞘细胞中叶 绿体内的C3途径利用。玉米植株中固定 CO2的酶的能力要远远强于水稻植株中相 应的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特别是在低CO2浓度下,这种差别更为明显。 深化点(二)　二氧化碳的三种浓缩机制 1.C4植物的CO2浓缩机制 2、特别提醒： 1.凡考查C3、C4植物，需先思考两者的差别与联系： （1）两者联系 C4途径的光反应与暗反应的反应方程式与C3植物相同 ②C4途径与C3途径的CO2固定过程有区别，因前者具有PEPC酶，与CO2亲和力高，可提升维管束鞘细胞中的CO2浓度，进而提升光合速率 ①C4途径与C3途径的光反应与暗反应的场所不同，前者光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生在维管束鞘细胞，而后者全程发生在叶肉细胞 （2）两者主要区别 例6（2023·湖南·高考真题节选）如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题: (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　　　(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 　　 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过　　　　长距离运输到其他组织器官。  3-磷酸甘油醛　 蔗糖 维管组织 玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，但其卡尔文循环的过程是相同的。 光合作用的产物是淀粉，但淀粉不能长距离运输，因其不溶于水。而葡萄糖有还原性且对渗透压影响大，故不选 光合产物主要是通过蔗糖而不是淀粉或葡萄糖进行长距离运输。蔗糖作为光合产物的运输形式，具有几个重要的优点： 无还原性：蔗糖无还原性，这意味着它不会引起糖类的二级反应，如美拉德反应等，这在某些糖类运输中可能会影响产品的质量和稳定性。 分子量小，运输速率快：相比淀粉，蔗糖的分子量较小，因此其在植物体内的运输速度更快。这对于需要迅速分配光合作用产物的植物来说至关重要。 对渗透压影响小：相比于葡萄糖，蔗糖的分子量更大，这意味着使用蔗糖对植物细胞内的渗透压影响较小，从而避免可能的细胞损伤。 此外，蔗糖在叶片中合成，随后被运输到植物的其他部分，如根和花朵等。这种运输主要通过植物的韧皮部进行，韧皮部是专门负责长距离运输光合作用产物的组织。蔗糖的运输可以有效地将光合作用中获得的能量和碳分配到植物的所有生长部分，支持植物的全面发展。 一、输导组织：植物的生命管道    输导组织，主要指的是植物体内负责水分和无机盐运输的细胞或组织。它包括木质部和韧皮部，两者合作无间，确保植物从根部吸收的水分和养分能够有效分配到每一个需要它们的角落。    木质部，通常位于植物茎的中心，由导管元素、木纤维和薄壁细胞组成，它们的主要任务是向上输送水分和溶解在水中的矿物质。而韧皮部则紧贴在木质部的外围，由筛管元素、伴胞和薄壁细胞构成，负责将光合作用产生的有机物质，比如蔗糖，向下输送至根部，或向其他储存器官。二、维管组织：植物的结构支撑    维管组织是植物体中的复合组织，不仅包含输导组织，还整合了支持植物结构的木质和提供保护作用的树皮等组织。它相当于植物的“骨架”，让植物得以挺立，并保护内部脆弱的输导系统不受外界伤害。 三、区别与联系：分工协作的生命伙伴 输导组织和维管组织虽各有职责，却紧密相连。输导组织是维管组织的核心部分，专门负责物质的运输；而维管组织则提供了一个更加宏观的框架，既保护输导组织，又通过自身的结构维持植物的形态和稳定性。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度　　(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是　 　　(答出三点即可)。  高于　 ②干旱、高光强时植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力比水稻的Rubisco高，可利用低浓度的CO2进行光合作用 ③玉米的PEPC酶与CO2亲和力高，C4植物的另一个优点得以突显，即：玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸（注：见题干第2、3、4行） ①结合第（1）小题，玉米的光合产物经转化为蔗糖后，可通过维管组织运输到其它组织器官，故推测：高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移 光 深化点(二)　二氧化碳的三种浓缩机制 2.淀粉和蔗糖的产生、运输与积累（课本104-相关信息） 真核生物必须把糖从它合成和吸收位点（源）移送到使用它们的细胞（库）中去（为了生长和能量）。 动物血管可以运输葡萄糖，而植物微管运输的是蔗糖。 例：(2020·江苏，27节选)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下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___________。 (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____________________________________________________________。 叶绿体基质 细胞质基质 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) 深化点(二)　二氧化碳的三种浓缩机制 2.蓝细菌的CO2浓缩机制 注：羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。 (1)C4植物光反应和CO2固定发生在哪些场所：___________________________________________________________________。 (2)科学家用含14C标记的CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途径,请表示这种碳原子的转移途径：____________________。 (3)与水稻、小麦等C3植物相比,C4植物的CO2的补偿点较____。高温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是_______________________________________________________________________。 (4)CO2依次以___________________方式通过蓝细菌细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度,从而促进___________。 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和维管束鞘细胞中 CO2→C4→CO2→C3→(CH2O) 低 PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用 自由扩散和主动运输 CO2固定 深化点(二)　二氧化碳的三种浓缩机制 3.景天科植物的CO2浓缩机制(CAM途径) (5)从进化角度看,景天科植物这种气孔开闭特点的形成是_________的结果。夜晚,该类植物吸收的CO2________ (填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是______________________________________。 (6)CAM途径是对______ (填“干旱”或“湿润”)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_______________________。 自然选择 不能 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 干旱 有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4（草酰乙酸） 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 21 1.(2024·肇庆二模)大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶,参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2值高时,使RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2值低时,使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸,具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是(　　) A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体 B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中 C.有氧呼吸和光呼吸 均产生ATP D.干旱、晴朗的中午 ,叶肉细胞中光呼吸强 度较通常条件下会降 低 A 胞间CO2浓度会降低,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增 解析：玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜,通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质,A正确;光呼吸在叶绿体基质等部位进行,但不发生在细胞质基质中,B错误;由题图可知,在CO2/O2的值低时,RuBP结合O2发生光呼吸,光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH,C错误;干旱、晴朗的中午,胞间CO2浓度会降低,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强,D错误。 2.(2024·黑吉辽高考)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。 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。 CO2的固定 (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______________。  细胞质基质 线粒体基质 (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,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___________________________________________________________________________________________________________________。  (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_________________________________________ 总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率 光呼吸 细胞呼吸 与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快　 不能 相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高 解析：题图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境,还可来自细胞呼吸和光呼吸;7~10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异,原因是与WT相比,随着光照的增强,改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢,从而使其净光合速率增长较快;总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率,由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率,因此不能计算出株系1的总光合速率。 解析：据题图2和题图3可知,相同光照强度或CO2浓度下,株系1的净光合速率比株系2和WT的更高,因此其积累的有机物更多,产量可能更具优势。 4.(2024·菏泽一模)下图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是 (　　) A.可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用 B.图中HC的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体 C.物质X为氧气,通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质 D.在水光解产生的H+作用下,可提高叶绿体内CO2水平,利于暗反应进行 B 水光解产生的H+与HC结合会产生CO2,可提高叶绿体内CO2水平 解析：细胞呼吸和光合作用能产生ATP,可为图中生命活动提供ATP,A正确;HC从细胞外进入细胞质基质为主动运输,从细胞质基质进入叶绿体为主动运输,主动运输的方向为逆浓度梯度,HC的浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体,B错误;线粒体为有氧呼吸的主要场所,光反应产生的物质X(氧气)可进入线粒体促进ATP合成,HC从细胞外进入细胞质基质,从细胞质基质进入叶绿体均为主动运输,通过提高有氧呼吸水平可促进 HC进入细胞质基质,C正确;水光解产生的H+与HC结合会产生CO2,可提高叶绿体内CO2水平,CO2为暗反应原料,利于暗反应进行,D正确。 5.(2024·漳州模拟)小麦和玉米是两种主要的粮食作物,但其产量一直存在明显差异。玉米固定CO2的能力强,光合速率约为小麦的1.5倍。科学家对小麦和玉米的光合作用过程进行研究,给小麦提供14CO2,发现最早出现14C标记的是C3,然后是C5、丙糖磷酸、葡萄糖等,该途径称为C3途径;给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物却是C4,玉米光合作用部分过程如下图所示。请回答下列问题： (1)玉米叶片进行光合作用时,CO2先在叶肉细胞中被固定,图中a代表的物质是__,该物质进一步转化成苹果酸后转移到与其相邻的维管束鞘细胞中再释放CO2,为C3途径提供原料,这种浓缩CO2的机制称为C4途径。玉米通过C4途径和C3途径固定CO2时,与CO2结合的物质分别是____和__。  (2)玉米、甘蔗等C4植物原产地多是强光照、高温、干旱的热带地区,试说明C4途径的适应意义： ________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ________________。  C4　 PEP C5 热带地区的强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的存在可以高效利用CO2,保证光合作用的正常进行　 解析：由题干信息可知：给玉米提供14CO2,最早出现14C标记的有机物是C4,故a为C4;据题图可知,CO2能与PEP结合形成a,也能在卡尔文循环中与C5结合形成C3,因此与CO2结合的物质分别是PEP和C5。 (3)叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,蔗糖合成会____,原因是_____________________________________________________________________________。  当细胞质基质中Pi水平降低时,运出叶绿体的丙糖磷酸会减少,丙糖磷酸是合成蔗糖的原料,所以蔗糖的合成会减少 减少 (4)淀粉和蔗糖是光合作用的两个主要末端产物。蔗糖是光合产物从叶片向各器官移动的主要形式,淀粉是一种暂贮存形式。小麦经过光合作用后,叶片淀粉含量很少,蔗糖积累较多,有利于小麦的产量提高。在农业生产上,尤其 是小麦灌浆期,可以采取什么措施 提高小麦产量? ____________________。  适当增加施用磷肥 解析：由题图可知,维管束鞘细胞的叶绿体膜上分布有一种磷酸转运体TPT,在将丙糖磷酸运出叶绿体的同时,将相同数量的无机磷酸(Pi)运入叶绿体,因此,当细胞质基质中的Pi水平降低时,由于合成蔗糖的原料丙糖磷酸减少,蔗糖的合成会减少。 解析：在小麦灌浆期,通过适当增施磷肥,通过磷酸转运体TPT的作用,将更多的Pi运入叶绿体,同时将丙糖磷酸运出叶绿体,合成蔗糖,同时促进光合作用的进行,有利于小麦的生长和产量提高。 下节再见 29 $$