专题二 [重点突破] 第6练 光合作用的原理及其与细胞呼吸的关系-【步步高·考前三个月】2025年高考生物学复习讲义课件（鲁湘辽吉黑）（课件PPT+word教案）

[重点突破]　第6练　光合作用的原理及其与细胞呼吸的关系　[分值：100分] 1．(12分)(2021·湖南，18节选)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。 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 注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 (1)(6分)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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)(2分)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。 (3)(4分)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。结合如图对实验结果进行解释___________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)Fecy　Fecy具有亲水性，对叶绿体双层膜的通透性较差，当叶绿体双层膜局部受损时，即叶绿体B相对于叶绿体A，相对放氧量明显提高；而以亲脂性的DCIP为电子受体进行实验时，相对放氧量无明显变化　(2)电子受体接近类囊体薄膜，提高电子传递效率　(3)ATP的合成依赖于氢离子顺浓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，越不利于氢离子浓度梯度的建立，因此ATP的产生效率逐渐降低 解析　(1)比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fe－cy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。(3)根据图示可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子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。 2．(每空2分，共14分)(2021·重庆，6改编)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，回答下列问题： (1)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________；其中产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过________层膜。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。光系统吸收的光能储存在________________中，其中产生的ATP可用于________及其他消耗能量的反应。 (2)(多选)图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有____________(填字母)。 a．水的光解 b．H＋由膜外运进膜内 c．合成NADPH消耗H＋ d．ATP合成酶运输H＋ (3)膜内高浓度的H＋的作用是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)氧和H＋　5　NADP＋　NADPH和ATP　暗反应　(2)abc　(3)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 3．(每空1分，共3分)(2024·黑吉辽，21节选)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。 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______________。 答案　(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质 4．(13分)(2020·山东，21节选)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。 (1)(2分)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)(4分)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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)(4分)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_______________________________________。 (4)(3分)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。 答案　(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5) (2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)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)　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少 解析　分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)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，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)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。这个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，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。 5．(每空2分，共4分)(2022·重庆，23节选)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。请回答下列问题： (1)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”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是____________________ ________________________________________________________________________。 (2)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)图Ⅱ实验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光能还是来自类囊体薄膜内外的H＋浓度差　(2)类囊体薄膜外H＋被转移到类囊体薄膜内，造成溶液pH升高 6．(6分)(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。 若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_______________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出两点即可)。 答案　不能　光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此条件下光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 解析　将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。 1．(每空2分，共10分)(2024·临沂高三一模)如图为隆两优1377水稻叶肉细胞中的部分生理过程，图中“X”表示物质，①②③④表示化学反应过程。回答下列问题： (1)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中电子被光激发的反应发生场所是叶绿体的________。图中①过程生成的“X”是____________，NADPH的中文名称是____________。 (2)在光系统Ⅱ中，日光激发叶绿素中的电子由低能状态转化为高能状态，随后能量转移到________中，高能电子再转化为低能电子，进入光系统Ⅰ。光系统Ⅰ中的能量变化为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)类囊体薄膜　H＋　还原型辅酶Ⅱ (2)ATP　光能→电能→NADPH中的化学能 2．(每空2分，共12分)(2024·长沙高三二模)叶绿体类囊体薄膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP酶复合体四类蛋白复合体，参与光能的吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程，如图1所示。回答下列问题： (1)图1表示光合作用的________过程，类囊体薄膜上发生的反应过程是H2O分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________________中的化学能。 (2)科研人员将正常叶片置于适量的溶液中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离叶绿体，该实验所用溶液应满足的条件是______________________________________ ________________________________________________________________________ (从pH和渗透压的角度作答)。将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有O2释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外膜破裂后再照光，______(填“有”或“没有”)O2释放，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)研究人员在黑暗条件下将叶绿体的类囊体放入烧杯中，人为调整类囊体薄膜两侧的pH，并适时加入适量的ADP和Pi，过程如图2所示。一段时间后检测，只有实验组有ATP产生。结合图1和实验结果，可得出的实验结论是____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)光反应　NADPH和ATP　(2)pH和渗透压应与细胞质基质的基本相同　有　类囊体薄膜是H2O光解释放O2的场所，叶绿体外膜破裂不影响类囊体薄膜的功能　(3)在光合作用光反应中，ATP合成所需的能量可能来自类囊体薄膜内外的H＋浓度差 解析　(1)图1表示光合作用的光反应过程，类囊体薄膜上发生的反应过程是H2O分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，在光反应中，光能最终转化为NADPH和ATP中的化学能。(2)将正常叶片置于适量的溶液中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离叶绿体，该过程中应保持叶绿体正常的活性，故该实验中所用溶液应满足的条件是pH和渗透压应与细胞质基质的基本相同。植物光合作用的光反应的发生场所是类囊体薄膜，发生的反应有水的光解，产生O2和NADPH，如果在适宜溶液中将叶绿体的外膜破裂后再照光，也会有O2释放，原因是类囊体薄膜是H2O光解释放O2的场所，叶绿体外膜破裂不影响类囊体薄膜的功能。(3)根据图示的信息，只有类囊体内的H＋浓度高于膜外时，才能促使ADP和Pi合成ATP，即当H＋通过协助扩散出类囊体时，产生的势能可为ATP的合成提供能量。 3．(每空1分，共7分)(2024·东北三省四校高三联考)马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，图2是蔗糖进入筛分子—伴胞复合体的一种模型。请回答下列问题： (1)图1所示的代谢过程中，需要光反应产物参与的过程是______(填标号)。为马铃薯叶片提供C18O2，块茎中会出现含18O的淀粉，请写出18O转移的路径：C18O2→________________→淀粉。 (2)研究发现，叶绿体中淀粉的大量积累会导致______膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使__________，进而抑制暗反应。 (3)图2中甲具有______酶活性。乙(SUT1)是一种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，叶片中可溶性糖和淀粉总量______，最终导致块茎产量________。 答案　(1)②　C3→磷酸丙糖→蔗糖　(2)类囊体　CO2吸收减少　(3)ATP水解　升高　降低 解析　(1)在叶绿体中，过程②C3的还原反应需要光反应提供ATP和NADPH供能以及需要NADPH作为还原剂。(2)光反应的发生场所是类囊体薄膜，因此叶绿体中淀粉的积累会导致类囊体膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，即气孔的开放程度下降，会使CO2的吸收量下降，进而抑制暗反应。(3)由题图可知，在结构甲的作用下，ATP水解，H＋逆浓度梯度运输，说明结构甲具有ATP水解酶的活性。成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，筛分子—伴胞复合体的乙(蔗糖转运蛋白)含量减少，叶肉细胞中蔗糖分子通过乙转运出细胞的量减少，细胞中蔗糖积累，可溶性糖和淀粉总量升高，抑制光合作用，最终导致块茎产量降低。 4．(10分)(2024·济南高三模拟)如图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路：①PSⅡ光化学反应所利用的能量；②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散；③非调节性的能量耗散。研究发现，③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。回答下列问题： (1)(6分)杜鹃根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是______________________；生产者除了利用光能还可以利用化学能，如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成__________，进而氧化成__________，释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。 (2)(2分)据图可知，NADPH合成过程中所需电子的最初供体是__________，推动ATP合成所需能量的直接来源是____________________________________________________。 (3)(2分)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制，研究人员将其长期遮阴培养后，置于全光照下继续培养一段时间，并进行相关检测，结果如表所示。 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4 光合电子传递效率/(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 请结合表中数据，从光能分配角度分析，该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)细胞质基质、线粒体　HNO2(亚硝酸)　HNO3(硝酸)　(2)H2O　膜两侧的H＋浓度差　(3)全光照下，PSⅡ吸收的光能分配到③部分的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低 解析　(1)根尖伸长区细胞中没有叶绿体，合成ATP的场所有细胞质基质和线粒体。硝化细菌为自养型生物，可以将氨氧化成亚硝酸，进而氧化成硝酸，并利用无机氧化所释放的能量制造有机物。(2)由图可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将H2O分解为O2和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH，故NADPH合成过程中所需电子的最初供体是H2O。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H＋浓度梯度提供势能，促使ADP与Pi反应形成ATP，故ATP合成所需能量的直接来源是膜两侧的H＋浓度差。(3)非调节性的能量耗散的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。结合表中数据分析，全光照下，该品种杜鹃花PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低，使该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱。 5．(9分)(2024·怀化高三二模)莱茵衣藻可进行光合作用，将太阳能转化为氢能，其光合电子传递和产氢过程如图1所示，PSⅠ、PSⅡ、Cytb6f表示结构。请回答下列问题： (1)(3分)莱茵衣藻光合作用产生氢气的场所是______________。在光合作用的光反应阶段，类囊体薄膜上的______________吸收光能，并将光能转化为__________________中的化学能参与暗反应阶段。 (2)(2分)氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活。在光合作用过程中莱茵衣藻通常产氢量较低，原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)(4分)在早晚弱光环境及黑暗条件下，无氧呼吸方式对于莱茵衣藻的生存很重要，无氧呼吸过程中丙酮酸能够进一步代谢产生甲酸、乙酸等各种弱酸(HA)，导致了类囊体腔的酸化。研究人员根据多项研究提出了“离子陷阱”模型(如图2)。 ①在光照较弱的时候，莱茵衣藻进行无氧呼吸产生HA的场所是______________；HA可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于______________________，腔内氢离子不断积累，出现酸化。 ②(多选)下列可作为证据支持无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化的有__________(填字母)。 A．类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关 B．外源添加甲酸、乙酸等弱酸后莱茵衣藻均出现类囊体腔酸化的现象 C．无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化 答案　(1)叶绿体基质　光合色素(或PSⅠ、PSⅡ)　ATP和NADPH　(2)光合作用的光反应阶段会产生氧气，氧气浓度升高使氢酶失活而不能生成氢气　(3)①细胞质基质　氢离子无法直接穿过类囊体薄膜　②AB 解析　(1)由图1可知，类囊体腔内建立了高浓度的H＋，H＋除了来源于水的光解，还来源于Cytb6f的传递，图示上方表示叶绿体基质，因此莱茵衣藻光合作用产生氢气的场所是叶绿体基质。光反应阶段，类囊体薄膜上的光合色素(或PSⅠ、PSⅡ)吸收光能，并将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能参与暗反应阶段。(3)①无氧呼吸的场所是细胞质基质；由图2可知，弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体薄膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，腔内氢离子不断积累，出现酸化。②类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关，即无氧呼吸产生弱酸的总积累量越多，类囊体腔内的酸化程度越高，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，A符合题意；甲酸、乙酸都是弱酸，外源添加弱酸后莱茵衣藻均出现类囊体腔酸化的现象，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，B符合题意；无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化，可能与突变等现象有关，不能直接证明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，C不符合题意。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题二　 [重点突破]　第6练 光合作用的原理及其与细胞呼吸的关系 真题演练 模拟预测 内容索引 1.(2021·湖南，18节选)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， 真题演练 PART ONE 1 2 3 4 5 6 实验结果如表所示。 1 2 3 4 5 6 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 注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 (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 6 Fecy Fecy具有亲水性，对叶绿体双层膜的通透性较差，当叶绿体双层膜局部受损时，即叶绿体B相对于叶绿体A，相对放氧量明显提高；而以亲脂性的DCIP为电子受体进行实验时，相对放氧量无明显变化 比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fe－cy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。 1 2 3 4 5 6 (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。 1 2 3 4 5 6 电子受体接近类囊体薄膜，提高电子传 递效率 (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。结合如图对实验结果进行解释_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 ATP的合成依赖于氢离子顺浓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，越不利于氢离子浓度梯度的建立，因此ATP的产生效率逐渐降低 根据图示可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子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 6 2.(2021·重庆，6改编)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 (1)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________；其中产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过____层膜。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。光系统吸收的光能储存在_______________中，其中产生的ATP可用于________及其他消耗能量的反应。 氧和H＋ 5 NADP＋ NADPH和ATP 暗反应 1 2 3 4 5 6 (2)(多选)图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有______(填字母)。 a.水的光解 b.H＋由膜外运进膜内 c.合成NADPH消耗H＋ d.ATP合成酶运输H＋ 1 2 3 4 5 6 abc (3)膜内高浓度的H＋的作用是______________________________________ ____________________。 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 1 2 3 4 5 6 3.(2024·黑吉辽，21节选)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 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 4.(2020·山东，21节选)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。 (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) 1 2 3 4 5 6 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。 1 2 3 4 5 6 根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段 为CO2的固定，那么甲为C5， 即五碳化合物，乙为C3，即三 碳化合物。 1 2 3 4 5 6 (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 1 2 3 4 5 6 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，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。 1 2 3 4 5 6 (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) 1 2 3 4 5 6 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。这个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。 1 2 3 4 5 6 (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 1 2 3 4 5 6 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。 1 2 3 4 5 6 5.(2022·重庆，23节选)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。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 (1)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”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是_________________________________________________________ ____________________________________________。 图Ⅱ实验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光能还是来自类囊体薄膜内外的H＋浓度差 1 2 3 4 5 6 (2)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生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_____________________________________________ __________。 类囊体薄膜外H＋被转移到类囊体薄膜内，造成溶 液pH升高 1 2 3 4 5 6 6.(2022·湖南，17节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s· m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。 1 2 3 4 5 6 若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。 不能 光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此条件下光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花 1 2 3 4 5 6 将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。 1 2 3 4 5 模拟预测 PART TWO 1.(2024·临沂高三一模)如图为隆两优1377水稻叶肉细胞中的部分生理过程，图中“X”表示物质，①②③④表示化学反应过程。回答下列问题： (1)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中电子被光激发的反应发生场所是叶绿体的____________。图中①过程生成的“X”是_____，NADPH的中文名称是______________。 类囊体薄膜 H＋ 还原型辅酶Ⅱ 1 2 3 4 5 (2)在光系统Ⅱ中，日光激发叶绿素中的电子由低能状态转化为高能状态，随后能量转移到_____中，高能电子再转化为低能电子，进入光系统Ⅰ。光系统Ⅰ中的能量变化为_______________________ __________。 ATP 光能→电能→NADPH中 的化学能 1 2 3 4 5 2.(2024·长沙高三二模)叶绿体类囊体薄膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP酶复合体四类蛋白复合体，参与光能的吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程，如图1所示。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)图1表示光合作用的________过程，类囊体薄膜上发生的反应过程是H2O分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为______________ 中的化学能。 光反应 NADPH和ATP 图1表示光合作用的光反应过程，类囊体薄膜上发生的反应过程是H2O分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，在光反应中，光能最终转化为NADPH和ATP中的化学能。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)科研人员将正常叶片置于适量的溶液中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离叶绿体，该实验所用溶液应满足的条件是___________ __________________________(从pH和渗透压的角度作答)。将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有O2释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外膜破裂后再照光，____(填“有”或“没有”)O2释放，原因是________________________________________________________________________。 pH和渗透压 应与细胞质基质的基本相同 有 类囊体薄膜是H2O光解释放O2的场所，叶绿体外膜破裂不影响类囊体薄膜的功能 将正常叶片置于适量的溶液中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离叶绿体，该过程中应保持叶绿体正常的活性，故该实验中所用溶液应满足的条件是pH和渗透压应与细胞质基质的基本相同。植物光合作用的光反应的发生场所是类囊体薄膜，发生的反应有水的光解，产生O2和NADPH，如果在适宜溶 液中将叶绿体的外膜破裂后再照 光，也会有O2释放，原因是类囊 体薄膜是H2O光解释放O2的场所， 叶绿体外膜破裂不影响类囊体薄膜的功能。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (3)研究人员在黑暗条件下将叶绿体的类囊体放入烧杯中，人为调整类囊体薄膜两侧的pH，并适时加入适量的ADP和Pi，过程如图2所示。一段时间后检测，只有实验组有ATP产生。结合图1和实验结果，可得出的实验结论是_________________________________________________________ ________________。 在光合作用光反应中，ATP合成所需的能量可能来自类囊体薄膜 内外的H＋浓度差 根据图示的信息，只有类囊体内的H＋浓度高于膜外时，才能促使ADP和Pi合成ATP，即当H＋通过协助扩散出类囊体时，产生的势能可为ATP的合成提供能量。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 3.(2024·东北三省四校高三联考)马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，图2是蔗糖进入筛分子—伴胞复合体的一种模型。请回答下列问题： (1)图1所示的代谢过程中，需要光反应产物参与的过程是_____(填标号)。为马铃薯叶片提供C18O2，块茎中会出现含18O的淀粉，请写出18O转移的路径：C18O2→________ ___________→淀粉。 ② C3→磷酸 丙糖→蔗糖 1 2 3 4 5 在叶绿体中，过程②C3的还原反应需要光反应提供ATP和NADPH供能以及需要NADPH作为还原剂。 1 2 3 4 5 (2)研究发现，叶绿体中淀粉的大量积累会导致_______膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使_____________，进而抑制暗反应。 类囊体 CO2吸收减少 1 2 3 4 5 光反应的发生场所是类囊体薄膜，因此叶绿体中淀粉的积累会导致类囊体膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，即气孔的开放程度下降，会使CO2的吸收量下降，进而抑制暗反应。 1 2 3 4 5 (3)图2中甲具有_________酶活性。乙(SUT1)是一种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，叶片中可溶性糖和淀粉总量______，最终导致块茎产量________。 ATP水解 升高 降低 1 2 3 4 5 由题图可知，在结构甲的作用下，ATP水解，H＋逆浓度梯度运输，说明结构甲具有ATP水解酶的活性。成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUT1的表达水平降低，筛分子—伴胞复合 体的乙(蔗糖转运蛋白)含量减少，叶肉细胞中蔗糖分子通过乙转运出细胞的量减少，细胞中蔗糖积累，可溶性糖和淀粉总量升高，抑制光合作用，最终导致块茎产量降低。 1 2 3 4 5 4.(2024·济南高三模拟)如图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路：①PSⅡ光化学反应所利用的能量；②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散；③非调节性的能量耗散。研究发现，③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)杜鹃根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是____________________；生产者除了利用光能还可以利用化学能，如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成______________，进而氧化成____________，释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。 细胞质基质、线粒体 HNO2(亚硝酸) HNO3(硝酸) 1 2 3 4 5 根尖伸长区细胞中没有叶绿体，合成ATP的场所有细胞质基质和线粒体。硝化细菌为自养型生物，可以将氨氧化成亚硝酸，进而氧化成硝酸，并利用无机氧化所释放的能量制造有机物。 1 2 3 4 5 (2)据图可知，NADPH合成过程中所需电子的最初供体是______，推动ATP合成所需能量的直接来源是___________________。 H2O 膜两侧的H＋浓度差 1 2 3 4 5 由图可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将H2O分解为O2和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH，故NADPH合成过程中所需电子的最初供体是H2O。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H＋浓度梯度提 供势能，促使ADP与Pi反应形成 ATP，故ATP合成所需能量的直接 来源是膜两侧的H＋浓度差。 1 2 3 4 5 (3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制，研究人员将其长期遮阴培养后，置于全光照下继续培养一段时间，并进行相关检测，结果如表所示。 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4 光合电子传递效率/(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 1 2 3 4 5 请结合表中数据，从光能分配角度分析，该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是_______________________________________________ _______________________________________________________________________。 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4 光合电子传递效率/(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 全光照下，PSⅡ吸收的光能分配到③部分的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低 1 2 3 4 5 非调节性的能量耗散的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。结合表中数据分析，全光照下，该品种杜鹃花PSⅡ吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低，使该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱。 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率/100% 79.3 49.4 光合电子传递效率/(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 1 2 3 4 5 5.(2024·怀化高三二模)莱茵衣藻可进行光合作用，将太阳能转化为氢能，其光合电子传递和产氢过程如图1所示，PSⅠ、PSⅡ、Cytb6f表示结构。请回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)莱茵衣藻光合作用产生氢气的场所是____________。在光合作用的光反应阶段，类囊体薄膜上的________________________吸收光能，并将光能转化为_______________中的化学能参与暗反应阶段。 叶绿体基质 光合色素(或PSⅠ、PSⅡ) ATP和NADPH 由图1可知，类囊体腔内建立了高浓度的H＋，H＋除了来源于水的光解，还来源于Cytb6f的传递，图示上方表示叶绿体基质，因此莱茵衣藻光合作用产生氢气的场所是叶绿体基质。光反应阶段，类囊体薄膜上的光合色素(或PSⅠ、PSⅡ)吸收光能，并将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能参与暗反应阶段。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活。在光合作用过程中莱茵衣藻通常产氢量较低，原因是___________________________ ___________________________________________。 　 　　 光合作用的光反应阶段会产生氧气，氧气浓度升高使氢酶失活而不能生成氢气 1 2 3 4 5 (3)在早晚弱光环境及黑暗条件下，无氧呼吸方式对于莱茵衣藻的生存很重要，无氧呼吸过程中丙酮酸能够进一步代谢产生甲酸、乙酸等各种弱酸(HA)，导致了类囊体腔的酸化。研究人员根据多项研究提出了“离子陷阱”模型(如图2)。 ①在光照较弱的时候，莱茵衣藻进行无氧呼吸产生HA的场所是________ _____；HA可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于_________________ ______________，腔内氢离子不断积累，出现酸化。 基质 细胞质 氢离子无法直接穿 过类囊体薄膜 无氧呼吸的场所是细胞质基质；由图2可知，弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体薄膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，腔内氢离子不断积累，出现酸化。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 A.类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生 　弱酸的总积累量呈正相关 B.外源添加甲酸、乙酸等弱酸后莱茵衣藻 　均出现类囊体腔酸化的现象 C.无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在 　黑暗条件下未发现类囊体腔酸化 ②(多选)下列可作为证据支持无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化的有______(填字母)。 AB 1 2 3 4 5 类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产 生弱酸的总积累量呈正相关，即无氧 呼吸产生弱酸的总积累量越多，类囊 体腔内的酸化程度越高，可说明无氧 呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，A符 合题意； 甲酸、乙酸都是弱酸，外源添加弱酸后莱茵衣藻均出现类囊体腔酸化的现象，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，B符合题意； 1 2 3 4 5 无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在 黑暗条件下未发现类囊体腔酸化，可能 与突变等现象有关，不能直接证明无氧 呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，C不 符合题意。 $$