18 第二单元第14讲光合作用的原理及探究历程-【创新教程】2026年高考生物总复习大一轮课件PPT

2025-05-16

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第14讲光合作用的原理及探究历程第二单元细胞的能量供应和利用下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学构建体系素养建模研析考点层级突破 01 02 课时作业 05 真题考法素养演练 04 第二单元细胞的能量供应和利用高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学构建体系素养建模下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学研析考点层级突破下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学真题考法素养演练下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学课时作业点击进入WORD链接下一页上一页返回导航第二单元降低化学反应活化能的酶高考总复习生物学知识体系——定内容核心素养——定能力生命观念运用物质与能量观，分析光合作用过程中物质和能量的转化科学思维分析ATP、NADPH、C3、C5等物质变化曲线模型，理解光反应和暗反应之间的联系科学探究通过科学家探索光合作用的科学实验，掌握实验设计的科学和巧妙之处考点1　光合作用的探索历程 [必备知识·复盘] 1．光合作用的概念及反应式 (1)光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 (2)反应式：CO2＋H2O (CH2O)＋O2。 2．探索光合作用原理的部分实验(连线) 　①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 ②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。 ③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。 1．绿叶暗处理后，一半遮光，一半曝光，碘蒸汽处理后观察叶片颜色变化，可证明淀粉是光合作用的产物。(2021·福建卷，4B)(√) 2．光合作用一定发生在叶绿体中。(×) 3．希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。(×) 答案：需氧细菌在红光区域和蓝紫光区域分布较多。 1．(必修1 P100～101“思考·讨论”)下面是恩格尔曼的第二个实验示意图，若用透过三棱镜的光先通过叶绿体色素提取液，再照射到载有水绵和需氧细菌的临时装片上，一段时间后，需氧细菌分布有何特点？ 2．(必修1 P102～103“思考·讨论”)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，请说明理由。答案：水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 3．(情景探究)(1)给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是 ____________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________。答案：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了Heq \o\al(18,2)O，有氧呼吸第二阶段利用Heq \o\al(18,2)O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 (2)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物 [关键能力·提升] ◆[提升点]　通过光合作用的探索历程考查理解能力和获取信息的能力 1．(2025·广西来宾高三第一次质检)在光合作用发现过程中，科学家卡尔文做出了重要贡献。1945年，卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间，然后用甲醇(可杀死小球藻)分别处理并取样，最后根据标记化合物出现情况，确定生成物质的先后次序。下列有关说法，正确的是(　　) A．在卡尔文的实验过程中，不产生氧气，也不消耗氧气 B．该实验过程应该在无氧环境中进行，以排除干扰 C．若要确定第一个生成的物质，光照时间应延长 D．含有14C的物质，主要存在于叶绿体基质中解析：D　[小球藻进行光合作用的过程中，可以通过水的光解产生氧气，线粒体进行有氧呼吸的过程也会消耗氧气，A错误；卡尔文探究的是暗反应的过程，氧气对该实验没有明显干扰，不需要设置无氧环境，B错误；若要确定第一个生成的物质，应不断缩短光照时间，直到产物不再发生改变，可确定该产物是第一个生成的物质，C错误；暗反应的场所在叶绿体基质，以14CO2为原料生成的含有14C的物质主要存在于叶绿体基质中，D正确。] 2．(2025·安徽六安一中第二次月考)在探索光合作用过程中有很多科学家作出了贡献。 (1)1881年，德国科学家恩格尔曼实验一的实验材料为水棉和需氧细菌，其优点是水绵的叶绿体呈__________________分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气的部位。恩格尔曼实验二是将光透过三棱镜照射水绵临时装片，好氧菌聚集在红光和蓝紫光区域中。如果有人将光透过三棱镜后再照射水绵临时装片，乳酸菌聚集在______区域中。 (2)1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。希尔的实验说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应，请解释原因 ___________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气来源于H2O。有人给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于_______________________________ ______________________________________________________________ ______________________________，其又作为原料参与了光合作用之故。 (4)20世纪40年代，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题。 ①卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是___________________________________________。 ②随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了______(填“相同”或“不同”)的层析液。与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是 ______________________________________________________________ _____________________________________________________________。 ③叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计相互实验来证明，完善实验思路：将生长状况良好且相同的叶片均分为甲乙两组，两组植物的叶片均进行黑暗(或饥饿)处理一段时间。______________________________________________________________________________________________________________________________________，分别加入碘液后观察。解析：(1)水绵的叶绿体呈螺旋带状，有利于观察叶绿体的形态。乳酸菌为厌氧菌，不需要氧气，而色素进行光合作用是不吸收绿光，因此如果有人将光透过三棱镜后再照射水绵临时装片，乳酸菌聚集在绿光区域中。 (2)希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖类的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 (3)如果反应时间较长，标记的C18O2通过暗反应C3的还原产生的水也含有18O标记，标记的水再进行水的光解产生含有18O标记的氧气。 (4)①为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后加热杀死小球藻，防止反应继续进行。 ②双向纸层析法是将滤纸在某一特殊的溶剂系统中按一个方向展层以后，即予以干燥，再转向90°，在另一溶剂系统中进行展层，待溶剂到达所要求的距离后，取出滤纸，干燥显色，从而获得双向层析谱。应用这种方法，如果溶质在第一溶剂中不能完全分开，而经过第二种溶剂的层析能得以完全分开，大大的提高了分离效果，分离现象更明显。 ③淀粉遇碘变蓝，欲证明光合作用产生淀粉，则可使用碘液检测，实验思路可为：将生长状况良好且相同的叶片均分为甲乙两组，两组植物的叶片均进行黑暗(或饥饿)处理一段时间。甲组置于有光，乙组置于黑暗，一段时间后，用差速离心法提取甲乙两组的叶绿体，脱色后制成匀浆，分别加入碘液后观察，预期的结果为甲组变蓝，乙组不变蓝。答案：(1)螺旋带状　绿光 (2)希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖类的合成相关联；暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段 (3)C18O2中的部分氧转移到Heq \o\al(18,2)O中 (4)①终止反应，溶解有机物　②不同　将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离　③甲组置于有光，乙组置于黑暗，一段时间后，用差速离心法提取甲乙两组的叶绿体，脱色后制成匀浆考点2　光合作用的原理 [必备知识·复盘] 1．光合作用的过程 (1)图中序号代表的物质：① NADPH ，② 2C3 ， ③ ADP＋Pi ，④ O2 ，⑤ (CH2O) 。 (2)比较光反应与暗反应 2．光合作用和化能合成作用的比较 1．光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。(2024·江西卷，5D)(√) 2．幼苗中的水可参与形成NADPH，也可参与形成NADH。(2024·贵州卷，1D)(√) 3．高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(2023·湖北卷，11D)(×) 1．(必修1 P103“相关信息”)水分解为O2和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递用于形成NADPH，NADPH有什么作用？答案：NADPH可作为还原剂，又可为暗反应提供能量。 2．(必修1 P104“相关信息”)C3、C5分别是什么物质？答案：C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸；C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 3．(情景探究)光合作用物质含量变化的模型构建与解读光照强度变化 CO2浓度变化 (1)图1中曲线甲表示________________，曲线乙表示 ______________________________________________________。 (2)图2中曲线甲表示______________________，曲线乙表示________________。 (3)图3中曲线甲表示______________________，曲线乙表示________________。 (4)图4中曲线甲表示______________，曲线乙表示________________________。答案：(1)C3　C5、NADPH、ATP (2)C5、NADPH、ATP　C3 (3)C5、NADPH、ATP　C3 (4)C3　C5、NADPH、ATP [关键能力·提升] ◆[提升点1]　通过光合作用的过程考查获取信息能力 1．研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素解析：A　[乙醇酸是在光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。] 2．如图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(　　) A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B．c为ATP，f为NADPH C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能解析：B　[图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A正确，B错误； C正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。] 光合作用反应式及元素去向分析 ①O：Heq \o\al(18,2)Oeq \o(――→,\s\up16(光反应))18O2 C18O2eq \o(――→,\s\up16(CO2的固定))C3eq \o(――→,\s\up16(C3的还原))(CHeq \o\al(18,2)O) ②C：14CO2―→14C3―→(14CH2O) ③H：H2O→NADPH→(CH2O) 3．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。 (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是______________________________________________(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 ___________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)光合作用光反应阶段的场所在叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。 (2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。 (3)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。答案：(1)O2、NADPH和ATP (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 ◆[提升点2]　通过条件改变对光合作用的影响考查科学思维和综合判断能力 4．(2025·湖南长郡中学调研)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是(　　) A．被色素吸收的光能全部用于③合成ATP B．只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原 C．如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加 D．如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少解析：B　[光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和Pi，增加光照强度后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲、乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。] 5．(2025·安徽名校联考)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转变成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。（1）绿叶中色素分离的原理是 _____________________________________________________________ _______________________________，叶绿素a主要吸收________光。 (2)图中的A是________，C是________。 (3)若反应Ⅱ中G的浓度突然降低一半，短时间内C5的含量将________。如果追踪反应Ⅱ中相关元素的去向，常用________法。 (4)过度光照会激活PSBS，直接抑制________过程，导致电子不能传递给________(填图中字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。解析：(1)纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上的扩散速度快，叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。 (2)叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，故A为氧气。在ATP合成酶的作用下，能在跨膜H＋浓度梯度的推动下合成ATP，故C是ATP。 (3)在暗反应中，G是二氧化碳，二氧化碳的浓度突然降低至一半，C5的消耗量减少，合成量不变，故短时间内C5的含量将升高，如果追踪反应Ⅱ中相关元素的去向，常用同位素标记法。 (4)激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，水光解时产生的电子，过度光照将会激活膜蛋白PSBS，抑制电子在类囊体膜上的传递，直接抑制水的光解。电子、H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，电子在类囊体膜上的传递减少，会抑制电子、H＋与D(NADP＋)结合的过程。答案(1)不同的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同　红光和蓝紫 (2)O2　ATP (3)升高　同位素标记 (4)水的光解　D 判断C3、C5等物质含量变化的分析思路叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析： (1)来路与去路动态平衡，则物质含量相对稳定。 (2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。 (3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。 [真题研析]——浸润素养 [例]　(2024·安徽高考)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。净光合速率(μmol·m－2·s－1) 叶绿素含量(mg·g－1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (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)。 (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___________________________________________________________。 [关键信息点] ① 探究基因OsNAC对光合作用的影响实验 ② 分析实验数据探究基因功能解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖1,5二磷酸(C5)和淀粉等。 (2)与某品种水稻的野生型(WT)相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。 (3)题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因有：①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；②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。答案：(1)ATP和NADPH　核酮糖1,5二磷酸和淀粉等 (2)减法原理　加法原理 (3)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 [真题品悟]——厚积素养 [考向1]　光合作用的探索历程 1．(2021·福建高考真题)生物科学史蕴含科学研究的思路和方法，下列科学史实验与结论不相符的叙述是(　　) 选项科学史实验结论 A 用伞形帽和菊花形帽伞藻进行嫁接和核移植实验伞藻的帽形建成主要与细胞核有关 B 绿叶暗处理后，一半遮光，另一半曝光，碘蒸气处理后观察叶片颜色变化淀粉是光合作用的产物 C 不同颜色荧光染料标记人和小鼠的细胞膜蛋白进行细胞融合实验细胞膜具有流动性 D 将狗的小肠黏膜和稀盐酸混合磨碎后制成的提取液注入狗的静脉，检测胰液分泌情况胰液分泌是神经调节的结果解析：D　[用伞形帽和菊花形帽伞藻进行嫁接和核移植实验说明伞藻的帽形建成主要与细胞核有关，A正确；萨克斯的实验中设置了对照试验，遮光和不遮光的叶片形成对照试验，碘蒸气是要排除叶片中原来的淀粉的影响，实验结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝，说明淀粉是光合作用的产物，B正确；不同颜色荧光染料标记人和小鼠的细胞膜蛋白进行细胞融合实验，荧光染料与细胞膜组成成分蛋白质结合，随着该组成成分的移动而移动，细胞膜上荧光物质的移动表明了细胞膜组成成分的移动，可推知膜上的蛋白质分子具有流动性，C正确；将狗的小肠黏膜和稀盐酸混合磨碎后制成的提取液注入狗的静脉，检测胰液分泌情况，因本实验中小肠黏膜神经被彻底排除，最终有胰液的分泌，故可说明胰液分泌不是神经调节的结果，D错误。] 2．(2024·广东高考)2019年，我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌，其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中，下列物质存在的可能性最小的是(　　) A．ATP B．NADP＋ C．NADH D．DNA 解析：D　[由题干信息可知，采集到的蓝细菌其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用，进行光合作用时，光反应阶段可以将ADP和Pi转化为ATP，NADP＋和H＋转化为NADPH，用于暗反应，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都可以生成NADH，而DNA存在于蓝细菌的拟核中，D正确，A、B、C错误。] 3．(2023·天津高考)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．物质X通过提高有氧呼吸水平促进HCOeq \o\al(－,3)进入细胞质基质 B．HCOeq \o\al(－,3)利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质 C．水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质 D．光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境解析：B　[光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成，因此物质X可通过提高有氧呼吸水平促进HCOeq \o\al(－,3)进入细胞质基质，A正确；HCOeq \o\al(－,3)进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能，属于主动运输，通道蛋白只能参与协助扩散，B错误；据题图可知，光反应中水光解产生的H＋促进HCOeq \o\al(－,3)进入类囊体，并与HCOeq \o\al(－,3)在类囊体腔内反应产生CO2，因此能提高类囊体腔CO2水平，C正确；光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于HCOeq \o\al(－,3)进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。] 4．(2024·湖南高考)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题： (1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生________；光能转化为电能，再转化为________中储存的化学能，用于暗反应的过程。 (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量________，从叶绿素的合成角度分析，原因是 _____________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。 (3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：①____________；②____________；③__________；④基因测序；⑤__________。解析：(1)植物光反应过程中水的光解会产生O2和H＋，H＋和NADP＋结合产生NADPH。该过程中光能转化为电能，电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。 (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，而Mg和N是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素的合成。 (3)Rubisco由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA序列已知，因此检测其是否突变的基本思路是利用PCR技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。其具体步骤为：①分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA；②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物；③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳；④基因测序；⑤和已知基因序列进行比较。答案：(1)O2和H＋　ATP和NADPH (2)减少　缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，使叶绿素合成减少 (3)分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA(取突变体叶片，提取DNA)　根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物　利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳　和已知基因序列进行比较 $$

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