2026届高三生物学一轮复习微专题5：电子传递链、化学渗透假说及逆境胁迫专项训练

微专题5　电子传递链、化学渗透假说及逆境胁迫 考情速览 热点 考情 电子传递链 2023·重庆卷，19；2023·江苏卷，19；2023·湖北卷，8；2023·山东卷，21；2022·江苏卷，15；2022·重庆卷，23；2022·山东卷，16 逆境胁迫与生产实践 2024·广东卷，20；2024·湖南卷，17；2024·浙江6月选考，13、23；2024·河北卷，19；2024·湖北卷，21；2024·浙江1月选考，20；2023·湖南卷，14；2022·浙江1月选考，27 热点1　电子传递链与化学渗透假说 【剖析真题】 (2021·重庆卷，6)下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，下列叙述错误的是(　　) A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 【梳理知识】 1.光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合成酶 ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对H＋高度不通透，因此膜高浓度侧的H＋只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶把H＋的电化学势能转化成ATP中的化学能。 2.光合磷酸化和氧化磷酸化 3.化学渗透假说 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。 【情境应用】 情境素材　叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋浓度梯度，进而驱动ATP的合成。 注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合成酶复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程。 据以上情境素材，回答下列问题： (1)光反应过程中，ATP的形成与光系统______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。 (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(供给电子的物质)是____________。通过光合电子传递链，光能最终转化为____________________中的化学能。 (3)图中ATP合成酶的作用是___________________________________________；线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是________________。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有______________________________________________________________ ______________________________________________________________(共3点)。 (4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 【巩固训练】 1.(2025·广东惠州调研)如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是(　　) A.图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜 B.两种膜产生 ATP 的能量直接来源均为 H＋的跨膜运输 C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构 D.图甲中NADPH为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体 2.(2022·重庆卷，23)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。 　　　　图Ⅰ　　　　　　　　　图Ⅱ (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”)。 (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______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 图 Ⅲ (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)。 热点2　逆境胁迫与生产实践 【剖析真题】 (2024·浙江1月选考改编，20)长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。回答下列问题： (1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第________阶段。地下部分细胞利用丙酮酸进行乙醇发酵，这一过程发生的场所是________，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促进氢接受体(NAD＋)再生，从而使________得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越________(填“耐渍害”或“不耐渍害”)。 (2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下表。 光合速率 蒸腾速率 气孔导度 胞间CO2浓度 叶绿素含量 光合速率 1 蒸腾速率 0.95 1 气孔导度 0.99 0.94 1 胞间CO2浓度 －0.99 －0.98 －0.99 1 叶绿素含量 0.86 0.90 0.90 －0.93 1 注：表中数值为相关系数(r)，代表两个指标之间相关的密切程度。|r|越接近1时相关越密切，越接近0时相关越不密切。 据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是____________。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈________趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由________(填“气孔限制因素”或“非气孔限制因素”)导致的，理由是______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内________(填激素)大量积累，诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过________，将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。 【梳理知识】 1.环境胁迫对光合作用的影响 环境胁迫，也称为逆境，是对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。环境胁迫问题主要涉及环境条件对植物细胞代谢的影响，主要考查角度及原理分析如下： 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；对类囊体薄膜造成损伤 CO2 CO2是光合作用的反应物，低于CO2补偿点的CO2浓度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和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；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的吸收而影响暗反应，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 矿质元素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 2.传统农业生产中的典型管理措施 【巩固训练】 1.(2025·广东肇庆调研)在无土栽培生产实践中，氧不足已成为困扰无土栽培技术大规模应用于生产的限制性因子，科研人员拟从优化无土栽培营养液配方入手进行改进。钾是植物光合作用必需的矿质元素，他们以南瓜植株为实验材料，采用营养液水培法进行了实验研究，结果如下表所示。请回答下列相关问题： 处理 净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 光补偿点/ (μmol·m－2·s－1) 气孔导度/ (mol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/(μmol·mol－1) 通气对照 19.58 20.9 0.34 266 低氧胁迫 13.17 25.3 0.29 248 低氧缺钾 8.96 28.7 0.24 226 低氧高钾 19.06 22.5 0.37 270 (1)在无土栽培生产中，植物根系主要以________的方式吸收矿质元素，低氧主要抑制了根系的____________(填生理过程)，导致矿质元素吸收减少，而矿质元素如Mg参与________的形成，导致光合作用受到抑制。 (2)根据实验结果，在无土栽培生产中若要维持南瓜植株的光合作用与呼吸作用的平衡，需要的光照强度________(填“较高”或“较低”)。与其他组对比分析，低氧缺钾组南瓜植株净光合速率下降的主要原因是______________________________________________________________。 据此研究可采取_______________________________________________________ 的措施来缓解低氧胁迫造成的影响。 (3)研究表明，钾离子还能促进叶肉细胞中光合产物的运出，说明光合产物积累也是低氧缺钾组净光合速率的限制因素。为验证光合产物积累会导致净光合速率下降，某兴趣小组同学查阅文献得知蔗糖是光合作用的主要末端产物，而基因M能指导细胞膜上蔗糖转运蛋白的合成。据此小组拟定实验设计思路：将生理状态相同的南瓜幼苗均分成两组，对照组不做处理，实验组做____________________处理，在适宜的条件下培养一段时间后测定并比较______________________________________________________________。 2.(2025·广东江门调研)在幼苗期，轻度干旱可以使幼苗更加健壮，这在传统农作物管理技术中称为“蹲苗”，但长时间干旱或重度干旱则会对作物造成伤害。玉米是我国重要的经济作物，玉米早期的生长容易受干旱的影响。研究人员将生长发育良好的玉米幼苗随机均分为四组，分别进行正常供水、轻度干旱、中度干旱和重度干旱处理，一段时间后检测幼苗的平均质量、根冠比(植物地下部分与地上部分生物量之比)、过氧化氢酶活性和丙二醛含量，实验处理方法及结果如表所示。回答下列有关问题。 组别 处理方式 平均质量/克 根冠比 过氧化氢酶活性 丙二醛含量 第1组 正常供水 120 1∶1.5 ＋＋ ＋ 第2组 轻度干旱 110 1∶1.3 ＋＋＋ ＋＋ 第3组 中度干旱 90 1∶1.2 ＋＋＋＋ ＋＋＋ 第4组 重度干旱 60 1∶1 ＋ ＋＋＋＋＋ 注：“＋”的多少代表活性或含量的高低。 (1)由实验结果推测，干旱刺激可以________(填“促进”或“抑制”)玉米幼苗地下部分的生长，同时________(填“促进”或“抑制”)地上部分的生长，轻度干旱下幼苗对干旱环境的适应机制为______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)随着干旱程度的增强，玉米幼苗体内脱落酸(ABA)的含量逐渐增加，气孔导度下降、蒸腾作用减弱，减少水分的散失。由此推测，随着干旱程度的增强，玉米幼苗的平均质量逐渐下降的原因可能有______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)在干旱胁迫条件下，玉米幼苗细胞内过氧化氢和丙二醛含量均增加，过氧化氢和丙二醛会损伤细胞结构，仅从细胞中过氧化氢酶活性变化的角度分析，玉米幼苗在不同干旱程度条件下，对干旱的适应性变化：______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 这种变化说明__________________________________________。 (4)有研究表明，ABA能提高植物的抗旱性。以脱落酸缺失突变体幼苗为材料，以根的长度为观测指标，设计实验验证这一结论，要求写出实验思路并预期实验结果。______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 参考答案 热点1 【剖析真题】 A　[O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子的有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。] 情境探疑·拓展应用 情境素材　提示　(1)Ⅱ　(2)水　ATP和NADPH(答完整才可)　(3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输　线粒体内膜　水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋　(4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失 【巩固训练】 1.B　[图甲中利用光能分解水，为光合作用的光反应阶段，所以图甲为叶绿体中的类囊体薄膜，存在于有叶绿体的生物体内，图乙中利用NADH生成水和ATP，应为有氧呼吸第三阶段，所以图乙为线粒体内膜，存在于含线粒体的生物中；自养需氧型生物，如硝化细菌为原核生物，不存在图甲结构和图乙结构，A、C错误；由图可知，这两种膜结构上的ATP合成酶在合成ATP时，都需要利用膜两侧的H＋跨膜运输，即H＋的梯度势能转移到ATP中，B正确；图甲中的NADP＋接受电子变成NADPH，NADP＋为电子最终受体，图乙中O2接受电子变成水，O2为电子最终受体，D错误。] 2.(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温　(2)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膜内外H＋浓度差　(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高　水　(4)NADPH、ATP和CO2　增加CO2的浓度和适当提高环境温度 解析　(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图 Ⅱ 实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了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，因为图 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膜内外H＋浓度差。 (3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。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，光反应过程中，水的分解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加CO2的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。 热点2 【剖析真题】 (1)三　细胞质基质　细胞呼吸第一阶段　耐渍害　(2)胞间CO2浓度　下降　非气孔限制因素　胞间CO2浓度与光合速率(或气孔导度)呈负相关　(3)脱落酸　细胞凋亡 解析　(1)有氧呼吸释放能量最多的是其第三阶段。乙醇发酵发生的场所是细胞质基质，此过程中再生出的NAD＋参与细胞呼吸的第一阶段。渍害条件下，乙醇脱氢酶活性越高的品种，再生NAD＋的能力越强，因此越耐渍害。(2)根据表格第6行数据可知，与叶绿素含量呈正相关的指标是光合速率、蒸腾速率和气孔导度，与叶绿素含量呈负相关的指标是胞间CO2浓度。据表可知，蒸腾速率与光合速率之间的r值为0.95，二者呈正相关，因此光合速率下降，蒸腾速率也呈下降趋势。根据表中数据，胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度均呈负相关，因此可以推知光合速率下降主要是由非气孔限制因素导致的。(3)能诱导植物气孔关闭的植物激素为脱落酸。植物根系将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，这属于细胞凋亡。 【巩固训练】 1.(1)主动运输　呼吸作用(有氧呼吸)　叶绿素　(2)较高　气孔导度下降，胞间CO2浓度降低　在营养液中适当增加K＋的浓度　(3)敲除M基因(或抑制M基因表达)　植株的净光合速率(CO2的吸收速率或O2的释放速率) 解析　(1)低氧抑制了植株根系的有氧呼吸，产生的能量减少，导致矿质元素吸收减少，故植物根系主要以主动运输的方式吸收矿质元素。Mg参与叶绿素的合成，缺少Mg会导致光反应速率下降，光合作用受到抑制。(2)光补偿点为光合速率与呼吸速率相等时所对应的光照强度。由题表可知，在无土栽培生产中若要维持南瓜植株的光合作用与呼吸作用的平衡，需要的光照强度较高。与其他组对比，低氧缺钾组南瓜植株气孔导度降低，胞间CO2浓度降低，使暗反应速率降低，净光合速率降低。据此研究可知，在营养液中适当增加K＋的浓度可缓解低氧胁迫造成的影响。(3)根据单一变量原则设计实验，为验证光合产物积累会导致净光合速率下降，对照组不做处理，实验组敲除M基因，其余无关变量均相同，在适宜的条件下培养一段时间后测定并比较两组植物的净光合速率(CO2的吸收速率或O2的释放速率)。 2.(1)促进　抑制　轻度干旱可以促进玉米幼苗根系的发育，提高其吸水能力；同时轻度干旱可以抑制茎叶生长，降低玉米幼苗的蒸腾作用，减少水分的散失(合理即可)　(2)在干旱胁迫条件下，玉米幼苗合成脱落酸(ABA)的量增加，进行光合作用的叶片减少；气孔导度下降，进入叶肉细胞中的CO2减少，光合速率下降　(3)与正常供水相比，在轻度干旱和中度干旱时，过氧化氢酶的活性增高，可以降低过氧化氢对细胞的伤害；但重度干旱时，过氧化氢酶活性降低，细胞内过氧化氢积累增多，加剧对细胞的伤害　玉米幼苗对干旱环境的适应具有相对性　(4)实验思路：取若干生长状况相似的脱落酸缺失突变体幼苗，随机均分成甲、乙两组，在适度干旱的条件下培养(其他条件相同且适宜)，甲组喷洒适宜浓度的ABA，乙组喷洒等量的蒸馏水，一段时间后，测量幼苗根的长度。预期实验结果：甲组幼苗根的平均长度明显比乙组长(合理即可) 解析　(1)由实验结果可知，干旱可以提高玉米幼苗的根冠比，据此推测干旱可以促进玉米幼苗地下部分的生长，同时抑制地上部分的生长；轻度干旱可以促进玉米幼苗根系的发育，提高其吸水能力，同时轻度干旱可以抑制地上部分的生长，降低玉米幼苗的蒸腾作用，减少水分的散失，从而提高玉米幼苗对干旱环境的适应。(2)在干旱胁迫条件下，玉米幼苗合成脱落酸(ABA)的量增加，则进行光合作用的叶片减少；气孔导度下降，则进入叶肉细胞中的CO2减少，光合速率下降，故玉米幼苗的平均质量下降。(3)与正常供水相比，在轻度干旱和中度干旱时，玉米幼苗细胞内过氧化氢酶的活性增大，使过氧化氢降解加速，从而降低过氧化氢对细胞的伤害；但重度干旱时，过氧化氢酶活性降低，过氧化氢降解缓慢，细胞内过氧化氢大量积累，加剧了对细胞的伤害。这种变化说明玉米幼苗对干旱环境的适应具有相对性。(4)实验分析如下： 学科网（北京）股份有限公司 $$