2025届高三生物一轮复习课件细胞代谢

高三生物专题突破精品课堂 教研志愿服务 新年礼包赋能 时 间：2025年1月15日 细胞代谢的解题思路与方法 课标内容要求 概念2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖 2.2细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域 2.2.1说明绝大多数酶是一类能催生生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素（如pH和温度等）的影响 2.2.2解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 2.2.4说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量 课标学业要求 从物质与能量视角，探索光合作用与细胞呼吸，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化。 考点 五年考情（2020-2024） 山东高考试题分布 细胞呼吸的过程、影响因素与应用 (五年五考) 2024·贵州、甘肃、广东、安徽、湖南、 山东、江西、湖北、吉林、浙江 2023·全国、山西、湖北、广东、北京、 湖南、山东、浙江 2022·全国、山东、广东、浙江 2021·湖南、湖北、福建、浙江、全国、 广东、浙江、山东 2020·江苏、全国、浙江、山东 细胞呼吸： 2024山东T2、T16 2023山东T4 2022山东T4 2021山东T16 2020山东T2 环境因素对细胞呼吸速率的影响： 2023山东T17 细胞呼吸 考点立意： 一是直接考查考生对有氧呼吸三个阶段和无氧呼吸两个阶段的物质变化、能量变化以及场所等基础知识的识记，考查考生对探究酵母菌细胞呼吸方式的实验原理、实验步骤等知识的识记； 二是考查考生能分析不同环境因素对细胞呼吸强度的影响，说明细胞呼吸原理在生产生活实践中的应用，以及对不同条件下的细胞呼吸底物和产物进行相关化学计算。通过以上多种角度的设计，实现对考生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决问题能力等多种能力的考查。 光合作用 考点 五年考情（2020-2024） 山东高考试题分布 光合作用的过程及其影响因素 (五年五考) 2024·贵州、广东、北京、浙江、江西、 全国、山东、湖北、甘肃、河北、安徽、 湖南、广东、吉林 2023·湖北、北京、全国、山东、浙江、 广东、湖南 2022·湖南、山东、广东、全国、浙江 2021·北京、湖南、河北、全国、辽宁、 江苏、海南、福建、浙江、山东、天津 2020·江苏、全国、浙江、天津、山东 光合作用的基本过程： 2024山东T21 2021山东T16、T21 2020山东T21 环境因素对光合作用速率的影响： 2023山东T21 2022山东T21 考点立意： 一是直接考查考生对色素的吸收光谱、光反应和暗反应两个阶段的物质变化、能量变化以及场所等基础知识的识记，考查考生对色素的提取和分离的实验原理、实验步骤和结果等知识的识记； 二是考查考生能探究某种环境因素对光合作用强度的影响，分析不同环境因素影响光合作用强度的原理，说明光合作用原理在生产生活实践中的应用，准确判断题目中给出的是植物的净光合作用强度还是总光合作用强度，并进行相关计算。通过以上多种角度的设计，实现对考生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决问题能力等多种能力的考查，并帮助考生建立起光合作用在生产生活实践中应用的社会责任。 光合系统的多层次光保护和修复机制 (2021·山东，21)光照条件下，叶肉细胞中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，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 (2023·山东，21)当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。。 (2022·山东，21)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。 解决问题 适应是自然选择的结果 适应是生物普遍存在的一种现象。生物体的形态、结构、功能、行为和生活方式等，与其赖以生存的环境相适应的现象，称为适应。 适应包含两方面的含义：一是生物的结构与功能相适应； 二是生物的结构与功能适合于该生物在一定的环境中的生存和繁殖。 物质与能量、结构与功能 适应与进化、稳态与平衡 细 胞 呼 吸 1、(不定项)(2022·山东，16)在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合成酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合成酶。下列相关说法正确的是( 　 ) A．4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻 B．与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多 C．与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多 D．DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少 与25℃相比，4℃时耗氧量增加，电子经线粒体内膜最终传递给O2 4℃时电子传递未受阻(A项错误) 有氧呼吸释放的能量有两个去向:转移到ATP中和以热能形式散失。短时低温4℃时处理，耗氧量较多，但ATP生成量较少 4℃时有氧呼吸释放的能量用于产热较多 (B项正确) H+经ATP合酶顺浓度梯度返回线粒体基质并促使ATP合成，DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶 DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少(D项正确) 4℃时消耗的葡萄糖多(C项正确) 加入DNP使线粒体内膜两侧的H+浓度梯度下降 BCD 1、图中电子供体有：__________________；电子受体是_____。 2、图中复合体I、III、IV作为质子泵利用高能电子的传递将H+____浓度梯度由线粒体______运输至线粒体_________，导致_____________两侧形成____________的浓度差。 3、图中ATP合成酶合成ATP所需的能量来自于___________________________________。 考点一、电子传递链(呼吸链)和氧化磷酸化 【思考】 H＋顺浓度梯度所形成的电化学势能 O2 NADH、FADH2 逆 基质 膜间隙 线粒体内膜 外高内低 变式1、有的植物存在“开花生热”现象，即花细胞通过交替氧化酶(AOX)参与的分支途径(交替呼吸途径)产生大量热量，使花的温度显著高于环境温度，促使花挥发出特定的气味，而该过程中产生的ATP很少。在有氧呼吸的主呼吸链途径(细胞色素途径)中，电子传递产生的能量用于建立膜两侧的H＋浓度差，H＋浓度差推动ATP合成酶产生ATP的同时释放部分热能。下列叙述错误的是( ) A．AOX和ATP合成酶分布在线粒体内膜上 B．破坏AOX不利于植物适应低温环境 C．H＋通过ATP合成酶的跨膜运输方式为主动运输 D．“开花生热”有利于寒冷地区的植物吸引动物传粉 C 研究发现，某些天南星科植物在早春开花时，环境温度较低，其花序中含有大量的AOX。花絮成熟时，耗氧速率是一般植物的100倍以上。但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其他细胞的40%。 4、H+通过ATP合成酶的跨膜运输方式为___________。 5、AOX参与的交替呼吸途径为什么会产生大量热量？ 【思考】 交替呼吸途径电子传递路径较短，不发生H+跨膜运输过程，电子传递不与磷酸化偶联，不产生ATP或只产生少量ATP，因而会产生大量热量。 协助扩散 交替呼吸途径还可能在糖过多或细胞色素途径饱和时，处理过剩的电子，从而防止细胞色素呼吸链组分的过度还原和由此导致的超氧阴离子等活性氧的产生对植物细胞造成伤害。这两种途径的存在和切换，使得植物细胞能够在不同的环境条件下灵活调整其呼吸作用的方式，以适应外界环境的变化并保持生命活动的正常进行‌，这是进化的表现。 有氧呼吸过程中的能量转化 2、(不定项)(2024·山东，16)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 从p点开始进入III阶段时，乙醇脱氢酶活性开始下降，子叶耗氧量急剧增加，说明此时无氧呼吸减弱，有氧呼吸增强 该点为种皮被突破的时间点，空气中的O2进入子叶(A项正确) q处种子无氧呼吸与有氧呼吸被氧化的NADH相对含量相同 q处种子无氧呼吸强于有氧呼吸，无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多(D项正确) Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐减弱(C项错误) ABD 有氧呼吸前两个阶段都能产生NADH，无氧呼吸只有第一阶段产生NADH，且二者第一阶段相同 Ⅱ阶段子叶耗氧速率降低，说明有氧呼吸减弱，但为了保证能量的供应，乙醇脱氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量 说明种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸 (B项正确) 考点二、细胞呼吸的过程 3、(2023·山东，4)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　　) A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 B 变式2、(不定项)玉米是我国一种重要的粮食作物。当玉米根部受到水淹后，处于缺氧初期，根组织细胞主要进行产乳酸的无氧呼吸，随后进行产乙醇的无氧呼吸，相关细胞代谢过程如图所示。糖酵解是指在无氧条件下，葡萄糖在细胞质中经一系列反应被分解成为丙酮酸的过程。下列有关说法正确的是( ) A.图中物质A是果糖，进入细胞后被磷酸化的过程属于放能反应 B.图中的丙酮酸在O2充足时，可在线粒体基质中与O2反应生成CO2 C.缺氧初期根细胞内产生乳酸导致pH降低，使丙酮酸脱羧酶活性上升 D.图中葡萄糖经糖酵解后，多数能量转移到ATP中，另一部分以热能形式散失 C (ADH) (LDH) 据上图判断： 淹水胁迫时，该植物根细胞以酒精发酵途径为主( ) √ 变式3、(不定项)北欧鲫鱼能够在冬季结冰的水下生活。北欧鲫鱼在缺氧时将乳酸转变为酒精(熔点为-114℃)，再将酒精经鱼鳃排到水中，大大提高在严酷环境中的存活率。其细胞呼吸过程如下图所示。下列相关叙述正确的是（       ） A．过程①②③都发生在细胞质基质中，均能产生ATP B．呼吸过程中，葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失 C．基因的表达差异使北欧鲫鱼肌细胞与其他细胞中催化呼吸作用的酶有所不同 D．北欧鲫鱼的上述过程避免体内乳酸堆积，排出的酒精延缓周围水体结冰 CD 4、(2022·山东，4)植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( ) A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同 B.与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少 C.正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成 D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成 C 磷酸戊糖途径产生的是NADPH，而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH，能与O2反应产生水 磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同(A项正确) 有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程，而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物，中间产物还进一步生成其他有机物 葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少(B项正确) 受伤组织修复即是植物组织的再生过程，细胞需要增殖，需要核苷酸和氨基酸等原料，可由磷酸戊糖途径的中间产物生成 受伤组织修复过程中所需原料可由该途径的中间产物转化生成(D项正确) 正常生理条件下，植物细胞内只有10%～25%的葡萄糖参加磷酸戊糖途径，其余的葡萄糖会参与其他代谢反应，如有氧呼吸 用14C标记葡萄糖，除了追踪到磷酸戊糖途径的含碳产物外，还会追踪到其他代谢反应的含碳产物(C项错误) 22 (1)提供了生物体生命活动所需的大部分能量。 (2)是生物体物质代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢都通过细胞呼吸过程相互联系。 《必修一P94小字》 考点三、细胞呼吸的意义 变式4、(不定项)(2022·江苏，15)如图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述正确的有(　　) A．三羧酸循环是代谢网络的中心，可产生大量的[H]和CO2并消耗O2 B．生物通过代谢中间物，将物质的分解代谢与合成代谢相互联系 C．乙酰CoA在代谢途径中具有重要地位 D．物质氧化时释放的能量都储存于ATP BC 考点三、细胞呼吸的意义 光合 作用 1、(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题： (1)图b表示图a中的__________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为_________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低．暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。 类囊体膜 NADPH 减慢 (2)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。注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 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 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________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 Fecy 在叶绿体B双层膜局部受损的情况下，实验一中以亲水性的Fecy为电子受体时放氧量明显大于双层膜完整时，而实验二中以亲脂性的DCIP为电子受体时放氧量与双层膜完整时无明显变化，通过二者对比，可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 27 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。结合图b对实验结果进行解释____________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 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 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。 类囊体膜上的色素吸收光能、转化光能 ATP的合成依赖于水光解的电子传递和H+顺浓度通过类囊体膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，越不利于H+浓度梯度的建立，因此ATP的产生效率逐渐降低 28 考点一、 光系统与电子传递链 1、光系统I、Ⅱ的作用分别是？ 2、H+和电子的供体和受体分别是？ 3、电子传递过程：电子是由高电势传到低电势的，因此，电子传递过程中释放能量， PQ(质体醌)和光系统II是如何利用这部分能量建立质子浓度(电化学)梯度的？NADPH的作用是？ 4、合成ATP：类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶_________梯度流出，而ATP合成酶利用_______________________流出释放的能量来合成ATP。 【思考】 变式1、光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。如图1表示光反应机制，其中PSⅠ和PSⅡ表示光系统Ⅰ和光系统Ⅱ；如图2表示卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化为蔗糖和淀粉的过程。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1 的反向交换原则。请回答下列问题： (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。 O2和H＋ 5 NADP＋ NADPH和ATP 暗反应 30 变式1、光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。如图1表示光反应机制，其中PSⅠ和PSⅡ表示光系统Ⅰ和光系统Ⅱ；如图2表示卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化为蔗糖和淀粉的过程。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1 的反向交换原则。请回答下列问题： (2)(多选)图1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_____________________________________________________________。 abc 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 31 考点一、 光系统与电子传递链 1、光系统I、Ⅱ的作用分别是：_____________________________________________________________________。 2、H+和电子的供体和受体分别是：____________。 3、电子传递过程：电子是由高电势传到低电势的，因此，电子传递过程中释放能量，PQ(质体醌)和光系统II是如何利用这部分能量建立质子浓度(电化学)梯度的？ 主要介导NADPH的产生；进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－) 水、NADP+ ①光系统II在类囊体腔将水进行光解产生H+； ②PQ(质体醌)利用电子传递释放的能量将H+从叶绿体基质侧运到类囊体腔； ③光系统I在叶绿体基质侧将H+与NADP+结合生成NADPH。 【思考】 考点一、 光系统与电子传递链 4、合成ATP：类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶_________梯度流出，而ATP合成酶利用_______________________流出释放的能量来合成ATP。 5、NADPH的作用是：____________________。 还原C3、提供能量 质子(H+)顺浓度梯度 顺浓度 变式1、光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。如图1表示光反应机制，其中PSⅠ和PSⅡ表示光系统Ⅰ和光系统Ⅱ；如图2表示卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化为蔗糖和淀粉的过程。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1 的反向交换原则。请回答下列问题： (4)在叶绿体中，在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和____。C3转变为丙糖磷酸需要光反应阶段提供________________，白天淀粉的合成与蔗糖的合成都需要丙糖磷酸。由图2可知，C3还原成丙糖磷酸(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于____________。当细胞质基质中的Pi浓度降低时，会_____丙糖磷酸从叶绿体中运出，从而______淀粉在叶绿体内的合成，说明叶肉细胞内淀粉合成和蔗糖合成呈____相关。 C5 NADPH和ATP 细胞质基质 抑制 促进 负 34 变式1、光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳氧平衡具有重要意义。如图1表示光反应机制，其中PSⅠ和PSⅡ表示光系统Ⅰ和光系统Ⅱ；如图2表示卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化为蔗糖和淀粉的过程。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1 的反向交换原则。请回答下列问题： (5)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________ _____________________________________________________________。光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，其意义是_______________________________________________ ________________________。假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体________________。 蔗糖为 非还原糖较稳定，同时蔗糖作为二糖对渗透压的影响相对较小 减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压 吸水涨破 35 考点二、 光合产物及其运输 在叶绿体中形成的磷酸丙糖作为共同的底物，转化为两种主要的碳水化合物，在细胞质基质中合成蔗糖，或在叶绿体中合成淀粉，这是一种细胞内区域化的竞争机制的调节，内外因素控制固定的碳在蔗糖和淀粉间的分配。 丙糖磷酸的运出需经叶绿体内膜上TPT与Pi交换，因此，丙糖磷酸的分配取决于细胞质基质与叶绿体中各自无机磷酸的浓度。Pi在叶绿体与细胞质基质间有效的再循环，对维持光合作用的正常运转是必需的。叶肉细胞通过Pi对多种酶进行精细调控，控制碳源流向在蔗糖和淀粉之间达到优化配置，以使植物在不同环境条件下维持正常代谢活动。 (1)大多数植物长距离运输的光合产物是？与葡萄糖相比，其作为运输物质的优点是？   (2)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，其意义是? 为什么不大量以可溶性糖的形式存在？     (3)磷酸转运器工作时对磷酸丙糖和Pi的转运比例为1:1，若其工作效率下降，可能会导致？ (4)若细胞质基质中的Pi水平降低时，叶绿体中的磷酸丙糖如何变化？    (5)蔗糖还可直接进入液泡，该过程的运输方式为？驱动能量是？ 蔗糖。蔗糖是非还原糖较稳定；蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小。 减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压 假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水胀破 主动运输。H+顺浓度梯度跨膜运输产生的电化学势能 叶绿体内淀粉含量升高，叶肉细胞内蔗糖含量下降，光合作用速率下降。 磷酸丙糖会滞留在叶绿体中，更多的合成淀粉暂时储存下来。 变式2、(2024·山东，21节选)从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示， (2)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是_________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________。 叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，图中突变体蔗糖转化酶活性大于野生型，因此突变体内可向外运输到籽粒的蔗糖少于野生型。 2、(2023·湖南，17)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450 μmol·L－1(K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7 μmol·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。 (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_____________ ______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 3－磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移，从而避免光合产物累积对光合作用的抑制；玉米的PEPC酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸。 酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同。 考点三、碳同化、光呼吸 水生 C3植物 C4植物 CAM植物 不同的环境条件下， 植物的适应性机制 (1)光照较强条件 气孔关闭，CO2供应不足，O2积累，色素吸收的光能过剩，引起光抑制和光呼吸。光抑制会对生物膜及膜蛋白造成损伤；光呼吸消耗能量并产生CO2，降低光抑制，并为暗反应提供CO2。 (2)长时间高光强 (热带) 植物进化出C4途径，提高对低浓度CO2的利用率。 (3)干旱高温(沙漠) 植物进化出CAM途径，夜间固定CO2， 白天进行光合作用 (4)水生低CO2环境：吸收HCO3-的方式浓缩CO2 3、(2021·辽宁，22节选)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)海水中的无机碳主要以CO2和两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有如图1所示的无机碳浓缩过程，图中浓度最高的场所是________(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有______________________。 叶绿体 细胞呼吸和光合作用 探究1、水生环境下低CO2的浓缩机制——以_____________的方式浓缩CO2 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 如图所示的蓝细菌细胞如何进行CO2的浓缩？ 吸收HCO3- ①通过细胞膜上的HCO3-转运蛋白主动运输吸收 HCO3-, HCO3- 随后进入光合作用片层； ②CO2先自由扩散进入细胞膜，再通过光合作用片层上的CO2转运蛋白主动运输进入光合作用片层中， 合成HCO3-。 ③最终HCO3-进入羧化体浓缩至最高浓度。 变式3、(2021·天津，15节选)蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进___________和抑制_____________提高光合效率。 CO2固定 O2与C5结合 3、(2)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程如图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力_____(填“高于”“低于”或“等于”) Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是_______________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于_________(填“吸能反应”或“放能反应”)。 高于 NADPH和ATP 吸能反应 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用____________法。 (3)(多选)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有________(填字母)。 A.改造植物的转运蛋白基因，增强的运输能力 B.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C.改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 同位素示踪 ACD 探究2、陆生环境下CO2的浓缩机制 ——C4途径和CAM途径 (1)请据图比较C3、C4植物的结构 (2) C3途径和C4途径的区别与联系 联系： 区别： C4途径是一个CO2浓缩的途径。最终都是通过C3途径(卡尔文循环)合成有机物。 C4途径能浓缩CO2、消耗ATP、由C4运载CO2、需要PEP羧化酶 C3途径 C4途径 (2) C3途径和C4途径的区别与联系 ①为何C4植物没有“午休现象”，而C3植物有“午休现象”？ C3植物： 温度过高，蒸腾作用失水过多导致气孔导度下降，CO2吸收减少　 C4植物： ①叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，能将低浓度的CO2浓缩，从而增加细胞中CO2的浓度；　 ②强光下，可产生更多的NADPH和ATP，以满足C4植物C4途径对ATP的额外需求； ③维管束鞘细胞中的光合产物可就近及时运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能产生的反馈抑制作用。 ②为何C4植物的光呼吸强度比C3植物低很多？       C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用低浓度的CO2，且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高，在与O2竞争Rubisco中有优势。 都对CO2进行了两次固定。 C4植物两次固定CO2是空间上错开(分别在叶肉细胞和维管束鞘细胞)； CAM植物两次固定CO2是时间上错开(分别在夜晚和白天)。 (3)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：均有PEP固定CO2途径， 不同点： ①为何CAM植物叶肉细胞内的淀粉、pH和苹果酸呈现如图所示的变化? 该类植物夜间吸收CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在PEPC催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。因此夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉。因此白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。 ②为何CAM植物的PEPC在白天和夜晚的酶活性不同？     ③若CAM植物夜晚的呼吸强度减弱，会影响其苹果酸的合成，原因是？ PEPC受磷酸化和去磷酸化调节，白天PEPC发生去磷酸化而活性被抑制，对PEP的亲和性下降； 夜间，PEPC发生磷酸化而活化，与PEP的亲和性升高。 细胞呼吸减弱，生成的ATP减少影响了PEPC的活化，使草酰乙酸生成量减少； 同时，为苹果酸的合成提供的NADH减少，导致苹果酸的合成减少 探究3、光呼吸：光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程。 卡尔文循环中固定CO2的酶(Rubisco)具有两面性，O2和CO2竞争同一活性位点 a.高CO2浓度、低O2时，进行羧化 C5+CO2 2C3 Rubisco C3进入卡尔文循环 b.低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+O2 C2+C3 Rubisco 2C2 CO2 ATP、[H] 酶 C3进入卡尔文循环 (1)光呼吸的危害及抑制措施 ①危害： ②抑制光呼吸的措施： 减少了光合产物的形成和积累，消耗了ATP和NADPH，造成了能量的损耗 适当提高环境中CO2浓度 农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。 将大肠杆菌乙醇酸代谢途径整合到植物叶绿体中。在转基因植物，乙醇酸氧化过程主要在叶绿体中进行，这样就减少了乙醇酸通过过氧化物酶体和线粒体的氧化代谢，同时释放CO2的过程在叶绿体中进行，有利于卡尔文循环回收。结果，转基因植物生长更快，可溶性糖含量和生物产量都提高。 (2)光呼吸的正面意义：在干旱天气和过强光照下： ①光呼吸是高耗能反应，可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，从而减轻对叶绿体的伤害 ②光呼吸的产物有CO2和3-磷酸甘油酸，维持暗反应的正常进行； ③消除乙醇酸对细胞有毒害的作用。 另外，光呼吸代谢中涉及多种氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸)的转变，这可能对绿色细胞的氮代谢有利。 C3植物中有光呼吸缺陷的突变体在正常空气中是不能存活的，只有在高CO2浓度下(抑制光呼吸)才能正常生长，这也说明在正常空气中光呼吸是一个必需的生理过程。 科学史补充：光呼吸的发现 1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为”CO2猝发” 2021年山东卷21. 光照条件下，叶肉细胞中 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，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 (1)光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的_____中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是______________________________________________ _______________________________________________________。 CO2猝发 基质 光照停止，产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 CO2猝发现象实际上是光呼吸的“余辉”，即在光照下所形成的光呼吸底物尚未立即用完，在断光后光呼吸底物的继续氧化。 现在通常把1955年作为发现光呼吸的年代。 从生物进化的观点看，C４植物和CAM植物是从C３植物进化而来的。 在陆生植物出现的初期，大气中CO2浓度较高，O2较少，光呼吸受到抑制，故C３途径能有效地发挥作用。 随着植物群体的增加，O2浓度逐渐增高，CO2浓度逐渐降低，一些长期生长在高温、干燥气候下的植物受生态环境的影响，也逐渐发生了相应的变化。如出现了花环结构，叶肉细胞中的PEPC和磷酸丙酮酸二激酶含量逐步增多，形成了有浓缩CO2机制的C４-二羧酸循环，形成了C３-C４中间型植物乃至C４植物，或者形成了白天气孔关闭，抑制蒸腾作用，晚上气孔开启，吸收CO2的CAM植物。 不过，不论是哪一种光合碳同化类型的植物，都具有C３途径，这是光合碳代谢的基本途径。C４途径、CAM途径以及光呼吸途径只是对C３途径的补充。 光呼吸在进化中的另一个影响是导致光合碳固定更复杂的生化途经，即C4途经的出现。 一、细胞呼吸： 1、电子传递链和氧化磷酸化 2、细胞呼吸的过程 3、细胞呼吸的意义 二、光合作用： 1、光系统与电子传递链 2、光合产物及其运输 3、碳同化与光呼吸 (1)水生环境下低CO2的浓缩机制——以吸收HCO3-的方式浓缩CO2 (2)陆生环境下CO2的浓缩机制——C4途径和CAM途径 (3)光呼吸 教研志愿服务 新年礼包赋能 淄博市基础教育研究院 2025年1月15日 谢谢观看 $$