第3单元 5 第11讲 光合作用的结构基础和过程(课件PPT)-【金版新学案】2026年高考生物高三总复习大一轮复习讲义(人教版 不定项)
2025-11-08
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 生物学 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | 光合作用 |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 8.01 MB |
| 发布时间 | 2025-11-08 |
| 更新时间 | 2025-11-08 |
| 作者 | 山东正禾大教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 金版新学案·高考大一轮复习讲义 |
| 审核时间 | 2025-11-08 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/54746422.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中生物学高考复习课件聚焦“光合作用的结构基础和过程”专题,依据新课标要求梳理了“绿叶中色素的提取和分离”实验及“光合作用过程”两大核心考点,结合近三年多省市高考真题分析,明确实验操作(如2024广东卷)和过程分析(如2023湖北卷)的高频考查方向,构建了“原理-步骤-结果-应用”的完整复习体系。
课件亮点在于“真题情境化+思维建模化”的备考设计,如以2023江苏卷色素实验题为载体,运用科学思维的“结果分析法”突破滤纸条色素带异常问题,结合生命观念的结构与功能观解析叶绿体类囊体与光反应的关系。特设“易错点警示”(如CaCO3作用)和“模型速解”(C3/C5含量变化),助力学生掌握答题技巧,教师可依托此课件实现考点精准突破与学情高效诊断。
内容正文:
第11讲 光合作用的结构基础和过程
第三单元 细胞的能量供应和利用
高三一轮复习讲义 人教版 (不定项)
课标要求
1.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,转换并储存为糖类分子中的化学能。
2.实验:绿叶中色素的提取和分离。
考情分析
1.色素的提取和分离
(2024·广东卷T3;2024·甘肃卷T17;2023·江苏卷T12;2023·全国乙卷T2;2023·辽宁卷T21;2023·海南卷T16;2023·广东卷T18;2022·山东卷T21)
2.光合作用过程
(2024·吉林卷T21;2023·湖北卷T8;2023·江苏卷T19;2022·重庆卷T23;2021·广东卷T12;2021·湖南卷T18;2021·河北卷T19)
考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离
考点二 光合作用的过程
知识小结
真题体验
课时测评
情境命题
内容索引
实验:绿叶中色素的提取和分离
考点一
返回
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
必备知识 整合
溶解度
(2)实验步骤
防止研磨中色素被破坏
色素
平整不重叠
(3)实验结果及分析
橙黄色
色素种类
色素含量
溶解度
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出:
红光和蓝紫光
3.叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)叶绿体的结构模式图
暗反应
(2)叶绿体的功能
外膜
叶绿体基质
类囊体
1.正误判断
(1)(必修1 P99 正文)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。 ( )
(2)(必修1 P100 正文拓展)生物光合作用的场所不一定是叶绿体,没有叶绿体的生物也可以是自养型生物。 ( )
(3)(必修1 P101“概念检测”)夏天叶片呈绿色是叶片吸收绿光导致的,秋天叶片变黄,是叶黄素含量增多导致的。 ( )
(4)(2021·河北卷)纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液。 ( )
(5)(2020·山东卷)探究黑藻叶片中光合色素的种类时,可用无水乙醇作提取液。 ( )
考教衔接
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√
×
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√
2.情境分析
(1)恩格尔曼对叶绿体功能以及色素的吸收光谱进行了实验探究。下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图,请分析:
恩格尔曼的实验示意图 恩格尔曼第二个实验的示意图
①恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是____________________
________________________________________________________________
________________。
选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位
②恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是______________
_____________________。
③在第二个实验中,大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域,为什么?
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
排除氧气和极细
光束外的其他光的干扰
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光,在此波长光的照射下,叶绿体会释放较多氧气,适于需氧细菌在此区域分布
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组),部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后,提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素,比较滤纸条上的色素带
(2)研究表明,光照会影响韭菜叶绿素的合成,但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术,以暗处生长的韭菜幼苗作为材料,设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路:______________________________________________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
预期结果:______________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________。
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致;甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带,乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带
影响叶绿素合成的三大因素
核心归纳
考向1 实验过程
1.(2024·广东卷)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
关键能力 提升
√
本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,选择新鲜程度不同的叶片分开研磨,A错误;色素溶于有机溶剂,不溶于水,提取液为无水乙醇,不能用水补充提取液,B错误;由于滤纸条不会相互影响,两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析,C正确;用过的层析液含有会对环境造成污染的物质,不能直接倒入下水道,D错误。
2.(2025·辽宁锦州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点,成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先后置于层析液和蒸馏水中进行层析,过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是
A.色素1在层析液中的溶解度最大
B.色素1、2、3、4难溶于蒸馏水
C.色素5可能存在于植物的液泡中
D.缺Mg会影响色素1和2的含量
√
根据层析的结果,色素1距离起点最远,说明其在层析液中的溶解度最大,A正确;根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水,因此在滤纸上不进行扩散,B正确;根据在蒸馏水中的层析结果说明,色素5可以溶解在蒸馏水中,推测其可能是存在于植物液泡中的色素,C正确;1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度,推测是光合色素,因此它们依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,Mg参与构成叶绿素,故缺Mg会影响色素3和4的含量,D错误。
考向2 光合作用的结构基础
3.(2025·福建宁德模拟)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。
下列关于叶绿素的叙述,错误的是
A.在提取绿叶中的色素时,加入CaCO3可以保护②③不被破坏
B.色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用
C.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
D.弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用
√
由图中三条曲线的峰值范围推知,①为类胡萝卜素,②为叶绿素b,③为叶绿素a,在提取绿叶中的色素时,加入CaCO3可以保护叶绿素不被破坏,即可保护②③,A正确;紫外光属于不可见光,光合色素不能吸收利用,B错误;利用纸层析法分离色素时,从上至下色素分布依次是:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,因此②叶绿素b应位于滤纸条的最下端,C正确;在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境,即②叶绿素b相对含量升高,所以弱光下②叶绿素b的相对含量升高有利于植物对弱光的利用,D正确。
4.(2025·广东深圳高三期末)研究团队将与蓝细菌的叶绿素d、叶绿素f(吸收光谱扩展到750 nm)合成有关的基因导入某植物,并通过定点诱变该植物向光蛋白(介导植物体的叶绿体运动)基因,调节叶绿体的避光运动和趋光运动。下列对该转基因植物的描述,错误的是
A.对光能的利用能力高于普通植物
B.光合色素种类与蓝细菌相同
C.叶绿体的避光和趋光运动依赖细胞质环流
D.涉及到的变异类型有基因突变和基因重组
√
返回
光合作用的过程
考点二
返回
1.光合作用的探索实验
必备知识 整合
叶绿体
叶绿体
O2
水
ATP
CO2
2.光合作用过程
(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______,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出______的过程。
②反应式(箭头表示元素的去向):
光能
氧气
(2)光合作用的基本过程
Ⅰ.图中序号代表的物质:①__________,②_____,③ADP+Pi,④O2,⑤___________。
NADPH
2C3
(CH2O)
Ⅱ.比较光反应与暗反应
色素
类囊体薄膜
NADPH
(CH2O)+C5
ATP和NADPH
ATP 和 NADPH
(3)光合作用和化能合成作用的比较
无机物氧化释放的能量
CO2和H2O
1.正误判断
(1)(必修1 P103、P104正文)光反应必须在光照下进行,暗反应必须在暗处进行。 ( )
(2)(必修1 P103 图5-14)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,在合适的条件下可完成暗反应过程。 ( )
(3)(必修1 P104“相关信息”)光合作用的产物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以进入筛管,通过韧皮部运输到植株各处。 ( )
(4)(2023·湖北卷)高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少。 ( )
(5)(2021·湖南卷)弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用。 ( )
考教衔接
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×
×
×
2.情境分析
(1)卡尔文及其同事用14CO2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。如图为卡尔文等人研究的主要流程,请回答下列问题。
①卡尔文向密闭容器中通入14CO2,经过不同时间的照光(数秒直至数十分钟)后,将小球藻放入沸腾的酒精中处理,其目的是___________________
_______,从而使小球藻中的化合物停留在碳反应的某一阶段;然后分离出各种化合物,测定其放射性。
迅速杀死细胞,使酶
失活
②卡尔文发现光照30秒,14C出现在三碳化合物、五碳化合物和六碳化合物、七碳化合物等20余种化合物中。要想探究光合作用暗反应产生的第一种产物,他应该如何做?
提示:缩短光照时间,直至含有14C的化合物只有一种。
(2)下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原,据图分析:
①如果CO2的供应不变,突然停止光照,反应Ⅰ______,NADPH和ATP含量______,C3的消耗速率______,而CO2的供应不变,C3的生成速率________,所以C3的含量会上升。同理C5的含量会________,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。
停止
下降
减慢
不变
下降
停止光照,光反应停止,NADPH和ATP含量下降,C5的生成速率减慢,而CO2的供应不变,C5的消耗速率不变,所以C5的含量会下降
②若光照不变,CO2的供应突然停止,则C3和C5的含量如何变化?模仿上述“来源-去路法”,尝试分析。
提示:CO2的供应突然停止,C3的生成速率下降;光照不变,NADPH和ATP含量不变,C3的消耗速率不变,所以C3的含量会下降。同理,C5的含量会上升。
(3)(经典高考情境)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下:
A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。
B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为
7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。
C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为
3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题。
①单位光照时间内,C组植物合成有机物的量______(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要______,这些反应发生的部位是叶绿体的______。
②A、B、C三组处理相比,光合作用产物的相对含量依次升高的原因是
什么?
提示:随着光照和黑暗交替频率的增加,使光下产生的NADPH和ATP能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用产物的相对含量。
高于
光照
基质
“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化
核心归纳
考向1 光合作用的探究实验
1.(2024·安徽芜湖三模)在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照条件下发生了水的光解、产生氧气的现象称为希尔反应。下列叙述错误的是
A.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化
B.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP+的作用相似
C.希尔反应说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水
D.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
关键能力 提升
√
希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化,需要光照、水等条件,A正确;希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP+的作用相似,都具有氧化的作用,B正确;希尔反应不能证明光合作用产生的O2中的氧元素全部来自于H2O,实验中其他物质也含有氧,需要进一步研究,C错误;希尔反应过程没有加入CO2,说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应,D正确。
考向2 光合作用中的物质和能量变化
2.(不定项)(2024·吉林三模)2021年Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文,在实验条件下,科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用,此反应大大提高了淀粉合成效率。下列叙述正确的是
A.光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程,有酶和ATP即可进行
B.人工合成淀粉过程中需多种酶参与,可以通过改造酶基因来提高催化的效率
C.植物光合作用与人工合成淀粉的途径中,都是利用还原剂作用于CO2
D.若两者固定CO2量相等,植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等
√
人工合成淀粉新途径中有CO2→C1中间体→C3中间体的过程,绿色植物叶肉细胞内类似于该过程的是CO2的固定,不需要光反应提供ATP,A错误;可通过蛋白质工程实现对相关酶基因的改造,从而提高催化效率,B正确;植物光合作用中还原剂作用于C3,而图示中人工合成过程还原剂作用于CO2,C错误;在固定的CO2量相等的情况下,光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类相同,而人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗糖类(而植物呼吸作用消耗糖类),因此人工合成淀粉途径的淀粉积累量更多,D错误。
3.(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
√
据图可知,在强光下,PSⅡ与LHCⅡ分离,减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获;在弱光下,PSⅡ与LHCⅡ结合,增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化,叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多,从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强,A正确。
Mg2+是合成叶绿素的原料,叶绿素能吸收、传递和转化光能,若Mg2+含量减少,PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低,导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱,B正确。弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合,有利于对光能的捕获,C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素,在光反应中,其能吸收光能并分解水产生H+、电子和O2,D正确。
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知 识 小 结
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真 题 体 验
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1.(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述,合理的是
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
√
用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素分子被破坏,A错误;若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但也会使滤液细线变粗,易出现色素带重叠,B正确;在该实验中可以根据色素带的宽度来定性描述色素的含量,但并不能准确的测定色素的含量,C错误;花青素为水溶性色素,不溶于无水乙醇,用红色苋菜叶进行实验不可以得到5条色素带,D错误。
2.(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
√
叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg,所以N元素和Mg元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;光反应的场所是类囊体薄膜,需要光合色素吸收光能,所以叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上,B正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越快,D错误。
3.(2022·湖北卷)某植物的2种黄叶突变体表型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如下表。下列有关叙述正确的是
√
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离,仍属同一物种,只能体现遗传多样性,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱,B错误;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的,C错误;野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19,叶绿素含量较高,叶片呈绿色,突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量减少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,此时叶片呈黄色,D正确。
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
4.(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco,下列叙述正确的是
A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合
√
由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知,Rubisco是与暗反应有关的酶,暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的,故Rubisco存在于叶绿体基质中,A错误;光反应产物充足的条件下,暗反应在有光、无光条件下都可以进行,故激活Rubisco不一定需要黑暗条件,B错误;在暗反应阶段,CO2的固定不消耗NADPH和ATP,C错误;CO2固定过程即C5和CO2结合生成C3的过程,D正确。
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人工合成淀粉
情境
命题11
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情境素材
我国科学家模拟和借鉴了植物的光合作用过程,从动物、植物、微生物等31个物种中选择合适的酶,在无细胞系统中构建了一条人工淀粉合成途径(ASAP),该途径首先通过光伏发电将光能转变为电能,光伏电解水产生氢气,然后通过催化剂利用氢气将CO2还原成甲醇,最终合成淀粉,相关过程如图所示:
角度一 运用基础知识,解答迁移问题
(1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获,那么绿色植物是通过___________________(相关结构)上的光合色素捕获光能。若CO2供应不足,则短时间内,叶肉细胞中C5的含量将_________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的__________过程,暗反应为光反应提供的物质有______________________。
命题角度
叶绿体类囊体薄膜
增加
暗反应
NADP+、ADP、Pi
角度二 运用信息知识,解决社会问题
(3)假设在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,人工合成过程中糖类的积累量_______(填“高于”“低于”或“等于”)植物,其原因可能是______________________________________________________________。
(4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破,若该技术未来能够大面积推广应用,你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题?
答案:能节约大量的耕地和淡水资源;减少因农药、化肥的使用带来的环境污染;缓解粮食短缺;缓解温室效应等。
高于
与人工合成糖类的过程相比,植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类
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课 时 测 评
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1.(2024·江苏一模)利用层析液分离提取的紫色鸭跖草叶中的色素,滤纸条上出现五条色素带,如下图所示。下列相关叙述正确的是
A.条带1~4中的色素都能吸收蓝紫光,1和2中的色素基本不吸收红光
B.条带5中的色素在层析液中溶解度极低,但能吸收和转换光能
C.滤纸条上条带的多少与层析时间无关,但与所含色素种类有关
D.若用水替换层析液,条带5中的色素不会与其他色素分离
√
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
11
12
13
14
条带1为胡萝卜素、条带2为叶黄素、条带3为叶绿素a、条带4为叶绿素b,都能吸收蓝紫光,1和2中的色素基本不吸收红光,A正确;条带5中的色素在层析液中溶解度极低,可能是花青素,属于水溶性色素,不能吸收和转换光能,B错误;滤纸条上条带的多少与层析时间和色素种类均有关,C错误;花青素是水溶性的,叶绿素和类胡萝卜素是脂溶性的,若用水替换层析液,条带5中的色素会与其他色素分离,D错误。
2
3
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5
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1
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12
13
14
2.(2025·重庆南开中学模拟)下列关于叶绿体的叙述,正确的是
A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积
B.叶绿体基质中NADP+能形成NADPH
C.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光
D.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜,而是类囊体薄膜,A错误;NADP+形成NADPH的场所是类囊体薄膜,B错误;类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光,C正确;催化CO2的固定的酶存在于叶绿体的基质中,D错误。
√
2
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3.(2023·北京平谷一模)细胞内ATP、NADPH耗尽会导致骨关节炎发生。研究者利用植物的光合作用原理来调节动物细胞内的ATP和NADPH浓度。因此,将用小鼠的细胞膜包裹的类囊体注射到关节炎小鼠的关节部位,使类囊体成功进入软骨细胞内,发现小鼠的退行性关节软骨细胞恢复到年轻状态。下列说法错误的是
A.类囊体中有相关合成ATP和NADPH的酶
B.实验组需在对小鼠无创伤的光照下进行实验
C.类囊体被小鼠细胞膜包裹可降低免疫排斥反应
D.注射类囊体的实验鼠在生态系统中属于生产者
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植物光合作用的光反应可产生ATP和NADPH,而光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜,因此类囊体中有相关合成ATP和NADPH的酶,A正确;由于类囊体薄膜需要在光下才能产生ATP和NADPH,因此实验组需在对小鼠无创伤的光照下进行实验,B正确;小鼠细胞膜上的组织相容性抗原会被小鼠的免疫系统识别,减少发生免疫反应,因此类囊体被小鼠细胞膜包裹可降低免疫排斥反应,C正确;注射类囊体的实验鼠只能在光下产生ATP和NADPH,并不能通过光合作用合成有机物,因此在生态系统中不属于生产者,仍属于消费者,D错误。
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4.(2024·黑龙江齐齐哈尔三模)我国科研团队创制了由能量模块、生物催化模块和辅因子三部分组成的人工光合细胞。典型的光合作用过程始于能量模块的光捕获,为能量丰富的辅因子提供电子,这些辅因子为生物催化模块提供能量。下列叙述错误的是
A.能量模块可实现光能到化学能的转化
B.生物催化模块中包含催化色素吸收光能、CO2固定及C3还原的多种酶
C.富含能量的辅因子可为生物催化模块供能,典型的辅因子有NADPH等
D.与正常细胞相比,人工光合细胞因没有呼吸消耗而能积累更多的有机物
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典型的光合作用过程始于能量模块的光捕获,即能量模块可实现对光能的捕获,并没有将光能转化为化学能,A错误;细胞进行生命活动(光合作用)离不开酶的催化,生物催化模块中包含催化色素吸收光能、CO2固定及C3还原的多种酶,B正确;光合作用的光反应阶段为暗反应阶段提供ATP和NADPH,由此可知,富含能量的辅因子可为生物催化模块供能,典型的辅因子有NADPH、ATP等,C正确;植物细胞进行呼吸作用会消耗有机物,与正常细胞相比,人工光合细胞因没有呼吸消耗而能积累更多的有机物,D正确。
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5.(2024·山东烟台一模)科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
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磷脂分子的头部亲水,尾部疏水,人工光合细胞膜两侧分别为油、水,膜中磷脂分子的排布呈单层排列,且表现为头部朝里,尾部朝外,A正确;ATP和NADPH能为CO2转化提供能量和还原剂,由光反应提供,而多种辅因子参与CO2的固定,且C3还原能产生,故不需持续加入多种辅因子,B错误;
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通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化,从而得到不同的有机物,C正确;叶肉细胞需要进行消耗有机物的细胞呼吸,而人工光合系统能够进行光合作用,不进行呼吸作用,能够更有效地积累有机物,D正确。
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6.(2024·山东烟台期末)植物进行光合作用时,CO2与C5结合后被RuBP羧化酶(Rubisco)催化生成1分子不稳定的C6化合物,并立即分解为2分子C3化合物。Rubisco在催化反应前必须被激活,CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化,光照时叶绿体基质中的H+和Mg2+浓度升高也可提升Rubisco的活性。下列分析正确的是
A.CO2既是Rubisco的底物,又是活性调节物,低浓度CO2可使C5含量减少
B.增强光照时,叶绿体基质中Rubisco对C5的亲和力增强,C3合成速率加快
C.激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程需光反应提供ATP和NADPH
D.对正常进行光合作用的植物停止光照后,C3的消耗速率将会降低,生成速率将增加
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CO2与C5结合后能被RuBP羧化酶催化,而且CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化,故CO2既是Rubisco的底物,又是活性调节物。低浓度CO2会使CO2固定速率减慢,消耗的C5减少,而C3还原生成C5的速率不变,故C5含量会增多,A错误;增强光照时,叶绿体基质中的H+和Mg2+浓度升高使Rubisco的活性增强,进而催化效率更高,生成C6化合物更快,C3合成速率加快,B正确;激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程不需光反应提供ATP和NADPH,NADPH、ATP用于暗反应阶段的C3的还原过程,C错误;对正常进行光合作用的植物停止光照后,光反应停止,无NADPH、ATP生成,暗反应速率降低,C3的消耗速率将会降低,生成速率不变,D错误。
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7.(2024·广东江门一模)为探究人工膜通过H+的跨膜转运合成ATP的机制,科学家在脂质体(一种人工膜)上分别嵌入细菌紫膜质(一种膜蛋白)和ATP合成酶,光照后结果如图。下列说法正确的是
A.光能先转化为ATP中的化学能,再为H+进入脂质体内部供能
B.ATP合成酶既可催化ATP的合成,又是H+协助扩散的通道
C.照射细菌紫膜质由强光变为弱光时,ATP的合成速率显著上升
D.推测线粒体内膜、类囊体薄膜上也存在图中所示的能量转换机制
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依据图可知,脂质体上有ATP合成酶和光照,但光能在脂质体上不能直接转化为ATP中的化学能,A错误;由图可知,ATP合成酶作为转运蛋白,协助H+扩散出脂质体,同时催化合成ATP,故ATP合成酶既可催化ATP的合成,又是H+协助扩散的通道,B正确;
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由图可知,ATP合成酶利用H+浓度差催化合成ATP,照射细菌紫膜质由强光变为弱光时,H+浓度差会减小,ATP的合成速率显著下降,C错误;图示能量转换机制为光能转化成ATP中的化学能,推测类囊体薄膜上存在图中所示的能量转换机制,但线粒体不能利用光能,故线粒体内膜上不存在图中所示的能量转换机制,D错误。
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8.(2025·湖南怀化模拟)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力,科学家在黑暗条件下进行了如下实验,有关分析正确的是
A.黑暗的目的是与光照作对照
B.pH=4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境
C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
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黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰,A错误;pH=4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境,B错误;ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP,ATP形成后进入叶绿体基质,C错误;分析实验结果可知,转移类囊体至pH=8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生,而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生,说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差,D正确。
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9.(2024·广西柳州三模)铁皮石斛是我国的名贵中药,土壤盐碱含量是影响其生长的主要因素。科研人员为扩大铁皮石斛的种植范围及推动我国盐碱地的开发利用,进行了铁皮石斛在不同浓度的盐胁迫下的生长实验,部分检测结果如图1、图2所示。下列相关分析错误的是
√
A.可用无水乙醇提取叶绿素等光合色素
B.S4组固定CO2过程中消耗的NADPH和ATP较CK组少
C.根据实验结果可推测,S1组较S3组单位时间内可制造更多有机物
D.若要铁皮石斛在高浓度盐碱地种植获得经济效益,需考虑用水性价比
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植获得经济效益,需考虑用水性价比,因为在高浓度盐碱地上种植铁皮石斛需要消耗更多的水,D正确。
可用无水乙醇提取叶绿素等光合色素,
因为光合色素能溶解于有机溶剂无水
乙醇中,A正确;固定CO2过程中不会
消耗光反应产生的NADPH和ATP,B
错误;实验结果显示,S1组较S3组叶
绿素含量高,且固定CO2所需要的酶
活性更高,因而可推测,S1组较S3组
单位时间内可制造更多有机物,C正
确;若要铁皮石斛在高浓度盐碱地种
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提取方法 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 总叶绿素/(mg·g-1)
方法1(液氮法) 0.55 0.17 0.72
方法2(研磨法) 0.49 0.16 0.65
方法3(浸提法) 0.16 0.13 0.29
10.(不定项)(2025·山东模拟)科研人员以中华蚊母树为实验材料,探究不同提取方法对叶片色素的提取效果,结果如下表。下列相关叙述错误的是
A.方法1提取率高与细胞破碎充分、操作时间短有关
B.方法2提取率低是因为研磨和过滤时会损失一定量的色素
C.方法3中可通过适当增强光照、延长提取时间以充分提取色素
D.三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素
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方法1(液氮法)提取率高,说明叶绿素释放彻底,损伤少,与细胞破碎充分、操作时间短有关,A正确;方法2(研磨法)提取率低,与研磨不彻底和用尼龙布过滤时会损失一定量的色素有关,B正确;方法3中延长提取时间可以充分提取色素,而光照强度不影响色素的提取,C错误;三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素,进而提取色素,D正确。
提取方法 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 总叶绿素/(mg·g-1)
方法1(液氮法) 0.55 0.17 0.72
方法2(研磨法) 0.49 0.16 0.65
方法3(浸提法) 0.16 0.13 0.29
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11.(不定项)(2024·江苏盐城质检)如图表示某
植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋
势,该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,Ⅱ
阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低
CO2浓度中的某一项。下列分析错误的是
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
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因为暗反应中1 mol C5和1 mol CO2可生成
2 mol C3,所以在适宜条件下,叶肉细胞内
C3的含量是C5的2倍,因此图中甲是C5,乙
是C3。图中物质甲与CO2结合形成乙,该过
程只需要酶的催化,不需要消耗ATP,A错
误;植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,如
果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么C3含量增加,C5含量减少,与题图不符合,而如果改变的条件是降低CO2浓度,那么C3含量减少,C5含量增加,与题图符合,所以本题改变的条件是降低CO2浓度,B错误;CO2浓度降低,由于CO2供应量减少,C5消耗减少,而C3的还原正常,所以C5含量会上升,C错误;低CO2浓度下的光饱和点也低,D正确。
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12.(不定项)(2025·湖南湘潭模拟)如图为叶绿体结
构与功能示意图,下列说法错误的是
A.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→甲→C3
B.结构A释放的O2可进入线粒体中
C.在有关酶的催化作用下,C3接受ATP和NADPH
释放的能量,并被NADPH还原
D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加
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在光合作用暗反应中,供给14CO2,CO2中的
碳通过CO2的固定进入C3,再通过C3的还原
进入甲(有机物)中,A错误;图中的结构A为
基粒,是光合作用光反应的场所,光反应释
放的O2可进入线粒体被有氧呼吸利用,B正确;
暗反应过程中,在有关酶的催化作用下,C3接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原,C正确;如果突然停止CO2的供应,CO2的固定停止,会导致C3的来源减少,而去路正常,所以短时间内C3的含量将会降低,D错误。
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13.(13分)(2024·安徽淮北一模)叶绿素分为游离型叶绿素和与相关蛋白质结合的结合型叶绿素,两者可发生相互转化。研究人员对某植物叶片研究得到不同日期采样的相关数据,见下表。请回答以下问题。
采样日期 光合速率/相对值 叶绿素含量/(mg/g)
总量 游离型 结合型
7月1日 8.00 2.34 0.11 2.23
8月1日 7.80 2.30 0.12 2.18
9月1日 6.00 1.92 0.21 1.71
10月1日 4.20 1.58 0.29 1.29
11月1日 0.70 1.21 0.41 0.80
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(1)为提取叶片中的叶绿素,研磨前在研钵中除加入剪碎的叶片外,还应加入_______________________________。经快速充分研磨,然后用单层尼龙布过滤,将滤液收集到试管中,塞上橡皮塞。将其置于适宜的光照下2~3 min后,试管内的氧含量_______(填“上升”“下降”或“不变”)。
无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅
不变
采样日期 光合速率/相对值 叶绿素含量/(mg/g)
总量 游离型 结合型
7月1日 8.00 2.34 0.11 2.23
8月1日 7.80 2.30 0.12 2.18
9月1日 6.00 1.92 0.21 1.71
10月1日 4.20 1.58 0.29 1.29
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提取光合色素时,研磨前需向剪碎的叶片中加入无水乙醇(溶解光合色素)、碳酸钙(防止色素被破坏)、二氧化硅(使研磨更充分),再经研磨、过滤而得到。水光解产生氧气的场所是叶绿体的类囊体薄膜,由于研磨时叶绿体被破坏,仅有光合色素不能进行光反应,因此适宜光照下提取出来的色素在试管中不能产生氧气,试管内氧气含量基本不变。
采样日期 光合速率/相对值 叶绿素含量/(mg/g)
总量 游离型 结合型
7月1日 8.00 2.34 0.11 2.23
8月1日 7.80 2.30 0.12 2.18
9月1日 6.00 1.92 0.21 1.71
10月1日 4.20 1.58 0.29 1.29
11月1日 0.70 1.21 0.41 0.80
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(2)结合表中数据,导致该叶片光合速率下降的主要原因是______________
__________。
结合型叶绿素
含量降低
采样日期 光合速率/相对值 叶绿素含量/(mg/g)
总量 游离型 结合型
7月1日 8.00 2.34 0.11 2.23
8月1日 7.80 2.30 0.12 2.18
9月1日 6.00 1.92 0.21 1.71
10月1日 4.20 1.58 0.29 1.29
11月1日 0.70 1.21 0.41 0.80
表格显示随着采样时间的推移,叶绿素总量不断下降、结合型叶绿素含量下降、而游离型叶绿素含量上升,因此导致该叶片光合速率下降的主要原因是结合型叶绿素含量降低。
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(3)如图a、b是7月1日和11月1日该植物叶绿体亚显微结构照片,推测图___
(填字母)可能是11月1日的叶绿体照片,理由是________________________
_____________________________________。
a中叶绿体类囊体膜结构破
a
坏(或基粒被破坏),会导致光合速率降低
图a叶绿体中类囊体膜呈不完整、被破坏的状态,该植物光合速率较低,为11月1日的照片;而图b叶绿体中类囊体膜呈较完整、未被破坏的状态,该植物光合速率较高,为7月1日的照片。
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(4)CO2是影响光合作用的重要因素。在光合作用过程中,多数植物吸收的CO2被固定后首先形成______(填物质);若叶绿体中NADPH与NADP+含量相等,突然停止供给CO2。请在下图中补充画出叶绿体中NADPH相对含量的变化曲线。
C3
如图:
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多数植物吸收的CO2在叶绿体基质中与C5结合形成C3。突然停止供给CO2后,C3生成减少,还原C3消耗的NADPH减少,但已有的NADP+继续生成NADPH,因此NADPH增加并最终趋向全部以NADPH形式存在,如图(见答案图)。
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14.(14分)(2024·江苏泰州一模)为探究植物抵御高温的生理生态机制和培育抗高温新品种,科学家进行了一系列相关研究,下图1为高温胁迫下植物光合电子传递链的示意图,图2为高温胁迫诱导植物PSⅡ发生光抑制的作用机理(ROS:活性氧,OEC:放氧复合体)。请回答下列问题。
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(1)图1中双层磷脂分子层及其中蛋白质等组成的结构为_________________,是光合作用过程中_________阶段发生的场所。水光解需要的能量由_______
______________两类色素捕获而来。
叶绿体类囊体薄膜
光反应
叶绿素
和类胡萝卜素
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据图可知,双层磷脂分子层及其中蛋白质等组成的结构能吸收光能进行光合作用,因此该膜结构应是叶绿体类囊体薄膜,因为光合作用吸收光能的4种色素分布在类囊体薄膜上,故光合作用的光反应阶段也发生在该膜上。叶绿体中的叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)吸收的一部分光能将水分解为氧和H+,氧直接以氧分子的形式释放出去,H+与氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)结合,形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。
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(2)碳固定过程的反应物是___________,还原碳固定产物需要图1结构上合成的__________提供还原力。
C5和CO2
NADPH
绿叶通过气孔从外界吸收的CO2,在特定酶的作用下,与C5(一种五碳化合物)结合,从而固定了CO2。因此,碳固定过程的反应物是C5和CO2。NADPH作为活泼的还原剂,参与暗反应阶段的化学反应,同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。因此,还原碳固定产物需要图1结构上合成的NADPH提供还原力。
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(3)高温胁迫下,由于膜的流动性______,PSⅡ捕光复合体很容易从膜上脱落,影响光合电子传递,导致植物对光能的利用效率降低。据图1判断,高温胁迫时植物会通过增强图中依赖______________途径的环式电子传递方式来起到光保护作用。
增强
NDH和PGR
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构成膜结构的磷脂分子是运动的,蛋白质分子大多数也是运动的,温度升高时,这些分子的流动性增强。因此,PSⅡ捕光复合体很容易从膜上脱落,影响光合电子传递,导致植物对光能的利用效率降低。据图可知,依赖NDH和PGR途径的环式电子传递方式也可以传递电子,因此,高温胁迫时植物会通过增强图中依赖NDH和PGR途径的环式电子传递方式来起到光保护作用。
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(4)据图2可知,ROS过量合成除可直接导致PSⅡ失活外,还能通过______
_______________________________________________,引起PSⅡ失活,发生光抑制现象。
抑制
D1蛋白的从头合成,导致PSⅡ中D1蛋白减少(缺失)
据图可知,有活性的PSⅡ由D1、D2及OEC三部分组成,ROS过量合成除可直接导致PSⅡ失活外,还能通过抑制D1蛋白的从头合成,导致PSⅡ中D1蛋白减少(缺失),引起PSⅡ失活,发生光抑制现象。
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(5)植物净光合速率在很大程度上取决于Rubisco(C5的羧化酶/加氧酶)的活性,该酶在叶绿体中的存在部位是__________。Rubisco活性受到Rubisco活化酶(RCA)的调节,RCA活性易受高温胁迫抑制。据此,结合生物技术与工程知识,提出一个缓解高温胁迫对光合能力和作物产量影响的方案:_____________________________________。
叶绿体基质
运用蛋白质工程技术提高RCA的热稳定性
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依题意,Rubisco是一种C5的羧化酶/加氧酶,因此其作用于C5参与的化学反应,而C5在叶绿体基质中参与光合作用暗反应,因此该酶在叶绿体中的存在部位是叶绿体基质。依题意,Rubisco活性受到Rubisco活化酶(RCA)的调节,RCA活性易受高温胁迫抑制。根据结构和功能相适应的观点,可运用蛋白质工程技术改变RCA的结构,从而提高其热稳定性,使其结构在高温环境中更具稳定性,从而缓解高温胁迫对光合能力和作物产量影响。
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光合作用的结构基础和过程
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