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 广东专版)
2025-11-07
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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) | 广东省 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 6.86 MB |
| 发布时间 | 2025-11-07 |
| 更新时间 | 2025-11-07 |
| 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 | 2025-11-07 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/54746918.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”核心考点,紧扣课标要求,覆盖色素提取分离实验、光合作用过程两大高考高频模块。通过分析2023-2024年广东、全国乙卷等多省真题,明确实验原理与过程分析为主要考查方向,系统梳理实验步骤、结果分析及光反应与暗反应的物质能量变化,对接高考评价体系。
课件亮点在于“真题体验+情境命题+易错点突破”,融入2023江苏卷色素实验、2024吉林卷过程分析等真题,结合人工合成淀粉新情境培养科学思维。通过“来源-去路法”解析C3/C5含量变化等典型题型,强化结构与功能观等生命观念,助力学生掌握解题技巧,教师可精准把握备考方向,提升复习效率。
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 广东专版
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;2023·广东卷T18;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;2022·山东卷T21)
2.光合作用过程
(2021·广东卷T12;2024·吉林卷T21;2023·湖北卷T8;2023·江苏卷T19;2022·重庆卷T23;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
必备知识 整合
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
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
(2)叶绿体的功能
暗反应
外膜
叶绿体基质
类囊体
考教衔接
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。( )
√
√
×
√
√
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。如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
(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:______________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________。
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
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
核心归纳
影响叶绿素合成的三大因素
关键能力 提升
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
√
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.(2024·广东六校联考)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。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,正确的是
A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
√
图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主
要分布在叶绿体的类囊体薄膜上,
A错误;利用纸层析法分离色素
时,①(叶绿素b)应位于滤纸条的
最下端,B错误;植物叶片呈现绿
色是由于①②吸收绿光最少,反射
绿光,C错误;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,故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用,D正确。
4.(2024·佛山模拟)PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体,可以使水裂解产生H+和氧释放到类囊体腔中,D1极易受到活性氧(简称ROS,属于自由基)的破坏。光反应过程中可以产生ROS,适宜光照条件下,ROS的产生和消除之间存在动态平衡,不会破坏D1。据此推测下列说法错误的是
A.PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上,能够利用光能参与水的光解
B.D1蛋白和色素分子都是由核糖体合成后转移到内质网中加工的
C.光照强度过强,可能引起ROS产生过多,导致D1结构被破坏
D.可以用无水乙醇提取并通过纸层析法分离PSⅡ中的色素分子
√
PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体,可以使水裂解产生H+和氧释放到类囊体腔中,PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上,能够利用光能参与水的光解,A正确;色素分子不是蛋白质,不是由核糖体合成后转移到内质网中加工的,B错误;适宜光照条件下,ROS的产生和消除之间存在动态平衡,不会破坏D1,但光照强度过强,可能引起ROS产生过多,导致D1结构被破坏,C正确;色素能够溶解在无水乙醇中而不溶于水,可用无水乙醇提取并通过纸层析法分离色素,D正确。
返回
光合作用的过程
考点二
返回
必备知识 整合
1.光合作用的探索实验
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
类囊体薄膜
色素
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
考教衔接
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。( )
×
√
×
×
×
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。
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。
迅速杀死细胞,
使酶失活
(2)如图中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
关键能力 提升
考向1 光合作用的探究实验
1.(2025·珠海模拟)希尔反应是指离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生O2,同时将加入的氧化剂还原的过程。氧化剂2,6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料,被还原后变为无色。下列说法正确的是
A.获得离体的叶绿体可用密度梯度离心的方法
B.希尔反应发生的具体场所是叶绿体的基质
C.实验室模拟希尔反应需要在适宜的光照条件下进行
D.叶绿体悬浮液加入2,6-二氯酚靛酚反应后,溶液由蓝色变无色
√
获得离体的叶绿体可用差速离心法,A错误;离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应,希尔反应发生的具体场所是叶绿体类囊体薄膜,B错误;在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂,在光照下可以释放出氧气,因此实验室模拟希尔反应需要在适宜的光照条件下进行,C正确;叶绿体悬浮液在光照条件下,产生还原剂,再加入2,6-二氯酚靛酚反应后,溶液才能由蓝色变无色,D错误。
考向2 光合作用中的物质和能量变化
2.(2024·广州模拟)羟基乙酸可作为合成多种有机物
的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固
定新途径(CETCH循环),高效地将CO2转化为羟基乙
酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿
体(如图)。下列分析错误的是
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可抵消碳排放的影响
√
人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂,同时
水还参与光合作用的相关过程,A正确;为了使人
造叶绿体持续地运作,需要源源不断地输入光能,
保证光反应的持续进行,B正确;图中的CETCH
循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料,C错
误;人造叶绿体可利用CO2,故若其得到广泛应用,一定程度上可抵消碳排放的影响,D正确。
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
√
返回
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。
知 识 小 结
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真 题 体 验
返回
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
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
√
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
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:
命题角度
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____________________。
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·华师附中质检)如图是某同学用无水乙醇分别
提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色
素,然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是
A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少,
都会导致色素条带颜色变深
B.实验中对研磨液过滤时,采用滤纸过滤,实验效果更好
C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液,会缩短四条色素带间的距离
D.与正常光照下相比,该植物强光照下叶片会发黄
√
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
11
12
13
14
实验研磨操作中若加入的二氧化硅(有助于研磨充分)
或碳酸钙(防止研磨中色素被破坏)过少,都会导致色
素条带颜色变浅,A错误;实验中对研磨液过滤时,
若采用滤纸过滤,会使色素吸附在滤纸上,导致实
验失败,B错误;色素分离过程中如果滤液细线触及
层析液,会使色素溶解在层析液中,看不到四条色素
带,C错误。
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
11
12
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2.(2024·华南师大附中模拟) 绿眼虫是一种生活在水中的单细胞原生生物,含有呈星状的叶绿体。在光照下,绿眼虫可以通过光合作用制造副淀粉体(与淀粉相似,但不能与碘产生蓝色反应);在黑暗环境中,绿眼虫可以通过摄入周围环境中的有机养料满足生命活动的需求。下列说法正确的是
A.由于绿眼虫细胞具有细胞骨架,叶绿体在细胞中不移动
B.不同环境中绿眼虫的颜色可能不同,相应水体中的溶氧量可能不同
C.绿眼虫在光照下和黑暗环境中代谢类型不同,直接能源物质完全不同
D.可根据能否与碘产生蓝色反应判断绿眼虫是否进行光合作用
√
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绿眼虫含有叶绿体,叶绿体随细胞质流动而运动,A错误;叶绿素的合成需要有光照,黑暗环境中叶绿素不能合成,不同环境中绿眼虫的颜色不同,光合作用强度不同,相应水体中的溶氧量可能不同,B正确;绿眼虫在光照下和黑暗环境中代谢类型不同,但ATP均可作为直接能源物质,C错误;根据题意可知,绿眼虫通过光合作用制造的副淀粉体与淀粉相似,但不能与碘产生蓝色反应,D错误。
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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·惠州模拟)研究发现外源性甲醛(HCHO)可作为碳源参加常春藤的光合作用,具体过程如图所示(RU5P和HU6P为中间产物),下列说法错误的是
A.甲醛通过气孔以自由扩散方式进入细胞
B.①过程称为暗反应,与基粒的功能无关
C.可用同位素标记法验证②过程
D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质
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甲醛是一种气体,可以通过气孔以自由扩
散方式进入细胞,A正确;①过程是暗反
应,需要光反应提供NADPH和ATP,吸收
光能的色素分布在叶绿体基粒上,因此暗
反应与基粒的功能有关,B错误;可采用同
位素标记法研究碳元素转移路径,比如用14C标记甲醛中的碳元素则可验证②过程,C正确;细胞同化甲醛的过程是图中的②,场所是叶绿体基质,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;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·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;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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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
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。
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10.(2025·甘肃模拟)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。下列相关叙述不正确的是
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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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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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.(2024·广东六校联考)研究者设计了蓝细菌和酿酒酵母之间的人工光合内共生系统,让某种蓝细菌突变体进入酿酒酵母内,观察其转化成为叶绿体的全过程。实验结果显示,改造后的酿酒酵母在最佳光合作用生长条件下,能在无机碳培养基中繁殖15~20代。依据以上材料分析,下列叙述错误的是
A.叶绿体DNA与蓝细菌DNA均为环状
B.蓝细菌含有与光合作用有关的色素和酶
C.该研究为叶绿体的内共生起源提供了证据
D.内共生的蓝细菌不能输出有机碳被酿酒酵母利用
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由题意可知,叶绿体是由蓝细菌转化而来,蓝细菌是原核生物,其DNA是环状DNA。所以,叶绿体DNA与蓝细菌DNA均为环状,A正确。蓝细菌是自养生物,可以进行光合作用,含有叶绿素和藻蓝素及光合作用所需要的酶,B正确。研究者让某种蓝细菌突变体进入酿酒酵母内,设计了蓝细菌和酿酒酵母之间的人工光合内共生系统,且改造后的酿酒酵母在最佳光合作用生长条件下,能在无机碳培养基中繁殖15~20代,该研究为叶绿体的内共生起源提供了证据,C正确。内共生的蓝细菌可以把光合作用产生的有机碳输出,供酿酒酵母利用,D错误。
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12.(2025·四川成都模拟)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→C3→甲
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正确;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.(12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
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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
a中叶绿体类囊体膜结构破坏(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。请在如图中补充画出叶绿体中NADPH相对含量的变化曲线。
C3
答案: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.(12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,如图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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