第1部分 专题6 光合作用（专题讲解课）-【第一梯队】2026年高考生物二轮专题突破教用课件

该高中生物学高考复习课件聚焦“光合作用”核心专题，覆盖光合作用原理及应用、与细胞呼吸综合、光合调控机制（光抑制、光呼吸等）、气孔开闭影响因素等高考高频考点，对接新课标生命观念（物质与能量观）和科学思维要求，通过分析近5年真题明确考点权重，归纳实验分析、曲线解读等常考题型，备考针对性强。 课件亮点在于高考真题深度融入与应试策略指导，如以2023山东卷光抑制实验题为例，结合科学思维解析H蛋白修复机制与NPQ能量耗散，通过“三率判定”“实验变量控制”等技巧突破易错点，培养探究实践能力，助力学生掌握答题逻辑，教师可精准把握命题趋势，提升复习效率。

生物学 湖南专用 第1部分　分子与细胞 专题6　光合作用 目 录 重难透析 考点1　光合作用的原理及应用 考点2　光合作用与细胞呼吸的综合 解题策略　热门拓展2　光合电子传递和光合磷酸化 解题策略　热门拓展3　植物光合调控与逆境适应机制 解题策略　真题强化2　影响气孔开闭的多种因素 考点1　光合作用的原理及应用 一、捕获光能的色素 1.绿叶中色素的提取和分离 重难透析 提取 分离   光合色素能够溶解于有机溶剂(如无 水乙醇) 纸层析法:不同光合色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢 实 验 步 骤 (1)无水乙醇:溶解色素; (2)二氧化硅:使研磨更充分; (3)碳酸钙:防止研磨中叶绿素被破坏 注意:(1)滤液细线要直、细、匀(画完待干燥后重复一到两次); (2)滤液细线不能接触层析液,防止色素溶于层析液中 目 录 实 验 结 果 (1)色素带的条数与色素种类有关,四条色素带说明有四种色素; (2)色素带的宽窄与色素含量有关,色素带越宽说明此种色素含量越多; (3)色素带扩散速度与溶解度有关,扩散速度越快(相同时间扩散距离越远) 说明溶解度越高 目 录 2.光合色素的分布及功能 (1)光合色素位于类囊体薄膜上,具有吸收、传递和转化光能的功能。 (2)不同色素吸收光谱(如图)不同,其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要 吸收蓝紫光。   目 录 易混易错    (1)叶绿体中的色素(即光合色素)≠液泡中的色素(如水溶性的花青素)≠光 敏色素,光敏色素是一种接收光信号的分子,调节植物的生长发育。 (2)叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg,类胡萝卜素的组成元素仅有C、H、O,故 土壤中缺少Mg可以使植株叶片黄化。 (3)光是影响叶绿素形成的主要因素,如一般植物在黑暗中生长都不能合成叶绿素,叶子 会发黄。 目 录 二、光合作用的原理 1.光合作用的过程 光反应 暗反应 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 光、光合色素、酶、H2O、ADP、 Pi、NADP+等 酶、CO2、ATP、NADPH、C5等 过程     目 录 物质 变化 (1)水的光解:2H2O  O2+4H++ 4e-; (2)ATP的合成:ADP+Pi+能量  ATP; (3)NADPH的合成:NADP++H++2e-   NADPH(还原型辅酶Ⅱ) (1)CO2的固定:CO2+C5 2C3; (2)C3的还原:2C3  (CH2O)+ C5 能量 变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学 能 ATP和NADPH中活跃的化学能→有 机物中稳定的化学能 化学 反应式 CO2+H2O  (CH2O)+O2 目 录 联系 (1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP 和Pi; (2)暗反应不直接依赖光,若光反应停止,因NADPH和ATP还没有消耗完,暗 反应可继续进行一段时间 环境改 变时, 短时间 内各物 质含量 变化的 分析 (1)   (2)   注意:分析物质含量变化时从来源和去路两个方面考虑,先考虑环境因素直 接影响的物质,再考虑此物质含量变化对其他物质含量的影响 目 录 知识归纳    (1)C3是指3-磷酸甘油酸,C5是指核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。(2)C3还原消耗 的能量不仅来自ATP,还来自NADPH。 小表达    将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中,照光后有氧气释放。如果在该适宜 溶液中将叶绿体的双层膜破裂后再照光, ___(填“有”或“没有”)氧气释放,原因是 _______________________________________________________________________________________ __________。 类囊体膜是H2O分解释放O2的场所,叶绿体的双层膜破裂后,类囊体膜上仍能发生H2O的 光解 有 目 录 知识拓展    光合作用的产物   　　光合作用的产物主要是蔗糖、淀粉等糖类,蔗糖在细胞质基质中合成,淀粉在叶绿 体基质中合成,蔗糖最终可经过韧皮部(筛管)由叶片(源)运往其他器官(库)。由于蔗糖 具有较高的水溶性和运输速率且性质稳定,因此蔗糖是糖类物质在植物体内运输的主 要形式。 目 录 2.光合作用和化能合成作用的比较 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 光能 无机物氧化分解释放的化 学能 代表生物 绿色植物 硝化细菌 相同 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 目 录 三、光合作用的影响因素及应用 原理分析 应用 内部因素 遗传特性(色素含量、酶的数量及活性等)、叶面积指数、叶龄等,如:阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低 单因子外部因素 光 光 照 强 度 光照强度通过影响光反应中ATP和NADPH的产生来影响暗反应,最终影响光合速率 温室生产中,适当增加光照强度,以提高光合速率,使作物增产   光 质 光质影响光合作用强度,光合色素主要吸收红光和蓝紫光,几乎不吸收绿光 温室大棚可根据需要选择适合的光源、玻璃或塑料薄膜 目 录 单 因 子 外 部 因 素 CO2 浓度   农田“正其行、通其风”及温室大棚增施有机肥等均可增大CO2浓度,提高光合速率 温 度   温室大棚内增加昼夜温差,有助于植物有机物的积累 矿质 元素 (1)N、Mg等是合成叶绿素所必需的矿质元素; (2)P参与ATP的形成 根据作物的需肥规律适时、适量施肥,提高农作物产量 水分 (1)水是光合作用的原料; (2)缺水时,气孔导度减小,CO2吸收量减小 根据作物的需水规律合理灌溉 目 录 多因子 外部因素     (1)A点前:限制因子 主要为光照强度。 (2)B点后:光照强度不 再是限制因子,光合 速率还受温度、CO2 浓度等的影响 温室栽培时,在一定 光照强度下,白天适 当提高温度(也可同 时适当增加CO2浓度) 可提高光合速率;当 温度适宜时,可适当 增加光照强度和CO2 浓度以提高光合速率 目 录 知识归纳    叶圆片上浮法探究光照强度或CO2浓度对光合速率的影响   小表达    大棚生产中,为什么一定程度上多施有机肥能够提高作物的产量? ___________________________________________________________________________ _______________________。 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成了CO2和无机盐,CO2是光合作用的原料, 无机盐有利于植物生长 目 录 考点2　光合作用与细胞呼吸的综合 光合 作用 和细 胞呼 吸的 联系 物质 转变   能量 转化   目 录 植物 “三率” 分析   “补偿点”和“饱和点”移动问题:分析时可利用“光 合条件若变好,补偿饱和两边跑;光合条件若变差,补偿饱 和中间靠”来判断,如:光合作用最适温度约25 ℃,细胞 呼吸最适温度约30 ℃,若温度由30 ℃降至25 ℃(符合 “光合条件变好”的情况),图中A、B、C三点分别向上 (细胞呼吸速率减慢)、左(光合作用变强,若要光合作用 等于呼吸作用,光照需变弱)、右(光合作用变强,可固定 更多光能)移动 目 录 一昼夜 代谢曲线 自然环境中:   密闭容器中:   左图中de段及右图中FG段可见,在夏季午时左右,光照 强、温度高,叶片部分气孔关闭,CO2吸收速率降低,导致 光合速率降低(即光合午休) 目 录 易混易错    总、净光合作用的判定 (1)文字依据 解读 关键词 净光合作用 总光合作用和呼吸作用的差值,一般 是叶绿体和线粒体共同作用的结果 植物(叶片)对CO2的吸收量、植物有 机物积累量、叶片干重增加量 总光合作用(也称为真正光合作用、 实际光合作用) 净光合作用和呼吸作用之和,完成总 光合作用的主体是叶绿体 植物(叶片)对CO2的固定量、植物有 机物制造(合成、生成)量指的是总光 合作用[因为固定、制造(合成、生 成)有机物的主体是叶绿体] 目 录 (2)图解依据 曲线图 模式图     目 录 解题策略 热门拓展2　光合电子传递和光合磷酸化 光反应过程包括光合电子传递和光合磷酸化反应,具体内容如表。 命题拓展 图 解   目 录 过 程 (1)电子传递链:PSⅠ和PSⅡ的捕光复合体可吸收光能, PSⅡ接受光能后将类囊体腔内的H2O分解成O2和H+,并 释放出高能电子传递给细胞色素b6f复合体,细胞色素b6f 复合体消耗高能电子的能量将H+从基质转移到类囊体 腔,将光能转化为H+在膜两侧的电化学势能。细胞色素b 6f复合体再将电子传给PSⅠ,PSⅠ吸收光能后将电子传 给NADP+和H+生成NADPH。 (2)光合磷酸化:与线粒体合成ATP的方式相似,类囊体腔 内的H+通过ATP合酶顺电化学势梯度流入叶绿体基质, 释放能量驱动ATP的合成 目 录 核心好题 16.(2023湖北,8,2分)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     C     目 录 解析　由题干知,LHCⅡ与PSⅡ结合时可增强对光能的捕获,分离时可减弱对光能的捕 获;从题图可以看出,弱光下LHCⅡ能与PSⅡ结合,增强其对光能的捕获;强光下LHCⅡ 能与PSⅡ分离,减弱其对光能的捕获;由题干可知,LHC蛋白激酶可催化LHCⅡ与PSⅡ 分离,减少其对光能的捕获,所以该酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ不易分离,PSⅡ光复合体 对光的捕获会增强,A正确,C错误。Mg2+参与叶绿素(为光合色素)的合成,Mg2+含量下 降,PSⅡ光复合体上光合色素含量减少,对光能的捕获减弱,B正确。PSⅡ光复合体能将 水分解,产生H+、电子和O2,D正确。 目 录 核心好题 17.(2021重庆,6,2分)如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     A     目 录 解析    水光解时,在类囊体腔中产生O2,若该O2被有氧呼吸利用,至少需穿过1层类囊体 膜、叶绿体的内膜和外膜、线粒体的外膜和内膜,共5层膜,A错误。图中水光解后形成 的电子(e-)经过一些传递体的传递,同时形成类囊体腔内外的H+浓度差,再利用H+顺浓度 梯度的跨膜运输产生的能量来驱动ATP的合成,且电子(e-)与H+、NADP+结合形成 NADPH,从而将光能转化为NADPH和ATP中活跃的化学能,D正确。 目 录 解题策略 热门拓展3　植物光合调控与逆境适应机制 光是自然界变化最大的环境因素,如果外界光照超出植物的调节范围,植物会通过光抑制的方式 对自身进行保护,防止强光对细胞的伤害。植物细胞内参与CO2固定的Rubis-co在O2浓度升高等 的情况下会参与光呼吸,从而消耗掉吸收的过多光能,减少强光伤害。HC 泵、C4途径和CAM 途径都能提高细胞中CO2的浓度,增加Rubisco对CO2的亲和力,从而提高光合速率,尤其是在低 CO2浓度或强光等条件下,CO2浓缩机制的优势更为明显。光抑制与光保护机制、光呼吸以及 CO2浓缩机制是植物适应环境变化、维持光合作用正常进行的重要生理过程。深入了解这些 机制的原理和调控方式,对于提高作物的光合效率、增强植物的抗逆性以及解决农业生产中 的实际问题具有重要的理论和实践意义。 目 录 一、 光抑制与光保护机制、光呼吸 命题拓展 1.光抑制与光保护机制 原 理 当植物吸收的光能超过光合系统所能利用的量时,暗反应无法消耗过量的NADPH和ATP,光反应产生的过多的电子无法传给NADP+,只能传给O2生成活性氧(ROS)。植物可通过光化学耗散和非光化学耗散两种方式耗散掉吸收的过多的光能,抑制光合作用,及时清除ROS,减少ROS对叶绿体,尤其是PSⅡ的损害,及时修复或替换PSⅡ中的受损组分如D1蛋白,这个现象称为光合作用的光抑制与光保护机制 图 解   目 录 核心好题 18.(2023山东,21,10分)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。实验中强光照射时对野生 型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 目 录 (1)该实验的自变量为______________________________。该实验的无关变量中,影响光 合作用强度的主要环境因素有_______________________(答出2个因素即可)。 (2)根据本实验,______(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ 活性强弱,理由是_____________________________________________________。 (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量____ (填“多”或 “少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 ___________________________________________________________________。 不能 温度、CO2浓度、水 有无光照、有无H基因或H蛋白 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 少 突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多 目 录 解析    (1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H基因或H蛋 白。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有温度、CO2浓度、水 等。(2)野生型PSⅡ损伤大,但损伤可被H蛋白修复;突变体PSⅡ损伤小,无H蛋白修复损 伤,所以不能比较出强光照射下突变体和野生型的PSⅡ活性强弱。(3)强光照射下,突变 体通过NPQ增加了光能的耗散,流向光合作用的能量减少。若测得突变体的暗反应强 度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活 性高,光反应产物多。 目 录 2.光呼吸 原理   光呼吸是光合作用的细胞在高光照和高O2、低CO2情况下发生的反应,其可以防止过多光反应产物的积累对细胞的损伤,但是会降低光合作用产量。光呼吸过程与核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)有关,Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2浓度低时难以催化固定CO2,且专一性差,该酶既可以在CO2浓度相对较高时与C5和CO2结合进行暗反应,合成有机物,又可以在O2浓度较高时与C5和O2结合进行光呼吸,消耗有机物、还原力和能量,释放CO2,并生成C3 意义 维持C3的量(CO2浓度低时,光呼吸会产生CO2,参与CO2的固定);光呼吸会消耗多余能量,对叶绿体起保护作用,缓解强光伤害;消除中间产物乙醇酸的毒害;氮代谢的补充(生成某些氨基酸) 目 录 核心好题 19.(2022江苏,20,9分)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系 (①~⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一,CO2和O2竞争与其结合,分别催 化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖;C5氧化后可进一步产生乙醇酸(C2),C2在过氧 化物酶体和线粒体协同下,完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。 目 录 (1)图Ⅰ中,类囊体膜直接参与的代谢途径有_______(从①~⑦中选填),在红光照射条件下, 参与这些途径的主要色素是_______________________________。 (2)在C2循环途径中,乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化,同时生成的_________________ 在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内,分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓 度的变化,获得曲线a、b(图Ⅱ)。 H2O2(过氧化氢) 叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) ①⑥ 目 录 ①曲线a,0~t1时段释放的CO2源于细胞呼吸;t1~t2时段,CO2的释放速度有所增加,此阶段 的CO2源于___________________。 ②曲线b,当时间到达t2后,室内CO2浓度不再改变,其原因是 _______________________________________________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%~50%,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇 酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶﹐形成了图Ⅲ代谢途径﹐通过____________________降 低了光呼吸,提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的_____________价值。 光合作用速率等于细胞呼吸速率+光呼吸速率 光呼吸和细胞呼吸 直接和间接 乙醇酸转化为苹果酸 目 录 解析    (1)光合作用光反应阶段的场所是类囊体膜,主要代谢过程包括水的光解、ATP 和NADPH的合成,对应图Ⅰ中的①⑥过程;光反应过程需要光合色素的参与,叶绿素(叶 绿素a和叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)由题空后半 句“过氧化氢酶”“O2和H2O”可知,分解的底物为H2O2(过氧化氢)。(3)①由题干信息 “CO2和O2竞争与其结合……完成光呼吸碳氧化循环”及图Ⅰ可知,在光照条件下(H2 O可进行水的光解产生O2)且CO2浓度较低时,O2结合Rubisco的能力较强,易催化C5氧化 产生磷酸乙醇酸,之后产生乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下参与完成光 呼吸碳氧化循环,产生CO2;此外,细胞呼吸作用也会产生CO2;曲线a在t1点施加光照后,t1~ t2时段CO2的释放速度有所增加,CO2来自光呼吸和细胞呼吸。②曲线b,当时间到达t2点 目 录 后,室内CO2浓度不再改变,说明CO2的吸收与释放速度达到动态平衡,即光合作用速率 等于细胞呼吸速率+光呼吸速率。(4)根据(2)和图Ⅰ所示可知,光呼吸代谢途径为叶绿 体中的乙醇酸(C2)运出后直接或间接被转化为过氧化氢、CO2和C3(消耗ATP)等,其中 过氧化氢会被进一步分解为O2和水,一定程度上造成了物质和能量的浪费。与光呼吸 途径相比,图Ⅲ所示途径通过将乙醇酸转化为苹果酸,把物质保留在叶绿体内,苹果酸转 化过程中生成2分子CO2,提高了叶绿体中CO2与O2的比值,这不但降低了光呼吸,还提高 了植物生物量,体现了遗传多样性的直接价值(科学研究方面的非实用意义的价值)和 间接价值(体现在植物固碳、制造有机物等方面)。 目 录 二、 CO2浓缩机制 CO2浓度是限制光合作用的关键因素。因为Rubisco对CO2的亲和力较低,CO2浓度过低 时,其催化CO2固定的过程会受限制,并使光呼吸增强。所以,各类光合生物演化出不同 的机制来提高胞内CO2浓度,从而促进光合作用,降低光呼吸。 命题拓展 途径 主要内容 意义/解读 蓝细菌或藻 类的HC  泵途径(以蓝 细菌为例)   蓝细菌或藻类可通过主动运输HC  (CO2 含量较低时)维持光合作用高效 进行,在水体中占据优势 目 录 C4途径   CO2首先在叶肉细胞内被固定在四碳 化合物(草酰乙酸,这也是“C4”名字 的由来)中,草酰乙酸转化为苹果酸, 然后被运输到维管束鞘细胞中脱羧, 放出的CO2在Rubisco催化下再与C5 反应生成C3 (1)PEP羧化酶对CO2的亲和力极高, 提高了C4植物固定CO2的能力; (2)PEP羧化酶起到“CO2泵”的作 用,把CO2“压”进维管束鞘细胞中, 使Rubisco羧化部位的CO2浓度比C3 植物的高很多,从而减少光呼吸,因而 C4植物在强光下具有比C3植物更高 的光合速率; (3)维管束鞘细胞中的光合产物可就 近运入维管束,从而避免了光合产物 累积对光合作用可能产生的抑制作 用 目 录 CAM途径     (1)耐干旱的植物如景天、仙人掌等, 其光合碳同化过程与C4植物类似,区 别是两次CO2固定在同一细胞内进 行,只是时间错开,夜间气孔开放,吸 收CO2,经一系列反应形成苹果酸,储 存在液泡中;白天气孔关闭,苹果酸转 移到细胞质基质中脱羧,放出CO2,参 与卡尔文循环。(2)白天(高温),植物 气孔关闭,避免水分散失,有利于植物 在干旱环境中生存 目 录 核心好题 20.(2022全国甲,29节选)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)。 (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___________________________ ___________________________________________________________________________ ______________________________________________。 利用更多的CO2进行光合作用,以维持自身的生长 CO2浓度降低,与C3植物相比,C4植物的CO2补偿点较低,能在较低浓度的CO2条件下,固定 干旱会导致气孔开度减小,胞间 ATP、NADPH、O2 目 录 解析    (3)干旱会导致气孔开度减小,植物吸收CO2的能力降低,C4植物的CO2补偿点低 于C3植物,说明与C3植物相比,C4植物能够利用较低浓度的CO2,因此同等程度干旱条件 下,C4植物比C3植物生长得好。 目 录 　　植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。气孔是植物与外界 进行气体交换的“大门”,蒸腾作用中水蒸气散失、光合作用和呼吸作用中CO2和O2 的进出均通过气孔。 气孔开闭的主要原理是保卫细胞吸水体积膨大时气孔张开,反之关闭。气孔开闭状态 如图。 解题策略 真题强化2　影响气孔开闭的多种因素 目 录   　　气孔开闭易受环境因素的影响,本文重点阐述了影响气孔开闭的多种因素。 一 影响气孔开放的多种因素 目 录 在供水充足的条件下,光照是调节气孔运动的主要环境信号,多数植物的气孔在光下打 开(一方面,保卫细胞中的叶绿体在光下生成光合产物,使细胞液渗透压升高,细胞吸水 膨胀,气孔打开;另一方面,蓝光会刺激气孔打开)。呼吸作用等产生的ATP可通过影响 物质跨膜运输进而影响气孔导度。 命题拓展 一、影响气孔开放的多种因素 目 录 核心好题 21.(2023江苏,19,12分)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要,气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题:   目 录 (1)光照下,光驱动产生的NADPH主要出现在___ (从①~④中选填);NADPH可用于CO2固 定产物的还原,其场所有_______(从①~④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有 H2O、_______________(填写2种)等。 (2)研究证实气孔运动需要ATP,产生ATP的场所有_________(从①~④中选填)。保卫细胞 中的糖分解为PEP,PEP再转化为________进入线粒体,经过TCA循环产生的_______最终 通过电子传递链氧化产生ATP。 (3)蓝光可刺激气孔张开,其机理是蓝光激活质膜上的AHA,消耗ATP将H+泵出膜外,形 成跨膜的__________________________________,驱动细胞吸收K+等离子。 (4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA,并进一步转化成Mal,使细胞内水势 下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞_______________,促进气孔张开。 吸收水分 电化学势梯度(或H+浓度差) NADH 丙酮酸 ①②④ K+、苹果酸 ①④ ④ 目 录 (5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,为了研究淀粉合成与细胞质 中ATP的关系,对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫 细胞的淀粉粒进行了研究,其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有_______。 A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关 C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用 D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉 ABD 图2 目 录 解析深剖 本题通过给出图1中保卫细胞和相邻叶肉细胞部分结构和物质代谢途径,逐步 考查了光合作用和呼吸作用的场所及过程和跨膜运输等必备知识,综合阐述了影响气 孔开闭的多种因素。 (1)图1中,①是细胞质基质,②是线粒体,③是液泡,④是叶绿体。光能驱动还原型辅酶Ⅱ (NADPH)的过程发生在④叶绿体的类囊体薄膜上,NADPH可用于CO2固定产物的还原, CO2固定产物的还原既可发生在④叶绿体的基质[即C3(3-磷酸甘油酸)的还原],又可发 生在①细胞质基质[即OAA(草酰乙酸)的还原]。由图1可知,K+和Mal(苹果酸)会进入液 泡,影响细胞液渗透压的大小,从而影响保卫细胞的吸水能力,进而影响气孔的开闭。 (2)光合作用(光反应,发生在④叶绿体的类囊体膜上)和呼吸作用(如有氧呼吸三个阶段, 目 录 发生在①细胞质基质和②线粒体)都可以产生ATP。有氧呼吸第一阶段(发生在细胞质 基质)产生的丙酮酸进入线粒体;PEP为磷酸烯酸式丙酮酸,推测PEP可转化为丙酮酸进 入线粒体,经过三羧酸循环(TCA循环)氧化产生的还原型辅酶Ⅰ(NADH)通过线粒体内 膜上的电子传递链氧化,形成跨膜的电化学势梯度(或H+浓度差),驱动ATP的合成,具体 过程如图所示。 目 录 (3)蓝光作为一种信号,能促使质子泵(AHA)利用ATP将H+泵出膜外,形成跨膜的电化学 势梯度(或H+浓度差),从而驱动细胞逆浓度梯度吸收K+等,使保卫细胞溶质浓度增大,细 胞吸水,体积膨胀,促进气孔打开。 (4)细胞中的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)可以在酶作用下合成草酰乙酸(OAA),并进一步转化成苹果酸 (Mal),使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞吸水膨胀,促进气孔张开。 (5)叶绿体中淀粉的合成需要消耗ATP,结合图1和图2,WT合成淀粉所需的ATP可以来自光反应和呼吸作用(呼吸作用产生的ATP需要通过NTT运入叶绿体),而ntt1合成淀粉所需的ATP来自光反应。黑暗条件下,保卫细胞不能通过光反应生成ATP,此时合成淀粉只能利用呼吸作用生成的ATP,因此与WT相比,ntt1淀粉粒面积较小。光照时长2~8 h,WT淀粉粒面积明显增加,但ntt1中几乎不增加,此时,WT和ntt1生成淀粉所需的能量均可来自光反应,WT除光反应提供能量外,还可通过NTT运入细胞呼吸产生的能量,说明淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP,A、D正确,C错误;光照时长0~2 h,WT淀粉粒面积明显下降,可以推测光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关,B正确。 目 录 二 影响气孔关闭或气孔导度下降的多种因素 1.缺钾 (2024湖南,17,题干情境)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。 知识普及 目 录 2.干旱或高温 在干旱或高温条件下,水分供应不足,为了保持体内的水分平衡,植物会关闭大部分气孔 以减少水分流失,这是植物在逆境下的一种自我保护策略。 目 录 核心好题 22.(2021全国乙,29节选)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的 CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液 泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题: (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止 ____________,又能保证______________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2 固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) ____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 的pH;预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。 实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞 光合作用 水分大量散失 目 录 解析深剖 肉质植物如仙人掌科和景天科植物可生长在热带沙漠环境中,其CO2吸收和 CO2固定在时间上分开进行。 (2)这类植物在白天炎热时气孔关闭,晚上温度较低,气孔打开吸收CO2,CO2进入细胞后 在PEP羧化酶催化下与PEP结合生成草酰乙酸(OAA),OAA在苹果酸脱氢酶存在下还原 为苹果酸,并储存在液泡中(可参考核心好题21图);白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱 羧产生CO2和丙酮酸,产生的CO2可用于卡尔文循环。这类植物的气孔白天关闭、晚上 打开,既能防止水分大量散失,又能保证光合作用正常进行,有利于这类植物适应干旱环 境(相关内容详见热门拓展3中“CO2浓缩机制”P223)。 (3)由题干信息可知,夜间植物甲的叶肉细胞吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中,白天 液泡中的苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用,故可推知夜间植物甲叶肉细胞液的pH小 于白天叶肉细胞液的pH。 目 录 3.高浓度CO2、脱落酸(ABA)含量增加 CO2对气孔运动的影响显著,高浓度CO2能使气孔迅速关闭,无论光照或黑暗均是如此。　　脱落酸(ABA)含量增加,ABA可使细胞质膜上的Ca2+通道打开,Ca2+进入细胞质基质并触发液泡释放Ca2+(图中过程①和②)。细胞质基质中Ca2+浓度增加改变质膜上K+通道蛋白活性,导致K+过度外流使细胞膨压(细胞内的水分对细胞壁的压力)下降,叶片气孔导度减小,如图。 命题拓展 注:图中序号表示过程发生的顺序,该内容了解即可,无需掌握。 目 录 核心好题 23.(2024湖北,21节选)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基 因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、 ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突 变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。 图1 图2 目 录 回答下列问题: (2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物______(填“促进”或“抑 制”)气孔关闭。 (4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是_______(填“ht1”或“rhc1”)。 促进 rhc1 目 录 解析深剖 题干首先交代气孔的结构特点并说明气孔通过影响水和CO2的进出分别影响 蒸腾作用(含水量)和光合作用,其次以文字和箭头组成的流程类示意图形式说明气孔 关闭的原理(调节机制,图1)。图1中指出,干旱条件和高浓度CO2条件均可通过影响蛋白 丙,最终使气孔关闭,且在高浓度CO2条件下,先影响蛋白甲,后影响蛋白乙。最后交代ht 1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。以野生型(wt)、ht1基 因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体 (h/r)为材料进行实验探究,以气孔开放度为参考指标给出实验结果(图2),暗示需结合图 1和图2得出ht1基因、rhc1基因对应编码的蛋白。 (2)图1指出高浓度CO2条件可促进气孔关闭;图2结果说明,在高CO2浓度环境下,与wt组相 比,r组(rhc1基因功能缺失组)气孔开放程度更高,说明rhc1基因产物促进气孔关闭,rhc1基因缺失后,对气孔关闭的促进作用也随之缺失。 目 录 (4)图2中,高浓度CO2时,①与h/r组相比,r组(含ht1基因产物)气孔开放度高于h/r组,可推测 ht1基因产物抑制蛋白丙对保卫细胞液泡溶质的转运,从而抑制气孔关闭;②wt组(含ht1 基因产物和rhc1基因产物)部分气孔关闭,这说明rhc1基因产物可抑制ht1基因产物的作 用,rhc1与ht1基因的作用关系如图所示。 故图1中的蛋白甲为rhc1基因产物。 目 录 三 总结与思考 　　以上试题中,虽然都以植物气孔作为考查背景,但考查的知识却是多种多样的。例 如2023年江苏卷第19题第(1)问具有点睛作用,提示进入液泡的物质如K+、Mal可以影 响气孔导度;第(2)(3)问具体考查K+进入保卫细胞的跨膜运输方式及相关生理活动。试 题主要涉及的知识点有:呼吸作用的场所、具体过程及意义,物质跨膜运输的方式和特 点等;第(4)问先简单阐述了Mal产生的途径及其对气孔的影响,第(5)问以实验的形式考 查光合作用产物产生和转化成Mal的条件,试题主要涉及的知识点有:光合作用过程中 淀粉形成的条件、ATP的来源等。相关主要内容如图所示: 目 录 　　又如2021年全国乙卷第29题,题目交代在干旱地区一些植物具有特殊的CO2固定 方式,这些植物白天气孔关闭、晚上气孔打开,考查学生白天气孔关闭、晚上气孔打开 的原因及意义。再如2024年湖北卷第21题,题目给出气孔关闭的主要调节机制,通过实 验设计探究在高浓度CO2环境中植物调节机制中控制蛋白甲和乙合成的基因,主要考 查的内容是基因与性状之间的关系以及基因产物之间的关系。 　　以上试题具有良好的互补性,归纳出近年高考试题有关植物气孔的多种考点和考 查方式,同时试题设计时注重对学生基础知识综合与运用能力、获取信息的能力(图、 表)、实验探究能力(分析实验结果或自主设计实验)的多维度考查。五年高考风向练 目 录 $