专题二 课时2 细胞呼吸与光合作用的原理-【优化探究】2026年高考生物二轮专题复习配套课件（多选版）

细胞代谢 专题二 课时2　细胞呼吸与光合作用的原理 不同植物固定二氧化碳的方式 重难突破2 热点情境4 重难突破1 内容索引 NEIRONGSUOYIN 细胞呼吸的原理与应用 光合作用的原理 细胞呼吸的原理与应用 重难突破1 核心整合 要点分析 1.判断细胞呼吸方式的三大依据 核心整合 要点分析 2.细胞(有氧)呼吸过程中能量的转化 核心整合 要点分析 (1)细胞质基质中的一种小分子物质——NAD+(氧化型辅酶Ⅰ)能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的H+和e-结合,形成NADH。 (2)NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H+和高能电子(e-),高能电子(e-)通过呼吸链传递。 (3)复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用:通过电子传递链将H+定向转运至膜间隙,导致线粒体膜间隙中H+浓度升高,线粒体基质中H+浓度降低,质子流再通过ATP合成酶进入线粒体基质,驱动ATP合成。 核心整合 要点分析 3.微生物的无氧呼吸(发酵) 酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫作发酵。发酵与无氧呼吸的共同点:H+和e-的最终受体都不是氧,并且呼吸底物只是部分地被氧化,所以最终形成的产物有酒精、乳酸等,需要指出的是发酵工业上所说的发酵,并非完全是无氧的,如醋酸发酵就是需要氧的。 核心整合 要点分析 4.细胞呼吸易错总结 (1)细胞呼吸过程中产生的[H]主要是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。 (2)无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP,第二阶段不释放能量生成ATP。 (3)人体细胞无氧呼吸产生的是乳酸,所以人体细胞产生CO2的场所是线粒体基质,乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。 核心整合 要点分析 (4)在细胞呼吸过程中产生的中间产物,可转化为甘油、氨基酸等非糖物质;非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同,这些物质可进一步形成葡萄糖,因此蛋白质、糖类、脂质的代谢都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 (5)“无氧”环境不一定更有利于果蔬、种子储存,因为O2浓度为零时,细胞呼吸强度并不为零,此时细胞进行无氧呼吸,大量消耗有机物,不利于果蔬、种子的储存。 真题历练 感悟考情 1.(2025·山东卷,4)关于细胞以葡萄糖为原料进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程,下列说法正确的是(　　) A.有氧呼吸的前两个阶段均需要O2作为原料 B.有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料 C.无氧呼吸的两个阶段均不产生NADH D.经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量以热能的形式散失 B 解析:有氧呼吸第一阶段:在细胞质基质中,葡萄糖在酶的催化作用下,生成丙酮酸、NADH,并释放少部分能量。有氧呼吸第二阶段:在线粒体基质中,丙酮酸与水反应,在酶的催化作用下,生成二氧化碳、NADH,并释放少量能量。因此有氧呼吸的前两个阶段均不需要O2作为原料,A错误。有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料,B正确。无氧呼吸第一阶段:在细胞质基质中,葡萄糖在酶的催化作用下,生成丙酮酸、NADH,并释放少部分能量,因此无氧呼吸第一阶段产生NADH。仅无氧呼吸第二阶段不产生NADH,C错误。经过无氧呼吸后,葡萄糖分子中的大部分能量以化学能的形式储存在代谢产物中(例如酒精发酵中的产物酒精,乳酸发酵中的乳酸),D错误。 2.(2025·陕晋青宁卷,8)丙酮酸是糖代谢过程的重要中间物质。丙酮酸转运蛋白(MPC)运输丙酮酸通过线粒体内膜的过程如图。下列叙述错误的是(　　) A.MPC功能减弱的动物细胞中乳酸积累将会增加 B.丙酮酸根、H+共同与MPC结合使后者构象改变 C.线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率 D.线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高 D 解析:MPC功能减弱会抑制丙酮酸进入线粒体,就会有更多的丙酮酸在细胞质基质中进行无氧呼吸,从而导致产生更多的乳酸,动物细胞中乳酸积累将会增加,A正确;结合图示可知,丙酮酸分解形成丙酮酸根和H+,两者共同与MPC结合使MPC构象改变,从而运输丙酮酸根和H+,B正确;结合图示可知,H+会协助丙酮酸根进入线粒体,pH的变化受H+浓度的影响,因此线粒体内外膜间隙pH变化影响丙酮酸根转运速率,C正确;丙酮酸根的运输需要丙酮酸转运蛋白(MPC)的参与,且需要H+电化学梯度(H+浓度差),因此丙酮酸根的运输效率不仅受丙酮酸根浓度影响,也受MPC的数量及H+浓度的影响,因此并不是线粒体内膜两侧的丙酮酸根浓度差越大其转运速率越高,D错误。 【命题延伸　典题重组】 3.判正误 (1)(2025·江苏卷)人体细胞和酵母细胞呼吸作用的无氧呼吸产物都有CO2。(　　) (2)(2024·甘肃卷)浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸。(　　) (3)(2023·广东卷)在游泳过程中,参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是氧化型辅酶Ⅰ。(　　) (4)(2023·山东卷)细胞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释放的ATP和消耗的[H]均增多。(　　) × √ × × 4.练表达 (2024·贵州卷)正常情况下,作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸,从物质和能量的角度分析,其代谢特点有_______________________________   　 。  需要氧气参与;有机物被彻底氧化分解;释放大量能量,生成大量ATP 题组递进 素能提升 题组1　有氧呼吸与无氧呼吸原理的研究及应用分析 1.(2025·河南卷,4)甜菜是我国重要的经济作物之一,根中含有大量的糖分。研究表明呼吸代谢可影响甜菜块根的生长,其中酶Ⅰ在有氧呼吸的第二阶段发挥催化功能,该酶活性与甜菜根重呈正相关。下列叙述正确的是(　　) A.酶Ⅰ主要分布在线粒体内膜上,催化的反应需要消耗氧气 B.低温抑制酶Ⅰ的活性,进而影响二氧化碳和NADH的生成速率 C.酶Ⅰ参与的有氧呼吸第二阶段是有氧呼吸中生成ATP最多的阶段 D.呼吸作用会消耗糖分,因此在生长期喷施酶Ⅰ抑制剂会增加甜菜产量 B 解析:酶Ⅰ在有氧呼吸的第二阶段发挥催化功能,故酶Ⅰ主要分布在线粒体基质中,需要消耗水和丙酮酸,A错误;有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸与水反应产生二氧化碳和NADH的过程,故低温抑制酶Ⅰ的活性,有氧呼吸的第二阶段减弱,进而影响二氧化碳和NADH的生成速率,B正确;酶Ⅰ参与的有氧呼吸第二阶段生成ATP较少,有氧呼吸中生成ATP最多的是第三阶段,C错误;酶Ⅰ活性与甜菜根重呈正相关,故在生长期喷施酶Ⅰ抑制剂会降低甜菜产量,D错误。 2.(多选)(2025·河北卷,14)玉米T蛋白可影响线粒体内与呼吸作用相关的多种酶,T蛋白缺失还会造成线粒体内膜受损。针对T基因缺失突变体和野生型玉米胚乳,研究者检测了其线粒体中有氧呼吸中间产物和细胞质基质中无氧呼吸产物乳酸的含量,结果如图。下列分析正确的是(　　) A.线粒体中的[H]可来自细胞质基质 B.突变体中有氧呼吸的第二阶段增强 C.突变体线粒体内膜上的呼吸作用阶段受阻 D.突变体有氧呼吸强度的变化可导致无氧呼吸的增强 ACD 解析:细胞质基质中可以进行糖酵解,产生[H],进入线粒体参与有氧呼吸的第三阶段,A正确;玉米T蛋白可影响线粒体内与呼吸作用相关的多种酶,T蛋白缺失还会造成线粒体内膜受损,有氧呼吸第二阶段能产生[H],第三阶段[H]和氧气生成水,突变体线粒体内膜受损,第三阶段减弱,[H]积累,抑制第二阶段的进行,因此突变体中有氧呼吸的第二阶段减弱,B错误;T蛋白缺失会造成线粒体内膜受损,线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段发生的场所,因此突变体线粒体内膜上的呼吸作用阶段受阻,C正确;突变体有氧呼吸产生[H]更多且线粒体内膜受损,因此有氧呼吸强度变小,而突变体乳酸含量远大于野生型,因此无氧呼吸增强,D正确。 题组2　细胞呼吸原理的拓展情境分析 3.(2024·重庆卷,7)肿瘤所处环境中的细胞毒性T细胞存在如图所示代谢过程。其中,PC酶和PDH酶控制着丙酮酸产生不同的代谢产物,进入有氧呼吸三羧酸循环。增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制。下列叙述正确的是(　　) A.图中三羧酸循环的代谢反应直接需要氧 B.图中草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体内膜 C.肿瘤细胞无氧呼吸会增强细胞毒性T细胞的杀伤能力 D.葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H] D 解析:由题图可知,图中三羧酸循环的代谢反应无直接需氧环节,A错误;草酰乙酸和乙酰辅酶A均产生于线粒体基质,B错误;由题意可知,若环境中存在乳酸,PC酶的活性会被抑制,而增加PC酶的活性会增加琥珀酸的释放,琥珀酸与受体结合可增强细胞毒性T细胞的杀伤能力,肿瘤细胞无氧呼吸会增加细胞中乳酸含量,从而抑制PC酶活性,减弱细胞毒性T细胞的杀伤能力,C错误;葡萄糖有氧呼吸的所有代谢反应中至少有5步会生成[H],分别是有氧呼吸第一阶段及图中的4步,D正确。 4．(不定项)(2025·湖南郴州三模)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行(如图甲)，叠氮化物可抑制电子传递给氧；DNP使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合成酶。将完整的离体线粒体放在缓冲液中进行实验，在不同的时间加入丙酮酸、ADP＋Pi、叠氮化物或DNP，测定消耗的O2量和合成的ATP量，结果如图乙。①②表示生理过程。下列说法正确的是(　　) A．还原剂NADH是一种电子供体 B．①②生理过程均发生在线粒体内膜上 C．物质X是叠氮化物，水和ATP的合成都受到影响 D.DNP能使耗氧速率增大，使细胞呼吸释放的能量中以热能散失的比例增加 答案：AD 解析：还原剂NADH是一种电子供体，产生的电子(e-)通过电子传递链最终与氧气结合生成水，A正确；添加丙酮酸后过程①消耗的O2量处于较低水平，且相对稳定，属于有氧呼吸第二阶段，发生于线粒体基质，过程②消耗的O2量增加，属于有氧呼吸第三阶段，发生于线粒体内膜，B错误；物质X应是DNP，DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合成酶，从而降低线粒体内膜两侧H＋浓度差，加入该物质后，消耗的O2量增加，可知细胞呼吸产生的总能量增多，而合成的ATP量变化不大，即线粒体中氧化释放的能量转移到ATP的比例减少，以热能散失的比例增加，C错误，D正确。 光合作用的原理 重难突破2 核心整合 要点分析 1.改变条件后,光合作用过程中物质含量的变化分析 如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原。当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化: 在以上各物质的含量变化中,C3和C5含量 的变化是相反的,若C3含量增加,则C5含量 减少;NADPH、ATP和C5的含量变化是一 致的,都增加或都减少。 核心整合 要点分析 提醒:连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 ①光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。 ②在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。 核心整合 要点分析 2.拓展:光系统及电子传递链 核心整合 要点分析 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生O2、H+和自由电子(e-),光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 (2)光反应时,通过光合色素将光能转化为电能,电子在电子传递体之间的传递导致ATP和NADPH的合成。 (3)光合作用中ATP的合成依赖ATP合成酶,通过光系统中电子传递链释放的能量在类囊体薄膜两侧建立质子梯度,质子顺电化学梯度流动时驱动ATP的合成。 核心整合 要点分析 3.拓展:卡尔文循环 卡尔文循环是光合作用中固定CO2并合成有机物的关键代谢途径,包括三个主要阶段: (1)CO2固定 关键酶:Rubisco(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶)催化CO2与RuBP(核酮糖-1,5-二磷酸,5碳化合物)结合,生成不稳定的6碳中间体,随即分解为2分子3-磷酸甘油酸(3-PGA)(3碳化合物),这是循环的起点。 核心整合 要点分析 (2)还原阶段 3-PGA在ATP供能和NADPH提供还原力的作用下,被还原为3-磷酸甘油醛(G3P)(一种3碳糖)。 (3)再生阶段(RuBP再生) 大部分G3P通过一系列反应重新生成RuBP,以维持循环持续进行,此过程消耗ATP。另一部分被运入细胞质,迅速转化为葡萄糖-1-磷酸和果糖-6-磷酸。这两者经过进一步的转化,形成磷酸蔗糖并经过水解而变成蔗糖。叶绿体中的3-磷酸甘油醛主要被转化为淀粉。这些淀粉可以暂时储存在叶绿体的基质中,然后水解成葡萄糖,转运到细胞质中。 核心整合 要点分析 4.拓展:光合产物及运输 (1)磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖, 也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质 基质的主要形式。 (2)光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉,暂时储存在叶绿体中,又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体,在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内,或从光合细胞中输出,经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 真题历练 感悟考情 1.(2025·黑吉辽蒙卷,10)黑暗条件下,叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如图所示。其他条件均适宜,下列叙述正确的是(　　) A.ATP、ADP和Pi通过NTT时,无需与NTT结合 B.NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输 C.图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生 D.光照充足,NTT运出ADP的数量会减少,甚至停止 D 解析:载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过,说明ATP、ADP和Pi通过NTT时需要与载体蛋白NTT结合,A错误。黑暗条件下,叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi,因此该过程的转运方式不是主动运输,B错误。黑暗条件下,叶绿体无法进行光反应,自身不能合成ATP。此时进入叶绿体基质的ATP可来自细胞呼吸,细胞呼吸产生ATP的场所包括细胞质基质(糖酵解)和线粒体(有氧呼吸第二、三阶段),C错误。光照充足时,叶绿体类囊体膜上进行光反应合成ATP,需要消耗大量ADP和Pi作为原料。此时叶绿体基质中的ADP和Pi会优先被类囊体膜利用,导致基质中ADP浓度降低。 由于NTT顺浓度梯度运输ADP(从叶绿体基质到细胞质 基质),当叶绿体基质中ADP不足时,NTT运出ADP的数量 会减少甚至停止,D正确。 2.(2025·江苏卷,21)科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题。 (1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破　　　　膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入　　　　溶液重新悬浮,并保存备用。  解析:类囊体位于叶绿体内,故细胞破碎后,需在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破叶绿体内外膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,保持类囊体的渗透压,需加入等渗溶液重新悬浮,并保存备用。 叶绿体 等渗 (2)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有 　 　　　　　　。  解析:光反应产物有O2、NADPH和ATP,对后续实验结果有影响的产物是ATP和NADPH。 ATP、NADPH (3)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度　　　　(填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有　　 　　　　　 　　　　。  变弱 吸收(和转化)光能、裂解水分子 解析:已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。类囊体膜上分布着光合色素(如叶绿素),在适宜光照下,这些色素能够捕捉光能并将其转化为化学能,在类囊体膜上裂解水分子,产生O2、质子(H+)和电子,其中O2释放到胞外,质子在类囊体腔内累积形成pH梯度,pH降低,荧光强度变弱。 (4)在光反应研究的基础上,利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究,理论上还需要的物质有　　　　 。  解析:要进行暗反应,需要原料CO2、C5和多种酶。 CO2、C5、酶 【命题延伸　典题重组】 3.判正误 (1)(2025·河北卷)绿色植物的光合作用过程进行时类囊体膜上消耗H2O、叶绿体基质中消耗CO2。(　　) (2)(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。(　　) (3)(2021·山东卷)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(　　) (4)(2020·天津卷)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(　　) √ × × × 4.练表达 (1)(2024·安徽卷)某品种水稻旗叶(位于植株最顶端)从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受　　　 　　释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为　　　　　　　　　　　　　 　。  (2)(2023·全国甲卷)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖,原因是_____________________ ______________________________________________________________   　 。  ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸和淀粉等 悬浮液中虽然具有类囊体膜、叶绿体基质以及与暗反应相关的酶,但黑暗条件下,光反应无法进行,暗反应没有光反应提供的ATP和NADPH,所以不能产生糖 题组递进 素能提升 题组1　光合作用中光反应情境应用分析 1.(2023·湖北卷,8)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 解析:叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ分离减少,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强,A正确;Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少,对光能的捕获减弱,B正确;弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,可以增强对光能的捕获,C错误;PSⅡ光复合体能吸收光能,并分解水产生H+、电子和O2,D正确。 2.(2025·山东卷,21)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 (1)叶绿体膜的基本支架是　　　　　　　　;叶绿体中含有许多由类囊体组成的　　　　,扩展了受光面积。  解析:生物膜的基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中由类囊体组成的结构是基粒,基粒的存在扩展了受光面积,使植物更有效的利用光能。 磷脂双分子层 基粒 (2)据图分析,生成NADPH所需的电子源自　　　　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、　　　　 　　。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有 　 　　　。  H2O 丙酮酸、NADH O2和CO2 解析:由图可知,电子传递路径中,生成NADPH所需的电子源自水的光解。用含3H2O的溶液培养绿藻一段时间,绿藻会发生光合作用和呼吸作用,光合作用产生的葡萄糖被3H标记,进行有氧呼吸时,有氧呼吸第一阶段:在细胞质基质中,葡萄糖(被3H标记)在酶的催化作用下,生成丙酮酸(被3H标记)、NADH(被3H标记),并释放少部分能量。有氧呼吸第二阶段:在线粒体基质中,丙酮酸与3H2O反应,在酶的催化作用下,生成二氧化碳、NADH(3H标记),并释放少量能量。因此能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸、NADH。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在光合作用光反应过程中,水的光解会产生O2,同时水还参与有氧呼吸第二阶段,生成CO2,所以带18O标记的气体是O2和CO2。 (3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为____________________________________________________  　 。  解析:由图可知,途径①将过剩电子传递给O2,进而生成H2O2,图中途径②显示光能经Y、Z色素分子传递后以热能释放。 途径①:将过剩电子传递给O2,进而生成H2O2;途径②:过剩光能以热能形式散失 题组2　光合作用中暗反应及光合产物的运输情境应用分析 3.(2025·湖南长沙二模)如图表示某细胞内发生的生理过程,3-磷酸甘油酸、甘油醛-1,3-二磷酸、甘油醛-3-磷酸、核酮糖-5-磷酸、核酮糖-1,5-二磷酸是该过程中依次生成的重要化合物,请据图分析,下列叙述正确的是(　　) A.该过程的主要反应场所在线粒体 B.RuBP是图中物质甘油醛-1,3二磷酸的简称 C.上述过程中,消耗前一阶段提供的能量的过程 有②③⑤,脱磷酸化的过程有③④⑥ D.分析该过程发现,固定1分子CO2平均会消耗 ATP和NADPH的分子数目分别是3和2,甘油醛 -1,3二磷酸和核酮糖-5-磷酸分别含有的碳原子数目是5和3 C 解析:图示是利用CO2合成葡萄糖的过程,属于光合作用 的暗反应阶段,发生的场所是叶绿体基质,A错误。RuBP 是核酮糖-1,5-二磷酸的简称,与CO2固定形成C3,B错误。 ATP和NADPH都是光反应过程中合成的储能物质,由题 图可知,②⑤消耗ATP水解产生的能量,③过程消耗NADPH 提供的能量,因此题述过程中,消耗前一阶段提供的能量的 过程有②③⑤;据题图可知,④过程脱去Pi,③过程甘油醛-1,3-二磷酸也能脱去Pi形成甘油醛-3-磷酸,且葡萄糖中不含P元素,⑥过程中甘油醛-3-磷酸转变形成葡萄糖需要脱去Pi,因此脱磷酸化的过程有③④⑥,C正确。据图可知,固定6分子的CO2需要消耗12+6=18分子的ATP,需要消耗12分子的NADPH,因此固定1分子CO2平均会消耗ATP和NADPH的分子数目分别是3和2;根据化合物命名原则可知,甘油醛-1,3-二磷酸和核酮糖-5-磷酸分别含有的碳原子数目是3和5,D错误。 4．(多选)(2025·河北秦皇岛三模)筛管是运输光合产物的通道，光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞经过一系列运输运至筛管—伴胞复合体(SE—CC)的细胞外空间，然后从细胞外空间进入SE—CC，SE—CC的细胞膜上有蔗糖-H＋共运输载体(SU载体)和H＋泵(具有ATP水解酶活性，可将H＋运输到细胞外空间)，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE—CC，再逐步汇入主叶脉运输至植物体的其他部位。下列说法正确的是(　 　) A．蔗糖是小分子且溶于水的非还原糖，适合长距离运输 B．SE—CC中的蔗糖浓度高于细胞外空间 C．SU功能缺陷会导致叶肉细胞光合速率降低 D．降低SE—CC中的pH可以提高蔗糖向SE—CC运输的速率 ABC 解析：蔗糖是二糖，为小分子且溶于水的非还原糖，适合长距离运输，A正确；蔗糖从细胞外空间进入SE—CC需要SU载体的协助，且需要H＋的电化学势能，是主动运输，说明SE—CC中的蔗糖浓度高于细胞外空间，B正确；SU功能缺陷会导致蔗糖不能从细胞外空间进入SE—CC，引起光合产物积累，会导致叶肉细胞光合速率降低，C正确；降低SE—CC中的pH，细胞内H＋浓度升高，细胞内外H＋浓度差减小，运输蔗糖的能力减弱，会降低蔗糖向SE—CC运输的速率，D错误。 不同植物固定二氧化碳的方式 热点情境4 (2023·湖南卷,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(Km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。 真题导向 (1)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_______________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 　    　 (答出3点即可)。  高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移;玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高;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 解析:干旱、高光照强度环境会导致植物气孔关闭,吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高;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;玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度高于水稻。 (2)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________________________________________ ______________________________________________________________   (答出3点即可)。  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 解析:将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞,只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度,而植物的光合作用强度受到很多因素的影响;在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高,可能是水稻的酶活性达到最大,对CO2的利用率不再提高,或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制,也可能是因为蓝细菌是原核生物,水稻是真核生物,二者的光合作用机制有所不同。 光合作用固定CO2的途径除了卡尔文循环以外,还有C4途径和景天酸代谢(CAM)途径等。 (1)C4植物固定CO2的途径 玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内,在有关酶的催化作用下,CO2首先被一种三碳化合物(PEP)固定,形成一个四碳化合物(C4)。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中,释放出一个CO2,并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环;丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内,在有关酶的催化下,通过ATP提供的能量,转化成PEP,继续固定CO2。具体过程如图所示。 情境拓展 (2)景天科植物的CO2固定途径 景天酸代谢(CAM)是许多肉质植物的一种特殊代谢方式,在夜间,大气中CO2从气孔进入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,贮存于液泡中。在白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环,如图所示。 1.干旱条件下,菠萝以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应环境。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢示意图,图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。下列说法错误的是(　　) A.叶肉细胞因具有生物膜系统,所以能够同时进行 多种化学反应而不会互相干扰 B.干旱环境中,夜间和白天菠萝叶肉细胞中与CO2 发生反应的物质分别是RuBP、PEP C.夜间苹果酸运进液泡中,可以避免苹果酸降低细胞质基质的pH而影响其中的反应 D.若苹果酸为四碳化合物,则据图分析,物质C应为丙酮酸,其可进入线粒体氧化分解为CO2 对点演练 B 解析:生物膜系统将细胞分隔成许多小的区室,使细胞内能够同时进行多种化学反应而不会互相干扰,叶肉细胞具有细胞膜、细胞器膜和核膜等构成的生物膜系统,所以能够同时进行多种化学反应而不会互相干扰,A正确;由题图可知,干旱环境中,夜间CO2与PEP反应生成OAA,白天苹果酸释放的CO2与RuBP反应,所以夜间和白天菠萝叶肉细胞中与CO2发生反应的物质分别是PEP、RuBP,B错误;苹果酸是一种酸性较强的有机酸,夜间苹果酸运进液泡中,可以避免苹果酸降低细胞质基质的pH而影响其中的反应,C正 确;若苹果酸为四碳化合物,物质C由苹果酸分解 产生,可进入线粒体,应该是丙酮酸,丙酮酸可进 入线粒体氧化分解为CO2,D正确。 2.(2025·湖南长沙二模)蓝细菌的CO2浓缩机制如图所示。已知Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶,但其也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,导致光合效率下降。下列相关分析不正确的是(　　) A.O2可能会与CO2竞争性结合Rubisco的 同一活性位点,因此提高CO2浓度可以 提高光合效率 B.CO2通过细胞膜和光合片层膜的方式分别为自由扩散和主动运输 C.推测羧化体限制气体扩散的方式可能为限制O2和CO2从羧化体离开 D.光合片层膜是蓝细菌细胞内的一种生物膜,其上有光合色素,推测其功能类似于高等植物叶绿体的类囊体薄膜 C 解析:Rubisco也能催化O2与C5结合,形成C3和C2,所以O2可能会与CO2竞争性结合Rubisco的同一活性位点,因此提高CO2浓度可以提高光合效率,A正确;据题图可知,CO2通过细胞膜的方式是自由扩散,而通过光合片层膜的方式为主动运输,B正确;蓝细菌羧化体的蛋白质外壳通过限制内部CO2离开和限制外部O2的进入实现内部高CO2浓度,一方面能有效降低光呼吸,另一方面还能有效提高光合效率,C错误;高等植物叶绿体的类囊体薄膜是光反应的场所,类囊体薄膜上有光合色素,蓝细菌的光合片层膜上有光合色素,所以推测其功能类似于高等植物叶绿体的类囊体薄膜,D正确。 $