2026届高三生物一轮复习课件专题四.1 细胞呼吸和光合作用

专题四 细胞呼吸和光合作用的过程及其关系 第1课时 细胞呼吸与光合作用 核心考点 考试频次 考题统计 有氧呼吸和无氧呼吸的相关过程 3年17次 （2024 贵州卷）细胞呼吸过程 （2024 甘肃卷）细胞呼吸过程 （2024 广东卷）有氧呼吸和无氧呼吸 细胞呼吸的影响因素及其应用  3年5次 （2024 山东卷）种子萌发与细胞呼吸 （2024 甘肃卷）细胞呼吸的应用 绿叶中色素的提取和分离 3年7次 （2024 贵州卷）绿叶中色素的提取与分离 （2024 广东卷）绿叶中色素的提取与分离 影响光合作用的因素和应用 3年31次 （2024 天津卷）光合作用物质变化 （2024 福建卷）影响光合作用的因素 （2024 重庆卷）光合作用物质能量变化、影响光合作用的因素 2 考情 分析 该部分内容的命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境多样，以下两种居多，一是大学教材中有氧呼吸和光合作用过程的文字或图解，二是科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验数据表或坐标曲线图，考察考生对两过程基础知识的实际和对图表数据的分析推理。 预计在2025年高考中，以非选择题的形式进行考查。借助农业生产实践相关的问题的为依托，将相关的生理过程、影响因素以实验分析的方式综合考查。 情境设计 借助化学渗透假说考查了线粒体和叶绿体能量产生的机制，体现了科学思维的核心素养；借助人工光合系统，考查光合作用的物质合成过程，体现了科学思维和社会责任的核心素养。 备考要点 光合作用与细胞呼吸的过程 光合作用的影响因素和点的移动问题 特殊的代谢类型 3 细胞代谢 细胞呼吸 有氧呼吸 第一阶段 场所：细胞质基质 物质变化：葡萄糖分解产生丙酮酸、NADH 无氧呼吸 影响因素 能量：少量 酒精和二氧化碳 乳酸 第二阶段 第三阶段 场所：线粒体基质 物质变化：丙酮酸和水分解产生二氧化碳、NADH 能量：少量 场所：线粒体内膜 物质变化：NADH和氧气生成水 能量：大量 场所：细胞质基质 产物类型 氧气浓度 温度：酶活性 水 粮食、果蔬储存 （低温、低氧） 光合作用 光反应 场所：类囊体薄膜 物质变化 水的光解 ATP、 NADPH的合成 暗反应 场所：叶绿体基质 物质变化 CO2的固定 C3的还原 影响因素 光照强度 二氧化碳浓度 温度：酶活性 相互影响 O2、CO2 4 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 光能 叶绿体 光合作用和有氧呼吸的联系 突破点1：题干常见语句所指含义的判断 表示方法 总光合/真正光合/实际光合速率 净光合/表观光合速率 CO2 O2 有机物 CO2需要量、固定量 CO2吸收量 O2产生量、制造量 O2释放量 有机物制造量、合成量 有机物的积累量 1、光照条件下总光合速率和净光合速率的判断 总光合速率= 净光合速率+呼吸速率 2、黑暗条件下呼吸速率的判断 单位时间内释放的CO2量、吸收的O2量、消耗的有机物量 突破点1：题干常见语句所指含义的判断 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 A.光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等 B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多 C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等 A 练一练 a b 光照强度 0 CO2 吸收量 C d CO2 释放量 呼吸速率 净光合速率 总光合速率 S1 S2 S3 突破点2：曲线图中呼吸速率、光合速率辨析 ③b点： 呼吸作用强度=光合作用强度 ①a点：只进行呼吸作用 ②ab段： 呼吸作用强度＞光合作用强度 ④bc段： 呼吸作用强度＜光合作用强度 呼吸消耗的有机物总量 光合作用制造的有机物总量 积累的有机物总量 S1+S2 S2+S3 S3-S1 练一练 下图表示20℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3 表示图中所示区域的面积下列说法中错误的是 光照强度 D A B C 0 CO2吸收量 S1 S3 S2 A:S1＋S3表示玉米呼吸消耗的有机物 B：S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量 C：若土壤缺镁，则B点右移，D点左移 D：S2－S3表示玉米光合作用有机物的净积累量 D 装置中液滴左移距离为呼吸作用吸收O2的量 （1）测定呼吸速率 【思考】 突破点3：呼吸速率、光合速率测定 3、如何排除由温度等物理因素引起液滴移动的干扰？ 1、该装置测定呼吸速率需要什么条件？ 2、装置液滴左移距离表示什么? 黑暗 设置对照组：将实验组装置中的生物更换成同种等量的死亡生物 （2）测定光合速率 黑暗条件下测定呼吸速率 光照条件下测定净光合速率 【思考】 1、NaHCO3溶液的作用是什么? 2、第二个装置液滴右移距离表示什么? 维持装置中CO2浓度的稳定 3、如何排除由温度等物理因素引起液滴移动的干扰？ 突破点3：呼吸速率、光合速率测定 装置中液滴右移距离为净光合作用释放的O2量 将植物换成等量死植物的对照装置 某研究小组为探究CO2浓度和光照强度对天竺葵植株光合作用的综合影响，他们设计了如图甲所示的实验装置若干组，利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定，在室温25 ℃的状态下进行了一系列的实验，对相应装置准确测量的结果如表所示。回答以下问题： 练一练 组 别 实验条件 液滴移动 (mL/h) 组 别 实验条件 液滴移动 (mL/h) 光强(lx) CO2(%) 光强(lx) CO2(%) 1 0 0.05 左移2.24 4 1 000 0.05 右移11.20 2 800 0.03 右移6.00 5 1 500 0.05 右移11.20 3 1 000 0.03 右移9.00 6 1 500 0.03 右移9.00 (1)图甲装置内液滴移动的距离可反映出装置内________________的含量变化情况。 (3)如果将实验装置中的CO2缓冲液改为蒸馏水，则在光照强度为0时，实验测得的数据指标的含义是_______________________________________________。 氧气(或O2) (2)与组别4比较可知，限制组别3液滴右移的主要环境因素是________________。 CO2浓度 天竺葵植株吸收氧气和释放CO2的差值 (4)若利用甲装置测定光合作用强度，为了使实验结果更加准确，应增加一个乙装置，乙装置应在甲装置的基础上进行修改，乙装置中应放置的是_____________________________________。 简要实验步骤如下： 步骤一：测定植物的呼吸作用强度，即将甲、乙装置遮光处理，放在温度等条件相同的环境中，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。 步骤二：测定植株的净光合速率，即______________________________ _____________________________，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。 死的天竺葵幼苗(和CO2缓冲液) 将甲、乙装置放在光照充足、 温度适宜等条件相同的环境中 （1）光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需要酶的催化。 （2）光反应停止后暗反应不会立即停止，光反应产生的ATP、NADPH可以维持一段时间。 整合一 光合作用与细胞呼吸的过程 易错警示 1、光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系 16 【典例1】植物的光合作用细胞依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出 CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。下图为某植物叶片在白天和夜晚的气体交换过程，其中PR、R、GP 代表不同的生理过程。下列相关叙述错误的是（　　） A．图中的PR、R过程分别代表呼吸作用、 光呼吸，叶片中有机物的积累量取决于GP、 R、PR之间的差值 B．光呼吸虽然消耗部分有机物，但是从一定 程度上能避免光抑制的发生，有利于植物生长 发育 C．植物通过调节叶片角度回避强光或进行细胞内叶绿体的避光运动均可减弱光抑制现象 D．在农业生产中，适当抑制白天光呼吸和夜间呼吸作用的进行，有利于提高农作物产量 A R代表呼吸作用 PR是光呼吸 17 【典例2】正常光照条件下，某植物叶片叶肉细胞进行光合作用、有氧呼吸的示意图如下（数字表示结构，小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是（    ） A．有氧呼吸发生的场所为图中2、3处 B．线粒体产生的CO2被叶绿体利用， 至少穿过5层生物膜 C．突然黑暗处理，叶绿体内C3含量 短时间内将增加 D．h=c，d=g时，该植株光合作用速率等于呼吸作用速率 C 和细胞质基质 4层 植株光合作用速率小于呼吸作用速率 18 （1）物质变化 C H O 2、光合作用和细胞呼吸的物质能量变化关系 19 ②呼吸作用：有机物中稳定的化学能      热能、ATP中的化学能、不彻底氧化产物中的化学能 （2）NADH、NADPH和ATP的来源和去路 物质 来源 去路 NADH 有氧呼吸第一、二阶段（葡萄糖、丙酮酸、水） 有氧呼吸第三阶段还原氧气，生成水 NADPH 光反应阶段水的光解 C3的还原 ATP 光反应阶段；有氧呼吸第一、二、三阶段 C3的还原供能，各项生命活动 （3）能量变化  ①光合作用：光能      ATP、NADPH中活跃的化学能      有机物中稳定的化学能 20 【典例3】下图为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程。下列相关叙述正确的是（　　） A．Ⅲ在第二阶段消耗水,第三阶段产生水 B．若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体 干重将减少 C．Ⅰ过程中产生的O2参与Ⅲ的第二阶段反应 D．物质X是从叶绿体的基质移向类囊体薄膜的 有氧呼吸 A 增加 物质X是ATP，从叶绿体类囊体薄膜叶绿体移向的基质 光反应 暗反应 三 21 【典例4】下图①~⑦为某绿色植物细胞代谢的相关生理过程。下列有关叙述错误的是（    ） A．③过程产生的O2要在相邻细胞的⑥过程被利用，若不考虑O2穿过类囊体薄膜，至少需要穿过6层磷脂双分子层 B．蓝细菌也能发生类似于③④的生理过程 C．①②的进行与⑤⑥密切相关，与③⑦无直接关系 D．叶肉细胞③过程O2的产生量大于⑥中O2的吸收量，则该植株的有机物总量可能减少 C ①表示细胞渗透作用吸水， 与⑤⑥③⑦均无关 22 整合二 光合作用的影响因素和点的移动问题 类型 影响原理 主要表现 光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体膜造成损伤 CO2 CO2是光合作用的反应物，CO2浓度低于CO2补偿点，会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降 温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性或气孔开放程度而影响光合作用强度 叶绿体和酶的结构受到破坏，进而影响两者的功能；引起气孔关闭，影响CO2的吸收 水分 水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害 无机盐 矿质营养对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg2＋)；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性 组成气孔的保卫细胞吸水膨胀，气孔张开，反之关闭 易错警示 1、光合作用的影响因素 23 【典例1】下列实例中不能提高光合作用强度的是（ ） A．定期松土，促进植物根部吸收矿质元素 B．在蔬菜大棚内白天增用人工蓝光光源生产蔬菜 C．小麦和玉米的轮作增加农作物收获面积 D．播种时行和垄要整齐，，长出秧苗后才能“正其行，通其风” C 无法提高光合作用强度 24 【典例2】在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。以下说法不正确的是（    ） A．该植物叶片在温度a和c时的有机物积累 速率不相等 B．保持在温度d时，该植物体的干重将不变 C．据图推测光合作用相关酶的最适温度小于呼吸酶 D．与a点相比，b点时叶绿体内C3的合成速率加快 B 减少 25 2、 传统农业生产模式及应用 26 【典例3】我国自古“以农立国”，经过悠久岁月的积累，形成了丰富的农业生产技术体系。下列有关农业生产实践的叙述中，错误的是（ ） A．“谷田必须岁易”，轮作可以减少侵害谷子的害虫和病菌大量繁殖 B．“农家两大宝，猪粪、红花草”，红花草根上的根瘤菌起到固氮肥田的效果 C．“秸秆还田”的目的是使植物能够利用秸秆中的有机物，促进植物的生长发育 D．“正其行，通其风”有利于作物充分利用二氧化碳和光能来进行生长 C 植物不能直接吸收有机物，秸秆中的有机物需要被分解者分解为无机物才能被植物利用 27 【典例4】许多农业谚语涉及生物学原理在农业生产实践中的应用。下列相关解释不合理的是（　　） A．“秋分种高山，寒露种平川”：温度对冬小麦的生长有影响 B．“农家两大宝，猪粪、红花草（豆科植物）”：红花草具有固氮肥田的作用 C．“春天粪堆密，秋后粮铺地”：粪肥中的矿质元素流向植物，促进粮食增产 D．“稀豆稠麦，收成不坏；稀麦稠豆，没啥收头”：合理密植可提高净光合产量 B 红花草根系上的根瘤菌与豆科植物形成互利共生的关系，根瘤菌有固氮作用，故能起到固氮肥田的作用 28 3、光补偿点及光饱和点的移动问题 (1)光补偿点对应的两种生理状态 ①整个植株：光合作用强度＝细胞呼吸强度。 ②叶肉细胞：光合作用强度>细胞呼吸强度。 (2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变 量，其他条件不变) (3)D点：代表饱和点对应的最大光合速率，若增大光照强度(或增大CO2浓度)使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。 变化 补偿点（B） 饱和点（C） 呼吸速率增加，光合速率减小 右移 左移 光合速率增加，呼吸速率减小 左移 右移 29 核心归纳 高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。 通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。 在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。 01 02 03 30 【典例5】矿质离子主要由植物根系吸收，对光合作用有一定的影响。在适宜条件下，将黄瓜幼苗培养在完全培养液中，测定其光合作用速率与光照强度的关系，结果如图。若将黄瓜幼苗培养在缺镁培养液中（缺镁对呼吸作用速率影响不大），下列分析错误的是（　　） A．缺镁会影响叶绿素的合成，使光合速率下降， C点向左下方移动 B．缺镁对呼吸作用速率影响不大，所以A点不会 有明显移动 C．图中B点是光补偿点，在缺镁培养液培养后B点 左移 D．图中D点是光饱和点，在缺镁培养液培养后D点 左移 C 缺镁时，叶绿素合成减少，光合作用速率下降，植物必需在较强光照下光合速率才能与呼吸速率相同，故B点会右移 31 【典例6】下图中纵坐标表示植物个体对某种气体吸收量或释放量的变化。下列说法正确的是（ ） A．C点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体 B．若A代表O2吸收量，D点时的叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2 C．若A代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，E点将向右下方移动 D．F代表光饱和点，若F点后仍不断提高光照强度，光合作用强度一定会始终不变 C 只进行呼吸作用 光合大于呼吸，D点释放的氧气 会导致光照强度过大，灼伤叶绿体，导致光合作用强度下降 32 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： 整合三 特殊的代谢类型 1、光呼吸 33 光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细 胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损 伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和 NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。 光呼吸的不利影响：消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物 产量降低。 核心归纳 高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 34 【典例1】光照条件下，叶肉细胞中的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(见表)， SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。下列叙述错误的是（    ） 35 【典例1】下列叙述错误的是（    ） A．光呼吸中C₅与O₂结合的反应发生在叶绿体的基质中 B．研究发现水稻光呼吸缺陷型不能在正常大气CO₂浓度条件下存活，只有在高 浓度条件才能存活，说明在正常大气CO₂浓度条件下，光呼吸是不可缺少的生理活动 C．为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,应在100~300mg/L 之间而不是0~200mg/L之间再设置有一定浓度梯度的一系列实验组进一步进行实验 D．与未喷施SoBS 溶液相比，喷施100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片的光补偿点高 D 喷施100mg/LSoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 36 【典例2】研究发现，强光照条件下植物叶肉细胞会进行光呼吸。光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco造成的。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反应，产物经一系列变化后在线粒体中生成CO2，如下图。下列说法正确的是（　　） A．Rubisco是一个双功能酶，不具备专一性 B．光呼吸可以消耗掉多余的O2，减少自由基产生，降低对细胞结构的损伤 C．较强的光呼吸对于光合作用产物的积累是很有利的 D．持续强光照时突然停止光照，CO2释放量先减少后增加至稳定 B 具有 消耗较多的光反应产物ATP和NADPH，对产物的积累不利 光呼吸未立即停止，CO2释放量先增加，后减少，然后至稳定， 37 在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。 2、C4途径 38 C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度 减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不 能。故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。 用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为： CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完 整的叶绿体。所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上， 而CO2固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 核心归纳 39 【典例3】自然界中C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2能力。现将取自A、B两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法错误的是（ ） A．A、B两种植物中B植物可能为C4植物 B．本实验的自变量为植物种类和实验时间 C．M点处两种植物叶片的净光合速率相等 D．40min时B植物叶片光合速率等于呼吸速率 C M点处两种植物叶片的净光合速率应为该点的斜率，二者不相等 40 【典例4】为探究 C4 植物中的 PEPC 酶和 PPDK 酶能否提高C3植物光合作用的 效率，研究者将玉米（C4 植物）的PEPC酶基因和PPDK酶基因导入水稻（C3植物）。在灌浆期一定的 CO2 浓度条件下，分别测定了双转基因水稻和原种水稻的叶绿素含量及净光合速率，结果如下图所示。下列有关分析，错误的是（ ） A．该实验的自变量为是否导入 PEPC酶基因和和 PPDK酶基因 B．由图甲可知，双转基因水稻对红光和蓝紫光的吸收率比原种水稻高 C．PEPC酶基因和PPDK酶基因通过降低细胞呼吸作用来提高净光合速率 D．若在适宜光照条件下提高实验时CO2的浓度，可增加双转基因水稻的产量 C PEPC 酶基因和 PPDK 酶基因表达产生的物质，导致叶绿素含量增高，因此应该是提高光合作用强度来提高净光合作用强度 41 在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 3、CAM途径 42 仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于炎热干旱地 区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，储存于液泡中； 白天时气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖， 该机制也称CAM途径。 核心归纳 分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生 理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚该类植物不能合成葡萄糖， 原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 【典例5】CAM植物白天气孔关闭，夜晚气孔打开，以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径，相关叙述不正确的是（ ） A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．CAM植物白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚缺乏NADPH和ATP不能进行卡尔文循环 B CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质 44 【典例6】景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中，当白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸经脱羧作用，释放出CO2用于光合作用，下列叙述错误的（ ） A．该代谢途径可防止景天科植物在白天大量 散失水分，有利于适应干旱环境 B．景天科植物白天进行光合作用，暗反应固 定的CO2来自于苹果酸脱羧作用 C．与常见的C3途径植物相比，夜间将景天科 植物放置于室内更有益于人体健康 D．白天，突然降低外界CO2浓度，景天科植 物叶肉细胞中C3的含量无明显变化 B 苹果酸脱羧作用和呼吸作用 45 ①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子(e－)， 光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 ②电子传递过程是高电势到低电势(由于光能的作用)，释放的能量将质子(H＋)逆浓度梯度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。 ③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度中流出的能量来合成ATP。 核心归纳 4、光系统及电子传递链 46 【典例7】光系统是进行光吸收的功能单位，分为光系统I（PSI）和光系统II（PSII），研究发现，PSⅡ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），且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．LHC蛋白激酶活性下降，PSII对光能的捕获减弱 B．弱光下LHCII与PSII结合，有利于对光能的捕获 C．镁离子含量减少会导致PSII对光能的捕获减弱 D．绿色植物的光反应依赖类囊体膜上PSI和PSII 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 47 【典例8】如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）是色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP+后与其反应生成NADPH。膜上的ATP合成酶在顺浓度梯度运输H+的同时催化ATP的合成。下列叙述正确的是（ ） A．图中体现出的膜蛋白功能仅有催化 及物质运输 B．若CO2浓度降低，暗反应速率减慢， 叶绿体中NADP+减少，则图中电子 传递速率会减慢 C．H+由叶绿体基质进入类囊体腔的过 程属于协助扩散 D．据图分析，O2产生后扩散到细胞外 共需要穿过3层生物膜 和能量转换 B 主动运输 顺浓度 穿过类囊体膜、叶绿体双层膜、细胞膜共4层生物膜 48 细胞代谢 细胞呼吸 有氧呼吸 第一阶段 场所：细胞质基质 物质变化：葡萄糖分解产生丙酮酸、NADH 无氧呼吸 影响因素 能量：少量 酒精和二氧化碳 乳酸 第二阶段 第三阶段 场所：线粒体基质 物质变化：丙酮酸和水分解产生二氧化碳、NADH 能量：少量 场所：线粒体内膜 物质变化：NADH和氧气生成水 能量：大量 场所：细胞质基质 产物类型 氧气浓度 温度：酶活性 水 粮食、果蔬储存 （低温、低氧） 光合作用 光反应 场所：类囊体薄膜 物质变化 水的光解 ATP、 NADPH的合成 暗反应 场所：叶绿体基质 物质变化 CO2的固定 C3的还原 影响因素 光照强度 二氧化碳浓度 温度：酶活性 相互影响 O2、CO2 49 1961年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。 1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。 贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 拓展应用·情境推理 情境1：化学渗透假说 科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图 Ⅰ )。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图 Ⅰ )。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (2)在图 Ⅰ 实验基础上进行图 Ⅱ 实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________。 实验 Ⅱ 是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差 (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因， 对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图 Ⅲ 所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是__________ _________________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来 源物质是________。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________________。生产中发现即使增加光(照)强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有____________________________________________________________(答两点)。 类囊体膜 外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高 水 NADPH、ATP和CO2 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 中国科学家创制了一条利用CO2、水和阳光合成淀粉的人工路线，在实验室首次实现了从CO2到淀粉的全合成，科学家认为，不依赖植物光合作用，设计人工光合系统固定CO2，合成淀粉①，有望成为影响世界的重大颠覆性技术之一。 情境2：人工光合系统 拓展应用·情境推理 (1)绿色植物光合作用过程中光反应的产物为O2、NADPH、ATP。 (2)与植物光合作用淀粉积累量相等的情况下，该路线消耗的CO2量要低于(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是该路线没有呼吸作用消耗糖类。 (3)从生态角度考虑，相比植物光合作用，利用人工合成路线得到淀粉的优势有直接人工合成淀粉，不受环境的限制(或节约耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响；或提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展等)(答出1条即可)。 $