2026届高三生物二轮复习课件专题二　细胞的代谢

专题二 细胞的代谢 1 产 生 细胞代谢 条件 酶 ATP 为酶合成供能 反应前后分子结 构和性质不变 为ATP转化提供条件 催 化 本质 有机物 蛋白质(大多数) RNA(少数) 作用 催化作用 特性 ①_______ 专一性 作用条件较温和 机理 ②_____________ _______________ 影响因素 温度、pH、底物 浓度、酶浓度等 而加热可提 供活化能 联系激素、神经递质、细胞因子、抗体的本质、来源及作用比较 元素组成 ③_________________ 简式 A—P~P~P(各符号的含义) 联系与RNA的关系 转化 ATP 酶1 酶2 ADP+Pi+能量 含量很少, 但转化迅速 再生 途径 细胞 呼吸 光合 作用 化能合成作用 硝化细菌 人和动物等 绿色植物、光合细菌 意义 是驱动细胞生命活动的直接能源物质 高效性 显著降低化学 反应的活化能 C、H、O、N、P 光合作用 细胞呼吸 2 光、色素、酶等 总反 应式 光合作用 探索光合作用原理的部分实验分析 光反应 条件 场所 物质变化 能量变化 ⑤_______________________ 水的分解和ATP、NADPH形成 光能 ATP和NADPH中的化学能 暗反应 条件 场所 NADPH、ATP、多种酶 ⑥______________ 物质变化 CO2的固定：CO2+C5 2C3 酶 C3还原:2C3 (CH2O)+C5 NADPH、ATP 酶 能量变化 NADPH、ATP中的化学能 (CH2O)中的化学能 影响因素 光照强度、CO2浓度、温度等 实验 探究环境因素对光合作用强度的影响 CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 O2 CO2 光合速率和呼吸速率的测定 ④_____________________________ 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质 细胞呼吸 光合作用和细胞呼吸在生产、生活中的应用及实例 联系两过程中物质、能量转化关系 3 光合作用和细胞呼吸在生产、生活中的应用及实例 联系两过程中物质、能量转化关系 有氧呼吸 细胞呼吸 场所 ⑦___________ (第一阶段)和线粒体(第二、三阶段) 总反应式 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 三个 阶段 反应式 C6H12O6 2C3H4O3+4[H]+能量(少量) 酶 2C3H4O3+6H2O 6CO2+20[H]+能量(少量) 酶 24[H]+6O2 12H2O+能量(大量) 酶 实验 探究酵母菌细胞呼吸的方式(实验步骤、现象及相应产物的检测) 无氧呼吸 总反应式 场所 ⑧____________ 影响因素 温度、O2浓度、H2O等 联系粮食、果蔬储存 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量 酶 或C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量 酶 联系果酒的制作及酒精的检测 细胞质基质 细胞质基质 联系泡菜的制作 O2 CO2 光合作用 光合速率和呼吸速率的测定 4 壹 贰 叁 细胞代谢的条件——酶和ATP 细胞呼吸和光合作用的原理 光呼吸与二氧化碳固定的其他途径 目录/ DIRECTORY 肆 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用 5 壹 细胞代谢的条件——酶和ATP 6 1.酶、激素、抗体与神经递质的比较 2.酶的特性及相关探究实验 2.酶的作用原理曲线 ①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较,表明酶具有高效性。 ②图2中两曲线比较,表明酶具有专一性 思维延伸 用新鲜制备的含过氧化氢酶的马铃薯悬液进行分解H2O2的实验，两组实验结果如图1。第1组曲线是在pH＝7.0、20 ℃条件下，向5 mL 1%的H2O2溶液中加入0.5 mL酶悬液的结果。请判断与填充： (1)与第1组相比，第2组实验可能提高了H2O2溶液的浓度(　　) √ 思维延伸 (2)第1组中1时与2时酶促反应速率大小关系为 。第1组实验中，反应时间大于2时，生成 O2总量不再增加，推测其原因是 。 1时大于2时 反应体系中的过氧化氢已被消耗完，反应停止 思维延伸 (3)若两组实验结果如图2，且已知马铃薯过氧化氢酶最适pH在7.0左右，最适温度在30 ℃左右，则第2组实验可能做的改变是_____________________________________。 提高了悬液中酶的浓度或改变了反应体系中的温度 3.底物浓度和抑制剂影响酶促反应速率——原理 +竞争性抑制剂 +非竞争性抑制剂 3.底物浓度和抑制剂影响酶促反应速率——原理 4.影响酶促反应速率的因素及其机理 5.探究酶实验操作的注意事项 (1)若底物选择淀粉和蔗糖,用淀粉酶来验证酶的专一性时,不宜选用碘液,因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。 (2)若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度,不宜选用斐林试剂,因为用斐林试剂检测时需水浴加热,而该实验中需严格控制温度。 (3)在探究pH对酶活性的影响时,不宜在未达到预设pH前,让反应物与酶溶液接触。 (4)在探究酶的最适温度的实验中,不宜选择过氧化氢(H2O2)和过氧化氢酶作实验材料,因为过氧化氢(H2O2)在常温常压时就能分解,加热的条件下分解会加快,从而影响实验结果。 (5)在探究酶的最适pH的实验中,不宜选择淀粉和淀粉酶作实验材料,因为酸性条件会促使淀粉分解,从而影响实验结果。 (6)酶具有高效性的机理是: 与无机催化剂相比，能显著降低化学反应活化能 6.NTP、dNTP和ddNTP之间的关系 (1)ATP≠能量。ATP是一种高能磷酸化合物，是一种储能物质，不能将两者等同起来。 (2)生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。其供应取决于ATP与ADP之间快速转化（动态平衡）。 (3)ATP合成往往与放能反应(如呼吸作用)相联系(合成ATP相当于合成了一种高能化合物)，ATP水解往往与吸能反应(如主动运输、物质合成、神经传导等)相联系。 (5)无O2存在时也能合成ATP，无氧呼吸同样可以产生ATP，为生命活动提供能量。 7.易错提醒 20 3.(2025·深圳一模)ATP检测试剂盒检测微生物数量的原理是：试剂盒中含充足荧光素和荧光素酶，荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下产生荧光，根据荧光的强度可推算出待测样品中微生物的数量。上述推算依据的主要前提是 A.试剂盒中ATP的含量相同 B.试剂盒中荧光素的含量相同 C.每个活细胞中ATP的含量大致相同 D.微生物细胞中ATP的合成场所相同 √ ATP检测试剂盒检测微生物数量的原理是：荧光强度可反应ATP的含量，进一步推算微生物的数量，由此可知，每个微生物细胞中ATP含量大致相同。 贰 细胞呼吸和光合作用 22 易错辨析 ①储藏温度降低会抑制细胞呼吸酶的活性，从而降低线粒体中葡萄糖氧化分解的速度(　　) ②剧烈运动时，人体骨骼肌细胞消耗的O2的量少于产生的CO2量(　　) ③人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖(　　) × × √ 1.细胞呼吸的影响因素 (1)氧气浓度 图中数据可知，O2浓度为a时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖共计____，而b点时只有有氧呼吸，其消耗的葡萄糖约为_____，葡萄糖消耗速率更___。 0.2 小 0.12 深度思考 (1)光合色素的主要功能是吸收、传递、转化光能，其吸收的光能有两个方面的用途：一是________________________ _______________________________________________________________________；二是在有关酶的作用下，提供能量促使ATP的合成。 (2)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以 的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致___________。 是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。 将水分解产生氧和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) 淀粉 蔗糖 非还原糖性质较稳定 叶绿体吸水涨破 深度思考 (3)NADPH的作用是： _________________________________________。 (4)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是___________ _________________________________________。 作为活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用 黑暗条件下不能进 行光反应，不能产生暗反应所需要的ATP和NADPH 2.深度解读总光合速率与呼吸速率的关系 (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。 ＝ ＞ 1.(2025·安徽，16)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响，科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT，模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度，结果见图1。 回答下列问题： (1)据图1分析，低氧胁迫下，NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸_____，原因是__________________________________ _______________________________________________________________。 有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为____中储存的能量。 在低氧胁迫下，NtPIP基因的过量表达通过增强根系水通道蛋白介导的吸收水分子的能力，增加了氧气浓度，利于有氧呼吸进行 NADH 增强 2.(2025·黑吉辽蒙，21)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S)，并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率(如图)和产量潜力。回答下列问题： (1)Rubisco在叶绿体的______中催化_____与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中的能量转换_______ __________________________。 基质 C5 ATP和 NADPH中的化学能转化为(CH2O)中的化学能 (2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于______不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是_________。胞间CO2浓度为300 μmol·mol－1时，曲线①比②的 光照强度 胞间CO2浓度 光合速率高的具体原因是____________________________ ____________________________________________________。 曲线①光照强度大，光反应速率更快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率更高 (3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路：____________________ ________________________________ _________________________________________________________________________。 用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照 和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率 3.(2025·广东，18)我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b)，鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。 回答下列问题： (1)图a中，当胞间CO2浓度在 900～1 200 μmol·mol－1范围时，红光下光合速率的限制因子是__________，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是____________________。 光照强度 植物对蓝光利用率更高 (2)图b中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是________________________________________ __________________________。 突变体中PIL15基因功能缺失，阻断了脱落酸信号通路，使该通路无法发挥促进气孔关闭的作用 (3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为_________________。通路2中吸收光的物质②为________。用箭头完成图c中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关。 有机物中的化学能 光敏色素 (4)根据图c中相关信息，概括出植物利用光的方式：_______________________________________。 光既可以为植物提供能量，又可以作为信号 1.(2025·韶关一模)水淹后处于缺氧状态的玉米根部细胞初期主要进行乳酸发酵，后期主要进行乙醇发酵。如图为相关细胞代谢过程，下列叙述错误的是 A.水淹后期转换成乙醇发酵释放的ATP增多以缓解能量供应不足 B.图中物质A是果糖，生成果糖-6-磷酸的过 程属于吸能反应 C.受到水淹后玉米根细胞产生乳酸导致pH降 低促进乙醇的生成 D.检测到玉米根部有CO2产生不一定能判断是 否有乙醇生成 √ 产生的ATP并未增多，此时大部分的能量储存在乙醇中 2.(2025·汕头金山中学适应考)为研究棉花光合作用速率与温度的关系，某生物兴趣小组的同学测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内氧气的消耗量以及光照条件下单位时间内氧气的释放量，结果如图所示。据图分析，下列叙述错误的是 A.测定氧气释放量的实验中，光照强度及初 始CO2浓度应保持一致 B.棉花植株光合作用最适温度为20 ℃，呼吸 作用最适温度为30 ℃ C.30 ℃时，棉花植株的总光合作用速率是呼吸作用速率的两倍 D.40 ℃时，棉花叶肉细胞仍需从细胞外吸收CO2用于光合作用 √ 光合作用强度＝净光合速率＋呼吸速率，图中20 ℃下的光合作用强度小于25 ℃ 3.(2025·广州调研)伴随着全球气候变暖，极端高温天气频现，作物灌浆期遭受高温胁迫风险加大。为探究外源海藻糖(TRE)是否可以缓解小麦的高温损伤，某研究小组以泛麦5号小麦为材料设计了以下实验，测定了小麦旗叶(位于植株最顶端)光合特性等数据，结果如图所示。 组别 实验处理 A 喷施适量清水 B   C 喷施等量10 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 D 喷施等量15 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 E 喷施等量20 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 回答下列问题： (1)实验中，B组的处理是_____________________，设置该组的目的是__________________________________ _________________________。 组别 实验处理 A 喷施适量清水 B   C 喷施等量10 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 D 喷施等量15 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 E 喷施等量20 mmol·L－1TRE＋灌浆期高温胁迫 喷施等量清水＋灌浆期高温胁迫 与A对照，确定高温胁迫的损伤；与C、D、E组形成对照，探究不同浓度海藻糖的作用效果 (2)研究表明，喷施浓度为____________的TRE更有利于缓解高温胁迫下小麦产量下降的趋势，其原因为_______________ ________________________________________________________________________。 15 mmol·L－1 叶绿素相对值下降最少，光反应速率相对较高；气孔导度下降最少，CO2吸收量相对较高，暗反应速率较高；丙二醛含量增加最少，膜损伤最小 (3)丙二醛是植物细胞中自由基与膜脂发生过氧化反应的产物之一。结合图c分析，高温胁迫有可能加速了小麦细胞的衰老，其判断依据是__________________。 B组丙二醛含量明显高于A组 (4)比较喷施TRE组与A组、B组的产量，若出现____________________ ________，则证明喷施TRE有利于缓解小麦的高温损伤。 喷施TRE组的小麦产量低于A组， 高于B组 热点聚焦——电子传递链 1.呼吸电子传递链 在真核细胞有氧呼吸的第三阶段中,还原型辅酶I (NADH)脱去氢并释放电子(e-),电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙,从而建立H+浓度梯度,随后H+在ATP合酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质,并生成大量ATP,过程如图所示。 2.(2022·山东，16改编)在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列叙述错误的是 A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻 B.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多 C.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多 D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少 √ 与25 ℃相比，4 ℃耗氧量增加，说明电子传递未受阻 2.光合电子传递链 热点聚焦——电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生O2、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。 (2)电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧;光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+);在叶绿体基质侧H+和NADP+形成NADPH的过程消耗H+。通过以上途径建立了质子(H+)浓度(电化学)梯度。 (3)类囊体膜对质子(H+)是高度不通透的,类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出,而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 归纳拓展 小结：①电子的最初供体是 ，最终受体是 ，电子传递的最终产物是 。 ②质子浓度(电化学)梯度的建立 a.PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋； b.质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；c.另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 水 NADP＋ NADPH 1.(2021·重庆，6)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 √ 5层膜 3.(2022·重庆，23)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。回答下列问题： (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 (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”是类囊体薄膜内外的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光能还是来自膜内外H＋浓度差 (3)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生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______。 类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高 水 (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)。 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 NADPH、ATP和CO2 2.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。下列叙述正确的是 A.还原剂NADH是一种电子受体 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 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 ②消耗的O2量增加,属于有氧呼吸第三阶段 √ 供体 4.(2024·南宁模拟)下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图,光下TPT活性受到限制。相关叙述错误的是 (　　) A.TPT分布在叶绿体外膜中,具有专一性和饱和性 B.与晚上相比,白天光合速率快,叶绿体中3⁃磷酸甘油酸与Pi的比值高 C.细胞质基质中的Pi 浓度降低时,丙糖磷酸 运出叶绿体受抑制 D.白天叶绿体基质中 有大量淀粉的合成 A 白天光照较强,光合作用形成较多3⁃磷酸甘油酸，光下TPT活性受到限制,TPT不能将Pi运回叶绿体基质 较多3⁃磷酸甘油酸,促进ADPG焦磷酸化酶催化淀粉形成，同时，叶绿体基质Pi少,不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性 解析:叶绿体是双层膜结构,外膜的外面是细胞质基质,据题图可知,TPT既能转运丙糖磷酸又能转运Pi,具有专一性和饱和性,但位于叶绿体内膜上,A错误;TPT能将丙糖磷酸不断运到叶绿体外,同时将释放的Pi运回叶绿体基质,当细胞质基质中Pi浓度降低时,会抑制丙糖磷酸从叶绿体中运出,C正确;白天,光照较强,光合作用形成较多3⁃磷酸甘油酸,促进ADPG焦磷酸化酶催化淀粉形成,且光下TPT活性受到限制,TPT不能将Pi运回叶绿体基质,不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性,因此白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成;晚上,光反应停止,TPT活性提高,积累在叶绿体里的Pi浓度便升高,因此,白天或光照下3⁃磷酸甘油酸与Pi的比值相对较高,B、D正确。 5.(2024·宜昌二模)光系统Ⅱ(PSⅡ)、Cb6/f和光系统Ⅰ(PS Ⅰ)等结构形成线性电子传递和环式电子传递两条途径,两条途径在光反应过程中均产生ATP。亲环素蛋白C37调控电子传递效率,提高植物对强光的适应性(如图)。在强光下,C37缺失会导致电子传递受阻产生大量活性氧,活性氧积累使叶绿素降解增加,活性氧积累到一定量使细胞凋亡。回答下列问题: (1)光合色素吸收光能后,将水分解为O2和H+,同时产生电子;电子经过电子传递链,可用于______________结合形成NADPH。 NADP+与H+ (1)强光环境会导致气孔关闭,CO2供应不足,短时间内暗反应中C3含量____。环式电子传递与线性电子传递相比,NADPH与ATP的比值____(填“较大”“较小”或“相等”)。  (3)现有分离得到的分别含C37和不含C37的类囊体,根据题干光反应机制,简要写出鉴定这两种类囊 体的实验设计思路: _____________ ___________________________ ___________________________。 降低 较小 取强光下的分别含C37和不含C37的类囊体,提取、分离色素,比较色素带上叶绿素条带的宽度 环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH 解析:在叶绿体类囊体上的光合色素吸收光能后,一方面将水分解为O2和H+,同时,电子经传递,可用于NADP+与H+结合形成NADPH;强光环境会导致气孔关闭,CO2供应不足,短时间内暗反应中C3含量降低;线性电子传递中,电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP。环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH。因此环式电子传递与线性电子传递相比,NADPH与ATP的比值较小。 解析:强光下,C37还可以调控光合电子传递链中的环式电子传递过程,A错误;由题图可知,在强光胁迫下,C37缺失导致从Cb6/f到PSⅠ的电子传递受阻,传递效率显著下降,因此C37通过与Cb6/f结合,提高Cb6/f到PSⅠ的电子传递效率,B正确;C37缺失导致从Cb6/f到PSⅠ的电子传递受阻,传递效率显著下降,从而产生大量活性氧,导致活性氧积累,使叶片枯萎发黄,C错误;活性氧超过一定水平后会引发细胞凋亡,C37缺失突变体转入高表达的C37基因,可降低强光下的细胞凋亡率,D正确。 解析:由题意可知,在强光下,C37缺失会导致电子传递受阻产生大量活性氧,活性氧积累使叶绿素降解增加,活性氧积累到一定量使细胞凋亡,因此可以取强光下的分别含C37和不含C37的类囊体,提取、分离色素,比较色素带上叶绿素条带的宽度,叶绿素条带宽的为含C37的类囊体,叶绿素条带窄的为不含C37的类囊体。 叁 碳的固定和光呼吸 58 深化点(一)　二氧化碳的三种浓缩机制 1.C4植物的CO2浓缩机制 “CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有更强的光合作用能力。 C4植物通过将光合作用的不同阶段在细胞的特定区域进行分离，提高了整体效率。 叶肉细胞中的叶绿体有类囊体，能进行光反应，同时，CO2被整合到C4中，随后C4进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中的叶绿体没有基粒，在其中，C4释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。 C4途径的特点 空间和生化隔离： C4植物通过将光合作用的不同阶段在细胞的特定区域进行分离，提高了整体效率。 二氧化碳浓缩机制： 在叶肉细胞中，二氧化碳首先被固定形成四碳化合物（如草酰乙酸），这一过程由PEP羧化酶催化。 四碳化合物迅速转化为苹果酸或其他有机酸，并通过维管束鞘细胞的细胞间隙运输到维管束鞘细胞内。 具体原因 提高CO₂利用效率： 维管束鞘细胞围绕维管束分布，形成了一个相对封闭的空间。 当C4化合物被运送到这里并被裂解回CO₂时，局部CO₂浓度显著升高。 这样可以有效地抑制Rubisco酶（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）的氧合反应，从而提高光合作用的碳固定效率。 减少光呼吸损耗： Rubisco在低CO₂浓度下容易与氧气反应，导致光呼吸的发生，消耗能量且不产生有机物。 C4途径通过提高局部CO₂浓度，降低了光呼吸的比例和相关能量损失。 适应性强： C4植物多生长在炎热干旱的环境中，如玉米、甘蔗等。 这种机制有助于它们在高光照和高温条件下依然保持较高的生产力。 优化资源分配： 叶肉细胞专注于捕获光能和初步固定CO₂，而将复杂的化学反应放在专门的维管束鞘细胞中进行。 这种分工使得整个光合系统的运作更为高效和有序。 总结 综上所述，C4植物采用这种特殊的代谢途径是为了更好地适应外界环境变化和提高自身的生存竞争力。通过将C4中间产物运输至维管束鞘细胞完成暗反应，不仅提高了二氧化碳的利用效率，还减少了不必要的能量浪费，使得植物能够在不利条件下依然茁壮成长。 总之，C4植物的这种独特设计是其长期进化过程中对环境作出的杰出适应。 归纳拓展 (2)用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为： CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 (1)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。 (4)在干旱环境中，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：C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2。 (3)C4植物无“光合午休”现象的原因：PEP羧化酶与CO2的亲和力高，对CO2的利用率高，可以利用低浓度CO2进行光合作用，叶片部分气孔关闭对其光合作用无影响。 例6（2023·湖南·高考真题节选）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450μmol·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7μmol·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: (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是　　　　　　(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成　　 (填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过　　长距离运输到其他组织器官。  3-磷酸甘油醛　 蔗糖 韧皮部 玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，但其卡尔文循环的过程是相同的。 光合作用的产物是淀粉，但淀粉不能长距离运输，因其不溶于水。而葡萄糖有还原性且对渗透压影响大，故不选 光合产物主要是通过蔗糖而不是淀粉或葡萄糖进行长距离运输。蔗糖作为光合产物的运输形式，具有几个重要的优点： 无还原性：蔗糖无还原性，这意味着它不会引起糖类的二级反应，如美拉德反应等，这在某些糖类运输中可能会影响产品的质量和稳定性。 分子量小，运输速率快：相比淀粉，蔗糖的分子量较小，因此其在植物体内的运输速度更快。这对于需要迅速分配光合作用产物的植物来说至关重要。 对渗透压影响小：相比于葡萄糖，蔗糖的分子量更大，这意味着使用蔗糖对植物细胞内的渗透压影响较小，从而避免可能的细胞损伤。 此外，蔗糖在叶片中合成，随后被运输到植物的其他部分，如根和花朵等。这种运输主要通过植物的韧皮部进行，韧皮部是专门负责长距离运输光合作用产物的组织。蔗糖的运输可以有效地将光合作用中获得的能量和碳分配到植物的所有生长部分，支持植物的全面发展。 一、输导组织：植物的生命管道    输导组织，主要指的是植物体内负责水分和无机盐运输的细胞或组织。它包括木质部和韧皮部，两者合作无间，确保植物从根部吸收的水分和养分能够有效分配到每一个需要它们的角落。    木质部，通常位于植物茎的中心，由导管元素、木纤维和薄壁细胞组成，它们的主要任务是向上输送水分和溶解在水中的矿物质。而韧皮部则紧贴在木质部的外围，由筛管元素、伴胞和薄壁细胞构成，负责将光合作用产生的有机物质，比如蔗糖，向下输送至根部，或向其他储存器官。二、维管组织：植物的结构支撑    维管组织是植物体中的复合组织，不仅包含输导组织，还整合了支持植物结构的木质和提供保护作用的树皮等组织。它相当于植物的“骨架”，让植物得以挺立，并保护内部脆弱的输导系统不受外界伤害。 三、区别与联系：分工协作的生命伙伴 输导组织和维管组织虽各有职责，却紧密相连。输导组织是维管组织的核心部分，专门负责物质的运输；而维管组织则提供了一个更加宏观的框架，既保护输导组织，又通过自身的结构维持植物的形态和稳定性。 (2)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_______________ ________________________________________________________________________ (答出三点即可)。 高于 ①玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2的能力强；②维管束鞘细胞中O2含量低，光呼吸弱；③玉米维管束鞘细胞的光合产物转运至输导组织的速度快 (3)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_________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 水稻的光吸收转化能力弱，产生的NADPH和ATP有限；碳同化酶活性有限；同化产物转运能力不强 2.淀粉和蔗糖的产生、运输与积累（课本104-相关信息） 真核生物必须把糖从它合成和吸收位点（源）移送到使用它们的细胞（库）中去（为了生长和能量）。 动物血管可以运输葡萄糖，而植物微管运输的是蔗糖。 2.淀粉和蔗糖的产生、运输与积累（课本104-相关信息） 大多数叶片光合作用同化的CO2 生成蔗糖，其最终产物是淀粉。但是它们产生的途径是完全分离的：蔗糖在胞质合成，淀粉在叶绿体合成。白天，蔗糖被持续地从叶片胞质流向异养型的库组织，而淀粉颗粒则在叶绿体中积聚。 白天，叶绿体中的一些淀粉类的光合产物的流转可以保障植物在夜里有足够的碳水化合物转化为可以输出的蔗糖。植物叶片淀粉和蔗糖积累水平相差很大。 一些植物（如大豆、甜菜、拟南芥）叶片中淀粉与蔗糖的比例在白天时间几乎是不变的。另外一些植物（如菠菜、法国豆）当蔗糖积累超过叶片或库组织的储存能力时，启动淀粉生物合成机制。 环境因子（尤其是白天长短）：与长日照下的植物不同，短日照下的植物更多地将光合产物转化为淀粉，因此保障长夜时间段充足糖供给。 2.景天科植物的CO2浓缩机制(CAM途径) 景天科酸代谢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,作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。 归纳拓展 (1)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。 (2)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。 (3)该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在能有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4（草酰乙酸） 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 69 归纳拓展 小结　①比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2 是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 ②比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 2.(2021·全国乙，29)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： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_____________________ _____，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。 (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。 细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体 薄膜) 细胞呼吸 蒸腾作用丢失大量水分 光合作用(暗反应) (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)。 答案　实验思路：植物甲在干旱的环境条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲液泡内的pH，统计分析实验数据。预测结果：晚上的pH明显小于白天。 3.蓝细菌的CO2浓缩机制 注：羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。 自由扩散 主动运输 羧酶体的结构： 羧酶体是一种半透性的细胞器，内部包含Rubisco酶和碳酸酐酶（CA）。 羧酶体外围有一个选择渗透性蛋白外壳，这种外壳由带电荷的孔隙组成，能够阻止氧气（O2）进入，同时允许二氧化碳（CO2）和碳酸氢根（HCO3-）进入。 CO2的浓缩过程： 蓝细菌通过吸收环境中的CO2和HCO3-，并通过羧酶体的蛋白质外壳进入。 在羧酶体内，碳酸酐酶将HCO3-转化为CO2，这一过程在Rubisco酶的催化下进行，形成三碳酸（3-PGA），完成CO2的固定。 由于羧酶体的选择通透性，CO2在Rubisco酶周围富集，提高了光合效率。 提高光合效率： 通过这种方式，蓝细菌能够在较低的大气CO2浓度下，有效地进行光合作用，从而提高光合效率。 这种CO2浓缩机制使得蓝细菌成为地球上重要的初级生产者，对全球碳循环和气候变化有重要影响。 3.(2021·天津，15)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。CO2与O2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。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 据图分析，CO2依次以________和________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进__________和抑制____________提高光合效率。 自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合 (2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的________中观察到羧化体。 叶绿体 (3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入 和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应______，光反应水平应_____，从而提高光合速率。 提高 提高 深化点(二)　光呼吸与细胞呼吸 1.光呼吸 (1)发生条件 ①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 ②Rubisco具有两面性(或双功能)。 (2)过程 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。当CO2与O2浓度之比较高时,Rubisco酶能够催化CO2与C5反应,生成C3,反之,当CO2与O2浓度之比较低时,光呼吸水平增加,Rubisco酶就会更多地催化C5与O2反应,生成乙醇酸(C2),C2最后在相应细胞器中可转化成C3和CO2。 归纳拓展 (3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 (4)不利影响：光呼吸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。 (5)有利影响 ①光呼吸是进行光合作用的细胞在高光照及高O2低CO2的条件下，为提高抗逆性而形成的一条代谢途径。 ②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 归纳拓展 (6)二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 (7)光呼吸与细胞呼吸的区别 ①反应条件不同：光呼吸的强度大致和光照强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 ②产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 (1)Rubisco酶催化的底物有______________,植物进行光呼吸需要的条件有_____________________________ (至少写出两点)。 (2)光呼吸会消耗有机物、释放CO2,降低了植物的净光合速率,影响农作物产量,可适当地抑制光呼吸以增加作物产量,可采取的措施有____________________________________________________________________________________ (至少写出两点)。 (3)光呼吸也有积极意义,在干旱高温天气或过强光照下,水稻等作物的光合产物有较大比例要消耗在光呼吸底物上。这些作物中光呼吸存在的意义是________________________________________________________________。 C5、CO2、O2 光照、高O2含量或低CO2含量 提高Rubisco酶催化C5与CO2的反应速率、减少其C5与O2的反应速率、多通风、大棚内释放干冰、使用农家肥、使用光呼吸抑制剂 避免光反应过程中积累的ATP和NADPH对叶绿体的伤害,同时消除乙醇酸对细胞的毒害,回收碳元素,减少碳的流失 rubisco鲁比斯科 4.(2024·黑吉辽，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题： (1)反应①是________过程。 CO2的固定 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是____________和___________。 线粒体基质 细胞质基质 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自______和________(填生理过程)。7－10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是___________________ __________________________________________________________________。据图3中的数据_____(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是____________________________________。 光呼吸 细胞呼吸 7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，净光合速率比WT更高 总光合速率是净光合速率与光呼吸速率、细胞呼吸速率之和，株系1的光呼吸速率、细胞呼吸速率未知，所以无法计算出株系1的总光合速率 不能 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是_________________________________ ___________。 与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率高，有机物积累更多 1.(2025·深圳一模)玉米的光合作用既有C4途径又有C3途径(如图)，PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析，下列叙述正确的是 A.物质B为C3，它和PEP均 可固定CO2 B.卡尔文循环进行的场所是 叶绿体基质 C.为过程②提供能量的物质有ATP和NADH D.在炎热夏季中午，叶肉细胞还可以生成淀粉 √ C5 NADPH 叶肉细胞进行的是C4途径，即将CO2固定在C4中，合成(CH2O)的场所在维管束鞘细胞中 2.(2025·揭阳一模)景天科植物多生长于沙漠等炎热地区，其特殊的CO2固定方式为景天酸代谢途径(CAM)，景天科植物夜晚开放气孔吸收CO2，经过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的催化作用，与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)发生化学反应生成草酰乙酸(OAA)，OAA经过苹果酸脱氢酶的催化作用，进一步被还原为苹果酸，转移到液泡中进行贮存。白天，液泡中积累的苹果酸发生转移，运输到细胞质基质中，CO2被释放，进入叶绿体，进行卡尔文循环生成有机物。下列关于景天科植物的叙述，错误的是 A.给植物提供14C标记的CO2,14C先后出现在PEP、OAA、苹果酸和有机物中 B.上午10时，若突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3含量短时间内将不 会下降 C.在高温、干旱环境中，景天科植物比普通植物的适应能力更强 D.将该种植物置于黑暗密闭装置内，装置中CO2的变化速率不能表示呼吸速率 √ OAA、苹果酸、C3和有机物 肆 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用 85 深化点(一)　胁迫(逆境)对光合作用的影响 1.胁迫的类型 胁迫会引起植物发生一系列反应，从影响逆境基因表达、细胞代谢到生长发育。有些植物不能适应这些不良环境，无法生存。有些植物却能适应这些环境，生存下去。 胁迫 生物胁迫 非生物胁迫 病害、虫害和杂草 寒冷 高温 干旱 胁迫：对植物产生伤害的环境称为逆境，又称胁迫。 盐渍 水涝…… 抗性：这种对不良环境的适应性和抵抗力，称为植物的抗逆性。 景天科酸代谢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,作用机制如图所示(该机制也称CAM途径)。 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,低于CO2补偿点的CO2浓度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和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏;引起气孔关闭,影响CO2的吸收 类型 影响原理 主要表现 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等,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 重金属参与的复合胁迫可能对植物光合作用造成更严重的影响，植物体内的重金属离子可能与叶绿素合成的几种酶的肽链中富含-SH的部分结合，抑制了酶活性从而阻碍了叶绿素的合成，进而对植物造成更大的伤害。如张家洋研究了重金属离子及盐胁迫对绿金合果芋的影响，发现单独及复合胁迫对光合色素含量均有抑制，复合胁迫的处理对叶绿素a、b和类胡萝卜素有更显著的抑制。袁浏欢研究铜（Cu）、金霉素单一及复合胁迫对旱柳的影响结果表明，相较于单一胁迫复合胁迫更显著的抑制了根系活力、抗氧化酶活性、光合作用能力等。 胁迫蛋白: 在逆境条件下，启动一些与逆境相适应的基因，形成新的蛋白来抵御逆境胁迫，例：抗冻蛋白、热激蛋白等 渗透调节: 逆境会诱导参与渗透调节的基因的表达，形成一些渗透调节物质，提高细胞内溶质浓度。渗透调节物质主要有糖、氨基酸、有机酸和一些无机离子（特别是K+）。 脱落酸: 活性氧（ROS）: 低温可能会增加叶绿体膜对脱落酸的透性，触发了合成系统大量合成脱落酸。同时，低温也会促使根部合成更多的脱落酸运到叶片。 自由基、过氧化氢等有很强的氧化能力，通过调节植物的抗氧化系统和改善细胞膜稳定性，帮助植物在逆境中维持正常的生理功能 深化点(一)　胁迫(逆境)对光合作用的影响 2.植物对逆境的适应 在8～10℃的低温下，水稻幼苗叶片和黄瓜子叶的脱落酸含量显著增加，而且这些增加是在细胞受害之前就已发生了。这种现象的产生，可能是由于 自由基和过氧化氢在植物对抗逆境中的角色主要是通过调节植物的抗氧化防御系统和改善细胞膜稳定性来发挥作用的。以下是详细机制： 自由基的角色： 自由基是带有不成对电子的分子或原子，具有高度的活性，能够与其他分子发生反应，从而导致细胞损伤。在植物中，自由基如超氧阴离子(\·OH)和过氧化亚硝酸阴离子(ONOO\-)等，可以作为信号分子，触发植物的抗病反应和激活抗氧化防御系统。 过氧化氢的作用： 过氧化氢(\H_{2}O_{2})是一种稳定性良好的 ROS，它可以通过调节光合作用相关酶的表达，增强植物在高温或干旱等逆境条件下的光合能力。此外，\H_{2}O_{2}还能通过促进抗氧化酶的合成，增强植物对氧化胁迫的耐受性。\H_{2}O_{2}的施用能够显著改善植物的细胞膜稳定性和抗氧化防御能力，从而降低非生物胁迫对植物造成的伤害。 两者的协同作用： 在外源施加的情况下，适量的过氧化氢处理可以提升植物的抗逆性，通过增强植物的抗氧化防御系统，降低反应性氧种的积累，从而减轻非生物胁迫的影响。这种机制不仅有助于种子萌发阶段的发芽率和幼苗生长速度的提升，还能在植物生长的各个阶段保护植物免受逆境的伤害。 总结来说，自由基和过氧化氢通过调节植物的抗氧化系统和改善细胞膜稳定性，帮助植物在逆境中维持正常的生理功能，从而提高植物的生存和发育能力。 深化点(一)　胁迫(逆境)对光合作用的影响 2.植物对逆境的适应 ①光抑制 光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PSⅡ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如图所示： 1.减少对光能的吸收：①植物体可通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。②增加叶片的绒毛、蜡质等加强光的过滤； 2.增强代谢能力:①增加热耗散；②光呼吸；③活性氧清除 3.作用中心可逆修复 2.植物对逆境的适应 ①光抑制——防御机制 例1.光抑制主要发生在PSⅡ能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多会产生活性氧使PSⅡ变性失活，使光合速率下降。光呼吸也能对光合器官起保护作用，避免产生光抑制，原因是: 光呼吸可以消耗多余的NADPH，生成的NADP+可以消耗电子 如叶片变小、变厚，减少天线色素的量，提高电子传递和碳同化能力。 2.(2024·重庆，18)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光照强度增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为_____ μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于___________________________________________。 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 500 ②推测光照强度对黄连生长的影响主要表现为_____________________。 黄连叶片适应弱光的特征有________________________________________________________________________(答2点)。 黄连在弱光时随光照强度增加生长速率快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大) (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括_______(多选)。 ①②③⑤ ①叶片叶绿体避光运动　②提高光合产物生成速率　③自由基清除能力增强　④提高叶绿素含量　⑤增强热耗散 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是___________________________________________。 合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应速率 深化点(一)　胁迫(逆境)对光合作用的影响 2.植物对逆境的适应 ②气孔的开闭与对光合作用的影响 (1)气孔开闭运动的关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。当液泡内溶质增多，细胞渗透压上升，吸收邻近细胞的水分而膨胀，这时较薄的外壁易于伸长，细胞向外弯曲，气孔就张开。反之，气孔关闭。 (2)影响气孔开闭的因素 ①光：在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。 ②CO2：低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。 ⑤温度：气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30～50 ℃时，气孔开度最大。 2.植物对逆境的适应 ②气孔的开闭与对光合作用的影响 ③含水量：干旱或蒸腾过强失水多，导致气孔关闭。 ④植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。 深化点(一)　胁迫(逆境)对光合作用的影响 归纳拓展 (3)气孔导度对光合作用的影响 通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面，一方面是由于环境因素使气孔导度降低，CO2吸收减少，导致光合速率下降，称为气孔限制；另一方面是由于环境因素影响色素含量、酶的活性等而直接抑制光合作用，称为非气孔限制。 (3)盐碱胁迫会抑制小麦生长。科研工作者进行了如下研究，根据表中数据可知，重度盐碱胁迫使小麦净光合速率下降，是否由气孔导度变化引起的？___(填“是”或“否”)，依据是 _________________________________。 组别 净光合速率 (μmol·m－2·s－1) 气孔导度/ (μmol·m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μL·L－1) 对照 36.211 1 495.16 303.55 重度盐碱胁迫 18.94 1 025.03 317.62 注：气孔导度是衡量气孔开放程度的指标。 重度盐碱胁迫下，气孔导度虽然减小，但胞间二氧化碳浓度反而增大 否 1.(2024·湖北，21)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。 回答下列问题： (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞___(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率_____(填“增大”“不变”或“减小”)。 失水 减小 (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。 促进 (3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是__________ __________________________________________。 脱落酸含量上升会导致气孔关闭，蒸腾作用散失水分减少，有利于适应干旱环境 (4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是____(填“ht1”或“rhc1”)。 rhc1 深化点(二) 统农业生产模式及应用 合理施肥： 无机肥料(氮、钾肥):扩大叶面积、增叶绿素量、促进有机物运输 中耕松土： 有机肥料(秸秆等)被土壤微生物分解后，不仅提供矿质元素和CO₂,还可改善土壤结构 合理密植： 增加土壤透气性，有利于矿质元素的吸收 去除杂草，促使根系伸展，调节土壤水分状况 降低种内竞争强度，充分利用光能和土壤中矿质元素 有利于强化空气流通，提高CO2含量 均衡利用土壤养分；调节土壤肥力；防治病、虫、草害 轮作： 充分利用空间，延长后季作物的生长期，增加了光能利用率 套种： 增加单位土地的有效光合面积，提高光能利用率，降低作物之间的竞争，提高土地资源利用率 间作： 在中耕松土的过程中，还可以同时去除杂草，减少病虫害的发生，提高作物的生长环境。 15.我国是一个农业大国，几千年来中国人民利用勤劳和智慧创造了无数辉煌，在农业上积累了丰富的经验，许多经验被编成了通俗易懂的谚语广为流传，其中蕴含了丰富的生物学知识。下列叙述错误的有( ) A.“耕地深一寸，顶上一层粪”——体现了促进根的有氧呼吸、减少厌氧呼吸产物堆积的危害，有利于作物的生长 B.“肥料不下，稻子不大”“春天粪堆密，秋后粮铺地”——体现作物生长所需的有机物主要来源于肥料，粪肥中的能量流向植物，促进粮食增产 C.“山无衣，地无皮，人要饿肚皮”——体现了人与环境的协调与适应 D.“苗多欺草，草多欺苗”——体现了生物群落中的种间竞争关系 B 104 下节再见 105 HCO $