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课时3 电子传递链及化学渗透假说、C4植物、景天科植物、 光呼吸等特殊代谢类型 考情速览 热点 考情 电子传递 链 ①2023·江苏卷，19；②2023·重庆卷，19；③2023·湖北卷，8；④2023· 山东卷，21； ①2022·江苏卷，15；②2022·重庆卷，23；③2022·山东卷，16 逆境胁迫 与生产实 践 ①2024·湖南卷，17；②2024·浙江6 月选考，13、23；③2024·河北卷， 19；④2024·广东卷，20； ⑤2024·湖北卷，21；⑥2024·浙江1 月选考，20； ①2023·湖南卷，14； ①2022·浙江1 月选考，27 突破1 电子传递链及化学渗透假说 1.光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP 合成酶 ATP 产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对质子高度不通 透，因此膜内高浓度的质子只能通过ATP 合成酶顺浓度梯度流出，而ATP 合成酶 把质子的电化学势能转化成ATP 中的化学能 。 2.光合磷酸化和氧化磷酸化 3.化学渗透假说 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。 提醒 生 产 H＋ 度梯度的原因 浓 构 结 原因 粒体 线 H＋的 运、 转 H＋和O2反 生成水 应 叶 体 绿 水的光解、生成NADPH、H＋的 运 转 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A 组pH＝8 和B 组pH＝4 的缓冲溶液中，一段时间后A 组有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 [例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 答案 C 解析 叶肉 胞内 细 LHC 蛋白激 活性下降， 酶 LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复 合体 光能的捕 增 ， 对 获 强 A 正确；Mg2＋是叶 素的 成成分，其含量减少会 致 绿 组 导 PSⅡ光复合体上的叶 素含量减少， 致 光能的捕 减弱， 绿 导 对 获 B 正确；弱光下 LHCⅡ与PSⅡ 合，增 光能的捕 ， 结 强对 获C ； 错误PSⅡ光复合体能吸收光能，并 分解水 生 产 H＋、 子和 电 O2，D 正确。 [例2] (2022·重 卷， 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。 (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”)。 (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 ___________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (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________。 图Ⅲ (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)。 答案 (1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 (2)图Ⅱ实验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 还是来自类囊体膜内外H＋浓度差 (3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高 水 (4)NADPH、ATP 和CO2 增加CO2的浓度和适当提高环境温度 解析 (1)制 囊体 ，其提取液中需要添加适宜 度的蔗糖，保持 囊体内外 备类 时 浓 类 的渗透 ，避免 囊体破裂，以保 其 构完整。提取液 保持低温以降低蛋 压 类 证 结 应该 白 的活性，避免膜蛋白被降解。 酶 (2)从图Ⅱ 中可知，在光照条件下，将 于 实验 处 pH＝4 的 囊体 移到 类 转 pH＝8 的 形瓶中，再在遮光的条件下加入 锥 ADP 和Pi， 也 生了 产 ATP，但 不能充分 明 该实验 证 “某种能量形式”是 囊体膜内外的 类 H＋ 度差，因 浓 为图Ⅱ 是在光照条件下 囊体 行培养，无法 明某种能量是 实验 对类 进 证 来自光能 是来自 囊体膜内外 还 类 H＋ 度差。 浓 (3) 无 冲液的 囊体 液 行 对 缓 类 悬 进 光、暗交替 理， 液的 处 悬 pH 在光照 理 升高，推 可能是 囊体膜外 处 时 测 类 H＋被转 移到 囊体膜内，造成溶液 类 pH 升高。囊体膜内外的 类 H＋ 度差是通 光合 子 浓 过 电 和 传递 H＋ 运形成的，光反 程中，水的分解伴随着 子的 ，故 子的最 转 应过 电 传递 电 来源物 是水。 终 质 (4)人工叶 体能在光下生 目 多碳化合物，若要在黑暗条件 绿 产 标 下持 生 ， 需要提供光反 生的物 续 产 则 应产 质NADPH 和ATP，以及暗反 的原料 应 CO2。生 中 即使增加光照 度，量也不再增加，明暗反 已 达到最大 产 发现 强 产 说 应 经 速率，增加CO2的 度和 浓 适当提高 境温度增加 的活性，可有效提高 量。 环 酶 产 突破2 C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢类型 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；植物除了细胞呼吸(暗呼吸)外，还有光呼吸。近几年的高考试题更 多地围绕C4植物、光呼吸等特殊过程进行考查。 1.C4植物 注：酶1 为PEP 化 ， 羧 酶 酶2 为Rubisco 。 酶 名师解读 ①C4植物叶肉 胞的叶 体有 囊体，能 行光反 ，而 管束鞘 细 绿 类 进 应 维 细 胞没有完整的叶 体，所以 绿 C4植物光反 生在叶肉 胞的叶 体 囊体薄膜 应发 细 绿 类 上，而CO2固定 生在叶肉 胞的 胞 基 和 管束鞘 胞的叶 体基 中。 发 细 细 质 质 维 细 绿 质 CO2的最初受体是PEP、C5；固定CO2的能量来源有NADPH 和ATP。 ②用 14C 标记CO2 追踪C4 植物碳原子的 移途径 ： 转 为 CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。 ③C4植物PEP 化 羧 酶对CO2具有高 和力，当外界 境干旱 致植物气孔 度 亲 环 导 导 减小 ， 时C4植物就能利用 胞 隙低 度的 细 间 浓 CO2 生 ，提高了光合作用效率 继续 长 减弱了光呼吸。 [例1] (2022·全国甲卷，29)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)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 ____________________________________________________________________ __________________________________________________(答出1 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 __________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 答案 (1)O2、NADPH 和ATP (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)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 解析 (1)光合作用光反 段的 所是叶 体的 囊体薄膜，光反 生的物 应阶 场 绿 类 应发 化包括水的光解以及 质变 NADPH 和ATP 的形成，因此光合作用光反 段生成 应阶 的 物有 产 O2、NADPH 和ATP。(2)植物叶片的光合作用 物一部分用来建造植物 产 体 构和自身呼吸消耗，其余部分被 送到植物体的 藏器官 存起来。正常条 结 输 储 储 件下，植物叶片的光合 物不会全部运 到其他部位。 产 输 (3)干旱会 致气孔开度减 导 小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2 点低于 补偿 C3植物，则C4植物能 利用 够 较 低 度的 浓 CO2，因此光合作用受影响 小的植物是 较 C4植物，C4植物比C3植物生 得好。 长 2.景天科植物 名师解读 ①仙人掌、菠 和 多肉 植物都 行 种 型的光合作用。 植 萝 许 质 进 这 类 这类 物特 适合于炎 干旱地区，其特点是气孔夜 开放，吸收并固定 别 热 间 CO2，形成以 苹果酸 主的有机酸，存于液泡中；白天 气孔关 ，不吸收 为 储 时 闭 CO2，但同 却通 时 卡 文循 将从苹果酸中 放的 过 尔 环 释 CO2 原 糖， 机制也称 还 为 该 CAM 途径。 ②从 化角度看， 种气孔开 特点的形成是自然 的 果。但夜晚 植物 进 这 闭 选择 结 该类 不能合成葡萄糖，原因是没有光反 暗反 提供 应为 应 ATP 和NADPH。 ③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 ④分析 中信息推 ， 图 测 CAM 途径是 干旱 境的适 ； 途径除 持光合作用 对 环 应 该 维 外，植物的生理意 表 在有效避免白天旺盛的蒸 作用造成水分 多散失 对 义还 现 腾 过 [例2] (2021·全国乙卷，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。 (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 (1)叶绿体、细胞质基质、线粒体 细胞呼吸 (2)蒸腾作用过强导致植物过度失水 光合作用 (3)实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B 两组；将A 组置于干旱条 件下培养，B 组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后， 分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B 组液泡中的pH 白天 和夜晚无明显变化，A 组液泡中的pH 夜晚明显低于白天 解析 (1)白天植物的叶肉 胞同 行光合作用和呼吸作用，光合作用 程中 细 时进 过 生 产 ATP 的 所是叶 体，呼吸作用 程中 生 场 绿 过 产 ATP 的 所是 胞 基 和 场 细 质 质 线 粒体。据 干信息可知，白天 存在液泡中的苹果酸脱 放出 题 储 羧释 CO2用于光合作 用，同 叶肉 胞也 行 胞呼吸， 胞呼吸 放出来的 时 细 进 细 细 释 CO2也可用于光合作用 (2)干旱的 境中，白天气孔关 可以降低蒸 作用，避免植物 胞 度失水；夜 环 闭 腾 细 过 气孔打开吸收 间 CO2，通 生成苹果酸 存在液泡中，白天苹果酸脱 放的 过 储 羧释 CO2可 光合作用的 行提供原料，保 为 进 了光合作用的正常 行。 证 进 (3) 的目 该实验 的是 植物甲在干旱 境中存在特殊的 验证 环 CO2固定方式，根据 干信息晚上气孔 题 打开吸收CO2，吸收的CO2通 生成苹果酸 存在液泡中，推 苹果酸的存在会 过 储 测 致液泡中呈酸性，由于白天气孔关 ，液泡中 存的苹果酸脱 放的 导 闭 储 羧释 CO2可 用于光合作用，可判断苹果酸分解 放出 释 CO2后液泡中酸性下降或 于中性，因 趋 此 中需要 白天和夜晚叶肉 胞中液泡的 实验 检测 细 pH。 3.光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco 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，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： 名师解读 ①光呼吸的不利影响：消耗掉暗反 的底物 应 C5， 致光合作用减弱， 导 作物 量降低。 农 产 ②光呼吸的有利影响： 光 ，由于光反 速率大于暗反 速率，因此叶肉 胞 强 时 应 应 细 中会 累 积 ATP 和NADPH，些物 累会 生自由基，自由基会 叶 体。而 这 质积 产 损伤 绿 光下，光呼吸加 ，会消耗光反 程中 累的 强 强 应过 积 ATP 和NADPH，从而减 叶 轻对 体的 害。 绿 伤 ③高O2 境下，光呼吸会明 加 ，而提高 环 显 强 CO2 度可明 抑制光呼吸。 浓 显 提醒 如何改造植物减少光呼吸？ 改造Rubisco，使其具有更高的CO2 和力和催化效率；改 或者增加植物 亲 进 浓缩 CO2机制，提升Rubisco 附近的CO2 度等。 浓 [例3] (2024·黑吉 卷， 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。 在叶绿体中：C5＋CO2――→2C3① C5＋O2――→C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋BAD′――→C3＋CO2＋NADH＋H＋③ 注：C2表示不同种 的二碳化合物， 类 C3也 似。 类 图1 (1)反应①是________过程。 (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________。 (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________________________________________________________ _____________________________________________________________。 图2 图3 (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____________________________________________________________ __________________________________________________________________。 答案 (1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质 (3)光呼吸 呼吸作用 净光合速率＝总光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，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，又因光呼吸与暗反应竞争结合C5，所以会促进暗反应中CO2 的固定，提高光合作用速率 不能 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率(包含 光呼吸)，因横坐标CO2浓度的改变，光呼吸释放CO2也在改变，无法算出总光合 速率 (4)与株系2 和WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大 解析 (1)在光合作用的暗反 程中， 应过 CO2在特定 的作用下，与 酶 C5 合形成两 结 个C3，个 程称作 这 过 CO2的固定，故反应①是CO2的固定 程。 过 (2)有氧呼吸的第 一、二、三 段的 所依次是 胞 基 、粒体基 和 粒体内膜。有氧呼吸第 阶 场 细 质 质线 质 线 一 段是葡萄糖分解成丙 酸和 阶 酮 NADH，合成少量ATP；第二 段是丙 酸和水 阶 酮 反 生成二氧化碳和 应 NADH，合成少量ATP，故以葡萄糖 反 物的有氧呼吸 为 应 产 生NADH 的 所是 胞 基 和 粒体基 。 场 细 质 质 线 质(3)由图1 可知，在 粒体中 行光 线 进 呼吸的 程中，也会 生二氧化碳，因此植物光合作用 过 产 CO2的来源除了有外界环 境外，可来自光呼吸和呼吸作用。光合速率＝ 光合速率－呼吸速率 还 净 总 (包含光 呼吸)，7～10 ，随着光照 时 度的增加，株系 强 1 和2 由于 入了改 光呼吸的相关 转 变 基因， 致光呼吸速率降低，又因光呼吸与暗反 争 合 导 应竞 结 C5，所以会促 暗反 进 中 应 CO2的固定，提高光合作用速率，因此与WT 相比，株系1 和2 的 光合速率 净 高。 光合速率＝ 光合速率＋呼吸速率 较 总 净 (包含光呼吸)，因横坐标CO2 度的 浓 改 ，光呼吸 放 变 释 CO2也在改 ，无法算出 光合速率。 变 总 (4)由图2、图3 可知，与 株系2 和WT 相比， 基因株系 转 1 的 光合速率最大，因此 基因株系 净 选择转 1 进 行种植， 量可能更具 。 产 优势 4.光合产物及运输 名师解读 ①磷酸丙糖是光合作用中最先 生的糖，也是光合作用 物从叶 体 产 产 绿 运 到 胞 基 的主要形式。 输 细 质 质 ②光合作用 生的磷酸丙糖既可以在叶 体中形成淀粉， 存在叶 体中， 产 绿 暂时储 绿 又可以通 叶 体膜上的磷酸 运器运出叶 体，在 胞 基 中合成蔗糖。合 过 绿 转 绿 细 质 质 成的蔗糖或 藏于液泡内，或从光合 胞中 临时储 细 出， 皮部装 距离运 输 经韧 载长 输 到其他部位。 5.蓝细菌的CO2浓缩机制 蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注： 化体具有蛋白 外壳，可限制气体 散。 羧 质 扩 由图可知，蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco 周围的CO2浓度升高， 从而通过促进CO2固定进行光合作用，最终提高光合效率。 6.人工合成淀粉 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、微生物中的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 剂利用氢气将二氧化碳还原成甲醇，最终合成淀粉，相关过程如图所示： 简单来说，首先将二氧化碳还原成甲醇(C1)，然后将甲醇转化为三碳化合物(C3)， 再转化为六碳化合物(C6)，最后聚合成淀粉。 限时练5 电子传递链及化学渗透假说、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代谢 类型 ( ： 时间 30 分 分 ： 钟 值 50 分) 【精准强化】 1.(2024·山 烟台一模 东 )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 答案 B 解析 人工光合 胞膜外面是油里面是水，磷脂分子的 细 头部 水，尾部疏水，排 亲 布 排列， 为单层 A 正确；ATP 和NADPH 能为CO2 化提供能量和 原 ，由光反 转 还 剂 提供，而多种 因子参与 应 辅 CO2的固定，且C3 原能 生，故不需持 加入多种 还 产 续 因子， 辅 B ；通 改 原 的种 能 可定制的 错误 过 变还 酶 类 实现 CO2 化，从而得到不同 转 的有机物，C 正确；叶肉 胞需要 行消耗有机物的 胞呼吸，而人工光合 胞 细 进 细 细 能 行光合作用，不能 行呼吸作用，能 更有效地 累有机物， 够进 进 够 积 D 正确。 2.(2024·山 青 高三模 东 岛 拟)一些植物组织，在细胞色素氧化酶COX(复合体Ⅳ，位 于线粒体内膜上)抑制剂(如氰化物)存在时，呼吸作用仍然进行，这时的呼吸作用 称为抗氰呼吸。抗氰呼吸与交替氧化酶(AOX)密切相关，其作用机理如图所示。由 于这一电子传递路径较短，该过程产生的ATP 较少，产生的热量更多。不能进行 抗氰呼吸的植物缺乏AOX。研究发现，某些天南星科植物在早春开花时，环境温 度较低，其花序中含有大量的AOX。下列说法错误的是( ) A.有氧呼吸过程中，CO2、H2O 的产生分别发生在第二、三阶段 B.细胞色素氧化酶和交替氧化酶均能催化O2与NADH 的结合 C.抗氰呼吸途径可以帮助某些组织获得足够多的热量 D.抗氰呼吸时有机物氧化分解不彻底，生成的ATP 较少 答案 D 解析 胞色素氧化 和交替氧化 均参与 胞呼吸的第三 段，都能催化 细 酶 酶 细 阶 O2 与NADH 合生成水， 结 B 正确；抗 呼吸 程中 子 路径 短， 程 生 氰 过 电 传递 较 该过 产 的ATP 少 较 ，因而 生的 量更多， 产 热 C 正确；抗 呼吸 有机物氧化分解是 底 氰 时 彻 的，只不 由于 一 子 路径 短 致生成的 过 这 电 传递 变 导 ATP 少，而可以 放更多 较 进 释 的 能， 热 D 。 错误 3.(不定项)(2024·山 州一模 东滨 )在弱光及黑暗条件下，衣藻无氧呼吸产生的丙酮 酸可进一步代谢产生弱酸(HA)，导致类囊体酸化，过程如图1，类囊体酸化对氧气 释放情况的影响如图2，下列说法正确的是( ) A.H＋运出类囊体受阻是类囊体酸化的关键原因 B.类囊体内pH 与细胞内弱酸的总积累量呈正相关 C.图2 结果说明KOH 对最大氧气释放量无影响 D.弱光条件下，类囊体酸化促进了衣藻加速释放氧气 答案 AD 解析 由图1 可知，弱酸分子可 入 囊体腔，并解离出 进 类 H＋，由于H＋无法直接 穿 囊体膜，且 囊体腔内的 冲能力有限，致腔内 过类 类 缓 导 H＋不断 累，出 酸化 积 现 H＋运出 囊体受阻是 囊体酸化的关 类 类 原因， 键 A 正确；无氧呼吸 生弱酸的 产 总积 累量多， 而 囊体腔内的酸化程度高，可 明无氧呼吸 生弱酸 致 囊体腔 进 类 说 产 导 类 酸化， 囊体内 类 pH 与 胞内弱酸的 累量呈 相关， 细 总积 负 B ；衣藻黑暗 理 错误 处 3 小 后一 予弱光光照，另一 行相同 理并 外添加 氧化 ，由 时 组给 组进 处 额 氢 钾 图2 可 知，弱光 放氧气的 早于 组释 时间 KOH(碱性物质)＋弱光 ，且更快达到最大氧气 组 放量，但不能确定最大氧气 放量相同， 释 释 C ， 错误 D 正确。 4.(2024·山 聊城二模 东 )强光照条件下，植物细胞可以通过“苹果酸/草酰乙酸穿 梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”(如图)实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转 移，并可以通过信号传递调节植物的生理活动以适应环境变化。回答下列问题： (1)叶绿体利用分布在________上的色素将光能转化为化学能。叶绿体中光合产 物暂时以淀粉形式储存的意义是_________________________________________ ___________________________________________________________________。 (2)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的________ 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中 的________中含有的还原能，最终在________(填场所)转化为ATP 中的化学能。 (3)当光照过强时，植物细胞释放到胞外的ATP(eATP)可通过受体介导的方式，调 节植物生理活动。为探究eATP 对光合速率的影响，科研人员用一定最适宜浓度 的eATP 溶液处理豌豆叶片，结果如图所示。 注：NADPH 氧化 是 酶 ROS 生的关 ，活性氧 产 键酶 (ROS)能促 植物叶肉 胞气 进 细 孔的开放。 该实验自变量为______________ ，推测eATP 调节植物光合速率的机制 ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 答案 (1)类囊体薄膜 减少丙糖磷酸等在叶绿体内的积累，避免对光合作用的 抑制；维持叶绿体内的渗透压等 (2)NADPH NADH 线粒体内膜 (3)eATP 的有无、豌豆幼苗的种类 eATP 通过调节NADPH 氧化酶基因的表达， 促进活性氧(ROS)的合成来促进气孔的开放，从而提高光合速率 解析 (1)叶 体利用 囊体薄膜上的叶 素和 胡 卜素将光能 化 化学能 绿 类 绿 类 萝 转 为 。 叶 体中光合 物 以淀粉形式 存以减少丙糖磷酸等 累，避免 光合作用 绿 产 暂时 储 积 对 的抑制， 持叶 体内的渗透 。 维 绿 压 (2)由 可知， 光条件下， 图 强 “苹果酸/草 乙 酰 酸”穿梭能将H＋运出叶 体，与 绿 NAD＋ 合生成 结 NADH， 程将光反 生 该过 应产 的NADPH 中含有的 原能 出叶 体，再 还 输 绿 经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换 成 粒体中的 线 NADH 中含有的 原能，最 在 粒体内膜用于 还 终 线 ATP 的合成。(3) 由 意可知， 的自 量 题 该实验 变 为eATP 的有无、豌豆幼苗的种 。活性氧 类 (ROS)能 促 植物叶肉 胞气孔的开放， 进 细 NADPH 氧化 是 酶 ROS 生的关 ，据 可知 产 键酶 图 ， eATP 可通 气孔 度来 植物光合速率，而活性氧 过调节 导 调节 (ROS)也能促 植物 进 叶肉 胞气孔的开放，活性氧 细 (ROS)的合成需要NADPH 氧化 的催化，当 酶 NADPH 氧化 缺失，活性氧 酶 则 (ROS)无法合成，无法促 植物叶肉 胞气孔的开 进 细 放，科研人 用 员 eATP 处理NADPH 氧化 基因缺失突 体， 光合速率与 酶 变 发现净 照 基本一致。 对 组 5.(2024· 一附中 研 华师 调 )以景天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的 CO2固定方式，即CAM 途径，又称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放， 在PEP 羧化酶等酶催化作用下，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在 液泡中，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作 用的原料。具体过程如图所示，请据图回答下列问题： (1) 此类植物夜晚吸收CO2 ，但并不能合成有机物，原因是 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (2)白天进行光合作用所需CO2的来源是________________，CO2在卡尔文循环中 首先被固定为________。 (3)白天叶肉细胞产生ATP 的部位是________________________。 (4)具有景天酸代谢过程的植物通过改变其代谢途径以适应特殊环境，这种特殊 环境最可能是________。此途径可以使植物在白天________________________， 从而保证其生命活动能够正常进行。 答案 (1)夜晚没有光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP 和NADPH， 不能合成有机物 (2)苹果酸分解和呼吸作用 C3 (3)叶绿体、线粒体和细胞质 基质 (4)干旱环境 降低蒸腾作用，减少水分的散失 解析 (1)光反 需要光照，夜晚没有光照，不能 行光反 ，不能 暗反 提供 应 进 应 为 应 NADPH 和ATP，不能合成有机物，故此 植物夜晚吸收 类 CO2，但并不能合成有机 物。(2)白天植物既能 行光合作用，又能 行呼吸作用，光合作用需要的 进 进 CO2可 以由呼吸作用产生和苹果酸分解提供；在暗反 程中， 应过 CO2首先被固定为C3。 (3)白天叶肉 胞能 行光合作用和呼吸作用，故 生 细 进 产 ATP 的部位是叶 体、粒 绿 线 体和 胞 基 。 细 质 质(4)具有景天酸代 程的植物夜 气孔开放，吸收的 谢过 间 CO2固定 于苹果酸内， 存在液泡中，白天气孔关 ，由此推 其适于生活在干旱的 境 储 闭 测 环 中；此途径可以使植物在白天因气孔关 ，降低蒸 作用，减少水分的散失，从而 闭 腾 保 其生命活 能 正常 行。 证 动 够 进 6.(2024·山 沂模 东临 拟)隆两优1377 籼型两系杂交水稻，是我国重要的水稻品种 之一，具有抗倒性强、结实率高、米粒透明度高的特点。隆两优1377 水稻的光反 应过程包括多个反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体(光系统 Ⅰ和光系统Ⅱ)中电子被光激发有关的反应。CO2和O2竞争性地与RuBP 羧化/加 氧酶(简写为Rubisco)结合，当CO2浓度高时，Rubisco 催化C5与CO2反应；当O2 浓度高时，Rubisco 催化C5与O2反应，生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一 系列化学反应，消耗ATP 和NADPH，生成CO2和C3，此过程称为光呼吸。植物细 胞产生的ATP 和NADPH 过多时会破坏细胞结构。下图为隆两优1377 水稻叶肉 细胞中的部分生理过程，图中“X”表示物质，①、②、③、④表示化学反应过程。 (1)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中电子被光激发的反应发生场所是叶绿体的________。 图中①过程生成的“X”是________，NADPH 的中文名称是________。 (2)在光系统Ⅱ中，日光激发叶绿素中的电子由低能状态转化为高能状态，随后能 量转移到________中，高能电子再转化为低能电子，进入光系统Ⅰ。光系统Ⅰ中 的能量变化为_____________________________________________________。 (3)在夏季中午光照过强时，O2浓度升高，光呼吸________(填“增强”或“减 弱”)，光呼吸会使净光合速率降低，原因是________________，该过程的生理意 义是____________________________________________________________。 答案 (1)类囊体薄膜 H＋ 还原型辅酶Ⅱ (2)ATP 电能转化成NADPH 中的化学能 (3)增强 叶绿体中O2含量上升，Rubisco 催化C5与O2反应，④过程速率增强 消耗过剩的ATP 和NADPH，减少对细胞的损害；补充部分CO2 解析 (1)光系统Ⅰ(Ⅱ)中 子被光激 的反 生 所是叶 体的色素所在部 电 发 应发 场 绿 位， 囊体薄膜， 中 为类 图 ① 水的光解， 程生成的 为 该过 “X”是H＋。 中 图 NADPH 中文名称是 原型 还 辅酶Ⅱ。(2)由 可知，在光系 图 统Ⅱ中，日光激 叶 素中的 发 绿 电 子由低能状 化 高能状 ，随后能量 移到 态转 为 态 转 ATP 中，高能 子再 化 低能 电 转 为 子，入光系 电 进 统Ⅰ。光系统Ⅰ中的能量 化 能 化成 变 为电 转 NADPH。(3)夏季中午 光照 ，中 过强时图 ④(光呼吸)增 ，原因是叶 体中 强 绿 O2含量上升，Rubisco 催化C5 与O2反 ， 应④ 程速率增 ，水稻光呼吸 程需要 外消耗能量，降低 光合速 过 强 过 额 净 率，由于“植物 胞 生的 细 产 ATP 和NADPH 多 会破坏 胞 过 时 细 ”，所以光呼吸对 植物的生理意 是消耗 剩的 义 过 ATP 和NADPH，减少 胞的 害； 充部分 对细 损 补 CO2等。
