2025届高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢情境突破课3光系统及电子传递链二氧化碳固定途径光呼吸

。
PEPC对CO2亲和力大,PEPC活性增大有利于黑藻在低浓度CO2条件下固定
CO2 黑藻具有这种生理特性是长期
自然选择
的结果。
(3)为了探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制,研究 人员检测了低浓度CO2处理前后黑藻体内两种PEPC基因的表达情况,结果 如图所示
由图可知,在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制是 PEPC2基因大量表达,PEPC2含量明显增加 。
解析 (1)结合图示可知,丙酮酸转化为PEP的过程伴随着ATP的水解,故该过
程属于吸能反应;黑藻细胞可以在细胞质基质中利用低浓度的CO2固定为 C4,在叶绿体基质中利用高浓度的CO2与C5生成C3;C3的还原过程需要光反 应产生的NADPH和ATP提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后,PEPC与Rubisco的活性比值由0.47上 升到4.17,结合题图可知,经低浓度CO2处理后,PEPC的活性提高,改变了黑 藻固定CO2的途径,有利于黑藻细胞在低浓度CO2条件下增强固定CO2的能 力,以提高光合作用强度;黑藻具有这种生理特性是长期自然选择的结果。
体基质中的H+ 转运至类囊体膜内(类囊体腔内) ,同时还在形成NADPH
的过程中
消耗
叶绿体基质中部分H+,造成膜内外的H+产生了
浓度差。请结合图示信息分析,跨膜的H+浓度差在光合作用中的作用是
为光反应中ATP的合成过程提供能量 。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)与PQ竞争可阻止电子传递到细胞色素
的反应加强
(2)研究发现,光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。实际生产中,常通
显增加,引起固定CO2的能力增强。
情境三 光呼吸
命题情境阅读
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:
解析 ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成,利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差, 类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP,A项正确;根据图中所示,水光解后产 生氧气、H+和电子,故最初提供电子的物质为水,水光解后电子将NADP+ 还原为NADPH,故最终接受电子的物质为NADP+,B项正确;图中水光解产 生H+,使类囊体腔内H+浓度升高,H+顺浓度梯度运输到类囊体腔外,而H+在 类囊体薄膜上与NADP+结合形成NADPH使类囊体腔外的H+浓度降低,同 时还可以通过PQ主动运输运回到类囊体腔内,这样就保持了类囊体薄膜两 侧的H+浓度差,C项错误;光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸,有氧呼 吸的第三阶段消耗氧气,场所是线粒体内膜,D项正确。
3.黑藻固定CO2有两条途径(如图):①CO2在核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶 (Rubisco)催化下直接与C5反应生成C3;②CO2先在磷酸烯醇式丙酮酸羧化 酶(PEPC)催化下与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)反应生成C4(四碳化合物),当 Ca2+储存到一定量时分解放出CO2参与暗反应。已知PEPC对CO2亲和力 是Rubisco的几十倍。回答下列问题。
命题角度设计
(1)由于光呼吸的存在,会降低植物体内有机物的积累速率。Rubisco的催
化方向取决于CO2与O2的浓度比,请推测具体的情况:
。
答案 当CO2与O2浓度比高时,Rubisco酶催化RuBP与CO2结合生成C3酸的
反应加强;当CO2与O2浓度比低时,Rubisco酶催化RuBP与O2结合生成C3酸
b6f,若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降,其原
因可能是
。
DBMIB阻断电子传递会抑制水光解产生H+,使膜内外H+的浓度差减小甚
至消失
情境突破训练
下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图,PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和 光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子的传 递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质,其中PQ在传递电子的同时能将 H+运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程,虚线为H+的运输过程。
C4植物的叶片结构
(3)CAM途径(景天科酸代谢):CAM途径指生长在热带或亚热带干旱及半
干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有 这种途径的植物称为CAM植物。该途径的特点是:CAM植物气孔只有晚
上开放,将CO2生成苹果酸等进行固定,白天气孔关闭,苹果酸等则由液泡转 入叶绿体中再释放CO2,再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环 境的适应。
自身呼吸需要消耗有机物或建造植物体结构需要有机物 (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
。
干旱导致植物气比 C3植物的低,C4植物在较低CO2浓度下就能合成满足自身生长所需的有机 物
以下说法错误的是( C ) A.ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成,在进 行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成 B.图中电子传递的过程,最初提供电子的物 质为水,最终接受电子的物质为NADP+ C.类囊体两侧H+浓度差的建立仅由PQ主动运输H+进入类囊体腔而形成的 D.光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸,且在线粒体内膜消耗
(5)如果白天适当提高CO2浓度,景天科植物的光合作用速率变化是 基本不变 (填“增加”“降低”或“基本不变”)。
情境突破训练
1.(2024·广东梅州模拟)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,
通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物,C3植物属于高光呼吸植物类型,光 合速率较低,其种类多,分布广,多生长于暖湿条件下,如大多数树木、粮食 类植物、烟草等。
(2)C4植物:通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物,它们主要是那些生活在 干旱热带地区的植物。在这种环境中,植物若长时间开放气孔吸收CO2,会 导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以,植物只能短时间开放气孔,CO2的 摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用,合成自身生长 所需的物质。C4植物的两次固定在空间上分开:在叶肉细胞内固定CO2,在 维管束鞘细胞中同化CO2。
下列叙述错误的( B ) 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
命题角度设计
(1)PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的 类囊体(薄)膜 上,含有的光合色素主
要包括 叶绿素和类胡萝卜素 两大类,这些色素的主要功能有
吸收、传递和转换光能
。
(2)图示过程中,PSⅡ和PSⅠ以串联的方式协同完成电子由 水 (物
质)释放、最终传递给
NADP+ (物质)生成NADPH的过程。
(3)光照的驱动既促使水分解产生H+,又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿
(3)电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能 的作用,从而逆电势传递,这是一个吸能的过程),因此,电子传递过程中释放 能量,质体醌利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊 腔侧,从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然,光系统Ⅱ在类囊体的囊腔 侧进行的水的光解产生质子(H+)以及在类囊体的基质侧H+和NADP+形成 NADPH的过程,为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 (4)类囊体膜对质子是高度不通透的,因此,类囊体内的高浓度质子只能通 过ATP合成酶顺浓度梯度流出,而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量 来合成ATP。
(1)由图可知,丙酮酸转化为PEP的过程属于 吸能 (填“吸能”或“放能”)反应。
黑藻细胞固定CO2的具体场所是 细胞质基质、叶绿体基质 ,C3的还原需 要 ATP和NADPH 提供能量。
(2)研究发现黑藻经低浓度CO2处理后,PEPC与Rubisco的活性比值由0.47上
升到4.17,试分析发生这一变化的意义:
(3)与水稻、小麦等 C3植物相比,C4植物的 CO2的补偿点较
低 。高
温、干旱时C4植物还能保持高效光合作用的原因是
。
PEP羧化酶对CO2具有高亲和力,C4植物可利用低浓度的CO2进行光合作用
(4)景天科植物吸收的CO2 不能 (填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 。
光呼吸对生物体有一定的危害。如果在较强光下,光呼吸加强,使得C5氧化 分解加强,一部分碳以CO2的形式散失,从而减少了光合产物的形成和积累。 其次,光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的损耗。其实光 呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡,适当的光呼吸对植物体有一定积极意 义,光呼吸可以回收碳元素,防止强光对叶绿体的破坏。
解析 该代谢途径即白天关闭气孔,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,A项正确;景天科植物白天进行光合作用,暗反应固定
的CO2来自苹果酸脱羧作用和呼吸作用,B项错误;景天科植物晚上打开气 孔,吸收CO2,故夜间将景天科植物放置于室内,可以降低室内的CO2浓度,更 有益于人体健康,故突然降低外界CO2浓度,景天科植物叶肉细胞中C3的含 量无明显变化,C、D两项正确。
2.(2022·全国甲卷)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 ATP、NADPH和O2 (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
(3)“探究在低浓度CO2处理下黑藻固定CO2途径改变的分子机制”,分析实 验结果图示可知,在低浓度CO2处理下,PEPC1基因表达的相对含量稍有下 降,而PEPC2基因表达的相对含量明显增加,推测是由于低浓度CO2处理诱 导PEPC2基因表达增强,使PEPC2基因的表达相对含量增加,PEPC2含量明
命题角度设计
(1)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 叶肉细胞和维管束鞘
细胞中。
(2)科学家用含 14C 标记的 CO2来追踪玉米光合作用中的碳原子的转移途
径,这种碳原子的转移途径是 CO2→C4→CO2→C3→(CH2O) 。暗反应阶
段中 C3的还原在 维管束鞘 细胞中完成。
情境二 二氧化碳固定途径的多样性和适应性
命题情境阅读
不同的植物的CO2固定的过程不一样,而且叶片的解剖结构也不相同,这是 植物对环境适应的结果。以下3种类型是因CO2的固定这一过程的不同而 划分的。
(1)C3途径:C3途径是碳同化的基本途径,也称为卡尔文循环,可合成糖类、 淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是 通过C3途径合成光合产物等。
情境突破课3 光系统及电子传递链、二氧化碳固定途 径、光呼吸
情境一 光系统及电子传递链
命题情境阅读 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物,具有吸收、传递和 转化光能的作用,包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。
注:图中虚线表示该生理过程中电子(e-)的传递过程。
(1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生O2和H+和自由电子(e-),光系统Ⅰ主要介导 NADPH的产生。 (2)电子(e-)经过电子传递链:质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光 系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。