第第頁【備考2024】高考生物一輪情境突破課3二氧化碳固定、光呼吸、光系統(tǒng)及電子傳遞鏈(共29張PPT)(共29張PPT)

3二氧化碳固定、光呼吸、光系統(tǒng)及電子傳遞鏈

高考生物重難點情境突破課

情境一

光系統(tǒng)及電子傳遞鏈

【命題情境】

光系統(tǒng)是由蛋白質(zhì)和葉綠素等光合色素組成的復合物,具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用,包括光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)。

注:圖中虛線表示該生理過程中電子(e-)的傳遞過程。

(1)光系統(tǒng)Ⅱ進行水的光解,產(chǎn)生O2和H+和自由電子(e-),光系統(tǒng)Ⅰ主要介導NADPH的產(chǎn)生。

(2)電子(e-)經(jīng)過電子傳遞鏈:質(zhì)體醌→細胞色素b6f復合體→質(zhì)體藍素→光系統(tǒng)Ⅰ→鐵氧還蛋白→NADPH。

(3)電子傳遞過程是高電勢到低電勢(光系統(tǒng)Ⅱ和Ⅰ中的電子傳遞由于光能的作用,從而逆電勢傳遞,這是一個吸能的過程),因此,電子傳遞過程中釋放能量,質(zhì)體醌利用這部分能量將質(zhì)子(H+)逆濃度從類囊體的基質(zhì)側(cè)泵入囊腔側(cè),從而建立了質(zhì)子濃度(電化學)梯度。當然,光系統(tǒng)Ⅱ在類囊體的囊腔側(cè)進行的水的光解產(chǎn)生質(zhì)子(H+)以及在類囊體的基質(zhì)側(cè)H+和NADP+形成NADPH的過程,為建立質(zhì)子濃度(電化學)梯度也有所貢獻。

(4)類囊體膜對質(zhì)子是高度不通透的,因此,類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子只能通過ATP合成酶順濃度梯度流出,而ATP合成酶利用質(zhì)子順濃度流出的能量來合成ATP。

[命題設計]

(1)PSⅠ和PSⅡ鑲嵌在葉綠體的___________________上,含有的光合色素主要包括__________________________兩大類,這些色素的主要功能有_________________________。

(2)圖示過程中,PSⅡ和PSⅠ以串聯(lián)的方式協(xié)同完成電子由________(物質(zhì))釋放、最終傳遞給_____________(物質(zhì))生成NADPH的過程。

(3)光照的驅(qū)動既促使水分解產(chǎn)生H+,又伴隨著電子的傳遞通過PQ將葉綠體基質(zhì)中的H+__________________________________,同時還在形成NADPH的過程中_____________葉綠體基質(zhì)中部分H+,造成膜內(nèi)外的H+產(chǎn)生了濃度差。請結(jié)合圖示信息分析,跨膜的H+濃度差在光合作用中的作用是_________________________________________________。

類囊體(薄)膜

葉綠素和類胡蘿卜素

吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能

水

NADP+

轉(zhuǎn)運至類囊體膜內(nèi)(類囊體腔內(nèi))

消耗

為光反應中ATP的合成過程提供能量

(4)除草劑二溴百里香醌(DBMIB)與PQ競爭可阻止電子傳遞到細胞色素b6f,若用該除草劑處理無內(nèi)外膜的葉綠體,會導致ATP含量顯著下降,其原因可能是_______________________________________。

DBMIB阻斷電子傳遞會抑制水光解產(chǎn)生H+,使膜內(nèi)外H+的濃度差減小甚至消失

【突破訓練】

(2023重慶高考)如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應產(chǎn)物形成的示意圖。據(jù)圖分析,下列敘述錯誤的是()

A.水光解產(chǎn)生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿過4層膜

B.NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH

C.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應及其他消耗能量的反應

D.電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)

答案:A

解析:水光解產(chǎn)生的O2的場所是葉綠體的類囊體膜上,若被有氧呼吸利用,其場所在線粒體內(nèi)膜,O2從葉綠體類囊體膜開始,穿過葉綠體2層膜,然后進入同一細胞中的線粒體,經(jīng)過外膜后就到達了內(nèi)膜,所以至少要穿過3層膜,A項錯誤;光反應中NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH,提供給暗反應,B項正確;由圖可知,產(chǎn)生的ATP可用于暗反應以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應,C項正確;電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié),D項正確。

情境二

二氧化碳固定途徑的多樣性和適應性

【命題情境】

不同的植物,暗反應的過程不一樣,而且葉片的解剖結(jié)構(gòu)也不相同。這是植物對環(huán)境適應的結(jié)果。以下3種類型是因CO2的固定這一過程的不同而劃分的。

(1)C3途徑:C3途徑是碳同化的基本途徑,也稱為卡爾文循環(huán),可合成糖類、淀粉等多種有機物。C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成光合產(chǎn)物等。

通過C3途徑固定CO2的植物稱為C3植物,C3植物屬于高光呼吸植物類型,光合速率較低,其種類多,分布廣,多生長于暖濕條件下,如大多數(shù)樹木、糧食類植物、煙草等。

(2)C4植物:通過C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物,它們主要是那些生活在干旱熱帶地區(qū)的植物。在這種環(huán)境中,植物若長時間開放氣孔吸收CO2,會導致水分通過蒸騰作用過快散失。所以,植物只能短時間開放氣孔,CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進行光合作用,合成自身生長所需的物質(zhì)。

C4植物的兩次固定在空間上分開:在葉肉細胞內(nèi)固定CO2,在維管束鞘細胞中同化CO2。

C4植物的葉片結(jié)構(gòu)

(3)CAM途徑(景天科酸代謝):CAM途徑指生長在熱帶或亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。具有這種途徑的植物稱為CAM植物。該途徑的特點是:CAM植物氣孔只有晚上開放,將CO2生成蘋果酸等進行固定,白天氣孔關閉,蘋果酸等則由液泡轉(zhuǎn)入葉綠體中再釋放CO2,再通過卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)變成糖。這是植物對干旱環(huán)境的適應。

CAM植物兩次固定在時間上分開:在晚上固定CO2,在白天同化CO2。

[命題設計]

(1)C4植物光反應發(fā)生在葉肉細胞的________________上,而CO2固定發(fā)生在________________細胞中。

(2)科學家用含14C標記的CO2來追蹤玉米光合作用中的碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,這種碳原子的轉(zhuǎn)移途徑是________________。暗反應階段中C3的還原在________________細胞中完成。

(3)與水稻、小麥等C3植物相比,C4植物的CO2的補償點較_____________。高溫、干旱時C4植物還能保持高效光合作用的原因是________________。

(4)景天科植物吸收的CO2________________(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是________________________________。

(5)如果白天適當提高CO2濃度,景天科植物的光合作用速率變化是________________(填“增加”“降低”或“基本不變”)。

答案:(1)葉綠體類囊體薄膜葉肉細胞和維管束鞘(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)維管束鞘

(3)低PEP羧化酶對CO2具有高親和力,C4植物可利用低濃度的CO2進行光合作用

(4)不能沒有光反應為暗反應提供ATP和NADPH

(5)基本不變

【突破訓練】

1.玉米固定CO2的能力比小麥強70倍。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4植物(如玉米)特有的固定CO2的關鍵酶?？蒲腥藛T將玉米的PEPC基因?qū)胄←溨?獲得轉(zhuǎn)基因小麥以提高小麥產(chǎn)量。為探究轉(zhuǎn)基因小麥固定CO2的能力,研究人員將轉(zhuǎn)基因小麥和普通小麥分別放置在相同的密閉小室中,給予充足的光照,利用紅外測量儀每隔5min測定小室中的CO2濃度,結(jié)果如上圖所示。下列有關敘述錯誤的是()

A.PEPC能降低固定CO2反應所需的活化能

B.圖中屬于轉(zhuǎn)基因小麥變化曲線的是Ⅱ

C.圖中CO2濃度保持不變時植物的光合速率等于呼吸速率

D.突然降低光照強度,短時間內(nèi)細胞中ADP和C5的含量均降低

答案:D

解析:酶能降低化學反應所需的活化能,故PEPC能降低固定CO2反應所需的活化能,A項正確;由圖可知,Ⅱ曲線代表的植物利用低濃度CO2的能力更強,故Ⅱ是轉(zhuǎn)基因小麥,B項正確;植物的光合速率等于呼吸速率時,表現(xiàn)為既不從外界吸收CO2,也不釋放CO2到外界,因此密閉小室中CO2濃度保持不變,C項正確;突然降低光照強度,短時間內(nèi)光反應產(chǎn)生NADPH和ATP速率降低,ADP含量增加,C3還原速率下降,產(chǎn)生的C5減少,C3合成速率不變,即C5消耗速率不變,C5含量降低,D項錯誤。

2.(2022全國高考甲卷)根據(jù)光合作用中CO2的固定方式不同,可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環(huán)境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環(huán)境CO2濃度。回答下列問題。

(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產(chǎn)物是相同的,光反應階段的產(chǎn)物是(答出3點即可)。

(2)正常條件下,植物葉片的光合產(chǎn)物不會全部運輸?shù)狡渌课?原因是(答出1點即可)。

(3)干旱會導致氣孔開度減小,研究發(fā)現(xiàn)在同等程度干旱條件下,C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析,可能的原因是。

答案:(1)ATP、NADPH和O2

(2)自身呼吸需要消耗有機物或建造植物體結(jié)構(gòu)需要有機物(答出1點即可)

(3)干旱導致植物氣孔開度減小,葉片吸收的CO2減少;C4植物的CO2補償點比C3植物的低,C4植物在較低CO2濃度下就能合成滿足自身生長所需的有機物(答案合理即可)

情境二

光呼吸

【命題情境】

光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應中,Rubisco酶能夠以CO2為底物實現(xiàn)CO2的固定;在光下,當O2濃度高、CO2濃度低時,O2會競爭Rubisco酶,光的驅(qū)動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。

光呼吸是一個高耗能的反應,正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25%~30%。過程如圖所示:

光呼吸對生物體有一定的危害。如果在較強光下,光呼吸加強,使得C5氧化分解加強,一部分碳以CO2的形式散失,從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。其次,光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH,即造成了能量的損耗。其實光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動態(tài)平衡,適當?shù)墓夂粑鼘χ参矬w有一定積極意義,光呼吸可以回收碳元素,防止強光對葉綠體的破壞。

[命題設計]

(1)由于光呼吸的存在,會降低植物體內(nèi)有機物的積累速率。Rubisco的催化方向取決于CO2與O2的濃度比,請推測具體的情況:

。

(2)研究發(fā)現(xiàn),光合產(chǎn)物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。生產(chǎn)實際中,常通過適當升高CO2濃度達到增產(chǎn)的目的,請分析并解釋其原理:

(從光合作用原理和Rubisco催化反應特點兩個方面作答)。

答案:(1)當CO2與O2濃度比高時,Rubisco酶催化RuBP與CO2結(jié)合生成C3酸的反應加強;當CO2與O2濃度比低時,Rubisco酶催化RuBP與O2結(jié)合生成C3酸的反應加強

(2)CO2濃度升高可促進光合作用暗反應的進行,進而提高光合作用強度,同時還可促進Rubisco酶催化更多的C5與CO2結(jié)合,減少C5與O2的結(jié)合,從而降低光呼吸速率

【突破訓練】

1.(多選)(2022遼寧模擬)科學研究發(fā)現(xiàn),正常進行光合作用的水稻,突然停止光照,葉片CO2釋放量先增加后降低,主要原因是因為光照條件下葉肉細胞中O2與CO2競爭性結(jié)合C5,O2與C5結(jié)合后經(jīng)一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸,具體過程如圖所示。下列說法正確是()

注:RuBP為1,5-二磷酸核酮糖,是卡爾文循環(huán)里起重要作用的一種五碳糖;PGA為三磷酸甘油酸,是一種三碳化合物;PG為二碳化合物;Rubisco為1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶。

A.O2與C5結(jié)合的場所是葉綠體基質(zhì),生成CO2的場所是線粒體

B.突然停止光照,短時間內(nèi)暗反應消耗的C5減少,C5與O2結(jié)合增加,產(chǎn)生的CO2增多

C.光呼吸消耗光合作用產(chǎn)物,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為增加產(chǎn)量,應采取措施,完全抑制農(nóng)作物光呼吸

D.與有氧呼吸不同,光呼吸只能在光下進行,并且能產(chǎn)生大量ATP

答案:AB

解析:C5主要分布在葉綠體基質(zhì)中,所以O2與C5結(jié)合的場所是葉綠體基質(zhì),據(jù)圖可知生成CO2的場所是線粒體,A項正確;突然停止光照,光反應減弱,短時間內(nèi)產(chǎn)生的ATP、NADPH減少,消耗的C5減少,C5與O2結(jié)合增加,產(chǎn)生的CO2增多,B項正確;光呼吸雖然消耗光合作用產(chǎn)物,但可以有效防止夏季中午光對植物的傷害,同時為光合作用提供原料,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,不能完全抑制光呼吸,C項錯誤;根據(jù)題干和圖示可知,與有氧呼吸不同,光呼吸只能在光下進行,消耗氧氣和有機物,產(chǎn)生CO2,釋放能量,但不能產(chǎn)生ATP,D項錯誤。

2.(2023山東高考)光照條件下,葉肉細胞中的O2與CO2競爭性結(jié)合C5,O2與C5結(jié)合后經(jīng)一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液,相應的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2量表示,SoBS溶液處理對葉片細胞呼吸的影響忽略不計。請回答下列問題。

(1)光呼吸中C5與O2結(jié)合的反應發(fā)生在葉綠體的中。正常進行光合作用的水稻,突然停止光照,葉片CO2釋放量先增加后降低,CO2釋放量增加的原因是。

(2)與未噴施SoBS溶液相比,噴施100mg/LSoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2量相等時所需的光照強度(填“高”或“低”),據(jù)表分析,原因是