2023屆 二輪復(fù)習(xí)光合作用和細(xì)胞呼吸的過(guò)程 學(xué)案

考點(diǎn)二光合作用和細(xì)胞呼吸的過(guò)程1．光合作用與細(xì)胞呼吸過(guò)程變化的內(nèi)在聯(lián)系2．光合作用和細(xì)胞呼吸中物質(zhì)和能量的變化關(guān)系(4)能量變化3．改變條件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量變化分析光照強(qiáng)度和CO2濃度突然改變后，C3、C5、NADPH、ATP、ADP、NADP＋的含量及(CH2O)合成量的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，要將光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程結(jié)合起來(lái)分析，從具體的反應(yīng)過(guò)程提煉出模型：“來(lái)路→某物質(zhì)→去路”，通過(guò)分析其來(lái)路和去路的變化來(lái)確定含量變化。下圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原。當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí)，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化：1．(2022·山東，16改編)在有氧呼吸第三階段，線粒體基質(zhì)中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子，電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2，電子傳遞過(guò)程中釋放的能量驅(qū)動(dòng)H＋從線粒體基質(zhì)移至內(nèi)外膜間隙中，隨后H＋經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)并促使ATP合成，然后與接受了電子的O2結(jié)合生成水。為研究短時(shí)低溫對(duì)該階段的影響，將長(zhǎng)勢(shì)相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理，分組情況及結(jié)果如圖所示。已知DNP可使H＋進(jìn)入線粒體基質(zhì)時(shí)不經(jīng)過(guò)ATP合酶。下列相關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．4℃時(shí)線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞受阻B．與25℃時(shí)相比，4℃時(shí)有氧呼吸產(chǎn)熱多C．與25℃時(shí)相比，4℃時(shí)有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D．DNP導(dǎo)致線粒體內(nèi)外膜間隙中H＋濃度降低，生成的ATP減少答案A解析與25℃相比，4℃耗氧量增加，根據(jù)題意，電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2，說(shuō)明4℃時(shí)線粒體內(nèi)膜上電子傳遞未受阻，A錯(cuò)誤；與25℃相比，短時(shí)間低溫4℃處理，ATP合成量較少，耗氧量較多，說(shuō)明4℃時(shí)有氧呼吸釋放的能量較多地用于產(chǎn)熱，消耗的葡萄糖量多，B、C正確；DNP使H＋不經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)中，會(huì)使線粒體內(nèi)外膜間隙中H＋濃度降低，導(dǎo)致ATP合成減少，D正確。2．(2021·江蘇，20節(jié)選)線粒體對(duì)維持旺盛的光合作用至關(guān)重要。下圖表示葉肉細(xì)胞中部分代謝途徑，虛線框內(nèi)表示“草酰乙酸/蘋(píng)果酸穿梭”。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)葉綠體在________________上將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，參與這一過(guò)程的兩類色素是________________________________________________________________________。(2)光合作用時(shí)，CO2與C5結(jié)合產(chǎn)生三碳酸，繼而還原成三碳糖(C3)，為維持光合作用持續(xù)進(jìn)行，部分新合成的C3必須用于再生______；運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的C3可合成蔗糖，運(yùn)出細(xì)胞。每運(yùn)出一分子蔗糖相當(dāng)于固定了______個(gè)CO2分子。(3)在光照過(guò)強(qiáng)時(shí)，細(xì)胞必須耗散掉葉綠體吸收的過(guò)多光能，避免細(xì)胞損傷。草酰乙酸/蘋(píng)果酸穿梭可有效地將光照產(chǎn)生的________中的還原能輸出葉綠體，并經(jīng)線粒體轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______中的化學(xué)能。答案(1)類囊體薄膜葉綠素、類胡蘿卜素(2)C512(3)NADPHATP解析(1)光合作用光反應(yīng)場(chǎng)所為類囊體薄膜，將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，參與該反應(yīng)的光和色素是葉綠素、類胡蘿卜素。(2)據(jù)題意在暗反應(yīng)進(jìn)行中為維持光合作用持續(xù)進(jìn)行，部分新合成的CO2合成1個(gè)C3，因?yàn)檫€要再生出C5，故需要12個(gè)CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起還原劑的作用，含有還原能，呼吸作用過(guò)程中釋放的能量用于合成ATP中的化學(xué)能和熱能。3．(2020·江蘇，27節(jié)選)大豆與根瘤菌是互利共生關(guān)系，下圖所示為大豆葉片及根瘤中部分物質(zhì)的代謝、運(yùn)輸途徑。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)上圖所示的代謝途徑中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在________________中，PGA還原成磷酸丙糖(TP)運(yùn)出葉綠體后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于______________。(2)根瘤菌固氮產(chǎn)生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白質(zhì)時(shí)，通過(guò)脫水縮合形成______鍵。(3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。葉綠體中合成ATP的能量來(lái)自__________；根瘤中合成ATP的能量主要來(lái)自__________的分解。(4)蔗糖是大多數(shù)植物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕袡C(jī)物，與葡萄糖相比，以蔗糖作為運(yùn)輸物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)葉綠體基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(2)肽(3)光能糖類(4)非還原糖較穩(wěn)定(或蔗糖分子為二糖，對(duì)滲透壓的影響相對(duì)小)解析(1)CO2的固定發(fā)生在暗反應(yīng)過(guò)程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶應(yīng)存在于暗反應(yīng)的場(chǎng)所——葉綠體基質(zhì)中。PGA還原成TP運(yùn)出葉綠體后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。(2)氨基酸之間通過(guò)脫水縮合形成肽鍵的方式合成蛋白質(zhì)。(3)葉綠體中光反應(yīng)合成ATP的能量來(lái)自光能。根瘤中合成ATP的能量主要來(lái)源于呼吸作用中糖類的分解。(4)與葡萄糖相比，蔗糖為二糖，對(duì)滲透壓的影響相對(duì)較小，而且為非還原糖，性質(zhì)較穩(wěn)定，所以蔗糖是大多數(shù)植物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕袡C(jī)物。4．(2020·山東，21)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽(yáng)能合成糖類，相關(guān)裝置及過(guò)程如圖所示，其中甲、乙表示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過(guò)程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過(guò)程相同。(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是__________________，模塊3中的甲可與CO2結(jié)合，甲為_(kāi)_______________。(2)若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_______________________________________________________________________________________________________________。(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________________________________________________________________。人工光合作用系統(tǒng)由于對(duì)環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。答案(1)模塊1和模塊2五碳化合物(或C5)(2)減少模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足(3)高于人工光合作用系統(tǒng)沒(méi)有呼吸作用消耗糖類(或植物呼吸作用消耗糖類)(4)葉片氣孔開(kāi)放程度降低，CO2的吸收量減少解析分析題圖可知，模塊1將光能轉(zhuǎn)換為電能，模塊2電解水，同時(shí)轉(zhuǎn)換能量供模塊3還原CO2產(chǎn)生糖類，比較這一過(guò)程與光合作用的全過(guò)程可知，模塊1和模塊2相當(dāng)于光合作用的光反應(yīng)階段，模塊3相當(dāng)于光合作用的暗反應(yīng)階段。(1)根據(jù)上面的分析可知，該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是模塊1和模塊2。光合作用的暗反應(yīng)包括兩步反應(yīng)，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，與C5結(jié)合，形成C3。二是C3的還原：C3接受ATP和NADPH釋放的能量，在有關(guān)酶的作用下，最終轉(zhuǎn)化為糖類和C5。比較該過(guò)程與模塊3的反應(yīng)過(guò)程可知，甲與CO2反應(yīng)產(chǎn)生乙，這一階段為CO2的固定，那么甲為C5，即五碳化合物，乙為C3，即三碳化合物。(2)若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，相當(dāng)于光合作用過(guò)程中突然停止供應(yīng)CO2，CO2的固定受阻，進(jìn)而導(dǎo)致乙(C3)的合成量減少，短時(shí)間內(nèi)C3的還原正常進(jìn)行，消耗量不變，C3含量減少。光合作用的暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP＋，若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，相當(dāng)于暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，就無(wú)法為模塊2提供ADP、Pi和NADP＋，從而影響了模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率。(3)植物有機(jī)物的積累量稱為凈光合作用量，即有機(jī)物的制造量(真正光合作用量)減去呼吸作用消耗的有機(jī)物量。這個(gè)人工光合作用系統(tǒng)中只有有機(jī)物的制造，沒(méi)有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情況下，有機(jī)物(糖類)的積累量將高于植物。(4)干旱條件下，植物為降低蒸騰作用對(duì)水分的過(guò)度散失，氣孔的開(kāi)放程度降低，進(jìn)而影響CO2的吸收，會(huì)間接影響光合作用速率。思維延伸——判斷與填充(1)無(wú)氧條件培養(yǎng)酵母菌時(shí)向酵母菌培養(yǎng)液中加入重鉻酸鉀以便檢測(cè)乙醇生成(2021·廣東，9)(×)(2)紅光照射時(shí)，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a(2019·海南，9)(×)(3)光反應(yīng)階段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)(×)(4)弱光條件下植物沒(méi)有O2的釋放，說(shuō)明未進(jìn)行光合作用(2021·湖南，7)(×)(5)植物細(xì)胞內(nèi)10%～25%的葡萄糖經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，產(chǎn)生NADPH、CO2和多種中間產(chǎn)物，該過(guò)程稱為磷酸戊糖途徑。該途徑的中間產(chǎn)物可進(jìn)一步生成氨基酸和核苷酸等。則與有氧呼吸相比，葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的能量少(2022·山東，4)(√)(6)(2022·全國(guó)甲，29)正常條件下，植物葉片的光合產(chǎn)物不會(huì)全部運(yùn)輸?shù)狡渌课?，原因是自身呼吸消耗或建造植物體結(jié)構(gòu)(答出1點(diǎn)即可)。題組一光合作用與細(xì)胞呼吸的過(guò)程辨析1．光合作用光反應(yīng)的過(guò)程如圖甲所示。為研究葉綠體膜的完整性與光反應(yīng)的關(guān)系，研究人員制備4種葉綠體(a.雙層膜結(jié)構(gòu)完整；b.雙層膜局部受損，類囊體略有損傷；c.雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂；d.所有膜結(jié)構(gòu)解體破裂)，在離體條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用DICP替代NADP＋作為電子受體，測(cè)定相對(duì)放氧量及ATP產(chǎn)生效率的相對(duì)值，結(jié)果如圖乙。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．圖甲的膜結(jié)構(gòu)是類囊體膜，膜上的①和②上存在光合色素B．根據(jù)信息可知，ATP的合成依賴于H＋逆濃度梯度從膜內(nèi)運(yùn)輸?shù)侥ね釩．實(shí)驗(yàn)表明無(wú)雙層膜阻礙、類囊體松散時(shí)更有利于色素吸收光能D．a(chǎn)～d4種葉綠體的ATP產(chǎn)生效率逐漸降低，原因是類囊體薄膜受損程度依次增大答案B解析圖甲的膜結(jié)構(gòu)上發(fā)生了水的分解和光能的吸收、轉(zhuǎn)化，故該膜結(jié)構(gòu)是類囊體膜，膜上的①和②能吸收、轉(zhuǎn)化、傳遞光能，其上存在光合色素，A正確；通過(guò)圖示可知，電子經(jīng)圖甲膜上的蛋白質(zhì)傳遞時(shí)釋放的能量用于將H＋跨膜運(yùn)輸?shù)侥らg隙，使膜兩側(cè)形成H＋濃度差，伴隨著H＋順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)到膜外合成ATP，B錯(cuò)誤；由題意可知，c種葉綠體結(jié)構(gòu)的雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂，由圖乙實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，c的相對(duì)放氧量最高，說(shuō)明無(wú)雙層膜阻礙、類囊體松散的條件更有利于類囊體上的色素吸收、轉(zhuǎn)化光能，從而提高光反應(yīng)速率，C正確；由題意可知，a～d4種葉綠體的處理方法使葉綠體中類囊體薄膜從完整到所有膜結(jié)構(gòu)解體破裂，類囊體薄膜受損程度依次增大，導(dǎo)致葉綠體的ATP產(chǎn)生效率逐漸降低，D正確。2．如圖為植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸作用的示意圖，在CO2與C5反應(yīng)過(guò)程中，O2能與CO2競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)酶的活性部位。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．在高O2環(huán)境中植物不能進(jìn)行光合作用B．光呼吸的存在會(huì)降低糖的合成效率C．可以通過(guò)適當(dāng)增大CO2的濃度來(lái)抑制光呼吸D．在特殊環(huán)境下，光呼吸可以為暗反應(yīng)提供原料答案A解析在高O2環(huán)境中，O2能與CO2競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)酶的活性部位，使CO2與C5固定生成C3的速率減小，植物光合作用減弱，A錯(cuò)誤；光呼吸的存在會(huì)使CO2與C5固定生成C3的速率減小，從而降低糖的合成效率，B正確；O2能與CO2競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)酶的活性部位，適當(dāng)增大CO2濃度可抑制O2與C5結(jié)合，從而抑制光呼吸，C正確；由圖可知，光呼吸可產(chǎn)生C2，生成的C2可在線粒體內(nèi)生成CO2，為暗反應(yīng)提供原料，D正確。3．(2022·遼寧沈陽(yáng)二中高三二模)在光照等條件下，番茄葉片葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用與有氧呼吸以及細(xì)胞內(nèi)外交換的示意圖如下(數(shù)字表示結(jié)構(gòu)，小寫(xiě)字母代號(hào)表示物質(zhì)的移動(dòng)情況)。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．圖中線粒體中2處釋放的能量遠(yuǎn)多于3處B．葉綠體產(chǎn)生的O2被線粒體利用，至少需穿過(guò)3層生物膜C．物質(zhì)A進(jìn)入線粒體后徹底分解不需要水的參與D．h＝c、d＝g時(shí)的光照強(qiáng)度是滿足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照強(qiáng)度答案A解析根據(jù)題圖分析可知，2代表線粒體內(nèi)膜，發(fā)生有氧呼吸第三階段的反應(yīng)，而3代表線粒體基質(zhì)，發(fā)生有氧呼吸第二階段的反應(yīng)，因?yàn)橛醒鹾粑谌A段產(chǎn)生的能量最多，所以2處釋放的能量遠(yuǎn)多于3處，A正確；O2在葉綠體的類囊體薄膜上產(chǎn)生，在線粒體內(nèi)膜被利用，故葉綠體產(chǎn)生的O2被線粒體利用至少需要穿過(guò)葉綠體的3層膜(包括類囊體膜)和線粒體的2層膜，共5層生物膜，B錯(cuò)誤；根據(jù)題圖分析可知，物質(zhì)A是丙酮酸，進(jìn)入線粒體后徹底分解需要水的參與，C錯(cuò)誤；若h＝c、d＝g時(shí)，說(shuō)明凈光合作用速率為零，但題圖是表示番茄葉片葉肉細(xì)胞，所以h＝c、d＝g時(shí)只是葉肉細(xì)胞中的光合速率等于呼吸速率，而番茄植株還有根尖等部位不能進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行呼吸作用，所以整個(gè)番茄植株呼吸作用速率應(yīng)該大于光合作用速率，D錯(cuò)誤。題組二辨析條件驟變引起代謝過(guò)程中物質(zhì)含量的變化4．陽(yáng)光穿過(guò)森林會(huì)在地上投下“光斑”。如圖顯示了生長(zhǎng)旺盛的某植物的一片葉子在“光斑”照耀前后的光合作用過(guò)程中吸收CO2和釋放O2的情況。虛線代表O2的釋放速率，實(shí)線代表CO2的吸收速率，以下判斷錯(cuò)誤的是()A．A點(diǎn)細(xì)胞中ATP的產(chǎn)量增加B．A點(diǎn)后O2釋放速率下降與ADP和NADP＋供應(yīng)不足有關(guān)C．C與D的面積可能相等D．B點(diǎn)細(xì)胞中C5含量增加答案D解析A點(diǎn)時(shí)，由于光照突然增強(qiáng)，光反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生的O2、ATP、NADPH增加，但A點(diǎn)后暗反應(yīng)速率較慢，從而限制了光合速率，光反應(yīng)減弱，O2釋放速率下降，A、B正確；在較理想的情境中，整個(gè)光合作用過(guò)程中O2的釋放量和CO2的吸收量相等，C、D的面積分別代表二者之間的差值的絕對(duì)值，理論上應(yīng)該相等