2024屆高考 二輪復(fù)習(xí) 細(xì)胞的代謝 環(huán)節(jié)2 微專題(四)　光合作用和細(xì)胞呼吸的其他途徑 課件（44張）

真題測評·試能力1.(2022·山東高考)植物細(xì)胞內(nèi)10%～25%的葡萄糖經(jīng)過一系列反應(yīng)，產(chǎn)生NADPH、CO2和多種中間產(chǎn)物，該過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。下列說法錯誤的是

(

)微專題(四)光合作用和細(xì)胞呼吸的其他途徑A.磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的NADPH與有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶不同B.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C.正常生理條件下，利用14C標(biāo)記的葡萄糖可追蹤磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成D.受傷組織修復(fù)過程中所需要的原料可由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成答案：C

解析：根據(jù)題意，磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的是NADPH，而有氧呼吸產(chǎn)生的還原型輔酶是NADH，兩者是不同的物質(zhì)，A正確；有氧呼吸是葡萄糖徹底氧化分解釋放能量的過程，而磷酸戊糖途徑產(chǎn)生了多種中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物還進(jìn)一步生成了其他有機(jī)物，所以葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生的能量比有氧呼吸少，B正確；用14C標(biāo)記的葡萄糖只能追蹤含有碳元素的物質(zhì)，所以無法追蹤到磷酸戊糖途徑中各產(chǎn)物的生成，例如H＋、H2O，C錯誤；磷酸戊糖途徑的中間產(chǎn)物可生成氨基酸和核苷酸等，所以受傷組織修復(fù)過程所需要的原料可以由該途徑的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化生成，D正確。2.(2022·江蘇高考)圖Ⅰ所示為光合作用過程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系(①～⑦表示代謝途徑)。Rubisco是光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和O2競爭與其結(jié)合，分別催化C5的羧化與氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸(C2)，C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成光呼吸碳氧化循環(huán)。請據(jù)圖回答下列問題：(1)圖Ⅰ中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有____________(從①～⑦中選填)，在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是________________________________________。(2)在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時生成的____________在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。(3)將葉片置于一個密閉小室內(nèi)，分別在CO2濃度為0和0.03%的條件下測定小室內(nèi)CO2濃度的變化，獲得曲線a、b(圖Ⅱ)。①曲線a,0～t1時段(沒有光照，只進(jìn)行呼吸作用)釋放的CO2源于細(xì)胞呼吸；t1～t2時段，CO2的釋放速度有所增加，此階段的CO2源于____________________________。②曲線b，當(dāng)時間到達(dá)t2點后，室內(nèi)CO2濃度不再改變，其原因是____________________________。(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科學(xué)家在煙草葉綠體中組裝表達(dá)了衣藻的乙醇酸脫氫酶和南瓜的蘋果酸合酶，形成了圖Ⅲ代謝途徑，通過________________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作體現(xiàn)了遺傳多樣性的____________價值。解析：(1)類囊體膜上發(fā)生的反應(yīng)有水光解產(chǎn)生[H]與氧氣，以及ATP和NADPH的形成，即①⑥。葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，用紅光照射參與反應(yīng)的主要色素是葉綠素a和葉綠素b。(2)過氧化氫酶能將過氧化氫分解為O2和H2O，所以在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進(jìn)入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時生成的過氧化氫在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。(3)①曲線a,0～t1時段沒有光照，所以CO2由細(xì)胞呼吸產(chǎn)生；t1～t2時段有光照，所以CO2是由細(xì)胞呼吸和光呼吸共同產(chǎn)生。②曲線b有光照后，t1～t2時段，室內(nèi)CO2濃度下降，到達(dá)t2點后不再改變，說明光呼吸、細(xì)胞呼吸和光合作用達(dá)到了平衡。(4)圖Ⅲ代謝途徑，通過將乙醇酸轉(zhuǎn)化為蘋果酸(進(jìn)而產(chǎn)生CO2，提高CO2濃度，并為光合作用提供原料)降低了光呼吸，提高了植株生物量，該科學(xué)研究工作體現(xiàn)了遺傳多樣性的直接價值。答案：(1)①⑥葉綠素a和葉綠素b

(2)過氧化氫(3)①光呼吸和細(xì)胞呼吸②光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度和光呼吸強(qiáng)度(4)將乙醇酸轉(zhuǎn)化為蘋果酸(進(jìn)而產(chǎn)生CO2，提高CO2濃度，并為光合作用提供原料)直接3.(2023·湖南高考)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖?？栁难h(huán)的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L－1(K越小，酶對底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng)，進(jìn)行卡爾文循環(huán)，又可催化RuBP與O2反應(yīng)，進(jìn)行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應(yīng))。該酶的酶促反應(yīng)方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細(xì)胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細(xì)胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體主要與ATP生成有關(guān)。玉米的暗反應(yīng)先在葉肉細(xì)胞中利用PEPC酶(PEPC對CO2的Km為7μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應(yīng)生成C4，固定產(chǎn)物C4轉(zhuǎn)運到維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2，再進(jìn)行卡爾文循環(huán)。回答下列問題：(1)玉米的卡爾文循環(huán)中第一個光合還原產(chǎn)物是__________(填具體名稱)，該產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)合成__________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過____________長距離運輸?shù)狡渌M織器官。(2)在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下，玉米的光合作用強(qiáng)度________(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機(jī)制及其調(diào)控分析，原因是___________________________________________________________________________(答出三點即可)。(3)某研究將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強(qiáng)度無明顯變化。其原因可能是_____________________________________________________________(答出三點即可)。

解析：(1)玉米的光合作用過程與水稻相比，雖然CO2的固定過程不同，但C3的還原過程是相同的，結(jié)合水稻的卡爾文循環(huán)圖解，可以看出CO2固定的直接產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸，然后直接被NADPH還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉(zhuǎn)化成淀粉，在葉綠體外被轉(zhuǎn)化成蔗糖，蔗糖可以進(jìn)入篩管，

再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?2)干旱、高光強(qiáng)時會導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，吸收的CO2減少，而玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能將葉綠體內(nèi)的光合產(chǎn)物通過維管組織及時轉(zhuǎn)移出細(xì)胞。因此在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下，玉米的光合作用強(qiáng)度高于水稻。(3)將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻，只是提高了葉綠體中CO2濃度，而植物的光合作用強(qiáng)度受到很多因素的影響，則在光飽和條件下水稻的光合作用強(qiáng)度無明顯變化的原因可能是水稻中相關(guān)酶活性達(dá)到最大，對CO2的利用率不再提高；或是受到ATP和NADPH等物質(zhì)含量的限制；也可能是因為藍(lán)細(xì)菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用機(jī)制有所不同。答案：(1)3-磷酸甘油醛蔗糖維管組織(或韌皮部的篩管)

(2)高于高光照條件下玉米可以將光合產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)移；玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過PEPC酶生成C4，使維管束鞘內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境，抑制玉米的光呼吸(3)酶的活性達(dá)到最大，對CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物質(zhì)含量的限制；原核生物和真核生物光合作用機(jī)制有所不同深化學(xué)習(xí)·提素養(yǎng)1.理清高等植物固定CO2三條途徑的關(guān)系，構(gòu)建解答“固定CO2類”題目的思維模型(1)C3途徑、C4途徑和景天酸代謝(CAM)途徑是高等植物光合作用固定CO2的三條途徑。C3途徑存在于所有綠色植物中，是把C同化為糖類的過程；C4和CAM途徑則只能固定CO2，為一定環(huán)境條件下(低O2、高溫干旱)C3途徑的進(jìn)行提供了保證。(2)碳同化的多條途徑，增強(qiáng)了植物對環(huán)境的適應(yīng)能力。C3途徑是碳同化的基本途徑，C4和CAM植物形成碳水化合物除了分別需要C4途徑和CAM途徑外，最終還需要C3途徑。(3)在碳同化特性上，CAM與C4植物相似，都有PEP羧化酶，需要兩次羧化反應(yīng)固定CO2。只是固定CO2與生成光合作用產(chǎn)物在時間、空間上有差異，C4植物在葉肉細(xì)胞內(nèi)固定CO2，在維管束鞘細(xì)胞中同化CO2。CAM植物則在晚上固定CO2，在白天同化CO2。2.辨析光呼吸與細(xì)胞呼吸的關(guān)系，構(gòu)建解答“光呼吸類”題目的思維模型(1)光呼吸與CO2固定光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機(jī)制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時，O2會競爭Rubisco酶，在光的驅(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(yīng)，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：(2)表格法比較光呼吸與細(xì)胞呼吸的區(qū)別

光呼吸細(xì)胞呼吸底物底物是光照下葉綠體中新形成的某種物質(zhì)，如光合作用中的乙醇酸常用底物是葡萄糖，可以是新形成的，也可以是之前儲存的場所只發(fā)生在光合細(xì)胞中，在葉綠體、過氧化物酶體和線粒體協(xié)同作用下進(jìn)行所有活細(xì)胞中都可以進(jìn)行

光呼吸細(xì)胞呼吸條件光下，O2/CO2的值相對高時有氧、無氧都可進(jìn)行，光下、暗處都可進(jìn)行意義CO2供應(yīng)不足時，通過消耗過多的NADPH和ATP，以避免對細(xì)胞造成傷害為生命活動提供直接能源物質(zhì)ATP續(xù)表[答案]

A[解析]

C5在葉綠體基質(zhì)中生成，所以C5和O2的結(jié)合發(fā)生在葉綠體中，A錯誤；GCGT支路中，甘油酸可轉(zhuǎn)化為PGA，進(jìn)而將碳重新回收進(jìn)入卡爾文循環(huán)，B正確；GCGT支路中，H2O2可被分解為H2O和O2，有利于減少其對葉綠體的損害，C正確；GCGT支路可以與光呼吸競爭乙醇酸，GCGT支路物質(zhì)轉(zhuǎn)化較為直接，有利于降低光呼吸消耗從而提高光合速率，D正確。[例2]

(2023·內(nèi)江一模)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。在適宜溫度、水分和一定的光照強(qiáng)度下，測得兩類植物CO2的吸收速率隨大氣CO2濃度變化的情況，繪制成如圖所示的曲線(CO2補(bǔ)償點時的光合速率與呼吸速率相等)。下列有關(guān)敘述正確的是

(

)A.在大氣CO2濃度達(dá)到補(bǔ)償點后，C3植物和C4植物開始進(jìn)行光合作用B.在大氣CO2濃度達(dá)到飽和點后，限制C4植物光合速率的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度C.圖中兩條曲線的交叉點代表此時C3植物和C4植物光合作用制造的有機(jī)物一樣多D.干旱會導(dǎo)致氣孔開度減小，在同等程度干旱條件下，C3植物比C4植物生長得更好[答案]

B[解析]

在大氣CO2濃度達(dá)到補(bǔ)償點前，C3植物和C4植物已經(jīng)開始了光合作用，A錯誤；圖中曲線是在最適溫度下測得，在大氣CO2濃度達(dá)到飽和點后，限制C4植物光合速率的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度，B正確；圖中兩條曲線的交叉點代表此時C3植物和C4植物光合作用積累的有機(jī)物一樣多，C錯誤；由圖可知，在低CO2濃度的情況下，C4植物凈光合速率大于C3植物，則在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得更好，D錯誤。考法訓(xùn)練·融會通1.(2023·臨沂高三一模)我國科學(xué)家在國際上首次實現(xiàn)CO2到淀粉的從頭合成。圖中C1模塊是用無機(jī)催化劑把CO2還原為甲醇，C3模塊是將甲醇轉(zhuǎn)換為C3，C6模塊是用C3合成為C6，Cn模塊是將C6再聚合成為淀粉。下列敘述錯誤的是(

)A.圖中由CO2到GAP的過程相當(dāng)于葉綠體中CO2的固定B.由GAP到G--6--P的過程在葉綠體內(nèi)需要NADPH作還原劑C.Cn模塊合成淀粉的過程伴隨著水的生成D.在固定等量CO2的情況下,該人工途徑比植物光合作用積累淀粉的量少答案：D

解析：分析題圖可知，圖中由CO2到GAP(C3)的過程在葉綠體中相當(dāng)于暗反應(yīng)中CO2的固定過程，A正確；由GAP到G---6--P的過程相當(dāng)于C3被還原的過程，該過程所需的還原劑是光反應(yīng)產(chǎn)物NADPH，B正確；Cn模塊將C6再聚合成為淀粉，合成淀粉的過程是脫水縮合過程，伴隨著水的生成，C正確；在植物體中，進(jìn)行光合作用產(chǎn)生淀粉的同時，也進(jìn)行細(xì)胞呼吸消耗淀粉，而在人工途徑中只模擬光合作用過程，沒有細(xì)胞呼吸消耗，因此在固定等量CO2的情況下，該人工途徑比植物光合作用積累淀粉的量多，D錯誤。2.(2023·深圳高三調(diào)研)有研究表明，大氣中CO2濃度上升會促進(jìn)C3植物(如小麥、水稻等)的光合速率，但對C4植物(如玉米、甘蔗等)的光合速率未產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用。當(dāng)光照強(qiáng)度持續(xù)增加，C3植物光合速率不再增加，C4植物仍可增加。(注：光合作用時，CO2首先被固定在C4中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中，這類植物稱為C4植物；CO2直接固定在C3中的植物稱為C3植物)。下圖為C4植物光合作用過程示意圖?；卮鹣铝袉栴}。(1)植物光合作用的光反應(yīng)在葉肉細(xì)胞的________________(具體部位)發(fā)生，產(chǎn)生的________________(具體物質(zhì))為卡爾文循環(huán)提供能量。(2)根據(jù)題干推測，在一般條件下，C4植物的CO2飽和點(光合速率不再隨CO2增加而增加時的最低CO2濃度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物，其光飽和點(光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加而增加時的最小光照強(qiáng)度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物。(3)大氣中CO2濃度上升能夠促進(jìn)C3植物光合作用效率，但對C4植物無明顯影響。據(jù)圖分析可能的原因是___________________________________________________________________________。(4)有人認(rèn)為干旱環(huán)境對C4植物光合作用的影響比C3植物小，請設(shè)計實驗驗證這一結(jié)論，寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果(檢測方法不作要求)。①實驗思路：______________________________________________________________________________________________。②預(yù)期結(jié)果：_________________________________________。解析：(1)光合作用的光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體中的類囊體薄膜上；光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH可以為卡爾文循環(huán)提供能量。(2)大氣中CO2濃度上升會促進(jìn)C3植物的光合速率，但對C4植物的光合速率未產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用，說明C4植物的CO2飽和點小于C3植物；當(dāng)光照強(qiáng)度持續(xù)增加，C3植物光合速率不再增加，C4植物仍可增加，說明C4植物的光飽和點大于C3植物。(3)C4植物進(jìn)行光合作用時，CO2首先與PEP結(jié)合，被固定在C4中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中，故推測大氣中CO2濃度上升能夠促進(jìn)C3植物光合作用效率，但無法促進(jìn)C4植物葉綠體內(nèi)PEP含量增加或PEP轉(zhuǎn)化為C4的酶活性升高，導(dǎo)致C4植物葉綠體內(nèi)PEP含量相對較少或PEP轉(zhuǎn)化為C4的酶活性相對較低。(4)本實驗為驗證干旱環(huán)境對C4植物光合作用的影響比C3植物小，實驗思路為將長勢相同的C3植物與C4植物置于同樣的干旱環(huán)境中培養(yǎng)，一段時間后檢測兩種植株的生長情況。預(yù)期結(jié)果為C4植物的生長量大于C3植物。答案：(1)葉綠體中的類囊體薄膜上ATP和NADPH

(2)小于大于(3)CO2濃度上升無法促進(jìn)C4植物葉綠體內(nèi)PEP含量增加或PEP轉(zhuǎn)化為C4的酶活性升高，導(dǎo)致C4植物葉綠體內(nèi)PEP含量相對較少或PEP轉(zhuǎn)化為C4的酶活性相對較低(4)①將長勢相同的C3植物與C4植物置于同樣的干旱環(huán)境中培養(yǎng)，一段時間后檢測兩種植株的生長情況②C4植物的生長量大于C3植物3.光呼吸是進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照和O2/CO2值異常的情況下發(fā)生的一個生理過程，該過程借助葉綠體、線粒體等多種細(xì)胞器共同完成(如圖所示)，是光合作用伴隨的一個損耗能量的副反應(yīng)。光呼吸過程中會消耗O2，并且生成CO2。光呼吸損耗的能量大約是光合作用儲備能量的30%。回答下列問題：(1)“Rubisco”可能是一種雙功能酶，結(jié)合上圖加以說明：_____________________