2025屆高考生物二輪專題復(fù)習(xí)與測試板塊二植物生理學(xué)命題最前沿四光系統(tǒng)及電子傳遞鏈光呼吸CAM途徑C4途徑-與大學(xué)教材知識的銜接

[命題最前沿四]光系統(tǒng)及電子傳遞鏈、光呼吸、CAM途徑、C4途徑——與大學(xué)教材知識的銜接1．光系統(tǒng)及電子傳遞鏈(1)光系統(tǒng)Ⅱ進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生O2、H＋和自由電子(e－)，光系統(tǒng)Ⅰ主要是介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。(2)光反應(yīng)時(shí)，通過光合色素將光能轉(zhuǎn)化為電能，電子在電子傳遞體之間的傳遞導(dǎo)致ATP和NADPH的合成。(3)光合作用ATP的合成依賴ATP合酶，通過光系統(tǒng)中電子傳遞鏈釋放的能量在類囊體薄膜兩側(cè)建立質(zhì)子梯度，質(zhì)子順電化學(xué)梯度流動時(shí)驅(qū)動ATP的合成。2．光呼吸(1)光呼吸是指綠色植物在光照情況下吸收O2，將葉綠體中的C5分解產(chǎn)生CO2的過程。光呼吸是光合作用一個損耗能量的副反應(yīng)。(2)與光呼吸有直接關(guān)系的細(xì)胞器為葉綠體、線粒體。光呼吸發(fā)生的條件是光照、高O2含量和低CO2含量等。(3)在干旱天氣和過強(qiáng)光照下，因?yàn)闇囟群芨?，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉。此時(shí)的光呼吸可以消耗光反應(yīng)階段生成的多余的NADPH和ATP，又可以為暗反應(yīng)階段提供原料，因此光呼吸對植物有重要意義。3．景天科植物(CAM途徑)(1)仙人掌、菠蘿和許多肉質(zhì)植物都進(jìn)行這種類型的光合作用。這類植物特別適合于干旱地區(qū)生長，其特點(diǎn)是氣孔夜間開放，吸收并固定CO2，形成以蘋果酸為主的有機(jī)酸；白天則氣孔關(guān)閉，不吸收CO2，但同時(shí)卻通過光合碳循環(huán)將從蘋果酸中釋放的CO2還原為糖。(2)這是一種節(jié)省水的光合作用，參與CO2轉(zhuǎn)化的細(xì)胞器除了葉綠體之外，還有線粒體和液泡。4．C4植物(C4途徑)(1)玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，適于在高溫、干燥和強(qiáng)光的條件下生長。(2)C4植物葉肉細(xì)胞的葉綠體和維管束鞘細(xì)胞的葉綠體共同完成CO2的固定。(3)在高溫、光照強(qiáng)烈和干旱的條件下，綠色植物的氣孔大量關(guān)閉。這時(shí)，C4植物能夠利用葉片內(nèi)細(xì)胞間隙中含量很低的CO2進(jìn)行光合作用(通過CO2泵轉(zhuǎn)變?yōu)楦邼舛鹊腃O2環(huán)境)。1．下圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)物形成的示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是(A)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NADPHC.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)D.電子(e－)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)解析：水光解產(chǎn)生O2的場所是葉綠體的類囊體薄膜，若被有氧呼吸利用，其場所是線粒體內(nèi)膜，要穿過1層類囊體薄膜、葉綠體的內(nèi)膜和外膜、線粒體的外膜和內(nèi)膜，共5層膜，A錯誤；光反應(yīng)中NADP＋與電子(e－)和質(zhì)子(H＋)結(jié)合形成NADPH，供暗反應(yīng)過程使用，B正確；由題圖可知，產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應(yīng)，C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正確。2．原本生活在干旱地區(qū)的多肉植物，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其CO2固定過程非常特殊，被稱為景天酸代謝途徑。其光合作用產(chǎn)生的中間產(chǎn)物蘋果酸在CO2的固定和利用過程中起重要作用，過程如下圖所示。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是(A)A.進(jìn)行景天酸代謝的植物白天進(jìn)行光反應(yīng)，積累ATP和NADPH，晚上進(jìn)行暗反應(yīng)合成有機(jī)物B.圖示的代謝方式可以有效地避免植物由蒸騰過度導(dǎo)致的脫水，從而使該類植物適應(yīng)干旱環(huán)境C.與常見的C3代謝途徑植物相比，夜間更適于放置在室內(nèi)的是進(jìn)行景天酸代謝途徑的植物D.多肉植物在其原生地環(huán)境中，其液泡中的pH會呈現(xiàn)白天升高、晚上降低的周期性變化解析：白天在光照條件下，進(jìn)行景天酸代謝的植物通過光反應(yīng)生成NADPH和ATP，用于暗反應(yīng)，晚上植物沒有NADPH和ATP的供應(yīng)，暗反應(yīng)不能進(jìn)行，A錯誤；圖示景天酸代謝途徑，白天氣孔關(guān)閉減少水分散失，可以有效地避免植物由蒸騰過度導(dǎo)致的脫水，從而使該類植物適應(yīng)干旱環(huán)境，B正確；由于進(jìn)行景天酸代謝途徑的植物晚上氣孔開放，不斷吸收CO2用于合成蘋果酸，空氣中的CO2減少，因此，與常見的C3代謝途徑植物相比，夜間更適于放置在室內(nèi)的是進(jìn)行景天酸代謝途徑的植物，C正確；多肉植物在晚上吸收CO2生成蘋果酸儲存在液泡中(pH降低)，白天蘋果酸分解產(chǎn)生CO2用于暗反應(yīng)(pH升高)，因此其液泡中的pH會呈現(xiàn)白天升高、晚上降低的周期性變化，D正確。3．植物消耗氧氣，將RuBP(C5)轉(zhuǎn)化成CO2的過程稱作光呼吸。RuBP羧化酶/加氧酶(Rubisco)不僅能催化CO2與RuBP進(jìn)行羧化反應(yīng)，還能催化氧氣與RuBP的氧化反應(yīng)，相關(guān)過程如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}。(1)Rubisco催化RuBP的羧化反應(yīng)發(fā)生在真核細(xì)胞的____________(填具體部位)，這一過程稱作________，反應(yīng)形成的產(chǎn)物被_______________________________________還原為糖類。(2)當(dāng)CO2與O2的比值________(填“較高”或“較低”)時(shí)，更有利于植物進(jìn)行羧化反應(yīng)。對農(nóng)作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物細(xì)胞的光呼吸與乙醇酸氧化酶活性呈正相關(guān)，結(jié)合題干信息推測，甲醇抑制光呼吸的機(jī)制是________________________________。(3)在小麥、水稻等C3作物中，光呼吸導(dǎo)致光合作用的轉(zhuǎn)化效率降低20%～50%，根據(jù)Rubisco的特性，改良作物的措施有___________________________________________________________(答出2點(diǎn)即可)。解析：(1)RuBP羧化酶/加氧酶能催化CO2與RuBP進(jìn)行羧化反應(yīng)，CO2與RuBP反應(yīng)的過程被稱為CO2的固定，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，CO2與RuBP反應(yīng)的產(chǎn)物(C3)接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原，轉(zhuǎn)化為糖類。(2)當(dāng)CO2的含量較高時(shí)，CO2更容易與RuBP進(jìn)行羧化反應(yīng)，故當(dāng)CO2與O2的比值較高時(shí)，更有利于植物進(jìn)行羧化反應(yīng)。甲醇可以抑制光呼吸，且植物細(xì)胞的光呼吸與乙醇酸氧化酶活性呈正相關(guān)，故可推測甲醇通過抑制乙醇酸氧化酶的活性來抑制光呼吸。(3)為了降低植物的光呼吸作用，可以改造Rubisco，使其具有更高的CO2親和力和催化效率；改進(jìn)或增加植物濃縮CO2的機(jī)制，提升Rubisco附近的CO2濃度。答案：(1)葉綠體基質(zhì)CO2的固定NADPH(還原型輔酶Ⅱ)(2)較高通過抑制乙醇酸氧化酶的活性來抑制光呼吸(3)改造Rubisco，使其具有更高的CO2親和力和催化效率；改進(jìn)或增加植物濃縮CO2的機(jī)制，提升Rubisco附近的CO2濃度4．有研究表明，大氣中CO2濃度上升會提高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)增加時(shí)，C3植物的光合速率不再增加，C4植物的光合速率仍可增加(注：光合作用時(shí)，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______________(填具體部位)上發(fā)生，產(chǎn)生的______________(填具體物質(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(diǎn)(光合速率不再隨CO2濃度增加而增加時(shí)的CO2濃度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物的，其光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)___________________________________________________________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物的。(3)大氣中CO2濃度上升能夠提高C3植物的光合作用效率，但對C4植物無明顯影響。據(jù)上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植物的小，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一結(jié)論，寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果(檢測方法不做要求)。實(shí)驗(yàn)思路：_______________________________________。預(yù)期結(jié)果：______________________________________。解析：(1)光合作用的光反應(yīng)發(fā)生在類囊體薄膜上；光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH可以為暗反應(yīng)(卡爾文循環(huán))提供能量。(2)根據(jù)題干可知，大氣中CO2濃度上升會提高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(diǎn)小于C3植物的，當(dāng)光照強(qiáng)度持續(xù)增加時(shí)，C3植物的光合速率不再增加，C4植物的光合速率仍可增加，說明C4植物的光飽和點(diǎn)大于C3植物的。(3)由圖可知，C4植物進(jìn)行光合作用時(shí)，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濃度上升能夠提高C3植物的光合作用效率，但對C4植物無明顯影響的原因是C4植物葉綠體內(nèi)PEP含量少或?qū)EP轉(zhuǎn)化為C4的酶活性較低。(4)本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證干旱環(huán)境對C4植物光合作用的影響