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第十一讲：
细胞代谢的综合分析
1．运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计。
2．细胞呼吸过程的深入探究。
3．细胞代谢中的原因分析。
4．二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链。
5.C3植物、C4植物和CAM植物。
考点要求 考题统计 考情分析
运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计 本专题知识难度较低、基础性强。考查学生对细胞整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。
细胞呼吸过程的深入探究 2022,山东，选择 2021，福建，非选 C3植物、C4植物和CAM植物 2022，全国甲，非选 二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链。 2021，重庆，选择 2021，山东，选择 运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计
细胞呼吸过程的深入探究
细胞代谢中的原因分析
二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链
运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计
考点一
1.变量类型
一.运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计【考点讲解】
2.实验设计遵循的三大基本原则
3.对照实验的类型及实验组、对照组的确认
空白对照 对照组为自然状态下不做处理的对象组,实验组为施加实验变量处理的对象组
自身对照 实验处理前的对象组为对照组,实验处理后的对象组为实验组
相互对照 不单设对照组,而是几个实验组相互对照。如“影响酶活性的条件”的实验中,探究温度对酶活性的影响时,要用热水、正常温度的水、冰水三个实验组来探究温度对酶活性的影响,进行相互对照,以得出相应的实验结论
条件对照 即给对象施加某种实验处理,虽不是检验假设需要的,但更能充分说明实验变量的对照。例如,在用动物激素饲喂小动物的实验方案中,饲喂甲状腺激素的为实验组;饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组;不饲喂药剂的是空白对照组
4.实验设计策略
一.运用“变量”思维解析与酶有关的实验设计【考点讲解】
1.下列有关实验设计的叙述,正确的是(　　)
A.实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量
B.各种实验都必须单独设置对照组,确保单一变量
C.数据测量时只要认真准确记录,无需多次测量求平均值
D.探究实验中,实验结果总是与提出的假设一致
A
解析:变量即实验过程中可以变化的因素,实验材料的数量、温度和时间都可能是实验的变量,A项正确;探究实验一般都需要设置对照组,但也可能均为实验组,各组之间形成相互对照,B项错误;进行数据测量时,为了减少误差,需多次测量求平均值,C项错误;探究实验中,可能出现实验的结果与假设矛盾,可能是假设不正确,那么就需要进一步查找资料,重新作出假设,也可能是实验过程中的某一环节出了问题,那么就需要重新进行实验,D项错误。
2.如表是某研究性学习小组利用猪肝研磨液设计的“探究pH 对过氧化氢酶的影响”的实验思路,下列有关该实验思路的叙述,错误的是(　　)
操作步骤 操作方法 试管甲 试管乙
1 加体积分数为3%的H2O2 溶液 2 mL 2 mL
2 加质量分数为5%的盐酸溶液 1 mL —
3 加质量分数为5%的氢氧化钠溶液 — 1 mL
4 加质量分数为20%的猪肝研磨液 2滴 2滴
5 观察相同时间内试管中产生的气泡数量
A.将操作步骤1 、4 互换,可使实验思路更科学合理
B.应增设丙组对照,其处理是2 mL体积分数为3%的H2O2溶液+1 mLH2O+2滴质量分数为20%的猪肝研磨液
C.步骤5的操作方法可改为“记录试管内停止产生气泡所需的时间”
D.将实验自变量替换成“温度”可用来探究温度对过氧化氢酶的影响
答案:D
解析:H2O2 在加热的条件下易分解,因此探究温度对酶活性的影响时底物不宜用H2O2 ,D项错误。
细胞呼吸过程的深入探究
考点二
1.丙酮酸氧化分解产生CO2的整个过程是一个由多种有机酸参与的“环状”途径。
2.根据各种有机酸的结构特点,推测该过程的哪些环节有CO2生成。
丙酮酸变成C2化合物的时候产生1分子CO2,C6化合物转化为C5化合物产生1分子CO2,C5化合物转化为C4化合物产生1分子CO2
一.细胞呼吸过程的深入探究【考点讲解】
1.心肌细胞中葡萄糖氧化分解产生的NADH不能穿过线粒体膜,NADH与草酰乙酸反应生成NAD+和苹果酸,苹果酸可以穿过线粒体膜,并与线粒体基质中的NAD+反应重新产生NADH。下列说法错误的是(　　)
A.葡萄糖氧化分解过程有能量释放
B.线粒体基质中NADH都来自葡萄糖的氧化分解
C.丙酮酸可以进入线粒体基质
D.NADH可在线粒体内膜上被消耗
答案:B
解析:葡萄糖氧化分解过程有能量释放,且释放的能量大部分以热能的形式散失,少部分储存在ATP中,A项正确;线粒体基质中NADH来自葡萄糖和水,B项错误;丙酮酸可以进入线粒体基质进一步氧化分解,C项正确;NADH可在线粒体内膜上与氧气结合形成水,D项正确。
3.[H]在线粒体内膜上继续氧化并释放大量能量
糖酵解和丙酮酸氧化分解生成CO2的过程都只能产生少量ATP,有氧呼吸中大量ATP是伴随O2对[H]的氧化生成的,这是一个怎样的过程呢 20世纪60年代,米切尔(Peter Mitchell,1920—1992)在研究细菌的跨膜质子运输过程中获得灵感,提出[H]氧化过程中释放的能量会用于将线粒体基质中的H+泵到线粒体内膜和外膜的间隙中,H+再沿着一种特殊的酶流回线粒体基质,推动该酶催化ATP的合成。之后,科学家检测到线粒体内膜外侧的膜电位明显高于内侧。当将提取自线粒体内膜的蛋白质A嵌到人工脂质体上,人为控制脂质体膜内、外两侧形成H+浓度梯度时,脂质体所在溶液中的ADP和Pi转化成了ATP。
一.细胞呼吸过程的深入探究【考点讲解】
3.[H]在线粒体内膜上继续氧化并释放大量能量
一.细胞呼吸过程的深入探究【考点讲解】
(1)[H]氧化过程中释放的电子和H+的最终受体是　　　　　　　。
提示:O2
(2)线粒体内膜在生成ATP的过程中起的作用是 　。
提示:线粒体内膜上通过呼吸链进行电子传递使[H]脱下H+进入到内膜外的腔中,造成内膜内外的质子浓度差。线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入内膜和外膜的间隙中,构建了跨内膜的H+浓度梯度(质子浓度差)
(3)资料中的蛋白质A对应米切尔假说中的　　　　　　　。
提示:ATP合成酶
3.[H]在线粒体内膜上继续氧化并释放大量能量
一.细胞呼吸过程的深入探究【考点讲解】
2.在酵母菌线粒体内,呼吸链由一系列按特定顺序排列的结合蛋白质组成。链中每个成员,从前面的成员接受氢或电子,又传递给下一个成员,最后传递给氧。在电子传递的过程中,
逐步释放自由能,同时将其中部
分能量,通过氧化磷酸化作用贮
存在ATP分子中,具体过程如图
。下列说法错误的是(　　)
A.H+通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的运输会导致线粒体基质的pH升高
B.F1是载体蛋白,在线粒体内膜上只起运输作用
C.在硝化细菌中,也有与酵母菌类似的电子传递系统
D.在分解脂肪时,通过该电子传递链消耗的氧将增加
B
答案:B
解析:H+通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的运输会导致线粒体基质的H+减少从而使pH升高,A项正确;F1在线粒体内膜上既可充当载体蛋白起运输作用,还可以充当酶来催化ATP的合成,B项错误;硝化细菌也进行有氧呼吸,故也有与酵母菌类似的电子传递系统,C项正确;在分解脂肪时,由于脂肪的H含量比糖类高,故通过该电子传递链消耗的氧将增加,D项正确。
细胞代谢中的原因分析
考点三
例1.(2021·全国甲，29)细胞外的K＋可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下，根细胞对K＋的吸收速率降低，原因是___________________________________________________________
_______________________________________________________。
细胞逆浓度梯度吸收K＋是主动运输过程，需要消耗能量，呼吸抑制剂会影响细胞呼吸，使细胞主动运输因供能不足而速率降低
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
1.高考题举例
例2.(2021·全国甲，30)某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ，)等材料制备了DNA片段甲(单链)。该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是___________________________________________
__________________________________。
dATP脱去β、γ位上的两个磷酸基团后，则为腺嘌呤脱氧核苷酸，是合成DNA的原料之一
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
1.高考题举例
此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，此类题目在语言表达题型中所占比例很高，其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是________” “……判断的依据是________”“……其原因是______________”“……其机理是________”等。这些试题旨在考查考生在新情境条件下对知识体系的掌握程度，也是对《高考评价体系》中的关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
（1）原因类试题的类型
①解释已知条件与结果之间的逻辑关系，该类试题一般已知某一特定外界条件的改变，然后要求考生回答某一生理过程发生什么样的改变，最后要求考生回答该生理过程发生改变的原因。
例，(2019·全国Ⅰ，29)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会__________，出现这种变化的主要原因是__________________________________________。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
②没有对应的外界条件，要求考生直接解释某一生理现象出现的原因。例，(2020·全国Ⅰ，30)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_____________________________(答出1点即可)。
第一类原因类试题所占比重更大，分值也更大，难度也更高，考生往往不知道如何组织文字，很难把要点答全，也会因为答案不准确、不规范而失分。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
（1）原因类试题的类型
（2）解题策略
①解释已知条件与结果之间逻辑关系——因果桥法
分析高考题中长句描述题的标准答案就会发现，其实答案用词的出处一般有两个：一是命题者在描述题干时的信息，二就是教材中的重要概念、原理等。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
　(2017·全国Ⅰ，30)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度，已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是_____________
_______________________________________________________________。
答案：植物在光下进行光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：甲种植物在光下进行光合作用释放O2，使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸增加
(2018·全国Ⅰ，30)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，
那么净光合速率下降幅度较大的植物是___，判断
的依据是___________________________________。
答案：甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
②从分子和分母两方面分析比例变化
(2019·全国Ⅰ，37)已知一种有机物X(仅含有C、H两种元素)不易降解，会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌(目标菌)。
Ⅰ号培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X(5 g/L)。
Ⅱ号培养基：氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(15 g/L)。
Ⅲ号培养基：氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(45 g/L)。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
回答下列问题：若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会______，其原因是___________________
_______________________________________________________________。
答案：下降　不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
③从来源和去路两方面分析物质含量变化
(2020·山东，24)植食性线虫主要危害植物根系，研究表明，长期施用有机肥后土壤中植食性线虫的数量减少，依据图中信息分析，主要原因是_________________________________________。
答案：长期施用有机肥后腐生细菌增加使食细菌线虫增加，引起捕食性线虫增加，植食性线虫因被大量捕食而减少，减少量多于其因植物根系增长而增加的量
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
④要从正面回答而不要从反面回答
(2017·全国Ⅰ，37)为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时， 应选择_____(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素 ＋NH4NO3”)作为氮源，不选择其他两组的原因是________________________________________。
答案：尿素　其他两组都含有NH4NO3，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
解析：　为了筛选可分解尿素的细菌，培养基中应该以尿素作为唯一氮源。不选择其他两组的原因不能从反面回答，如“培养基中应该以尿素作为唯一氮源”，而应该从正面回答选择其他两组带来的负面影响，即“因为其他两组都含有NH4NO3 ，导致能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3 ，所以不能起到筛选作用”。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
⑤既要解释前者又要解释后者
　(2019·全国Ⅰ，38)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是________________________________________。
答案：Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
解析：部分考生只回答了使用酶的原因 “Taq酶热稳定性高”，而没有回答不使用大肠杆菌 DNA聚合酶的原因“大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活”。当解释“不是……而是……”“只能……而不能……” “用……而不用……”等原因时，既要解释前者又要解释后者。
三.细胞代谢中的原因分析【考点讲解】
2.方法突破
(2018·全国Ⅱ，30)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
从图可知，A叶片是树冠_____(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是________________
____________________________________。
下层
A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片
(2018·全国Ⅲ，29)植物的叶面积与
产量关系密切。叶面积系数(单位土
地面积上的叶面积总和)与植物群体
光合速率、呼吸速率及干物质积累
速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均_____。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是__________________________
____________________________________________。
增加
群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低
二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链
考点四
1.光系统及电子传递链
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。
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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。
(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。
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(1)PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的___________________上,含有的光合色素主要包括__________________________两大类,这些色素的主要功能有_________________________。
(2)图示过程中,PSⅡ和PSⅠ以串联的方式协同完成电子由________(物质)释放、最终传递给_____________(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将叶绿体基质中的H+ __________________________________,同时还在形成NADPH的过程中_____________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_________________________________________________。
类囊体(薄)膜
叶绿素和类胡萝卜素
吸收、传递和转换光能
水
NADP+
转运至类囊体膜内(类囊体腔内)
消耗
为光反应中ATP的合成过程提供能量
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(2021重庆高考)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜
B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH
C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节
答案:A
解析:水光解产生的O2的场所是叶绿体的类囊体膜上,若被有氧呼吸利用,其场所在线粒体内膜,O2从叶绿体类囊体膜开始,穿过叶绿体2层膜,然后进入同一细胞中的线粒体,经过外膜后就到达了内膜,所以至少要穿过3层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;由图可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节,D项正确。
不同的植物,暗反应的过程不一样,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。
2.二氧化碳固定途径的多样性和适应性
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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。
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。
2.二氧化碳固定途径的多样性和适应性
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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。
2.二氧化碳固定途径的多样性和适应性
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
C4植物的叶片结构
2.二氧化碳固定途径的多样性和适应性
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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。
CAM植物两次固定在时间上分开:
在晚上固定CO2,在白天同化CO2。
2.二氧化碳固定途径的多样性和适应性
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(1)C4植物光反应发生在叶肉细胞的________________ 上,而CO2固定发生在________________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________________。暗反应阶段中 C3的还原在________________细胞中完成。
(3)与水稻、小麦等 C3植物相比,C4植物的 CO2的补偿点较___________。高温、干旱时C4植物还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)如果白天适当提高CO2浓度,景天科植物的光合作用速率变化是________________ (填“增加”“降低”或“基本不变”)。
答案:(1)叶绿体类囊体薄膜　叶肉细胞和维管束鞘　(2)CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)　维管束鞘　
(3)低　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)不能　没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH　
(5)基本不变
(2022全国高考甲卷)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　　　　　　　　　　　　　　　(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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(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　。
答案:(1)ATP、NADPH和O2　
(2)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)干旱导致植物气孔开度减小,叶片吸收的CO2减少;C4植物的CO2补偿点比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(答案合理即可)
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,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:
3.光呼吸
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
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。
3.光呼吸
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(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:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)研究发现,光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中,常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的,请分析并解释其原理:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(从光合作用原理和Rubisco催化反应特点两个方面作答)。
3.光呼吸
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
答案:(1)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酸的反应加强
(2)CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行,进而提高光合作用强度,同时还可促进Rubisco酶催化更多的C5与CO2结合,减少C5与O2的结合,从而降低光呼吸速率
3.光呼吸
四.二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链【考点讲解】
(2021山东高考)光照条件下,叶肉细胞中的 O2与 CO2 竞争性结合 C5,O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示,SoBS 溶液处理对叶片细胞呼吸的影响忽略不计。请回答下列问题。
(1)光呼吸中 C5与 O2 结合的反应发生在叶绿体的　　　　　　　中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片 CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)与未喷施 SoBS 溶液相比,喷施 100 mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度　　　　　(填“高”或“低”),据表分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在　　　　　mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案:(1)基质　光照停止,产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多　
(2)低　喷施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等　
(3)100~300
解析:(1)C5位于叶绿体基质中,则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照,则光反应产生的ATP、NADPH减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点,与对照组相比,喷施100 mg/L SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时,在更低的光照强度下,两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物,但光呼吸会释放CO2,补充光合作用的原料,适当抑制光呼吸可以增加作物产量,由表可知,在 SoBS溶液浓度为200 mg/L时光合作用强度与光呼吸强度差值最大,即光合产量最大,为了进一步探究SoBS溶液的最适喷施浓度,应在100~300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。

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