人教生物二轮专题复习微专题课件：专题2 细胞的代谢 (4)光合作用和细胞呼吸的其他途径(共42张PPT)

(共42张PPT)
真题测评·试能力
1.(2022·山东高考)植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是 (　 )
专题2 细胞的代谢
(四)　光合作用和细胞呼吸的其他途径
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下，利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
答案：C　
解析：根据题意，磷酸戊糖途径产生的是NADPH，而有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH，两者是不同的物质，A正确；
有氧呼吸是葡萄糖彻底氧化分解释放能量的过程，而磷酸戊糖途径产生了多种中间产物，中间产物还进一步生成了其他有机物，所以葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量比有氧呼吸少，B正确；
用14C标记的葡萄糖只能追踪含有碳元素的物质，所以无法追踪到磷酸戊糖途径中各产物的生成，例如H＋、H2O，C错误；
磷酸戊糖途径的中间产物可生成氨基酸和核苷酸等，所以受伤组织修复过程所需要的原料可以由该途径的中间产物转化生成，D正确。
2.(2022·江苏高考)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题：
(1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有____________
(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是________________________________________。
(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的____________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于____________________________。
②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是____________________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过________________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的____________价值。
解析：(1)类囊体膜上发生的反应有水光解产生[H]与氧气，以及ATP和NADPH的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反应的主要色素是叶绿素a和叶绿素b。
(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)①曲线a,0～t1时段没有光照，所以CO2由细胞呼吸产生；t1～t2时段有光照，所以CO2是由细胞呼吸和光呼吸共同产生。②曲线b有光照后，t1～t2时段，室内CO2浓度下降，到达t2点后不再改变，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。
(4)图Ⅲ代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸(进而产生CO2，提高CO2浓度，并为光合作用提供原料)降低了光呼吸，提高了植株生物量，该科学研究工作体现了遗传多样性的直接价值。
答案：(1)①⑥　叶绿素a和叶绿素b　(2)过氧化氢　(3)①光呼吸和细胞呼吸　②光合作用强度等于细胞呼吸强度和光呼吸强度　(4)将乙醇酸转化为苹果酸(进而产生CO2，提高CO2浓度，并为光合作用提供原料)　直接
3.(2023·湖南高考)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(K越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是__________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成__________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过____________长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是___________________________________________________
________________________(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_________________
____________________________________________ (答出三点即可)。
解析：(1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但C3的还原过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3 磷酸甘油酸，然后直接被NADPH还原成3 磷酸甘油醛。3 磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖可以进入筛管， 再通过韧皮部运输到植株各处。
(2)干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。
(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，只是提高了叶绿体中CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响，则在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是水稻中相关酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制；也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
答案：(1)3 磷酸甘油醛　蔗糖　维管组织(或韧皮部的筛管)　(2)高于　高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸　(3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
深化学习·提素养
1.理清高等植物固定CO2三条途径的关系，构建解答“固定CO2类”题目的思维模型
(1)C3途径、C4途径和景天酸代谢(CAM)途径是高等植物光合作用固定CO2的三条途径。C3途径存在于所有绿色植物中，是把C同化为糖类的过程；C4和CAM途径则只能固定CO2，为一定环境条件下(低O2、高温干旱)C3途径的进行提供了保证。
(2)碳同化的多条途径，增强了植物对环境的适应能力。C3途径是碳同化的基本途径，C4和CAM植物形成碳水化合物除了分别需要C4途径和CAM途径外，最终还需要C3途径。
(3)在碳同化特性上，CAM与C4植物相似，都有PEP羧化酶，需要两次羧化反应固定CO2。只是固定CO2与生成光合作用产物在时间、空间上有差异，C4植物在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。CAM植物则在晚上固定CO2，在白天同化CO2。
2.辨析光呼吸与细胞呼吸的关系，构建解答“光呼吸类”题目的思维模型
(1)光呼吸与CO2固定
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，在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：
(2)表格法比较光呼吸与细胞呼吸的区别
光呼吸 细胞呼吸
底物 底物是光照下叶绿体中新形成的某种物质，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，也可以是之前储存的
场所 只发生在光合细胞中，在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体协同作用下进行 所有活细胞中都可以进行
光呼吸 细胞呼吸
条件 光下，O2/CO2的值相对高时 有氧、无氧都可进行，光下、暗处都可进行
意义 CO2供应不足时，通过消耗过多的NADPH和ATP，以避免对细胞造成伤害 为生命活动提供直接能源物质ATP
续表
[答案]　A
[解析]　C5在叶绿体基质中生成，所以C5和O2的结合发生在叶绿体中，A错误；
GCGT支路中，甘油酸可转化为PGA，进而将碳重新回收进入卡尔文循环，B正确；
GCGT支路中，H2O2可被分解为H2O和O2，有利于减少其对叶绿体的损害，C正确；
GCGT支路可以与光呼吸竞争乙醇酸，GCGT支路物质转化较为直接，有利于降低光呼吸消耗从而提高光合速率，D正确。
[例2]　(2023·内江一模)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。在适宜温度、水分和一定的光照强度下，测得两类植物CO2的吸收速率随大气CO2浓度变
化的情况，绘制成如图所示的曲线(CO2补偿点时的光合速率与呼吸速率相等)。
下列有关叙述正确的是 (　 )
A.在大气CO2浓度达到补偿点后，C3植物和C4植物开始进行光合作用
B.在大气CO2浓度达到饱和点后，限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度
C.图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用制造的有机物一样多
D.干旱会导致气孔开度减小，在同等程度干旱条件下，C3植物比C4植物生长得更好
[答案]　B
[解析]　在大气CO2浓度达到补偿点前，C3植物和C4植物已经开始了光合作用，A错误；
图中曲线是在最适温度下测得，在大气CO2浓度达到饱和点后，限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度，B正确；
图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用积累的有机物一样多，C错误；
由图可知，在低CO2浓度的情况下，C4植物净光合速率大于C3植物，则在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得更好，D错误。
考法训练·融会通
1.(2023·临沂高三一模)我国科学家在国际上首次实现CO2到淀粉的从头合成。图中C1模块是用无机催化剂把CO2还原为甲醇，C3模块是将甲醇转换为C3，C6模块是用C3合成为C6，Cn模块是将C6再聚合成为淀粉。下列叙述错误的是(　 )
A.图中由CO2到GAP的过程相当于叶绿体中CO2的固定
B.由GAP到G -6- P的过程在叶绿体内需要NADPH作还原剂
C.Cn模块合成淀粉的过程伴随着水的生成
D.在固定等量CO2的情况下,该人工途径比植物光合作用积累淀粉的量少
答案：D　
解析：分析题图可知，图中由CO2到GAP (C3) 的过程在叶绿体中相当于暗反应中CO2的固定过程，A正确；
由GAP到G - 6 -P的过程相当于C3被还原的过程，该过程所需的还原剂是光反应产物NADPH，B正确；
Cn模块将C6再聚合成为淀粉，合成淀粉的过程是脱水缩合过程，伴随着水的生成，C正确；
在植物体中，进行光合作用产生淀粉的同时，也进行细胞呼吸消耗淀粉，而在人工途径中只模拟光合作用过程，没有细胞呼吸消耗，因此在固定等量CO2的情况下，该人工途径比植物光合作用积累淀粉的量多，D错误。
2.(2023·深圳高三调研)有研究表明，大气中CO2浓度上升会促进C3植物(如小麦、水稻等)的光合速率，但对C4植物(如玉米、甘蔗等)的光合速率未产生明显的促进作用。当光照强度持续增加，C3植物光合速率不再增加，C4植物仍可增加。(注：光合作用时，CO2首先被固定在C4中，然后才转移到C3中，这类植物称为C4植物；CO2直接固定在C3中的植物称为C3植物)。下图为C4植物光合作用过程示意图。回答下列问题。
(1)植物光合作用的光反应在叶肉细胞的________________(具体部位)发生，产生的________________(具体物质)为卡尔文循环提供能量。
(2)根据题干推测，在一般条件下，C4植物的CO2饱和点(光合速率不再随CO2增加而增加时的最低CO2浓度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物，其光饱和点(光合速率不再随光照强度增加而增加时的最小光照强度)________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物。
(3)大气中CO2浓度上升能够促进C3植物光合作用效率，但对C4植物无明显影响。据图分析可能的原因是___________________
________________________________________________________。
(4)有人认为干旱环境对C4植物光合作用的影响比C3植物小，请设计实验验证这一结论，写出实验思路和预期结果(检测方法不作要求)。
①实验思路：_________________________________________
_____________________________________________________。
②预期结果：_________________________________________。
解析：(1)光合作用的光反应发生在叶绿体中的类囊体薄膜上；光反应产生的ATP和NADPH可以为卡尔文循环提供能量。
(2)大气中CO2浓度上升会促进C3植物的光合速率，但对C4植物的光合速率未产生明显的促进作用，说明C4植物的CO2饱和点小于C3植物；当光照强度持续增加， C3植物光合速率不再增加， C4植物仍可增加，说明C4植物的光饱和点大于C3植物。
(3)C4植物进行光合作用时，CO2首先与PEP结合，被固定在C4中，然后才转移到C3中，故推测大气中CO2浓度上升能够促进C3植物光合作用效率，但无法促进C4植物叶绿体内PEP含量增加或PEP转化为C4的酶活性升高，导致C4植物叶绿体内PEP含量相对较少或PEP转化为C4的酶活性相对较低。
(4)本实验为验证干旱环境对C4植物光合作用的影响比C3植物小，实验思路为将长势相同的C3植物与C4植物置于同样的干旱环境中培养，一段时间后检测两种植株的生长情况。预期结果为C4植物的生长量大于C3植物。
答案：(1)叶绿体中的类囊体薄膜上　ATP和NADPH　(2)小于　大于　(3)CO2浓度上升无法促进C4植物叶绿体内PEP含量增加或PEP转化为C4的酶活性升高，导致C4植物叶绿体内PEP含量相对较少或PEP转化为C4的酶活性相对较低　(4)①将长势相同的C3植物与C4植物置于同样的干旱环境中培养，一段时间后检测两种植株的生长情况　②C4植物的生长量大于C3植物
3.光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和O2/CO2值异常的情况下发生的一个生理过程，该过程借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成(如图所示)，是光合作用伴随的一个损耗能量的副反应。光呼吸过程中会消耗O2，并且生成CO2。光呼吸损耗的能量大约是光合作用储备能量的30%。回答下列问题：
(1)“Rubisco”可能是一种双功能酶，结合上图加以说明：__________________________________________________________________________________________________________________。
若植物光合作用过程中的光呼吸强度大于光合作用强度，推测此时的O2/CO2值________(填“高”或“低”)，在该比值情况下，葡萄糖的生成量会减少，原因是_______________________________
_________________________________________________________。
(2)据图可知，光合作用与光呼吸都利用了________为原料，光呼吸发生的场所是________________________________________。
(3)光呼吸与有氧呼吸都冠以“呼吸”二字，二者的“共同”之处表现在_________________________________________________。
(4)利用塑料大棚种植瓜果蔬菜时，从增产的角度考虑，可以采取的措施有_____________________________________________
________________________________________________(答出两点)。
答案：(1)该酶既能催化物质C5和CO2反应，也能催化物质C5和O2反应　高　O2浓度升高时，O2与C5结合增多，减少了暗反应过程中C3化合物的含量，使得暗反应速率下降，葡萄糖生成量减少　(2)C5(或五碳化合物)　叶绿体基质和线粒体　(3)光呼吸过程与有氧呼吸过程都消耗O2并生成CO2　(4)提高塑料大棚内CO2的浓度；适当提高光照强度；夜间降低温度，减少细胞呼吸消耗；降低光呼吸过程(答出两点即可)