通用版高考生物学一轮复习专题练2 二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链(含解析）
文档属性
| 名称 | 通用版高考生物学一轮复习专题练2 二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链(含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 594.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-10-20 10:28:14 | ||
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文档简介
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通用版高考生物学一轮复习
专题练2 二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链
一、不定项选择题
1.(2025山东济宁模拟)如下图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时,细胞利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-,经传递到达D结合H+后生成NADPH
C.物质F浓度降低至原浓度一半时,短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
二、非选择题
2.(2023湖南)如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(Km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3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3点即可)。
3.(2024福建福州三模)当光照强度大于光饱和点时,常引起光抑制或光损伤。科研人员探究了小球藻对光照强度的生理响应变化及机制。光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成,如图所示。
(1)位于类囊体薄膜上的光系统是由蛋白质和 组成的复合体。适宜环境下,光反应中H2O裂解释放的电子(e-)经过一系列传递,最终被 接受,该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的 。
(2)强光会造成叶绿体内电子积累导致活性氧(ROS,一种自由基)大量增加,请用自由基学说解释强光下小球藻光合作用降低的原因: 。
(3)强光下,图示中e-的转移途径为e-→NADP+→ (氧化剂),从而解除了光抑制。从细胞外收集亚铁氰化钾,为未来清洁能源的开发提供了思路,从能量转换角度分析其原因是 。
4.(2024黑吉辽)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3,当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中的主要物质变化如图1所示。
在叶绿体中:C5+CO22C3 ①
C5+O2C3+C2 ②
在线粒体中:2C2+NAD+C3+CO2+NADH+H+ ③
注:C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。
图1
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3所示。图2中植物光合作用所需CO2的来源除了有外界环境,还有 和 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT的净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 。
图2
图3
参考答案
1.ABD 由图可知,C、E可用于C3的还原,故E是NADPH,B是ADP和Pi,C是ATP。当H+顺浓度梯度经过Z蛋白运输时,利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP,即B物质被用来合成了C物质,A项正确。叶绿素分子中被光激发的电子,经传递到达D(NADP+)同时结合H+合成E,即NADPH,B项正确。物质F是CO2,CO2浓度降低至原浓度一半时,短时间内CO2的固定速率降低,但C3的还原速率基本不变,故C5的含量将升高,C项错误。由题意可知,“PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤”,降低Z蛋白的活性会减少H+向外运输,阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱,进而抑制光反应ATP和NADPH的合成,由于Z蛋白的活性与ATP合成有关,因此ATP合成减少也会导致H+外运减少,因此降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都会使H+向外运输减少,类囊体腔内H+浓度增大,从而有利于PSBS发挥功能,防止强光对植物细胞造成损伤,D项正确。
2.答案 (1)3-磷酸甘油醛 蔗糖 韧皮部
(2)高于 高光照强度环境下,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酶更大;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;水稻体内光合色素的量有限
解析 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然CO2的来源不同,但其卡尔文循环的过程是相同的,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,蔗糖是植物长距离运输的主要糖类,通过韧皮部运输。(2)干旱、高光照强度会导致植物气孔关闭,植物吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力较大,可以利用低浓度的CO2进行光合作用,同时抑制植物的光呼吸,且玉米能将叶绿体内的光合产物及时转移出细胞。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞,只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度,而植物的光合作用强度受到很多因素的影响。在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高,其原因可能是水稻的酶活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物质含量的限制,水稻体内光合色素的量有限等。
3.答案 (1)光合色素 NADP+ C3的还原
(2)强光下产生的活性氧(ROS)攻击磷脂、蛋白质等生物大分子,造成类囊体破坏、光合作用相关酶活性下降
(3)铁氰化钾 铁氰化钾被还原为亚铁氰化钾的过程吸收了外溢电子的能量,将部分太阳能转化为化学能
解析 (1)位于类囊体薄膜上的光系统是由蛋白质和光合色素组成的复合体。由图示可知,光反应H2O裂解释放的电子经过一系列传递,最终被NADP+接受,该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的C3的还原。(2)强光下小球藻光合作用降低的原因是强光下产生的活性氧(ROS)攻击磷脂、蛋白质等生物大分子,造成类囊体破坏、光合作用相关酶活性下降。(3)强光下,图示中e-的转移途径为e-→NADP+→铁氰化钾,铁氰化钾被还原为亚铁氰化钾的过程吸收了外溢电子的能量,将部分太阳能转化为化学能,从而解除了光抑制。
4.答案 (1)CO2的固定
(2)细胞质基质 线粒体基质(两空答案可对调)
(3)光呼吸 细胞呼吸(两空答案可对调) 株系1和2导入了改变光呼吸的基因,光呼吸强度发生改变,因为光呼吸能将已经同化的碳释放,故株系1和2与WT的净光合速率产生差异 不能 除了净光合速率,总光合速率还与呼吸速率、光呼吸速率有关,从图3无法得出呼吸速率和光呼吸速率,所以不能计算出株系1的总光合速率
(4)在相同光照强度和CO2浓度下,株系1与株系2和WT相比,株系1的净光合速率最大
解析 (1)由反应式①可知,这个过程在叶绿体基质中进行,称为CO2的固定。(2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(3)由题干可知,光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程,再根据题图2和题图3可以判断出净光合速率的大小与光照强度以及CO2浓度的关系,从而进行作答。(4)由题图2可知,在相同光照条件下,株系1的净光合速率最大;由题图3可知,在相同CO2浓度下,株系1的净光合速率最大。
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专题练2 二氧化碳固定、光呼吸、光系统及电子传递链
一、不定项选择题
1.(2025山东济宁模拟)如下图是光合作用过程示意图(字母代表物质),PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是( )
A.H+经过Z蛋白外流的同时,细胞利用B物质来合成C物质
B.叶绿素分子中被光激发的e-,经传递到达D结合H+后生成NADPH
C.物质F浓度降低至原浓度一半时,短时间内C5的含量将降低
D.降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能
二、非选择题
2.(2023湖南)如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(Km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3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3点即可)。
3.(2024福建福州三模)当光照强度大于光饱和点时,常引起光抑制或光损伤。科研人员探究了小球藻对光照强度的生理响应变化及机制。光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成,如图所示。
(1)位于类囊体薄膜上的光系统是由蛋白质和 组成的复合体。适宜环境下,光反应中H2O裂解释放的电子(e-)经过一系列传递,最终被 接受,该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的 。
(2)强光会造成叶绿体内电子积累导致活性氧(ROS,一种自由基)大量增加,请用自由基学说解释强光下小球藻光合作用降低的原因: 。
(3)强光下,图示中e-的转移途径为e-→NADP+→ (氧化剂),从而解除了光抑制。从细胞外收集亚铁氰化钾,为未来清洁能源的开发提供了思路,从能量转换角度分析其原因是 。
4.(2024黑吉辽)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3,当CO2/O2的值低时,C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中的主要物质变化如图1所示。
在叶绿体中:C5+CO22C3 ①
C5+O2C3+C2 ②
在线粒体中:2C2+NAD+C3+CO2+NADH+H+ ③
注:C2表示不同种类的二碳化合物,C3也类似。
图1
光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同,以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,测定净光合速率,结果如图2、图3所示。图2中植物光合作用所需CO2的来源除了有外界环境,还有 和 (填生理过程)。7~10时株系1和2与WT的净光合速率逐渐产生差异,原因是 。据图3中的数据 (填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率,理由是 。
(4)结合上述结果分析,选择转基因株系1进行种植,产量可能更具优势,判断的依据是 。
图2
图3
参考答案
1.ABD 由图可知,C、E可用于C3的还原,故E是NADPH,B是ADP和Pi,C是ATP。当H+顺浓度梯度经过Z蛋白运输时,利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP,即B物质被用来合成了C物质,A项正确。叶绿素分子中被光激发的电子,经传递到达D(NADP+)同时结合H+合成E,即NADPH,B项正确。物质F是CO2,CO2浓度降低至原浓度一半时,短时间内CO2的固定速率降低,但C3的还原速率基本不变,故C5的含量将升高,C项错误。由题意可知,“PSBS是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活,激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,防止强光对植物细胞造成损伤”,降低Z蛋白的活性会减少H+向外运输,阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱,进而抑制光反应ATP和NADPH的合成,由于Z蛋白的活性与ATP合成有关,因此ATP合成减少也会导致H+外运减少,因此降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都会使H+向外运输减少,类囊体腔内H+浓度增大,从而有利于PSBS发挥功能,防止强光对植物细胞造成损伤,D项正确。
2.答案 (1)3-磷酸甘油醛 蔗糖 韧皮部
(2)高于 高光照强度环境下,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酶更大;玉米能通过PEPC酶生成C4,使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境,抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物质含量的限制;水稻体内光合色素的量有限
解析 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然CO2的来源不同,但其卡尔文循环的过程是相同的,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,蔗糖是植物长距离运输的主要糖类,通过韧皮部运输。(2)干旱、高光照强度会导致植物气孔关闭,植物吸收的CO2减少,而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力较大,可以利用低浓度的CO2进行光合作用,同时抑制植物的光呼吸,且玉米能将叶绿体内的光合产物及时转移出细胞。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞,只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度,而植物的光合作用强度受到很多因素的影响。在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高,其原因可能是水稻的酶活性已经达到最大,对CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物质含量的限制,水稻体内光合色素的量有限等。
3.答案 (1)光合色素 NADP+ C3的还原
(2)强光下产生的活性氧(ROS)攻击磷脂、蛋白质等生物大分子,造成类囊体破坏、光合作用相关酶活性下降
(3)铁氰化钾 铁氰化钾被还原为亚铁氰化钾的过程吸收了外溢电子的能量,将部分太阳能转化为化学能
解析 (1)位于类囊体薄膜上的光系统是由蛋白质和光合色素组成的复合体。由图示可知,光反应H2O裂解释放的电子经过一系列传递,最终被NADP+接受,该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的C3的还原。(2)强光下小球藻光合作用降低的原因是强光下产生的活性氧(ROS)攻击磷脂、蛋白质等生物大分子,造成类囊体破坏、光合作用相关酶活性下降。(3)强光下,图示中e-的转移途径为e-→NADP+→铁氰化钾,铁氰化钾被还原为亚铁氰化钾的过程吸收了外溢电子的能量,将部分太阳能转化为化学能,从而解除了光抑制。
4.答案 (1)CO2的固定
(2)细胞质基质 线粒体基质(两空答案可对调)
(3)光呼吸 细胞呼吸(两空答案可对调) 株系1和2导入了改变光呼吸的基因,光呼吸强度发生改变,因为光呼吸能将已经同化的碳释放,故株系1和2与WT的净光合速率产生差异 不能 除了净光合速率,总光合速率还与呼吸速率、光呼吸速率有关,从图3无法得出呼吸速率和光呼吸速率,所以不能计算出株系1的总光合速率
(4)在相同光照强度和CO2浓度下,株系1与株系2和WT相比,株系1的净光合速率最大
解析 (1)由反应式①可知,这个过程在叶绿体基质中进行,称为CO2的固定。(2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(3)由题干可知,光呼吸将已经同化的碳释放,且整体上是消耗能量的过程,再根据题图2和题图3可以判断出净光合速率的大小与光照强度以及CO2浓度的关系,从而进行作答。(4)由题图2可知,在相同光照条件下,株系1的净光合速率最大;由题图3可知,在相同CO2浓度下,株系1的净光合速率最大。
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