2022届高考生物一轮复习微专题一总光合速率净光合速率呼吸速率的辨析与测定学案新人教版

这是一份2022届高考生物一轮复习微专题一总光合速率净光合速率呼吸速率的辨析与测定学案新人教版，共21页。学案主要包含了情境应用等内容，欢迎下载使用。
在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2的增加量、CO2的减少量或有机物的增加量,用于表示净光合速率,而总光合速率=净光合速率+呼吸速率。
注:若试题以坐标曲线形式出现,光照强度为0时,CO2的释放量或O2的吸收量为呼吸速率;如果光合速率数值有负值,则为净光合速率。
【典例1】(2020浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中AB段对应的关系相似
2.常考曲线分析
甲A点:黑暗条件下细胞呼 吸所释放的CO2量B点:光补偿点C点:光饱和点x:净光合作用强度y:总光合作用强度
乙曲线a:总光合作用强度曲线b:细胞呼吸强度ab间的差值(a-b):净光合作用强度或有机物积累量交点F:总光合作用强度=细胞呼吸强度(此时净光合速率=0,植物不能生长)
丙曲线c:净光合作用强度曲线d:细胞呼吸强度c+d:总光合作用强度交点G:净光合作用强度=细胞呼吸强度(此时植物仍能生长,曲线c与横轴相交时,净光合作用量降为0,植物不能生长)
注:总光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点表示光合作用速率=细胞呼吸速率,但不要认为净光合作用速率曲线与细胞呼吸速率曲线的交点也表示光合作用速率=呼吸作用速率,此时总光合作用速率是细胞呼吸速率的两倍。
【典例2】(2020山东临沂一模)温度对植物光合作用的不利影响包括低温和高温,低温又可分为冷害和冻害两种。冷害通常是指在1~12 ℃以下植物所遭受的危害;冻害是指温度在0 ℃以下,引起细胞结冰而使植物受到伤害。大豆植株光合作用、细胞呼吸与温度的关系如图,A~D点分别表示曲线中不同的交点。回答下列问题。
(1)净光合速率是指 。图中A点和 点对应,在0~25 ℃范围内,光合速率明显比呼吸速率升高得快,说明 。
(2)(多选)在0~10 ℃,大豆植株的光合速率明显下降,可能原因是( )
A.低温引起叶片的部分气孔关闭,造成CO2供应不足
B.低温降低酶的活性,使CO2的固定和还原速率显著下降
C.暗反应过程受阻,不能为光反应及时供应原料,阻碍了光反应进行
D.低温环境使植物接收更多光能维持体温,光合作用利用的光能减少
E.光合产物运输速率下降,致使在叶肉细胞积累,反过来抑制光合作用
F.低温使细胞质流动性减弱,不利于叶绿体调整方向充分接受光照
G.低温降低了生物膜的流动性,影响物质运输使光合作用减弱
(3)当温度高于30 ℃时,大豆植株光合速率随温度升高明显下降的主要原因是 (至少答出两点)。
(4)在其他条件适宜情况下,探究适合大豆植株生长的最适温度。请简要写出实验设计思路和预期结果。
3.气体体积变化法——测光合作用产生O2(或消耗CO2)的体积
(1)装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时,NaOH溶液可吸收容器中的CO2;在测净光合速率时,NaHCO3溶液可提供CO2,以保证容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理
①在黑暗条件下,甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率。
②在光照条件下,乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。
③总光合速率=净光合速率+呼吸速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定的时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下相同时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率计算得到总光合速率。
(4)物理误差的校正:为减小气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
【典例3】(2020山东淄博模拟)如图1,将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内,在室内调温25 ℃,给予恒定适宜的光照60 min,然后遮光处理60 min。全程用CO2传感器测定钟罩内CO2浓度的变化,得到图2曲线。据图回答下列各题。
(1)若要获得小麦的总光合速率, (填“需要”或“不需要”)另设对照组。0~60 min小麦的总光合速率为 μml CO2/(L·h)。
(2)实验10 min时,小麦叶肉细胞进行光合作用所需CO2的来源是 。在停止光照后,短时间内叶绿体内C3的含量 。
4.“黑白瓶”——测透光、不透光两瓶中O2的剩余量
“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量,“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下:①总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸消耗量(强度);②在有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量,白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量,两者之和为总光合作用量;③没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总光合作用量。
【典例4】(2019全国Ⅱ)回答下列与生态系统相关的问题。
(1)在森林生态系统中,生产者的能量来自 ,生产者的能量可以直接流向 (答出2点即可)。
(2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内 ;C与B的差值表示这段时间内 ;A与B的差值表示这段时间内 。
5.“半叶法”——测光合作用有机物的产生量
半叶法的原理:植物进行光合作用形成有机物,而有机物的积累可使叶片单位面积的干重增加,但是,叶片在光下积累光合产物的同时,还会通过输导组织将同化物运出,从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差,必须将待测叶片的一半遮黑,测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值,作为同化物输出量(和呼吸消耗量)的估测值。
“改良半叶法”采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞,以防止光合产物从叶中输出(这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐向叶片的输送),仅用一组叶片,且无须将一半叶片遮黑,就能达到实验目的,既简化了实验过程,又提高了测定的准确性。
【典例5】某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6 〔g/(cm2·h)〕(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是( )
A.下午4时后将整个实验装置遮光3 h
B.下午4时后将整个实验装置遮光6 h
C.下午4时后在阳光下照射1 h
D.晚上8时后在无光下放置3 h
学科素养达成评价
情境探究一 激酶
激酶是一类从高能供体分子转移磷酸基团到特定靶分子(底物)的酶,这一过程称为磷酸化。一般而言,磷酸化的目的是“激活”或“能化”底物分子,增大它的能量。“激酶”的本意指的是使底物分子“激动”的酶,所以一般指从一个核苷三磷酸转移磷酸基至受体分子的酶,底物分子通过这个磷酸基的转移获得能量而被激活(变得更不稳定)。下图为人体激素A作用于靶细胞的机理示意图。
(1)上文中“高能供体分子”可能指的是什么物质?有同学认为:“高能供体分子”就是含有的能量多的化合物。你认同这个观点吗?
(2)“激酶”的底物分子被“激活”或“能化”的方式是什么?
(3)磷酸化可使蛋白质的活性发生变化,直接原因是什么?
【情境应用】
ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列说法错误的是( )
A.ATP推动细胞做功,存在吸能反应与放能反应过程
B.磷酸化的蛋白质做功,失去的能量主要用于再生ATP
C.ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应
D.肌肉在收缩过程中,肌肉中的能量先增加后减少
情境探究二 丙酮酸和H2O在线粒体中彻底分解
在真核细胞中,丙酮酸是在线粒体基质中氧化分解的。1分子丙酮酸(化学式C3H4O3)首先脱去1分子CO2和部分[H],生成1分子C2化合物。该化合物再经过多种形式的转化,最终产生2分子CO2。后来科学家发现,向鸽子胸肌悬浮液中加入柠檬酸(C6化合物)、α- 酮戊二酸(C5化合物)、琥珀酸(C4化合物)和草酰乙酸(C4化合物)等有机酸,都能大大提高丙酮酸的氧化分解速率,而且线粒体中存在柠檬酸→α- 酮戊二酸→琥珀酸→草酰乙酸的反应途径。如果向悬浮液中加入一种能与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶的物质,阻断琥珀酸向草酰乙酸的转化,则琥珀酸堆积,丙酮酸的氧化分解停止。令科学家意外的是,在这一情况下向悬浮液中加入草酰乙酸,也会使琥珀酸的堆积量增加。
(1)根据上述实验结果可以推测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”途径还是“直链状”途径?请尝试用箭头和文字构建此途径。
(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。
【情境应用】
线粒体中的琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢,脱下的氢可将蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白。丙二酸与琥珀酸结构相似,可与琥珀酸脱氢酶结合,但不会脱氢。为探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用,进行实验设计。下列叙述不合理的是( )
A.实验假设:丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用
B.实验取材:大白鼠心肌细胞含有较多的线粒体,可从其研磨液中提取琥珀酸脱氢酶
C.实验分组:对照组加琥珀酸、实验组加丙二酸,两组都加入甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶
D.观察指标:蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短
情境探究三 [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。
(1)[H]氧化过程中释放的电子和H+的最终受体是什么物质?
(2)线粒体内膜在生成ATP的过程中起什么作用?
(3)资料中的蛋白质A对应米切尔假说中的什么物质?
【情境应用】
下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图,PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子的传递,PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质,其中PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中,图中实线为电子的传递过程,虚线为H+的运输过程,ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成,在进行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题。
(1)分析图中电子传递的整个过程可知,最初提供电子的物质为 ,最终接受电子的物质为 。
(2)光反应产生的氧气去向是 。图中用于暗反应的物质是 。
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差,图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有
。
(4)研究发现,叶绿素中含有镁元素,PSⅠ中含铁元素,PC中含铜元素,PSⅡ中含锰元素,由此推测,通过 可防止光合作用的效率降低。
情境探究四 C4植物和C3植物的光合作用
植物在高温、强光照和干旱环境的条件下气孔是关闭的,C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用,C3植物则不能。常见的C3植物有菠菜、水稻、小麦等,常见的C4植物有玉米、甘蔗等。
在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中,叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸,然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径),再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用,提高了C4植物利用CO2的能力。
(1)若用放射性同位素14C标记大气中的CO2,则在C4植物中14C的转移途径是什么?最终是在什么细胞中合成淀粉的?
(2)试解释C4植物能在干旱热带地区生存的原因。
(3)已知C4途径中的关键酶PEP羧化酶对CO2的亲和力是C3途径中的关键酶Rubisc对CO2亲和力的60倍,据此比较分析晴朗的夏季正午C3植物和C4植物光合作用强度会有何差异?理由是什么?
【情境应用】
很多植物体内只有一条固定CO2的途径,即卡尔文循环,也称为C3途径,这样的植物被称为C3植物;还有一些植物如玉米、甘蔗除了具有C3途径外,还有另外一条固定CO2的途径,即C4途径,这样的植物被称为C4植物,如下图所示。C4途径起到了“CO2泵”的作用,能将叶肉细胞周围低浓度的CO2聚集到维管束鞘细胞叶绿体内形成高浓度的CO2进行高效的光合作用。C3植物叶肉细胞含有大量叶绿体,维管束鞘细胞不含叶绿体;C4植物叶肉细胞有正常的叶绿体,维管束鞘细胞含有没有基粒的叶绿体,进行光合作用时叶肉细胞叶绿体内无淀粉合成,维管束鞘细胞叶绿体内有大量淀粉合成。请回答下列问题。
C4植物固定CO2的途径
(1)C3植物和C4植物体内固定CO2的物质分别是 、 。C3植物和C4植物叶片内进行光合作用的细胞分别是 、 。
(2)研究发现,C4途径固定CO2的酶比C3途径固定CO2的酶对CO2的亲和力高60多倍,据此推测C3植物和C4植物比较,CO2补偿点较低的是 ,中午因温度较高气孔关闭,对光合作用影响较小的是 。
(3)将C3植物和C4植物黑暗处理24 h,再进行一小段时间的光照,经脱色处理后,再用碘液对C3植物和C4植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞染色,出现蓝色的细胞有 。
微专题(一) 总光合速率、净光合
速率、呼吸速率的辨析与测定
典例1A 测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率,而分离得到的叶绿体的光合速率,就是总光合速率,A项正确;破碎叶绿体,其叶绿素释放出来,被破坏,导致消耗二氧化碳减少,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏小,B项错误;若该植物较长时间处于遮阴环境,光照不足,光反应减弱,影响碳反应速率,蔗糖合成一直较少,C项错误;若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣,在叶片积累,光合速率下降,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似,D项错误。
典例2答案(1)绿色植物单位时间内单位叶面积有机物的积累量(或单位时间内光合作用生成有机物的量与细胞呼吸消耗有机物的量之差) B 此温度范围内随温度的升高,光合作用酶的活性比细胞呼吸酶的活性增加得更快、活性更高,对光合作用的影响更大 (2)ABCEFG (3)高温引起催化光合作用的酶活性降低,甚至变性破坏;高温下蒸腾速率增高,导致气孔关闭,使CO2供应不足;高温导致叶绿体结构变化,甚至受损等 (4)实验思路:取生长状况相同的健壮大豆植株若干,均分成5~6个实验组,分别置于20~30 ℃范围内的一系列温度梯度下、其他条件相同且适宜的环境中培养,测量不同温度下的CO2吸收量(或干物质的增加量),根据测量结果判断最适温度所在的温度区间,然后缩小温度梯度范围继续重复实验。预期结果:测得的CO2吸收量最高值对应的温度即为适合大豆植株生长的最适温度。
解析(1)净光合速率是指绿色植物单位时间内单位叶面积有机物的积累量,或单位时间内光合作用生成有机物的量与细胞呼吸消耗有机物的量之差。图中的A点表示净光合速率为零,即总光合速率与呼吸速率相等,和B点对应。光合作用和细胞呼吸所需的酶并不相同,它们的最适温度也不一样,在0~25℃范围内,光合速率比呼吸速率升高得快,说明此温度范围内随温度的升高,对光合作用的酶更适宜,光合作用酶的活性比细胞呼吸酶的活性增加得更快、活性更高,对光合作用的影响更大。(2)低温引起叶片的部分气孔关闭,从而导致CO2的供应量不足,使得光合速率下降,A项正确;低温使酶的活性降低,进而导致CO2的固定和还原速率降低,B项正确;暗反应通过为光反应提供ADP、Pi、NADP+等物质影响光反应速率,C项正确;植物的体温维持并非靠光能的分配来决定,D项错误;低温可能影响光合产物的运输,使光合产物积累,抑制光合作用的进行,E项正确;叶绿体呈椭球形或球形,正常情况下可以通过调整方向来改变受光面积,低温可以影响细胞质的流动,可能会影响叶绿体接受光能,F项正确;低温影响生物膜的流动性,影响对光合作用原料和产物的运输,进而抑制光合作用,G项正确。(3)高温环境对植物光合作用的影响是多方面的,可能是影响了相关酶的活性,或者是造成气孔关闭,影响CO2的供应,或者直接破坏了叶绿体的结构,使其受损。(4)本实验的目的是探究适合大豆植株生长的最适温度,所以实验自变量为温度,因变量可以用单位时间内CO2的吸收量或者有机物的积累量来表示,故实验思路为取生长状况相同的健壮大豆植株若干,均分成5~6个实验组,分别置于20~30℃范围内的一系列温度梯度下、其他条件相同且适宜的环境中培养,测量不同温度下的CO2吸收量(或干物质的增加量),根据测量结果判断最适温度所在的温度区间,然后缩小温度梯度范围继续重复实验。实验的预期结果为测得的CO2吸收量最高值对应的温度即为适合大豆植株生长的最适温度。
典例3答案(1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和胞外吸收 增多(或升高)
解析总光合速率=净光合速率(光照条件)+呼吸速率(黑暗条件)。由CO2浓度曲线可知,0~60min,光照条件下CO2浓度降低,小麦光合作用强度大于细胞呼吸强度;60~120min,黑暗条件下CO2浓度上升,小麦进行细胞呼吸。(1)由图2曲线可知,前60min测定的是净光合速率为1200μmlCO2/(L·h),后60min测定的是呼吸速率为400μmlCO2·L-1·h-1,则总光合速率=1200十400=1600〔μmlCO2/(L·h)〕。(2)实验10min时,光合作用强度大于细胞呼吸强度,植物表现为吸收CO2,此时植物光合作用所需CO2来源于外界环境和线粒体。光照停止,光反应停止,不再产生ATP和NADPH,短时间内,C5与CO2反应生成C3的速率不变;随着ATP、NADPH含量的减少,C3被还原成C5的速率下降,因此C3含量增多。
典例4答案(1)太阳能 初级消费者、分解者
(2)生产者净光合作用的放氧量 生产者光合作用的总放氧量 生产者呼吸作用的耗氧量
解析(1)在森林生态系统中,生产者主要是光能自养型的绿色植物,其能量来自太阳能。生产者固定的能量可以通过食物链流向初级消费者,通过枯枝败叶等流向分解者。(2)在不透光的玻璃瓶中,生产者只进行细胞呼吸,不进行光合作用。在透光的玻璃瓶中,生产者既进行光合作用,又进行细胞呼吸。生产者光合作用的总放氧量=生产者净光合作用的放氧量+生产者呼吸作用的耗氧量。A为水体初始溶氧量,处理后乙瓶中的O2含量(C)与A的差值为生产者净光合作用的放氧量;A与处理后甲瓶中的O2含量(B)的差值为生产者呼吸作用的耗氧量;C与B的差值,即(C-A)+(A-B),表示这段时间内生产者光合作用的总放氧量。
典例5A 叶圆片的起始干重为上午10时移走时的xg,从上午10时到下午4时,叶片在6h内既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去上午10时移走时的叶圆片干重(xg)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量:(y-x)g。若要求出细胞呼吸消耗的干物质量,应将叶片遮光处理,先假设叶片遮光处理ah后干重为zg,下午4时移走的叶圆片干重yg减去叶片遮光处理ah后的干重zg的差值,就是细胞呼吸消耗的干物质量:(y-z)g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率=(3y-2z-x)/6〔g/(cm2·h)〕,据总光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出:(3y-2z-x)/6=(y-x)/6+(y-z)/a,计算出a=3。
学科素养达成评价
情境探究一 (1)提示ATP是生物细胞中最重要的高能化合物。除了ATP外,常见的高能化合物还有磷酸肌酸、GTP、UTP、CTP等。高能化合物和化合物所含有的能量多是两个概念,例如,葡萄糖氧化分解可以产生32个ATP,ATP是高能化合物,但一般不认为葡萄糖是高能化合物。高能化合物指体内氧化分解时,一些化合物通过能量转移得到了部分能量,成为一类储存了较高能量的化合物,它们是生物释放、储存和利用能量的媒介,是生物界直接的供能物质。
(2)提示ATP多以这种通过磷酸基团等转移的方式,而非单独水解的方式,参加酶促反应提供能量,用以驱动需要加入自由能的吸能反应。
(3)提示蛋白质空间结构的改变影响蛋白质的功能。ATP末端的磷酸基团与底物分子的结合与释放都会引起其构象(形状)的变化,从而使底物分子的功能、活性发生改变。
【情境应用】B 据图分析,ATP将蛋白质分子磷酸化,形成ADP和磷酸化的蛋白质,同时蛋白质的形状改变,当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落时会发生形状改变做功。ATP推动细胞做功过程中,ATP的水解是放能反应,蛋白质磷酸化过程是吸能反应,因此该过程存在吸能反应与放能反应,A项正确;合成ATP的能量来源于光合作用和呼吸作用,磷酸化的蛋白质做功失去的能量并不能用于再生ATP,B项错误;ATP水解是放能反应,磷酸化的蛋白质做功也属于放能反应,C项正确;在肌肉收缩过程中,ATP先使肌肉中的能量增加,改变形状,这是吸能反应,然后肌肉做功,失去能量,恢复原状,这是放能反应,肌肉在收缩过程中,肌肉中的能量先增加后减少,D项正确。
情境探究二 (1)提示
(2)提示丙酮酸变成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。
【情境应用】C 该实验的目的是探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用,故可假设丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用,A项正确;线粒体中含琥珀酸脱氢酶,故可从大白鼠心肌细胞研磨液中提取琥珀酸脱氢酶,B项正确;实验的自变量是有无丙二酸,故对照组加琥珀酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶,实验组加琥珀酸、丙二酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶,C项错误;本实验的因变量为是否产氢,观测指标可以是蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短,D项正确。
情境探究三 (1)提示O2。
(2)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)提示ATP合成酶。
【情境应用】答案(1)水 NADP+ (2)用于有氧呼吸(到线粒体中)、释放到大气中 ATP和NADPH (3)水的分解产生H+、PQ主动运输H+、合成NADPH消耗H+ (4)为植物提供充足的各种矿质元素(无机盐)
解析(1)根据图中所示,水光解后产生氧气、H+和电子,故最初提供电子的物质为水;水光解后电子将NADP+还原为NADPH,故最终接受电子的物质为NADP+。(2)光反应产生的氧气被有氧呼吸利用或被植物释放到大气中;光反应产生的NADPH和ATP可用于暗反应C3的还原,故图中用于暗反应的物质是ATP和NADPH。(3)图中水光解产生H+,使类囊体腔内H+浓度升高,H+顺浓度梯度运输到叶绿体基质中,而H+在叶绿体基质中与NADP+结合形成NADPH使叶绿体基质中H+浓度降低,同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内,这样就保持了叶绿体膜两侧的H+浓度差。(4)光合作用的三个重要物质中含有镁元素、铁元素、铜元素,若三种元素含量降低,则会使光合速率降低。故通过为植物提供充足的各种矿质元素(无机盐),以防止光合作用的效率降低。
情境探究四 (1)提示14CO2→14C4→14CO2→14C3→(14CH2O)。维管束鞘。
(2)提示气孔关闭条件下,C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。
(3)提示C4植物的光合作用强度高于C3植物(或:C3植物会出现午休现象,C4植物不会出现午休现象)。晴朗夏季正午高温、强光照使植物的气孔导度降低,CO2吸收减少。C3植物的Rubisc对CO2亲和力低,导致光合作用强度降低。C4植物的PEP羧化酶对CO2的亲和力高,能从环境中富集低浓度CO2用于光合作用,光合作用强度高。
【情境应用】答案(1)C5 C5、PEP 叶肉细胞 叶肉细胞、维管束鞘细胞 (2)C4植物 C4植物 (3)C3植物叶肉细胞、C4植物维管束鞘细胞
解析(1)C3植物固定CO2的物质是C5,而C4植物首先是PEP将CO2固定生成C4,而后转变成苹果酸,苹果酸再释放CO2在维管束鞘细胞中被C5固定。C3植物进行光合作用的细胞一般是叶肉细胞,而C4植物进行光合作用的细胞是叶肉细胞和维管束鞘细胞。(2)由于C4途径固定CO2的酶比C3途径固定CO2的酶对CO2的亲和力高60多倍,说明其固定CO2能力较强,因此在较低浓度的CO2条件下可以达到补偿点,所以CO2补偿点较低的是C4植物。中午温度高,导致气孔关闭,植物吸收的CO2减少,而C4植物固定CO2的能力强,所以对其光合作用影响小。(3)由于C3植物只有叶肉细胞进行光合作用,所以产生淀粉的场所在叶肉细胞,而C4植物产生淀粉的细胞是在维管束鞘细胞,所以出现蓝色的细胞有C3植物叶肉细胞、C4植物维管束鞘细胞。
项目
表示方法
净光合
速率
①“测定的”植物(叶片)CO2的吸收量或“实验容器内”CO2的减少量;②“植物(叶片)”O2的释放量或“容器内”O2的增加量;③植物(叶片)“积累”葡萄糖的量或植物(叶片)质量(有机物)的增加量
总光合
速率
①叶绿体“吸收”CO2的量;②叶绿体“释放”O2的量;③植物或叶绿体“产生”葡萄糖的量
呼吸
速率
黑暗条件下,植物CO2释放量、O2吸收量或葡萄糖消耗量