2024届高考生物考前冲刺素能提升2代谢微专题2光合作用和细胞呼吸课件

这是一份2024届高考生物考前冲刺素能提升2代谢微专题2光合作用和细胞呼吸课件，共53页。PPT课件主要包含了知识联网，重点突破，4能量变化，NADPH，ATP，C3模块→C6模块，纤维素，水中氧的途径，光反应，有机物中储存的化学能等内容，欢迎下载使用。

注重学科基础·倡导回归教材
①叶绿体的类囊体薄膜上　②光能转变为ATP和NADPH中的化学能　③有机物中的化学能　④光、CO2浓度、H2O、温度等　⑤细胞质基质和线粒体　⑥细胞质基质　⑦温度、O2、H2O等
1.(必修1 P91探究·实践)可根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短,检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。2.(必修1 P91探究·实践)由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化,因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
3.(必修1 P93相关信息和P103正文)细胞呼吸产生的还原氢是NAHD,而光合作用产生的还原氢是NADPH ,两种物质不同。4.(必修1 P94小字)细胞呼吸除了能为生物体提供能量,还是生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
5.(必修1 P96拓展应用)松土透气可以使农作物根部细胞进行充分的有氧呼吸,从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收,促进农作物生长,吸收更多的CO2 ,缓解全球气候变暖现象;增强根系的水土保持能力;避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外,松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,促使这些微生物对土壤有机物的分解,为植物生长提供更多的CO2,也有可能导致局部大气CO2 浓度上升。松土不当,可能会伤害植物根系;要根据不同植物、植物不同的生长阶段等,采取不同的松土方法。 
6.(必修1 P99学科交叉)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。7.(必修1 P102思考·讨论)希尔的实验是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有H2O ,没有合成糖的另一种必需原料——CO2 ,因此,该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联,水的光解是相对独立的反应阶段。
8.(必修1 P104相关信息)C3指三碳化合物——3-磷酸甘油酸,C5指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。9.(必修1 P106小字)硝化细菌能利用氧化无机物释放出的化学能,将CO2和H2O合成糖类,这些糖类可供硝化细菌维持自身生命活动,这个过程称为化能合成作用。
10.(必修1 P106拓展应用)夏季晴朗的白天,中午光合速率下降的原因是光照过强、温度过高,有些植物为了减少水分的散失会关闭部分气孔,导致CO2供应不足,直接限制暗反应阶段;早晨和傍晚光合速率较低的原因是光照较弱,直接限制的是光反应阶段。
深化学科思维·体现知识运用
1.光合作用与细胞呼吸过程的内在联系
重点1　光合作用与细胞呼吸过程的联系
2.光合作用和细胞呼吸中物质和能量的关系
考向1　以细胞呼吸及光合作用的过程为基础,考查科学思维能力1.(2023·山东卷)水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径,延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　 　)A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
解析:由题可知,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,为主动运输,因此,正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质;玉米根部短时间水淹,根部氧气含量少,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,因此检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成;转换为丙酮酸产酒精途径时,无ATP的产生;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同。
2.(2023·安徽黄山模拟)如图是植物叶肉细胞中光合作用过程的模型,下列有关叙述正确的是(　 　)A.类胡萝卜素主要吸收红光用于类囊体的光反应B.如果没有光照,叶肉细胞中的ATP就不能合成C.CO2来源于叶片的气孔从外界环境中吸收D.卡尔文循环属于暗反应,从循环中出来的产物是C5和糖类
解析:类胡萝卜素主要吸收蓝紫光;如果没有光照,叶肉细胞可以通过呼吸作用合成ATP;CO2来源于细胞呼吸产生和叶片的气孔从外界环境中吸收;卡尔文循环属于暗反应,从循环中出来的产物是C5和糖类。
考向2　以人工合成有机物为载体,考查光合作用的应用3.某研究所人员在《科学》杂志发表论文,宣布成功制造了人造叶绿体,并利用光和该系统实现了CO2到有机物的转化(如图所示),下列说法错误的是(　 　)A.TEM模块具有吸收和转换光能的作用B.CETCH循环模块需要TEM模块生成的NADPH来还原CO2C.在同等条件下人造叶绿体可能比植物叶肉细胞积累的有机物更多D.若人造叶绿体得以广泛运用,一定程度上可以抵消碳排放,实现碳中和
解析:分析题图,TEM模块模拟光反应阶段,CETCH循环模块模拟的是暗反应阶段,故TEM模块具有吸收和转换光能的作用,并生成NADPH和ATP,在CETCH模块还原C3,不能直接还原CO2;同等条件下,植物叶肉细胞在进行光合作用合成有机物的同时也进行了呼吸作用,消耗了一部分有机物,而人造叶绿体只进行光合作用合成有机物,所以在同等条件下人造叶绿体可能比植物叶肉细胞积累的有机物更多;人造叶绿体只吸收CO2,不会进行呼吸作用,不能产生CO2,若得以广泛运用,一定程度上可以抵消碳排放,实现碳中和。
4.(2023·山东潍坊模拟)淀粉是粮食最主要的组分,也是重要的工业原料。中国科学院实现了人工合成淀粉,其途径(ASAP)如图1所示,该成果不依赖植物光合作用,在实验室人为提供能量的基础上,实现了从CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。图2表示光合作用合成葡萄糖的过程。
解析:(1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应过程中C3的还原,光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的C3模块→C6模块,以C6为单位组成的生物大分子除淀粉外,还有糖原、纤维素。
(1)光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的　　 　　(用“C1模块”“C3模块”“C6模块”或“Cn模块”及箭头表示)。图1中Cn是由C6组成的淀粉,以C6为单位组成的生物大分子还有　　 　　。
(2)据图2所示过程18O的转移路径和实验结果,推测用18O标记二氧化碳的实验目的是　  　　　　　　 。光合作用过程既能分解水也能产生水,结合图2分析光合作用的　　　　(填“光反应”或“暗反应”)过程产生水,判断的依据是　  　　　 。
探究二氧化碳中氧转化为
产生水的场所为叶绿体类囊体,与ATP同时生成
解析:(2)根据图2分析可知:用18O标记CO2的实验目的是探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径;由图2可知,合成ATP时,也产生了水,光反应阶段产生ATP,故图2中光合作用的光反应过程产生水,因为产生水的场所为叶绿体类囊体,与ATP同时生成。
(3)从能量的角度看,光合作用的本质是将太阳能转化为　　　　　　　　　　　　。人工合成淀粉的成功能否表明对光合作用的完全替代,请从能量的角度阐述你的理由: 　 　  　　　 。 
不能,人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量,而光合作用合成淀粉所需能量是生产者直接固定的太阳能
解析:(3)光合作用的本质是将太阳能转化为有机物中储存的化学能;由于人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量,而光合作用合成淀粉是直接固定的太阳能,所以人工合成淀粉的成功不能表明对光合作用的完全替代。
(1)若人工光合系统与植物正常光合作用合成有机物量相同时,人工光合系统从外界吸收CO2的量低于植物正常的光合作用。(2023·江苏常州模拟)(　 　)(2)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量。(2019·天津卷)(　 　)(3)弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用。(2021·湖南卷)(　 　)
(4)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)。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
(5)(2020·山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是　   。
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+
环境条件改变后,光合作用过程中C3、C5、NADPH、ATP的含量变化分析光照强度和CO2浓度突然改变后,C3、C5、NADPH、ATP含量的动态变化时,要将光反应和暗反应过程结合起来分析,从具体的反应过程提炼出模型:“来路→某物质→去路”,通过分析其来路和去路的变化来确定含量变化。
重点2　环境条件改变对代谢过程的影响
下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原。当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化:
(1)CO2供应不变,光照变弱。
(2)光照强度不变,CO2供应变少。
考向　围绕光合作用和呼吸作用过程中物质和能量的转化,考查科学思维能力1.(2023·湖南邵阳一模)在光照等条件下,番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸、以及细胞内外交换的示意图如图1所示(数字表示结构,小写字母表示物质,箭头表示物质移动情况),图2表示番茄的非绿色器官在不同的氧浓度下气体交换的相对值的变化(假设呼吸底物都是葡萄糖),下列有关叙述不正确的是(　 　)
A.图1中线粒体中2处释放的能量远远多于3处B.h=c,d=g时的光照强度为番茄植株的光补偿点C.图中曲线QR区段下降的主要原因是O2浓度增加,无氧呼吸受抑制D.Q点只进行无氧呼吸,P点只进行有氧呼吸
解析:由图1可知,2表示线粒体内膜,是有氧呼吸第三阶段的反应场所,3表示线粒体基质,是有氧呼吸第二阶段的反应场所,已知第三阶段释放的能量远大于第二 阶段;图1当h=c,d=g时,表示是叶肉细胞的光补偿点,而不是植株的光补偿点;由图2分析可知,曲线QR区段下降对应的横坐标O2浓度逐渐增加,说明无氧呼吸受到抑制产生CO2减少;Q点对应的横坐标O2浓度为0,所以Q点只进行无氧呼吸,P点O2的吸收量与CO2的生成量相等,说明P点只进行有氧呼吸,无氧呼吸消失。
2.在适宜的光照条件下,向某一密闭环境通入14CO2,并改变其浓度,测定不同时间叶片中葡萄糖、C5和C3三种化合物中14C的变化情况,实验结果如图。下列分析正确的是(　 　)
解析:0～5 min内,CO2浓度稳定,光合作用正常进行,叶片中葡萄糖含量逐渐增多,故增长的曲线c表示葡萄糖的含量变化,5 min时突然降低CO2浓度,C5与CO2固定生成C3速度减慢,故C3减少,C5增多,所以a应当是C3含量、b应当是C5含量;在暗反应阶段中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O);由曲线c可知,实验过程中葡萄糖的含量整体呈上升趋势,可知实验过程中该叶片光合作用强度大于呼吸作用强度,葡萄糖积累;第15 min时,14CO2浓度由0.003%变成1%,CO2浓度升高,那么C3的含量就会升高,用于还原C3所消耗的NADPH和ATP将会增多,而产生的NADPH和ATP基本不变,因此NADPH和ATP的含量都减少。
拓展新视野·培养新思维
情境材料　光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高O2含量和低CO2含量情况下发生的一个生化过程。具体过程如图所示。
问题探究 (1)与光呼吸相区别,研究人员常把细胞呼吸称为暗呼吸。请从反应发生条件来看,光呼吸与暗呼吸有什么不同?提示:光呼吸需要光,暗呼吸有无光都可以进行。(2)由于光呼吸的存在,会降低植物体内有机物的积累速率。Rubisc的催化方向取决于CO2与O2的浓度比,请推测具体的情况。提示:当CO2与O2的浓度比高时,Rubisc催化CO2与C5结合反应加强;当CO2与O2的浓度比低时,Rubisc催化O2与C5结合反应加强。
(3)研究发现,1/3以上的光合产物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。提示: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Rubisc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。(4)光呼吸对植物的影响都是负面的吗?提示:不是。在干旱、光照过强、高温等不利条件下,光呼吸可以消耗光反应生成的过多的ATP和NADPH,又可以为暗反应提供原料。
1.(2023·河北衡水模拟)Rubisc普遍分布于玉米、大豆等植物的叶绿体中,它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶,也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶,已知NADPH积累会对叶绿体造成伤害。Rubisc的具体作用过程如图所示。下列说法错误的是(　 　)A.据图可推测,玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有叶绿体基质和线粒体内膜B.在夏季天气晴朗的中午,大豆叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会下降C.在大棚中种植蔬菜时增施有机肥,有利于降低光呼吸D.在CO2与O2的比值低时,光呼吸可消耗NADPH以免NADPH积累对叶绿体造成损伤
解析:玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗O2的场所是线粒体内膜,通过光呼吸消耗O2的场所在叶绿体基质;在夏季天气晴朗的中午,往往会发生气孔关闭,从而使CO2通过气孔量减少,由题意知细胞在有光、高O2、低CO2情况下光呼吸强度升高;分解者分解有机物会产生CO2,在CO2与O2的比值高时,Rubisc能以五碳化合物(RuBP)为底物,使其结合CO2发生羧化,降低光呼吸;由图可知,在CO2与O2的比值低时,RuBP结合O2发生光呼吸,光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH,以免NADPH积累对叶绿体造成损伤。
2.(2023·湖南联考)小麦属于阳生植物,光饱和点(指光合速率开始达到最大值时的光照强度)高,在强光下,叶绿体中的NADPH/NADP+比值高,导致NADP+不足,消耗电子减少,O2获得了高能的电子形成了自由基,对光反应系统会造成伤害;小麦在有光照条件下,会出现光呼吸现象,即叶肉细胞中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,
如图所示,图中Rubisc既是固定CO2的酶,也是催化C5与O2反应的酶,光呼吸每释放1分子CO2需要损耗6.8个ATP和3个NADPH;现有一新培育的小麦品种光呼吸的强度远低于传统小麦,其CO2补偿点(指光合速率和呼吸速率相等时,外界环境中的CO2浓度)也比传统小麦低。回答下列问题。
(1)小麦叶肉细胞进行暗反应的场所是　  ,小麦在光饱和阶段限制其光合作用的主要外部因素是　　　　　 　(答出1点),主要内部因素有　  　　　　　　　　 　　　(答出2点)。 
Rubisc的活性、C5的浓度(再生速率)、酶的数量
解析:(1)小麦叶肉细胞进行暗反应的场所是叶绿体基质;小麦光饱和阶段,随着光照强度增加,光合作用不再变化,但随CO2浓度适当增加或适宜温度调整,光合作用仍能增加,故限制的外界因素主要是CO2浓度、温度;往往限制光合作用进行的内部因素优先考虑酶的数量、活性及底物浓度,故限制光合作用的内部因素可能是固定CO2的Rubisc的活性、C5的浓度(C5再生速率)、酶的数量等。
(2)光呼吸会造成能量的浪费,但强光下,对小麦光合作用　　(填“有”或“无”)积极意义,主要表现在　  　   　  　。
光呼吸消耗强光下光反应积累的NADPH,提供NADP+,减少O2获得高能的电子形成自由基,避免对光反应系统造成伤害;光呼吸产生的CO2又可以作为暗反应的原料
解析:(2)由题干可知,光呼吸对于植物适应环境是有积极意义的,主要表现在两个方面:光呼吸消耗强光下光反应积累的NADPH,提供NADP+,减少O2获得高能电子形成自由基,避免对光反应系统造成伤害;光呼吸产生的CO2又可以作为暗反应的原料。
答案:(3)实验思路:将生长期、株高及叶片数量相同且长势良好的两种小麦分别放到透明容器中,将容器密闭,保持水分、矿质元素等条件适宜,在适宜光照培养一段时间,观察并记录植物生长状况。实验结果:传统小麦生长状况先于新品种小麦出现异常。
(3)兴趣小组欲利用一个较大的透明可密闭的容器设计一次简单实验证明传统小麦的CO2补偿点比新品种小麦的CO2补偿点高,请你写出实验思路,并预测实验结果。