考點(diǎn)1　光合作用的原理及應(yīng)用一、捕獲光能的色素1.綠葉中色素的提取和分離
2.光合色素的分布及功能(1)光合色素位于類囊體薄膜上,具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的功能。(2)不同色素吸收光譜(如圖)不同,其中葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,類胡蘿卜素主要 吸收藍(lán)紫光。
易混易錯(cuò)????(1)葉綠體中的色素(即光合色素)≠液泡中的色素(如水溶性的花青素)≠ 光敏色素,光敏色素是一種接收光信號(hào)的分子,調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。(2)葉綠素的組成元素為C、H、O、N、Mg,類胡蘿卜素的組成元素僅有C、H、O,故 土壤中缺少M(fèi)g可以使植株葉片黃化。
二、光合作用的原理1.光合作用的過程
知識(shí)拓展????光合作用的產(chǎn)物?
　　光合作用的產(chǎn)物主要是蔗糖、淀粉等糖類,蔗糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成,淀粉在葉 綠體基質(zhì)中合成,蔗糖最終經(jīng)過韌皮部(篩管)由葉片(源)運(yùn)往其他器官(庫(kù))。由于蔗糖具有較高的水溶性和運(yùn)輸速率且性質(zhì)穩(wěn)定,因此蔗糖是糖類物質(zhì)在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹? 要形式。
小表達(dá)????將分離得到的葉綠體懸浮在適宜溶液中,照光后有氧氣釋放。如果在該適宜 溶液中將葉綠體的雙層膜破裂后再照光,　??(填“有”或“沒有”)氧氣釋放,原因是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　????。
類囊體膜是H2O分解釋放O2的場(chǎng)所,葉綠體的雙層膜破裂不影響類囊體膜的功能
2.光合作用和化能合成作用的比較
三、光合作用的影響因素及應(yīng)用
小表達(dá)????(1)大棚生產(chǎn)中,為什么多施有機(jī)肥能夠提高作物的產(chǎn)量?　　　　　　　 ? 　　　　　　　　　　　　　　　????? ?。(2)影響氣孔開閉的因素有　　　　　　? ???,氣孔的開閉　　????(填“是”或“不是”)受單一因素的影響,舉例說明:　　　　　　　　　　　　　　??。
干旱會(huì)影響脫落酸(ABA)的合成,從而影響植物氣孔開閉
有機(jī)肥中的有機(jī)物被土壤中的微生物分解成了CO2和無機(jī)鹽,CO2是光合作用的原料,無機(jī)鹽有利于植物生長(zhǎng)
光照、含水量、植物激素、溫度等
考點(diǎn)2　光合作用與細(xì)胞呼吸的綜合
題型1　光系統(tǒng)、光合電子傳遞和光合磷酸化(新考向)1.光系統(tǒng):葉綠體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化需要依靠光系統(tǒng),光系統(tǒng)是主要由光合色素和蛋白質(zhì)結(jié) 合形成的大型復(fù)合物,包括光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ),光系統(tǒng)能將光能轉(zhuǎn)化為 電能(2020北京,19,12分)(2023湖北,8,2分)(2023山東,21,10分)。2.光合電子傳遞和光合磷酸化:光系統(tǒng)產(chǎn)生的高能電子沿光合電子傳遞鏈依次傳遞,促 使NADPH的形成,同時(shí)建立了H+濃度梯度。光合磷酸化即H+順濃度梯度驅(qū)動(dòng)ATP合 酶的運(yùn)轉(zhuǎn),將ADP磷酸化為ATP的過程,該過程與有氧呼吸第三階段類似,如圖所示。
?(2023湖北,8,2分)(2022重慶,23,14分)
知識(shí)歸納????(1)光系統(tǒng)(PSⅠ、PSⅡ)分布在類囊體薄膜上,PSⅡ能進(jìn)行水的光解,產(chǎn)生O2、H+和電子(e-);PSⅠ能介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。光反應(yīng)中,電子的供體是水,電子的最終 受體是NADP+。(2)H+進(jìn)入類囊體腔的運(yùn)輸方式是主動(dòng)運(yùn)輸,由高能電子供能;H+通過ATP合酶出類囊 體腔的運(yùn)輸方式是協(xié)助擴(kuò)散。
典例????(2023通州期末,4)下圖為高等植物葉綠體部分結(jié)構(gòu)示意圖,PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)是 由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物,下列相關(guān)說法錯(cuò)誤的是?(　????)A.PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)分布在高等 植物葉綠體內(nèi)膜上B.H+向膜外轉(zhuǎn)運(yùn)過程釋放的 能量為合成ATP供能C.PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)中的光合色 素屬于脂溶性物質(zhì)D.如果e-和H+不能正常傳遞給NADP+,暗反應(yīng)的速率會(huì)下降
? 解析????PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物,光合色素存在于類囊體薄膜上,A錯(cuò)誤;H+向膜外轉(zhuǎn)運(yùn)過程中,電化學(xué)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能,為 ATP的合成提供能量,B正確;如果e-和H+不能正常傳遞給NADP+,會(huì)使NADPH的合成減 少,導(dǎo)致暗反應(yīng)中C3的還原速率下降,D正確。
題型2　光抑制和光呼吸(新考向)
典例????(2024西城期末,17)植物的光呼吸是在光下消耗氧氣并釋放CO2的過程,會(huì)導(dǎo)致 光合作用減弱、作物減產(chǎn)。研究人員為獲得光誘導(dǎo)型高產(chǎn)水稻,在其葉綠體內(nèi)構(gòu)建一 條光呼吸支路(GMA途徑)。
(1)圖1所示光呼吸過程中,O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合　　　????,抑制了光合作用中的　　　???? ?? ??階段。同時(shí)乙醇酸從葉綠體進(jìn)入過氧化物酶體在G酶的參與下進(jìn)行代謝,造成碳流失進(jìn)而導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。(2)研究人員將外源G酶、A酶和M酶的基因?qū)胨炯?xì)胞,使其在光誘導(dǎo)下表達(dá),并在葉綠體中發(fā)揮作用。檢測(cè)發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因水稻的凈光合速率、植株干重等方面均高于對(duì)照組?？衫脠D2所示模型解釋其原因,但圖中存在兩處錯(cuò)誤,請(qǐng)圈出并改正。
“A酶”改為“G酶”/“A酶”改為“G酶、M酶、A酶”;GMA途徑使得CO2/O2↑????
(3)研究人員測(cè)定了轉(zhuǎn)基因水稻葉片中外源G酶基因的表達(dá)量,以及G酶總表達(dá)量隨時(shí) 間的變化情況(圖3)。
①外源G酶基因表達(dá)量與PFD(代表光合有效光輻射強(qiáng)度)大致呈正相關(guān),僅在14時(shí)明 顯下降,由此推測(cè)外源G酶基因表達(dá)除光強(qiáng)外,還可能受　　　 　　????等因素的影響。②據(jù)圖3可知,12~14時(shí)　　　　　　　　? ???,推測(cè)此時(shí)段轉(zhuǎn)基因水稻光呼吸增強(qiáng)。(4)莖中光合產(chǎn)物的堆積會(huì)降低水稻結(jié)實(shí)率而減產(chǎn),而本研究中GMA途徑的改造并未降低水稻的結(jié)實(shí)率。結(jié)合上述研究將以下說法排序成合理解釋:盡管GMA途徑促進(jìn)葉片產(chǎn)生較多光合產(chǎn)物→　　　　　????→水稻莖中有機(jī)物不至于過度堆積而保證結(jié)實(shí)率。A.光呼吸增強(qiáng)使得光合產(chǎn)物未爆發(fā)式增加B.光合產(chǎn)物可以及時(shí)運(yùn)輸?shù)阶蚜.G酶表達(dá)量的動(dòng)態(tài)變化,使中午進(jìn)入GMA途徑的乙醇酸未顯著增加
氣孔導(dǎo)度/CO2濃度/溫度
內(nèi)源G酶表達(dá)量顯著升高
? 解析????(1)結(jié)合圖1分析,R酶既能結(jié)合CO2催化其固定(暗反應(yīng)階段),也能結(jié)合O2催化生成2-PG(光呼吸),因此光呼吸過程中,O2與CO2競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合R酶,從而抑制了光合作用的 暗反應(yīng)(或CO2的固定)。(2)結(jié)合圖1信息:G酶催化乙醇酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰┧釙r(shí)消耗O2,降低O2濃度;M酶催化乙醛酸生成蘋果酸,蘋果酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為丙酮酸(此過程產(chǎn)生CO2),丙酮酸進(jìn)一步反應(yīng)產(chǎn)生CO2,提高了細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度,上述過程導(dǎo)致CO2/O2↑,即圖2中 GMA途徑使得CO2/O2↑,乙醇酸→GMA途徑中的“A酶”應(yīng)改為“G酶”(或“G酶、M酶、A酶”)。(3)①14時(shí)光照強(qiáng)度強(qiáng)、溫度高,易導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降,CO2吸收減少,再結(jié)合外源G酶基因表達(dá)量在14時(shí)明顯下降,推測(cè)外源G酶基因表達(dá)除光強(qiáng)外,還可能與氣孔導(dǎo)度/CO2濃度/溫度等因素有關(guān)。②根據(jù)圖3可知,與其他時(shí)段相比,12~14時(shí),轉(zhuǎn)基因
水稻葉片中總G酶和外源G酶(在葉綠體中發(fā)揮作用)的表達(dá)量差值增大,說明內(nèi)源G酶(在過氧化物酶體中發(fā)揮作用)表達(dá)量顯著升高,可反映過氧化物酶體中乙醇酸含量升高,再結(jié)合圖1中O2→2-PG→乙醇酸(轉(zhuǎn)入過氧化物酶體中),推測(cè)此時(shí)段轉(zhuǎn)基因水稻光呼吸增強(qiáng)。(4)分析物質(zhì)含量的變化時(shí),可從該物質(zhì)的來源、去路兩個(gè)角度考慮。 水稻莖中有機(jī)物未發(fā)生過度堆積的原因:①有機(jī)物來源不會(huì)爆發(fā)式增加,原因?yàn)镃選項(xiàng)所述,即C→A;②有機(jī)物去路未被抑制或阻斷,即B選項(xiàng)所述,故是C→A→B。
題型3　CO2的濃縮機(jī)制(新考向)　　CO2濃度是限制光合作用的關(guān)鍵因素。因?yàn)镽ubisc對(duì)CO2的親和力較低,CO2濃度 過低時(shí),其催化CO2固定的過程會(huì)受限制,并使光呼吸增強(qiáng)。所以,各類光合生物演化出 不同的機(jī)制來提高胞內(nèi)CO2濃度,從而促進(jìn)光合作用,降低光呼吸。
易混易錯(cuò)????(1)C3植物與C4植物在光反應(yīng)階段完全相同。卡爾文循環(huán)(又稱C3途徑)是 碳同化(即固定CO2,形成糖類)的基本途徑,可合成糖類等產(chǎn)物,C4途徑和CAM途徑都只 起固定、運(yùn)轉(zhuǎn)CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成光合產(chǎn)物。(2)CAM途徑與C4途徑基本相同,二者的主要差別在于C4植物中CO2固定和糖的合成是 在空間上(葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞)分開的,而CAM植物則是在時(shí)間上(黑夜和白天) 分開的。
典例1????(2024豐臺(tái)一模,3)CAM植物白天氣孔關(guān)閉,夜晚氣孔打開,以適應(yīng)干旱環(huán)境,如 圖為其部分代謝途徑,相關(guān)敘述不正確的是?(　????)?A.催化過程①和過程②所需的酶不同B.卡爾文循環(huán)的場(chǎng)所是葉綠體類囊體薄膜C.CAM植物白天氣孔關(guān)閉可減少水分散失D.夜晚缺乏NADPH和ATP不能進(jìn)行卡爾文循環(huán)
? 解析????酶具有專一性,一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng),過程①和②是兩個(gè)不同的過程,因此需要的酶不同,A正確?？栁难h(huán)是光合作用的暗反應(yīng)過程,發(fā)生在葉 綠體基質(zhì)中,B錯(cuò)誤。CAM植物白天氣孔關(guān)閉有利于減少蒸騰作用,減少水分的散失,C 正確。夜晚缺乏光照,CAM植物不能進(jìn)行光反應(yīng),導(dǎo)致暗反應(yīng)因缺乏NADPH和ATP而 無法進(jìn)行,D正確。
典例2????(2021天津,15,10分)Rubisc是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能 催化O2與C5結(jié)合,形成C3和C2,導(dǎo)致光合效率下降。CO2與O2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Rubisc的同一 活性位點(diǎn),因此提高CO2濃度可以提高光合效率。(1)藍(lán)細(xì)菌具有CO2濃縮機(jī)制,如圖所示。?
　　據(jù)圖分析,CO2依次以　　 ????和　　 　????方式通過細(xì)胞膜和光合片層膜?！　∷{(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制可提高羧化體中Rubisc周圍的CO2濃度,從而通過促進(jìn) 　　　??? ?和抑制　　　　　????提高光合效率。(2)向煙草內(nèi)轉(zhuǎn)入藍(lán)細(xì)菌Rubisc的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍(lán)細(xì)菌 羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng),應(yīng)能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞的 　　　　????中觀察到羧化體。(3)研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因煙草的光合速率并未提高。若再轉(zhuǎn)入HC?和CO2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因并成功表達(dá)和發(fā)揮作用,理論上該轉(zhuǎn)基因植株暗反應(yīng)水平應(yīng)　　　????,光反應(yīng)水平應(yīng) 　　　????,從而提高光合速率。

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