高考二轮复习专题二考点三光合作用细胞呼吸的过程分析教案

考点三光合作用、细胞呼吸的过程分析1．光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系(1)光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向归纳项目光合作用有氧呼吸[H]来源H2O光解有氧呼吸第一、二阶段去向还原C3用于第三阶段还原O2ATP来源光反应阶段产生有氧呼吸第一、二、三阶段去向用于C3还原供能用于各项生命活动(绿色植物C3的还原除外)(2)光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系④能量变化2．改变条件后，C3、C5、[H]、ATP的含量及(CH2O)合成量变化分析光照强度和二氧化碳浓度突然改变后，C3、C5、[H](NADPH)、ATP、ADP、NADP＋的含量及(CH2O)合成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。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．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是()A．Rubisco存在于细胞质基质中B．激活Rubisco需要黑暗条件C．Rubisco催化CO2固定需要ATPD．Rubisco催化C5和CO2结合答案D解析Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。2．(2021·全国甲，2)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是()A．该菌在有氧条件下能够繁殖B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2答案B解析酵母菌有细胞核，是真核生物，其代谢类型是异养兼性厌氧型，与无氧条件相比，在有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌无氧呼吸在细胞质基质中进行，无氧呼吸第一阶段产生丙酮酸、NADH，并释放少量的能量，第二阶段丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，B符合题意，C不符合题意；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都在第二阶段生成CO2，D不符合题意。3．(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。(2)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______________________________________________________________________________________。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是__________________________________________。(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。答案(1)模块1和模块2五碳化合物(或C5)(2)减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足(3)高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少解析分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。思维延伸——判断正误(1)无氧条件培养酵母菌时向酵母菌培养液中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成(2021·广东，9)(×)(2)植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸(2018·全国Ⅲ，5)(√)(3)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a(2019·海南，9)(×)(4)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)(×)(5)植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用(2019·海南，12)(√)(6)光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与(2019·海南，9)(√)题组一光合作用与细胞呼吸的过程辨析1．(2021·山东模拟)如何攻克恶性肿瘤是摆在人类面前的一个难题。研究人员发现，恶性肿瘤细胞吸收消耗的葡萄糖增多，乳酸却有大量堆积。后进一步证实，恶性肿瘤细胞线粒体上丙酮酸载体有缺失现象。若人体细胞只考虑以葡萄糖为呼吸底物，下列叙述正确的是()A．人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸的场所相同B．人体正常细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多C．人体正常细胞有氧条件下丙酮酸参与反应形成的产物有CO2、[H]和ATPD．恶性肿瘤细胞增殖需要的直接能源物质主要由有氧呼吸第三阶段提供答案C解析人体细胞中有氧呼吸第一阶段的场所为细胞质基质，第二、三阶段的场所为线粒体，无氧呼吸的场所在细胞质基质，A错误；若人体正常细胞只考虑以葡萄糖为呼吸底物，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，无氧呼吸只产生乳酸，则消耗的O2量等于CO2的生成量，B错误；人体正常细胞有氧呼吸过程中，丙酮酸参与有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与水反应生成CO2、[H]和ATP，C正确；恶性肿瘤细胞线粒体上丙酮酸载体部分缺失，将影响有氧呼吸第二、三阶段，有氧呼吸难以进行，且恶性肿瘤细胞吸收消耗的葡萄糖增多，乳酸有大量堆积，可推断癌细胞所需能量主要来自无氧呼吸第一阶段，在无氧呼吸过程中只有第一阶段有少量的能量产生，D错误。2．(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低。暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会______(填“加快”或“减慢”)。(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。叶绿体类型相对值实验项目叶绿体A：双层膜结构完整叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量100实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量100注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。据此分析：①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_________________________________________________________________________________________。②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于____________________，从而提高光反应速率。③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、、和。结合图b对实验结果进行解释_________________________________________________________________________________________________________。答案(1)类囊体膜NADPH减慢(2)①Fecy实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用②类囊体上的色素吸收光能、转化光能③ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低解析(1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。(2)①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。题组二辨析条件骤变引起代谢过程中物质含量的变化3．某研究小组将水稻叶片置于一密闭、恒温的透明玻璃容器内，在不同的处理条件下，测得容器内氧气量的变化如图所示。下列有关叙述正确的是()A．在M点后短时间内，叶片细胞内C3的量增加B．在N点时，水稻叶片光合作用停止，密闭容器内氧气量不再增加C．5～15min内该容器内氧气量增加的速率逐渐减小的限制因素是光照强度D．若0～15min内水稻叶片呼吸速率稳定，则其光合作用产生6×10－7mol氧气答案D解析M点后短时间内，C3的还原开始，C5生成增加，叶片细胞内C3的量减少，C5的量增加，A错误；N点时，水稻叶片光合作用等于细胞呼吸，密闭容器内氧气量不再增加，B错误；5～15min内该容器内氧气量增加的速率逐渐减小的原因是容器内二氧化碳不断被消耗，抑制了光反应的进行，导致氧气的释放速率减小，C错误；根据题意可知前5min内的的氧气量为总光合作用，故产生的氧气量为4×10－7＋2×1×10－7＝6×10－7(mol)氧气，D正确。4．阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。如图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子在“光斑”照耀前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的情况。虚线代表O2的释放速率，实线代表CO2的吸收速率，以下判断错误的是()A．A点细胞中ATP的产量增加B．A点后O2释放速率下降与ADP和NADP＋