考點二光合作用和細胞呼吸的過程1．光合作用與細胞呼吸過程變化的內在聯系2．光合作用和細胞呼吸中物質和能量的變化關系(4)能量變化3．改變條件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量變化分析光照強度和CO2濃度突然改變后，C3、C5、NADPH、ATP、ADP、NADP＋的含量及(CH2O)合成量的動態變化時，要將光反應和暗反應過程結合起來分析，從具體的反應過程提煉出模型：“來路→某物質→去路”，通過分析其來路和去路的變化來確定含量變化。下圖中Ⅰ表示光反應，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原。當外界條件(如光照、CO2)突然發生變化時，分析相關物質含量在短時間內的變化：1．(2022·山東，16改編)在有氧呼吸第三階段，線粒體基質中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子，電子經線粒體內膜最終傳遞給O2，電子傳遞過程中釋放的能量驅動H＋從線粒體基質移至內外膜間隙中，隨后H＋經ATP合酶返回線粒體基質并促使ATP合成，然后與接受了電子的O2結合生成水。為研究短時低溫對該階段的影響，將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理，分組情況及結果如圖所示。已知DNP可使H＋進入線粒體基質時不經過ATP合酶。下列相關說法不正確的是()A．4℃時線粒體內膜上的電子傳遞受阻B．與25℃時相比，4℃時有氧呼吸產熱多C．與25℃時相比，4℃時有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D．DNP導致線粒體內外膜間隙中H＋濃度降低，生成的ATP減少答案A解析與25℃相比，4℃耗氧量增加，根據題意，電子經線粒體內膜最終傳遞給O2，說明4℃時線粒體內膜上電子傳遞未受阻，A錯誤；與25℃相比，短時間低溫4℃處理，ATP合成量較少，耗氧量較多，說明4℃時有氧呼吸釋放的能量較多地用于產熱，消耗的葡萄糖量多，B、C正確；DNP使H＋不經ATP合酶返回線粒體基質中，會使線粒體內外膜間隙中H＋濃度降低，導致ATP合成減少，D正確。2．(2021·江蘇，20節選)線粒體對維持旺盛的光合作用至關重要。下圖表示葉肉細胞中部分代謝途徑，虛線框內表示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”。請據圖回答下列問題：(1)葉綠體在________________上將光能轉變成化學能，參與這一過程的兩類色素是________________________________________________________________________。(2)光合作用時，CO2與C5結合產生三碳酸，繼而還原成三碳糖(C3)，為維持光合作用持續進行，部分新合成的C3必須用于再生______；運到細胞質基質中的C3可合成蔗糖，運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了______個CO2分子。(3)在光照過強時，細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能，避免細胞損傷。草酰乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產生的________中的還原能輸出葉綠體，并經線粒體轉化為________中的化學能。答案(1)類囊體薄膜葉綠素、類胡蘿卜素(2)C512(3)NADPHATP解析(1)光合作用光反應場所為類囊體薄膜，將光能轉變成化學能，參與該反應的光和色素是葉綠素、類胡蘿卜素。(2)據題意在暗反應進行中為維持光合作用持續進行，部分新合成的CO2合成1個C3，因為還要再生出C5，故需要12個CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起還原劑的作用，含有還原能，呼吸作用過程中釋放的能量用于合成ATP中的化學能和熱能。3．(2020·江蘇，27節選)大豆與根瘤菌是互利共生關系，下圖所示為大豆葉片及根瘤中部分物質的代謝、運輸途徑。請據圖回答下列問題：(1)上圖所示的代謝途徑中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在________________中，PGA還原成磷酸丙糖(TP)運出葉綠體后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于______________。(2)根瘤菌固氮產生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白質時，通過脫水縮合形成______鍵。(3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。葉綠體中合成ATP的能量來自__________；根瘤中合成ATP的能量主要來自__________的分解。(4)蔗糖是大多數植物長距離運輸的主要有機物，與葡萄糖相比，以蔗糖作為運輸物質的優點是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)葉綠體基質細胞質基質(2)肽(3)光能糖類(4)非還原糖較穩定(或蔗糖分子為二糖，對滲透壓的影響相對小)解析(1)CO2的固定發生在暗反應過程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶應存在于暗反應的場所——葉綠體基質中。PGA還原成TP運出葉綠體后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于細胞質基質中。(2)氨基酸之間通過脫水縮合形成肽鍵的方式合成蛋白質。(3)葉綠體中光反應合成ATP的能量來自光能。根瘤中合成ATP的能量主要來源于呼吸作用中糖類的分解。(4)與葡萄糖相比，蔗糖為二糖，對滲透壓的影響相對較小，而且為非還原糖，性質較穩定，所以蔗糖是大多數植物長距離運輸的主要有機物。4．(2020·山東，21)人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。(1)該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是__________________，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為________________。(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發生改變，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_______________________________________________________________________________________________________________。(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________________________________________________________________。人工光合作用系統由于對環境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區有廣闊的應用前景。答案(1)模塊1和模塊2五碳化合物(或C5)(2)減少模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足(3)高于人工光合作用系統沒有呼吸作用消耗糖類(或植物呼吸作用消耗糖類)(4)葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少解析分析題圖可知，模塊1將光能轉換為電能，模塊2電解水，同時轉換能量供模塊3還原CO2產生糖類，比較這一過程與光合作用的全過程可知，模塊1和模塊2相當于光合作用的光反應階段，模塊3相當于光合作用的暗反應階段。(1)根據上面的分析可知，該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是模塊1和模塊2。光合作用的暗反應包括兩步反應，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，與C5結合，形成C3。二是C3的還原：C3接受ATP和NADPH釋放的能量，在有關酶的作用下，最終轉化為糖類和C5。比較該過程與模塊3的反應過程可知，甲與CO2反應產生乙，這一階段為CO2的固定，那么甲為C5，即五碳化合物，乙為C3，即三碳化合物。(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，相當于光合作用過程中突然停止供應CO2，CO2的固定受阻，進而導致乙(C3)的合成量減少，短時間內C3的還原正常進行，消耗量不變，C3含量減少。光合作用的暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋，若氣泵停轉時間較長，相當于暗反應無法進行，就無法為模塊2提供ADP、Pi和NADP＋，從而影響了模塊2中的能量轉換效率。(3)植物有機物的積累量稱為凈光合作用量，即有機物的制造量(真正光合作用量)減去呼吸作用消耗的有機物量。這個人工光合作用系統中只有有機物的制造，沒有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情況下，有機物(糖類)的積累量將高于植物。(4)干旱條件下，植物為降低蒸騰作用對水分的過度散失，氣孔的開放程度降低，進而影響CO2的吸收，會間接影響光合作用速率。思維延伸——判斷與填充(1)無氧條件培養酵母菌時向酵母菌培養液中加入重鉻酸鉀以便檢測乙醇生成(2021·廣東，9)(×)(2)紅光照射時，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a(2019·海南，9)(×)(3)光反應階段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)(×)(4)弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用(2021·湖南，7)(×)(5)植物細胞內10%～25%的葡萄糖經過一系列反應，產生NADPH、CO2和多種中間產物，該過程稱為磷酸戊糖途徑。該途徑的中間產物可進一步生成氨基酸和核苷酸等。則與有氧呼吸相比，葡萄糖經磷酸戊糖途徑產生的能量少(2022·山東，4)(√)(6)(2022·全國甲，29)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是自身呼吸消耗或建造植物體結構(答出1點即可)。題組一光合作用與細胞呼吸的過程辨析1．光合作用光反應的過程如圖甲所示。為研究葉綠體膜的完整性與光反應的關系，研究人員制備4種葉綠體(a.雙層膜結構完整；b.雙層膜局部受損，類囊體略有損傷；c.雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂；d.所有膜結構解體破裂)，在離體條件下進行實驗。用DICP替代NADP＋作為電子受體，測定相對放氧量及ATP產生效率的相對值，結果如圖乙。下列相關敘述錯誤的是()A．圖甲的膜結構是類囊體膜，膜上的①和②上存在光合色素B．根據信息可知，ATP的合成依賴于H＋逆濃度梯度從膜內運輸到膜外C．實驗表明無雙層膜阻礙、類囊體松散時更有利于色素吸收光能D．a～d4種葉綠體的ATP產生效率逐漸降低，原因是類囊體薄膜受損程度依次增大答案B解析圖甲的膜結構上發生了水的分解和光能的吸收、轉化，故該膜結構是類囊體膜，膜上的①和②能吸收、轉化、傳遞光能，其上存在光合色素，A正確；通過圖示可知，電子經圖甲膜上的蛋白質傳遞時釋放的能量用于將H＋跨膜運輸到膜間隙，使膜兩側形成H＋濃度差，伴隨著H＋順濃度梯度轉運到膜外合成ATP，B錯誤；由題意可知，c種葉綠體結構的雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂，由圖乙實驗結果可知，c的相對放氧量最高，說明無雙層膜阻礙、類囊體松散的條件更有利于類囊體上的色素吸收、轉化光能，從而提高光反應速率，C正確；由題意可知，a～d4種葉綠體的處理方法使葉綠體中類囊體薄膜從完整到所有膜結構解體破裂，類囊體薄膜受損程度依次增大，導致葉綠體的ATP產生效率逐漸降低，D正確。2．如圖為植物體內發生的光合作用和光呼吸作用的示意圖，在CO2與C5反應過程中，O2能與CO2競爭相關酶的活性部位。下列相關敘述不正確的是()A．在高O2環境中植物不能進行光合作用B．光呼吸的存在會降低糖的合成效率C．可以通過適當增大CO2的濃度來抑制光呼吸D．在特殊環境下，光呼吸可以為暗反應提供原料答案A解析在高O2環境中，O2能與CO2競爭相關酶的活性部位，使CO2與C5固定生成C3的速率減小，植物光合作用減弱，A錯誤；光呼吸的存在會使CO2與C5固定生成C3的速率減小，從而降低糖的合成效率，B正確；O2能與CO2競爭相關酶的活性部位，適當增大CO2濃度可抑制O2與C5結合，從而抑制光呼吸，C正確；由圖可知，光呼吸可產生C2，生成的C2可在線粒體內生成CO2，為暗反應提供原料，D正確。3．(2022·遼寧沈陽二中高三二模)在光照等條件下，番茄葉片葉肉細胞進行光合作用與有氧呼吸以及細胞內外交換的示意圖如下(數字表示結構，小寫字母代號表示物質的移動情況)。下列有關說法正確的是()A．圖中線粒體中2處釋放的能量遠多于3處B．葉綠體產生的O2被線粒體利用，至少需穿過3層生物膜C．物質A進入線粒體后徹底分解不需要水的參與D．h＝c、d＝g時的光照強度是滿足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照強度答案A解析根據題圖分析可知，2代表線粒體內膜，發生有氧呼吸第三階段的反應，而3代表線粒體基質，發生有氧呼吸第二階段的反應，因為有氧呼吸第三階段產生的能量最多，所以2處釋放的能量遠多于3處，A正確；O2在葉綠體的類囊體薄膜上產生，在線粒體內膜被利用，故葉綠體產生的O2被線粒體利用至少需要穿過葉綠體的3層膜(包括類囊體膜)和線粒體的2層膜，共5層生物膜，B錯誤；根據題圖分析可知，物質A是丙酮酸，進入線粒體后徹底分解需要水的參與，C錯誤；若h＝c、d＝g時，說明凈光合作用速率為零，但題圖是表示番茄葉片葉肉細胞，所以h＝c、d＝g時只是葉肉細胞中的光合速率等于呼吸速率，而番茄植株還有根尖等部位不能進行光合作用，只進行呼吸作用，所以整個番茄植株呼吸作用速率應該大于光合作用速率，D錯誤。題組二辨析條件驟變引起代謝過程中物質含量的變化4．陽光穿過森林會在地上投下“光斑”。如圖顯示了生長旺盛的某植物的一片葉子在“光斑”照耀前后的光合作用過程中吸收CO2和釋放O2的情況。虛線代表O2的釋放速率，實線代表CO2的吸收速率，以下判斷錯誤的是()A．A點細胞中ATP的產量增加B．A點后O2釋放速率下降與ADP和NADP＋供應不足有關C．C與D的面積可能相等D．B點細胞中C5含量增加答案D解析A點時，由于光照突然增強，光反應速率加快，產生的O2、ATP、NADPH增加，但A點后暗反應速率較慢，從而限制了光合速率，光反應減弱，O2釋放速率下降，A、B正確；在較理想的情境中，整個光合作用過程中O2的釋放量和CO2的吸收量相等，C、D的面積分別代表二者之間的差值的絕對值，理論上應該相等