電子傳遞鏈及化學滲透假說、C4植物與光呼吸等特殊代謝類型限時練5

(時間：30分鐘

分值：50分)1.(2024·山東滕州一中模擬)如圖為光反應示意圖，PSⅠ和PSⅡ分別是光系統Ⅰ和光系統Ⅱ，是葉綠素和蛋白質構成的復合體，能吸收利用光能進行電子的傳遞，PQ、Cytbf、PC是相關蛋白質，其中PQ在傳遞電子的同時能將H＋運輸到類囊體腔中。ATP合成酶由CF0和CF1兩部分組成，在進行H＋順濃度梯度運輸的同時催化ATP的合成。據圖回答下列問題。(1)上圖說明生物膜具有__________________________________功能。與植物細胞膜上的蛋白質相比，類囊體薄膜上的蛋白質具有的獨特功能是_____________________________________。控制物質進出、能量轉化、催化傳遞電子，在光能轉換中發揮作用(2)O2是水光解的產物，其中需要的光能是通過________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系統Ⅰ中發生的物質變化是________________________。NADPH和ATP中都有化學能，NADPH中的化學能來自________________(填光系統名稱)吸收和轉換的光能。PSⅡNADP＋＋H＋→NADPHPSⅠ和PSⅡ(3)類囊體薄膜上的ATP合成酶是一種可逆性復合酶，既能利用____________________________________(能量)合成ATP，又能水解ATP將質子從基質泵到膜間隙。線粒體和細菌中的ATP合成酶分布的場所分別是___________________________________________。H＋提供的電化學勢能(或質子動力勢)線粒體內膜、細胞膜(4)某種農藥與PQ競爭限制了電子傳遞的速率，若用該農藥處理破壞內外膜的葉綠體，會導致ATP的含量___________(填“顯著上升”“顯著下降”或“不變”)。顯著下降解析

(1)題圖說明生物膜具有控制物質進出、能量轉化、催化功能；傳遞電子并且在光能轉換中發揮作用是類囊體薄膜上的蛋白質具有的獨特功能。(2)由圖可知，O2是水光解的產物，需要的光能是通過PSⅡ吸收利用的。在光系統Ⅰ發生的物質變化是NADP＋＋H＋→NADPH，NADPH和ATP中都有化學能，NADPH中的化學能來自PSⅠ和PSⅡ吸收和轉換的光能。(3)ATP合成酶由CF0和CF1兩部分組成，利用類囊體薄膜兩側的H＋濃度差，類囊體薄膜上的ATP合成酶合成了ATP，所以ATP合成酶既能利用H＋提供的電化學勢能(質子動力勢)合成ATP，又能水解ATP將質子從基質泵到膜間隙。線粒體和細菌中的ATP合成酶分布的場所分別是線粒體內膜、細胞膜。(4)由圖知，ATP合成酶由CF0和CF1兩部分組成，利用類囊體薄膜兩側的H＋濃度差，類囊體薄膜上的ATP合成酶合成了ATP，因此若某種農藥與PQ競爭限制了電子傳遞的速率，則用該農藥處理破壞內外膜的葉綠體，會導致ATP的含量顯著下降。2.(2024·河南青桐鳴聯考)根據光合作用碳同化的最初產物的不同，人們將植物分為C3植物和C4植物，它們在解剖結構、能量代謝和適應性上均存在差異。Rubisco是雙功能酶，在CO2/O2的值高時，能催化CO2與RuBP結合形成C3，在CO2/O2的值低時，能催化O2與RuBP結合釋放CO2，后者稱作光呼吸。圖1為夏季晴朗的白天，兩種植物葉片光合作用強度的曲線圖。請回答下列問題。(1)在10：00～12：00期間，植物B的光合作用強度下降，原因是氣孔關閉，____________________，暗反應速率減弱。此時，植物B光呼吸速率________。(2)植物A的光合作用存在C4途徑(過程如圖2)，與Rubisco相比，PEP羧化酶與CO2的親和力更強。CO2供應量(吸收量)減少增強①該植物生成NADPH的細胞是________。②低CO2環境下，植物A富集CO2的機制是__________________________________________________________________________________________________。在干旱脅迫下，與植物B相比，植物A表現出較低的光呼吸速率，原因是__________________________________________________________________。(3)科學家將玉米PEP羧化酶基因導入水稻(C3植物)細胞，水稻光合作用強度能否提高，并寫出判斷依據：____________________________________________________________________________________________________________________________________。葉肉細胞

在PEP羧化酶的作用下將低濃度CO2合成C4，并轉運到維管束鞘細胞，分解為CO2和丙酮酸(C4植物固定CO2能力強，)維管束鞘細胞中CO2/O2的值較高

能，PEP與CO2結合產生C4，C4可分解成丙酮酸和CO2，能抑制光呼吸(或不能，只產生C4，不確定能否產生CO2；水稻是C3植物，結構與C4植物不同)解析

(1)Rubisco是雙功能酶，在CO2/O2的值高時，能催化CO2與RuBP結合形成C3，在CO2/O2的值低時，能催化O2與RuBP結合釋放CO2，后者稱作光呼吸。由圖可知，在10：00～12：00期間，植物B的光合作用強度下降(光合午休現象)，原因是光照過強，氣孔大量關閉，導致進入細胞間隙的CO2減少，暗反應速率減弱，此時段CO2/O2的值降低，則植物B光呼吸速率增強。(2)①光反應階段可生成NADPH，場所為葉綠體類囊體薄膜。由圖可知，葉肉細胞中有類囊體，維管束鞘細胞中沒有類囊體，則該植物生成NADPH的細胞是葉肉細胞。②植物A中PEP羧化酶與CO2的親和力更強，低CO2環境下，在PEP羧化酶的催化下，CO2與PEP結合形成C4，C4轉運到維管束鞘細胞，分解為CO2和丙酮酸。在干旱脅迫下，植物A表現出較低的光呼吸速率，這是因為植物A中C4途徑使得維管束鞘細胞中CO2濃度提高，促進了CO2固定形成C3的過程，抑制了光呼吸。3.(2024·黑吉遼卷，21)在光下葉綠體中的C5能與CO2反應形成C3；當CO2/O2比值低時，C5也能與O2反應形成C2等化合物。C2在葉綠體、過氧化物酶體和線粒體中經過一系列化學反應完成光呼吸過程。上述過程在葉綠體與線粒體中主要物質變化如圖1。光呼吸將已經同化的碳釋放，且整體上是消耗能量的過程。回答下列問題。(1)反應①是___________過程。CO2的固定(2)與光呼吸不同，以葡萄糖為反應物的有氧呼吸產生NADH的場所是___________和______________。(3)我國科學家將改變光呼吸的相關基因轉入某種農作物野生型植株(WT)，得到轉基因株系1和2，測定凈光合速率，結果如圖2、圖3。圖2中植物光合作用CO2的來源除了有外界環境外，還可來自________和__________(填生理過程)。7～10時株系1和2與WT凈光合速率逐漸產生差異，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。細胞質基質線粒體基質光呼吸呼吸作用

凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，7～10時，隨著光照強度的增加，株系1和2由于轉入了改變光呼吸的相關基因，導致光呼吸速率降低，又因光呼吸與暗反應競爭結合C5，所以會促進暗反應中CO2的固定，提高光合作用速率據圖3中的數據________(填“能”或“不能”)計算出株系1的總光合速率，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________。圖2 圖3不能

總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率(包含光呼吸)，因橫坐標CO2濃度的改變，光呼吸釋放CO2也在改變，無法算出總光合速率(4)結合上述結果分析，選擇轉基因株系1進行種植，產量可能更具優勢，判斷的依據是____________________________________________________________。與株系2和WT相比，轉基因株系1的凈光合速率最大圖2 圖3解析

(1)在光合作用的暗反應過程中，CO2在特定酶的作用下，與C5結合形成兩個C3，這個過程稱作CO2的固定，故反應①是CO2的固定過程。(2)有氧呼吸的第一、二、三階段的場所依次是細胞質基質、線粒體基質和線粒體內膜。有氧呼吸第一階段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二階段是丙酮酸和水反應生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，故以葡萄糖為反應物的有氧呼吸產生NADH的場所是細胞質基質和線粒體基質。(3)由圖1可知，在線粒體中進行光呼吸的過程中，也會產生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的來源除了有外界環境外，還可來自光呼吸和呼吸作用。凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率(包含光呼吸)，7～10時，隨著光照強度的增加，株系1和2由于轉入了改變光呼吸的相關基因，導致光呼吸速率降低，又因光呼吸與暗反應競爭結合C5，所以會促進暗反應中CO2的固定，提高光合作用速率，因此與WT相比，株系1和2的凈光合速率較高。總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率(包含光呼吸)，因橫坐標CO2濃度的改變，光呼吸釋放CO2也在改變，無法算出總光合速率。(4)由圖2、圖3可知，與株系2和WT相比，轉基因株系1的凈光合速率最大，因此選擇轉基因株系1進行種植，產量可能更具優勢。4.(2023·遼寧高考適應性測試)圖1為葉綠體中卡爾文循環的三個階段和碳輸出的過程，圖2為卡爾文循環中某些酶活性轉換的示意圖，請據圖回答：(1)圖1中②過程需要的能量由_________________提供，③過程需要的酶位于___________。ATP和NADPH葉綠體基質(2)精細的調控機制保障了卡爾文循環中能量的有效利用：①當葉綠體中RuBP含量低時，可通過_______________________的方式增加其含量。②丙糖磷酸通過葉綠體膜上的Pi運轉器運入細胞質的同時將等量的Pi運入葉綠體。丙糖磷酸合成蔗糖時會釋放Pi，如果蔗糖的輸出受阻，則其合成速率會________(填“升高”或“降低”)，造成丙糖磷酸在葉綠體中積累，從而影響卡爾文循環的正常運轉。抑制丙糖磷酸輸出循環降低③卡爾文循環中酶的數量和活性都會受到調控，其酶數量可以通過