2025版高考生物二輪復(fù)習(xí)課件 課時3 電子傳遞鏈及化學(xué)滲透假說、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代謝類型

電子傳遞鏈及化學(xué)滲透假說、C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代謝類型課

時3考情速覽熱點考情電子傳遞鏈①2023·江蘇卷，19；②2023·重慶卷，19；③2023·湖北卷，8；④2023·山東卷，21；①2022·江蘇卷，15；②2022·重慶卷，23；③2022·山東卷，16逆境脅迫與生產(chǎn)實踐①2024·湖南卷，17；②2024·浙江6月選考，13、23；③2024·河北卷，19；④2024·廣東卷，20；⑤2024·湖北卷，21；⑥2024·浙江1月選考，20；①2023·湖南卷，14；①2022·浙江1月選考，27目

錄突破1電子傳遞鏈及化學(xué)滲透假說C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代謝類型突破2突破1

電子傳遞鏈及化學(xué)滲透假說1.光合作用和有氧呼吸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)——ATP合成酶 ATP產(chǎn)生機制：線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體薄膜的磷脂雙分子層對質(zhì)子高度不通透，因此膜高濃度側(cè)的質(zhì)子只能通過ATP合成酶順濃度梯度流出，而ATP合成酶把質(zhì)子的電化學(xué)勢能轉(zhuǎn)化成ATP中的化學(xué)能。2.光合磷酸化和氧化磷酸化類囊體薄膜內(nèi)膜3.化學(xué)滲透假說 1961年，米切爾(PeterMitchell)提出了化學(xué)滲透假說：①線粒體(葉綠體)的電子傳遞鏈將H＋由線粒體基質(zhì)(葉綠體基質(zhì))泵入線粒體內(nèi)、外膜間基質(zhì)(類囊體基質(zhì))；②線粒體內(nèi)膜(類囊體膜)不允許H＋回流，膜內(nèi)外產(chǎn)生H＋濃度梯度；③H＋順濃度梯度回流釋放能量合成ATP。1963年，賈格道夫在黑暗條件下把離體的葉綠體類囊體置于pH＝4的酸性溶液中平衡，讓類囊體腔的pH下降至4。平衡后將類囊體轉(zhuǎn)移到含有ADP和Pi的A組pH＝8和B組pH＝4的緩沖溶液中，一段時間后A組有ATP產(chǎn)生。賈格道夫?qū)嶒灡砻鳎侯惸殷w膜內(nèi)外存在H＋濃度差是類囊體合成ATP的直接動力。[例1]

(2023·湖北卷，8)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復(fù)合體，PSⅡ光復(fù)合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ，通過與PSⅡ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是(

)CA.葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲增強B.Mg2＋含量減少會導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱C.弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，不利于對光能的捕獲D.PSⅡ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H＋、電子和O2解析葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ分離減少，PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲增強，A正確；Mg2＋是葉綠素的組成成分，其含量減少會導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體上的葉綠素含量減少，導(dǎo)致對光能的捕獲減弱，B正確；弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，增強對光能的捕獲，C錯誤；PSⅡ光復(fù)合體能吸收光能，并分解水產(chǎn)生H＋、電子和O2，D正確。[練]

(2024·湖南衡陽模擬)解偶聯(lián)劑能使有氧呼吸電子傳遞鏈產(chǎn)生的能量不用于ADP的磷酸化形成ATP，而只能以熱能的形式散發(fā)，即解除了氧化和磷酸化的偶聯(lián)作用，如圖為細胞呼吸電子傳遞鏈示意圖。以下敘述錯誤的是(

)CA.呼吸抑制劑抑制電子傳遞，導(dǎo)致磷酸化過程也受到抑制B.已知過量的阿司匹林可使氧化磷酸化部分解偶聯(lián)，因此會導(dǎo)致體溫升高C.動物棕色脂肪組織線粒體中有獨特的解偶聯(lián)蛋白，因此棕色脂肪比例較高的人更容易肥胖D.線粒體內(nèi)膜對H＋的通透性是氧化過程和磷酸化發(fā)生偶聯(lián)的關(guān)鍵因素之一解析動物棕色脂肪組織線粒體中有獨特的解偶聯(lián)蛋白，其大部分能量以熱能的形式散發(fā)，因此棕色脂肪比例較高的人御寒能力更強，且不容易肥胖，C錯誤。[例2]

(2022·重慶卷，23)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，光能會被類囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”，并用于驅(qū)動產(chǎn)生ATP(如圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式，他們開展了后續(xù)實驗。(1)制備類囊體時，提取液中應(yīng)含有適宜濃度的蔗糖，以保證其結(jié)構(gòu)完整，原因是__________________________________________________；為避免膜蛋白被降解，提取液應(yīng)保持________(填“低溫”或“常溫”)。保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂低溫(2)在圖Ⅰ實驗基礎(chǔ)上進行圖Ⅱ?qū)嶒?，發(fā)現(xiàn)該實驗條件下，也能產(chǎn)生ATP。但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。圖Ⅱ?qū)嶒炇窃诠庹諚l件下對類囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自于光能還是來自類囊體膜內(nèi)外H＋濃度差(3)為探究自然條件下類囊體膜內(nèi)外產(chǎn)生H＋濃度差的原因，對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，結(jié)果如圖Ⅲ所示，懸液的pH在光照處理時升高，原因是________________________________________________。類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差是通過光合電子傳遞和H＋轉(zhuǎn)運形成的，電子的最終來源物質(zhì)是________。圖Ⅲ類囊體膜外H＋被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高水(4)用菠菜類囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體，能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物。若要實現(xiàn)黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有____________________。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，若要增產(chǎn)，可采取的有效措施有_________________________________________(答兩點)。NADPH、ATP和CO2增加二氧化碳的濃度和適當(dāng)提高環(huán)境溫度解析

(1)制備類囊體時，其提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖，保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂，以保證其結(jié)構(gòu)完整。提取液應(yīng)該保持低溫降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)從圖Ⅱ?qū)嶒炛锌芍诠庹諚l件下，將處于pH＝4的類囊體轉(zhuǎn)移到pH＝8的錐形瓶中，再在遮光的條件下加入ADP和Pi，也產(chǎn)生了ATP，但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差，因為圖Ⅱ?qū)嶒炇窃诠庹諚l件下對類囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自于光能還是來自類囊體膜內(nèi)外H＋濃度差。(3)對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，懸液的pH在光照處理時升高，推測可能是類囊體膜外H＋被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高。類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差是通過光合電子傳遞和H＋轉(zhuǎn)運形成的，光反應(yīng)過程中，水的分解伴隨著電子的傳遞，故電子的最終來源物質(zhì)是水。(4)人工葉綠體能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物，若要在黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，則需要提供光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)NADPH和ATP，以及暗反應(yīng)的原料CO2。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，說明暗反應(yīng)已經(jīng)達到最大速率，增加二氧化碳的濃度和適當(dāng)提高環(huán)境溫度增加酶的活性，可有效提高產(chǎn)量。突破2

C4植物、景天科植物、光呼吸等特殊代謝類型光合作用固定CO2的途徑除了卡爾文循環(huán)以外，還有C4途徑和景天酸代謝(CAM)途徑等；植物除了細胞呼吸(暗呼吸)外，還有光呼吸。近幾年的高考試題更多的圍繞C4植物、光呼吸等特殊過程進行考查。1.C4植物名師解讀

①C4植物葉肉細胞的葉綠體有類囊體能進行光反應(yīng)，而維管束鞘細胞沒有完整的葉綠體。所以C4植物光反應(yīng)發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體類囊體薄膜上，而CO2固定發(fā)生在葉肉細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)和維管束鞘細胞的葉綠體基質(zhì)中。②用14C標記CO2追蹤C4植物碳原子的轉(zhuǎn)移途徑為：CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)。③C4植物PEP羧化酶對CO2具有高親和力，當(dāng)外界環(huán)境干旱導(dǎo)致植物氣孔導(dǎo)度減小時，C4植物就能利用細胞間隙低濃度的CO2繼續(xù)生長，而C3植物則不能。故在干旱環(huán)境中，C4植物比C3植物生長得好。[例1]

(2024·廣東卷，20)某湖泊曾處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，水面漂浮著大量浮游藻類。管理部門通過控源、清淤、換水以及引種沉水植物等手段，成功實現(xiàn)了水體生態(tài)恢復(fù)。引種的3種多年生草本沉水植物(①金魚藻、②黑藻、③苦草，答題時植物名稱可用對應(yīng)序號表示)在不同光照強度下光合速率及水質(zhì)凈化能力見圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)湖水富營養(yǎng)化時，浮游藻類大量繁殖，水體透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有機物少于______________的有機物，最終衰退和消亡。呼吸作用消耗(2)生態(tài)恢復(fù)后，該湖泊形成了以上述3種草本沉水植物為優(yōu)勢的群落垂直結(jié)構(gòu)，從湖底到水面依次是__________________________________________，其原因是___________________________________________________________。③(苦草)、②(黑藻)、①(金魚藻)最大光合速率對應(yīng)光照強度依次升高(3)為了達到湖水凈化的目的，選擇引種上述3種草本沉水植物的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________，三者配合能實現(xiàn)綜合治理效果。3種植物在湖泊中的分布具有明顯的垂直分層現(xiàn)象，3種植物的種間競爭小且①(金魚藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷率高(4)上述3種草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途徑(濃縮CO2形成高濃度C4后，再分解成CO2傳遞給C5)使其在CO2受限的水體中仍可有效地進行光合作用，在水生植物群落中競爭力較強。根據(jù)圖a設(shè)計一個簡單的實驗方案，驗證黑藻的碳濃縮優(yōu)勢，完成下列表格。實驗設(shè)計方案實驗材料對照組：________實驗組：黑藻實驗條件控制光照強度為______μmol·m－2·s－1營養(yǎng)及環(huán)境條件相同且適宜，培養(yǎng)時間相同控制條件____________________________________________________測量指標____________________________________________________①(金魚藻)500CO2濃度較低且相同O2釋放量(5)目前在湖邊淺水區(qū)種植的沉水植物因強光抑制造成生長不良，此外，大量沉水植物葉片凋落，需及時打撈，增加維護成本。針對這兩個實際問題從生態(tài)學(xué)角度提出合理的解決措施：______________________________________________________________________________________________________________。

合理引入浮水植物，減弱沉水植物的光照強度；合理引入以沉水植物凋落葉片為食的生物解析

(1)植物光合作用合成的有機物減去呼吸作用消耗的有機物為植物有機物的積累量，有機物的積累量大于0時，植物可正常生長。若光合作用合成的有機物少于呼吸作用消耗的有機物，會使植物衰退和消亡。(2)植物的分層與對光的利用有關(guān)，從水面到湖底光照強度逐漸減弱，由圖a可知，3種植物達到最大光合速率所需的光照強度大小為③<②<①(苦草<黑藻<金魚藻)，故從湖底到水面依次為③②①(或苦草、黑藻、金魚藻)。(3)由(2)可知，3種植物在湖泊中的分布具有明顯的垂直分層現(xiàn)象，這使得3種植物的種間競爭小。此外由圖b可知，三種植物均具有良好的氮、磷元素和藻類的去除能力，因此三者配合能實現(xiàn)綜合治理效果。(4)由題干可知，實驗?zāi)康臑轵炞C黑藻的碳濃縮優(yōu)勢使得黑藻在CO2受限的水體中仍可有效地進行光合作用，因此本實驗的自變量為水生植物的種類，無關(guān)變量為光照強度、營養(yǎng)及環(huán)境條件等。為排除光照強度對水生植物光合作用的影響，應(yīng)選擇在同一光照強度下，與黑藻光合速率相近的水生植物，由圖a可知，光照強度為500μmol·m－2·s－1時，金魚藻與黑藻具有相等的光合速率，因此對照組選擇的水生植物為金魚藻，控制光照強度為500μmol·m－2·s－1?？刂茥l件為使水體中的CO2維持在較低水平，可通過檢測單位時間內(nèi)單位水體中O2濃度的變化量來測定凈光合速率。(5)為解決“淺水區(qū)種植的沉水植物因強光抑制造成生長不良”的問題，可適當(dāng)種植浮水植物或挺水植物遮擋強光；為解決“大量沉水植物葉片凋落，需及時打撈，增加維護成本”的問題，可適當(dāng)引入以沉水植物凋落葉片為食的生物。2.景天科植物名師解讀

①仙人掌、菠蘿和許多肉質(zhì)植物都進行這種類型的光合作用。這類植物特別適合于炎熱干旱地區(qū)，其特點是氣孔夜間開放，吸收并固定CO2，形成以蘋果酸為主的有機酸，儲存于液泡中；白天時氣孔關(guān)閉，不吸收CO2，但同時卻通過卡爾文循環(huán)將從蘋果酸中釋放的CO2還原為糖，該機制也稱CAM途徑。②從進化角度看，這種氣孔開閉特點的形成是自然選擇的結(jié)果。但夜晚該類植物不能合成葡萄糖，原因是沒有光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH。③如果白天適當(dāng)提高CO2濃度，景天科植物的光合作用速率基本不變。④分析圖中信息推測，CAM途徑是對干旱環(huán)境的適應(yīng)；該途徑除維持光合作用外，對植物的生理意義還表現(xiàn)在有效避免白天旺盛的蒸騰作用造成水分過多散失。[例2]

(2021·全國乙卷，29)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}： (1)白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有____________________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和_________釋放的CO2。 (2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止____________________________，又能保證____________正常進行。葉綠體、細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細胞呼吸蒸騰作用過強導(dǎo)致植物過度失水光合作用(3)若以pH作為檢測指標，請設(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果)————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————實驗思路：取若干長勢相同的植物甲，平均分為A、B兩組；將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其他條件相同且適宜；一段時間后，分別測定兩組植物甲白天和夜晚液泡中的pH。預(yù)期結(jié)果：B組液泡中的pH白天和夜晚無明顯變化，A組液泡中的pH夜晚明顯低于白天解析

(1)白天植物的葉肉細胞同時進行光合作用和呼吸作用，光合作用過程中產(chǎn)生ATP的場所是葉綠體，呼吸作用過程中產(chǎn)生ATP的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。據(jù)題干信息可知，白天儲存在液泡中的蘋果酸脫羧釋放出CO2用于光合作用，同時葉肉細胞也進行細胞呼吸，細胞呼吸釋放出來的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的環(huán)境中，白天氣孔關(guān)閉可以降低蒸騰作用，避免植物細胞過度失水；夜間氣孔打開吸收CO2，通過生成蘋果酸儲存在液泡中，白天蘋果酸脫羧釋放的CO2可為光合作用的進行提供原料，保證了光合作用的正常進行。(3)該實驗的目的是驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在特殊的CO2固定方式，根據(jù)題干信息晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中，推測蘋果酸的存在會導(dǎo)致液泡中呈酸性，由于白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，可判斷蘋果酸分解釋放出CO2后液泡中酸性下降或趨于中性，因此實驗中需要檢測白天和夜晚葉肉細胞中液泡的pH。3.光呼吸

光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應(yīng)中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時，O2會競爭Rubisco酶，在光的驅(qū)動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應(yīng)，正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產(chǎn)物的25%～30%。過程如圖所示：名師解讀

①光呼吸的不利影響：消耗掉暗反應(yīng)的底物C5，導(dǎo)致光合作用減弱，農(nóng)作物產(chǎn)量降低。②光呼吸的有利影響：強光時，由于光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)速率，因此葉肉細胞中會積累ATP和NADPH，這些物質(zhì)積累會產(chǎn)生自由基，這些自由基會損傷葉綠體。而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應(yīng)過程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。③高O2環(huán)境下，光呼吸會明顯加強，而提高CO2濃度可明顯抑制光呼吸。[例3]

(2024·廣東深圳市調(diào)研)植物消耗氧氣，將RuBP(C5)轉(zhuǎn)化成二氧化碳的過程稱作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶(Rubisco)不僅能催化CO2與RuBP進行羧化反應(yīng)，還能催化氧氣與RuBP的氧化反應(yīng)，相關(guān)過程如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}。(1)Rubisco催化RuBP的羧化反應(yīng)發(fā)生在真核細胞的___________(具體部位)，這一過程稱作__________，反應(yīng)形成的產(chǎn)物被_____________________還原為糖類。葉綠體基質(zhì)CO2的固定NADPH(還原型輔酶Ⅱ)(2)當(dāng)CO2/O2比值________(填“較高”或“較低”)時，更有利于植物進行羧化反應(yīng)。對農(nóng)作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物細胞的光呼吸與乙醇酸氧化酶活性呈正相關(guān)，結(jié)合題干信息推測甲醇抑制光呼吸的機制是___________________________________________________________________。較高甲醇通過抑制乙醇酸氧化酶的活性來抑制光呼吸(3)在小麥、水稻等C3作物中，光呼吸導(dǎo)致光合作用的轉(zhuǎn)化效率降低20%～50%