主题一　细胞生物学　专题(一)　细胞的结构 专题(四)　命题点1　光合作用和细胞呼吸的原理 学案 （含答案）2024年高考生物二轮复习

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命题点1 光合作用和细胞呼吸的原理
1．光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合酶
ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，因此膜高浓度侧的质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶把质子的电化学势能转化成ATP中的化学能。
2．光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
3．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
4．改变条件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量变化
分析光照强度和CO2浓度突然改变后，C3、C5、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。
如图中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．(2023·天津，9)如图是某种植物光合作用及细胞呼吸部分过程的图，关于此图说法错误的是( )
A．HCOeq \\al(－,3)经主动运输进入细胞质基质
B．HCOeq \\al(－,3)通过通道蛋白进入叶绿体基质
C．光反应生成的H＋促进了HCOeq \\al(－,3)进入类囊体
D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
2．(2021·江苏，20节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题：
(1)叶绿体在__________________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是______
________。
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生________；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了______个CO2分子。
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的______中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为________中的化学能。
思维延伸——判断与填充
(1)(2021·重庆，6)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图辨析下列说法：
①水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜( )
②产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应( )
(2)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)( )
(3)(2018·江苏，29节选)叶绿体中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在线粒体的________(填场所)转移到ATP中。线粒体产生的ATP被叶绿体利用时，可参与的代谢过程包括________(填序号)。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2 ④酶的合成
(4)(2019·江苏，28节选)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体____________。
(5)(2020·江苏，27节选)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是________________。
(6)(2022·全国甲，29节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________________________(答出1点即可)。
题组一 光合作用与细胞呼吸的过程辨析
1．(多选)(2023·徐州高三调研)有氧呼吸第三阶段是由一系列的氢和电子的载体按一定的顺序排列组成的连续反应体系，下列有关叙述正确的是( )
A．图中的ATP合酶也可分布在叶绿体内膜上
B．NADH作为唯一电子供体，释放的电子最终被氧气接受生成水
C．电子在传递过程中，释放的能量将H＋从线粒体基质泵到膜间隙，形成浓度梯度
D．图中电子传递过程与ATP合成过程偶联，利用H＋浓度梯度驱动合成ATP
2．(2023·锡山高级中学高三期末)如图表示绿色植物光合作用光反应过程中质子(H＋)和电子(e－)的传递情况，实线代表H＋传递，虚线代表e－传递，PQ既可传递e－，又可传递H＋。请回答下列问题：
(1)类囊体薄膜的主要成分有______________，该生物膜具有流动性，主要表现为__________________________和__________________________________________________。
(2)少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为__________；e－经光系统Ⅱ→PQ→细胞色素b6f→PC→光系统Ⅰ等最终传递给________________，合成NADPH；伴随着e－的传递，H＋通过________方式从叶绿体基质转运至类囊体腔积累，形成一定的H＋梯度，驱动ATP合成，最终实现光能转换为____________。
(3)当植物处于NADP＋缺乏状态时将启动循环电子转运，该状态下叶绿体中____________(填“能”或“不能”)合成ATP。
题组二 辨析条件骤变引起代谢过程中物质含量的变化
3．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，下列判断错误的是( )
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＋供应不足有关
C．c与d的面积可能相等
D．b点细胞中C5含量增加
4．(多选)(2023·南通高三期末)图甲表示某油科植物种子萌发过程中CO2释放和O2吸收速率的变化趋势，图乙表示油科植物叶肉细胞中C3的相对含量在夏季某天24 h内(有一段时间乌云遮蔽)的变化趋势。下列有关分析判断错误的是( )
A．图甲中，在12～24 h期间，萌发种子的呼吸方式主要是无氧呼吸
B．图甲中48 h后，萌发的种子O2吸收速率超过CO2释放速率，其原因是幼苗开始进行光合作用
C．图乙中，叶肉细胞进行光合作用的区间是曲线b～i，乌云遮蔽开始的时间可能是曲线上d点对应的时刻
D．与f点相比，g点叶绿体中NADPH的含量较高
专题(四) 光合作用和细胞呼吸
建网络 抓主干
①CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2 ②细胞质基质
③叶绿体基质 ④C3的还原 ⑤细胞质基质
命题点1 真题研究
1．B [据题图可知，HCOeq \\al(－,3)进入细胞质基质或叶绿体基质需要线粒体产生的ATP供能，都属于主动运输，通道蛋白只参与协助扩散，A正确，B错误；据题图可知，光反应中水光解产生的H＋促进HCOeq \\al(－,3)进入类囊体，C正确；据图可知，光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于HCOeq \\al(－,3)进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。]
2．(1)类囊体薄膜 叶绿素、类胡萝卜素 (2)C5 12
(3)NADPH ATP
解析 (1)光合作用光反应的场所为类囊体薄膜，将光能转变成化学能，参与该反应的光合色素是叶绿素、类胡萝卜素。(2)据题意在暗反应进行中为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用；一分子蔗糖含12个C原子，C5含有5个碳原子，据图固定1个CO2合成1个C3，因为还要再生出C5，故需要12个CO2合成一分子蔗糖。(3)NADPH起还原剂的作用，含有还原能，细胞呼吸过程中释放的能量用于合成ATP中的化学能和热能。
思维延伸
(1)①× 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用，最少要穿过1层类囊体薄膜，2层叶绿体膜，穿过同一细胞中的线粒体的2层膜，共5层膜。
②√
(2)× 水在光下分解不消耗ATP。
(3)内膜上 ①②④ (4)吸水涨破 (5)非还原糖较稳定
(6)自身呼吸消耗或建造植物体结构
题组集训
1．CD [光合作用的光反应阶段也能合成ATP，其场所是类囊体薄膜，故图中的ATP合酶也可分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；NADH和FADH2都可作为电子供体，释放的电子最终被氧气接受生成水，B错误。]
2．(1)脂质和蛋白质 磷脂分子可以侧向自由移动 蛋白质大多能运动 (2)氧和H＋ NADP＋ 主动运输 (活跃的)化学能 (3)能
解析 (3)据题图可知，当植物体处于NADP＋缺乏状态时，NADPH的合成受到影响，将启动循环电子转运，H＋通过与PQ结合生成PQH2途径进入类囊体腔，然后通过ATP合酶被转动到叶绿体基质的同时促进ATP的合成。
3．D [a点时，由于光照强度突然增强，光反应速率加快，产生的O2、ATP、NADPH增加，但a点后暗反应速率较慢，从而限制了光合速率，光反应减弱，O2释放速率下降，A、B正确；在较理想的情境中，整个光合作用过程中O2的释放量和CO2的吸收量相等，c、d的面积分别代表二者之间的差值的绝对值，理论上应该相等，故在具体情境中c、d的面积有可能相等，C正确；b点光照强度突然减弱，光反应速率降低，ATP、NADPH产量减少，C3还原速率下降，C5的合成减少，短时间内C5的消耗量不变，故b点时细胞中C5含量会减少，D错误。]
4．BC [图甲中，在12～24 h期间，CO2释放速率很快，而O2吸收速率很慢，表明此时间段萌发种子的呼吸方式主要是无氧呼吸，A正确；据图甲可知，48 h后，消耗的O2大于释放的CO2，所以细胞呼吸底物不只是糖类，还有脂肪等，B错误；图乙中，ab段时间为0点到6点，此时无光照且C3的含量不变，只有细胞呼吸，从b点到i点，C3的含量在降低，说明叶肉细胞在消耗利用C3，且这段时间有光照，因此植物在进行光合作用，有乌云时，光照强度降低，C3的还原减慢，CO2固定生成C3的速率不变，故C3含量升高，因此乌云遮蔽开始的时间可能是曲线上c点对应的时刻，C错误；g点相对f点，中午气温较高，部分气孔关闭，吸收的CO2减少，CO2的固定速度减慢，C3的含量减少，还原所需要的NADPH减少，故NADPH含量高，D正确。]
考点
1.光合作用和细胞呼吸的过程及其相互关系。2.影响光合作用速率的环境因素。
考情
该部分内容的命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境以下两种居多：
(1)以大学教材中有氧呼吸和光合作用过程的文字或图解为情境；
(2)以科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验数据表或坐标曲线为情境。