下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图( NADPH 指 ), 请回答下列问题 :
( 1 )甲可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为 ______________________ ,其中大多数高等植物的 ____________________ 需在光照条件下合成。
( 2 )在甲发育形成过程中,细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到甲内,在 ___________________ (填场所)组装;核编码的 Rubisco (催化 CO 2 固定的酶)小亚基转运到甲内,在
____________________ (填场所)组装。
( 3 )甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为 ____________________ 后进入乙,继而在乙的 ____________________ (填场所)彻底氧化分解成 CO 2 ;甲中过多的还原能可通过物质转化,在细胞质中合成 NADPH,NADPH 中的能量最终可在乙的 __________________ (填场所)转移到 ATP 中。
( 4 )乙产生的 ATP 被甲利用时,可参与的代谢过程包括 ___________________ (填序号)。
① C 3 的还原 ②内外物质运输 ③ H 2 O 裂解释放 O 2 ④酶的合成
叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素 类囊体膜上 基质中 丙酮酸 基质中 内膜上 ①②④
【分析】
据图分析,甲表示叶绿体,是光合作用的场所;乙是线粒体,是有氧呼吸的主要场所。线粒体为叶绿体提供了二氧化碳和 ATP ,叶绿体为线粒体提供了三碳糖(在细胞质基质中分解成丙酮酸供给线粒体)、氧气、 NADPH (叶绿体中过多的还原能在细胞质中合成 NADPH)。
【详解】
( 1 )根据以上分析已知,甲表示叶绿体,是光合作用的场所,参与光合作用的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素,其中叶绿素需要在光照条件下合成。
( 2 )光反应的场所是类囊体薄膜,因此细胞核编码的参与光反应中心的蛋白,在细胞质中合成后,转运到叶绿体内,在类囊体薄膜上组装;二氧化碳的固定发生在叶绿体基质中,因此核编码的 Rubisco (催化 CO 2 固定的酶)小亚基转运到叶绿体内,在叶绿体基质中组装。
( 3 )在氧气充足的条件下,叶绿体产生的三碳糖在细胞质基质中分解为丙酮酸,然后进入线粒体基质中,彻底氧化分解成 CO 2 ;据图分析,图中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内膜上转移到 ATP 中。
( 4 )叶绿体光反应产生 ATP ,因此图中线粒体为叶绿体提供的 ATP 用于光反应以外的生命活动,如 C 3 的还原、内外物质运输、酶的合成等,而 H 2 O 裂解释放 O 2 属于光反应,故选 ①②④ 。
【点睛】
解答本题的关键是掌握光合作用与呼吸作用的过程以及发生的场所,弄清楚甲、乙代表的细胞器名称及其主要作用,并弄清楚两者之间的物质关系。
光合作用过程:
1、光合作用的概念:
绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
2、光合作用图解:
3、光合作用的总反应式及各元素去向
(1)光合作用过程图:
氮能够提高光合作用的效率的原因是:氮是许多种酶的组成成分光合作用的场所:光合作用第一个阶段中的化学反应,必须有光才能进行。在类囊体的薄膜上进行;光合作用的第二个阶段中的化学反应,有没有光都可以进行。在叶绿体基质中进行。
(2)玉米是C4植物,其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体,能够进行光合作用的暗反应。C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。
①四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合,提高强光、高温下的光合速率,在干旱时可以部分地收缩气孔孔径,减少蒸腾失水,而光合速率降低的程度就相对较小,从而提高了水分在四碳植物中的利用率。
②二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长。C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中;而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内,维管束鞘细胞不含叶绿体。
(3)影响光合作用强度的条件:温度、CO2浓度、光照强度、叶片面积等。
(4)光合细菌:利用光能和二氧化碳维持自养生活的有色细菌。光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物,是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称,是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌,是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处,主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。
项目 | 光反应(准备阶段) | 暗反应(完成阶段) |
场所 | 叶绿体的类囊体薄膜上 | 叶绿体的基质中 |
条件 | 光、色素、酶、水、ADP、 Pi |
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5 |
物质变化 | ||
能量的变化 | 光能转变成ATP中活跃的化学能 | ATP中活跃的化学能转变成(CH2O)中稳定的化学能 |
相互联系 | 光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量;暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料 |
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