【題目】人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類,相關裝置及過程如下圖所示,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(tǒng)中執(zhí)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應用前景。

【答案】模塊1和模塊2 五碳化合物(或:C5 減少 模塊3為模塊2提供的ADPPiNADP+不足 高于 人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或:植物呼吸作用消耗糖類) 葉片氣孔開放程度降低,CO2的吸收量減少

【解析】

1、光合作用中光反應和暗反應的比較:

比較項目

光反應

暗反應

場所

類囊體薄膜

葉綠體基質

條件

色素、光、酶、水、ADP、Pi

多種酶、CO2、ATP[H]

反應產(chǎn)物

[H]、O2ATP

有機物、ADP、PiNADP+、水

物質變化

水的光解:2H2O4[H]+O2

ATP的生成:ADP+Pi+光能ATP

CO2的固定:CO2+C52C3

C3的還原:2C3CH2O+C5

能量變化

光能→電能→ATP中活躍的化學能

ATP中活躍的化學能→糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能

實質

光能轉變?yōu)榛瘜W能,水光解產(chǎn)生O2[H]

同化CO2形成(CH2O

聯(lián)系

①光反應為暗反應提供[H]ATP

②暗反應為光反應提供ADP、PiNADP+

光反應與暗反應相互偶聯(lián),離開了彼此均會受阻,即無光反應,暗反應無法進行。若無暗反應,有機物無法合成,同樣光反應也會停止。

2、分析題圖,模塊1將光能轉化為電能,模塊2將電能轉化為活躍的化學能,模塊3將活躍的化學能轉化為糖類(穩(wěn)定的化學能),結合光合作用的過程可知,模塊1和模塊2相當于光反應階段,模塊3相當于暗反應階段。在模塊3中,CO2和甲反應生成乙的過程相當于暗反應中CO2的固定,因此甲為C5,乙為C3。

1)葉綠體中光反應階段是將光能轉化成電能,再轉化成ATP中活躍的化學能,題圖中模塊1將光能轉化為電能,模塊2將電能轉化為活躍的化學能,兩個模塊加起來相當于葉綠體中光反應的功能。在模塊3中,CO2和甲反應生成乙的過程相當于暗反應中CO2的固定,因此甲為五碳化合物(或C5)。

2)據(jù)分析可知乙為C3,氣泵突然停轉,大氣中CO2無法進入模塊3,相當于暗反應中CO2濃度降低,短時間內CO2濃度降低,C3的合成減少,而C3仍在正常還原,因此C3的量會減少。若氣泵停轉時間較長,模塊3CO2的量嚴重不足,導致暗反應的產(chǎn)物ADPPiNADP+不足,無法正常供給光反應的需要,因此模塊2中的能量轉換效率也會發(fā)生改變。

3)糖類的積累量=產(chǎn)生量-消耗量,在植物中光合作用產(chǎn)生糖類,呼吸作用消耗糖類,而在人工光合作用系統(tǒng)中沒有呼吸作用進行消耗,因此在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量要高于植物。

4)在干旱條件下,植物為了保住水分會將葉片氣孔開放程度降低,導致二氧化碳的吸收量減少,因此光合作用速率降低。

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