人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如下图所示,其中*、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体...
问题详情:
人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如下图所示,其中*、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________,模块3中的*可与CO2结合,*为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将________________ (填:增加或减少)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量________________ (填:高于、低于或等于)植物,原因是________________。
(4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
【回答】
(1). 模块1和模块2 (2). 五碳化合物(或:C5) (3). 减少 (4). 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 (5). 高于 (6). 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或:植物呼吸作用消耗糖类) (7). 叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少
【解析】
【分析】
光合作用中光反应和暗反应的比较:
比较项目 | 光反应 | 暗反应 |
场所 | 类囊体薄膜 | 叶绿体基质 |
条件 | *素、光、酶、水、ADP、Pi | 多种酶、CO2、ATP、(H) |
反应产物 | (H)、O2、ATP | 有机物、ADP、Pi、NADP+、水 |
物质变化 | 水的光解:2H2O4(H)+O2 ATP的生成:ADP+Pi+光能ATP | CO2的固定:CO2+C52C3 C3的还原:2C3(CH2O)+C5 |
能量变化 | 光能→电能→ATP中活跃的化学能 | ATP中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 |
实质 | 光能转变为化学能,水光解产生O2和(H) | 同化CO2形成(CH2O) |
联系 | ①光反应为暗反应提供(H)和ATP; ②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+; ③ 光反应与暗反应相互偶联,离开了彼此均会受阻,即无光反应,暗反应无法进行。若无暗反应,有机物无法合成,同样光反应也会停止。 |
分析题图,模块1将光能转化为电能,模块2将电能转化为活跃的化学能,模块3将活跃的化学能转化为糖类(稳定的化学能),结合光合作用的过程可知,模块1和模块2相当于光反应阶段,模块3相当于暗反应阶段。在模块3中,CO2和*反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定,因此*为C5,乙为C3。
【详解】(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能,再转化成ATP中活跃的化学能,题图中模块1将光能转化为电能,模块2将电能转化为活跃的化学能,两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中,CO2和*反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定,因此*为五碳化合物(或C5)。
(2)据分析可知乙为C3,气泵突然停转,大气中CO2无法进入模块3,相当于暗反应中CO2浓度降低,短时间内CO2浓度降低,C3的合成减少,而C3仍在正常还原,因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长,模块3中CO2的量严重不足,导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP+不足,无法正常供给光反应的需要,因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。
(3)糖类的积累量=产生量-消耗量,在植物中光合作用产生糖类,呼吸作用消耗糖类,而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗,因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量要高于植物。
(4)在干旱条件下,植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低,导致二氧化碳的吸收量减少,因此光合作用速率降低。
【点睛】本题主要考查了光合作用过程中光反应和暗反应之间的区别与联系,以及影响光合作用速率的因素,需要考生识记相关内容,联系图中三个模块中能量和物质的变化,结合题干进行分析。
知识点:光合作用
题型:综合题