2025屆高考生物二輪總復(fù)習(xí)大單元2細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)層級二核心突破點精研專攻課件

層級二二輪核心?精研專攻突破點1運用“對照”和“變量”思維解答酶類實驗題聚焦1與酶的作用和特性有關(guān)的教材基礎(chǔ)實驗【鏈真題明方向】1.(2024·河北卷)下列關(guān)于酶的敘述,正確的是(

)A.作為生物催化劑,酶作用的反應(yīng)物都是有機物B.胃蛋白酶應(yīng)在酸性、37℃條件下保存C.醋酸菌中與發(fā)酵產(chǎn)酸相關(guān)的酶,分布于其線粒體內(nèi)膜上D.從成年牛、羊等草食類動物的腸道內(nèi)容物中可獲得纖維素酶D解析

酶的作用底物既可以是有機物,也可以是無機物,如淀粉酶催化淀粉(有機物)水解,過氧化氫酶催化過氧化氫(無機物)分解,A項錯誤。酶的作用條件較溫和,過酸、過堿和高溫都會使酶變性失活,低溫條件下酶的活性很低,所以酶的保存條件是適宜的pH和低溫,胃蛋白酶的最適pH為1.5,故胃蛋白酶應(yīng)在酸性、低溫條件下保存,B項錯誤。醋酸菌是細菌,為原核生物,沒有線粒體,C項錯誤。成年牛、羊等草食類動物腸道中有分解纖維素的微生物,故從成年牛、羊等草食類動物腸道內(nèi)容物中可獲得纖維素酶,D項正確。2.(2024·浙江卷)紅豆杉細胞內(nèi)的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸,進而促進紫杉醇的合成。低溫條件下提取PAL酶液,測定PAL的活性,測定過程如下表所示。

步驟處理試管1試管2①苯丙氨酸1.0mL1.0mL②HCl溶液(6mol/L)—0.2mL③PAL酶液1.0mL1.0mL④試管1加0.2mLH2O,2支試管置于30℃水中,水浴1小時⑤HCl溶液(6mol/L)0.2mL—⑥試管2加0.2mLH2O,測定2支試管中的產(chǎn)物量下列敘述錯誤的是(

)A.低溫提取以避免PAL失活B.30℃水浴1小時使苯丙氨酸完全消耗C.④加H2O補齊反應(yīng)體系體積D.⑤加入HCl溶液是為了終止酶促反應(yīng)B解析

溫度過高會導(dǎo)致酶失活,因此本實驗采用低溫提取,以避免PAL

失活,A項正確;測定酶活性時,底物的量要足夠,故苯丙氨酸不會被完全消耗,B項錯誤;步驟④在試管1中加入0.2

mL

H2O,補齊了步驟②試管1因未加HCl溶液而缺少的體積,即補齊反應(yīng)體系體積,使無關(guān)變量保持相同,C項正確;pH過低或過高酶均會失活,步驟⑤加入HCl溶液是為了終止酶促反應(yīng),D項正確。探究酶作用和特性的相關(guān)實驗設(shè)計分析【歸納拓展】【練模擬拓角度】3.(2024·遼寧撫順三模)實驗小組為探究溫度對蔗糖酶活性的影響,設(shè)計了如下實驗步驟:①取6支試管,向每支試管中加入1mL一定濃度的蔗糖酶溶液;②向每支試管中加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的蔗糖溶液,搖勻;③將6支試管分別置于0℃、20℃、30℃、40℃、50℃和70℃水浴中保溫10min;④檢測反應(yīng)速率。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A.蔗糖水解的產(chǎn)物是葡萄糖和果糖B.各個實驗組相互對照,屬于對比實驗C.應(yīng)將酶溶液與底物溶液先分別保溫再混合D.一般用斐林試劑檢測反應(yīng)生成物的含量D解析

蔗糖是由葡萄糖和果糖脫水縮合形成的,所以蔗糖水解的產(chǎn)物是葡萄糖和果糖,A項正確;本實驗沒有對照組,都是實驗組,各個實驗組相互對照,屬于對比實驗,B項正確;應(yīng)將酶溶液與底物溶液先分別保溫再混合,避免混合時出現(xiàn)溫度誤差導(dǎo)致實驗結(jié)果不準(zhǔn)確,C項正確;用斐林試劑檢測葡萄糖和果糖時,常需要水浴加熱,而本實驗中溫度是自變量,因此不能用斐林試劑檢測反應(yīng)生成物的含量,D項錯誤。4.(2024·黑龍江齊齊哈爾二模)研究人員以酪蛋白為原料,探究不同溫度及酶與底物的比例對酶促反應(yīng)速率的影響。他們將幾組經(jīng)過預(yù)處理的酪蛋白溶液裝在燒杯內(nèi),設(shè)計溫度分別為56℃、58℃、60℃、62℃及酶與底物的比例分別為4%、5%、6%、7%,各組置于適宜的pH條件下并加入酪蛋白酶,水解相同的時間后測定酪氨酸的含量。下列敘述錯誤的是(

)A.本實驗可以不設(shè)計空白對照組B.各組所加入酪蛋白酶的用量為無關(guān)變量C.酪蛋白酶可降低酪蛋白水解反應(yīng)的活化能D.酪氨酸的含量越高,說明酶促反應(yīng)速率越大B解析

探究不同溫度及酶與底物的比例對酶促反應(yīng)速率的影響為對比實驗,溫度為56

℃、58

℃、60

℃、62

℃四組相互對照,不用設(shè)計空白對照組,A項正確;根據(jù)實驗?zāi)康摹疤骄坎煌瑴囟燃懊概c底物的比例對酶促反應(yīng)速率的影響”和檢測結(jié)果可知,酪蛋白酶的用量是自變量,B項錯誤;酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能,所以酪蛋白酶可降低酪蛋白水解反應(yīng)的活化能,C項正確;酪氨酸越多說明酪蛋白分解的越多,酶促反應(yīng)速率越大,D項正確。5.(2024·山東棗莊二模)某同學(xué)將浸過肝臟研磨液的相同大小的3個濾紙片貼在反應(yīng)小室的一側(cè)內(nèi)壁上,再加入10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的H2O2溶液,將小室塞緊(圖甲)。實驗時,將反應(yīng)小室置于水槽中并旋轉(zhuǎn)180°,使H2O2溶液接觸濾紙片,同時用量筒收集產(chǎn)生的氣體(圖乙)。下列敘述正確的是(

)甲

乙A.該實驗可以說明酶具有高效性B.該裝置可以用于探究溫度對酶促反應(yīng)速率的影響C.可增加肝臟研磨液的濃度和體積使收集的氣體量增多D.濾紙片數(shù)量改為6片可以探究酶濃度對H2O2分解速率的影響答案

D解析

該實驗只能說明酶具有催化作用,若想證明酶具有高效性,需要與無機催化劑作對照,A項錯誤;過氧化氫在高溫下易分解,因此不能選過氧化氫作為探究溫度對酶促反應(yīng)速率的影響的實驗材料,B項錯誤;肝臟研磨液中存在過氧化氫酶,酶只改變達到反應(yīng)平衡所需的時間,不改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點,產(chǎn)物的量跟反應(yīng)物的量有關(guān),因此增加肝臟研磨液的濃度和體積不會改變收集的氣體量,C項錯誤;濾紙片數(shù)量改為6片相當(dāng)于增加了過氧化氫酶的濃度,可以探究酶濃度對H2O2分解速率的影響,D項正確。聚焦2圍繞酶的活性考查酶的拓展實驗【鏈真題明方向】6.(2024·廣東卷)現(xiàn)有一種天然多糖降解酶,其肽鏈由4段序列以Ce5-Ay3-Bi-CB方式連接而成。研究者將各段序列以不同方式構(gòu)建新肽鏈,并評價其催化活性,部分結(jié)果見下表。關(guān)于各段序列的生物學(xué)功能,下列分析錯誤的是(

)肽鏈纖維素類底物

褐藻酸類底物W1W2S1S2Ce5-Ay3-Bi-CB+++++++++Ce5+++--肽鏈纖維素類底物

褐藻酸類底物W1W2S1S2Ay3-Bi-CB--+++++Ay3--+++++Bi----CB----注:-表示無活性,+表示有活性,+越多表示活性越強。A.Ay3與Ce5催化功能不同,但可能存在相互影響B(tài).Bi無催化活性,但可判斷與Ay3的催化專一性有關(guān)C.該酶對褐藻酸類底物的催化活性與Ce5無關(guān)D.無法判斷該酶對纖維素類底物的催化活性是否與CB相關(guān)答案

B解析

由題表可知,Ce5催化纖維素類底物發(fā)生降解,Ay3催化褐藻酸類底物發(fā)生降解,故Ay3與Ce5催化功能不同,Ay3-Bi-CB與Ce5-Ay3-Bi-CB相比,缺少Ce5后,就不能催化纖維素類底物發(fā)生降解,當(dāng)Ay3與Ce5同時存在時能催化纖維素類底物發(fā)生降解,所以Ay3與Ce5可能存在相互影響,A項正確。由題表可知,不論是否與Bi結(jié)合,Ay3均可以催化S1和S2發(fā)生降解,說明Bi與Ay3的催化專一性無關(guān),B項錯誤。由題表可知,Ay3-Bi-CB和Ce5-Ay3-Bi-CB催化褐藻酸類底物的活性相同,說明該酶對褐藻酸類底物的催化活性與Ce5無關(guān),C項正確。要判斷該酶對纖維素類底物的催化活性是否與CB相關(guān),還需要檢測Ce5-Ay3-Bi肽鏈的活性,D項正確。7.(2021·湖北卷)使酶的活性下降或喪失的物質(zhì)稱為酶的抑制劑。酶的抑制劑主要有兩種類型:一類是可逆抑制劑(與酶可逆結(jié)合,酶的活性能恢復(fù));另一類是不可逆抑制劑(與酶不可逆結(jié)合,酶的活性不能恢復(fù))。已知甲、乙兩種物質(zhì)(能通過透析袋)對酶A的活性有抑制作用。實驗材料和用具:蒸餾水,酶A溶液,甲物質(zhì)溶液,乙物質(zhì)溶液,透析袋(人工合成半透膜),試管,燒杯等。為了探究甲、乙兩種物質(zhì)對酶A的抑制作用類型,提出以下實驗設(shè)計思路。請完善該實驗設(shè)計思路,并寫出實驗預(yù)期結(jié)果。(1)實驗設(shè)計思路取

支試管(每支試管代表一個組),各加入等量的酶A溶液,再分別加等量

,一段時間后,測定各試管中酶的活性。然后將各試管中的溶液分別裝入透析袋,放入蒸餾水中進行透析處理。透析后從透析袋中取出酶液,再測定各自的酶活性。

(2)實驗預(yù)期結(jié)果與結(jié)論若出現(xiàn)結(jié)果①:

。

結(jié)論①:甲、乙均為可逆抑制劑。若出現(xiàn)結(jié)果②:

。

結(jié)論②:甲、乙均為不可逆抑制劑。2甲物質(zhì)溶液、乙物質(zhì)溶液透析后,兩組的酶活性均比透析前酶的活性高透析前后,兩組的酶活性均不變?nèi)舫霈F(xiàn)結(jié)果③:

。

結(jié)論③:甲為可逆抑制劑,乙為不可逆抑制劑。若出現(xiàn)結(jié)果④:

。

結(jié)論④:甲為不可逆抑制劑,乙為可逆抑制劑。加甲物質(zhì)溶液組,透析后酶活性比透析前高,加乙物質(zhì)溶液組,透析前后酶活性不變加甲物質(zhì)溶液組,透析前后酶活性不變,加乙物質(zhì)溶液組,透析后酶活性比透析前高解析

(1)分析題意可知,實驗?zāi)康奶骄考?、乙兩種物質(zhì)對酶A的抑制作用類型,則實驗的自變量為甲、乙物質(zhì)的有無,因變量為酶A的活性,實驗設(shè)計應(yīng)遵循對照與單一變量原則,故可設(shè)計實驗如下:取2支試管各加入等量的酶A溶液,再分別加等量甲物質(zhì)溶液、乙物質(zhì)溶液(單一變量和無關(guān)變量一致原則);一段時間后,測定各試管中酶的活性。然后將各試管中的溶液分別裝入透析袋,放入蒸餾水中進行透析處理。透析后從透析袋中取出酶液,再測定各自的酶活性。(2)據(jù)題意可知,甲物質(zhì)和乙物質(zhì)對酶A的活性有抑制,但作用機理未知,且透析前有甲物質(zhì)和乙物質(zhì)的作用,透析后無甲物質(zhì)和乙物質(zhì)的作用,前后對照可推測兩種物質(zhì)的作用機理,可能的情況有:①若甲、乙均為可逆抑制劑,則酶的活性能恢復(fù),故透析后,兩組的酶活性均比透析前酶的活性高。②若甲、乙均為不可逆抑制劑,則兩組中酶的活性均不能恢復(fù),故透析前后,兩組的酶活性均不變。③若甲為可逆抑制劑,乙為不可逆抑制劑,則甲組中活性可以恢復(fù),而乙組不能恢復(fù),故加甲物質(zhì)溶液組,透析后酶的活性比透析前酶的活性高,加乙物質(zhì)溶液組,透析前后酶活性不變。④若甲為不可逆抑制劑,乙為可逆抑制劑,則甲組中活性不能恢復(fù),而乙組能恢復(fù),故加甲物質(zhì)溶液組,透析前后酶活性不變,加乙物質(zhì)溶液組,透析后酶的活性比透析前酶的活性高。【歸納拓展】1.有關(guān)酶的驗證、探究或評價性實驗題解題策略

2.模仿補充實驗步驟,分析實驗結(jié)果(1)當(dāng)已給的實驗步驟有多個變量時,通過拆分法,減少實驗變量,遵循單一變量原則,構(gòu)建多組實驗,模式如圖所示。

(2)當(dāng)自變量到因變量的邏輯推理因中間環(huán)節(jié)被忽視而難以得出結(jié)論時,再加入某些因素處理進行設(shè)計,進一步確認實驗結(jié)果的發(fā)生是自變量處理所致,模式如圖所示?！揪毮M拓角度】8.(2024·河北二模)某地紅粒小麥的穗發(fā)芽率明顯低于白粒小麥,已知穗發(fā)芽率與淀粉水解有關(guān)。為探究α-淀粉酶和β-淀粉酶活性在兩種小麥穗發(fā)芽率差異中的作用,科研人員取穗發(fā)芽時間相同、質(zhì)量相等的紅、白粒小麥種子,分別加蒸餾水研磨制成提取液,經(jīng)相應(yīng)處理后進行了如下實驗。甲組:紅粒管1、白粒管1各加入相應(yīng)提取液0.5mL→加入1mL緩沖液→加入適量某試劑使α-淀粉酶失活→加入1mL淀粉→37℃保溫適當(dāng)時間→冷卻至常溫加適量碘液乙組:紅粒管2、白粒管2各加入相應(yīng)提取液0.5mL→加入1mL緩沖液→X處理→加入1mL淀粉→37℃保溫適當(dāng)時間→冷卻至常溫加適量碘液結(jié)果顯示:甲組兩管顯色結(jié)果無明顯差異,乙組的紅粒管2顏色顯著深于白粒管2下列敘述錯誤的是(

)A.實驗結(jié)果表明α-淀粉酶活性是引起兩種小麥穗發(fā)芽率差異的主要原因B.甲、乙兩組利用“減法原理”,分別研究α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性對發(fā)芽率的影響C.乙組實驗中的X處理是加入等量某試劑使β-淀粉酶失活D.紅、白粒小麥提取液應(yīng)去除淀粉、加入緩沖液的目的是維持pHB解析

由題意可知,甲組中加入適量某試劑使α-淀粉酶失活后兩管顯色結(jié)果無明顯差異,兩管中各自的β-淀粉酶在起作用,說明β-淀粉酶活性與小麥穗發(fā)芽率關(guān)系不大,α-淀粉酶活性是引起兩種小麥穗發(fā)芽率差異的主要原因,A項正確;由題意可知,本實驗的自變量是α-淀粉酶、β-淀粉酶的活性,因變量是提取液顏色變化,結(jié)合兩組實驗可知,乙組實驗中的X處理是加入等量某試劑使β-淀粉酶失活,甲、乙兩組分別讓α-淀粉酶、β-淀粉酶失活,利用“減法原理”,分別研究β-淀粉酶、α-淀粉酶活性對發(fā)芽率的影響,B項錯誤,C項正確;紅、白粒小麥提取液應(yīng)去除淀粉、加入緩沖液的目的是維持pH,排除無關(guān)變量的影響,保證酶的最適pH,D項正確。9.(2024·河南鄭州模擬)為揭示Cl-及柑橘黃酮對胰淀粉酶活性和淀粉體外消化的影響,為淀粉體外消化實驗以及柑橘黃酮功能食品的開發(fā)提供參考,科研人員在有(或無)Cl-的基礎(chǔ)上,研究一定濃度的柑橘黃酮對淀粉水解產(chǎn)物還原糖含量變化的影響,結(jié)果如圖所示?；卮鹣铝袉栴}。(1)本實驗的底物為淀粉,胰淀粉酶在體外可水解淀粉的條件是

,衡量胰淀粉酶活性的高低可根據(jù)______________

(需寫出具體還原糖)判斷。如果用斐林試劑進行檢測,不能得出實驗結(jié)果的原因是___________________________________

。

(2)本實驗的自變量是

,對無關(guān)變量控制的要求是

。

(3)根據(jù)實驗結(jié)果,推測Cl-是胰淀粉酶激活劑,依據(jù)是__________________

,10mmol/LCl-相當(dāng)于食鹽攝入量4.5g/d,是正常人日常攝入食鹽的量,能充分激活胰淀粉酶,因此在研究適宜的溫度和pH單位時間內(nèi)麥芽糖的生成量斐林試劑只是與還原糖在水浴加熱條件下形成磚紅色沉淀,不能準(zhǔn)確確定麥芽糖的含量變化Cl-的有無、柑橘黃酮的有無及反應(yīng)時間相同且適宜加入Cl-的實驗組中,還原糖的產(chǎn)量均比不加Cl-的實驗組多淀粉類食物體外消化特征時,應(yīng)進行的操作是

,該操作的目的為

。

(4)根據(jù)

組(填序號)的比較可知,柑橘黃酮對胰淀粉酶活性的作用沒有影響,依據(jù)是

______________________________________________________________________________________________________________________。

添加適量的Cl-

保證體外實驗中胰淀粉酶處于激活狀態(tài)①②或③④還原糖的產(chǎn)量幾乎相同或有Cl-處理的條件下,無論是否有柑橘黃酮處理,還原糖的產(chǎn)量幾乎相同無Cl-處理的條件下,無論是否有柑橘黃酮處理,解析

(1)酶活性的發(fā)揮需要適宜條件,本實驗的底物為淀粉,胰淀粉酶在體外可水解淀粉的條件是適宜的溫度和pH;胰淀粉酶可將淀粉分解為麥芽糖,胰淀粉酶的活性可用單位時間內(nèi)麥芽糖的生成量表示;由于斐林試劑只是與還原糖在水浴加熱條件下形成磚紅色沉淀,不能準(zhǔn)確確定麥芽糖的含量變化,故本實驗如果用斐林試劑進行檢測,不能得出實驗結(jié)果。(2)分析題意,本實驗科研人員在有(或無)Cl-的基礎(chǔ)上,研究一定濃度的柑橘黃酮對淀粉水解產(chǎn)物還原糖含量變化的影響,根據(jù)處理方式可知,該實驗的自變量是Cl-的有無、柑橘黃酮的有無及反應(yīng)時間。(3)據(jù)題圖可知,無Cl-處理組的還原糖的產(chǎn)量小于有Cl-處理組,有Cl-處理組,反應(yīng)速率更快,說明Cl-可提高胰淀粉酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的能力,即推測Cl-是胰淀粉酶激活劑;由于Cl-能充分激活胰淀粉酶,因此在研究淀粉類食物體外消化特征時,應(yīng)進行的操作是添加適量的Cl-,以保證體外實驗中胰淀粉酶處于激活狀態(tài)。(4)對比①②或③④組可知,無Cl-處理的條件下,無論是否有柑橘黃酮處理,還原糖的產(chǎn)量幾乎相同或有Cl-處理的條件下,無論是否有柑橘黃酮處理,還原糖的產(chǎn)量幾乎相同,可推測柑橘黃酮對胰淀粉酶活性的作用沒有影響。突破點2運用“物質(zhì)與能量觀”分析光合作用與細胞呼吸過程聚焦1細胞呼吸及其在細胞代謝中的作用【鏈真題明方向】1.(2022·山東卷改編)在有氧呼吸第三階段,線粒體基質(zhì)中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子,電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2,電子傳遞過程中釋放的能量驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)移至內(nèi)外膜間隙中,隨后H+經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)并促使ATP合成,然后與接受了電子的O2結(jié)合生成水。為研究短時低溫對該階段的影響,將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理,分組情況及結(jié)果如圖所示。已知DNP可使H+進入線粒體基質(zhì)時不經(jīng)過ATP合酶。下列相關(guān)說法不正確的是(

)A.4℃時線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞受阻B.與25℃時相比,4℃時有氧呼吸產(chǎn)熱多C.與25℃時相比,4℃時有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D.DNP導(dǎo)致線粒體內(nèi)外膜間隙中H+濃度降低,生成的ATP減少答案

A解析

與25

℃相比,4

℃時耗氧量增加,有氧呼吸第三階段增強,根據(jù)題意,電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2,說明電子傳遞未受阻,A項錯誤;與25

℃相比,短時間低溫4

℃處理,ATP合成量較少,耗氧量較多,說明4

℃時有氧呼吸釋放的能量較多地用于產(chǎn)熱,消耗的葡萄糖量多,B、C兩項正確;DNP可使H+不經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)中,會使線粒體內(nèi)外膜間隙中H+濃度降低,導(dǎo)致ATP合成減少,D項正確。2.(2022·江蘇卷改編)下圖為生命體內(nèi)部分物質(zhì)與能量代謝關(guān)系示意圖。下列敘述不正確的是(

)A.三羧酸循環(huán)是代謝網(wǎng)絡(luò)的中心,可產(chǎn)生大量的[H]和CO2并消耗O2B.生物通過代謝中間物,將物質(zhì)的分解代謝與合成代謝相互聯(lián)系C.乙酰CoA在代謝途徑中具有重要地位D.物質(zhì)氧化時釋放的能量少部分儲存于ATP中A解析

根據(jù)題圖分析可知,三羧酸循環(huán)是該代謝網(wǎng)絡(luò)的中心,可產(chǎn)生大量的[H]和CO2,但不消耗O2,呼吸鏈會消耗O2,A項錯誤;根據(jù)題圖分析可知,代謝中間物(如丙酮酸、乙酰CoA等)將物質(zhì)的分解代謝與合成代謝相互聯(lián)系,B項正確;分析題圖可知,乙酰CoA由多種物質(zhì)(如氨基酸)轉(zhuǎn)化而來,又能轉(zhuǎn)化為多種物質(zhì)(如CoA),在代謝途徑中具有重要地位,C項正確;物質(zhì)氧化時釋放的能量少部分儲存于ATP中,大部分以熱能的形式散失,D項正確?！練w納拓展】1.細胞呼吸與電子傳遞在真核細胞有氧呼吸的第三階段,還原型輔酶Ⅰ(NADH)脫去氫并釋放電子(e-),電子最終傳遞給O2。電子傳遞過程中釋放的能量驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)跨膜運輸?shù)骄€粒體內(nèi)、外膜的間隙,從而建立H+濃度梯度,隨后H+在ATP合酶的協(xié)助下順濃度梯度運輸?shù)骄€粒體基質(zhì),并生成大量ATP,如圖所示。2.細胞呼吸是物質(zhì)代謝的樞紐在細胞呼吸過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物,可轉(zhuǎn)化為甘油、氨基酸等非糖物質(zhì);非糖物質(zhì)代謝形成的某些產(chǎn)物與細胞呼吸的中間產(chǎn)物相同,這些物質(zhì)可以進一步形成葡萄糖。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝,都可以通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來,如下圖所示?！揪毮M拓角度】3.(2024·遼寧撫順三模)有氧呼吸第三階段的電子傳遞鏈如圖所示。電子在傳遞的過程中,H+通過復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ逆濃度梯度運輸,建立膜H+勢能差,驅(qū)動ATP合酶順H+濃度梯度運輸,同時產(chǎn)生大量的ATP。UCP是一種特殊的H+通道。下列相關(guān)敘述錯誤的是(

)A.復(fù)合物Ⅳ可分布在骨骼肌細胞線粒體的內(nèi)膜上B.在嵴結(jié)構(gòu)周圍的線粒體基質(zhì)中,H+的濃度較高C.ATP合酶與H+結(jié)合,將其轉(zhuǎn)運的同時催化ATP合成D.若UCP運輸?shù)腍+增多,則細胞合成的ATP可能會減少答案

B解析

依題意可知,復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ在有氧呼吸第三階段起電子傳遞作用,骨骼肌細胞的有氧呼吸第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上,所以在真核細胞中,復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ分布在線粒體內(nèi)膜上,A項正確;電子在傳遞的過程中,H+通過復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ逆濃度梯度運輸,建立膜H+勢能差,結(jié)合題圖分析可知,復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ分布在線粒體內(nèi)膜上,線粒體基質(zhì)中H+的濃度較低,B項錯誤;根據(jù)題圖可知,ATP合酶與H+結(jié)合,將其轉(zhuǎn)運的同時催化ATP合成,C項正確;UCP是一種特殊的H+通道,由題圖可知,H+通過UCP運輸會產(chǎn)生大量熱量,若UCP運輸?shù)腍+增多,則通過ATP合酶運輸?shù)腍+減少,ATP的合成速率會下降,D項正確。4.(2024·福建泉州模擬)如圖為人體內(nèi)葡萄糖和脂肪的部分代謝關(guān)系示意圖,部分乙酰CoA在動物體內(nèi)被轉(zhuǎn)變?yōu)橥w,酮體主要包括乙酰乙酸、丙酮、β-羥丁酸,其過量時導(dǎo)致酮尿癥。下列敘述錯誤的是(

)A.三羧酸循環(huán)是葡萄糖和脂肪分解代謝的共同途徑之一B.減肥困難的原因之一是脂肪一般不會大量轉(zhuǎn)化為糖類C.三羧酸循環(huán)、丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的過程分別發(fā)生在線粒體的內(nèi)膜、外膜D.若乙酰CoA不能進入三羧酸循環(huán),則可導(dǎo)致酮體過量而產(chǎn)生酮尿癥C解析

脂肪代謝形成的甘油與脂肪酸,轉(zhuǎn)化為乙酰CoA,進入三羧酸循環(huán),葡萄糖形成的乙酰CoA,也進入三羧酸循環(huán),因此三羧酸循環(huán)是葡萄糖和脂肪分解代謝的共同途徑之一,A項正確;脂肪一般不會大量轉(zhuǎn)化為糖類,因此會造成減肥困難,B項正確;三羧酸循環(huán)、丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的過程均發(fā)生在線粒體基質(zhì)中,C項錯誤;若乙酰CoA不能進入三羧酸循環(huán),在動物體內(nèi)被轉(zhuǎn)變?yōu)橥w,酮體主要包括乙酰乙酸、丙酮、β-羥丁酸,其過量時導(dǎo)致酮尿癥,D項正確。聚焦2光反應(yīng)的光系統(tǒng)及電子傳遞鏈【鏈真題明方向】5.(2023·湖北卷)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(

)A.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答案

C解析

根據(jù)題干信息可知,LHC

蛋白激酶催化

LHCⅡ

與

PSⅡ

的分離,當(dāng)

LHC

蛋白激酶活性下降時,LHCⅡ

無法與

PSⅡ

分離,導(dǎo)致

PSⅡ

光復(fù)合體對光能的捕獲增強,A項正確;Mg2+

是葉綠素的重要組成成分,如果

Mg2+

含量減少,PSⅡ

光復(fù)合體對光能的捕獲會減弱,B項正確;在弱光條件下,LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合,這有助于增強PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲,LHCⅡ是光合色素蛋白復(fù)合體,它可以吸收光能并傳遞給PSⅡ,進而促進光合作用的進行,C項錯誤;PSⅡ光復(fù)合體在光反應(yīng)中參與水的光解反應(yīng),產(chǎn)生H+、電子和O2,D項正確。6.(2021·重慶卷)如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)物形成的示意圖。據(jù)圖分析,下列敘述錯誤的是(

)A.水光解產(chǎn)生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿過4層膜B.NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPHC.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)D.電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)A解析

水光解產(chǎn)生O2的場所是葉綠體的類囊體薄膜,若被有氧呼吸利用,其場所在線粒體內(nèi)膜,氧氣從葉綠體的類囊體薄膜開始,穿過葉綠體2層膜,然后進入同一細胞中的線粒體,經(jīng)過外膜后就到達了內(nèi)膜,所以至少要穿過3層膜,A項錯誤;光反應(yīng)中NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH,提供給暗反應(yīng),B項正確;由圖可知,產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應(yīng),C項正確;電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié),D項正確?！練w納拓展】光系統(tǒng)及電子傳遞鏈

(1)光系統(tǒng)Ⅱ進行水的光解,產(chǎn)生氧氣、H+和自由電子(e-),電子(e-)經(jīng)過電子傳遞鏈傳遞,最終介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。(2)電子傳遞過程中釋放能量,利用這部分能量將質(zhì)子(H+)逆濃度梯度從類囊體膜的基質(zhì)側(cè)泵入囊腔側(cè),從而建立了質(zhì)子(H+)濃度(電化學(xué))梯度。在類囊體膜的囊腔側(cè)光系統(tǒng)Ⅱ進行水的光解產(chǎn)生質(zhì)子(H+)以及在類囊體膜的基質(zhì)側(cè)H+和NADP+形成NADPH的過程,為建立質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度也有所貢獻。(3)類囊體膜對質(zhì)子(H+)是高度不通透的,因此,類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子(H+)只能通過ATP合成酶順濃度梯度流出,而ATP合成酶利用質(zhì)子(H+)的濃度梯度來合成ATP?！揪毮M拓角度】7.(2024·湖南長沙模擬)下圖是某種植物葉綠體中進行光合作用示意圖,PSⅠ(光系統(tǒng)Ⅰ)和PSⅡ(光系統(tǒng)Ⅱ)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.圖中的生物膜名稱是葉綠體內(nèi)膜B.光合細菌如硫細菌進行光合作用時不會產(chǎn)生氧氣,由此推測此類細菌可能不具備PSⅠC.光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的希爾反應(yīng)發(fā)生在離體的葉綠體中,類似于圖中過程①D.若CO2濃度降低,則圖中電子傳遞速率會升高C解析

由圖可知,在該生物膜上發(fā)生的是水的光解產(chǎn)生氧氣,以及合成了ATP和NADPH,是光合作用的光反應(yīng)階段,發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上,故圖中的生物膜表示的是葉綠體的類囊體薄膜,A項錯誤;由圖可知,PSⅡ參與①過程水的光解產(chǎn)生氧氣,PSⅠ用于形成NADPH,光合細菌如硫細菌進行光合作用時不會產(chǎn)生氧氣,由此推測此類細菌可能不具備PSⅡ,B項錯誤;光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的希爾反應(yīng)發(fā)生在離體的葉綠體中,類似于圖中過程①(水光解產(chǎn)生氧氣),C項正確;若CO2濃度降低,C3生成量減少,用于還原C3的NADPH消耗量減少,產(chǎn)生的NADP+減少,接受的電子減少,則圖中電子傳遞速率會降低,D項錯誤。8.(2024·湖北武漢模擬)光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ都是由光合色素和蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體,其在光反應(yīng)中的機制如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收紅光和藍紫光B.水的光解發(fā)生在類囊體薄膜上,需要酶參與C.植物缺鎂對光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ都有影響D.光能先轉(zhuǎn)變成電能再轉(zhuǎn)變成ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能A解析

葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,A項錯誤;水的光解屬于光反應(yīng)的一部分,發(fā)生在類囊體薄膜上,需要酶參與,B項正確;植物缺鎂會影響葉綠素的合成,光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ都需要葉綠素參與吸收光能,因此都有影響,C項正確;由圖可知,光能先轉(zhuǎn)變成電能再轉(zhuǎn)變成ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能,D項正確。聚焦3光呼吸、卡爾文循環(huán)與二氧化碳的濃縮機制【鏈真題明方向】9.(2023·湖南卷)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖?？栁难h(huán)的Rubisco酶對CO2的Km為450μmol·L-1(Km越小,酶對底物的親和力越大),該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng),進行卡爾文循環(huán),又可催化RuBP與O2反應(yīng),進行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應(yīng))。該酶的酶促反應(yīng)方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比,玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘,其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所,維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關(guān)。玉米的暗反應(yīng)先在葉肉細胞中利用PEPC酶(PEPC對CO2的Km為7μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應(yīng)生成C4,固定產(chǎn)物C4轉(zhuǎn)運到維管束鞘細胞后釋放CO2,再進行卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉栴}。(1)玉米的卡爾文循環(huán)中第一個光合還原產(chǎn)物是

(填具體名稱),該產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)基質(zhì)合成

(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通過

長距離運輸?shù)狡渌M織器官。

(2)在干旱、高光照強度環(huán)境下,玉米的光合作用強度

(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機制及其調(diào)控分析,原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

(答出三點即可)。

3-磷酸甘油醛蔗糖韌皮部高于高光照強度環(huán)境下,玉米可以將光合產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)移;玉米的PEPC酶對CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更大;玉米能通過PEPC酶生成C4,使維管束鞘細胞內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境,抑制玉米的光呼吸(3)某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導(dǎo)入水稻,水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升,其他生理代謝不受影響,但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是__________________________________________________________________________________________________________

(答出三點即可)。

酶的活性已經(jīng)達到最大,對CO2的利用率不再提高;受到ATP以及NADPH等物質(zhì)含量的限制;水稻體內(nèi)光合色素的量有限解析

(1)玉米的光合作用過程與水稻相比,雖然CO2的來源不同,但其卡爾文循環(huán)的過程是相同的,結(jié)合水稻的卡爾文循環(huán)圖解,可以看出CO2固定的直接產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸,然后直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉(zhuǎn)化成淀粉,在葉綠體外被轉(zhuǎn)化成蔗糖,蔗糖是植物長距離運輸?shù)闹饕穷?通過韌皮部運輸。(2)干旱、高光照強度會導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉,植物吸收的CO2減少,而玉米的PEPC酶對CO2的親和力較大,可以利用低濃度的CO2進行光合作用,同時抑制植物的光呼吸,且玉米能將葉綠體內(nèi)的光合產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)移出細胞。(3)將藍細菌的CO2濃縮機制導(dǎo)入水稻葉肉細胞,只是提高了葉肉細胞內(nèi)的CO2濃度,而植物的光合作用強度受到很多因素的影響。在光飽和條件下如果光合作用強度沒有明顯提高,其原因可能是水稻的酶活性已經(jīng)達到最大,對CO2的利用率不再提高,受到ATP和NADPH等物質(zhì)含量的限制,水稻體內(nèi)光合色素的量有限等?！厩榫惩卣埂?.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。【命題設(shè)計】(1)由于光呼吸的存在,會降低植物體內(nèi)有機物的積累速率。Rubisco的催化方向取決于CO2與O2的濃度比,請推測具體的情況:

______________________________________________________________

。

(2)研究發(fā)現(xiàn),1/3以上的光合產(chǎn)物要消耗在光呼吸底物上。生產(chǎn)實際中,常通過適當(dāng)升高CO2濃度達到增產(chǎn)的目的,請分析并解釋其原理:

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(從光合作用原理和Rubisco催化反應(yīng)特點兩個方面作答)。

當(dāng)CO2與O2的濃度比高時,Rubisco酶催化CO2與C5結(jié)合反應(yīng)加強;當(dāng)CO2與O2的濃度比低時,Rubisco酶催化O2與C5結(jié)合反應(yīng)加強CO2濃度升高可促進光合作用暗反應(yīng)的進行,進而提高光合作用強度,同時還可促進Rubisco酶催化更多的C5與CO2結(jié)合,減少C5與O2的結(jié)合,從而降低光呼吸速率

(3)已知強光下ATP和NADPH的積累會產(chǎn)生O2-(超氧陰離子自由基),而O2-會對葉綠體光合作用的反應(yīng)中心造成傷害。依據(jù)圖中信息,解釋植物在干旱天氣和過強光照下,光呼吸的積極意義是

。

葉片缺水,氣孔部分關(guān)閉,CO2吸收減少,低濃度CO2使得光呼吸增強,光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH2.二氧化碳的三種濃縮機制(1)C4植物的CO2濃縮機制C4植物(如玉米)的葉片結(jié)構(gòu)和光合作用過程C4途徑的生物學(xué)意義在于,熱帶植物為了防止水分過度蒸發(fā),常常關(guān)閉葉片上的氣孔,這樣空氣中的CO2就不易進入葉肉細胞,不能滿足光合作用對CO2的需求;而C4途徑中能固定CO2的PEP羧化酶對CO2有很高的親和力,使葉肉細胞能有效地固定和濃縮CO2,供維管束鞘細胞中葉綠體內(nèi)的C3途徑利用。玉米植株中固定CO2的酶的能力要遠遠強于水稻植株中相應(yīng)的酶,因此玉米的光合效率大于水稻,特別是在低CO2濃度下,這種差別更為明顯。(2)藍細菌的CO2濃縮機制藍細菌具有CO2濃縮機制,如下圖所示。注:羧化體具有蛋白質(zhì)外殼,可限制氣體擴散。

(3)景天科植物的CO2固定景天科酸代謝是許多肉質(zhì)植物的一種特殊代謝方式,在夜間,大氣中CO2從氣孔進入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,與PEP結(jié)合形成草酰乙酸(OAA),再經(jīng)蘋果酸脫氫酶作用還原為蘋果酸,貯存于液泡中。在白天,蘋果酸從液泡中釋放出來,經(jīng)脫羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2產(chǎn)生后用于卡爾文循環(huán),作用機制如圖所示(該機制也稱CAM途徑)?！久}設(shè)計】(1)C4植物光反應(yīng)和CO2固定發(fā)生在哪些場所?

。

(2)科學(xué)家用含14C標(biāo)記的CO2來追蹤玉米光合作用中的碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,請表示這種碳原子的轉(zhuǎn)移途徑:

。

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)生在葉肉細胞和維管束鞘細胞中CO2→C4→CO2→C3→(CH2O)、C5(3)與水稻、小麥等C3植物相比,C4植物的CO2的補償點較

。高溫、干旱時C4植物還能保持高效光合作用的原因是_______________________

。

低

PEP羧化酶對CO2具有高親和力,C4植物可利用低濃度的CO2進行光合作用

(4)CO2依次以

方式通過藍細菌細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度,從而促進

。

自由擴散和主動運輸

CO2固定

(5)向煙草內(nèi)轉(zhuǎn)入藍細菌Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應(yīng),應(yīng)能利用電子顯微鏡在轉(zhuǎn)基因煙草細胞的

中觀察到羧化體。

葉綠體

(6)從進化角度看,景天科植物這種氣孔開閉特點的形成是

的結(jié)果。夜晚,該類植物吸收的CO2

(填“能”或“不能”)合成葡萄糖,原因是

。

(7)分析圖中信息推測,CAM途徑是對

(填“干旱”或“濕潤”)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

。

自然選擇

不能

沒有光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH干旱

有效避免白天旺盛的蒸騰作用造成水分過多散失

【練模擬拓角度】10.(2024·山東菏澤一模)下圖是某綠藻適應(yīng)水生環(huán)境、提高光合效率的機制圖。光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)X可進入線粒體促進ATP合成。下列敘述錯誤的是(

)A.可為圖中生命活動提供ATP的生理過程有細胞呼吸和光合作用B.圖中

的濃度大小為細胞外>細胞質(zhì)基質(zhì)>葉綠體C.物質(zhì)X為氧氣,通過提高有氧呼吸水平促進

進入細胞質(zhì)基質(zhì)D.在水光解產(chǎn)生H+的作用下,可提高葉綠體內(nèi)的CO2水平,有利于暗反應(yīng)進行B11.(2024·河北模擬改編)根據(jù)光合作用中CO2固定方式的不同,可將植物分為C3植物(如小麥)和C4植物(如玉米)。C3植物最初的CO2固定是由Rubisco酶催化生成3-磷酸甘油酸(C3),而C4植物最初的CO2固定是由PEP羧化酶催化生成草酰乙酸(C4)。C4植物葉肉細胞中的葉綠體有類囊體但沒有Rubisco,而維管束鞘細胞中的葉綠體沒有類囊體但有Rubisco,其光合作用過程如圖所示。已知PEP羧化酶對CO2的親和力遠高于Rubisco。下列敘述錯誤的是(

)A.C4植物光合作用中暗反應(yīng)進行的場所是維管束鞘細胞B.C4植物的葉肉細胞光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP,均只用于C3的還原C.在相同條件下,玉米細胞中的C5化合物含量低于小麥D.將PEP羧化酶基因?qū)胄←滙w內(nèi),可以緩解光合午休的影響答案

B解析

玉米光合作用的暗反應(yīng)階段進行的場所是維管束鞘細胞,A項正確;據(jù)圖可知,C4植物的葉肉細胞光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP,還用于C3(丙酮酸)生成C3(PEP),B項錯誤;在相同條件下,玉米細胞有更多的C5化合物與CO2結(jié)合,故玉米細胞中的C5化合物含量低于小麥,C項正確;提高小麥體內(nèi)PEP羧化酶活性,可以促進合成更多的C4,從而產(chǎn)生更多的CO2,可以緩解光合午休的影響,D項正確。12.(2024·湖南長沙一模)科研工作者以作物甲為材料,探索通過改善細胞代謝途徑達到提高光合作用效率,從而實現(xiàn)提高作物產(chǎn)量的目的。圖1是作物甲葉肉細胞中部分碳代謝過程的模式圖,圖中的R酶是一種雙功能酶(羧化酶—加氧酶):CO2濃度高時,R酶催化CO2的固定;在高光強、高O2濃度、低CO2濃度時,R酶催化C5和O2發(fā)生反應(yīng),完成有機物的加氧氧化。后者在酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為乙醇酸后通過膜上的載體(T)離開葉綠體,再經(jīng)過代謝途徑Ⅰ最終將2分子乙醇酸轉(zhuǎn)換成1分子甘油酸并釋放1分子CO2,又稱光呼吸。研究發(fā)現(xiàn):強光下ATP和NADPH的積累會產(chǎn)生超氧陰離子自由基,該自由基會對葉綠體造成傷害,光呼吸會消耗多余的ATP和NADPH?；卮鹣铝袉栴}。圖1(1)圖1中左側(cè)環(huán)形代謝途徑表示的是光合作用中的

反應(yīng),此過程也稱作

。此過程中第一個光合還原產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖,蔗糖可以進入篩管,再通過

運輸?shù)郊字仓旮魈帯?/p>

暗

碳反應(yīng)韌皮部(2)依據(jù)題干及圖示中的信息,解釋作物甲在光照強烈、干旱的環(huán)境中,光呼吸的積極意義是

。

(3)為了減少作物甲葉綠體內(nèi)碳的丟失,研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將編碼某種藻類C酶(乙醇酸脫氫酶)的基因和某種植物的M酶(蘋果酸合成酶)基因轉(zhuǎn)入作物甲,與原有的代謝途徑Ⅲ相連,人為地在葉綠體中建立一個新的乙醇酸代謝途徑(圖2中的途徑Ⅱ,不影響細胞呼吸)。轉(zhuǎn)基因操作后,途徑Ⅲ能夠提高光合作用效率,從而提高作物產(chǎn)量的原因是

。

消除乙醇酸對細胞的毒害;防止強光對葉綠體的破壞

由于途徑Ⅱ提高了蘋果酸的含量,使葉綠體基質(zhì)內(nèi)CO2的濃度增加,提高了暗反應(yīng)速率圖2解析

(1)圖1中左側(cè)環(huán)形代謝途徑表示的是光合作用中的暗反應(yīng),主要包括CO2的固定和C3的還原,此過程也稱作碳反應(yīng)。蔗糖可以進入篩管,再通過韌皮部運輸?shù)郊字仓旮魈帯?2)強光下ATP和NADPH的積累會產(chǎn)生超氧陰離子自由基,該自由基會對葉綠體造成傷害,光呼吸會消耗多余的ATP和NADPH,因此光呼吸的意義為消除乙醇酸對細胞的毒害,防止強光對葉綠體的破壞。(3)分析圖2可知,通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)人為地在葉綠體中建立一個新的乙醇酸代謝途徑Ⅱ,即將乙醇酸通過C酶和M酶的催化作用轉(zhuǎn)化為蘋果酸,由于途徑Ⅱ提高了蘋果酸的含量,蘋果酸通過代謝途徑Ⅲ,使葉綠體基質(zhì)內(nèi)CO2的濃度增加,有利于提高光合速率。突破點3結(jié)合生產(chǎn)實踐考查細胞呼吸和光合作用的影響因素聚焦1補償點、飽和點與光合作用的關(guān)系及應(yīng)用【鏈真題明方向】1.(2023·廣東卷)光合作用機理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。大田常規(guī)栽培時,水稻野生型(WT)的產(chǎn)量和黃綠葉突變體(ygl)的產(chǎn)量差異不明顯,但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高,其相關(guān)生理特征見下表和下圖。(光飽和點:光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度;光補償點:光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。)水稻材料類胡蘿卜素/葉綠素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27abc分析圖表,回答下列問題。(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和

,葉片主要吸收可見光中的

光。

(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol/(m2·s)時,ygl的凈光合速率較WT更高,但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加,比較兩者的光飽和點,可得ygl

(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有較高的光補償點,可能的原因是葉綠素含量較低和

。

(3)與WT相比,ygl葉綠素含量低,高密度栽培條件下,更多的光可到達下層葉片,且ygl群體的凈光合速率較高,表明該群體

,是其高產(chǎn)的原因之一。

類胡蘿卜素/葉綠素的值較高紅光和藍紫

高于呼吸速率較高對光能利用率更高,干物質(zhì)積累量更大,生長速度更快(4)試分析在0~50μmol/(m2·s)范圍的低光照強度下,WT和ygl凈光合速率的變化,在答題卡給出的坐標(biāo)系中繪制凈光合速率趨勢曲線。在此基礎(chǔ)上,分析圖a和你繪制的曲線,比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率,提出一個科學(xué)問題:

?

為什么達到光飽和點時,ygl的凈光合速率高于WT解析

考查光合作用及其影響因素等。(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低、類胡蘿卜素/葉綠素的值較高。葉片中的色素主要吸收紅光和藍紫光。(2)根據(jù)圖a可知,WT先達到光飽和點,即ygl的光飽和點高于WT。ygl有較高的光補償點,可能的原因是一方面光合速率偏低,另一方面是呼吸速率較高。(3)植物干物質(zhì)積累量或生長速度主要取決于凈光合作用速率,ygl群體的凈光合速率較高,所以其干物質(zhì)積累量更大,生長速度更快,導(dǎo)致其產(chǎn)量較高。(4)繪制曲線時找準(zhǔn)起點和光補償點,根據(jù)圖c可知,ygl的呼吸速率較大,所以虛線的起點應(yīng)低于實線。再根據(jù)圖b確定與凈光合速率為0的虛線的交點,ygl的是30

μmol/(m2·s),WT的是15

μmol/(m2·s),見答案圖。根據(jù)圖a和繪制的曲線圖提出問題:為什么達到光飽和點時,ygl的凈光合速率高于WT?【歸納拓展】1.光合作用與細胞呼吸曲線中的“關(guān)鍵點”移動分析

(1)A點:代表呼吸速率,細胞呼吸增強,A點下移;反之,A點上移。(2)B點與C點的變化(注:只有橫坐標(biāo)為自變量,其他條件不變)條件B點(補償點)C點(飽和點)適當(dāng)增大光照強度(或CO2濃度)左移右移適當(dāng)減小光照強度(或CO2濃度)右移左移土壤缺Mg2+右移左移注意:細胞呼吸速率增加,其他條件不變時,CO2(或光)補償點應(yīng)右移,反之左移。(3)D點:代表最大光合速率,若增大光照強度或增大CO2濃度使光合速率增大時,D點向右上方移動;反之,移動方向相反。2.光飽和點和補償點與植物生長的關(guān)系(1)在一定條件下,飽和點越大,表示植物的光合作用能力越強。(2)高于補償點,植物開始生長;低于補償點,植物會凈消耗有機物。補償點低,說明植物在較弱光照或低CO2濃度下就能生長。(3)通常,陰生植物的光補償點和光飽和點都比陽生植物的低,由此可以區(qū)分判斷陰生植物和陽生植物?！揪毮M拓角度】2.(2024·河北保定模擬)下圖表示某實驗小組對影響小麥和玉米的光合速率的因素的研究結(jié)果。CO2補償點是植物凈光合速率等于零時的外界CO2濃度,CO2飽和點是植物光合速率最大時的外界CO2濃度。下列相關(guān)說法正確的是(

)圖1圖2A.圖1所示實驗的自變量為光照強度,溫度是無關(guān)變量B.光照強度為P時,小麥和玉米的CO2固定速率相等C.相比于玉米,小麥能夠較好地適應(yīng)較低濃度的CO2環(huán)境D.一般情況下,玉米的CO2補償點和CO2飽和點均低于小麥的答案

D解析

圖1所示實驗的自變量為光照強度以及植物種類,溫度是無關(guān)變量,A項錯誤;根據(jù)圖1,光照強度為P時,小麥和玉米的CO2吸收速率相等,但根據(jù)曲線與縱軸交點分析,二者呼吸速率不同,故CO2固定速率不相等,B項錯誤;根據(jù)圖2,胞間CO2濃度較低時,玉米有更大的光合速率,故相比于小麥,玉米能夠較好地適應(yīng)較低濃度的CO2環(huán)境,C項錯誤;根據(jù)圖2,玉米的CO2補償點(凈光合速率為0時的CO2濃度)和CO2飽和點(光合速率最大時的CO2濃度)均低于小麥的,D項正確。3.(2024·廣東一模)滴灌是干旱缺水地區(qū)最有效的節(jié)水灌溉方式。為制定珍稀中藥龍腦樟的施肥方案,研究者設(shè)置了3個實驗組(T1~T3,滴灌)和對照組(CK,傳統(tǒng)施肥方式),按下表中施肥量對龍腦樟林中生長一致的個體施肥,培養(yǎng)一段時間后測得相關(guān)指標(biāo)如下表所示。據(jù)表分析下列敘述錯誤的是(

)處理施肥量/(mg·kg-1)呼吸速率/(μmol·m-2·s-1)最大凈光合速率/(μmol·m-2·s-1)光補償點/(μmol·m-2·s-1)光飽和點/(μmol·m-2·s-1)T135.02.7413.74841340T245.52.4716.96611516T356.02.3215.33611494CK35.03.1311.591021157注:光飽和點為光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度;光補償點為光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。A.光照強度為100μmol/(m2·s)時,實驗組比對照組積累更多有機物B.光照強度為1600μmol/(m2·s)時,實驗組的光合速率比對照組更高C.實驗結(jié)果不能說明滴灌能夠提高水肥利用效率D.各處理中T2的施肥方案最有利于龍腦樟生長答案

C解析

由表可知,當(dāng)光照強度為100

μmol/(m2·s)時,各實驗組都超過光補償點,而對照組還未達到光補償點,與對照組相比,實驗組的凈光合速率都大于對照組,說明實驗組比對照組積累更多的有機物,A項正確;由表可知,當(dāng)光照強度為1

600

μmol/(m2·s)時,各組都達到了光飽和點,光合速率=呼吸速率+凈光合速率,實驗組的光合速率都大于對照組,B項正確;由表可知,當(dāng)光照強度都達到光補償點,與對照組相比,實驗組的凈光合速率都大于對照組,說明實驗組比對照組積累更多的有機物,當(dāng)各組光照強度都達到光飽和點,實驗組的光合速率都大于對照組,說明滴灌能提高水肥利用效率,C項錯誤;由表可知,T2處理組的凈光合速率最大,植物積累的有機物最多,最有利于龍腦樟的生長,D項正確。聚焦2環(huán)境脅迫對光合作用的影響及應(yīng)用【鏈真題明方向】4.(2023·湖北卷)高溫是制約世界糧食安全的因素之一,高溫往往使植物葉片變黃、變褐。研究發(fā)現(xiàn)平均氣溫每升高1℃,水稻、小麥等作物減產(chǎn)約3%~8%。關(guān)于高溫下作物減產(chǎn)的原因,下列敘述錯誤的是(

)A.呼吸作用變強,消耗大量養(yǎng)分B.光合作用強度減弱,有機物合成減少C.蒸騰作用增強,植物易失水發(fā)生萎蔫D.葉綠素降解,光反應(yīng)生成的NADH和ATP減少D解析

高溫會刺激植物的呼吸作用加快,導(dǎo)致養(yǎng)分的供應(yīng)不足,影響植物的生長和產(chǎn)量,A項正確。高溫條件下,光合作用中的酶活性受到抑制,光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率下降,從而限制了植物的生長和產(chǎn)量,B項正確。高溫會加強植物的蒸騰作用,導(dǎo)致水分的流失加劇,容易出現(xiàn)萎蔫和水分脅迫的情況,C項正確。在高溫下,由葉綠素降解導(dǎo)致光反應(yīng)生成的NADPH和ATP減少,D項錯誤。5.(2023·山東卷)當(dāng)植物吸收的光能過多時,過剩的光能會對光反應(yīng)階段的PSⅡ復(fù)合體(PSⅡ)造成損傷,使PSⅡ活性降低,進而導(dǎo)致光合作用強度減弱。細胞可通過非光化學(xué)淬滅(NPQ)將過剩的光能耗散,減少多余光能對PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個功能:①修復(fù)損傷的PSⅡ;②參與NPQ的調(diào)節(jié)?？蒲腥藛T以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進行了相關(guān)實驗,結(jié)果如圖所示。實驗中強光照射時對野生型和突變體光照的強度相同,且強光對二者的PSⅡ均造成了損傷。(1)該實驗的自變量為

。該實驗的無關(guān)變量中,影響光合作用強度的主要環(huán)境因素有______________________

(答出2個因素即可)。

(2)根據(jù)本實驗,

(填“能”或“不能”)比較出強光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強弱,理由是______________________________________

。

(3)據(jù)圖分析,與野生型相比,強光照射下突變體中流向光合作用的能量

(填“多”或“少”)。若測得突變體的暗反應(yīng)強度高于野生型,根據(jù)本實驗推測,原因是______________________________________________