真题对点练(二) 细胞代谢-【金版教程】2025年高考生物一轮总复习首选用卷全书Word（新教材 单选版）

金版教程 高考总复习首选用卷 生物学(单选版 真题对点练(二) 考点1　细胞的吸水和失水 [例1]　(2022·全国甲卷，2)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是(　　) A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度 B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度 D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度 答案　C 解析　由于细胞b在水分交换达到平衡时细胞的体积增大，说明细胞吸水，则水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，A正确；由题意可知，三种细胞放入相同浓度的蔗糖溶液中时，细胞a表现为既不吸水也不失水，细胞b吸水，细胞c失水，因此水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c，B正确；由题意可知，水分交换达到平衡时，细胞a未发生变化，说明其细胞液浓度与外界蔗糖溶液初始浓度相等，水分交换达到平衡时，细胞c的细胞液浓度等于此时的外界蔗糖溶液的浓度，但由于细胞c失水，此时的蔗糖溶液浓度小于初始蔗糖溶液浓度，因此，水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度，C错误；在一定的蔗糖溶液中，细胞c发生了质壁分离，水分交换达到平衡时，其细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度，D正确。 [练1－1]　(2021·广东选择性考试)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　) A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后 B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中 C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞 D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③ 答案　A 解析　从图中可以看出，①处理后气孔开度小于③处理后，说明③处理后保卫细胞吸水较多，则保卫细胞细胞液浓度①处理后>③处理后，A错误，C正确；②处理后细胞失水，故质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中，B正确；通过上述分析可知，推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③，D正确。 [练1－2]　(2020·全国卷Ⅱ)取某植物的成熟叶片，用打孔器获取叶圆片，等分成两份，分别放入浓度(单位为g/mL)相同的甲糖溶液和乙糖溶液中，得到甲、乙两个实验组(甲糖的相对分子质量约为乙糖的2倍)。水分交换达到平衡时，检测甲、乙两组的溶液浓度，发现甲组中甲糖溶液浓度升高。在此期间叶细胞和溶液之间没有溶质交换。据此判断下列说法错误的是(　　) A．甲组叶细胞吸收了甲糖溶液中的水使甲糖溶液浓度升高 B．若测得乙糖溶液浓度不变，则乙组叶细胞的净吸水量为零 C．若测得乙糖溶液浓度降低，则乙组叶肉细胞可能发生了质壁分离 D．若测得乙糖溶液浓度升高，则叶细胞的净吸水量乙组大于甲组 答案　D 解析　由题干信息可知，叶细胞与溶液之间无溶质交换，而甲组的甲糖溶液浓度升高，则可能是由于叶细胞的细胞液浓度大于甲糖溶液物质的量浓度，引起了细胞吸水，A正确；若乙糖溶液浓度不变，说明乙糖溶液物质的量浓度与叶细胞的细胞液浓度相等，叶细胞净吸水量为零，B正确；若乙糖溶液浓度降低，说明细胞失水，叶肉细胞可能发生了质壁分离，C正确；若乙糖溶液浓度升高，说明乙糖溶液物质的量浓度低于叶细胞的细胞液浓度，细胞吸水，而乙糖溶液的物质的量浓度约为甲糖溶液的2倍，因此叶细胞的净吸水量应是乙组小于甲组，D错误。 考点2　物质的运输方式 [例2]　(2021·河北选择性考试)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能如图，①～⑤表示相关过程。下列叙述错误的是(　　) A．血液流经肌肉组织时，气体A和B分别是CO2和O2 B．①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散 C．成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量 D．成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中 答案　D 解析　根据题意可知，红细胞能运输O2和CO2，肌肉细胞进行有氧呼吸时，消耗O2，产生CO2，可以判断气体A和B分别是CO2和O2，A正确；①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，④是载体蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助扩散，⑤是H2O通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B正确；③为红细胞通过消耗能量主动吸收K＋排出Na＋，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧呼吸，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量，C正确；成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，细胞膜上的糖蛋白不能更新，糖蛋白存在于细胞膜的外表面，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋白处于不断流动中，D错误。 [练2－1]　(2021·湖北选择性考试)拟南芥液泡膜上存在Na＋/H＋反向转运载体蛋白，它可利用液泡内外H＋的电化学梯度(电位和浓度差)将H＋转出液泡，同时将Na＋由细胞质基质转入液泡。部分物质跨液泡膜转运过程如图所示，据图判断，下列叙述错误的是(　　) A．Na＋在液泡中的积累有利于提高拟南芥的耐盐能力 B．Na＋以主动运输的方式由细胞质基质进入液泡 C．Cl－以协助扩散的方式由细胞质基质进入液泡 D．H2O以自由扩散的方式进出液泡 答案　D 解析　Na＋在液泡中的积累能使液泡内渗透压增大，有利于细胞吸水，进而提高拟南芥的耐盐能力，A正确；由题干可知，Na＋通过H＋转运提供的化学势能以主动运输的方式由细胞质基质进入液泡，B正确；从图中可看出，Cl－借助通道蛋白，以协助扩散的方式由细胞质基质进入液泡，C正确；从图中可看出，H2O借助水通道蛋白以协助扩散的方式进出液泡，D错误。 [练2－2]　(2019·全国卷Ⅱ)某种H＋－ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运H＋。①将某植物气孔的保卫细胞悬浮在一定pH的溶液中(假设细胞内的pH高于细胞外)，置于暗中一段时间后，溶液的pH不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一组先在溶液中加入H＋－ATPase的抑制剂(抑制ATP水解)，再用蓝光照射，溶液的pH不变。根据上述实验结果，下列推测不合理的是(　　) A．H＋－ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的H＋转运到细胞外 B．蓝光通过保卫细胞质膜上的H＋－ATPase发挥作用导致H＋逆浓度梯度跨膜运输 C．H＋－ATPase逆浓度梯度跨膜转运H＋所需的能量可由蓝光直接提供 D．溶液中的H＋不能通过自由扩散的方式透过细胞质膜进入保卫细胞 答案　C 解析　由题干可知，用蓝光照射保卫细胞的悬浮液，溶液的pH明显降低，说明细胞内的H＋被转运到细胞外，A正确；H＋运出保卫细胞是逆浓度梯度的跨膜运输，需要能量，由题意知，加入H＋－ATPase的抑制剂后，用蓝光照射，溶液pH不变，说明蓝光不能直接提供能量，因H＋－ATPase具有水解酶活性，故运输H＋所需能量由蓝光照射引起H＋－ATPase水解ATP提供，B正确，C错误；由①中实验可知，最初细胞内pH值高于细胞外，即细胞内H＋浓度低于细胞外，但暗处理前后溶液浓度未变，说明H＋不能通过自由扩散透过细胞质膜，D正确。 [练2－3]　(2022·全国乙卷，29)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。 (1)由图可判断NO进入根细胞的运输方式是主动运输，判断的依据是________________________________________________________________________________________。 (2)O2浓度大于a时作物乙吸收NO速率不再增加，推测其原因是__________________________________________________________。 (3)作物甲和作物乙各自在NO最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是_________________________________________________ _______________________________。 (4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物对NO的吸收利用，可以采取的措施是________。 答案　(1)主动运输需要呼吸作用提供能量，在一定O2浓度范围内，根细胞对NO的吸收速率与O2浓度呈正相关，说明NO进入根细胞需要能量 (2)主动运输需要载体蛋白，此时载体蛋白达到饱和 (3)甲的NO最大吸收速率大于乙，甲吸收NO时消耗O2多，需要能量多，故甲的呼吸速率大 (4)定期松土 [练2－4]　(2022·海南，16)细胞膜上存在的多种蛋白质参与细胞的生命活动。回答下列问题。 (1)细胞膜上不同的通道蛋白、载体蛋白等膜蛋白，对不同物质的跨膜运输起着决定性作用，这些膜蛋白能够体现出细胞膜具有的功能特性是____________。 (2)细胞膜上的水通道蛋白是水分子进出细胞的重要通道，水分子借助水通道蛋白进出细胞的方式属于________。 (3)细胞膜上的H＋－ATP酶是一种转运H＋的载体蛋白，能催化ATP水解，利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的pH________；此过程中，H＋－ATP酶作为载体蛋白在转运H＋时发生的变化是________________________________________。 (4)细胞膜上的受体通常是蛋白质。人体胰岛B细胞分泌的胰岛素与靶细胞膜上的受体结合时，会引起靶细胞产生相应的生理变化，这一过程体现的细胞膜的功能是____________________。 (5)植物根细胞借助细胞膜上的转运蛋白逆浓度梯度吸收磷酸盐，不同温度下吸收速率的变化趋势如图。与25 ℃相比，4 ℃条件下磷酸盐吸收速率低的主要原因是______________________________________________。 答案　(1)选择透过性　(2)协助扩散 (3)下降　自身构象发生改变(或空间结构发生改变) (4)进行细胞间的信息交流　(5)呼吸酶的活性降低，主动运输能利用的能量减少 解析　(3)细胞膜上的H＋－ATP酶能利用ATP水解释放的能量将H＋泵出细胞，导致细胞外的H＋增多，pH下降；载体蛋白在每次转运物质时都会发生自身构象的改变。 (4)胰岛B细胞分泌的胰岛素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞，引起靶细胞产生相应的生理变化，该过程体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能。 (5)根细胞吸收磷酸盐的方式为主动运输，影响其运输速率的因素有载体蛋白的数量及能量的供应等，4 ℃条件下，呼吸酶的活性降低，细胞呼吸供能减少，是使磷酸盐吸收速率下降的主要原因。 考点3　降低化学反应活化能的酶 [例3]　(2022·广东，13)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究，结果见下表。下列分析错误的是(　　) 组别 pH CaCl2 温度(℃) 降解率(%) ① 9 ＋ 90 38 ② 9 ＋ 70 88 ③ 9 － 70 0 ④ 7 ＋ 70 58 ⑤ 5 ＋ 40 30 注：＋/－分别表示有/无添加，反应物为Ⅰ型胶原蛋白。 A．该酶的催化活性依赖于CaCl2 B．结合①、②组的相关变量分析，自变量为温度 C．该酶催化反应的最适温度为70 ℃，最适pH为9 D．尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物 答案　C 解析　分析②③组可知，没有添加CaCl2时降解率为0，说明该酶的催化活性依赖于CaCl2，A正确；分析①②变量可知，pH均为9，都添加了CaCl2，温度分别为90 ℃、70 ℃，故自变量为温度，B正确；②组酶的活性最高，此时pH为9，温度为70 ℃，但由于分组较少，不能说明最适温度为70 ℃，最适pH为9，C错误；该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白，要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验，D正确。 [练3－1]　(2023·广东，1)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是(　　) A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触 B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性 C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性 D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质 答案　C 解析　揉捻可以破坏细胞结构，使多酚氧化酶与茶多酚接触，A正确；酶的活性受温度、pH等因素的影响，发酵时，保持适宜的温度有利于维持多酚氧化酶的活性，有机酸含量增加会改变pH，进而影响多酚氧化酶的活性，B正确，C错误；高温会使多酚氧化酶失活，可防止过度氧化影响茶品质，D正确。 [练3－2]　(2022·湖南，3)洗涤剂中的碱性蛋白酶受到其他成分的影响而改变构象，部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活。此外，加热也能使碱性蛋白酶失活，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活 B．加热导致碱性蛋白酶构象改变是不可逆的 C．添加酶稳定剂可提高加碱性蛋白酶洗涤剂的去污效果 D．添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染 答案　B 解析　由题“部分解折叠后可被正常碱性蛋白酶特异性识别并降解(自溶)失活”可知，碱性蛋白酶在一定条件下可发生自溶失活，A正确；由图可知，加热导致碱性蛋白酶由天然状态变为部分解折叠，部分解折叠的碱性蛋白酶降温后可恢复到天然状态，因此初步加热导致碱性蛋白酶构象改变是可逆的，B错误；酶具有高效性，碱性蛋白酶能使蛋白质水解成多肽和氨基酸，具有很强的分解蛋白质的能力，可有效地清除奶渍等污渍，添加碱性蛋白酶可降低洗涤剂使用量，减少环境污染，D正确。 考点4　细胞呼吸 [例4]　(2022·全国甲卷，4)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是(　　) A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP B．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程 C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与 D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成 答案　C 解析　有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质，第二、三阶段场所是线粒体，三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP，A正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该过程需要酶的催化，B正确；丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程不需要氧气的直接参与，C错误；线粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA，可以通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。 [练4－1]　(2023·山东，4)水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是(　　) A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质 B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成 C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足 D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒 答案　B 解析　题干中“玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累”，说明H＋进入液泡是消耗能量的主动运输，为逆浓度梯度转运，可推知液泡内H＋浓度较细胞质基质高，pH较低，A错误；玉米根细胞进行有氧呼吸或产生酒精的无氧呼吸均有CO2产生，B正确；无氧呼吸只有第一阶段生成ATP，产酒精和产乳酸的无氧呼吸第一阶段的过程相同，生成等量的ATP，C错误；细胞将无氧呼吸过程中丙酮酸产乳酸途径转换为产酒精途径可减少乳酸的产生以缓解酸中毒，D错误。 [练4－2]　(2023·全国乙卷，3)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸 B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程 C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多 D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP 答案　C 解析　在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，说明此时段植物根细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸，A正确；在无氧条件下，a～b时间内植物根细胞释放CO2，推测该时段植物根细胞存在产生酒精和CO2的无氧呼吸过程，B正确；在葡萄糖经无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程中，只有第一阶段释放能量，这两个过程的第一阶段相同，故消耗1分子葡萄糖，这两个过程生成的ATP相等，C错误；酒精跨膜运输的方式为自由扩散，不需要消耗ATP，D正确。 [练4－3]　(2022·河北，4)关于呼吸作用的叙述，正确的是(　　) A．酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝水溶液变黄的气体 B．种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量 C．有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中 D．通气培养的酵母菌液过滤后，滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色 答案　B 解析　酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳，二氧化碳可使溴麝香草酚蓝(水)溶液由蓝变绿再变黄，A错误；种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解，为新器官的发育提供原料(如产物水可参与细胞内的生物化学反应)和能量，B正确；有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上，C错误；通气培养时酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精，酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色，D错误。 [练4－4]　(2022·北京，3)在北京冬奥会的感召下，一队初学者进行了3个月高山滑雪集训，成绩显著提高，而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度，结果如图。与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内(　　) A．消耗的ATP不变 B．无氧呼吸增强 C．所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多 D．骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多 答案　B 解析　由题意可知，受训者滑雪时单位时间的摄氧量无明显变化，但乳酸含量明显增加，说明受训者骨骼肌细胞的有氧呼吸强度不变，无氧呼吸增强，所消耗的ATP中来自有氧呼吸的不变，来自无氧呼吸的增多，A、C错误，B正确；消耗相同量的葡萄糖，有氧呼吸产生的ATP比无氧呼吸的多，滑雪过程中受训者骨骼肌中消耗的葡萄糖总量比集训前的多，但参与有氧呼吸的葡萄糖量不变，参与无氧呼吸的葡萄糖量增加，故滑雪过程中受训者骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少，D错误。 [练4－5]　(2020·山东等级考)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP，这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是(　　) A．“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖 B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP C．癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用 D．消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少 答案　B 解析　由于葡萄糖无氧呼吸时只能释放少量的能量，故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖来为生命活动供能，A正确；癌细胞中进行无氧呼吸时，只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段由丙酮酸转化为乳酸的过程不会生成ATP，B错误；由题干信息可知，癌细胞主要进行无氧呼吸，故丙酮酸主要在细胞质基质中被利用，C正确；无氧呼吸只有第一阶段产生少量的NADH，而有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都能产生NADH，故消耗等量的葡萄糖，癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少，D正确。 [练4－6]　(2020·全国卷Ⅰ)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是(　　) A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸 B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等 C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放 D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多 答案　D 解析　若二氧化碳的生成量等于酒精的生成量，则说明CO2都是无氧呼吸产生的，故细胞只进行无氧呼吸，A正确；若细胞只进行有氧呼吸，则消耗的氧气量等于生成的二氧化碳量，B正确；若细胞只进行无氧呼吸，说明不消耗氧气，产乳酸的无氧呼吸不会产生二氧化碳，C正确；若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产生酒精，则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量，若无氧呼吸产生乳酸，则消耗的氧气量等于二氧化碳的生成量，D错误。 考点5　光合作用过程 [例5]　(2021·广东选择性考试)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是(　　) A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 答案　D [练5－1]　(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素 答案　A 解析　乙醇酸等同于光合作用暗反应产生的糖，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用，整个过程不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。 [练5－2]　(2023·全国甲卷，29)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。 (1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是____________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在____________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是________________________________________________________________。 (3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。__________________________________________________________________________________________________________________________________ 答案　(1)差速离心法　类囊体薄膜(或基粒)　蓝紫光 (2)黑暗条件下不能进行光反应产生还原三碳化合物所需要的NADPH和ATP (3)实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观察颜色变化。预期结果：A组叶绿体变为蓝色，B组叶绿体不变色。 解析　(1)一般采用差速离心法分离细胞器。叶绿体中吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 (2)糖是在光合作用的暗反应阶段产生的，暗反应的进行需要光反应提供ATP和NADPH。将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，其原因是黑暗条件下，光反应不能正常合成NADPH和ATP，由于缺少NADPH和ATP，暗反应也不能正常合成糖。 (3)淀粉遇碘显蓝色。叶绿体呈绿色，要证明叶绿体中有淀粉存在，需要将叶绿体进行脱色处理，之后用碘液进行检测，实验设计思路及结果详见答案。 [练5－3]　(2021·全国乙卷)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________________，又能保证________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。_________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(简要写出实验思路和预期结果) 答案　(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体　细胞呼吸 (2)蒸腾作用散失较多水分　光合作用 (3)实验思路：取生理状态良好的植物甲在干旱条件下(其他条件适宜)培养一段时间，分别在白天和晚上测定植物甲叶肉细胞液泡中的pH，然后统计实验数据。预期结果：叶肉细胞中液泡的pH白天高于晚上 解析　(1)白天叶肉细胞既进行光合作用又进行有氧呼吸，光合作用过程中产生ATP的场所为叶绿体(类囊体薄膜)，有氧呼吸过程中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。 (2)因植物甲为生活在干旱地区的植物，而气孔是植物蒸腾作用的通道，所以，白天气孔关闭可防止蒸腾作用散失较多水分；同时气孔也是外界CO2进入的通道，夜间气孔打开有利于吸收更多的CO2并储存，从而保证光合作用的正常进行。 (3)由题干信息知，植物甲特殊的CO2固定方式是晚上吸收CO2，并生成苹果酸储存在于液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用。据此分析，当晚上时液泡中因苹果酸的生成(或者量增加)液泡pH降低，而白天因苹果酸脱羧释放的CO2用于光合作用，液泡pH升高。所以，可通过比较白天和晚上液泡pH高低来确定植物甲固定CO2的方式。故实验思路为：取生理状态良好的植物甲，在干旱环境中培养，分别检测并比较白天和夜间叶肉细胞中液泡(细胞液)pH高低(大小)。预期结果：叶肉细胞中液泡的pH白天高于晚上。 考点6　影响光合作用的因素 [例6]　(2022·湖南，13，改编)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因不可能是(　　) A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少 B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量 C．叶绿体类囊体膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低 D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降 答案　B 解析　夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。 [练6－1]　(2022·北京，2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出(　　) A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高 B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小 D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 答案　D 解析　由图可看出，当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合作用最适温度约为25 ℃，当CO2浓度为370 μL·L－1时，光合作用最适温度约为30 ℃，B正确；据图可知，CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的变化幅度较小，C正确；10 ℃条件下，CO2浓度为370 μL·L－1和1000 μL·L－1时，光合速率基本相同，D错误。 [练6－2]　(2021·广东选择性考试)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　) A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度) B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度) C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 答案　D 解析　由图可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，t1叶绿体受光面积/细胞受光面积的值大于t2，说明在相同的光照强度下，t1的光合速率大于t2，t2比t1具有更高的光饱和点，A正确；由题干信息可知，二者呼吸速率基本相同，t1利用光的效率高，要想呼吸速率与光合速率相等，t2需要更高的光照强度，所以t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，当光照强度足够大时，再增大光照强度，三者光合速率的差异不再增大，D错误。 [练6－3]　(2022·海南，3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(　　) A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0.5% NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 答案　B 解析　本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现)，温度、光照等属于无关变量，应相同且适宜，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确；四组实验中，0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长，表明其光合速率最低，C错误；若从适宜温度降低到4 ℃，与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 [练6－4]　(2022·河北，19)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如图。回答下列问题： 注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关。 (1)从叶片中分离叶绿体可采用________法。 (2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是______________________________________(写出两点即可)。 (3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少__________。 (4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于________中的基因编码，需通过特定的机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于________中的基因编码。 答案　(1)差速离心 (2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少 (3)水分的散失　(4)细胞核　叶绿体 [练6－5]　(2022·湖北，21)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。 注：曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。 回答下列问题： (1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会________(填“减小”“不变”或“增大”)。 (2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明____________________________________________________________________________。 (3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的____________________________________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明________________________________________________________________。 (4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中A基因过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为____________________________________________ _________________________________________________，则说明A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关。 答案　(1)增大　(2)高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小 (3)实验组的净光合速率均明显小于对照组　长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同 (4)A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同 解析　(1)在高浓度O3处理期间，若适当增加环境中的CO2浓度，则光合作用条件更适宜，甲、乙植物的光合速率会增加，光饱和点会增大。 (2)图2是用高浓度O3处理植物65天测定的植物净光合速率，图3是用高浓度O3处理植物75天测定的植物净光合速率，与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明高浓度臭氧处理甲植物的时间越短，对甲植物光合作用的影响越小。 (3)O3处理75天后，甲、乙两种植物的实验组的净光合速率均明显小于对照组，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；曲线2、4之间的差别大于1、3之间的差别，说明长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明长时间高浓度O3对不同种类植物光合作用产生的抑制效果不同。 (4)实验目的为确定A基因功能与植物对O3耐受力的关系，因此自变量为A基因的表达量，因变量为植物对O3耐受力，检测指标为植物的净光合速率，因此该实验应是用高浓度O3处理乙植物75天(乙植物的基因A表达量下降)，测定乙植物净光合速率；使乙植物中A基因过量表达后用高浓度O3处理75天，测定其净光合速率；若A基因的功能与乙植物对O3耐受力无关，则实验现象为A基因过量表达的乙植物的净光合速率与A基因表达量下降的乙植物的净光合速率相同。 [练6－6]　(2023·湖南，17，节选)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________(答出三点即可)。 (2)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化，其原因可能是__________________________________________________________ _________________________________(答出三点即可)。 答案　(1)高于　玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比Rubisco酶要高，能利用低浓度的CO2；水光解主要在叶肉细胞进行，暗反应在维管束鞘细胞中进行，维管束鞘细胞中CO2/O2较高，提高了光合作用效率；通过C3和C4在叶肉和维管束鞘细胞之间的循环，将CO2转运到维管束鞘细胞浓缩，维管束鞘细胞中CO2浓度较高 (2)NADPH和ATP的供应限制、固定CO2的Rubisco酶数量有限、C5再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多 [练6－7]　(2021·河北选择性考试)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理： (1)对照组； (2)施氮组，补充尿素(12 g·m－2)； (3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m－2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。 生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组 自由水/结合水 6.2 6.8 7.8 气孔导度(mmol·m－2·s－1) 85 65 196 叶绿素含量(mg·g－1) 9.8 11.8 12.6 RuBP羧化酶活性(μmol·h－1·g－1) 316 640 716 光合速率(μmol·m－2·s－1) 6.5 8.5 11.4 注：气孔导度反映气孔开放的程度。 回答下列问题： (1)植物细胞中自由水的生理作用包括_________________________________ _____________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的________，提高植株氮供应水平。 (2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动________________两种物质的合成以及________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。 (3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是__________________________________ __________________________。 答案　(1)细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物　主动吸收 (2)镁　ATP和NADPH　水　C5(或RuBP) (3)气孔导度增加，CO2吸收量增多 [练6－8]　(2020·全国卷Ⅰ)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题： (1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有_________________________________________ _________________(答出2点即可)。 (2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是________________________________________(答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是____________________________________________________________________________________________。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/μmol·m－2·s－1 1200 1180 560 623 答案　(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C　作物A光饱和点高且长得高，可以利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用 24 学科网（北京）股份有限公司 $$