2025届高三二轮专项复习生物课件：细胞代谢

题型二 非选择题-细胞代谢 高考生物学二轮复习题型归纳与解题技巧 01 物质跨膜运输 物质的跨膜运输的判断指的是题目通过文字信息或图片信息描述物质跨膜运输的过程，要求考生通过信息判断物质跨膜运输的方式。除教材常见的运输方式外，协同运输等新的运输方式常常出现在高考题中，增加了题目的分析难度。 题型概述 这类题目多以图像分析或实验分析形式进行考查。 题型特点 题型归纳 一看顺逆浓度，二看有无蛋白 一看膜两侧浓度关系，逆浓度则为主动运输 顺浓度→有转运蛋白则协助扩散 →无转运蛋白则自由扩散 解题技巧 判断物质运输方式的核心在于物质运输的特点，除浓度关系和是否需要转运蛋白外，是否需要能量本来也作为主要的判断准则，但在高考题中常常有协同运输这种消耗电化学势能而不直接消耗ATP的情况，所以浓度判断更为实用。 [2021年广东高考真题]人体缺乏尿酸氧化酶，导致体内嘌呤分解代谢的终产物是尿酸（存在形式为尿酸盐）。尿酸盐经肾小球滤过后，部分被肾小管细胞膜上具有尿酸盐转运功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最终回到血液。尿酸盐重吸收过量会导致高尿酸血症或痛风。目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠（有尿酸氧化酶）灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组。一组设为模拟组，另一组灌服F设为治疗组。一段时间后检测相关指标，结果见图。 真题链接 回答下列问题： （1）与分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在细胞内合成、加工和转运过程需要_________________________（答出两种即可）及线粒体等细胞器共同参与。肾小管细胞通过上述蛋白重吸收尿酸盐，体现了细胞膜具有____________的功能特性，原尿中还有许多物质也需借助载体蛋白通过肾小管的细胞膜，这类跨膜运输的具体方式有___________________。 （2）URAT1分布于肾小管细胞刷状缘（如图，示意图），该结构有利于尿酸盐的重吸收，原因是__________________________________________________________。 真题链接 核糖体、内质网、高尔基体 选择透过性 主动运输、协助扩散 膜面积增大，细胞膜上的载体蛋白数量增多，扩大膜上载体蛋白的附着位点 解析：分泌蛋白的合成、加工和转运过程中，参与的细胞器主要有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体；由题意可知，尿酸盐进出细胞需要依靠细胞膜上的转运蛋白，不能随意进出细胞，说明细胞膜具有选择透过性；跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散、主动运输和胞吞胞吐等，其中需要借助载体蛋白的运输方式有协助扩散和主动运输。 解析：由题图可知，刷状缘表面有凸起，增大了膜面积，细胞膜上的载体蛋白（URAT1和GLUT9）数量增多，扩大了膜上载体蛋白的附着位点，有利于尿酸盐的重吸收。 （3）与空白对照组（灌服生理盐水的正常实验大鼠）相比，模型组的自变量是________________。与其它两组比较，设置模型组的目的是____________________。 （4）根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是_____________________________，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为____________。 真题链接 尿酸氧化酶抑制剂 与空白组对照相比，确定构建动物模型是否成功 抑制URAT1和GIUT9合成和运输 模型组灌E 解析：模型组与空白对照组不同的是模型组灌服了尿酸氧化酶抑制剂。治疗组和空白对照组不能直接形成对照，因此设置模型组，与空白组对照，确定构建动物模型是否成功。 解析：使用F的治疗组与模型组相比，尿酸盐含量下降且URAT1和GLUT9的含量也下降，因此，可以推测F是通过抑制URAT1和GLUT9的合成和运输来实现治疗作用的；新药F的治疗效果可以与常用药E的效果进行比较，除药物E和F外，其余条件应保持一致，因此需要增设高尿酸血症大鼠灌服E的治疗组作为对照。 精准练习 囊性纤维化是一种严重的遗传性疾病，导致这一疾病发生的主要原因是编码CFTR蛋白的基因发生突变，如图表示CFTR蛋白在氯离子跨膜运输过程中的作用。回答下列问题： 精准练习 （1）图中所示为细胞膜的_________模型，其中构成细胞膜的基本支架是_________，氯离子跨膜运输是由膜上___________________协助完成的。 （2）在正常细胞内，氯离子在CFTR蛋白的协助下，通过_________的方式转运至细胞外，随着氯离子在细胞外浓度逐渐升高，水分子向膜外扩散的速度_____，使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。 流动镶嵌 磷脂双分子层 功能正常的CFTR蛋白 主动运输 加快 解析：（1）题图表示细胞膜的流动镶嵌模型，其基本支架是磷脂双分子层，氯离子的跨膜运输方式是主动转运，需要载体蛋白（功能正常的CTR蛋白）参与，并消耗能量。 解析：（2）在正常细胞内，氯离子在CFTR蛋白的协助下，通过主动转运的方式转运至细胞外，随着氯离子在细胞外浓度逐渐升高，导致水分子问膜外扩散的速度加快，使覆盖于肺部细胞表面的黏液被稀释。 （3）人工合成的仅由磷脂双分子层构成的封闭球状结构称为脂质体，所有带电荷的分子不管它多小，都很难通过脂质体，这是因为磷脂双分子层的内部是疏水的。缬氨霉素是一种十二肽的抗生素，若将它插入脂质体的脂双层内，可使K+的运输速度提高100000倍，但却不能有效提高Na+的运输速率，由此可以得出： ①____________________________；②___________________。 载体蛋白能极大提高运输速度 载体蛋白具有特异性 解析：（3）根据题干信息“缬氨霉素是一种十二肽的抗生素，若将它插入脂质体的脂双层内，可使K+的运输速度提高100000倍”可知，缬氨霉素可作为运输K+的载体蛋白，能极大提高运输速度；根据“但却不能有效提高Na+的运输速率”可知，载体蛋白具有特异性。 精准练习 精准练习 2.水通道蛋白位于部分细胞的细胞膜上，能介导水分子的跨膜运输，提高水分子的运输效率。将猪的红细胞置于不同浓度的NaCl溶液中，一段时间后红细胞体积和初始体积之比的变化曲线如下图所示。已知红细胞吸水涨破时的NaCl溶液浓度是100mmol·L-1。请回答下列问题： 精准练习 （1）哺乳动物成熟的红细胞是提取细胞膜的良好材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞中无众多的细胞器和______。在低渗溶液中，红细胞吸水涨破释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，则“血影”的主要成分是_______和_____。根据上图可知，猪的红细胞在浓度为_____mmol·L-1的NaCl溶液中能保持正常状态。 （2）将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，结合以上信息分析，其原因可能是红细胞膜上存在___________水通道蛋白而肝细胞膜上没有。 细胞核 蛋白质 解析：哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和众多的细胞器，因此是提取细胞膜的良好材料。在低渗溶液中，红细胞吸水涨破释放内容物后，剩余的部分称为“血影”，根据红细胞的结构可知，“血影”主要是细胞膜，因此其主要成分是蛋白质和磷脂。根据题图可知，猪的红细胞在浓度为150mmol·L-1的NaCl溶液中能保持正常形态。 磷脂 150 水通道蛋白 解析：将猪的红细胞和肝细胞置于蒸馏水中，发现红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞，结合题干信息分析，其原因可能是红细胞膜上存在水通道蛋白，肝细胞膜上无水通道蛋白，所以红细胞吸水涨破所需的时间少于肝细胞。 精准练习 （3）研究发现，细胞膜上的水通道蛋白能帮助水分子从低渗溶液向高渗溶液跨膜运输，这种水分子跨膜运输的方式是_________。从细胞膜的流动镶嵌模型分析，由于磷脂双分子层______（选填“内部”或“外部”具有疏水性，水分子以_________（选填“自由扩散”或“协助扩散”）的方式通过细胞膜时会受到一定的阻碍，导致其通过细胞膜的速率变小。 （4）成熟的红细胞膜除了具有控制物质进出细胞这一功能外，还有______________、____________________两个功能。 协助扩散 内部 解析：低渗溶液中水分子含量高，高渗溶液中水分子含量低，故水分子借助水通道蛋白从低渗溶液向高渗溶液跨膜运输的方式是协助扩散。构成生物膜的磷脂双分子层亲水的头部向外，疏水的尾部向内。由于内部的尾部疏水，水分子的自由扩散会遇到一定的阻碍，运输速率减小。 自由扩散 解析：细胞膜的功能是控制物质进出细胞，进行细胞间的信息交流，将细胞与外界环境分隔开。 进行细胞间的信息交流 将细胞与外界环境分隔开 02 细胞呼吸 细胞呼吸是细胞代谢的核心内容，包括的内容有有氧呼吸和无氧呼吸过程的区别和联系；细胞呼吸原理在生产生活中的应用；细胞呼吸方式的判断和呼吸速率分析相关的实验探究等。 题型概述 在命题角度上多与光合作用结合考查，以多变的形式对细胞呼吸的结构基础、过程原理、实践应用、实验探究等知识和能力进行综合考查，试题常联系种子萌发、种子的成熟等真实的问题情境呈现。能力考查点多为分析、判断、综合应用等。 题型特点 题型归纳 呼吸商的运用： 呼吸商，又称气体交换率，是指生物体在单位时间内释放CO2与吸收O2的比例，即指呼吸作用所释放的CO2和吸收的O2的分子数之比。底物不同、呼吸方式不同植物的呼吸商会有差异，依此可以判断底物和呼吸方式，对应关系如下表所示。 解题技巧 呼吸商 大于1 等于1 小于1 底物及呼吸方式 底物为糖类，有无氧呼吸（产酒精的无氧呼吸） 底物为糖类，进行有氧呼吸（(还可能存在产乳酸的无氧呼吸） 底物为脂肪，进行有氧呼吸 1.糖类彻底氧化分解呼吸商为1的逻辑可以通过碳水化合物分析，碳水化合物即Cm(H2O)n。当其完全氧化分解时，释放m摩尔 CO2、吸收m摩尔O2，故呼吸商为1。 2.脂质完全氧化分解时，由于其分子中氢对氧的比例较糖分子中高，氧既用于碳的氧化，也要用于氢的氧化，需消耗较多的氧，故呼吸商小于1。 3.植物叶片的 RQ约为1.05，禾谷类种子或其他淀粉类种子萌发时，RQ接近1。一些含油和脂肪类种子萌发时，RQ约为0.7。 [2024年江西高考真题]当某品种菠萝蜜成熟到一定程度，会出现呼吸速率迅速上升，再迅速下降的现象。研究人员以新采摘的该菠萝蜜为实验材料，测定了常温有氧贮藏条件下果实的呼吸速率和乙烯释放速率，变化趋势如图。回答下列问题： （1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的_____，其释放的能量一部分用于生成_____，另一部分以______的形式散失。 （2）据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，这体现了乙烯产生的调节方式为___________。 真题链接 内膜 解析：（1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的内膜，即消耗氧气的阶段是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，其释放的能量一部分用于生成ATP，另一部分以热能的形式散失，其中转移到ATP中的能量可以用于耗能的生命活动。 ATP 热能 解析：（2）据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，进而加速了果实的成熟，这体现了乙烯产生的调节方式为正反馈调节。 正反馈调节 [2024年江西高考真题]当某品种菠萝蜜成熟到一定程度，会出现呼吸速率迅速上升，再迅速下降的现象。研究人员以新采摘的该菠萝蜜为实验材料，测定了常温有氧贮藏条件下果实的呼吸速率和乙烯释放速率，变化趋势如图。回答下列问题： （1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的_____，其释放的能量一部分用于生成_____，另一部分以______的形式散失。 （2）据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，这体现了乙烯产生的调节方式为___________。 真题链接 内膜 解析：（1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的内膜，即消耗氧气的阶段是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，其释放的能量一部分用于生成ATP，另一部分以热能的形式散失，其中转移到ATP中的能量可以用于耗能的生命活动。 ATP 热能 解析：（2）据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，进而加速了果实的成熟，这体现了乙烯产生的调节方式为正反馈调节。 正反馈调节 (3)据图推测，菠萝蜜在贮藏5天内可溶性糖的含量变化趋势是__________________。 为证实上述推测，拟设计实验进行验证。假设菠萝蜜中的可溶性糖均为葡萄糖，现有充足的新采摘菠萝蜜、仪器设备（如比色仪，可用于定量分析溶液中物质的浓度）、玻璃器皿和试剂（如DNS试剂，该试剂能够和葡萄糖在沸水浴中加热产生棕红色的可溶性物质）等。简要描述实验过程： ①__________________________________________________________________________________________________________________； ②分别制作匀浆，取等量匀浆液； ③_________________________________________； ④分别在沸水浴中加热； ⑤_____________________________________________。 (4)综合上述发现，新采摘的菠萝蜜在贮藏过程中释放的乙烯能调控果实的呼吸速率上升，其原因是______________________________________________________。 真题链接 逐渐上升而后相对稳定 逐渐上升而后相对稳定；将采摘后分别放置1、2、3、4、5天的菠萝蜜分成五组，编号为①、②、③、④、⑤ 在5支试管中分别添加等量的DNS试剂，混匀 在加热的过程中观察5组试管中颜色变化，并记录 乙烯具有催熟作用，且乙烯含量上升时，会使某品种的菠萝蜜出现呼吸速率迅速上升，再迅速下降的现象，进而促进果实的成熟 真题链接 解析：（3）图中显示，菠萝蜜在贮藏5天内呼吸速率迅速上升而后下降，同时乙烯的产生量也表现出先上升后下降的趋势，据此推测，该过程中可溶性糖的含量变化趋势是逐渐上升而后相对稳定。为证实上述推测，拟设计实验进行验证。假设菠萝蜜中的可溶性糖均为葡萄糖，现有充足的新采摘菠萝蜜、仪器设备（如比色仪，可用于定量分析溶液中物质的浓度）、玻璃器皿和试剂（如DNS试剂，该试剂能够和葡萄糖在沸水浴中加热产生棕红色的可溶性物质）等，本实验的目的是检测葡萄糖含量的变化，利用的原理是颜色反应，颜色的深浅代表葡萄糖含量的多少，据此简要描述实验过程： ①分组编号，将采摘后分别放置1、2、3、4、5天的菠萝蜜分成五组，编号为①、②、③、④、⑤，实验中保证采摘后用于实验的菠萝蜜生长状态一致； ②分别取等量的5组菠萝蜜制作匀浆，取等量（1毫升）匀浆液分别置于5支干净的试管中； ③在5支试管中分别添加等量的DNS试剂，混匀； ④分别在沸水浴中加热； ⑤在加热的过程中观察5组试管中颜色变化，并记录。分析实验结果得出相应的结论。 （4）综合上述发现，新采摘的菠萝蜜在贮藏过程中释放的乙烯能调控果实的呼吸速率上升，这是因为乙烯具有催熟作用，但乙烯含量上升时，会使某品种的菠萝蜜出现呼吸速率迅速上升，再迅速下降的现象，进而促进果实的成熟。 呼吸商（RQ）指单位时间内进行细胞呼吸的生物释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值（RQ =释放的二氧化碳体积/消耗的氧气体积）。下图1表示萌发的小麦种子中发生的相关生理过程,A~E表示物质，①〜④表示过程。图2表示测定消毒过的萌发的小麦种子呼吸商的实验装置。 精准练习 （1）图1中，催化过程①②的酶存在于细胞中______，物质A表示________，B的产生部位有_____________________。 （2）实验装置乙中，KOH溶液中放置筒状滤纸的目的是______________________。 精准练习 溶胶 丙酮酸 细胞溶胶和线粒体基质 增大吸收二氧化碳的面积 解析：（1）①表示细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞溶胶中，相应酶也分布在细胞溶胶中。②表示厌氧呼吸的第二阶段，发生在细胞溶胶，相应酶也分布在细胞溶胶。A为细胞呼吸第一阶段产生的丙酮酸，B为二氧化碳。如果是需氧呼吸，二氧化碳在第二阶段产生，场所是线粒体基质：如果是厌氧呼吸，二氧化碳在第二阶段产生，场所是细胞溶胶。 解析：（2）装置乙中，KOH溶液的作用是吸收二氧化碳，在装置中加入筒状滤纸，滤纸吸收KOH溶液，与空气中二氧化碳接触面积增加。 （3）假设小麦种子只以糖类为呼吸底物，在25℃下经10min观察墨滴的移动情况，如发现甲装置中墨滴不动，乙装置中墨滴左移，则10min内小麦种子中发生图1中的_________（填序号）过程；如发现甲装置中墨滴右移，乙装置中墨滴不动，则10min内小麦种子中发生图1中的______（填序号）过程。 （4）实际上小麦种子的呼吸底物除了糖类外，还有脂肪等，在25℃下经10min内，如果甲装置中墨滴左移30min，乙装置中墨滴左移100mm，则萌发小麦种子的呼吸商是____。 精准练习 ①③④ 解析：（3）假设小麦种子只以糖类为呼吸底物，在25℃下经10min观察墨滴的移动情况。如发现甲装置中墨滴不动，说明产生的二氧化碳量等于消耗的氧气量，乙装置中墨滴左移，说明消耗了氧气，则10min内小麦种子只进行需氧呼吸，即发生了题图1中①③④过程。如发现甲装置中墨滴右移，说明产生的二氧化碳量大于消耗的氧气量或不消耗氧气但产生了二氧化碳，乙装置中墨滴不动，说明没有消耗氧气，则10min内小麦种子只进行厌氧呼吸，即发生了题图1中①②过程。 ①② 解析：（4）甲装置中墨滴左移30mm，说明氧气消耗量比二氧化碳产生量多30，乙装置中墨滴左移100mm，说明氧气消耗量为100。所以，二氧化碳量为100-30=70，呼吸商为释放的二氧化碳体积/消耗的氧气体积=70÷100=0.7。 0.7 金鱼能在严重缺氧环境中生存若干天，肌细胞和其他细胞厌氧呼吸的产物不同，如图表示金鱼缺氧状态下细胞中的部分代谢途径，已知乳酸可在乳酸脱氢酶的作用下生成丙酮酸，请分析回答： （1）物质X是_______（填物质名称），元素组成为__________。 精准练习 丙酮酸 C、H、O 解析：（1）根据厌氧呼吸过程可知，①表示厌氧呼吸第一阶段，即1分子葡萄糖分解为2分子丙酮酸，所以图示中的物质X是丙酮酸，丙酮酸是葡萄糖分解的产物，其元素组成为C、H、O。 （2）①~⑤过程中有ATP生成的是_____（填序号），有[H]产生的过程是_____（填序号）。 （3）物质X经过②过程产生酒精，同时还产生_____（填物质名称）。 （4）过程①发生的场所是_________，过程④发生的场所是_________。 （5）金鱼肌细胞与其他细胞厌氧呼吸产物不同的原因是____________________。 精准练习 ① ①③ 解析：（2）分析题图可知，图中①为细胞厌氧呼吸第一阶段，该阶段有[H]产生和少量ATP生成；②为细胞厌氧呼吸第二阶段，没有[H]和ATP生成；③为乳酸转化为丙酮酸和[H]的过程，没有ATP生成；④是细胞厌氧呼吸第二阶段，没有[H]和ATP生成；⑤为乳酸进入肌细胞的过程，没有[H]和ATP生成。综上所述，①~⑤过程中有ATP生成的是①，有[H]产生的过程是①③。 ① CO2 解析：（3）物质X是丙酮酸，②表示厌氧呼吸第二阶段，在酶的催化下，将丙酮酸转化为酒精和二氧化碳。 细胞溶胶 细胞溶胶 解析：（4）过程①（厌氧呼吸第一阶段）在细胞溶胶中进行，过程④生成乳酸的厌氧呼吸第二阶段也在细胞溶胶中进行。 呼吸酶种类不同 解析：（5）据图分析，金鱼在不同的细胞中进行厌氧呼吸的产物不同，是由于催化反应的呼吸酶种类不同。 （6）在严重缺氧环境中，金鱼肌细胞将乳酸转化为丙酮酸的意义是 _________________________________________________________ _________________________________________________________。 精准练习 金鱼的肌细胞将乳酸转化成丙酮酸，再将丙酮酸转化为酒精后可通过鳃血管排出体外，防止酸中毒，以维持细胞正常的代谢 解析：（6）金鱼其他细胞厌氧呼吸产生乳酸，随着乳酸的积累，体内酸性不断增强，会影响金鱼体内酶的活性进而影响金鱼的生命活动。经过图中的转化过程，乳酸转化成丙酮酸，进而转化成酒精，酒精通过鳃血管排出体外，减少乳酸的积累，有利于维持内环境稳态，维持细胞的正常代谢。 03 光合呼吸的关系 光合作用与细胞呼吸在物质代谢上方向相反，光合作用合成有机物，细胞呼吸分解有机物，所以两者的相对强度会影响植物有机物的积累量。光合、呼吸综合计算问题就是在此基础上提供信息进行分析和探讨。其中涉及的三个概念最为重要，分别是总光合作用强度、净光合作用强度和呼吸作用强度。 题型概述 题型归纳 已出现的本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行。近几年高考题中光合作用常被与植物激素调节、基因表达调控等其他知识点相关联，考查学生综合运用的能力。 题型特点 净光合速率=总光合速率-呼吸速率。 解题技巧 名词 概念 核心 总光合速率 植物单位叶面积单位时间光合作用实际消耗的二氧化碳量或产生的氧气量 叶绿体光合作用的真正强度，也称为真正光合速率 净光合速率 植物单位叶面积单位时间测得的叶片光合作用吸收的二氧化碳量或释放的氧气量 光合作用和细胞呼吸的综合作用结果，也称为表观光合速率 呼吸速率 一定温度下，单位叶面积的活细胞在单位时间内吸收的氧气量或释放的二氧化碳量 表示呼吸作用的强度 （1）关系：总光合速率=净光合速率+呼吸速率 （2）表达方式 ①氧气产生:光合作用产氧量=氧气释放量+细胞呼吸耗氧量。 ②CO2固定:光合作用固定 CO2量=CO2吸收量+细胞呼吸释放 CO2量。 ③有机物生成:光合作用葡萄糖产生量=葡萄糖积累量+细胞呼吸消耗葡萄糖量。 [2024年湖北高考真题]孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理（图1）。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型（wt）、ht1基因功能缺失突变体（h）、rhc1基因功能缺失突变体（r）和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体（h/r），进行了相关实验，结果如图2所示。 真题链接 图1 图2 （1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞________（填“吸水”或“失水”），引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率________（填“增大”或“不变”或“减小”）。 （2）图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物________（填“促进”或“抑制”）气孔关闭。 真题链接 失水 解析：（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后，CO2吸收减少，光合速率减小。 减小 促进 解析：（2）r组是rhc1基因功能缺失突变体，即缺少rhc1基因产物，wt组能正常表达rhc1基因产物。分析图2，高浓度CO2时，wt组气孔开放度低于r组，说明rhc1基因产物能促进气孔关闭。 （3）由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是___________________________________________________________________ _________________________________。 （4）根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是________（填“ht1”或“rhc1”）。 真题链接 脱落酸含量升高可促进气孔关闭，从而减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱环境中生存 解析：（3）短暂干旱条件下，植物体内脱落酸含量升高，促进气孔关闭，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干旱条件下生存。 rhc1 解析：（4）分析图2可知，高浓度CO2时，r组气孔开放度均高于wt组、h组和h/r组，结合图1分析，高浓度CO2时蛋白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r组是rhc1基因功能缺失突变体，高浓度CO2时，组气孔开放度高，说明缺失rhc1基因编码的蛋白质不能够引起气孔关闭，由此推测，rhc1基因编码的是蛋白甲。 图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，图乙表示植物在25℃时的光合速率与光照强度的关系曲线，据图回答： （1）若甲为蓝细菌光合作用的图像，则在c光照强度下细胞产生ATP的场所为___________。图乙中限制c点CO2吸收量不再增加的环境因素有：______________（任答两个）。 细胞质基质 解析：（1）光照在c条件下，CO2吸收量达到峰值，说明蓝细菌进行光合作用，但需要注意蓝细菌是原核生物没有叶绿体和线粒体，其光合作用和呼吸作用都在细胞质基质完成。此过程中蓝细菌通过呼吸作用和光合作用可以产生ATP。所以产生ATP的场所为细胞质基质。c点之后CO2的吸收量不再随光照强度的增加而增加，说明光照强度不再是限制CO2吸收的环境因素。故此时限制CO2吸收的环境因素是温度、湿度等。故本题正确答案为：细胞质基质；温度、湿度。 精准练习 CO2的浓度、温度、矿质元素 （2）若图乙中的植物叶面积为10dm2，在光照强度为25klx条件下光照1小时，则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO2_____mg。 （3）若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的c光照强度下相当于图乙的____点。 （4）假设植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是25℃和30℃，若将温度升到30℃，理论上b点的移动方向是_________；若图乙曲线代表阴生植物，与之相比，阳生植物的c点到x轴的距离变化是_________（填“变大”或“变小”）。 250 解析：（2）观察到乙图中光照强度为0时CO2吸收量为负值，故可知乙图表示的是植物的净光合作用，而5mg/(dm2·h)则表示植物的呼吸作用速率。题目中所问的是叶绿体吸收CO2的量，是总光合的计量。故总光合速率为20-（-5)mg/(dm2·h)。故CO2在10dm2叶面积叶片的叶绿体的CO2吸收量是25×10×1=250mg。故本题正确答案为：250mg。 精准练习 b 左移 变大 解析：（3）通过阅读图甲可知，c点时O2产生总量为5同时没有CO2释放；图乙中b点CO2吸收量为0，故O2产生量等于O2消耗量，即光合作用量等于呼吸作用量，O2产生量为5。故本题正确答案为：b。 解析：（4）温度升到30C，呼吸作用减弱，光合作用增强，故在光照强度更小的情况下即可实现，所以b点会向光照强度更小的方向移动，即b点左移。阳生植物对比阴生植物，会更加适应强光照环境，有更多的叶绿体，可以在强光照条件下实现更强的光合作用，故阳生植物的c点离x轴距离更大。故本题正确答案为：向左；更大。 图1是某种植物叶肉细胞的模式图，图2是根据该种植物某项实验结果绘制的曲线图，请结合图1和图2提供的信息回答下列问题： （1）在图1中，能产生ATP的部位有__________（用图中标号回答）。 ②③⑥⑧ 解析：（1）在图1中，能产生ATP的生理活动有光合作用的光反应和有氧呼吸的三个阶段，光反应的场所是⑥叶绿体的类囊体薄膜，有氧呼吸的第一阶段发生在⑧细胞质基质，第二阶段的场所是③线粒体基质，第三阶段发生在②线粒体内膜上， 精准练习 （2）植物叶肉细胞中吸收光能的光合色素位于___________上。若用纸层析法分离光合色素，分离结束后，距离滤液细线最远的色素是___________。叶肉细胞光合作用光反应产物中能参与暗反应过程的是______________。 （3）光照强度为____千勒克斯时，a与b（或e与f）过程处于动态平衡状态，光照强度为3千勒克司时，CO2的走向有________（用图中标号回答）。在昼夜长度相等且白天光照强度不变的情况下，光照强度超过___千勒克斯时，植物在一昼夜时间内能积累有机物。 类囊体薄膜 解析：（2）植物叶肉细胞中吸收光能的光合色素位于类囊体薄膜上，若用纸层析法分离光合色素，分离结束后，出现的条带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，距离滤液细线最远的色素是胡萝卜素，叶肉细胞光合作用光反应产物中能参与暗反应过程的是ATP和NADPH。 精准练习 胡萝卜素 ATP和NADPH 1 b、h、c 2 解析：（3）当光照强度为3干勒克司时，光合作用强度大于呼吸作用强度，除线粒体提供的二氧化碳，还需细胞吸收外界的二氧化碳CO2的走向有b、h、c。植物在-昼夜时间内要积累有机物，需一昼夜的净光合作用大于0，光照强度应超过2千勒克司。 （4）影响A点上下移动的外界因素主要是________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用____________的方法来提高细胞中有机物的积累。影响C点移动的外界因素主要有______________________，在A～C段，限制光合作用的主要因素是_________。 （5）光照强度为3千勒克司时，该植物固定CO2的速率是___________。 温度 精准练习 CO2浓度、温度、水分等 解析：（4）A点时植物只进行呼吸作用，影响A点的外界因素主要是温度，温度影响酶活性从而影响呼吸作用，因此大棚种植蔬菜时，可采用增大昼夜温差的方法来提高细胞中有机物的积累，因此需要夜晚适当降温，根据分析，影响C点上下移动的外界因素主要有CO2、浓度、温度、水分等，在A~C段，光合作用速率随着光照强度的增大而增大，因此限制光合作用的主要因素是光照强度， 增大昼夜温差 光照强度 1.0mol/h 解析：（5）光照强度为3千勒克司时，该植物固定CO2的速率=（0.4+0.6）mol/h=1.0mol/h。 04 光合呼吸的两种特殊类型 细胞代谢的本质是细胞内的各种化学反应，除光合作用和细胞呼吸外，细胞内还有许多其他的反应。在高考命题中，也常借用教材之外的其他代谢过程，考查同学们对知识理解的深度及信息获取、逻辑分析能力，其中光呼吸和C4植物是命题中最常出现的信息。 题型概述 题型归纳 光呼吸： 反应条件：有光照、高O2、低CO2。 核心逻辑：光呼吸是卡尔文循环中一个分解有机物、释放能量的副反应，由于借助了线粒体进行了有机物分解，因此称之为“光呼吸”。消耗有机物会造成光合作用效率降低，因此光呼吸对植物积累有机物是不利的。 拓展逻辑：在卡尔文循环中，固定CO2的酶是Rubisco(RUBP羧化酶)，但O2会与CO2争夺 Rubisco的活性部位，在CO2浓度较高时进行CO2的固定，在O2浓度较高时进行光呼吸。 解题技巧 C4植物： 反应过程：C植物在进行光合作用时,先通过叶肉细胞固定CO2，形成苹果酸，苹果酸进入维管束鞘细胞，再释放出CO2，参与卡尔文循环，合成有机物。 核心逻辑：Rubisco固定CO2的能力不强，在CO2浓度过低时易发生光呼吸，因此生物进化出C4途径固定CO2此途径固定CO2能力更强，在维管束里CO2浓度高，卡尔文循环能高效地运行。与普通植物(C3植物)相比，C4植物的有机物合成效率更高 拓展逻辑：在C4植物中有一种特殊类型，被称为景天酸代谢植物(CAM植物)，分布在热带干旱地区这类植物在夜间打开气孔，利用C4 途径固定 CO2形成苹果酸储存在液泡中。在白天关闭气孔，避免水分过度散失,利用苹果酸分解释放的CO2进行光合作用。 解题技巧 真题链接 [2023年湖南高考真题]下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450μmol·L-1（K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7μmol·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）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是____________（填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过_________长距离运输到其他组织器官。 （2）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）。 真题链接 3-磷酸甘油醛 解析：（1）玉米与水稻的卡尔文循环过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸直接被还原成3-磷酸甘油醛；3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在细胞质基质中被转化成蔗糖；蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过输导组织运输。 蔗糖 维管组织 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物 及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束稍内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 解析：（2）干旱、高光强环境会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度较高，抑制玉米的光呼吸，且玉米能将叶绿体内的光合产物通过输导组织及时转移出细胞，从而防止光合产物积累对光合作用的抑制。 （3）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）。 真题链接 解析：（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导人水稻叶肉细胞，只提高了叶肉细胞内的CO2浓度，植物的光合作用强度受到很多因素的影响。在光饱和条件下水稻光合作用强度没有明显提高，可能的原因是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，也可能是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，还可能是原核生物和真核生物的光合作用机制有所不同。 酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH 等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，它是伴随光合作用发生的一个损耗能量的副反应，如光呼吸过程中会消耗ATP和NADPH。如图是叶肉细胞中部分代谢过程的示意图，酶X是普遍分布于叶绿体中的一种酶。如表所示是某实验小组利用绿色植物作为材料，在光下和黑暗中测得的实验数据。回答下列问题： 精准练习 精准练习 CO2量[μmol/（m2·s）] 光照 黑暗 固定CO2量[μmol/（m2·s）] 15.6 0 吸收CO2量[μmol/（m2·s）] 12.3 0 释放CO2量[μmol/（m2·s）] 0 2.4 （1）请写出光呼吸与植物细胞呼吸的两点不同： ___________________________________________________________________________________________________。 （2）图中酶X可以催化不同的反应，这主要取决于__________________，由表可知，光呼吸过程中产生CO2的速率是_____μmol/（m2·s）。 CO2和O2的浓度 光呼吸需要光照，细胞呼吸不需要光照；光呼吸利用O2的场所是叶绿体，细胞呼吸利用O2的场所是线粒体 解析：（1）分析题干信息可知，与植物细胞呼吸相比，光呼吸需要光照、利用O2的场所是叶绿体、需要叶绿体中的酶参与等。 精准练习 0.9 解析：由图可知，酶X在O2浓度高时可以催化C5与2反应，在C2浓度高时可以催化C5与CO2反应。黑暗中CO2的释放量是细胞呼吸的结果，光照下固定的CO2量包含三部分，一部分来自外界，一部分来自细胞呼吸产生的，还有一部分来自光呼吸产生的，所以光呼吸产生CO2的速率为15.6-12.3-2.4=0.9[μmol/（m2·s）]。 （3）分析可知，光呼吸对植物光合作用的不利影响有_________________________ ________________________________________________________________________________________________（答两点）。较强光照下，光反应产生的NADPH和ATP大量积累会产生大量自由基，进而损伤叶绿体，由此可见光呼吸在特定环境对植物的意义是______________________________________________________________________。 氧化C5使部分碳以CO2的形式 解析：（3）光呼吸会消耗光反应所产生的NADPH和ATP，造成一部分能量损耗，同时光呼吸氧化了一部分C5使CO2固定形成的C3减少，使部分碳以CO2的形式散失，减少了光合产物的形成。较强光照的特殊情况下，NADPH和ATP大量积累会产生大量自由基，自由基会攻击叶绿体，光呼吸会消耗一部分NADPH和ATP，从而减轻自由基对叶绿体的损伤。 精准练习 散失（或使CO2固定形成的C3减少），减少了光合产物的形成；消耗NADPH和ATP，造成部分能量损失 光呼吸会消耗光反应积累的NADPH和ATP，从而减轻自由基对叶绿体的损伤 光呼吸是进行光合作用的细胞中，由叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的生理过程，在光照过强或O2与CO2浓度的比值过高时，该过程加强以消耗过剩的NADPH和ATP，起到保护叶绿体的作用。平流层的臭氧（O3）可以吸收紫外线，使地球上的生物免遭紫外线的伤害，而对流层中O3的作用却截然相反，对作物生长是有害的。研究者以一年生“赤霞珠”葡萄盆栽苗为材料，在一定浓度的O3胁迫下，研究了外源褪黑素（MT）对葡萄叶片生理过程的影响，相关指标的检测结果如下表： 精准练习 指标及单位 光呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) 光呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) Rubisco活性/(U·L-1) 叶绿素a/(mg·g-1) 叶绿素b/(mg·g-1) 类胡萝卜素/(mg·g-1) 对照组 5.5 16.03 160 1.56 0.60 0.36 O3胁迫组 1.2 4.37 130 1.18 0.47 0.29 MT+ O3胁迫组 2.2 9.00 150 1.35 0.52 0.35 注：O3胁迫采用O3熏蒸的方式处理，MT处理为MT溶液浇灌的方式处理。 回答下列相关问题： （1）存在光呼吸的原因在于核酮糖-1,5-二磷酸梭化酶/加氧酶（Rubisco）,该酶具有双重作用,在光合作用中能催化CO2的固定，在光呼吸中能催化C5与O2结合并释放CO2从物质变化的角度分析，光呼吸与光合作用过程都能利用______作为原料，但光合作用能实现该物质的再生，而光呼吸是将该物质氧化分解并最终产生CO2；光呼吸与细胞有氧呼吸生理过程的相同点是_______________________（答出2点）。 （2）光合作用光反应阶段中，叶绿体色素吸收的光能转化成活跃的化学能，且储存在______________中，供暗反应阶段利用，其中________能作为活跃的还原剂。 解析：（1）光呼吸过程中，Rubisco催化C5与O2结合并释放CO2；光合作用过程中，Rubisco催化C5与CO2反应产生C3，实现CO2的固定。 精准练习 C5 消耗O2，释放CO2 NADPH、ATP NADPH 解析：（2）光合作用光反应阶段中，叶绿体色素吸收的光能转化成NADPH、ATP中活跃的化学能，供暗反应阶段利用，其中NADPH还能作为活跃的还原剂。 （3）实验结果表明，外源MT能显著提高O3胁迫下葡萄叶片的光合速率，根据表中数据，从光反应和暗反应的角度分析，其原因是____________________________ ______________________________________________________________。 （4）由表可知,相比于O3胁迫组,MT+O3胁迫组的光呼吸速率更高，据题分析，光呼吸增强的积极意义是____________________________________________________ ____________________________________（答出1点）。 解析：（3）相比于O3胁迫组，MT+O3胁迫组的叶绿体中的光合色素含量增加，有利于提高光反应速率，Rubisco活性升高，有利于提高暗反应速率，从而提高了光合速率。 精准练习 叶绿体中的光合色素含量增加， 解析：（4）据题分析，光呼吸增强的积极意义是消耗过剩的NADPH和ATP，起到保护作用；释放的CO2可用于暗反应，促进光合作用的进行。 有利于提高光反应速率；Rubisco活性升高，有利于提高暗反应速率 消耗过剩的NADPH和ATP，起到保护作用（或释放的CO2 可用于暗反应，促进光合作用的进行） $$