热点02 细胞代谢与能量转换（光合作用和呼吸作用）（上海专用）2026年高考生物二轮复习讲练测

热点02 细胞代谢与能量转换(光合作用和呼吸作用) 内容导航 情境解读 考向破译 限时实战 热点背景速递 情境探究 高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息 热点信息解码 链接教材 预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向 热点限时训练 模拟实战 巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力 【热点背景】 细胞代谢是生命活动的能量基础，光合作用与呼吸作用构成了地球上最重要的能量与物质循环。随着全球气候变化、粮食安全与碳中和等议题日益突出，光能高效利用与碳减排成为科研焦点。科研人员正通过基因编辑技术优化作物光合途径、改造人工光合系统、揭示细胞能量代谢新机制，为保障粮食安全、开发新能源和应对气候变化提供创新解决方案。 即使在氧气充足条件下，许多肿瘤细胞仍偏好进行有氧糖酵解（瓦博格效应），大量消耗葡萄糖产生乳酸，而非进行高效的有氧呼吸。这种代谢重编程为肿瘤快速增殖提供原料和适应缺氧微环境。 【信息速递】 1．技术突破：科学家利用合成生物学技术，将蓝细菌的高效光合模块与工业微生物（如酵母菌）的代谢通路相结合，构建出“半人工光合细胞”。这些工程菌株能直接利用光能将CO₂和H₂O转化为高价值的生物燃料（如异丁醇）或化工原料（如1,4-丁二醇），绕开了传统农业种植和加工的繁杂，为实现“光驱制造”和碳负排放提供了颠覆性方案。 2．医学进展：针对肿瘤细胞特有的代谢弱点（如高度依赖谷氨酰胺），新型药物（如谷氨酰胺酶抑制剂CB-839）已进入临床试验。这类药物通过选择性切断肿瘤细胞的“燃料”供应，同时激活免疫细胞对肿瘤的杀伤作用（代谢免疫疗法）。研究进一步发现，结合饮食干预（如特定生酮饮食） 可增强药物疗效，为癌症治疗开辟了“代谢靶向+营养干预”的新范式。 3．农业创新：国际研究团队通过基因编辑技术（如CRISPR-Cas9），对水稻等C3作物的光呼吸通路进行了重塑。他们将植物原有的耗能型光呼吸途径改造为更短的“光呼吸旁路”，将原本释放的CO₂和损耗的能量重新捕获利用。田间试验表明，改造后的水稻光合效率提升最高达40%，生物量显著增加，为应对全球粮食安全挑战提供了革命性技术储备。 4．医学新策略：研究发现，将健康线粒体直接移植到受损的心肌细胞或神经细胞中，可以显著改善这些细胞的能量代谢水平，恢复其功能。这种“细胞器疗法”在治疗心肌梗死、帕金森病等与能量代谢衰竭相关的疾病中展现出巨大潜力，揭示了细胞器水平能量供给的直接调控可作为疾病干预的新靶点。 【知识定位】 1．高中生物教材：沪科版必修一《细胞的代谢》章节核心内容，涵盖“光合作用原理及应用”、“细胞呼吸原理及应用”、“酶与ATP”等核心概念，并衔接选择性必修三《生物技术与工程》中基因工程、发酵工程等应用模块，体现从基础原理到前沿应用的完整知识链。 2．大学相关教材：在生物化学、植物生理学、细胞生物学、生物物理学等课程教材中，会深入讲解光合作用与呼吸作用的分子机制、能量转换原理、代谢调控网络及前沿应用等内容。 【考向预测】 预测1 有氧呼吸与无氧呼吸的过程、场所、产物及能量差异；细胞呼吸原理的应用（如发酵）；比较正常细胞与肿瘤细胞在葡萄糖利用途径、终产物及ATP产量上的差异。 预测2 设计实验探究某种药物是否通过抑制肿瘤细胞的有氧糖酵解来抑制其增殖，并写出简要实验思路和预期结果。 （建议用时：60分钟） 1.植物在进化过程中会形成各式各样适应环境的机制，下图表示某植物叶肉细胞进行的生理代谢反应（图中①②表示相关过程）。一般条件下，Rubisco可以催化C5与CO2结合；在强光照条件下，CO2吸收受阻，此时过高的O2会在Rubisco的作用下氧化C5，此过程属于“光呼吸”。光呼吸是一种借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。有数据表明，该植物在O2/CO2偏高的情况下，其叶绿体内NADPH/NADP+的比值较高，会导致生成更多的自由基，使其叶绿体的结构和功能受到损伤。 请回答下列问题： (1)过程①的进行需要光反应过程提供 。C5重新形成的意义是 。 (2)过程②增强是该植物对强光照的适应：在强光照条件下，光呼吸可以减少 的生成，使叶绿体的结构和功能免受损伤，对植物体有保护作用。过程②增强时，该植物细胞的光合速率会降低，原因是 。 (3)当叶绿体内NADPH/NADP+的比值升高时，易发生光呼吸，光反应速率 （填“大于”或“小于”）暗反应速率。 (4)为与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。请依据题中相关信息和所学知识写出光呼吸与暗呼吸的不同（至少答两点）： 。 2.（22-23上海闵行·阶段练习）下列图示中，图甲表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种植物光合作用强度与光照强度之间的关系；图乙表示某绿色植物某些代谢过程中物质的变化，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程；图丙表示在种植植物的密闭玻璃温室中，CO2浓度随光照强度变化而变化的情况；图丁表示在最适温度下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖浓度之间的关系。请据图回答： (1)图甲三种植物中最适合间作的两种是 ；叶肉细胞在a、b点时都可以产生ATP的细胞器是 。 (2)图乙中Ⅰ中产生的O2参与Ⅲ的第 阶段；Ⅱ进行的场所是 。 (3)从图丙曲线变化分析，图中代表光合速率与呼吸速率相等的点为 。 (4)图丁中，如果温度上升5 ℃，b点将向 (填“左上”“右下”“左下”或“右上”)方移动。 (5)植物光合作用光饱和点可通过测定不同 下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度 (选填：＜、≤、＝、≥、＞)25 ℃。 (6)请用化学反应式来概括光合作用的过程： 。 3.少数动物能在缺氧的环境中生活颇长的时间，北欧鲫鱼能在冬季冰冻的小池塘里生活数月之久。研究发现：酒精在-80℃的状态下不会凝固；北欧鲫鱼在正常情况下的能量代谢过程与绝大多数动物一样，但在寒冷缺氧的环境中，代谢途径如图1中的①→②→⑤→⑥；脑组织的血流量也发生相应变化（图2）。 （1）写出图1中的物质与反应名称：A B C ③    （2）在有氧呼吸过程中，能量释放最多的过程是 。 （3）氨基酸可以转化为B物质，同时产生的 经肝脏形成 。 （4）在入冬之前，细胞会合成较多的脂肪，则C2化合物合成的 和B转化的物质一起合成甘油三酯。 （5）寒冷、缺氧环境下，北欧鲫鱼脑组织血流量变化的生物学意义是 （6）组织细胞的无氧呼吸产生乳酸，乳酸积累过多对脑组织有伤害，北欧鲫鱼保持脑组织乳酸量正常的机制是： （7）酒精随血液流入鳃，再扩散到周围水环境中的生物学意义是 4.（23-24上海·阶段练习）回答有关生命的物质基础和结构基础的问题。 下图中A～E表示5种细胞器，①～④表示从细胞中提取出来的4种有机物(①、④只表示某有机物的局部)，甲～丁表示细胞结构中发生的化学反应。回答下列问题（在“[  ]”中填写数字或编号，在“____”上填写文字）。 （1）能够合成③物质的细胞器有 。 （2）具有物质①的细胞器是 。 （3）①～④中，与蛋白质合成有关的是 ； （4）物质③与④的化学元素组成的区别是 。 （5）丙反应和丁反应两者都参与细胞的能量代谢。丙反应中产生的[H]作用是 。 在同一细胞中丙反应产生的O2到图丁参加反应共穿过 层磷脂分子层。 （6）与乙反应有关的细胞器是 ，说明该细胞器中进行乙反应的作用是 。 5.照光时，叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与RuBP羧化酶/加氧酶的亲和力与各自的相对浓度有关，相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应，最终释放CO2的过程称为光呼吸，如图所示。科研人员获得了水稻叶绿体中酶X缺陷型的突变植株，给予不同CO2浓度后检测植株的生长情况与部分代谢产物的含量，结果如表所示。回答下列问题：    条件 0.5%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2 指标 平均株高/cm 平均株高/cm 乙醇酸含量/（μg·g-1叶重） 乙醛酸含量/（μg·g-1叶重） 突变植株 42.45 24.47 825.54 1.26 野生植株 43.26 42.21 1.54 1.78 (1)叶肉细胞中进行光呼吸的结构包括 ，产生乙醇酸的具体场所是 。甘油酸转化为C3会消耗ATP产生ADP和Pi，产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是 。 (2)结合实验结果分析，在光呼吸的过程中酶X的功能是 。在较低的大气CO2浓度（0.03%）条件下，突变植株的长势不如野生植株的，机制可能是 。 (3)研究人员通过转基因技术使水稻叶绿体表达酶Y，酶Y能催化乙醇酸生成CO2，并抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达。该途径提高了水稻的净光合速率，原因是________。 A．改变了乙醇酸的利用途径 B．减少了叶绿体中碳的损失 C．加速了C3生成C5 D．提高了RuBP羧化酶/加氧酶的活性 E．抑制了光呼吸 6.在植物叶肉细胞中会同时进行光合作用和呼吸作用两种生理过程，下面是相关物质变化示意图，其中A～E为生理过程，请回答： (1)上述A～E过程中，能够产生ATP的过程是 （填字母），B过程中突然减少CO2的供应，C5的含量短时间内将 （填“上升”、“下降”、“不变”），黑暗条件下，能产生[H]的场所是 ，若该细胞为植物根细胞，可进行的过程是 （填字母）。 (2)过程A发生的场所是 。过程A为过程B提供的物质有 ，卡尔文用14C标记的14CO2探明了碳在光合作用中转化的途径，这种方法叫 。 标记的14CO2在 （填场所）被C5固定后才能被 还原。 (3)有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是 （填字母），该阶段反应发生的场所是 ；细胞呼吸过程中释放出能量最多的过程是 （填字母）过程。 7.水稻是我国重要的粮食作物之一，开展水稻高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。分析回答下列问题。 (1)水稻将H2O分解为NADPH和氧气的场所是叶绿体的 ，发生的能量转换是 。科研人员将水稻植株置于透明且密闭的容器内，给予适宜强度的光照，并通入一定比例的18O2和CO2，结果在光合作用产生的有机物中检测到了18O，请写出该过程中氧元素的转移途径： 。 (2)为研究水稻对弱光和强光的适应性，科研人员对水稻叶片照光1h后，通过观察发现弱光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的受光面，生理意义是 。 (3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R酶的作用下氧化C5，生成CO2，被称为光呼吸，研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示：    ①已知R酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理： 。 ②研究人员利用水稻自身的基因成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路，并成功将支路导入水稻叶绿体，该支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，请分析该支路能显著提高水稻产量的原因： 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 热点02 细胞代谢与能量转换(光合作用和呼吸作用) 内容导航 情境解读 考向破译 限时实战 热点背景速递 情境探究 高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息 热点信息解码 链接教材 预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向 热点限时训练 模拟实战 巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力 【热点背景】 细胞代谢是生命活动的能量基础，光合作用与呼吸作用构成了地球上最重要的能量与物质循环。随着全球气候变化、粮食安全与碳中和等议题日益突出，光能高效利用与碳减排成为科研焦点。科研人员正通过基因编辑技术优化作物光合途径、改造人工光合系统、揭示细胞能量代谢新机制，为保障粮食安全、开发新能源和应对气候变化提供创新解决方案。 即使在氧气充足条件下，许多肿瘤细胞仍偏好进行有氧糖酵解（瓦博格效应），大量消耗葡萄糖产生乳酸，而非进行高效的有氧呼吸。这种代谢重编程为肿瘤快速增殖提供原料和适应缺氧微环境。 【信息速递】 1．技术突破：科学家利用合成生物学技术，将蓝细菌的高效光合模块与工业微生物（如酵母菌）的代谢通路相结合，构建出“半人工光合细胞”。这些工程菌株能直接利用光能将CO₂和H₂O转化为高价值的生物燃料（如异丁醇）或化工原料（如1,4-丁二醇），绕开了传统农业种植和加工的繁杂，为实现“光驱制造”和碳负排放提供了颠覆性方案。 2．医学进展：针对肿瘤细胞特有的代谢弱点（如高度依赖谷氨酰胺），新型药物（如谷氨酰胺酶抑制剂CB-839）已进入临床试验。这类药物通过选择性切断肿瘤细胞的“燃料”供应，同时激活免疫细胞对肿瘤的杀伤作用（代谢免疫疗法）。研究进一步发现，结合饮食干预（如特定生酮饮食） 可增强药物疗效，为癌症治疗开辟了“代谢靶向+营养干预”的新范式。 3．农业创新：国际研究团队通过基因编辑技术（如CRISPR-Cas9），对水稻等C3作物的光呼吸通路进行了重塑。他们将植物原有的耗能型光呼吸途径改造为更短的“光呼吸旁路”，将原本释放的CO₂和损耗的能量重新捕获利用。田间试验表明，改造后的水稻光合效率提升最高达40%，生物量显著增加，为应对全球粮食安全挑战提供了革命性技术储备。 4．医学新策略：研究发现，将健康线粒体直接移植到受损的心肌细胞或神经细胞中，可以显著改善这些细胞的能量代谢水平，恢复其功能。这种“细胞器疗法”在治疗心肌梗死、帕金森病等与能量代谢衰竭相关的疾病中展现出巨大潜力，揭示了细胞器水平能量供给的直接调控可作为疾病干预的新靶点。 【知识定位】 1．高中生物教材：沪科版必修一《细胞的代谢》章节核心内容，涵盖“光合作用原理及应用”、“细胞呼吸原理及应用”、“酶与ATP”等核心概念，并衔接选择性必修三《生物技术与工程》中基因工程、发酵工程等应用模块，体现从基础原理到前沿应用的完整知识链。 2．大学相关教材：在生物化学、植物生理学、细胞生物学、生物物理学等课程教材中，会深入讲解光合作用与呼吸作用的分子机制、能量转换原理、代谢调控网络及前沿应用等内容。 【考向预测】 预测1 有氧呼吸与无氧呼吸的过程、场所、产物及能量差异；细胞呼吸原理的应用（如发酵）；比较正常细胞与肿瘤细胞在葡萄糖利用途径、终产物及ATP产量上的差异。 预测2 设计实验探究某种药物是否通过抑制肿瘤细胞的有氧糖酵解来抑制其增殖，并写出简要实验思路和预期结果。 （建议用时：60分钟） 1.植物在进化过程中会形成各式各样适应环境的机制，下图表示某植物叶肉细胞进行的生理代谢反应（图中①②表示相关过程）。一般条件下，Rubisco可以催化C5与CO2结合；在强光照条件下，CO2吸收受阻，此时过高的O2会在Rubisco的作用下氧化C5，此过程属于“光呼吸”。光呼吸是一种借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。有数据表明，该植物在O2/CO2偏高的情况下，其叶绿体内NADPH/NADP+的比值较高，会导致生成更多的自由基，使其叶绿体的结构和功能受到损伤。 请回答下列问题： (1)过程①的进行需要光反应过程提供 。C5重新形成的意义是 。 (2)过程②增强是该植物对强光照的适应：在强光照条件下，光呼吸可以减少 的生成，使叶绿体的结构和功能免受损伤，对植物体有保护作用。过程②增强时，该植物细胞的光合速率会降低，原因是 。 (3)当叶绿体内NADPH/NADP+的比值升高时，易发生光呼吸，光反应速率 （填“大于”或“小于”）暗反应速率。 (4)为与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。请依据题中相关信息和所学知识写出光呼吸与暗呼吸的不同（至少答两点）： 。 【答案】 (1) ATP和NADPH 保证光合作用暗反应阶段的化学反应持续进行（维持C3的还原过程顺利进行，并保证暗反应的正常进行） (2) 自由基 过程②会使一部分C5和O2结合，从而降低CO2的固定量 (3)大于 (4)光呼吸是植物特有的生命活动，细胞呼吸是动植物共同具有的生命活动；光呼吸需要光照，细胞呼吸不需要光照 【分析】1、光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。相关叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途。一是将水分解为氧和H，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)结合，形成还原型辅酶II (NADPH)。NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶物质 段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成，ATP将参与第二个阶段合成有机物的化学反应。这样，光能就转化为储存在ATP中的化学能。 2、绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5(一种五碳化合物)结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子。在有关酶的催化作用下，C₃接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C₃，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO₂的固定。这样，暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。 【详解】（1）过程①表示暗反应，暗需要光反应为此过程提供[H]（NADPH）和ATP。 C5重新形成的意义是保证光合作用暗反应阶段的化学反应持续进行，或者是维持C3的还原过程顺利进行，并保证暗反应的正常进行。 （2）由题干信息知，该植物在O2/CO2偏高的情况下，其叶绿体内NADPH/NADP+的比值较高，会导致生成更多的自由基，使其叶绿体的结构和功能受到损伤。所以过程②光呼吸增强是该植物对强光照的适应：在强光照条件下，光呼吸可以减少自由基的生成，使叶绿体的结构和功能免受损伤，对植物体有保护作用。 由图可知过程②光呼吸增强时，过程②会使一部分C5和O2结合，从而降低了暗反应阶段CO2的固定量，进而使该植物细胞的光合速率会降低。 （3）当叶绿体内NADPH/NADP+的比值升高，说明光反应产生的NADPH有富余，暗反应不能及时利用，即光反应速率大于暗反应速率。 （4）光呼吸与暗呼吸的不同有：光呼吸是植物特有的生命活动，细胞呼吸是动植物共同具有的生命活动；光呼吸需要光照，细胞呼吸不需要光照，光呼吸是消耗能量的反应，细胞呼吸是氧化分解释放能量的反应。 2.（22-23上海闵行·阶段练习）下列图示中，图甲表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种植物光合作用强度与光照强度之间的关系；图乙表示某绿色植物某些代谢过程中物质的变化，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程；图丙表示在种植植物的密闭玻璃温室中，CO2浓度随光照强度变化而变化的情况；图丁表示在最适温度下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖浓度之间的关系。请据图回答： (1)图甲三种植物中最适合间作的两种是 ；叶肉细胞在a、b点时都可以产生ATP的细胞器是 。 (2)图乙中Ⅰ中产生的O2参与Ⅲ的第 阶段；Ⅱ进行的场所是 。 (3)从图丙曲线变化分析，图中代表光合速率与呼吸速率相等的点为 。 (4)图丁中，如果温度上升5 ℃，b点将向 (填“左上”“右下”“左下”或“右上”)方移动。 (5)植物光合作用光饱和点可通过测定不同 下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度 (选填：＜、≤、＝、≥、＞)25 ℃。 (6)请用化学反应式来概括光合作用的过程： 。 【答案】 (1) Ⅰ和Ⅲ 线粒体 (2) 三 叶绿体基质 (3)b、c (4)左下 (5) 光强度 ≥ (6)CO2＋H2O→ (CH2O)＋O2 【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程；呼吸作用是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程；在光照条件下，植物既能光合作用又能呼吸作用，光合作用为呼吸作用提供氧气和有机物，呼吸作用为光合作用提供水和二氧化碳，二者是相互影响，相互作用的；在黑暗条件下，植物只能进行呼吸作用，由此分析。 【详解】（1）由图甲可知，I需要强光条件，Ⅲ需要弱光条件，Ⅱ介于二者之间，因此I和Ⅲ最适合间作，图甲中a点光合作用等于细胞呼吸强度，产生ATP的细胞器是线粒体和叶绿体，b点无光，只进行细胞呼吸，产生ATP的细胞器是线粒体，因此在a、b点时都可以产生ATP的细胞器是线粒体。 （2）图乙中Ⅰ是光反应阶段，Ⅱ是暗反应阶段，Ⅲ是有氧呼吸，O2参与有氧呼吸的第三阶段，暗反应进行的场所是叶绿体基质。 （3）从图丙曲线变化分析，图中代表光合速率与呼吸速率相等的点为b、c，光照弱时，呼吸作用速率高于光合作用速率，密封玻璃温室中的二氧化碳浓度持续升高，随着光照强度的增加，光合速率增加，直到b点两者速率相等；bc段光合作用速率开始大于呼吸作用速率，随着二氧化碳浓度逐渐减少，光合作用速率降低，直至c点与呼吸作用速率相等。 （4）图丁表示在最适温度下，麦芽糖酶的催化速率与麦芽糖浓度的关系，因此如果温度上升5℃，麦芽糖酶的活性将下降，催化速率降低，b点将向左下方移动。 （5）光饱和点是植物光合速率达到最大值时的最低光照强度，可以通过测定不同的光照强度下的光合速率来确定，温度由25℃降为5℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度应该大于或等于25℃。 （6）光合作用的过程可表示为：CO2＋H2O→(CH2O)＋O2。 3.少数动物能在缺氧的环境中生活颇长的时间，北欧鲫鱼能在冬季冰冻的小池塘里生活数月之久。研究发现：酒精在-80℃的状态下不会凝固；北欧鲫鱼在正常情况下的能量代谢过程与绝大多数动物一样，但在寒冷缺氧的环境中，代谢途径如图1中的①→②→⑤→⑥；脑组织的血流量也发生相应变化（图2）。 （1）写出图1中的物质与反应名称：A B C ③    （2）在有氧呼吸过程中，能量释放最多的过程是 。 （3）氨基酸可以转化为B物质，同时产生的 经肝脏形成 。 （4）在入冬之前，细胞会合成较多的脂肪，则C2化合物合成的 和B转化的物质一起合成甘油三酯。 （5）寒冷、缺氧环境下，北欧鲫鱼脑组织血流量变化的生物学意义是 （6）组织细胞的无氧呼吸产生乳酸，乳酸积累过多对脑组织有伤害，北欧鲫鱼保持脑组织乳酸量正常的机制是： （7）酒精随血液流入鳃，再扩散到周围水环境中的生物学意义是 【答案】 （1）H+ 丙酮酸 水 三羧酸循环 （2） ④ （3）氨基 尿素 （4）脂肪酸 （5）保证脑细胞获得足够O2，获取足够能量（或保证脑细胞产生的乳酸迅速运走，防止对脑组织伤害） （6）①通过血流量增大迅速带走乳酸；②运至肌肉组织转化乳酸盐，再转变成丙酮酸加入糖代谢 （7）酒精凝固点低，使水环境不宜结冰，减少对鱼体的伤害 【分析】图1中①表示糖酵解，B为丙酮酸，③为三羧酸循环，A为H+，C为水。 图2分析，缺氧环境下，北欧鲫鱼脑组织血流量增加。 有氧呼吸的过程： 1、C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+少量能量        （细胞质基质） 2、2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+少量能量   （线粒体基质） 3、24[H]+6O2→12H2O+大量能量            （线粒体内膜） 【详解】（1）A表示还原氢，B表示丙酮酸，C表示水。①表示有氧呼吸的第一阶段，将葡萄糖分解为丙酮酸、还原氢和少量的能量；②表示有氧呼吸的第二阶段；③表示三羧酸循环过程。 （2）有氧呼吸第三阶段释放能量最多。 （3）氨基酸可以转化为丙酮酸，同时产生的氨基经过肝脏形成尿素。 （4）在入冬之前，细胞会合成较多的脂肪，则C2化合物合成的脂肪酸和B转化的物质一起合成甘油三酯。 （5）寒冷、缺氧环境下，北欧鲫鱼脑组织血流量变化的生物学意义是保证脑细胞获得足够O2，获取足够能量。 （6）组织细胞的无氧呼吸产生乳酸，乳酸积累过多对脑组织有伤害，北欧鲫鱼保持脑组织乳酸量正常的机制是：①通过血流量增大迅速带走乳酸；②运至肌肉组织转化乳酸盐，再转变成丙酮酸加入糖代谢。 （7）酒精随血液流入鳃，再扩散到周围水环境中的生物学意义是酒精凝固点低，使水环境不宜结冰，减少对鱼体的伤害。 4.（21-22上海·阶段练习）回答有关生命的物质基础和结构基础的问题。 下图中A～E表示5种细胞器，①～④表示从细胞中提取出来的4种有机物(①、④只表示某有机物的局部)，甲～丁表示细胞结构中发生的化学反应。回答下列问题（在“[  ]”中填写数字或编号，在“____”上填写文字）。 （1）能够合成③物质的细胞器有 。 （2）具有物质①的细胞器是 。 （3）①～④中，与蛋白质合成有关的是 ； （4）物质③与④的化学元素组成的区别是 。 （5）丙反应和丁反应两者都参与细胞的能量代谢。丙反应中产生的[H]作用是 。 在同一细胞中丙反应产生的O2到图丁参加反应共穿过 层磷脂分子层。 （6）与乙反应有关的细胞器是 ，说明该细胞器中进行乙反应的作用是 。 【答案】（1）AC （2）C （3）②③④ （4）③含磷，不含硫，④含硫，不含磷 （5）参与碳反应中C3的还原 8 （6） B 植物细胞分裂末期，高尔基体进行纤维素的合成，形成细胞壁 【详解】1.③是ATP，能合成ATP的细胞器是线粒体A和叶绿体C。 2.结构①是叶绿素，存在于叶绿体C中。 3.蛋白质合成过程包括转录和翻译，该过程需要②，③为蛋白质合成提供能量，④是合成过程中出现的多肽。 4.③含磷，不含硫，④含硫，不含磷。 5.丙是光反应阶段，产生的[H] 参与暗反应中C3的还原，类囊体膜是单层膜，叶绿体膜和线粒体膜是双层膜，共4层膜8层磷脂分子层。 6.乙是纤维素合成过程，高尔基体与植物细胞壁合成有关。 5.照光时，叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与RuBP羧化酶/加氧酶的亲和力与各自的相对浓度有关，相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应，最终释放CO2的过程称为光呼吸，如图所示。科研人员获得了水稻叶绿体中酶X缺陷型的突变植株，给予不同CO2浓度后检测植株的生长情况与部分代谢产物的含量，结果如表所示。回答下列问题：    条件 0.5%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2 0.03%CO2 指标 平均株高/cm 平均株高/cm 乙醇酸含量/（μg·g-1叶重） 乙醛酸含量/（μg·g-1叶重） 突变植株 42.45 24.47 825.54 1.26 野生植株 43.26 42.21 1.54 1.78 (1)叶肉细胞中进行光呼吸的结构包括 ，产生乙醇酸的具体场所是 。甘油酸转化为C3会消耗ATP产生ADP和Pi，产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是 。 (2)结合实验结果分析，在光呼吸的过程中酶X的功能是 。在较低的大气CO2浓度（0.03%）条件下，突变植株的长势不如野生植株的，机制可能是 。 (3)研究人员通过转基因技术使水稻叶绿体表达酶Y，酶Y能催化乙醇酸生成CO2，并抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达。该途径提高了水稻的净光合速率，原因是________。 A．改变了乙醇酸的利用途径 B．减少了叶绿体中碳的损失 C．加速了C3生成C5 D．提高了RuBP羧化酶/加氧酶的活性 E．抑制了光呼吸 【答案】 (1) 叶绿体、线粒体、过氧化物酶体 叶绿体基质 进行光反应重新生成ATP (2) 催化乙醇酸生成乙醛酸 因酶X缺陷，乙醇酸无法正常转变为C3，糖类生成受阻；而自然状态下CO2含量较低，固定的效率较低，积累有机物较少 (3)ABCE 【分析】由图可知：光呼吸需要叶绿体和线粒体共同参与。光呼吸时，叶绿体内生成乙醇酸，细胞质基质转化成乙醛酸，经过线粒体生成甘氨酸，最后在叶绿体内消耗ATP生成C3。 【详解】（1）由图分析可知，光呼吸完整过程依次经过叶绿体、过氧化物酶体和线粒体，产生乙醇酸的具体场所是叶绿体基质，甘油酸转化为C3会消耗ATP产生ADP和Pi，产生的ADP和Pi在叶绿体类囊体薄膜上进行光反应重新生成ATP。 （2）酶X缺陷型的水稻突变株在0.03%CO2的条件下，乙醇酸含量明显增加。再根据图中所示，乙醇酸可转化为乙醛酸，故推知酶A具有催化乙醇酸生成乙醛酸的功能。在较低的大气CO2浓度（0.03%）条件下，突变植株的长势不如野生植株的，机制可能是因酶X缺陷，乙醇酸无法正常转变为C3，糖类生成受阻；而自然状态下CO2含量较低，固定的效率较低，积累有机物较少。 （3）酶Y能催化乙醇酸生成CO2，并抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，这样一来就改变了乙醇酸的利用途径，减少了叶绿体中碳的损失，一定程度抑制了光呼吸，有利于加速C3生成C5，故该途径提高了水稻的净光合速率，ABCE符合题意。 6.在植物叶肉细胞中会同时进行光合作用和呼吸作用两种生理过程，下面是相关物质变化示意图，其中A～E为生理过程，请回答： (1)上述A～E过程中，能够产生ATP的过程是 （填字母），B过程中突然减少CO2的供应，C5的含量短时间内将 （填“上升”、“下降”、“不变”），黑暗条件下，能产生[H]的场所是 ，若该细胞为植物根细胞，可进行的过程是 （填字母）。 (2)过程A发生的场所是 。过程A为过程B提供的物质有 ，卡尔文用14C标记的14CO2探明了碳在光合作用中转化的途径，这种方法叫 。 标记的14CO2在 （填场所）被C5固定后才能被 还原。 (3)有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是 （填字母），该阶段反应发生的场所是 ；细胞呼吸过程中释放出能量最多的过程是 （填字母）过程。 【答案】(1) ACDE 上升 细胞质基质和线粒体 CDE (2) 叶绿体类囊体薄膜 [H]和ATP 同位素标记法 叶绿体基质 [H] (3) C 细胞质基质 E 【分析】1、图中A为有光参与的在类囊体薄膜上进行光反应，该阶段产生的还原氢和ATP用于在叶绿体基质中进行的暗反应，即图中B。暗反应中CO2首先被固定为C3，然后被还原为有机物和C5。 2、葡萄糖在细胞质基质中发生细胞呼吸（有氧、无氧呼吸共有）的第一阶段分解为丙酮酸即图中C，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中被彻底氧化分解为CO2和H2O，即有氧呼吸的第二阶段图中的D；前两个阶段产生的还原氢在线粒体内膜上与氧气结合，同时释放大量能量。 【详解】（1）根据有氧呼吸和光合作用的阶段反应式可知，产生ATP的是A（光反应）、C（有氧呼吸第一阶段）、D（有氧呼吸第二阶段）、E（有氧呼吸第三阶段），光合作用的暗反应阶段不产生ATP。暗反应中，CO2首先与C5结合形成C3，突然减少CO2的供应，会导致C5的含量上升。黑暗条件下无光合作用，只有呼吸作用产生[H]，细胞质基质中进行的呼吸作用第一阶段和线粒体中进行的有氧呼吸第二阶段均可产生[H]。若该细胞为植物根细胞，无叶绿体不进行光合作用，能产生ATP的过程是C（有氧呼吸第一阶段）、D（有氧呼吸第二阶段）、E（有氧呼吸第三阶段）。 （2）由图分析可知，A为有光参与的在叶绿体类囊体薄膜上进行光反应，该阶段产生的[H]和ATP用于在叶绿体基质中进行的暗反应B。用14C标记的14CO2研究光合作用过程的方法是同位素标记法。CO2在叶绿体基质中与C5结合形成C3，完成CO2的固定，随后，C3才被[H]还原形成有机物。 （3）有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是第一阶段，即C，场所是细胞质基质。细胞呼吸过程中释放出能量最多的过程是有氧呼吸第三阶段，即E。 7.水稻是我国重要的粮食作物之一，开展水稻高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的水稻品种，科学家开展了多项研究。分析回答下列问题。 (1)水稻将H2O分解为NADPH和氧气的场所是叶绿体的 ，发生的能量转换是 。科研人员将水稻植株置于透明且密闭的容器内，给予适宜强度的光照，并通入一定比例的18O2和CO2，结果在光合作用产生的有机物中检测到了18O，请写出该过程中氧元素的转移途径： 。 (2)为研究水稻对弱光和强光的适应性，科研人员对水稻叶片照光1h后，通过观察发现弱光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的受光面，生理意义是 。 (3)在强光条件下，叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻，此时过高的O2会在R酶的作用下氧化C5，生成CO2，被称为光呼吸，研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示：    ①已知R酶具有双重催化功能，既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。实际生产中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理： 。 ②研究人员利用水稻自身的基因成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路，并成功将支路导入水稻叶绿体，该支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，请分析该支路能显著提高水稻产量的原因： 。 【答案】 (1) 类囊体薄膜 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 18O2→H218O→C18O2→（CH218O） (2)最大程度吸收光能，以适应弱光环境 (3) 二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进 R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸 光呼吸使一部分碳以 CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率 【分析】1、光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成有机物。 2、光呼吸是所有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。它是光合作用一个损耗能量的副反应。光呼吸可消除多余的NADPH和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。 【详解】（1）将H2O分解为NADPH和氧气是光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，其发生的能量转换是光能转化为ATP和NADPH中的化学能。当通入一定量的18O2时，首先氧气中的氧元素会进入线粒体中参与有氧呼吸的第三阶段，转移至H218O中；产生的H218O会参与有氧呼吸的第二阶段，与丙酮酸结合后可转移至C18O2中；从线粒体中释放出的C18O2会进入叶绿体中参与光合作用的暗反应阶段，生成糖类（CH218O），故该过程中氧元素的转移途径为：18O2→H218O→C18O2→（CH218O）。 （2）对水稻叶片照光1h后，给予弱光照射的细胞中叶绿体集中分布在受光面，生理意义是最大程度吸收光能，以适应弱光环境。 （3）①二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进 R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。 ②结合题意可知，GOC支路的作用是使光呼吸的中间产物 C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，光呼吸使一部分碳以 CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率，故显著提高了水稻的光合速率和产量。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $