重难03 细胞的能量与代谢（重难点突破讲义）高一生物上学期沪科版

该高中生物学复习讲义以“物质与能量观”为核心，通过表格对比（如ATP与ADP转化、有氧/无氧呼吸、光反应与碳反应）和过程图解系统梳理细胞能量代谢知识，清晰呈现ATP功能、呼吸作用阶段、光合作用机理及内在联系，突出重难点分布。 讲义亮点在于“情境化题型设计”，如结合臭菘产热机理、小麦供氮实验等典例，采用“析图-联考点-推答案”逻辑，培养科学思维与探究实践能力。基础题抓关键词强化记忆，综合题关联实际分析，助力不同层次学生提升，为教师分层教学提供精准支持。

重难03 细胞的能量与代谢 1．解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质； 2. 说明植物细胞的叶绿体从太眼光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能； 2．说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。 一、ATP是生命活动的直接能源物质 1.ATP的结构与功能 （1）结构 ①中文名称：腺苷三磷酸 ②结构简式：A—P～P～P，ATP由1个腺苷分子连接3个磷酸基团组成。其中A代表腺苷（腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。ATP失去末端一个磷酸基团后水解为ADP（腺苷二磷酸），失去末端两个磷酸基团后水解为AMP（腺苷一磷酸）。 （2）功能 ①功能：ATP是生命活动的直接能源物质。 ②作用方式：ATP普遍存在于细胞中，主要通过含磷基团转移到目标分子上或水解，为生命活动提供能量。 ATP驱动肌细胞收缩示意图 2.ATP与ADP之间的相互转化 细胞内ATP分子的总量是有限的，人体细胞内ATP总量只能维持生命活动15s左右。但正常情况下，细胞内的ATP是不会耗尽的：当ATP减少、ADP增加时，细胞通过氧化分解有机物，在酶的催化下，通过能量转换，使ADP和Pi重新结合，形成新的ATP。ATP与ADP的相互转换，可源源不断地为生命活动提供直接能源。 项目 ATP形成 ATP水解 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 光合作用（光能）、细胞呼吸（有机物中的化学能） 储存在特殊化学键中的能量 能量去路 储存在ATP中 水解断裂最外侧高能磷酸键，释放能量用于细胞生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 结论 ATP与ADP相互转化时，反应所需的酶、能量的来源和去路、反应场所不同，故ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 二、有氧呼吸和无氧呼吸 1.细胞呼吸的概念 细胞通过氧化分解有机物，将有机物中的能量换成可供生命活动直接使用的ATP，这个过程称为细胞呼吸。 2.细胞呼吸的类型 细胞呼吸的类型：有氧呼吸和无氧呼吸 （1）有氧呼吸 化学反应式： 场所 细胞质基质 线粒体（有氧呼吸的主要场所） 过程 糖酵解 三羧酸循环、电子传递链 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 能量 少量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 大量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 物质变化 糖酵解： C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）+4NADH（还原性辅酶Ⅰ）+少量ATP 三羧酸循环（场所：线粒体基质）： ①丙酮酸（C3）CO2+乙酰辅酶A（二碳化合物）； ②乙酰辅酶A（二碳化合物）+H2OCO2+NADH+少量能量 总：2丙酮酸（C3H4O3）+6H2O6CO2+20NADH+少量ATP 电子传递链（氧化磷酸化）（场所：线粒体内膜）： 24NADH（H+）+6O2→12H2O+大量ATP 物质转换 葡萄糖被彻底氧化分解为CO2和H2O 能量转换 葡萄糖分子中的化学能最终转化为大量ATP和热能 （2）无氧呼吸 场所 细胞质基质 过程 糖酵解 乳酸发酵或酒精发酵 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 物质变化 能量转换 大部分储存在酒精或乳酸中； 释放的能量中大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。 意义 一些动植物细胞和微生物能通过无氧呼吸的方式分解有机物获取能量，以保障短时间缺氧环境下生命活动的进行。 3.有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要氧气、酶和适宜的温度 不需氧气，需要酶和适宜的温度 场所 细胞质基质（第一阶段） 线粒体（第二阶段） 细胞质基质 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 分解产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2 能量释放 大量 少量 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 三、光合作用是物质和能量的转换和过程 1.定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将CO2和H2O变为糖和O2的过程。 2.化学式： 3.光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 过程 区别 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中 反应速度 较快 较缓慢 光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质变化 能量变化 光能转换成ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH分子中活跃的化学能转换成糖分子中稳定的化学能 联系 光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约。 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供NADPH和ATP（ATP从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋（ADP从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②光反应减慢，提供的ATP和NADPH减少，碳反应中固定CO2的速率也会随之降低。如果CO2供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，可提供给光反应的ADP 和NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于碳反应，不用于其他生命活动过程。 4.C3和C5含量变化 条件 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，关照不变 CO2供应由不足到充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 减少或没有 增加 增加 减少 （CH2O）的合成量 减少 增加 减少 增加 5.影响光合作用强度的因素 （1）环境因素（外因） ①光照强度 原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使碳反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净光合速率＞0） 吸收CO2、释放O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 ②CO2浓度 原理：CO2影响碳反应阶段，制约C3的形成。 分析 图1 A点表示CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞呼吸速率 图2 A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。 ③温度 原理：温度主要影响酶的活性和蛋白质的功能。热带、温带和寒带植物都有各自适合生存的温度范围，低于或高于这个范围，光合作用效率降低。不同地区植物光合作用的适合温度范围有所差异。 ④水和无机盐 原理：水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质层，还有一些植物在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾。 无机盐：缺镁叶绿素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都会影响光合作用。 应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 ⑤光质 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 题型01细胞呼吸和光合作用的生理过程 遵循 “先析图 / 读题→联考点→推答案” 的逻辑，具体方法如下： 1．图表分析类题目 （1）“识结构，定过程”—— 明确图表代表的生理过程 （2）“抓关键，联考点”—— 结合生理过程的核心特征解题 2．基础概念记忆类题目 解题核心：精准掌握 “关键词”，避免混淆 3．实际应用类题目 解题核心：“生理过程→异常结果→原因推导”，结合题干背景关联意义 【典例1】天南星科臭菘是一种在早春开花并依靠蝇类昆虫传粉的植物，花朵盛开时肉穗花序温度高于环境温度10℃以上，甚至能把四周的冰雪溶解。图1是发生在臭菘叶片中的某生理过程示意图。 （1）图1中能产生ATP的过程是_____。 A．① B．② C．③ D．④ （2）ATP的化学简式为_____。 A．A-T-P~P~P B．A-P~P~P C．A~P~P~P D．A-P-P-P （3）图1中物质B是 （写中文名称），物质C是 （写中文名称）。 （4）天南星科植物可以耐受水培，而很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根。烂根现象的原因可能是 。 （5）与葡萄糖代谢比较，氨基酸分解代谢途径的特有步骤是______。 A．糖酵解 B．脱氨基作用 C．电子传递链 D．转氨基作用 研究发现，臭菘开花时其肉穗花序采用另一种独特的交替氧化酶代谢途径产热。图2为臭菘花序中电子传递链机理图。交替氧化酶代谢途径需要交替氧化酶（AOX）的参与。 （6）交替氧化酶AOX的化学本质是 ，提高花序中AOX酶活性的措施有 。 （7）图2中的电子传递链发生于 ，此处的膜面积大大增加的意义是 。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2。请结合题干和所学知识，解释臭菘在开花期产热的机理及生理意义： 。 题型02 结合实验的综合分析题 解题方法归纳和思路分析： 1．基础知识定位 首先明确题目考查的核心概念（如光合作用、呼吸作用等）。 联系教材中相关过程（如光反应、碳反应、有氧呼吸阶段）的物质和能量变化。 2．图表信息提取 仔细阅读表格和图像，注意单位、注释、图例等。 比较不同组别之间的差异，找出变化趋势。 3．逻辑推理与多因素分析 分析某一变量（如光质）如何影响其他变量（如叶绿素含量、净光合速率）。 注意可能存在“最适值”或“过量抑制”现象。 4．跨知识点整合 将生物学不同模块（如代谢、组成、实验方法）联系起来。 【典例1】氮是叶绿素的重要组成元素，科研工作者对某小麦品种施加不同的供氮量处理，实验结果如下表。 组别 氮浓度（mmol/L） 比叶氮 （g/m2） 叶绿素含量 （mg/dm2） 叶绿体CO2浓度 （μmol/mol） 净光合速率 （μmol/m2/s） 低氮 0.2 0.5 1.6 75 9 中氮 2 0.95 2.8 125 15 高氮 20 1.1 3.0 80 ？ 注：比叶氮表示单位叶面积的氮素的含量 （1）小麦叶肉细胞中发生的物质变化有 （编号选填），能量变化分别有 （编号选填）。叶绿素参与的过程是 （编号选填）。 ①CO2→C3②C3→C6③C6→丙酮酸④丙酮酸→CO2⑤NADP+→NADPH⑥光能→活跃的化学能⑦活跃的化学能→稳定的化学能⑧稳定的化学能→活跃的化学能⑨活跃的化学能→光能 （2）研究显示，光合色素在不同的光波长下会出现不同的吸收率，如图。用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在 nm（编号选填）。 ①430        ②450        ③480        ④649        ⑤665 （3）氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，还可以用于合成的物质有_________。 A．蛋白质 B．磷脂 C．葡萄糖 D．核酸 （4）相对于低氮组，中氮组的小麦叶片的净光合速率显著提高，出现该现象的原因可能是中氮组小麦________。 A．叶绿素合成增加 B．光合作用酶的活性增强 C．比叶氮的量增加 D．叶绿体CO2浓度增加 小麦光合系统中的氮素分配受供氮量等因素的影响，研究人员对叶片光合系统中氮素的含量及分配进行了检测，结果如图。 注：叶片氮素可分为光合氮素和非光合氮素；前者包括捕光氮素和羧化氮素 （5）据表和图推测，高氮组的净光合速率与低氮组和中氮组的大小关系是 ，请说明理由 。 1．我国茶产业历史悠久，“中国茶”名扬海外。如图为茶树叶肉细胞的光合作用过程简图，①②表示生理过程，字母表示相关物质，请据图回答： (1)茶树叶肉细胞内发生生理过程①的场所甲是 ；生理过程②称为 。 (2)图中编号A表示 ；D表示 ；G表示 。 (3)茶树细胞内含量最多的物质是______。 A．水 B．蛋白质 C．核酸 D．糖类 (4)结合所学知识，下列反应与过程①有关的是______（多选）。 A．光能的捕获与转换 B．水的光解 C．储能化合物的消耗 D．高能化合物的形成 (5)在叶肉细胞内可以产生ATP的场所是______（多选）。 A．叶绿体类囊体 B．叶绿体基质 C．细胞质基质 D．线粒体 (6)茶树叶肉细胞内存在催化光合作用的一系列酶，这些物质遇双缩脲试剂变 。 (7)土壤中的“氮”俗称茶树的生命元素，在缺氮的土壤中，茶树细胞内物质含量不直接受影响的是 （下列编号选填：①氨基酸②淀粉③核酸④脂肪酸）。 2．我国茶产业历史悠久，“中国茶”名扬海外。茶树品质受诸多因素影响，为研究遮光对茶树品质的影响，研究者分别用黑色遮阳网（AN）、蓝色遮阳网（BN）和红色遮阳网（RN）遮盖茶树，并于第20天采集茶树叶片，测定其相关蛋白质的含量，如图所示。其中，CK表示不遮光处理。 (1)据图推测，下列反应可能与捕光复合物有关的是________（多选）。 A．储能化合物的消耗 B．水的光解 C．光能的捕获与转换 D．高能化合物的形成 (2)图结构1中的能量载体分子有 （用下列编号选填）。 ①ATP②NADH③NADPH④Pi (3)下列①~⑥表示茶树叶肉细胞内的部分物质变化。据图判断，蓝光对吲哚乙酸生物合成的影响主要表现在光合作用的 （光/碳）反应阶段，该阶段主要的物质变化是 （用下列编号选填）。 ①ADP+Pi→ATP ②NAD++H++e-→NADH ③ATP→ADP+Pi ④NADPH-+NADP++H++e- ⑤H2O→O2+H++e- ⑥CO2+五碳糖→三碳化合物→三碳糖和五碳糖 茶园间作（相间种植2种或以上植物）也是提高茶树品质的一种方法，不但有利于提高净光合速率（Pn），还有利于改善土壤环境。 (4)宋代《北苑别录》记载：“茶园内为桐木则留焉。桐木之性与茶相宜，茶至夏而畏日，桐木至春而渐茂……”。种植桐木后，茶树Pn的变化趋势与下图曲线最吻合的是 （用下列编号选填）。 ①晴天②多云天③阴天 (5)图中的晴天曲线在10：00-12：00时间段，茶树净光合作用下降的可能原因有________（多选）。 A．光合作用强度小于呼吸作用强度 B．温度过高，气孔关闭，CO2供应减少，碳反应减弱 C．外界光照强度下降，光反应减弱 D．温度升高，呼吸作用增强 (6)土壤中的“氮”俗称茶树的生命元素。在缺氮土壤中，茶树细胞内物质含量不直接受影响的是 （用下列编号选填）。 ①氨基酸②淀粉③核酸④脂肪酸 3. 研究光照强度和植物净光合速率的关系对大棚蔬菜瓜果的生产具有重要意义。图1是番茄光合作用的部分过程示意图。同时研究显示，在自然光（即白光，W）中添加远红光（FR，波长为700～800nm）能影响番茄的净光合速率（如图2）。 (1)类囊体膜上叶绿素含量和光合作用的强度高度相关。测定细胞内叶绿素含量应选用______（单选）。 A．离心法 B．分光光度法 C．聚酰胺薄膜层析法 D．同位素标记法 (2)类囊体上附着能吸收并传递光能的色素，不同色素的吸收光谱不尽相同。下列四幅图中最能表示两种叶绿素总吸收光谱（不同波长光吸收百分率）的是______（单选）。 A． B． C． D． (3)在图1中，与ATP合（成）酶①处肽链的空间结构有关的是______（多选）。 A．氨基酸的种类 B．肽键的结构 C．氨基酸的数目 D．氨基酸的排列顺序 (4)图1所示光合作用过程生成的用于碳反应的产物，除了图中所示之外，还应包括 。 (5)图1中ATP合（成）酶每旋转一周合成3个ATP，直接驱动ATP合成酶旋转的能量来自______（单选）。 A．光能 B．H+顺浓度穿梭 C．ATP水解 D．葡萄糖氧化分解 (6)与图2中的①处相比，关于②处发生的变化，下列表述合理的是 （多选）。 A．O2释放速率增加 B．CO2释放速率增加 C．有机物积累速率增加 D．ATP和ADP的转换速率增加 (7)由图2可见，在总光强不变的条件下，添加远红光使番茄净光合速率降低。但实际种植显示番茄产量反而上升了，其原因最可能是______（单选）。 A．呼吸速率下降 B．总光合速率下降 C．可被叶绿素a转换的光能比率上升 D．有机物在各器官中的分配占比发生变化 4．莱茵衣藻是一种自养型的单细胞真核生物。它可进行光合作用将太阳能转化为氢能，其光合电子传递和产氢过程如下图1所示，PSI、PSII、Cytb6f表示结构。请回答下列问题： (1)下列关于莱茵衣藻的叙述正确的是_______（多选） A．莱茵衣藻有蛋白质构成的细胞骨架 B．莱茵衣藻质膜的脂质中含有胆固醇 C．莱茵衣藻有核膜包被的细胞核 D．在有丝分裂前期，其中心体复制并移向细胞两极 (2)据图1分析，Cytb6f、PC在光合作用中的主要作用是______。 A．传递电子 B．传递H+（质子） C．传递光合色素 D．传递光能 (3)光反应产物NADPH参与卡尔文循环中的具体环节是 （编号选填）。 ①CO2的固定 ②C3的还原 ③C5的再生 (4)氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活。下列有关叙述正确的是_______（多选） A．莱茵衣藻产生的H+与水的光解有关 B．莱茵衣藻细胞中氢酶的失活与光反应有关 C．莱茵衣藻产生氢气的场所是叶绿体基质 D．莱茵衣藻产生的氢气会促进其细胞中有机物的积累 研究人员用TAP培养液和TAP-S培养液（缺硫）及优化培养条件，来研究莱因衣藻的光合产氢量，结果如图2所示。 (5)分析图2的实验数据，阐述TAP-S培养液对莱茵衣藻产氢的影响： 。 (6)结合图2的实验结果，可推测硫对PSII或Cytb6f的功能的影响为 （促进/抑制/无法判断），从而使类囊体腔中的H+浓度 （升高/降低/不变）。 研究发现：在弱光及黑暗条件下，莱茵衣藻通过无氧呼吸产生的弱酸会进入类囊体腔并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体膜导致腔内氢离子不断积累，出现酸化。 (7)结合题干信息，下列有关类囊体腔酸化的相关叙述正确的是________（多选） A．黑暗条件下，莱茵衣藻细胞质基质中PH低于类囊体腔 B．与H+相比，弱酸更易穿过类囊体膜 C．类囊体腔酸化可能有利于莱茵衣藻的光合作用 D．类囊体腔内的酸化程度可能与无氧呼吸产生的弱酸总积累量呈成正相关 5．I.近年来，干旱持续影响全球农业。为探究土壤干旱对番茄光合作用的影响，科研人员利用人工气候室进行了“番茄长期土壤干旱—复水试验”，图1呈示了指标测定阶段。    (1)试验期间，人工气候室需控制的适宜环境条件有_______。 A、温度 B、空气湿度 C、光照强度 D、CO2浓度 (2)结合图1信息分析，从T1经T2到T3阶段，番茄根部成熟细胞的状态最可能是______。 A、      B、     C、   D、   (3)番茄叶片部分生理过程如图2所示（字母表示物质、数字表示生理过程），中物质B、C、D、E分别表示 、 、 、 。（编号选填） ①ADP、Pi ②CO2 ③NADP+ ④三碳糖 ⑤蔗糖 ⑥淀粉 (4)结合图2，下列有关番茄光合作用的叙述正确的是______（多选） A、H+顺浓度梯度穿过类囊体膜上的ATP合酶，驱动ATP形成 B、光反应产生的ATP驱动图2中反应I、Ⅱ和Ⅲ C、三碳化合物接受了NADPH提供的H+和电子 D、碳反应将活跃的化学能转变为稳定的化学能 II.研究人员设置了每日土壤含水量保持85%θFc、其他变量与实验组一致的对照组进行实验，于T4阶段采集两组的等量叶片，进行了叶绿素含量测定。图3为叶绿体色素的吸收光谱。    (5)叶绿素含量的测定可使用 法。 (6)图3中，代表叶绿素的曲线是 。（编号选填） (7)研究结果显示，干旱条件下番茄叶绿素浓度较高于对照组，但净光合速率低于对照组。为进一步探究，研究人员对T4阶段其它有关指标进行了测定，如表所示。请结合所学知识分析干旱条件下净光合速率下降的原因 。 处理 Rubisco酶活性（nmol·min-1·g-1） 气孔导度（molH2O·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（umolCO2·mol-1） 净光合速率（μmol·m-2·s-1） 对照组 221.95 0.28 248.00 25.01 实验组 222.07 0.02* 201.00** 2.68*** 注：大表示与对照组存在显著差异，*越多差异性越显著；Rubisco酶为碳反应过程关键酶 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 重难03 细胞的能量与代谢 1．解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质； 2. 说明植物细胞的叶绿体从太眼光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能； 2．说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。 一、ATP是生命活动的直接能源物质 1.ATP的结构与功能 （1）结构 ①中文名称：腺苷三磷酸 ②结构简式：A—P～P～P，ATP由1个腺苷分子连接3个磷酸基团组成。其中A代表腺苷（腺嘌呤+核糖），T代表三，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。ATP失去末端一个磷酸基团后水解为ADP（腺苷二磷酸），失去末端两个磷酸基团后水解为AMP（腺苷一磷酸）。 （2）功能 ①功能：ATP是生命活动的直接能源物质。 ②作用方式：ATP普遍存在于细胞中，主要通过含磷基团转移到目标分子上或水解，为生命活动提供能量。 ATP驱动肌细胞收缩示意图 2.ATP与ADP之间的相互转化 细胞内ATP分子的总量是有限的，人体细胞内ATP总量只能维持生命活动15s左右。但正常情况下，细胞内的ATP是不会耗尽的：当ATP减少、ADP增加时，细胞通过氧化分解有机物，在酶的催化下，通过能量转换，使ADP和Pi重新结合，形成新的ATP。ATP与ADP的相互转换，可源源不断地为生命活动提供直接能源。 项目 ATP形成 ATP水解 反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量 所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶 能量来源 光合作用（光能）、细胞呼吸（有机物中的化学能） 储存在特殊化学键中的能量 能量去路 储存在ATP中 水解断裂最外侧高能磷酸键，释放能量用于细胞生命活动 反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 结论 ATP与ADP相互转化时，反应所需的酶、能量的来源和去路、反应场所不同，故ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 二、有氧呼吸和无氧呼吸 1.细胞呼吸的概念 细胞通过氧化分解有机物，将有机物中的能量换成可供生命活动直接使用的ATP，这个过程称为细胞呼吸。 2.细胞呼吸的类型 细胞呼吸的类型：有氧呼吸和无氧呼吸 （1）有氧呼吸 化学反应式： 场所 细胞质基质 线粒体（有氧呼吸的主要场所） 过程 糖酵解 三羧酸循环、电子传递链 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 能量 少量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 大量ATP和热能（大部分以热能的形式散失） 物质变化 糖酵解： C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）+4NADH（还原性辅酶Ⅰ）+少量ATP 三羧酸循环（场所：线粒体基质）： ①丙酮酸（C3）CO2+乙酰辅酶A（二碳化合物）； ②乙酰辅酶A（二碳化合物）+H2OCO2+NADH+少量能量 总：2丙酮酸（C3H4O3）+6H2O6CO2+20NADH+少量ATP 电子传递链（氧化磷酸化）（场所：线粒体内膜）： 24NADH（H+）+6O2→12H2O+大量ATP 物质转换 葡萄糖被彻底氧化分解为CO2和H2O 能量转换 葡萄糖分子中的化学能最终转化为大量ATP和热能 （2）无氧呼吸 场所 细胞质基质 过程 糖酵解 乳酸发酵或酒精发酵 产物 丙酮酸（C3H4O3） CO2和H2O 物质变化 能量转换 大部分储存在酒精或乳酸中； 释放的能量中大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中。 意义 一些动植物细胞和微生物能通过无氧呼吸的方式分解有机物获取能量，以保障短时间缺氧环境下生命活动的进行。 3.有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要氧气、酶和适宜的温度 不需氧气，需要酶和适宜的温度 场所 细胞质基质（第一阶段） 线粒体（第二阶段） 细胞质基质 分解程度 葡萄糖被彻底分解 葡萄糖分解不彻底 分解产物 CO2、H2O 乳酸或酒精和CO2 能量释放 大量 少量 相 同 点 反应条件 需酶和适宜温度 本质 氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需 过程 第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同 意义 为生物体的各项生命活动提供能量 三、光合作用是物质和能量的转换和过程 1.定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将CO2和H2O变为糖和O2的过程。 2.化学式： 3.光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 过程 区别 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中 反应速度 较快 较缓慢 光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质变化 能量变化 光能转换成ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH分子中活跃的化学能转换成糖分子中稳定的化学能 联系 光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约。 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供NADPH和ATP（ATP从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋（ADP从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②光反应减慢，提供的ATP和NADPH减少，碳反应中固定CO2的速率也会随之降低。如果CO2供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，可提供给光反应的ADP 和NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于碳反应，不用于其他生命活动过程。 4.C3和C5含量变化 条件 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，关照不变 CO2供应由不足到充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 减少或没有 增加 增加 减少 （CH2O）的合成量 减少 增加 减少 增加 5.影响光合作用强度的因素 （1）环境因素（外因） ①光照强度 原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使碳反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净光合速率＞0） 吸收CO2、释放O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 ②CO2浓度 原理：CO2影响碳反应阶段，制约C3的形成。 分析 图1 A点表示CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞呼吸速率 图2 A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。 ③温度 原理：温度主要影响酶的活性和蛋白质的功能。热带、温带和寒带植物都有各自适合生存的温度范围，低于或高于这个范围，光合作用效率降低。不同地区植物光合作用的适合温度范围有所差异。 ④水和无机盐 原理：水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质层，还有一些植物在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾。 无机盐：缺镁叶绿素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都会影响光合作用。 应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 ⑤光质 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 应用：无色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透过，有色塑料薄膜主要透过同色光，所以温室大棚用无色塑料薄膜最有效。叶绿素对绿光吸收最少，因此温室大棚用绿色塑料薄膜，植物的光合效率最低。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 题型01细胞呼吸和光合作用的生理过程 遵循 “先析图 / 读题→联考点→推答案” 的逻辑，具体方法如下： 1．图表分析类题目 （1）“识结构，定过程”—— 明确图表代表的生理过程 （2）“抓关键，联考点”—— 结合生理过程的核心特征解题 2．基础概念记忆类题目 解题核心：精准掌握 “关键词”，避免混淆 3．实际应用类题目 解题核心：“生理过程→异常结果→原因推导”，结合题干背景关联意义 【典例1】天南星科臭菘是一种在早春开花并依靠蝇类昆虫传粉的植物，花朵盛开时肉穗花序温度高于环境温度10℃以上，甚至能把四周的冰雪溶解。图1是发生在臭菘叶片中的某生理过程示意图。 （1）图1中能产生ATP的过程是_____。 A．① B．② C．③ D．④ （2）ATP的化学简式为_____。 A．A-T-P~P~P B．A-P~P~P C．A~P~P~P D．A-P-P-P （3）图1中物质B是 （写中文名称），物质C是 （写中文名称）。 （4）天南星科植物可以耐受水培，而很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根。烂根现象的原因可能是 。 （5）与葡萄糖代谢比较，氨基酸分解代谢途径的特有步骤是______。 A．糖酵解 B．脱氨基作用 C．电子传递链 D．转氨基作用 研究发现，臭菘开花时其肉穗花序采用另一种独特的交替氧化酶代谢途径产热。图2为臭菘花序中电子传递链机理图。交替氧化酶代谢途径需要交替氧化酶（AOX）的参与。 （6）交替氧化酶AOX的化学本质是 ，提高花序中AOX酶活性的措施有 。 （7）图2中的电子传递链发生于 ，此处的膜面积大大增加的意义是 。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2。请结合题干和所学知识，解释臭菘在开花期产热的机理及生理意义： 。 【答案】（1）ACD （2）B （3） 乙酰CoA 还原型辅酶I （4）由于缺氧会导致根细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒精对根细胞有毒害作用，会造成烂根 （5）B （6） 蛋白质 提高花序温度 （7） 线粒体内膜 广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点，有利于化学反应的高效进行。 （8）在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2，该过程不发生H+跨膜运输过程，故不能形成驱动ATP合成H+的电化学势能，在AOX的作用下，H+与O2结合生成水，在有氧呼吸过程中释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中，最终使开花期产热。开花期产热可促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉。 【分析】分析图示，图1是某植物细胞内细胞呼吸过程示意图，图中A为丙酮酸，B为乙酰辅酶A，C为还原型辅酶I。图中①过程为细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质，该阶段产生少量的ATP；②为丙酮酸脱羧反应，③为三羧酸循环，属于有氧呼吸的第二阶段，该阶段产生少量的ATP；④为有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，该阶段产生的ATP最多。 【详解】（1）图1为有氧呼吸的三个阶段，图中①过程为细胞呼吸的第一阶段，③为三羧酸循环，属于有氧呼吸的第二阶段，④为有氧呼吸的第三阶段，其中第一、第二和第三阶段均可以产生ATP，故图中①③④均可产生ATP，ACD正确，B错误。 （2）ATP的元素组成为C、H、O、N、P，中文名称腺苷三磷酸，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。因此ATP的化学简式为A-P~P~P。 （3）图1是某植物细胞内细胞呼吸过程示意图，图中A为丙酮酸，B为乙酰辅酶A（乙酰CoA），C为还原型辅酶I。 （4）很多其他的陆生植物在水培时常常出现烂根现象的原因可能是由于缺氧会导致根细胞进行无氧呼吸产生酒精，酒精对根细胞有毒害作用，会造成烂根。 （5）葡萄糖、氨基酸都可以作为能源物质，因此彻底氧化分解后都能生成H2O和CO2，糖类可以用于合成糖原，氨基酸能够发生脱氨基作用。ACD错误，B正确。 （6）绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。交替氧化酶AOX的化学本质是蛋白质。可以通过提高花序温度来提高花序中AOX酶的活性。 （7）O2与[H]结合生成水，为有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，因此图2中的电子传递链发生于线粒体内膜。线粒体内膜向内折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位 点，有利于化学反应的高效进行。 （8）研究发现，在臭菘的花蕾期，电子传递的主要路径是NADH→复合物I→Ⅲ→IV→O2。膜蛋白I、Ⅲ、IV能跨膜运输H+，运向膜的另一侧，H+顺浓度梯度跨膜运输驱动ATP合成。在开花期，交替氧化酶途径被激活，该途径中电子传递的路径是NADH→复合物I→AOX→O2，该过程不发生H+跨膜运输过程，故不能形成驱动ATP合成H+的电化学势能，在AOX的作用下，H+与O2结合生成水，在有氧呼吸过程中释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中，最终使开花期产热。开花期产热可促进挥发物质挥发，吸引昆虫传粉。 题型02 结合实验的综合分析题 解题方法归纳和思路分析： 1．基础知识定位 首先明确题目考查的核心概念（如光合作用、呼吸作用等）。 联系教材中相关过程（如光反应、碳反应、有氧呼吸阶段）的物质和能量变化。 2．图表信息提取 仔细阅读表格和图像，注意单位、注释、图例等。 比较不同组别之间的差异，找出变化趋势。 3．逻辑推理与多因素分析 分析某一变量（如光质）如何影响其他变量（如叶绿素含量、净光合速率）。 注意可能存在“最适值”或“过量抑制”现象。 4．跨知识点整合 将生物学不同模块（如代谢、组成、实验方法）联系起来。 【典例1】氮是叶绿素的重要组成元素，科研工作者对某小麦品种施加不同的供氮量处理，实验结果如下表。 组别 氮浓度（mmol/L） 比叶氮 （g/m2） 叶绿素含量 （mg/dm2） 叶绿体CO2浓度 （μmol/mol） 净光合速率 （μmol/m2/s） 低氮 0.2 0.5 1.6 75 9 中氮 2 0.95 2.8 125 15 高氮 20 1.1 3.0 80 ？ 注：比叶氮表示单位叶面积的氮素的含量 （1）小麦叶肉细胞中发生的物质变化有 （编号选填），能量变化分别有 （编号选填）。叶绿素参与的过程是 （编号选填）。 ①CO2→C3②C3→C6③C6→丙酮酸④丙酮酸→CO2⑤NADP+→NADPH⑥光能→活跃的化学能⑦活跃的化学能→稳定的化学能⑧稳定的化学能→活跃的化学能⑨活跃的化学能→光能 （2）研究显示，光合色素在不同的光波长下会出现不同的吸收率，如图。用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在 nm（编号选填）。 ①430        ②450        ③480        ④649        ⑤665 （3）氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，还可以用于合成的物质有_________。 A．蛋白质 B．磷脂 C．葡萄糖 D．核酸 （4）相对于低氮组，中氮组的小麦叶片的净光合速率显著提高，出现该现象的原因可能是中氮组小麦________。 A．叶绿素合成增加 B．光合作用酶的活性增强 C．比叶氮的量增加 D．叶绿体CO2浓度增加 小麦光合系统中的氮素分配受供氮量等因素的影响，研究人员对叶片光合系统中氮素的含量及分配进行了检测，结果如图。 注：叶片氮素可分为光合氮素和非光合氮素；前者包括捕光氮素和羧化氮素 （5）据表和图推测，高氮组的净光合速率与低氮组和中氮组的大小关系是 ，请说明理由 。 【答案】（1）①②③④⑤ ⑥⑦⑧ ⑥ （2）④⑤ （3）ABD （4）ACD （5） 介于低氮组（9）和中氮组（15）之间 用于光合作用的氮素比低氮组多，但相对于中氮，高氮环境下，氮素从光合氮素（捕光氮素和羧化氮素/羧化氮素）向非光合氮素转化，且羧化氮素所占比例降低，影响固定CO2酶的活性，进而影响了光合作用的碳反应阶段 【分析】1、光合作用的过程： ①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成； ②碳反应阶段（场所是叶绿体的基质）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH氢的作用下还原生成C5和糖类等有机物。 2、有氧呼吸的过程： 第一阶段：在细胞质的基质中： 反应式：1C6H12O6（葡萄糖）2C3H4O3（丙酮酸）+4[H]+少量能量 （2ATP）； 第二阶段：在线粒体基质中进行： 反应式：2C3H4O3（丙酮酸）+6H2O 20[H]+6CO2+少量能量 （2ATP）； 第三阶段：在线粒体的内膜上： 反应式：24[H]+6O2 12H2O+大量能量（34ATP）。 【详解】（1）小麦叶肉细胞中含有叶绿体和线粒体，在叶绿体中可以发生光合作用，光合作用过程中光反应阶段可以发生水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成，通过光反应，光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能；碳反应过程中可以发生CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH氢的作用下还原生成C5和糖类等有机物，通过碳反应，ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。叶肉细胞中可以发生有氧呼吸，有氧呼吸过程中，在细胞质基质中可以发生葡萄糖的氧化分解产生丙酮酸和还原氢，同时合成少量ATP，丙酮酸进入线粒体继续反应，在线粒体基质中丙酮酸与水反应生成二氧化碳和还原氢，同时合成少量ATP，在线粒体内膜上还原氢与氧结合生成水，同时合成大量ATP。因此小麦叶肉细胞中发生的物质变化有①②③④⑤，能量变化有⑥⑦⑧。叶绿素在光反应过程中吸收、传递和转化光能，因此叶绿素参与的过程是⑥。 （2）绿叶中的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。叶绿素a和叶绿素b分别在红光区波长约为665nm和649nm处具有最大吸收峰值。因此用分光光度法定量测定小麦的叶绿素含量，分光光度计的波长应设定在665nm和649nm处，故选④⑤。 （3）蛋白质的组成元素主要是C、H、O、N，磷脂的组成元素包括CHO，有的含有P甚至N，核酸的组成元素是C、H、O、N、P，氮素被小麦吸收后，除了可以用于叶绿素的合成，小麦细胞中含氮的物质还有蛋白质、磷脂和核酸，而葡萄糖的组成元素只有C、H、O，综上所述，ABD正确，C错误。故选ABD。 （4）由表可知，中氮组的小麦净光合速率明显大于低氮组，根据表中数据，可推测出现该现象的原因可能是：施氮提高了叶绿素的合成，且比叶氮的量增加，进而提高了光合速率；中氮组叶绿体CO2浓度明显高于低氮组，叶绿体CO2浓度升高促进了光合作用中碳反应的进行，综上所述，ACD正确，B错误。故选ACD。 （5）由表可知，氮素可显著提高烤烟叶片的净光合速率，结合柱状图可知，相对于中氮，高氮环境下，非光合氮素增多，羧化氮素减少，说明高氮环境下，氮素从光合氮素（捕光氮素和羧化氮素/羧化氮素）向非光合氮素转化，且羧化氮素所占比例降低，结合RuBP羧化酶参与二氧化碳的固定，可知进而影响了光合作用的碳反应阶段，因此高氮组的净光合速率大于低氮组，小于中氮组，介于低氮组（9）和中氮组（15）之间。 1．我国茶产业历史悠久，“中国茶”名扬海外。如图为茶树叶肉细胞的光合作用过程简图，①②表示生理过程，字母表示相关物质，请据图回答： (1)茶树叶肉细胞内发生生理过程①的场所甲是 ；生理过程②称为 。 (2)图中编号A表示 ；D表示 ；G表示 。 (3)茶树细胞内含量最多的物质是______。 A．水 B．蛋白质 C．核酸 D．糖类 (4)结合所学知识，下列反应与过程①有关的是______（多选）。 A．光能的捕获与转换 B．水的光解 C．储能化合物的消耗 D．高能化合物的形成 (5)在叶肉细胞内可以产生ATP的场所是______（多选）。 A．叶绿体类囊体 B．叶绿体基质 C．细胞质基质 D．线粒体 (6)茶树叶肉细胞内存在催化光合作用的一系列酶，这些物质遇双缩脲试剂变 。 (7)土壤中的“氮”俗称茶树的生命元素，在缺氮的土壤中，茶树细胞内物质含量不直接受影响的是 （下列编号选填：①氨基酸②淀粉③核酸④脂肪酸）。 【答案】(1) 类囊体薄膜 碳反应 (2) 电子 水 ATP (3)A (4)ABD (5)ACD (6)紫 (7)②④ 【分析】据图分析：①表示光反应，②表示碳反应，D是水，水光解产生还原氢和氧气，A是电子、B是NADP+、C是NADPH、G是ATP，F是ADP和Pi。场所甲为类囊体薄膜，场所乙为叶绿体基质。 【详解】（1）据图分析：①表示光反应，②表示碳反应，因此场所甲为类囊体薄膜，场所乙为叶绿体基质。 （2）D是水，水光解产生还原氢和氧气，A是电子、B是NADP+、C是NADPH、G是ATP，F是ADP和Pi。 （3）生物体内含量最多的物质是水，所以茶树体内含量最多的物质是水。 故选A。 （4）①表示光反应，可发生光能的捕获与转换、水的光解。ATP、NADPH的形成。 AB、捕光复合物可以捕获和转化光能，水的光解需要光能，可能与捕光复合物有关，AB正确； C、储能化合物的消耗与捕光复合物没有关系，C错误； D、捕光复合物可以捕获和转化光能，捕光复合物可以将光能转变为高能化合物，如ATP和NADPH，可能与捕光复合物有关，D正确。 故选ABD。 （5）A、叶绿体的类囊体膜是光反应的场所，能合成ATP，A正确； B、叶绿体基质是碳反应的场所，不能合成ATP，B错误； C、细胞质基质是有氧呼吸第一阶段的场所，能合成少量ATP，C正确； D、线粒体基质是有氧呼吸第二阶段的场所，能合成少量ATP，线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，能合成大量ATP，D正确。 故选ACD。 （6）茶树叶肉细胞内存在催化光合作用的一系列酶都是蛋白质，蛋白质遇双缩脲试剂变紫色。 （7）在缺氮的土壤中，茶树细胞内含有氮元素的物质合成受阻，如氨基酸、核酸等，但是不含氮元素的物质，如淀粉、脂肪酸的合成不受影响，②④符合题意。 故选②④。 2．我国茶产业历史悠久，“中国茶”名扬海外。茶树品质受诸多因素影响，为研究遮光对茶树品质的影响，研究者分别用黑色遮阳网（AN）、蓝色遮阳网（BN）和红色遮阳网（RN）遮盖茶树，并于第20天采集茶树叶片，测定其相关蛋白质的含量，如图所示。其中，CK表示不遮光处理。 (1)据图推测，下列反应可能与捕光复合物有关的是________（多选）。 A．储能化合物的消耗 B．水的光解 C．光能的捕获与转换 D．高能化合物的形成 (2)图结构1中的能量载体分子有 （用下列编号选填）。 ①ATP②NADH③NADPH④Pi (3)下列①~⑥表示茶树叶肉细胞内的部分物质变化。据图判断，蓝光对吲哚乙酸生物合成的影响主要表现在光合作用的 （光/碳）反应阶段，该阶段主要的物质变化是 （用下列编号选填）。 ①ADP+Pi→ATP ②NAD++H++e-→NADH ③ATP→ADP+Pi ④NADPH-+NADP++H++e- ⑤H2O→O2+H++e- ⑥CO2+五碳糖→三碳化合物→三碳糖和五碳糖 茶园间作（相间种植2种或以上植物）也是提高茶树品质的一种方法，不但有利于提高净光合速率（Pn），还有利于改善土壤环境。 (4)宋代《北苑别录》记载：“茶园内为桐木则留焉。桐木之性与茶相宜，茶至夏而畏日，桐木至春而渐茂……”。种植桐木后，茶树Pn的变化趋势与下图曲线最吻合的是 （用下列编号选填）。 ①晴天②多云天③阴天 (5)图中的晴天曲线在10：00-12：00时间段，茶树净光合作用下降的可能原因有________（多选）。 A．光合作用强度小于呼吸作用强度 B．温度过高，气孔关闭，CO2供应减少，碳反应减弱 C．外界光照强度下降，光反应减弱 D．温度升高，呼吸作用增强 (6)土壤中的“氮”俗称茶树的生命元素。在缺氮土壤中，茶树细胞内物质含量不直接受影响的是 （用下列编号选填）。 ①氨基酸②淀粉③核酸④脂肪酸 【答案】(1)BCD (2)①③ (3) 光 ①⑤ (4)② (5)BD (6)②④ 【详解】（1）A、碳同化（碳反应）的酶在叶绿体基质，与类囊体膜无直接关联，A错误； B、类囊体膜是光反应场所，水可跨类囊体膜参与光解（转换 ），与类囊体膜功能相关，B正确； C、光反应在类囊体膜进行，水的光解是光反应核心，依赖类囊体膜，C正确； D、光反应在类囊体膜合成 ATP（需能化合物 ），依赖类囊体膜，D正确。 故选BCD。 （2）类囊体膜上进行光反应，产生 ATP、NADPH，消耗 ADP、NADP⁺ 。所以能量载体分子有 ATP、NADPH ，对应选项（如含 ATP、NADPH 的选项 ）。依据是光反应的能量转化。 （3）蓝光影响吲哚乙酸合成，与光反应关联（光反应需光能，蓝光是光能来源 ），故填光。光反应的物质变化是水的光解、ATP 合成、NADPH 生成，光反应的核心变化是⑤（水的光解 ）、①（ATP 合成 ），故选①⑤。 （4）桐木 “春渐茂、帮茶树避夏日”，夏季强光会抑制茶树光合，桐木遮阴可缓解，使夏季（如中午时段）间作茶树的净光合速率（Pn）更稳定 / 高于无遮阴组。曲线中 “多云天（②）” 的 Pn 变化更平缓，符合桐木遮阴后夏季强光被削弱、光合受抑制减轻的趋势（晴天光照过强易导致光合 “午休”，Pn 波动大；阴天光照弱，Pn 整体低 ）。 （5）A、图中的晴天曲线在10：00-12：00时间段净光合速率不小于0，说明光合作用强度不小于呼吸作用强度，A错误； B、高温使气孔关闭，CO2少，碳反应弱，光合下降，B正确； C、晴天10：00-12：00时间段光照强，C错误； D、呼吸作用增强导致有机物消耗多，导致净光合作用下降，D正确。 故选BD。 （6）氮（N）是构成蛋白质、核酸的关键元素，缺氮会直接影响含氮物质合成；淀粉、脂肪酸不含氮，合成不依赖氮元素。 3. 研究光照强度和植物净光合速率的关系对大棚蔬菜瓜果的生产具有重要意义。图1是番茄光合作用的部分过程示意图。同时研究显示，在自然光（即白光，W）中添加远红光（FR，波长为700～800nm）能影响番茄的净光合速率（如图2）。 (1)类囊体膜上叶绿素含量和光合作用的强度高度相关。测定细胞内叶绿素含量应选用______（单选）。 A．离心法 B．分光光度法 C．聚酰胺薄膜层析法 D．同位素标记法 (2)类囊体上附着能吸收并传递光能的色素，不同色素的吸收光谱不尽相同。下列四幅图中最能表示两种叶绿素总吸收光谱（不同波长光吸收百分率）的是______（单选）。 A． B． C． D． (3)在图1中，与ATP合（成）酶①处肽链的空间结构有关的是______（多选）。 A．氨基酸的种类 B．肽键的结构 C．氨基酸的数目 D．氨基酸的排列顺序 (4)图1所示光合作用过程生成的用于碳反应的产物，除了图中所示之外，还应包括 。 (5)图1中ATP合（成）酶每旋转一周合成3个ATP，直接驱动ATP合成酶旋转的能量来自______（单选）。 A．光能 B．H+顺浓度穿梭 C．ATP水解 D．葡萄糖氧化分解 (6)与图2中的①处相比，关于②处发生的变化，下列表述合理的是 （多选）。 A．O2释放速率增加 B．CO2释放速率增加 C．有机物积累速率增加 D．ATP和ADP的转换速率增加 (7)由图2可见，在总光强不变的条件下，添加远红光使番茄净光合速率降低。但实际种植显示番茄产量反而上升了，其原因最可能是______（单选）。 A．呼吸速率下降 B．总光合速率下降 C．可被叶绿素a转换的光能比率上升 D．有机物在各器官中的分配占比发生变化 【答案】(1)B (2)A (3)ACD (4)NADPH (5)B (6)ACD (7)D 【分析】研究光照强度和植物净光合速率的关系对于理解植物的光合作用机制以及优化农业生产具有重要意义。 当光照强度较弱时，植物的净光合速率通常也较低。这是因为光反应阶段产生的 ATP 和 NADPH 不足，限制了碳反应中碳的固定和还原，导致有机物的合成量相对较少。 随着光照强度逐渐增加，净光合速率也会随之上升。在一定范围内，光照强度越大，光反应产生的能量和还原力越多，能为碳反应提供更充足的条件，从而使有机物合成加快，净光合速率增加。 然而，当光照强度达到一定程度后，净光合速率不再继续增加，甚至可能出现略微下降的趋势。这可能是因为其他因素，如二氧化碳浓度、温度、酶的活性等成为了限制光合作用的主要因素。 【详解】（1）在测定叶绿素含量时，由于叶绿素对特定波长的光有特征性的吸收，使用分光光度计测量不同波长下的吸光度，然后根据标准曲线或计算公式就可以确定叶绿素的含量，ACD错误，B正确。 故选B。 （2）不同色素的吸收光谱不尽相同，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，吸收光谱应该有两个波峰，最能表示叶绿素吸收光谱的是 A 选项，A正确，BCD错误。 故选A。 （3）A、氨基酸的种类，不同种类的氨基酸具有不同的化学性质，影响肽链的空间结构，A正确； B、肽键的结构相同与空间结构无关，B错误； C、 氨基酸的数目，数目不同会导致肽链的长度和折叠方式不同，C正确； D、 氨基酸的排列顺序，排列顺序决定了肽链内部的相互作用和空间构象，D正确。 故选ACD。 （4）光反应是光合作用中利用光能将水分解，其主要产物包括： 氧气（O2） 、ATP（腺苷三磷酸）、NADPH（还原型辅酶Ⅱ）。图1所示光合作用过程生成的产物，除了图中所示之外，还应包括NADPH。 （5）图1中ATP合酶每旋转一周合成3个ATP，直接驱动ATP合成酶旋转的能量来自 H⁺顺浓度穿梭，ACD错误，B正确。 故选B。 （6）A、光合作用增强，氧气释放速率增加，A正确； B、 光合作用增强，CO2释放速率不会增加，B错误； C、有机物积累速率增加：净光合速率增加，有机物积累速率增加，C正确； D、 ATP和ADP的转换速率增加：光合作用增强，ATP和ADP的转换加快，D正确。 故选ACD。 （7）A、呼吸速率下降，净光合速率会升高，A错误； B、总光合速率下降，无法解释番茄产量反而上升，B错误； C、可被叶绿素a转换的光能比率上升可能导致净光合速率升高，C错误； D、远红光使番茄净光合速率降低。但实际种植显示番茄产量反而上升可能是有机物在各器官中的分配占比发生变化，D正确。 故选D。 4．莱茵衣藻是一种自养型的单细胞真核生物。它可进行光合作用将太阳能转化为氢能，其光合电子传递和产氢过程如下图1所示，PSI、PSII、Cytb6f表示结构。请回答下列问题： (1)下列关于莱茵衣藻的叙述正确的是_______（多选） A．莱茵衣藻有蛋白质构成的细胞骨架 B．莱茵衣藻质膜的脂质中含有胆固醇 C．莱茵衣藻有核膜包被的细胞核 D．在有丝分裂前期，其中心体复制并移向细胞两极 (2)据图1分析，Cytb6f、PC在光合作用中的主要作用是______。 A．传递电子 B．传递H+（质子） C．传递光合色素 D．传递光能 (3)光反应产物NADPH参与卡尔文循环中的具体环节是 （编号选填）。 ①CO2的固定 ②C3的还原 ③C5的再生 (4)氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活。下列有关叙述正确的是_______（多选） A．莱茵衣藻产生的H+与水的光解有关 B．莱茵衣藻细胞中氢酶的失活与光反应有关 C．莱茵衣藻产生氢气的场所是叶绿体基质 D．莱茵衣藻产生的氢气会促进其细胞中有机物的积累 研究人员用TAP培养液和TAP-S培养液（缺硫）及优化培养条件，来研究莱因衣藻的光合产氢量，结果如图2所示。 (5)分析图2的实验数据，阐述TAP-S培养液对莱茵衣藻产氢的影响： 。 (6)结合图2的实验结果，可推测硫对PSII或Cytb6f的功能的影响为 （促进/抑制/无法判断），从而使类囊体腔中的H+浓度 （升高/降低/不变）。 研究发现：在弱光及黑暗条件下，莱茵衣藻通过无氧呼吸产生的弱酸会进入类囊体腔并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体膜导致腔内氢离子不断积累，出现酸化。 (7)结合题干信息，下列有关类囊体腔酸化的相关叙述正确的是________（多选） A．黑暗条件下，莱茵衣藻细胞质基质中PH低于类囊体腔 B．与H+相比，弱酸更易穿过类囊体膜 C．类囊体腔酸化可能有利于莱茵衣藻的光合作用 D．类囊体腔内的酸化程度可能与无氧呼吸产生的弱酸总积累量呈成正相关 【答案】(1)AC (2)A (3)② (4)ABC (5)TAP-S培养液可使莱茵衣藻产氢量增多且产氢的持续时间长 (6) 抑制 降低 (7)BCD 【详解】（1） A、莱茵衣藻属于真核生物，有由蛋白质构成的细胞骨架，A正确； B、莱茵衣藻更类似于植物细胞，其质膜的脂质中含磷脂分子，而动物细胞细胞膜中才含有胆固醇，B错误； C、莱茵衣藻是一种自养型的单细胞真核生物，所以有核膜包被的细胞核，C正确； D、中心体复制发生在分裂间期，D错误。 故选AC。 （2） 据图1分析，Cytb6f可以传递电子给PC，PC传递电子给NADP+，生成NADPH，A正确，BCD错误。 故选A。 （3）NADPH和ATP是光反应产物，直接催化的反应过程是暗反应中②C3物质的还原。 （4）A、莱茵衣藻可以进行光合作用，其光反应阶段中水的光解可以产生H+，A正确； B、分析题意，氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活，光合作用的光反应阶段会产生氧气，氧气浓度升高使氢酶失活而不能生成氢气，B正确； C、由题图可知，类囊体腔内建立了高浓度的H+，H+除了来源于水的光解，还来源于Cytb6f的传递，图上方表示叶绿体基质，因此衣藻光合作用产生氢气的场所是叶绿体基质，C正确； D、莱茵衣藻产生的氢气时会消耗电子和H+，从而减弱了光合作用速率，抑制其细胞中有机物的积累，D错误。 故选ABC。 （5）由题图2可知，TAP-S培养液对莱困衣藻产氢的影响是持续产氢时间长，产氢量多。 （6） 由于H+除了来源于水的光解，还来源于Cytb6f的传递，推测硫可能抑制了PSⅡ或Cytb6f的功能，使类囊体腔中的H+浓度降低，从而使叶绿体基质中的H+浓度降低。 （7） A、在弱光及黑暗条件下莱茵衣藻会逐渐积累H+，导致叶绿体类囊体腔酸化，所以黑暗条件下莱茵衣藻细胞质基质内的pH高于类囊体腔，A错误； B、弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，而氢离子无法直接穿过类囊体膜，B正确； C、根据题图可知类囊体腔酸化时，类囊体中H+浓度较高，H+通过ATP合成酶以协助扩散的运输方式顺浓度运输至叶绿体基质，利用顺浓度梯度运输H+的势能合成ATP，可以促进碳反应的发生，所以类囊体腔酸化可能有利于莱茵衣藻的光合作用，C正确； D、类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关，即无氧呼吸产生弱酸的总积累量多，进而类囊体腔内的酸化程度高，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，D正确。 故选BCD。 5．I.近年来，干旱持续影响全球农业。为探究土壤干旱对番茄光合作用的影响，科研人员利用人工气候室进行了“番茄长期土壤干旱—复水试验”，图1呈示了指标测定阶段。    (1)试验期间，人工气候室需控制的适宜环境条件有_______。 A、温度 B、空气湿度 C、光照强度 D、CO2浓度 (2)结合图1信息分析，从T1经T2到T3阶段，番茄根部成熟细胞的状态最可能是______。 A、      B、     C、   D、   (3)番茄叶片部分生理过程如图2所示（字母表示物质、数字表示生理过程），中物质B、C、D、E分别表示 、 、 、 。（编号选填） ①ADP、Pi ②CO2 ③NADP+ ④三碳糖 ⑤蔗糖 ⑥淀粉 (4)结合图2，下列有关番茄光合作用的叙述正确的是______（多选） A、H+顺浓度梯度穿过类囊体膜上的ATP合酶，驱动ATP形成 B、光反应产生的ATP驱动图2中反应I、Ⅱ和Ⅲ C、三碳化合物接受了NADPH提供的H+和电子 D、碳反应将活跃的化学能转变为稳定的化学能 II.研究人员设置了每日土壤含水量保持85%θFc、其他变量与实验组一致的对照组进行实验，于T4阶段采集两组的等量叶片，进行了叶绿素含量测定。图3为叶绿体色素的吸收光谱。    (5)叶绿素含量的测定可使用 法。 (6)图3中，代表叶绿素的曲线是 。（编号选填） (7)研究结果显示，干旱条件下番茄叶绿素浓度较高于对照组，但净光合速率低于对照组。为进一步探究，研究人员对T4阶段其它有关指标进行了测定，如表所示。请结合所学知识分析干旱条件下净光合速率下降的原因 。 处理 Rubisco酶活性（nmol·min-1·g-1） 气孔导度（molH2O·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（umolCO2·mol-1） 净光合速率（μmol·m-2·s-1） 对照组 221.95 0.28 248.00 25.01 实验组 222.07 0.02* 201.00** 2.68*** 注：大表示与对照组存在显著差异，*越多差异性越显著；Rubisco酶为碳反应过程关键酶 【答案】(1)ABCD (2)C (3) ①③ ④ ⑤ ⑥ (4)ACD (5)分光光度 (6)①② (7)气孔导度降低，胞间二氧化碳浓度降低，碳反应减慢 【详解】（1）温度可以影响酶的活性，空气湿度能够影响光合和呼吸作用，而光照强度能够影响光反应过程，CO2浓度能够影响碳反应过程，故试验期间，人工气候室需控制的适宜环境条件有温度 、空气湿度 、光照强度和CO2浓度。 故选ABCD。 （2）结合图1信息分析，从T1经T2到T3阶段，番茄根部成熟细胞先发生质壁分离后吸水复原，对应图中的C。 故选C。 （3）据图可知，图中的B可与ATP和NADPH相互转化，表示①ADP、Pi和③NADP+；C表示三碳化合物转化产物，表示④三碳糖；D表示光合产物的运输，是⑤蔗糖；E可表示植物的储能物质淀粉。 （4）A、光反应的场所是类囊体薄膜，该过程H+顺浓度梯度穿过类囊体膜上的ATP合酶，驱动ATP形成，A正确； B、光反应产生的ATP驱动图2中的C3还原过程，对应图中的I，B错误； C、三碳化合物接受了NADPH提供的H+和电子，完成还原过程，C正确； D、碳反应将NADPH和ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能，D正确。 故选ACD。 （5）叶绿素含量的测定可使用分光光度法。 （6）叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，对应图中的①和②。 （7）二氧化碳是碳反应的原料，据表分析可知，气孔导度降低，胞间二氧化碳浓度降低，暗反应减慢，故干旱条件下番茄叶绿素浓度较高于对照组，但净光合速率低于对照组。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $