专题二 课题研习(二) 细胞呼吸和光合作用的原理-【新高考方案】2026年高考生物二轮复习专题增分方略教师用书word

课题研习(二)　细胞呼吸和光合作用的原理 万丈高楼平地起,基础还得靠自己/以下必备基础知识,课下自主记准记牢 1.整合有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解　　　　　　　　2.光合作用的场所和过程 3.NADH、NADPH及ATP的来源和去路 任务(一)　细胞呼吸的过程、电子传递与能量转化　　　　 突破点(一)　细胞呼吸的类型和过程 1.(2025·山东高考)关于细胞以葡萄糖为原料进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程,下列说法正确的是 (　　) A.有氧呼吸的前两个阶段均需要O2作为原料 B.有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料 C.无氧呼吸的两个阶段均不产生NADH D.经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量以热能的形式散失 解析:选B　有氧呼吸第一阶段是1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸,产生少量的[H],并且释放出少量的能量;第二阶段是丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H],并释放出少量的能量,这两个阶段都不需要O2作为原料,第二阶段需要H2O作为原料,A错误,B正确。无氧呼吸第一阶段产生NADH,第二阶段不产生NADH,但会消耗NADH,C错误。无氧呼吸过程中,葡萄糖分子中的能量大部分储存在乳酸或酒精中,只有少量以热能形式散失或转化为ATP,D错误。 2.(2025·河南高考)甜菜是我国重要的经济作物之一,根中含有大量的糖分。研究表明呼吸代谢可影响甜菜块根的生长,其中酶Ⅰ在有氧呼吸的第二阶段发挥催化功能,该酶活性与甜菜根重呈正相关。下列叙述正确的是 (　　) A.酶Ⅰ主要分布在线粒体内膜上,催化的反应需要消耗氧气 B.低温抑制酶Ⅰ的活性,进而影响二氧化碳和NADH的生成速率 C.酶Ⅰ参与的有氧呼吸第二阶段是有氧呼吸中生成ATP最多的阶段 D.呼吸作用会消耗糖分,因此在生长期喷施酶Ⅰ抑制剂会增加甜菜产量 解析:选B　酶Ⅰ在有氧呼吸的第二阶段发挥催化功能,该阶段在线粒体基质中进行,故酶Ⅰ主要分布在线粒体基质中,催化的反应不需要消耗氧气,需要消耗水和丙酮酸,A错误;有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和NADH,故低温抑制酶Ⅰ的活性,有氧呼吸的第二阶段减慢,进而影响二氧化碳和NADH的生成速率,B正确;酶Ⅰ参与的有氧呼吸第二阶段生成ATP较少,有氧呼吸中生成ATP最多的阶段是第三阶段,C错误;酶Ⅰ活性与甜菜根重呈正相关,在生长期喷施酶Ⅰ抑制剂会抑制其活性,进而减少甜菜产量,D错误。 3.(2025·黑吉辽蒙高考改编)下图为植物细胞呼吸的部分反应过程示意图,图中NADH可储存能量,①②和③表示不同反应阶段。下列叙述正确的是 (　　) A.①发生在细胞质基质,②和③发生在线粒体基质中 B.③中NADH通过一系列的化学反应参与了水的形成 C.无氧条件下,③不能进行,①和②能正常进行 D.无氧条件下,①产生的NADH中的部分能量转移到ATP中 解析:选B　图示表示植物细胞有氧呼吸的三个阶段,①②③分别表示有氧呼吸的第一、二、三阶段,所以①发生在细胞质基质,②发生在线粒体基质,③发生在线粒体内膜,A错误;有氧呼吸第三阶段(③)中,NADH经过一系列反应参与水的形成,B正确;有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段物质变化相同,所以无氧条件下,①能正常进行,②和③不能进行,C错误;无氧条件下,NADH参与无氧呼吸第二阶段,而无氧呼吸只在第一阶段生成少量ATP,故①产生的NADH中的能量没有转移到ATP中,D错误。 思维建模 细胞呼吸过程中物质和能量的变化规律分析 (1)从物质变化方面分析 ①有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段完全相同,有相同的中间产物丙酮酸和[H]。 ②有氧呼吸中丙酮酸进入线粒体被彻底氧化分解成CO2和水,无氧呼吸中丙酮酸在细胞质基质中转变为乳酸或酒精和CO2。 ③有氧呼吸过程中的[H]来自葡萄糖和水,无氧呼吸过程中的[H]只来自葡萄糖。 (2)从能量变化方面分析 ①有氧呼吸的三个阶段均能释放能量,生成ATP,其中第三阶段释放的能量最多。 ②无氧呼吸仅在第一阶段释放出少量能量,生成少量ATP。 突破点(二)　线粒体内膜上的电子传递与氧化磷酸化 [情境应用] 　　在线粒体内膜上存在着呼吸链,呼吸链是由一组递氢和递电子复合物组成,其中复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都能利用电子传递所释放的能量将线粒体基质中的H+转移到膜间隙。 　　[融通知能] (1)在细胞呼吸中,NADH来源于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填细胞结构),NADH被氧化的过程中产生电子,电子的最终受体是　　　　　。  (2)图中H+进入线粒体内外膜间隙的方式是　　　　　　　　　,能量来源是　　　　　　　　。  (3)据图分析,线粒体内膜两侧H+的浓度差是如何维持的?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(4)影响氧化磷酸化的因素 ①ATP/ADP表示体内能量状态,推测当ATP含量高时氧化磷酸化的速率会　　　　。  ②二硝基苯酚(DNP)为脂溶性物质,可携带H+自由穿梭线粒体内膜,通过　　　　　　　　　　　　　　　　减少ATP合成。DNP曾被不良商家作为减肥药售卖,其减肥的机理是　　　　　　　　　　　　。使用DNP减肥可能会对人体产生的危害有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ③甲状腺激素通过两种机制影响氧化磷酸化和产热,一是促进钠泵表达,提高ADP浓度,从而　　　　(填“提高”或“降低”)氧化磷酸化;二是诱导解偶联蛋白基因表达,导致氧化磷酸化的能量更多以热能形式散失,　　　　　(填“提高”或“降低”)ATP产生量。总的来说,甲状腺激素能同时促进氧化释能与产热比率,导致基础代谢提高。所以,甲亢病人体重较　　　　　　、体温较　　　　。  答案:(1)细胞质基质、线粒体基质　氧气　(2)主动运输　电能　(3)复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ将线粒体基质中的H+转移到膜间隙;O2与H+结合形成水,消耗线粒体基质中的H+　(4)①下降　②降低H+电化学梯度　服用DNP后,细胞需要通过消耗更多的葡萄糖以维持ATP的浓度　导致细胞供能不足、体温过高等问题　③提高　降低　轻　高 思维建模 建模分析有氧呼吸过程中能量的转化 (1)细胞质基质中的一种小分子物质——NAD+(氧化型辅酶Ⅰ)能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的H+和e-结合,形成NADH。 (2)NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H+和高能电子(e-),高能电子(e-)通过呼吸链传递。 (3)复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用:通过电子传递链将H+定向转运至膜间隙,导致线粒体膜间隙中H+浓度升高,线粒体基质中H+浓度降低,质子流再通过ATP合成酶进入线粒体基质,驱动ATP合成。 任务(二)　光系统、电子传递与光合产物的分配　　　 突破点(一)　光系统与电子传递链 [情境应用] 光合作用光反应是利用光能将H2O分解形成NADPH和O2并产生ATP的过程。光反应的ATP合成过程与有氧呼吸第三阶段的ATP合成过程非常相似,也需要由H+浓度差驱动的ATP合成酶的参与。PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子的传递,PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质,其中PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中,图中实线为电子的传递过程。 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 [融通知能] (1)O2是水光解的产物,水光解需要的光能是通过　　　　(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系统Ⅰ中发生的物质变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。NADPH和ATP中都含有化学能,ATP中的化学能来自　　　的浓度差带来的势能。  (2)光合作用光反应的实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是　　　　　,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是　　　　。  (3)图中所示的叶绿体中的H+主要有两个方面的用途,一是　　　　　　　　　　　　　　,二是　　　　　　　　　　　　　　。  (4)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。 叶绿体 类型 叶绿体A:双层膜结构完整 叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤 叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂 叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。 据此分析: ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以　　　(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用,得出该结论的推理过程是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,从而提高光反应速率。  ③以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合表中信息对实验结果进行解释:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)PSⅡ　NADP++H+(+e-)→NADPH　H+　(2)NADP+　H2O　(3)用于合成NADPH 为ATP的合成提供能量　(4)①Fecy　实验一中,与叶绿体A相比,叶绿体B的双层膜局部受损,且放氧量明显增多;实验二中,与叶绿体A相比,叶绿体B双层膜局部受损,且放氧量无明显差异　②类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能 ③ATP的产生需要类囊体膜上ATP合成酶的催化,同时依赖类囊体膜两侧的H+浓度差,类囊体膜结构受损越严重,ATP的产生效率就越低 拓展认知:光反应与电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生O2、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。 (2)电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧;光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+);在叶绿体基质侧H+和NADP+形成NADPH的过程消耗H+。通过以上途径建立了质子浓度(电化学)梯度。 (3)类囊体膜对质子(H+)是高度不通透的,类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出,而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 (4)电子的最终供体是水,最终受体是NADP+,电子传递的最终产物是NADPH。 信息助读 第(4)小题为实验结果表格信息分析,分析该类题的关键是抓住变量与对照,对比不同处理的结果(现象)的不同,再结合生物学原理推理作答。 突破点(二)　光合作用的产物及其分配 [情境应用] 　　 白天,植物叶肉细胞的叶绿体在光照下进行光合作用,通过卡尔文循环固定CO2生成丙糖磷酸。丙糖磷酸一部分在叶绿体基质中合成淀粉储存;另一部分经Pi转运蛋白运到细胞质基质,转化为己糖磷酸后合成蔗糖。 蔗糖会通过维管组织运输到根、茎等器官供其生长,也会运到谷粒、块茎等部位,转化为淀粉、果聚糖等碳水化合物储存。 夜晚无光照,光合作用停止,叶绿体中的淀粉会分解为麦芽糖、葡萄糖,经转运蛋白运到细胞质基质,再转化为己糖磷酸进而合成蔗糖,保障植物夜晚的物质供应与器官(如果实)膨大等生命活动的进行。右图为光合作用中淀粉和蔗糖的积累和分流,据图示信息思考有关问题。 　　[融通知能] (1)蔗糖和淀粉合成的场所分别是　　　　　　　　　,白天光合作用产物丙糖磷酸在Pi充足的情况下去路有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)蔗糖通过　　　　　　　　运输至全身各处,以供各器官的生长;人体内相似的运输途径为　　　　　　　　,运输的与植物蔗糖相似功能的物质是　　　　　　　　　　,蔗糖在叶细胞中的积累对光合作用的影响是　　　　(填“促进”或“抑制”)。  (3)根据上述信息分析,晚上果实能够膨大的原因是　　　　　　 　　　　　　　。  (4)小麦经过光合作用后,叶片淀粉含量很少,蔗糖积累较多,此时有利于小麦的生长和产量提高。在农业生产上,尤其是小麦灌浆期,可以采取适当　　　　(填“增加”或“减少”)施用磷肥提高小麦产量。  (5)从化学性质角度分析,光合作用产物主要以蔗糖形式运输的原因是　　　　　　　　　　(答两点)。  答案:(1)细胞质基质、叶绿体　通过Pi转运蛋白运出叶绿体,转化为蔗糖;转化为ADP-葡萄糖,最终合成淀粉　(2)韧皮部　血液运输　葡萄糖　抑制　(3)晚上叶绿体中的淀粉转化为蔗糖,通过维管组织运输至果实,在果实中合成淀粉等有机物　(4)增加　(5)蔗糖相对分子质量相对较小,容易跨膜运输;蔗糖是非还原糖,性质稳定 深化知能·发展素养 1.光合作用的产物 (1)光合产物主要是糖类,包括单糖(葡萄糖和果糖)、二糖(蔗糖)和多糖(淀粉),其中以蔗糖和淀粉最为普遍。淀粉在叶绿体中合成,蔗糖在细胞质基质中合成。 (2)蛋白质、脂肪和有机酸等也都是光合作用的产物经过一系列转化产生的。 2.光合产物的运输 植物叶片光合产物首先满足于自身需求,只有当“库源关系”发生变化时,光合产物才开始以蔗糖的形式,经韧皮部运输到贮藏器官中。“源”是指制造和输出同化物的组织或器官,一般指成熟叶片;“库”是指消耗和输入同化物的组织或器官,指嫩枝、幼叶、花和果实等器官。 任务(三)　从“物质与能量观”的角度分析光合作用和呼吸作用的关系 突破点(一)　光合作用和呼吸作用的物质转化 1.(2025·河北高考)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是 (　　) A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2 C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2 D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物 解析:选A　光反应发生在类囊体膜上,H2O分解产生氧和H+等;暗反应发生在叶绿体基质,该过程可发生CO2的固定和C3的还原,生成有机物;有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质,该阶段丙酮酸和H2O彻底分解成CO2和[H],并释放出少量的能量;有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜,[H]和O2结合形成H2O。A错误,B、C、D正确。 2.(2025·郑州模拟)如图表示植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的过程示意图,其中a、b、c、d表示生理过程,甲表示细胞器,乙表示反应场所。下列有关叙述正确的是 (　　) A.a过程产生的NADPH可以用于CO2的固定 B.甲的内膜上含有催化ATP合成的酶 C.给植物提供O一段时间后,产物O2、(CH2O)、CO2、H2O都会出现18O D.光照条件下植物根细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成 解析:选C　a过程为水的光解,产生的NADPH可以用于C3的还原,A错误;甲是叶绿体,叶绿体的类囊体薄膜上含有催化ATP合成的酶,B错误;给植物提供O一段时间后,a过程产生18O2,水参与有氧呼吸的第二阶段(H2O+丙酮酸→CO2+[H]+能量),c过程会出现C18O2,18O2参与有氧呼吸的第三阶段生成水,d过程会出现O,b过程为CO2参与的暗反应,C18O2参与b过程会生成(CO),C正确;根细胞没有叶绿体,ATP合成场所是细胞质基质、线粒体,D错误。 3.如图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程及两者之间的联系。其中甲~戊表示生理过程,a~d表示相关物质。下列说法正确的是 (　　) A.物质a表示ATP,物质c表示O2,物质d表示CO2 B.甲表示光合作用的光反应阶段,对光能的吸收不需要酶的直接参与 C.若该叶肉细胞产生的物质c和物质d的量相等,则该植物的净光合速率为0 D.用18O同时标记H2O和CO2,可探究光合产物O2中O的来源 解析:选B　物质a表示ATP和NADPH,物质c表示O2,物质d表示CO2,A错误;甲表示光合作用的光反应阶段,对光能的吸收不需要酶的直接参与,B正确;若该叶肉细胞产生的物质c和物质d的量相等,则该植物的叶肉细胞的净光合速率为0,但是还有一些细胞只进行细胞呼吸,则该植物的净光合速率小于0,C错误;用18O分别标记H2O和CO2,可探究光合产物O2中O的来源,D错误。 思维建模 光合作用和有氧呼吸中C、H、O的转移途径 (1)碳(C)的转移途径 (2)氢(H)的转移途径 (3)氧(O)的转移途径 突破点(二)　“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径与能量代谢 　　[典例]　(2025·成都模拟)植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶(AOX)主导的交替呼吸途径,该途径对植物抵抗强光等逆境具有重要的生理学意义。图1表示eATP与呼吸链对光合作用相关反应的影响,其中iATP为细胞内ATP,eATP为细胞外ATP。请回答下列问题。 (1)图1中所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于叶绿体的　　　　(填结构)上。ATP和NADPH在光合作用中的共同作用是　　　　　　　　　。  (2)强光环境下,植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径,将过多的　　　　　　转移出叶绿体,并最终通过AOX的作用,将其中大部分能量以　　　　　　形式散失,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。  (3)据图1判断,eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用,其判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)为探究eATP对植物光系统反应效率的影响及其作用机制,研究者以野生型(WT)拟南芥和eATP受体缺失突变体(dorn-1)拟南芥为实验材料,利用交替呼吸抑制剂(SHAM)进行实验,结果如图2所示。据图2分析,在WT叶片中,SHAM处理能够引起实际光系统反应效率　　　　　;对WT叶片添加外源ATP可　　　　　SHAM所导致的影响;而在dorn-1叶片中,SHAM处理对植物实际光系统反应效率的影响　　　　　。  　　[解析]　(1)图1中所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ能利用光能,属于光反应过程,应位于叶绿体的类囊体(薄)膜上。ATP和NADPH在光合作用中的共同作用是可参与暗反应过程,为C3的还原提供能量。 (2)结合图1可知,强光环境下,植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径,将过多的NADPH转移出叶绿体,并最终通过AOX作用,将其中大部分能量以热能形式散失,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤,起到了保护叶绿体结构的作用。 (3)据图1可知,eATP需要与(细胞膜上的)DORN1受体结合后才能激发细胞内的信号转导,因此eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用。 (4)根据图2可知,在WT叶片中,与对照组相比,SHAM处理能够引起实际光系统反应效率降低;在WT叶片中,对照组、SHAM组和SHAM+ATP组的实际光系统反应效率是对照组>SHAM+ATP组>SHAM组,说明对WT叶片添加外源ATP可缓解SHAM所导致的影响。根据图2可知,在dorn-1叶片中,对照组、SHAM组的实际光系统反应效率差别不大,说明SHAM处理对植物实际光系统反应效率的影响不明显。 　　[答案]　(1)类囊体(薄)膜　为C3的还原提供能量　(2)NADPH　热能　(3)eATP需要与(细胞膜上的)DORN1(受体)结合后才能激发细胞内的信号传导　(4)降低　缓解　不明显 题型技法 图示图解类试题信息分析 该类试题多是通过图形创设新情境,提供新材料,或是以图形的方式展示生物学原理、过程等,其解题思维模板如下: (1)审题图,获信息 要从局部到整体,把大块分成小块,看清图中每一个过程,识别各部分名称,挖掘隐含信息,寻找突破口。 (2)理知识,找联系 理清图解涉及知识点,思考知识点之间的区别与联系,找到本质上的联系。 (3)深思考,定答案 针对设问,反思图像和题干信息,充分运用所学生物学的基本原理或概念准确作答。 [应用体验] 1.(2025·郑州二模)如图表示某植物同化CO2的过程,夜晚气孔开放,吸收CO2并转化为苹果酸储存起来;白天气孔关闭,苹果酸分解生成CO2,下列相关描述正确的是 (　　) A.细胞内的pH清晨比傍晚时高 B.白天进行光合作用利用的CO2全部来自苹果酸的分解 C.该植物白天将光能转化为活跃的化学能,夜晚将活跃的化学能转化为稳定的化学能 D.白天气孔关闭可有效减少水分蒸发,有利于适应高温干旱环境 解析:选D　由题图可知,该植物白天气孔关闭,同时进行光合作用消耗CO2,夜晚气孔打开,吸收CO2,同时进行细胞呼吸产生CO2,所以细胞内的pH清晨比傍晚时低,A错误。白天进行光合作用利用的CO2除了来自苹果酸的分解,还有细胞呼吸,B错误。该植物白天进行光合作用,将光能转化为活跃的化学能,并将活跃的化学能转化为稳定的化学能;该植物夜晚进行呼吸作用,将稳定的化学能转化为活跃的化学能,满足了生命活动的需要,C错误。该植物白天气孔关闭可有效减少水分蒸发,有利于适应高温干旱环境,D正确。 2.(2025·黄冈二模)小麦、水稻等大多数植物,在暗反应阶段,CO2被C5固定以后形成C3,进而被还原成(CH2O),这类植物称为C3植物。玉米、甘蔗等原产在热带的植物,CO2中的C首先转移到草酰乙酸(C4)中,然后转移到C3中,这类植物称为C4植物,其固定CO2的途径如图1所示(注:PEP羧化酶比RuBP羧化酶对CO2的亲合力更强)。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭,夜间气孔开放,这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径,如图2所示,这类植物称为CAM植物。 (1)C4植物的光反应发生在　　　　细胞。在炎热干旱环境中,与C3植物相比,C4植物的优越性表现为　　　　　　　。  (2)CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于　　　　　　　　　　过程,夜晚其叶肉细胞能产生ATP的场所是　　　　　　　　　　　。  (3)蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长,深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰,又担心植物多,在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请根据图1、图2的固碳途径,利用CO2传感器,设计实验探究蝴蝶兰是不是CAM植物。 实验思路:　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。  预期实验结果和结论:　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。  解析:(1)结合图1可知,C4植物叶肉细胞的叶绿体中有类囊体,而维管束鞘细胞的叶绿体中没有类囊体,因此可以进行光反应的是叶肉细胞。C4植物的PEP羧化酶比C3植物的RuBP羧化酶对CO2的亲和力更强,故在炎热干旱环境中,与C3植物相比,C4植物可以利用低浓度的CO2。(2)结合图2可知,CAM植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于呼吸过程释放和苹果酸分解;夜晚其叶肉细胞能产生ATP的过程是呼吸作用,场所是细胞质基质和线粒体。(3)CAM植物白天气孔关闭,夜间气孔开放从外界吸收CO2,因此要设计实验探究蝴蝶兰是不是CAM植物,可通过测定密闭容器内白天和晚上CO2含量的变化进行判断,实验思路及实验结果和结论见答案。 答案:(1)叶肉　可以利用低浓度的CO2　(2)苹果酸分解和细胞呼吸(有氧呼吸)　细胞质基质和线粒体　(3)在密闭装置内种植蝴蝶兰,利用CO2传感器测定其白天和夜晚CO2含量变化的差异　若密闭容器内白天CO2不变,晚上CO2下降,则为CAM植物;若白天CO2下降,晚上CO2增多,则不是CAM植物 [课时训练]　　　　　　　　　　　　　　　　 一、选择题 1.(2025·佛山二模)苦杏仁中的苦杏仁苷是一种氰化物,它能与线粒体某种蛋白质结合,导致细胞难以利用氧气进行有氧呼吸。因此,氰化物中毒又称为“细胞内窒息”。下列有关人体氰化物中毒的叙述正确的是 (　　) A.可能会破坏内环境酸碱平衡 B.不影响有氧呼吸的第一、二阶段 C.氰化物直接作用于线粒体基质 D.中毒后不会影响体温变化 解析:选A　由于氰化物中毒导致细胞难以利用氧气进行有氧呼吸,细胞会进行无氧呼吸产生乳酸,乳酸在体内积累过多会导致代谢性酸中毒,破坏内环境酸碱平衡,A正确;氰化物能与线粒体某种蛋白质结合,导致细胞难以利用氧气进行有氧呼吸,因此氰化物阻碍了有氧呼吸第三阶段,导致NADH积累,进而影响有氧呼吸的第一、二阶段,B错误;氰化物是与线粒体中参与有氧呼吸第三阶段的蛋白质结合,有氧呼吸第三阶段的场所是线粒体内膜,而不是线粒体基质,C错误;细胞呼吸是细胞产生能量的过程,有氧呼吸被抑制后,细胞会通过无氧呼吸产生能量,但无氧呼吸产生能量的效率远低于有氧呼吸,由于能量供应减少,身体的产热会受到影响,体温可能会下降,所以中毒后会影响体温变化,D错误。 2.(2025·新余模拟)如图为细胞两种无氧呼吸的部分过程示意图,图中的字母表示物质,数字表示相关过程。下列分析错误的是 (　　) A.图中物质A是丙酮酸、物质B是还原型辅酶Ⅰ B.图中过程②和过程③④均没有合成ATP C.图中物质A中的能量大部分以热能的形式散失 D.人的成熟红细胞中,物质B在细胞质基质被消耗 解析:选C　图中物质A是丙酮酸,物质B是还原型辅酶Ⅰ(NADH),A正确;图中过程②表示无氧呼吸产生乳酸的第二阶段,过程③④表示无氧呼吸产生酒精和CO2的第二阶段,在无氧呼吸第二阶段生成乳酸或酒精和二氧化碳,不生成ATP,B正确;图中物质A(丙酮酸)中的能量大部分存留在乳酸或者酒精中,C错误;人的成熟红细胞中没有线粒体,只能进行无氧呼吸,物质B(NADH)在细胞质基质被消耗,D正确。 3.(2025·黄冈模拟)水淹胁迫下,某植物经糖酵解过程(细胞呼吸第一阶段)分解葡萄糖产生丙酮酸,丙酮酸可以进一步转化成乙醇或乳酸以响应水淹胁迫。下列叙述正确的是 (　　) A.葡萄糖分解生成丙酮酸的过程只能在无氧条件下进行 B.在水淹胁迫下该植物细胞产生乙醇或乳酸的场所相同 C.长时间水淹会导致糖酵解过程产生的[H]在细胞中积累 D.无氧呼吸过程中,有机物中的能量大部分以热能形式散失 解析:选B　葡萄糖分解生成丙酮酸的过程为细胞呼吸的第一阶段,有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段都能进行此过程,并非只能在无氧条件下进行,A错误;在水淹胁迫下该植物细胞产生乙醇的场所是细胞质基质,产生乳酸的场所也是细胞质基质,场所相同,B正确;糖酵解过程产生的[H]在无氧条件下与丙酮酸反应生成乙醇或乳酸,不会在细胞中积累,C错误;无氧呼吸时葡萄糖分子中的能量大部分留在酒精或乳酸中,而不是以热能形式散失,D错误。 4.(2025·荆州模拟)菜粉蝶幼虫细胞中NADH脱氢酶(一种催化NADH与氧反应的酶)对广泛存在于植物的根韧皮部中的鱼藤酮十分敏感。生产上常利用鱼藤酮来防治害虫。下列有关叙述正确的是 (　　) A.NADH是还原型辅酶Ⅱ,主要在菜粉蝶幼虫细胞的线粒体基质中产生 B.鱼藤酮主要抑制菜粉蝶幼虫细胞有氧呼吸的第三阶段 C.鱼藤酮作用机制是抑制ATP水解,使菜粉蝶幼虫因为缺乏能量而死亡 D.长期使用鱼藤酮将导致菜粉蝶基因突变而使其种群抗药性基因频率增加 解析:选B　NADH是还原型辅酶Ⅰ,主要在有氧呼吸第二阶段产生,即主要在菜粉蝶幼虫细胞的线粒体基质中产生,A错误;NADH脱氢酶对鱼藤酮十分敏感,NADH脱氢酶是一种催化NADH与氧反应的酶,主要作用于有氧呼吸第三阶段,故说明鱼藤酮主要抑制菜粉蝶幼虫细胞有氧呼吸的第三阶段,B正确;鱼藤酮作用机制是抑制ATP合成,使菜粉蝶幼虫因为缺乏能量而死亡,C错误;鱼藤酮不会导致菜粉蝶基因突变,鱼藤酮起选择作用,改变了种群抗药性基因频率,D错误。 5.(2025·宿州三模)成骨细胞成熟过程中,无氧呼吸会逐渐加强,原因是线粒体在FIS1蛋白的促进下,分裂形成线粒体囊泡释放到细胞外调节成骨作用,Lys05(一种物质)可以有效地抑制细胞内溶酶体对线粒体囊泡的自噬作用,从而促进骨发生。下列说法正确的是 (　　) A.线粒体在有氧气时进行有氧呼吸,在没有氧气时进行无氧呼吸 B.成骨细胞成熟过程中,线粒体既提供ATP,又具有调节作用 C.线粒体囊泡的形成和分泌均依赖细胞膜的流动性 D.抑制细胞内FIS1蛋白和Lys05的活性,可以预防骨质疏松 解析:选B　线粒体是真核细胞内有氧呼吸的主要场所,不能进行无氧呼吸,A错误;由题意可知,成骨细胞成熟过程中,线粒体既提供ATP,又具有调节作用,B正确;线粒体囊泡的形成依赖线粒体膜的流动性,其分泌依赖囊泡膜和细胞膜的流动性,C错误;据题中信息可以看出,FIS1蛋白和Lys05可以促进骨发生,进而预防骨质疏松,FIS1蛋白和Lys05对骨发生都是有益物质,D错误。 6.(2025·苏州三模)关于NADH和NADPH的叙述,错误的是 (　　) A.两者组成元素均有C、H、O等 B.两者均可在植物的叶肉细胞中生成 C.两者均可作为还原剂参与细胞代谢 D.两者均可作为辅酶降低反应活化能 解析:选D　NADH和NADPH分别是还原型辅酶Ⅰ和还原型辅酶Ⅱ,两者组成元素均有C、H、O等,且两者均可作为还原剂参与细胞代谢,A、C正确;NADH是细胞呼吸产生的,NADPH是光反应产生的,植物的叶肉细胞既可以进行光合作用又可以进行细胞呼吸,因此NADH和NADPH均可在植物的叶肉细胞中生成,B正确;NADH和NADPH参与氧化还原反应,不具有酶的作用,不能降低反应活化能,D错误。 7.光合作用的产物有多种,其中三碳糖可通过叶绿体内膜上特定的载体运输到细胞质基质中合成蔗糖,并运输至其他器官,部分过程如图。下列叙述错误的是 (　　) A.合成淀粉、蔗糖、蛋白质、脂质所需的能量均来自光反应产生的ATP B.CO2参与卡尔文循环需特定酶、化合物参与,并产生多种中间产物 C.白天光照较强时叶绿体合成淀粉的活动活跃,晚上淀粉合成活动减弱 D.植物非光合部位的有机物来自叶肉细胞蔗糖的运输、合成和转化 解析:选A　光反应产生的ATP主要用于暗反应中C3的还原,合成淀粉、蔗糖、蛋白质、脂质所需的能量主要来自细胞呼吸产生的ATP等,A错误。CO2参与卡尔文循环(暗反应),需要特定酶催化,还需与C5结合等,会产生多种中间产物(如C3等),B正确。白天光照较强时,光反应产生的ATP和NADPH多,暗反应中C3还原多,叶绿体合成淀粉的活动活跃;晚上没有光照,光反应不能进行,缺少ATP和NADPH,淀粉合成活动减弱,C正确。由图可知,叶肉细胞中三碳糖可合成蔗糖运输到非光合部位,也可在叶绿体中合成淀粉等转化后运输,所以植物非光合部位的有机物来自叶肉细胞蔗糖的运输、合成和转化,D正确。 8.(2025·吉林三模)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),图中PSBS是一种类囊体膜蛋白,它能感应类囊体腔内的H+浓度而被激活,激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,从而防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是 (　　) A.图中的A是O2,C是ATP,D是NADP+ B.图中标注的色素主要吸收蓝紫光 C.用纸层析法提取色素时,所用试剂是层析液 D.过度光照将会激活膜蛋白PSBS,直接抑制反应Ⅰ中ATP形成过程 解析:选A　由图可知,A代表O2,B代表ADP和Pi,C代表ATP,D代表NADP+,A正确;叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光,B错误;用纸层析法分离色素,用无水乙醇提取色素,C错误;由图可知,PSBS可参与水的光解过程,水的光解产生H+、O2和e-,过度光照将会激活膜蛋白PSBS,PSBS抑制电子传递,影响膜两侧H+浓度梯度的建立,间接影响ATP的合成,D错误。 9.(2025·安康三模)植物细胞的呼吸作用方式有有氧呼吸、无氧呼吸以及磷酸戊糖途径。植物细胞内的6-磷酸葡萄糖经过一系列反应,产生NADPH、CO2和多种中间产物,该过程称为磷酸戊糖途径。植物染病时,磷酸戊糖途径活性增强,通过增加NADPH和核苷酸前体的供应,提高植物的抗氧化能力及防御物质的合成,从而增强抗病能力。下列说法错误的是 (　　) A.无氧呼吸和磷酸戊糖途径都不需要氧气的参与,都产生NADPH B.细胞进行有氧呼吸和磷酸戊糖途径的直接底物不同 C.磷酸戊糖途径产生的中间产物可为细胞内的生物合成提供原料 D.植物被病原体侵染后,细胞内的NADPH/NADP+比值增大,抗氧化能力增强 解析:选A　磷酸戊糖途径产生的是NADPH,而无氧呼吸产生的是NADH,A错误;有氧呼吸的直接底物是葡萄糖,而磷酸戊糖途径的直接底物是6-磷酸葡萄糖,B正确;由题干“植物染病时,磷酸戊糖途径活性增强,通过增加NADPH和核苷酸前体的供应,提高植物的抗氧化能力及防御物质的合成”可知,磷酸戊糖途径产生的中间产物可为细胞内的生物合成提供原料,C正确;植物被病原体侵染后,磷酸戊糖途径活性增强,产生更多的NADPH,所以细胞内的NADPH/NADP+比值增大,抗氧化能力增强,D正确。 10.(2025·沈阳模拟)如图表示玉米叶肉细胞内部分代谢活动的相互关系,其中a、b、c代表不同的细胞器,图示大小与细胞器的实际大小无关;①~⑤代表不同的物质。下列说法正确的是 (　　) A.c中含有糖类、无机盐、蛋白质等,可以调节植物细胞内的环境 B.物质①与③在b内参与的反应的场所是细胞器b的内膜 C.淹水情况下,丙酮酸产生酒精的过程有少量ATP的产生 D.图中P借助细胞膜上的载体蛋白以协助扩散方式进入植物细胞 解析:选A　据图分析,c是液泡,液泡中含有糖类、无机盐、蛋白质等,可以调节植物细胞内的环境,A正确;物质①表示水、物质③表示O2,b表示线粒体,水参与有氧呼吸第二阶段的反应,场所是线粒体基质,O2参与有氧呼吸第三阶段的反应,场所是线粒体内膜,B错误;淹水情况下,丙酮酸产生酒精的过程属于无氧呼吸第二阶段,有[H]消耗,不产生ATP,C错误;图中P借助细胞膜上的载体蛋白进入植物细胞需要消耗⑤ATP,所以这种运输方式是主动运输,而不是协助扩散,D错误。 二、非选择题 11.(2025·山东高考)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。 (1)叶绿体膜的基本支架是　　　　;叶绿体中含有许多由类囊体组成的　　　　,扩展了受光面积。  (2)据图分析,生成NADPH所需的电子源自　　　　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向,用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后,以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时,能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、　　　　。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中,在适宜光照条件下继续培养,绿藻产生的带18O标记的气体有　　　　。  (3)据图分析,通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)生物膜的基本支架是磷脂双分子层,叶绿体膜属于生物膜。基粒由类囊体堆叠形成,可增大膜面积以捕获更多光能。 (2)由图示可知,生成NADPH所需的电子来源于光反应中H2O的光解。3H2O参与光合作用生成葡萄糖(含3H标记),葡萄糖(含3H标记)经有氧呼吸第一阶段生成丙酮酸(含3H标记)和[H](含3H标记),被3H标记的丙酮酸进入线粒体基质参与有氧呼吸第二阶段,[H](含3H标记)参与有氧呼吸第三阶段。在含O的培养液中,绿藻进行光合作用,使O光解产生18O2;O参与有氧呼吸第二阶段生成C18O2,故绿藻产生的带18O标记的气体有O2、CO2。 (3)分析图示可知,绿藻通过途径①消耗过剩的电子并消除H2O2,减轻H2O2对光合系统的氧化损伤;通过途径②将过剩的光能转化为热能散失,进而减轻光合系统损伤。 答案:(1)磷脂双分子层　基粒　(2)H2O的光解　丙酮酸、[H]　O2、CO2　(3)途径①:消耗过剩的电子并消除H2O2,减轻H2O2对光合系统的氧化损伤;途径②:将过剩的光能转化为热能散失 学科网（北京）股份有限公司 $