大概念2 2 课时2 细胞呼吸和光合作用的基本过程（Word讲义）-【金版新学案】2026年高考生物学大二轮专题复习与测试（广东专版）

课时2　细胞呼吸和光合作用的基本过程 [自我校对]　①CO2＋H2O(CH2O)＋O2　②叶绿体类囊体的薄膜上　③叶绿体基质　④细胞质基质　⑤C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量　⑥细胞质基质　　 1．判断下列有关细胞呼吸叙述的正误 (1)(2025·江苏卷)人体细胞和酵母细胞无氧呼吸的产物都有CO2。(×) (2)(2022·河北卷)有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中。(×) (3)(2023·浙江6月选考)有氧呼吸产生的[H]与O2结合，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合。(√) (4)(2023·全国乙卷)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。(×) (5)(2023·湖北卷)癌细胞通过无氧呼吸在线粒体中产生大量乳酸。(×) (6)(2022·浙江6月选考)制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2。(×) (7)(2022·全国甲卷)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。(×) 2．判断下列有关光合作用叙述的正误 (1)(2024·江西卷)光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。(√) (2)(2023·全国乙卷)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素。(√) (3)(2023·湖北卷)高温下作物减产，叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(×) (4)(2021·山东卷)植物细胞产生的O2几乎全部来自光合作用。(√) 保分点一　细胞呼吸的原理 1．(2024·广东卷)研究发现，敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中，线粒体出现碎片化现象，且数量减少。下列分析错误的是(　　) A．碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸 B．线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱 C．有氧条件下，WT比△sqr的生长速度快 D．无氧条件下，WT比△sqr产生更多的ATP 答案：D 解析：有氧呼吸的主要场所在线粒体，碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸，A正确；有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体，线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱，B正确；与△sqr相比，WT正常线粒体数量更多，有氧条件下，WT能获得更多的能量，生长速度比△sqr快，C正确；无氧呼吸的场所在细胞质基质，与线粒体无关，所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同，D错误。 2．(2025·河北卷，改编)玉米T蛋白可影响线粒体内与呼吸作用相关的多种酶，T蛋白缺失还会造成线粒体内膜受损。针对T基因缺失突变体和野生型玉米胚乳，研究者检测了其线粒体中有氧呼吸中间产物和细胞质基质中无氧呼吸产物乳酸的含量，结果如图。下列分析错误的是(　　) A．线粒体中的[H]可来自细胞质基质 B．突变体中有氧呼吸的第二阶段增强 C．突变体线粒体内膜上的呼吸作用阶段受阻 D．突变体有氧呼吸强度的变化可导致无氧呼吸的增强 答案：B 解析：有氧呼吸第一阶段会产生[H]，场所是细胞质基质，A正确；据图可知，T基因缺失突变体中丙酮酸含量高于野生型，再结合题干中给出的T蛋白的功能可知，与野生型相比，突变体中有氧呼吸的第二阶段可能减弱，B错误；据题干“T蛋白缺失……内膜受损”推测，突变体线粒体内膜上的呼吸作用阶段受阻，C正确；由题图可知，突变体中乳酸含量较野生型高，再结合B、C项分析推测，突变体有氧呼吸强度的变化可导致无氧呼吸增强，D正确。 ◎(2025·广东模拟预测)种子在萌发过程中需要消耗氧气。如图表示豌豆干种子吸水萌发过程中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。下列叙述正确的是(　　) A．p点之前种子主要进行有氧呼吸 B．氧气浓度不会影响乙醇脱氢酶活性 C．q点时有氧和无氧呼吸消耗等量的葡萄糖 D．NAD＋可在细胞质基质和线粒体内膜上产生 答案：D 解析：p点之前种皮没有被胚根突破，氧气浓度较低，乙醇脱氢酶活性较高，说明p点之前种子主要进行无氧呼吸，A错误；随着子叶耗氧量增加，乙醇脱氢酶活性降低，说明氧气浓度影响乙醇脱氢酶活性，B错误；q点时，有氧呼吸和无氧呼吸被氧化的NADH相对值相同，根据有氧呼吸和无氧呼吸的化学方程式可知，无氧呼吸消耗的葡萄糖比有氧呼吸消耗的葡萄糖多，C错误；在细胞质基质中，丙酮酸与NADH反应生成乙醇和CO2，同时产生NAD＋，在线粒体内膜上，NADH与氧结合生成水，同时产生NAD＋，D正确。 1．细胞呼吸作用易错总结 (1)细胞呼吸过程中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)的简化表示方法。 (2)无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP，第二阶段丙酮酸转化成酒精或乳酸过程中不释放能量，不生成ATP。 (3)人体细胞无氧呼吸产生的是乳酸，所以人体细胞产生CO2的场所是线粒体基质，乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。 (4)“无氧”环境不一定更有利于果蔬、种子储存，因为O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，此时细胞进行无氧呼吸，大量消耗有机物，不利于果蔬、种子储存。 2．拓展点——三羧酸循环 有氧呼吸的三羧酸循环(TCA循环，又称Krebs循环或柠檬酸循环)是线粒体基质中分解代谢的核心途径，将乙酰辅酶A彻底氧化为CO2，同时生成[H](NADH和FADH2)和少量ATP。其生物学意义是： (1)为呼吸链提供[H](NADH/FADH2)。 (2)连接糖、脂、氨基酸代谢的枢纽。 (3)为生物合成提供前体(如α-酮戊二酸用于合成谷氨酸)。 (4)整个过程需氧(因NADH需O2作为最终电子受体)，是真核生物有氧呼吸的核心环节。 保分点二　光合作用的过程 ◎(2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b)，鉴定到突变体发生了P1L15基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。 回答下列问题： (1)图a中，当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，红光下光合速率的限制因子是________________，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________。 (2)图b中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为________________。通路2中吸收光的物质②为________。用箭头完成图c中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关：_____________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)根据图c中相关信息，概括出植物利用光的方式：________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)光照强度、光质　蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收的效率更高等合理答案)　(2)突变体中P1L15基因功能缺失，阻断了脱落酸信号通路对气孔开放程度的调控，使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异　(3)有机物中的化学能　光敏色素　光敏色素→(－)P1L15基因→(＋)脱落酸信号通路→(－)气孔开放程度　(4)通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物；通过光敏色素吸收光信号调控基因表达，影响植物生理过程 解析：(1)当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，从图a中红光曲线来看，随着CO2浓度增加，光合速率不再上升，说明此时CO2浓度不是限制因子，而可能是光照强度、光质等其他因素限制了光合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因，可能是蓝光能够促进光合作用中某些关键酶的活性，或者蓝光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等。(2)已知红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物的相关反应与夜间相似。突变体发生了P1L15基因的功能缺失，且该基因参与脱落酸信号通路的调控，在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测原因可能是突变体中P1L15基因功能缺失，使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用被阻断，导致在不同光质(远红光和红光)下气孔开放程度变化不大，从而导致蒸腾速率接近。(3)通路1中，①为光合色素，吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能(先是储存在ATP和NADPH中，最终储存在有机物中)。通路2中吸收光的物质②为光敏色素。由于突变体发生P1L15基因功能缺失后，在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，可推测光敏色素吸收光信号后，通过影响P1L15基因的表达，进而影响脱落酸信号通路，对气孔开放程度进行调控。且从图b中突变体在远红光和红光下蒸腾速率变化不大，野生型在红光条件下蒸腾速率较大，可推断光敏色素对P1L15基因表达的影响是负相关，P1L15基因对脱落酸信号通路是正相关，脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关，即光敏色素→(－)P1L15基因→(＋)脱落酸信号通路→(－)气孔开放程度。(4)根据图c中相关信息，植物利用光的方式有：一方面，通过叶绿体中的光合色素吸收光能，将其转化为化学能用于光合作用合成有机物；另一方面，通过光敏色素吸收光信号，调控基因(如P1L15基因)表达，进而影响植物的生理过程(如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度)。 1．(2025·四川达州三模)筛管是运输光合产物的通道，光合产物以蔗糖的形式从叶肉细胞经过一系列运输运至筛管—伴胞复合体(SE-CC)的细胞外空间，然后从细胞外空间进入SE-CC，SE-CC的细胞膜上有蔗糖—H＋共运输载体(SU载体)和H＋泵(具ATP水解酶活性，可将H＋运输到细胞外空间)，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE-CC中，再逐步汇入主叶脉运输至植物体的其他部位。下列说法错误的是(　　) A．蔗糖是小分子且溶于水的非还原糖，适合长距离运输 B．SE-CC中的蔗糖浓度高于细胞外空间 C．SU功能缺陷会导致叶肉细胞光合速率降低 D．降低SE-CC中的pH可以提高蔗糖向SE-CC运输的速率 答案：D 解析：蔗糖是二糖，为小分子，易溶于水，是非还原糖，适合长距离运输，A正确；H＋泵具ATP水解酶活性，可将H＋运输到细胞外空间，说明细胞外H＋浓度高于细胞内，SU载体将H＋和蔗糖同向转运进SE-CC中，说明蔗糖进入SE-CC中是主动运输，细胞内蔗糖浓度高于细胞外空间，B正确；SU功能缺陷引起光合产物积累，会导致叶肉细胞光合速率降低，C正确；降低SE-CC中的pH，细胞内H＋浓度升高，细胞内外H＋浓度差减小，运输蔗糖的能力减弱，会降低蔗糖向SE-CC运输的速率，D错误。 2．(2025·广东广州模拟预测)在光合作用的光反应中，叶绿素吸收的光能会被转化成电子进行传递。电子从光系统Ⅱ(PSⅡ)转移到光系统Ⅰ(PSⅠ)，最终生成NADPH。除此之外，PSⅡ还负责光合生物中水的光依赖性氧化，同时释放氧气和质子(H＋)，质子可以推动ATP合成，过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．PSⅡ具有吸收、利用光能，并进行电子传递的作用 B．破坏PSⅡ会影响光反应中氧气的释放和ATP的合成 C．若降低B侧的H＋浓度，则有利于光反应过程中产生ATP D．通过光合电子传递链，光能可转化到NADPH和ATP中 答案：C 解析：类囊体薄膜上的PSⅡ具有吸收、利用光能，并进行电子传递的作用，A正确；PSⅡ负责光合作用过程中水的光解，同时释放氧气和质子(H＋)，质子可以推动ATP合成，因此破坏PSⅡ会影响该过程中氧气的释放和ATP的合成，B正确；降低B侧的H＋浓度会减小类囊体膜两侧H＋浓度差，不利于H＋顺浓度运输到膜外，不利于ATP的合成，C错误；叶绿素接受光的照射后，在PSⅡ发生H2O的光解，释放e－，e－的最终供体是H2O，通过光合电子传递链，光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能，D正确。 1．光合作用过程中的三大错误认知 一 光反应产生的能量只用于暗反应 光反应产生的能量主要用于暗反应 二 光合作用所有过程均需要酶的催化 光合色素吸收光能不需要酶，光能转变化学能的过程需要酶 三 光合产物都是淀粉 光合产物有葡萄糖、蔗糖、淀粉等 2．拓展点——光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 (2)光反应时，通过光合色素将光能转化为电能，电子在电子传递体之间的传递导致ATP和NADPH的合成。 (3)光合作用ATP的合成依赖ATP合酶，通过光系统中电子传递链释放的能量在类囊体薄膜两侧建立质子梯度，质子顺电化学梯度流动时驱动ATP的合成。 3．拓展点——光合产物及运输 (1)磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。 (2)光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 争分点　光呼吸、C4途径、CAM途径 ◎(2023·湖南卷，节选)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　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，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸　(2)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 解析：(1)干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的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；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。(2)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。 【思维路径】 第一步：明确题目给出的条件 第(1)问：①玉米维管束鞘细胞的叶绿体内进行卡尔文循环；②干旱、高光照强度环境；③玉米CO2的Km远低于水稻。 第(2)问：①水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升；②光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。 第二步：进行逻辑推理论证 第(1)问 第(2)问：由①水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升；②光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化，可排除光合作用强度无明显变化的原因不可能是CO2浓度和光照强度，那就需要从影响光合作用强度的内因去找原因。 第三步：组织语言规范表达 (1)高于(2分)　高光照强度环境下，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酶更大；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘细胞内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸(3分，写出1条得1分) (2)酶的活性已经达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；水稻体内光合色素的量有限(3分，写出1条得1分) 【解题策略】　“因果搭桥法”解决长句表达类试题 1．光呼吸 (1)发生条件 ①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 ②Rubisco具有两面性(或双功能)。 (2)过程 (3)光呼吸与细胞呼吸的区别 反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 2．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 (1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 (2)比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 1．(2025·山东青岛模拟)叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，C5的结合与反应方向取决于CO2和O2的相对浓度。水稻叶肉细胞中光呼吸和光合作用的关系如图所示，不考虑叶片呼吸作用的影响。回答下列问题： (1)C3生成糖类的过程中NADPH的作用是____________________________，甘油酸转化为C3会消耗ATP，产生的ADP和Pi在叶绿体中被再利用的途径是______________________。 (2)光呼吸中C5与O2结合的反应场所是叶绿体的________；光呼吸过程________(填“提高”“降低”或“不改变”)水稻光合作用效率，若提高水稻产量，可通过适当升高CO2浓度达到增产目的，据图解释其原理是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)研究人员利用基因工程构建了一条新的“光呼吸支路”，使光呼吸的中间产物乙醇酸直接在叶绿体内被催化并最终完全分解为CO2，并将这条支路定位在水稻叶绿体中，大大提高了水稻的产量。结合题干信息分析水稻产量提高的机制是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)作为还原剂和提供能量　参与光反应生成ATP　(2)基质　降低　CO2浓度升高促进C5与CO2反应，加快光合作用速率，同时抑制C5与O2反应，减弱光呼吸，从而增加有机物的生成，减少有机物的消耗　(3)减少原本释放于线粒体的CO2，将乙醇酸中的碳更多地留在叶绿体中，提高叶绿体中CO2浓度，抑制光呼吸，提高水稻的光合效率 解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，C3生成糖类的过程中NADPH可以作为还原剂和提供能量，在光合作用的光反应阶段，ADP和Pi参与生成ATP。(2)从图中可知，光呼吸和光合作用的暗反应都涉及C5的反应，而暗反应的场所是叶绿体基质，所以光呼吸中C5与O2结合的反应场所是叶绿体的基质。光呼吸过程中，C5与O2结合，消耗了C5，这使得用于光合作用暗反应中固定CO2的C5减少，进而降低了水稻光合作用效率。因为C5的结合与反应方向取决于CO2和O2的相对浓度，适当升高CO2浓度，会使CO2与O2的相对浓度升高，C5更多地与CO2结合进行光合作用的暗反应，减少了C5与O2结合进行光呼吸的量，从而促进光合作用，达到增产目的。(3)研究人员利用基因工程构建了一条新的“光呼吸支路”，使光呼吸的中间产物乙醇酸直接在叶绿体内被催化并最终完全分解为CO2，减少原本释放于线粒体的CO2，将乙醇酸中的碳更多地留在叶绿体中，提高叶绿体中CO2浓度，抑制光呼吸，提高水稻的光合效率。 2．(2025·黑龙江哈尔滨二模)仙人掌是典型的旱生植物，其在长期干旱条件下进化出的光合作用模式与C3、C4类植物光合作用存在明显区别；下图1为仙人掌光合作用CO2同化途径，图2为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性昼夜转换机制，回答相关问题： (1)白天仙人掌可将________________________过程产生的CO2运入叶绿体参与________循环完成光合作用过程。 (2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，将吸收的CO2与________________结合被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中，据图分析这种存储的生理学意义在于_________________________________ _______________________；与C4植物将CO2固定和暗反应(分别在叶肉细胞和维管束鞘细胞中进行)在空间上分开相比，仙人掌将CO2固定和暗反应选择__________________，因而更加适应干旱环境。 (3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成，根据图1和图2分析其原因是____________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)某生物兴趣小组欲利用“密闭透明容器”验证仙人掌“夜间吸收CO2”的特性，请设计实验，简要写出实验思路和预期实验结果。 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)细胞呼吸和苹果酸分解　卡尔文　(2)PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)　维持细胞内pH稳定，避免酸中毒(或储存更多CO2以备白天使用，减少气孔开放，降低蒸腾作用)　在时间上分开(夜晚固定CO2，白天还原CO2)　(3)夜晚呼吸作用减弱，产生的CO2、ATP、NADH减少，可用于合成苹果酸的原料和能量减少，所以苹果酸生成量减少　(4)实验思路：将仙人掌置于密闭透明容器中，分别在白天和夜间测定容器内CO2浓度变化。预期实验结果：夜间容器内CO2浓度显著下降，白天二氧化碳浓度基本不变 解析：(1)在图1中，夜晚时，仙人掌进行细胞呼吸产生CO2，CO2被PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)固定形成苹果酸，苹果酸储存在液泡中；白天，苹果酸从液泡中释放出来，分解产生CO2，同时还有细胞呼吸产生CO2，CO2进入叶绿体参与卡尔文循环(暗反应)，完成光合作用过程。(2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，将吸收的CO2与PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结合被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中。这种存储的生理学意义在于维持细胞内pH稳定，避免酸中毒(或储存更多CO2以备白天使用，减少气孔开放，降低蒸腾作用)。与C4植物将CO2固定和暗反应在空间上分开相比，仙人掌将CO2固定和暗反应选择在时间上分开(昼夜不同阶段)，因而更加适应干旱环境。CAM植物通过夜间固定CO2和白天释放CO2的时间分离机制，减少了白天气孔开放导致的水分蒸发，从而适应干旱环境。(3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成，因为夜晚呼吸作用产生的CO2、ATP、NADH减少，可用于合成苹果酸的原料和能量减少，所以苹果酸生成量减少。(4)利用“密闭透明容器”验证仙人掌“夜间吸收CO2”，需将该仙人掌置于密闭透明容器中，分别在白天和夜间测定容器内CO2浓度变化。预期实验结果：夜间容器内CO2浓度显著下降，白天二氧化碳浓度基本不变。 课时训练4　细胞呼吸和光合作用的基本过程 (时间：40分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－7题每小题3分，共21分) 保分点一　细胞呼吸的原理 1．(2025·广东佛山二模)科学家发现，大多数癌细胞的线粒体缺少嵴。下列生理过程受影响最显著的是(　　) A．葡萄糖分解为丙酮酸 B．丙酮酸转化为乳酸 C．NADH与O2结合生成水 D．酒精与CO2的生成 答案：C 解析：葡萄糖分解为丙酮酸的场所是细胞质基质，与线粒体缺少嵴无关，A不符合题意；丙酮酸转化为乳酸的场所是细胞质基质，与线粒体缺少嵴无关，B不符合题意；NADH与O2结合生成水发生在线粒体内膜上，与线粒体缺少嵴有关，C符合题意；酒精与CO2的生成场所是细胞质基质，与线粒体缺少嵴无关，D不符合题意。 2．(2025·广东佛山二模)自动酿酒综合征(ABS)是由肠道微生物紊乱引起的罕见疾病，表现为患者消化道内微生物发酵产生的酒精浓度过高使人产生醉酒的状态。患者易发生肝功能衰竭等症状。有关叙述正确的是(　　) A．人体肠道中生活的微生物有些与人类是共生关系，有些与人类是寄生关系 B．患者肠道内酵母菌的数量较高，发酵产生酒精的过程主要发生在线粒体中 C．患者易发生肝功能衰竭等症状的主要原因是微生物感染了肝细胞引起细胞坏死 D．应该适当控制患者的饮食，增加食物中糖类物质的含量以保证足够的能量供应 答案：A 解析：人体肠道中生活的对人体有利的微生物与人类是共生关系，有些对人体有害的如志贺菌、沙门氏菌等肠道致病菌，与人类是寄生关系，A正确；酵母菌是真核生物，产生酒精的场所是细胞质基质，B错误；患者易发生肝功能衰竭等症状的主要原因是酒精含量过高破坏了肝细胞的结构和功能，导致肝细胞坏死，C错误；增加糖类物质的食用能为微生物提供更多的底物，产生更多的酒精，反而会加重ABS的病症，D错误。 3．(2025·广东佛山二模)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 答案：A 解析：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，阻碍有氧呼吸第三阶段，导致NADH积累，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。 保分点二　光合作用的过程 4．(2025·广东大湾区二模)深秋时节，大自然调出绚丽的色彩，或金黄，或火红，引人入胜。下列叙述正确的是(　　) A．树叶由绿变黄的原因是叶黄素和胡萝卜素大量增加 B．导致树叶变红的色素可能位于一种单层膜细胞器中 C．为分析叶片变黄的原因，常用无水乙醇分离叶片中的色素 D．树叶变黄、变红并脱落，不利于植物适应环境 答案：B 解析：秋季树叶变色的原因是叶绿素分解，叶黄素和胡萝卜素显现，使叶片变黄，A错误；花青素积累，使叶片变红，花青素位于液泡中，液泡是一种单层膜细胞器，B正确；无水乙醇用于提取色素而非分离，C错误；树叶变色脱落是植物适应环境的方式，D错误。 5．(2025·江西南昌二模)研究者欲用希尔反应来测定拟南芥叶绿体的活力。希尔反应的基本过程是将离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色。下列叙述正确的是(　　) A．希尔反应中加蔗糖的目的是为该反应提供能量 B．DCIP的颜色变化的快慢或单位时间内的氧气释放量均可反映出叶绿体活力 C．DCIP(氧化型)在希尔反应中的作用相当于NADPH在光反应中的作用 D．希尔反应可以说明有机物的最终合成与水的光解无关 答案：B 解析：希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持渗透压，A错误；水在光照下被分解，溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色，颜色变化的快慢代表了H＋释放的速度，同样氧气的释放速度也代表光反应的速率，它们均可反映出叶绿体活力，B正确；希尔反应模拟了光合作用中光反应阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的类囊体膜中进行，溶液中的DCIP被还原，因此氧化剂DCIP在希尔反应中的作用相当于NADP＋在光反应中的作用，C错误；希尔反应的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，但不能说明有机物的最终合成和水的光解无关，D错误。 6．(2025·四川绵阳二模)小麦是一种非常重要的农作物，下图是小麦光合作用过程的部分示意图，字母A～G代表物质。下列分析正确的是(　　) A．图中物质D为NADPH，可为E和G反应提供还原剂和能量 B．三碳糖在酶b的催化下，产物除淀粉外，还有一部分是蔗糖 C．若将图中A标记上18O，则一段时间后G中会检测到放射性 D．若适当提高图中G的浓度，则短时间内D会升高，C会降低 答案：B 解析：分析题图可知，D是NADPH、ATP，E是C5，F是C3，G是CO2，NADPH可为F还原成E和有机物的过程提供还原剂和能量，A错误；三碳糖在酶b的催化下，光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖，B正确；18O为稳定同位素，无放射性，C错误；若适当提高图中G(CO2)的浓度，短时间内生成的C3增加，C3还原消耗的NADPH增加，因此短时间内D(NADPH)会降低，C(NADP＋)会升高，D错误。 7．(2025·湖北武汉二模)植物光合作用的产物存在如下图所示的两种转移路径：①在叶绿体中合成淀粉进行储藏，②被运到细胞质基质中合成蔗糖进一步用于储藏或运出细胞。据图分析，下列相关叙述最不合理的是(　　) A．光合作用的直接产物并非葡萄糖 B．磷酸丙糖进入细胞质基质的过程穿过了2层生物膜 C．适当给土豆施加磷肥有助于提高土豆的产量 D．在白天叶片中的淀粉含量高而蔗糖含量低，夜间则相反 答案：D 解析：据题图分析可知，光合作用的直接产物实际上是磷酸丙糖(包括甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮)，这些磷酸丙糖随后在叶绿体内被转化为淀粉进行储藏，或者被运出叶绿体到细胞质基质中进一步合成蔗糖，A正确。磷酸丙糖是在叶绿体基质中产生的，它需要通过叶绿体的2层膜(外膜和内膜)才能进入细胞质基质，B正确。磷元素是植物生长所必需的营养元素之一，它对于植物体内许多重要化合物的合成(如ATP、DNA和磷脂等)都是必不可少的。适当施加磷肥可以促进植物的生长和发育，包括提高光合作用效率、增加产量等，C正确。在白天，植物进行光合作用，产生大量的磷酸丙糖。这些磷酸丙糖一部分被转化为淀粉储藏在叶绿体中，一部分则被运出叶绿体到细胞质基质中合成蔗糖。然而，这并不意味着在白天叶片中的淀粉含量就一定高而蔗糖含量就一定低。实际上，淀粉和蔗糖的含量受到多种因素的影响，包括光照强度、温度、植物种类和生长阶段等。在夜间，由于没有光照，光合作用停止，但植物仍然会进行呼吸作用消耗储能物质。此时，叶片中淀粉和蔗糖的含量变化取决于呼吸作用的消耗和植物体内其他代谢过程的调节，D错误。 (8－9题每小题5分，共10分) 8．(2025·广东珠海模拟预测)很多物质会影响细胞呼吸过程，进而造成中毒症状，部分物质作用机制如下： 2-脱氧葡萄糖 与葡萄糖竞争性结合酶活性位点，抑制酶的功能 砷 抑制线粒体基质中某些酶的活性 氰化钾 影响线粒体内膜的功能 某中毒者肌肉细胞中的丙酮酸浓度正常、NADH浓度偏高。下列说法正确的是(　　) A．2-脱氧葡萄糖只影响有氧呼吸第一阶段ATP的产生 B．氰化钾中毒者的线粒体可能无法利用O2 C．砷中毒可能影响细胞无氧呼吸的进行 D．该中毒者可能是砷中毒 答案：B 解析：2-脱氧葡萄糖与葡萄糖竞争性结合酶活性位点，抑制酶功能，而有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸第一阶段反应相同，都会受其影响，不只是影响有氧呼吸第一阶段ATP的产生，A错误；氰化钾影响线粒体内膜功能，而线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段NADH和O2结合生成水的场所，所以氰化钾中毒者的线粒体可能无法利用O2，B正确；砷抑制线粒体基质中某些酶的活性，无氧呼吸场所是细胞质基质，所以砷中毒不影响细胞无氧呼吸进行，C错误；中毒者肌肉细胞中丙酮酸浓度正常、NADH浓度偏高，砷抑制线粒体基质中某些酶活性，会使丙酮酸不能顺利进入线粒体进一步氧化分解，丙酮酸浓度应升高，所以该中毒者不是砷中毒，D错误。 9．(2025·湖南长沙二模)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。已知Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶，但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。下列相关分析不正确的是(　　) 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 A．O2可能会与CO2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率 B．CO2通过细胞膜和光合片层膜的方式分别为自由扩散和主动运输 C．推测羧化体限制气体扩散可能为限制O2和CO2从羧化体出去 D．光合片层膜是蓝细菌细胞内的一种生物膜，其上有光合色素，推测其功能类似于高等植物叶绿体的类囊体薄膜 答案：C 解析：Rubisco也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，所以O2可能会与CO2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率，A正确；图中显示CO2通过细胞膜是通过自由扩散进行的，而通过光合片层膜的方式为主动运输，因为该过程需要消耗能量，B正确；蓝细菌羧化体的蛋白质外壳通过限制内部CO2出去和限制外部O2的进入从而实现内部高CO2浓度，一方面能有效降低光呼吸，另一方面还能有效提高光合效率，C错误；高等植物叶绿体的类囊体薄膜是光反应的场所，类囊体薄膜上有光合色素，蓝细菌的光合片层膜上有光合色素，所以推测其功能类似于高等植物叶绿体的类囊体薄膜，D正确。 10．(19分)(2025·广东潮州二模)广东省徐闻县盛产菠萝，有“菠萝的海”美誉。在进化过程中，菠萝形成了如下图所示的特殊光合作用机制，能适应干旱高温的生长环境。 回答下列问题： (1)据图可知，能与CO2结合的物质有________________________________。用14C标记环境中的CO2，则菠萝利用其合成(CH2O)过程中，14C的转移途径为______________________________________________________________________。 (2)参与卡尔文循环的CO2的来源包括_____________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________。 菠萝将CO2的固定与卡尔文循环在时间上分隔的意义是___________________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________，从而适应干旱高温的环境。 (3)菠萝心腐病是由疫霉属真菌引起的土传病害，严重影响菠萝产量。芽孢杆菌是农业上常用的一种促进农作物生长发育、提高土壤抗病性的生防菌。某团队通过田间实验，研究不同施肥方式对心腐病、土壤化学性质及根际土壤细菌多样性的影响，结果如下表所示。 施肥方式 发病率/% 致病菌数量 /(logCFU·g-1) pH 有机物质/% 土壤微生物群 落物种多样性 CK 17.33 3.83 4.93 0.12 4.2 YJ 15.00 3.71 6.02 0.31 4.6 KN 7.67 3.15 5.76 0.52 4.8 KY 11.67 3.23 6.10 0.72 5.9 注：CK：化肥处理；YJ：普通有机肥处理；KN：羊粪有机肥＋泥炭土＋枯草芽孢杆菌；KY：羊粪有机肥＋椰糠＋枯草芽孢杆菌。 ①根据实验结果可知，预防心腐病效果最好的施肥方式是________(填“CK”“YJ”“KN”或“KY”)。为进一步研究芽孢杆菌提高土壤抗病性的原理，研究人员可作出的假设是____________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________，进而抑制疫霉属真菌数量。 ②要验证①所提出的假设，接下来的研究方向是_______________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)、C5　14CO2→草酰乙酸→苹果酸→14CO2→14C3→(14CH2O)　(2)苹果酸分解释放、细胞呼吸作用产生　保证光合作用正常进行、减少水分蒸发　(3)①KN　枯草芽孢杆菌可提高土壤的pH和土壤中微生物的多样性　②探究土壤pH对疫霉属真菌的影响(或探究土壤中微生物与疫霉属真菌的关系)(与①的假设匹配且合理即可) 解析：(1)分析题图可知，CO2能与磷酸烯醇式丙酮酸结合转化为草酰乙酸，CO2还能参与卡尔文循环，与C5结合生成C3。菠萝的特殊光合作用机制是夜晚气孔开放，吸收二氧化碳并转化为苹果酸储存起来，白天气孔关闭，将夜晚储存的苹果酸分解形成二氧化碳参与卡尔文循环，因此用14C标记环境中的CO2，则菠萝利用其合成(CH2O)过程中，14C的转移途径为14CO2→草酰乙酸→苹果酸→14CO2→14C3→(14CH2O)。(2)分析题图并结合细胞代谢可知，参与卡尔文循环的CO2的来源包括苹果酸分解释放，细胞呼吸作用产生。菠萝将CO2固定与卡尔文循环在时间上分隔是对所处环境的适应过程，保证光合作用正常进行、减少水分蒸发，有利于菠萝抵抗干旱高温胁迫。(3)①分析题图可知，KN处理后菠萝心腐病的发病率最低，预防心腐病效果最好。为进一步研究芽孢杆菌提高土壤抗病性的原理，研究人员可作出的假设是枯草芽孢杆菌可提高土壤的pH和土壤中微生物的多样性。②要验证①所提出的假设，接下来的研究方向是探究土壤pH对疫霉属真菌的影响。 学科网（北京）股份有限公司 $