2026届高三生物二轮复习讲义专题二　高阶思维应用1　细胞代谢与粮食增产(抗盐碱、干旱等逆境胁迫与植物激素)

该高中生物学高考复习讲义聚焦细胞代谢与粮食增产核心考点，整合光合作用原理、植物激素调节及逆境胁迫响应等内容，通过情境探究、考点解析、真题训练等环节，帮助学生构建物质与能量观，突破光合效率提升及增产措施等难点。 讲义以人工光合作用等前沿情境为载体，设计对比分析（如CETCH循环与卡尔文循环）、实验数据解读等探究活动，培养科学思维与探究实践能力。设置基础选择、综合应用分层练习，配合即时反馈，助力学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

高阶思维应用1　细胞代谢与粮食增产 (抗盐碱、干旱等逆境胁迫与植物激素) 【思维探究】 【情境】 　　人工光合作用技术是指仿效自然界的光合作用,利用纳米大小的光感应材料将光能转换成电能,由此产生氧化还原酶反应,该技术有望成为绿色生物工程研发的开端。如图所示为一半天然、一半合成的人造“叶绿体”,科研人员利用光和该系统实现了CO2的固定。该系统利用光能通过新途径——CETCH循环(该途径中的酶来自植物、动物、微生物等多个物种)把CO2固定成乙醛酸,乙醛酸能被体系中的NADPH还原为羟基乙酸,同时还将ADP磷酸化为ATP,从而成功地重建了重要的光合代谢途径。 【探究】 (1)图中发光液滴即为人造“叶绿体”,推测其分隔内外油与水的结构可能是___________。  【解析】(1)磷脂分子一端为极性分子,是亲水的,另一端为非极性分子,是疏水的,因此内外为油与水时,分隔的结构为磷脂单分子层。 (2)CETCH循环途径中的乙醛酸相当于卡尔文循环中的______________(填物质名称)。  【解析】(2)CETCH循环途径中CO2通过乙醛酸转化成有机物羟基乙酸,卡尔文循环中CO2通过C3形成有机物,因此CETCH循环途径中的乙醛酸相当于卡尔文循环中的C3。 (3)人造“叶绿体”中光合色素的功能是__________________,人造“叶绿体”中的类囊体为CETCH循环提供______________________。  【解析】(3)光合色素的功能是捕获和转化光能,在类囊体生成NADPH、ATP,因此人造“叶绿体”中的类囊体为CETCH循环提供NADPH、ATP。 (4)同等光照条件下,研究人员发现人造“叶绿体”比自然植物细胞积累有机物的效率更高,出现该现象可能的原因是____________________ (答两点)。  【解析】(4)从光合作用的过程与光合作用和细胞呼吸的关系分析,人造“叶绿体”中的酶催化效率更高,固碳能力更强;植物细胞要进行呼吸作用消耗部分有机物,人造“叶绿体”不需要,因此人造“叶绿体”比自然植物细胞积累有机物的效率更高。 答案:(1)磷脂单分子层　 (2)C3 (3)捕获和转化光能　NADPH、ATP (4)人造“叶绿体”中的酶催化效率更高,固碳能力更强;植物细胞要进行呼吸作用消耗部分有机物,人造“叶绿体”不需要 【思维源点】 提高农作物产量解决粮食问题 1.原理:通过控制环境因素如光照、温度、二氧化碳、水、肥等,降低细胞呼吸消耗,增加光合积累,提高农作物产量。 2.措施: (1)因地制宜,采用合适的耕种方式,如轮作、间作和套作等。 (2)采用先进的育种技术、合理使用植物生长调节剂、科学防治害虫等。 (3)研究开发人工光合系统,拓宽有机物的来源等。 【迁移应用】 1.智慧农业常采用无土栽培结合各类技术手段对农作物生长环境进行精准调控,从而影响农作物的生长发育。下列相关叙述错误的是(　　) A.采用补光等措施在温室中种植作物,可实现反季节生产 B.向温室中持续通入高浓度CO2,实现作物产量的最大化 C.实时调节培养液的pH,有利于植物吸收矿质元素 D.利用控温设备调控温室中的温度,有利于有机物的积累 【解析】选B。采用补光、增温等措施在温室中种植农作物,可实现反季节生产,提高经济效益,A正确;向温室中持续通入适宜浓度的CO2,有利于提高植物的光合作用强度,进而提高产量,实现作物产量的最大化,但二氧化碳浓度过高会抑制作物的呼吸作用,进而影响光合作用,B错误;实时调节培养液的pH,维持根系的正常生长状态,有利于植物吸收矿质元素,C正确;利用控温设备调控温室中的温度,增大昼夜温差,降低农作物夜晚的呼吸作用,有利于有机物的积累,D正确。 2.( 2025·茂名二模)耕地盐碱化是制约水稻产量的主要因素之一。下表是研究增施氮肥和叶面喷施5-ALA(一种促进性植物生长调节剂)对水稻幼苗的部分生理特性的结果,下列叙述错误的是(　　) 组别 处理 总叶绿素含量/(mg/L) 细胞可溶性蛋白质含量/(μg/g) 甲 0.1 gN 25.65 32 乙 0.1 gN+0.3% NaCl 19.13 36 丙 0.15 gN+0.3% NaCl 24.73 39 丁 ? 32.39 40 A.丁组的处理措施是0.1 gN+0.3%NaCl+适量5-ALA B.增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响 C.增施氮肥和喷施5-ALA可降低水稻幼苗的吸水能力 D.增施氮肥和喷施5-ALA可提高盐碱化水稻幼苗的生长 【解析】选C。由题意可知,叶面是否喷施5-ALA是实验的自变量之一,据此并结合表中对甲~丙组的处理可推知,丁组的处理措施是0.1 g N+0.3%NaCl+适量5-ALA,A正确;总叶绿素含量:甲组>丙组>乙组,说明NaCl(耕地盐碱化)能够降低光合作用,而增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响,B正确;四组对比,丁组细胞可溶性蛋白质含量最高,其次是丙组,表明丁组细胞内的溶液渗透压最大,其次是丙组,进而说明增施氮肥和喷施5-ALA可提高水稻幼苗的吸水能力,C错误;甲组和乙组对比,说明NaCl(耕地盐碱化)能够降低光合作用;甲组、乙组和丙组对比,说明增施氮肥可以缓解NaCl对水稻幼苗光合作用的影响;四组对比,说明5-ALA缓解NaCl对水稻幼苗光合作用影响的作用更显著。可见,增施氮肥和喷施5-ALA均可促进盐碱化水稻幼苗的生长,D正确。 【加固训练】 (2025·山西二模)人工光合系统在可持续能源领域具有广阔的应用前景。我国科学家利用光合作用的原理构建人工光合系统,该系统的工作流程如下图,请回答下列问题。 (1)人工光合系统利用了光合作用的原理,请写出光合作用的反应式______________________________。  【解析】(1)光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将CO2和H2O转化为储存能量的有机物,同时释放出氧气的过程,其反应式为:CO2+H2O (CH2O)+O2。 (2)过程①相当于叶肉细胞中____________吸收光能的过程;过程③④⑤处于同一反应体系,反应过程需控制温度和pH,其原因是________________。  【解析】(2)过程①表示吸收光能,相当于叶肉细胞中光合色素吸收光能的过程;过程③④⑤处于同一反应体系,反应过程需控制温度和pH,其原因主要是该反应过程需要酶的催化,酶发挥作用需要适宜的温度和pH。 (3)过程②中,与叶肉细胞中光反应的不同之处有______________________________、______________________________。  【解析】(3)过程②与光反应相比较,其区别在于:一是条件不同,过程②需要的是电能,光反应需要的是光能;二是产物不同,过程②的产物是O2和H2,光反应的产物是O2和H+。 (4)与传统农业生产相比,人工光合系统的优势为____________________________________。(答出一点即可)  【解析】(4)与传统农业生产相比,人工光合系统的优势主要有:不占用耕地;几乎不受季节、天气等的影响。 答案:(1)CO2+H2O(CH2O)+O2 (2)光合色素　该反应体系中的生物酶发挥作用时需要适宜的温度和pH (3)产物:过程②产生O2和H2,光反应产生O2和H+　条件:过程②为电能,光反应为光能 (4)不占用耕地、几乎不受季节、天气等的限制 3.提高光合作用效率一直是科学界关注的热点问题。研究人员对野生型蓝细菌(WT)进行改造,创建了只消耗NADPH而不消耗ATP的异丙醇生物合成途径,提高了改造后蓝细菌(SM7)的光合速率,有关代谢过程如图所示,A~D代表不同的物质,羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。回答下列问题: (1)据图分析,CO2依次以________________________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的光合片层膜上含__________________(写出2种色素)及相关的酶,可进行光反应。  【解析】(1)结合图示可知,CO2以自由扩散的方式直接进入细胞,通过CO2转运蛋白以主动运输的方式进入光合片层。蓝细菌的光合片层膜上含叶绿素和藻蓝素等光合色素及相关的酶,可进行光反应。 (2)蓝细菌光合作用过程中,NADPH的作用是________________________。ATP合成酶除能催化合成物质B外,还具有____________功能。A物质为________。  【解析】(2)光合作用过程中,NADPH的作用是为C3的还原提供还原剂和能量。从图中可以看出,ATP合成酶除能催化合成ATP外,还可以运输H+。水光解的产物是H+和O2,所以A为O2。 (3)水体中CO2浓度低,扩散速度慢,但蓝细菌能通过CO2浓缩机制高效进行光合作用,据图分析蓝细菌的CO2浓缩机制有_________________(答出2点即可)。  【解析】(3)由题图可知,蓝细菌可以吸收CO2和HC两种无机碳,HC在羧化体内可转变成CO2;光合片层膜上含有CO2转运蛋白,可以通过主动运输的方式吸收CO2;羧化体的蛋白质外壳可避免CO2逃逸,因此蓝细菌能通过CO2浓缩机制高效进行光合作用。 答案:(1)自由扩散、主动运输　叶绿素和藻蓝素 (2)为C3的还原提供还原剂和能量　物质运输(或运输H+)　O2 (3)蓝细菌可以吸收CO2和HC两种无机碳,HC在羧化体内可转变为CO2;光合片层膜上含有CO2转运蛋白,可以通过主动运输的方式吸收CO2;羧化体的蛋白质外壳可避免CO2逃逸 4.耕地是粮食生产的命根子,合理利用耕地对保障粮食生产具有重要意义。为探究不同耕作方式(免耕、犁耕)、种植模式(间作、轮作)对小麦产量的影响,科研人员开展了实验,部分检测结果如表所示: 处理 叶绿素含量相对值 胞间CO2浓度/(μmol·L-1) 气孔导度/ (mmol·m-2·s-1) 净光合速率/ (μmolCO2·m-2·s-1) ①免耕间作 60 502.72 0.99 24.05 ②犁耕间作 55 1005.25 0.87 17.13 ③免耕轮作 57 1009.52 0.73 18.12 ④犁耕轮作 53 1045.54 0.46 15.52 注:胞间CO2是指植物体细胞之间的CO2;气孔导度是指气孔张开的程度。 回答下列问题: (1)小麦叶片中叶绿素捕获的光能在光反应阶段用于_____________(答出两点即可)。  【解析】(1)小麦叶片中叶绿素捕获的光能在光反应阶段用于H2O的光解和ATP的合成。 (2)据表分析,与犁耕相比,免耕小麦植株净光合速率更快:一个原因是CO2利用率更高,判断依据是____________________________________;另一个原因是________________________________________________。  【解析】(2)分析表格数据可知,与犁耕相比,免耕小麦植株气孔导度大,但胞间CO2浓度降低,说明免耕小麦植株CO2利用率更高,净光合速率更快;与犁耕相比,免耕小麦植株叶绿素含量相对值更高,能吸收、传递和转化更多的光能,光反应速率更快,光反应为暗反应提供的物质是ATP和NADPH,由于光反应增强,可以为暗反应提供更多的ATP和NADPH。 (3)与轮作相比,间作种植的优点是透光性、通风性更好,提高了作物群体对____________的利用率,使作物群体增产;并且隔行种植的不同植物根系深浅搭配,能合理利用不同层次土壤内的__________。  【解析】(3)与轮作相比,间作种植透光性、通风性更好,提高了作物群体对光能和CO2的利用率,从而使作物群体增产。隔行种植的不同植物根系深浅搭配,能合理利用不同层次土壤内的水分和无机盐。 (4)松土易造成水土流失和空气中扬尘的出现。近些年,农业提倡免耕法,尽量不用或少用松土措施,收获时只收割麦穗等部分,而经过处理的农作物秸秆或残根保留在土壤中任其腐烂,以便恢复土壤的自然状态并保护土壤。免耕法有利于__________________________________________(写出两点)。  【解析】(4)免耕法又叫保护性耕作法,是指农业生产中平时不用或尽量少用松土措施,收获时将农作物秸秆等保留在土壤中任其腐烂,这样有利于水土保持、减少沙尘暴的发生、提高土壤的肥力等。 答案:(1)H2O的光解和ATP的合成 (2)气孔导度大,但胞间CO2浓度显著降低　叶绿素含量相对更高,光反应速率更快 (3)光能和CO2　水和无机盐 (4)保持水土、减少沙尘暴的发生、提高土壤的肥力 【加固训练】 (2025·重庆5月模拟)我国目前大力推行的黄金搭档“玉米—大豆带状复合种植”立体农业模式,通过大豆、玉米间种,最大限度发挥土地潜力,助农增产增收。 (1)我国用于种植的玉米和大豆种类繁多,因此要选择适合间种模式的玉米、大豆品种。据图分析,选择紧凑型玉米品种的原因是__________。  【解析】(1)图中显示紧凑型的玉米品种种植,可以减少荫蔽面积,有利于提高光能利用率,所以选择紧凑型玉米品种的原因是在不影响玉米产量的同时,能使大豆获得更充分的光照,利于其光合作用的进行,提高大豆产量。 (2)研究人员以某耐荫型大豆品种(N)为研究对象,设置T1(2行玉米间隔2行大豆间种)、T2(1行玉米间隔1行大豆间种)和CK(空白对照组)3种空间处理,在相同且适宜的条件下种植一段时间,测量各组大豆植株的净光合速率、气孔导度(气孔张开程度)、胞间CO2浓度(叶肉细胞间的CO2浓度),结果见表。 空间 配置 净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1) 气孔导度(μmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度(μmol·m-2·s-1) CK 27.9 0.45 243 T1 16.7 0.32 237 T2 15.6 0.27 252 ①本实验中净光合速率的测量指标是______________________。  ②气孔导度除影响植物吸收CO2外,还会影响蒸腾速率。蒸腾作用的意义有 ________________ (答2点)。  ③有研究表明,引起净光合速率降低的植物自身因素包括气孔部分关闭、叶肉细胞活性下降两类,二者都会影响胞间CO2的浓度。结合表中相关数据,判断T1、T2处理下大豆的净光合速率降低主要因素分别是________________________。  【解析】(2)表中显示净光合速率的单位是μ molCO2·m-2·s-1,故本实验中净光合速率的测量指标是单位时间、单位面积的CO2吸收量。蒸腾作用的意义有降低叶面温度、促进水分的吸收和运输、促进植物体内矿质元素的运输等。分析题干和表格可知,T1处理下与对照组比较,净光合速率降低,气孔导度和胞间CO2浓度也降低,由此可知,T1处理下大豆的净光合速率降低主要因素是气孔部分关闭。T2处理下与对照组比较,净光合速率降低,气孔导度下降,胞间CO2浓度较高,由此可知,T2处理下大豆的净光合速率降低的主要因素是叶肉细胞活性下降。 (3)玉米-大豆复合种植技术能增产增收的原因还有充分利用边行优势(大田种植时,边行作物的生长发育比中间行作物表现好),请分析玉米边行优势出现的原因:________________________________________。  【解析】(3)边行作物的光照和通风比中间行更有优势,所以边行作物的生长发育比中间行作物表现好。 答案:(1)在不影响玉米产量的同时,能使大豆获得更充分的光照,利于其光合作用的进行,提高大豆产量 (2)单位时间、单位面积的CO2吸收量　降低叶面温度、促进水分的吸收和运输、促进植物体内矿质元素的运输　气孔部分关闭、叶肉细胞活性下降 (3)边行作物的光照和通风比中间行更有优势 - 4 - 学科网（北京）股份有限公司 $