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(共54張PPT)
專題二　細胞代謝
第1講　酶與ATP　專項練習
選擇題
1.(2021·廣州二模)“銀燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢”。夏日傍晚,星星點點的螢火蟲,讓夜空與星光輝映。下列敘述不合理的是 (　　)
A.螢火蟲尾部發光所需的ATP是其細胞進行呼吸作用時產生的
B.熒光素接受ATP提供的能量后被激活,經催化氧化后能發光
C.螢火蟲能持續發光,是因為其發光細胞內儲存了大量的ATP
D.螢火蟲尾部發光的過程實現了ATP中的化學能向光能的轉化
【答案】 C
【解析】 A.螢火蟲發光所需要的ATP都來自發光細胞的呼吸作用,A不符合題意;B.熒光素接受ATP提供的能量后被激活,在熒光素酶的催化作用下形成氧化熒光素并發出熒光,B不符合題意; C.細胞中儲存的ATP較少,需要ATP與ADP不斷轉化,C符合題意; D.熒光產生的過程體現了ATP中活躍的化學能轉變為光能,D不符合題意。
2.(2021·廣東省一模)ATP發光法常用于檢測食品中的微生物數量,原理如下:提取食品樣品中微生物的ATP,加入熒光素—熒光素酶復合物;熒光素酶催化ATP水解釋放能量使熒光素發出熒光,通過測定樣品中的熒光強度推算出ATP濃度,進而推算出活菌數。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.該反應將化學能轉化為光能
B.檢測時,需先將樣品中原有的ATP水解酶滅活
C.熒光素酶催化ATP水解,唯一產物是ADP
D.熒光強度越大,說明樣品中的活菌數目越多
【答案】 C
【解析】 A.根據題干關鍵詞“熒光素酶催化ATP水解釋放能量使熒光素發光”可知,是ATP中化學能轉化成光能,A正確;B.如果ATP水解酶沒有被滅活,那么會影響熒光素酶催化ATP水解從而影響發光強度,B正確;C.ATP水解產物有ADP和 Pi,C錯誤;D.該實驗原理是利用熒光強度確定活菌數目,熒光強度越大,說明樣品中的活菌數目越多,D正確。
3.(2021·深圳一模)已知甲酶屬于簡單蛋白,乙酶屬于結合蛋白。甲酶的催化活性僅取決于酶蛋白本身的結構;乙酶由酶蛋白和輔助因子(錳、鐵等離子)或輔酶(有機小分子或金屬有機化合物)共同組成。下列有關敘述正確的是 (　　)
A.含鐵的血紅蛋白屬于甲酶
B.鐵離子不會影響酶蛋白的空間結構
C.用雙縮脲試劑可鑒別甲酶和乙酶
D.甲、乙酶催化作用的部位可能不同
【答案】 D
【解析】 A.根據題干信息“甲酶的催化活性僅取決于酶蛋白本身的結構,乙酶由酶蛋白和輔助因子(錳、鐵等離子)或輔酶(有機小分子或金屬有機化合物)共同組成”,而血紅蛋白含有鐵,所以血紅蛋白不屬于甲酶,A錯誤;B.鐵屬于乙酶的輔助因子,影響酶蛋白的空間結構,B錯誤;C.甲酶和乙酶都屬于蛋白質,和雙縮脲試劑反應呈紫色,所以不能用雙縮脲試劑鑒定,C錯誤;D.甲酶和乙酶的結構不同,其功能也可能不同,因此二者作用的部位可能不同,D正確。
4.(2021·汕頭一模)蛋白質的磷酸化與去磷酸化被比喻為一種分子開關,分子開關的機理如下圖所示,形成有活性的蛋白質是一個磷酸化的過程,即“開”的過程,形成無活性的蛋白是一個去磷酸化的過程,即“關”的過程。下列有關分子開關的說法錯誤的是(　　)
A.細胞呼吸產生的ATP可以用于分子開關中蛋白質的磷酸化過程
B.分子開關可能是通過改變蛋白質的空間結構來實現“開”和“關”的
C.蛋白質去磷酸化過程是一個放能反應的過程,釋放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白質磷酸化過程是一個吸能反應,與ATP的水解相聯系
【答案】 C
【解析】 A.通過圖示可知,細胞呼吸產生的ATP可以用于分子開關中蛋白質的磷酸化過程,形成有活性的蛋白,A正確;B.ATP將蛋白質磷酸化,形成ADP和磷酸化的蛋白質,同時蛋白質的空間結構發生改變,當磷酸化的蛋白質上的磷酸基團脫落時會發生性狀改變,因此分子開關可能是通過改變蛋白質的空間結構來實現“開”和“關”的,B正確;C.蛋白質去磷酸化過程釋放的能量不能用于合成ATP,C錯誤;D.通過圖示可知,蛋白質磷酸化過程需要消耗ATP,是一個吸能反應,與ATP的水解相聯系,D正確。
5.(2021·汕頭二模)酶的作用是降低化學反應的活化能。如下圖所示,①表示有酶催化的反應曲線,②表示沒有酶催化的反應曲線,E表示酶降低的活化能。正確的圖解是 (　　)
A 　　　　B 　　　　 C 　　　 D
【答案】 B
【解析】酶可以有效降低化學反應所需的活化能,以保證細胞內的反應在常溫、常壓下高效地進行,酶降低的活化能=沒有酶催化時化學反應所需的能量-有酶催化時化學反應所需的能量。B符合題意。故選B。
6.(2021·佛山一模)ATP是細胞的能量“貨幣”。鈉鉀泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白,當Na+與載體蛋白上的某相應位點結合時,酶活性被激活,ATP分子中的磷酸基團脫離下來。下列有關敘述錯誤的是 (　　)
A.鈉鉀泵能催化ATP水解并釋放能量
B.ATP分子中靠近腺苷的磷酸基團更容易脫離
C.Na+與載體蛋白結合可能導致載體蛋白空間結構發生變化
D.動物一氧化碳中毒會降低鈉鉀泵跨膜運輸離子的速率
【答案】 B
【解析】 A.根據分析,鈉鉀泵能催化ATP水解(ATP分子中的磷酸基團脫離下來釋放能量)并釋放能量,A正確;B.ATP水解過程中遠離腺苷的磷酸基團更容易脫離,B錯誤;C.當Na+與載體蛋白上的某相應位點結合時,使載體蛋白的空間結構發生改變,酶活性被激活, C正確;D.鈉鉀泵跨膜運輸離子是主動運輸,一氧化碳中毒會導致紅細胞運輸氧氣效率降低,有氧呼吸受阻,產生ATP減少,降低鈉鉀泵跨膜運輸離子的速率,D正確。
7.(2021·佛山一模)抗病毒藥物奧司他韋通過抑制流感病毒表面的神經氨酸酶活性,能阻止病毒顆粒從被感染的細胞中釋放。下列關于神經氨酸酶的敘述,錯誤的是 (　　)
A.需要在宿主細胞的核糖體上合成
B.可降低化學反應的活化能
C.生物活性與其空間結構有關
D.在低溫條件下該酶會變性失活
【答案】 D
【解析】A.病毒不具有獨立代謝能力,不能合成自身蛋白質,其表面的神經氨酸酶是在宿主細胞的核糖體上合成的,A正確;B.神經氨酸酶的化學本質是蛋白質,能降低化學反應的活化能,B正確;C.神經氨酸酶的化學本質是蛋白質,結構決定功能,蛋白質的生物活性與其空間結構有關,C正確;D.神經氨酸酶的活性容易受到溫度和pH影響,低溫會抑制酶的活性,不會使酶變性失活,D錯誤。
8.(2022·廣州一模)磷酸肌酸(C~P)是一種存在于肌肉或其他興奮性組織(如腦和神經)中的高能磷酸化合物,它和ATP在一定條件下可相互轉化。細胞在急需供能時,在酶的催化下,磷酸肌酸的磷酸基團轉移到ADP分子上,余下部分為肌酸(C)。由此短時間維持細胞內ATP含量在一定水平。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.1分子ATP水解后可得1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基
B.磷酸肌酸可作為能量的存儲形式,但不能直接為肌肉細胞供能
C.劇烈運動時,肌肉細胞中磷酸肌酸和肌酸含量的比值會有所下降
D.細胞中的磷酸肌酸對維持ATP含量的穩定具有重要作用
【答案】 A
【解析】 A.1分子ATP徹底水解后得到1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸,A錯誤;B.磷酸肌酸可作為能量的存儲形式,但直接能源物質是ATP,B正確;C.劇烈運動時,消耗ATP加快,ADP轉化為ATP的速率也加快,磷酸肌酸的磷酸基團轉移到ADP分子上,產生肌酸,導致磷酸肌酸和肌酸含量的比值會有所下降,C正確;D.由題意可知,細胞中的磷酸肌酸對維持ATP含量的穩定具有重要作用,D正確。故選A。
9.(2022·深圳一模)“銀燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢”是唐代詩人杜牧的詩句。螢火蟲尾部的發光細胞中含有熒光素和熒光素酶。在熒光素酶的作用下,熒光素接受ATP提供的能量后被激活,激活的熒光素與氧結合形成氧化熒光素,同時發出熒光。下列敘述正確的是 (　　)
A.螢火蟲發光細胞中的熒光素酶主要起到調節作用
B.螢火蟲可以通過調節熒光素酶的合成來控制發光
C.熒光素被激活過程發生的化學反應屬于放能反應
D.熒光素與氧氣結合放出的能量全部轉移到ATP中
【答案】 B
【解析】 A.螢火蟲發光細胞中的熒光素酶主要起到催化作用,A錯誤;B.基因可以通過控制酶的合成來控制細胞代謝進而間接控制生物的性狀,所以螢火蟲可以通過調節熒光素酶的合成來控制發光,B正確;C.熒光素被激活過程發生的化學反應屬于吸能反應,C錯誤;D.熒光素與氧氣結合放出的能量少部分轉移到ATP中,大部分以熱能的形式散失,D錯誤。故選B。
第2講　光合作用與細胞呼吸　專項練習1
選擇題
1.(2021·廣州一模)在弱光照條件下黃瓜葉片的顏色更濃綠。研究小組提取并分離正常光照和弱光照條件下黃瓜葉片中的色素。下列有關敘述,錯誤的是 (　　)
A.弱光照條件下,葉綠素含量的增加是黃瓜對光的適應
B.提取色素時,加入CaCO3的目的是使研磨充分
C.色素分離的原因是不同色素在濾紙條上的擴散速度不同
D.濾紙條上的黃綠色條帶是由葉綠素b擴散形成的
【答案】 B
【解析】弱光照條件下,黃瓜為了正常進行光合作用,葉綠素含量的增加有利于吸收更多的光照,是黃瓜對光的適應性,A正確;加入CaCO3的目的是防止色素被破壞,加入二氧化硅才是使研磨充分, B錯誤;色素分離的原因是各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同,從而分離色素,溶解度大,擴散速度快;溶解度小,擴散速度慢,C正確;濾紙條上的色素帶從上到下分別是胡蘿卜素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍綠色)、葉綠素b(黃綠色),D正確。
2.(2021·廣州二模)下圖是夏季晴朗的白天,某地甲、乙兩種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.若甲、乙兩植物中有一種為水生植物,則應該是甲
B.11時,乙植物葉片不再向外界釋放氧氣
C.乙植物bc段與de段光合作用強度下降的原因不同
D.16時,甲植物葉肉細胞能合成ATP的細胞器有線粒體、葉綠體
【答案】 B
【解析】 A.從圖中可知甲植物沒有出現光合午休,乙植物出現光合午休,則甲為水生植物,水分充足,不需要關閉氣孔來減少水分的散失,A正確;B.11時,乙植物雖然出現光合午休,但光合作用強度依然大于0,光合速率大于呼吸速率,植物葉片依然向外界釋放氧氣, B錯誤;C.乙植物bc段下降的原因是氣孔關閉,CO2吸收減少,de段光合作用強度下降的原因是光照強度減弱,C正確;D.16時,甲植物既進行光合作用,又進行呼吸作用,則葉肉細胞產生ATP的細胞器有線粒體和葉綠體,D正確。
3.(2021·廣東省一模)某同學將一塊做饅頭用剩的面團(內有活化的醉母菌)裝入一個氣密性好的塑料袋中,袋內留一些空氣,扎緊袋口后放在飯桌上,3小時后發現袋子明顯膨脹,第3天發現面團變酸。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.開始3小時內酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸
B.酵母菌有氧呼吸或無氧呼吸均可產生CO2
C.有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段完全相同
D.面團久放變酸是因為酵母菌無氧呼吸產生乳酸
【答案】 D
【解析】 A.開始3小時內,由于袋內有空氣酵母菌會進行有氧呼吸,面團內部酵母菌處于相對缺氧環境,進行無氧呼吸,A正確;B.酵母菌有氧呼吸或無氧呼吸的產物均有CO2,B正確;C.有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段完全相同,都是在細胞質基質中進行,C正確; D.酵母菌無氧呼吸的產物是酒精和二氧化碳,D錯誤。
4.(2021·廣東省二模)下列關于細胞呼吸的原理及應用的敘述,正確的是 (　　)
A.劇烈運動時,人體釋放的CO2全部來自線粒體
B.創可貼要求透氣性好是為了促進需氧型細菌的繁殖
C.利用乳酸菌發酵制作酸奶時,應先通氣后密閉
D.密封的牛奶包裝盒鼓起是細菌有氧呼吸產生CO2引起的
【答案】 A
【解析】 A.人體劇烈運動時,肌肉細胞可以進行有氧呼吸和無氧呼吸,但是無氧呼吸只能產生乳酸,因此產生的CO2全部來自線粒體,A正確;B.皮膚創傷后,選用透氣的創可貼,增加通氣量,抑制厭氧細菌的繁殖,B錯誤;C.乳酸菌是厭氧微生物,進行無氧呼吸,利用乳酸菌發酵制作酸奶時,應密閉發酵裝置,C錯誤;D.牛奶包裝盒中是無氧環境,所以鼓起的原因是厭氧型微生物進行無氧呼吸產生CO2引起的,D錯誤。
5.(2021·深圳一模)有關人體細胞呼吸的敘述錯誤的是(　　)
A.有氧呼吸第一階段產生丙酮酸和[H]
B.丙酮酸分解為二氧化碳時會產生[H]
C.NADH在線粒體內膜被氧化釋放能量
D.有氧呼吸釋放的能量大部分儲存于ATP中
【答案】 D
【解析】 A.根據分析,有氧呼吸第一階段在細胞質基質中進行,產生丙酮酸和[H],A正確;B.丙酮酸在線粒體基質中分解成二氧化碳并且產生[H],B正確;C.NADH在線粒體內膜與氧氣結合生成水釋放大量能量,C正確;D.有氧呼吸所釋放的能量,絕大部分以熱能形式散失,少部分用于合成ATP,D錯誤。
6.(2021·深圳二模)下列真核細胞代謝的過程,均不能在生物膜上進行的是 (　　)
A.有氧呼吸第二階段和第三階段
B.光合作用的光反應和暗反應
C.染色體的復制和星射線的形成
D.ATP的合成和ATP的水解
【答案】 C
【解析】 A.有氧呼吸第三階段在線粒體內膜中進行,A錯誤;B.光合作用的光反應在葉綠體類囊體薄膜中進行,B錯誤;C.染色體的復制在細胞核內進行,星射線是由中心體發出形成,兩者都不是在生物膜上進行,C正確;D.ATP的合成可發生在生物膜上,如有氧呼吸的第三階段合成ATP發生的場所在線粒體內膜,光合作用反應合成ATP發生在葉綠體類囊體薄膜上,D錯誤。
7.(2021·深圳二模)在適宜條件下對黃瓜施以不同氮含量的肥料,測定同發育期葉片中葉綠素含量,結果如下表所示。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.葉綠素含量隨著發育期的推進呈現先增加后下降的趨勢
B.營養生長和生殖生長時期植株對氮肥的需求量有所不同
C.氮肥對苗期葉綠素含量影響不大是因為苗期不吸收氮肥
D.盛果期葉綠素含量較高可能與有機物在果實中積累有關
葉綠素含量/(mg·g-1)
氮含量/(kg·hm-2) 苗期 開花坐果期 盛果期 末果期
0 3.38 7.30 9.52 7.12
180 3.38 7.53 11.37 7.88
360 3.48 8.06 12.31 8.34
【答案】 C
【解析】 A.從表中數據可以得出,葉綠素含量在苗期、開花坐果期、盛果期逐漸增加,但是末果期時反而減少,可知葉綠素含量隨著發育期的推進呈先增加后降低的趨勢,A正確;B.分析表格可知,苗期、開花坐果期、盛果期和末果期需要的氮肥不同,即營養生長和生殖生長時期植株對氮肥的需求量有所不同,B正確;C.苗期也吸收氮肥,氮肥對苗期葉綠素含量影響不大是因為苗期對氮肥需求量不大,C錯誤;D.盛果期葉綠素含量較高,葉片光合作用強度高,有機物在果實中積累增多,D正確。
8.(2021·汕頭一模)綠色植物的葉肉細胞既能進行細胞呼吸,又能進行光合作用。下列敘述正確的是(　　)
A.有氧呼吸和光合作用中都有水參與反應,并且都在生物膜上進行
B.暗反應中接受能量并被還原的C3,一部分形成糖類,另一部分形成C5
C.葉綠體產生的O2大部分釋放到空氣中,少部分被線粒體吸收利用
D.光合作用和細胞呼吸都能產生還原氫,且化學本質相同
【答案】 B
【解析】A.有氧呼吸和光合作用中都有水參與反應,有氧呼吸過程包括三個階段,其中第一階段的場所在細胞質基質,第二階段的場所在線粒體基質,A錯誤;B.暗反應中接受能量并將C3還原,一部分形成糖類,另一部分形成C5,B正確;C.當光合作用弱于呼吸作用強度時,O2全部被線粒體利用,且線粒體還需從外界吸收氧氣;當光合作用強度等于呼吸強度時,O2全部被線粒體利用,C錯誤;D.光合作用和細胞呼吸都能產生還原氫,光合作用產生的是還原型輔酶Ⅱ,呼吸作用產生的是還原型輔酶Ⅰ,化學本質不同,D錯誤。
9.(2021·汕頭一模)下列關于物質與能量代謝的敘述,正確的是 (　　)
A.無氧呼吸產生少量ATP,是因為大部分能量以熱能形式散失了
B.所有生物都可以通過有氧呼吸獲取所需的能量
C.糖類等有機物中的能量通過細胞呼吸將其中的能量全部轉移給ATP
D.能量流動促進了生態系統的物質循環
【答案】 D
【解析】 A.無氧呼吸產生的ATP少,是因為大部分能量都儲存在乳酸或酒精中,沒有釋放出來,A錯誤;B.不是所有生物都通過有氧呼吸獲取所需得能量,厭氧生物如乳酸菌通過無氧呼吸獲取所需的能量,B錯誤;C.細胞呼吸分解有機物釋放的能量大部分以熱能形式散失,少部分用于合成ATP,C錯誤;D.能量是物質在生態系統中往復循環的動力,能量流動促進了生態系統的物質循環,D正確。
10.(2021·佛山一模)為了延長采摘后甜玉米的貯存時間,某興趣小組探究了薄膜包裝和溫度對甜玉米貯藏時間的影響,結果如下圖所示。下列分析正確的是 (　　)
A.根據結果推斷,10 ℃是最適合甜玉米種植的溫度
B.貯藏過程中,甜玉米細胞中有機物的含量先增加后減少
C.由結果可知,溫度越高甜玉米細胞中呼吸酶的活性越高
D.薄膜包裝下玉米的貯藏時間延長,可能與水分和CO2有關
【答案】 D
【解析】 A.由題圖可知,在10 ℃、20 ℃和30 ℃三種溫度條件下, 10 ℃時甜玉米的貯藏時間最長,但不能確定該溫度就是適合甜玉米種植的最適溫度,A錯誤;B.甜玉米采摘后的貯藏過程中,細胞只進行呼吸作用,細胞中有機物的含量持續減少,B錯誤;C.每一種酶都有其活性最高時的最適溫度,超過最適溫度后,酶的活性會降低甚至失活,C錯誤;D.用薄膜包裝玉米,可以減少水分流失,提高二氧化碳含量,降低氧氣含量,抑制呼吸作用,延長貯藏時間,D正確。
11.(2021·珠海二模)生長在低寒地帶的沼澤植物臭菘,其花序在成熟時溫度可達30 ℃。臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上,但單位質量葡萄糖生成ATP的量卻只有其他細胞的40%。下列相關推斷不合理的是 (　　)
A.臭菘花序細胞主要通過有氧呼吸生成ATP
B.臭菘花序細胞呼吸作用產生的熱量很少
C.臭菘花序細胞中含有更多數量的線粒體
D.臭菘花序細胞的呼吸特點有利于花序的發育
【答案】 B
【解析】 A.據題干信息“臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上”,其細胞呼吸方式為有氧呼吸,A正確;B.據題干信息“但單位質量葡萄糖生成ATP的量卻只有其他細胞的40%”,說明以熱能形式散失的能量更多,B錯誤;C.據題干“臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上”,在結構上,細胞中含有更多數量的線粒體,C正確;D.臭菘花序細胞的呼吸特點有利于使花序在成熟時溫度可達30 ℃,有利于其發育,D正確。
12.(2021·梅州一模)如圖為某一植物在不同實驗條件下測得的凈光合速率,下列假設條件中能使圖中結果成立的是 (　　)
A.橫坐標是CO2濃度,甲表示較高溫度,乙表示較低溫度
B.橫坐標是溫度,甲表示較高CO2濃度,乙表示較低CO2濃度
C.橫坐標是光波長,甲表示較高溫度,乙表示較低溫度
D.橫坐標是光照強度,甲表示較高CO2濃度,乙表示較低CO2濃度
【答案】 D
【解析】 A.若橫坐標是CO2濃度,縱坐標表示凈光合速率,則根據題中信息無法判斷出較高溫度下和較低溫度下呼吸速率的大小,同理,也無法判斷出較低和較高溫度下光合速率的大小,所以無法判斷甲和乙的關系,A錯誤;B.若橫坐標是溫度,則隨著溫度的升高光合速率與呼吸速率都會表現為先升高后降低的趨勢,B錯誤;C.若橫坐標是光波長,則凈光合曲線的變化趨勢為先升高后降低,與圖中甲乙曲線變化不符,C錯誤;D.若橫坐標是光照強度,較高濃度的二氧化碳有利于光合作用的進行,因此甲表示較高CO2濃度,乙表示較低CO2濃度,D正確。
13.(2022·廣州一模)植株置于透明密閉容器內,測量容器中CO2的濃度變化情況。在適宜溫度條件下,用一定強度的光照處理30分鐘,容器中CO2的濃度由2000 ppm降低到180 ppm。隨后將整個裝置置于相同溫度的黑暗條件下30分鐘,容器中CO2的濃度變為600 ppm。下列敘述正確的是 (　　)
A.前30分鐘,葉綠體中NADPH由基質向類囊體膜運輸
B.該植株前30分鐘的平均總光合速率為60.7 ppm/min
C.經過完整的1小時處理后,該植株的有機物含量會減少
D.光照處理時,若停止光照則短時間內葉綠體中C3的含量會增加
【答案】 D
【解析】 A.前30分鐘,植物在光照下能光合作用,產生的NADPH由類囊體膜向葉綠體基質運輸,A錯誤;B.前30分鐘,CO2濃度由2000 ppm降低到180 ppm,經計算,每分鐘減少(2000-180)÷30
≈60.7,這是凈光合速率,不是總光合速率,B錯誤;C.經過完整的1小時處理后,容器中CO2濃度由2000 ppm降到600 ppm,減少的CO2都全部用于光合作用合成有機物,因此有機物含量會增加,C錯誤;
D.停止光照后,光反應不再進行,不能合成NADPH和ATP,因此暗反應還原C3的途徑變慢,而CO2固定形成C3的過程不受影響,故C3的含量會增加,D正確。故選D。
第2講　光合作用與細胞呼吸　專項練習2
非選擇題
1.(2021·廣州一模)森林碳匯一般指植物把大氣中的CO2以生物量的形式固定在植被和土壤中,從而減少大氣中CO2濃度的過程。回答下列問題:
(1)CO2被植物吸收后,碳元素經光合作用的________________　　　　　過程轉化到有機物并儲存于植物中。上述過程所需的ATP和[H]的合成場所是葉綠體的　　　　　。除光合作用外,森林碳匯還受植物的　　　　　(填生理作用)的影響。
(2)每年5月至9月是我國植物的快速生長期。該期間促進植物快速生長的非生物因素主要包括 　　　　　　　　。
(3)近40年來,我國森林面積持續增長,其中的中幼齡森林正成為森林碳匯的主力軍。若要增加某地的森林碳匯,可采取的措施有　　　　　　　　　　　　(寫出2點)。
暗反應(或答:碳反應)
類囊體膜
細胞呼吸
溫度、光照強度
植樹造林、禁止亂砍濫伐
【詳解】
(1)光合作用分為光反應和暗反應兩個階段,CO2 被植物吸收后,碳元素經光合作用暗反應過程中轉化成有機物并儲存于植物中;ATP和[H]是在光反應過程中產生的,場所是葉綠體的類囊體膜上。除光合作用外,森林碳匯還受植物呼吸作用的影響。
(2)影響植物光合作用的外界因素主要有光照強度、CO2濃度、溫度、水等,5月至9月光照強度較強、溫度較高,能加快植物的光合速率,促進植物快速生長。
(3)森林碳匯一般指植物把大氣中的CO2以生物量的形式固定在植被和土壤中,從而減少大氣中CO2濃度的過程,要增加某地的森林碳匯,可以通過植樹造林、禁止亂砍濫伐等增強光合作用從而減少大氣中CO2濃度。
2.(2022·廣州一模)為干旱、高溫引起植物光合作用的改變是植物遭受逆境損傷的主要生理指標。研究人員利用甘藍型快生油菜研究干旱和高溫對油菜葉片光合作用的影響。分別對油菜進行干旱(保持6天不澆水,6天后土壤相對含水量降至15%左右時進行恢復澆水)和高溫(處理7天,每天40 ℃、16 h光照,35 ℃、8 h黑暗;7天后,溫度條件改為25 ℃)脅迫處理,測定油菜的凈光合速率、氣孔導度和RuBP羧化酶活性的變化情況,部分數據見下表。回答下列問題。
　
(注:凈光合速率的單位為μmol·m-2·s-1,氣孔導度的單位為mol·m-2·s-1,酶活性的單位為μmol·mg-1·min-1,“-”表示沒進行相關數據的測定。)
處理 指標 時間
初始 第2天 第4天 第6天 第7天 脅迫處理
完后第3天
干旱 凈光合速率 15.3 12.1 4.8 1.3 3.8
干旱 氣孔導度 0.13 0.12 0.05 0.01 0.05
干旱 RuBP羧化酶活性 1.41 1.21 1.50 1.48 -
高溫 凈光合速率 16.9 14.1 11.8 7.1 3.9 0.4
高溫 氣孔導度 0.11 0.18 0.27 0.17 0.10 0.04
高溫 RuBP羧化酶活性 0.62 1.19 0.52 0.23
(1)用坐標圖繪出高溫處理條件下凈光合速率的變化曲線。
【答案】
(2)氣孔導度表示氣孔的張開程度。氣孔導度增大有利于氣體交換,　　　　　　　　　　　　　　　,進而促進光合作用。
(3)RuBP羧化酶是光合作用CO2轉化成C3的關鍵酶,該轉化過程發生的場所是　　　　　　　　　　。根據表中數據推測,高溫處理完,溫度條件改為25 ℃后,凈光合速率仍有所下降的原因是　 。
(4)實驗結果表明,短時期的　　　　條件處理對凈光合作用的抑制是可逆的,及時進行　　　　處理可以減弱該種脅迫影響。
CO2吸收量增加
葉綠體基質
RuBP酶失去活性
干旱
澆水
【詳解】　(1)分析表格數據可知,高溫處理條件下,初始的凈光合速率為16.9,第二天的凈光合速率為14.1,第4天凈光合速率為11.8,第6天的凈光合速率為7.1,因此隨著高溫天氣的延長,凈光合速率逐漸降低。故曲線變化為:
(2)氣孔是CO2進出細胞的通道,氣孔導度增大有利于氣體交換,CO2的吸收量增加,進而促進光合作用。
(3)RuBP羧化酶是光合作用將CO2轉化為C3的關鍵酶,CO2與C5固定形成C3的過程發生在葉綠體基質中。高溫處理完,溫度條件改為25 ℃后,凈光合速率仍有所下降,可能是高溫條件下使RuBP酶失去活性,因此即使溫度調到25 ℃,由于酶不能恢復活性,凈光合速率也不能升高。
(4)根據表格數據可知,干旱脅迫處理完后第3天的凈光合速率大于干旱處理第6天的凈光合速率,而高溫脅迫處理完后第3天的凈光合速率小于高溫處理第6天的凈光合速率,說明短時期的干旱處理對凈光合作用的抑制是可逆的,及時進行澆水處理可以減弱該種脅迫影響。
3.(2021·廣東省一模)研究鹽脅迫下植物的抗鹽機理及其對生長的影響具有重要意義,我國科學家在海水稻研發方面已取得突出成果。為研究不同濃度NaCl脅迫對海水稻生理特性的影響,某科研小組使用NaCl培養液培養某海水稻,分別測得不同濃度NaCl培養液條件下其根尖細胞和高鹽助迫條件下(NaCl濃度200 mmol/L)其葉肉細胞的相關數據,結果分別如圖1、圖2所示。請回答下列問題:
圖1 圖2
(1)在用濾紙條分離綠葉中色素的實驗中,所用的分離方法稱為　　　　　法,濾紙條最下方的色素帶呈　　　　　色。
(2)若以NaCl溶液濃度150 mmol/L為界分為低鹽和高鹽脅迫,據圖1可知,隨著NaCl溶液濃度的升高,該海水稻根尖細胞適應低鹽和高鹽脅迫的調節機制不同:前者主要是逐步提高細胞內____　　　　　的相對濃度,后者主要是　　　　　　　　 　　　。研究還發現,海水稻地上部分的細胞可積累Na+作為滲透壓調節劑,推測其積累部位是　　　　　(填細胞器名稱)。
(3)據圖2分析該海水稻葉肉細胞的胞間CO2濃度先降后升的原因:第15天之前色素含量下降不大,很可能是因為氣孔導度(指氣孔張開的程度)　　　　　(選填“升高”或“降低”),葉綠體從細胞間吸收的CO2增多,使胞間CO2濃度降低;第15天之后胞間CO2濃度逐漸上升,從色素含量變化對卡爾文循環影響的角度分析,其原因很可能是_____________________________________________
　 　　　　　　　　　　　　　　　 　。
無機鹽
紙層析　 黃綠
色素含量降低,光反應產生的[H]和ATP不足,C3未能被及時還原并形成C5,最終導致CO2不能被固定,胞間CO2濃度升高
大幅度提高細胞內可溶性糖濃度
液泡
降低
【詳解】
(1)在用濾紙條分離綠葉中色素的實驗中,根據不同色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的,隨層析液在濾紙條上的擴散速度快,反之則慢,來分離色素,這種方法叫紙層析法。濾紙條上從上至下依次是:胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。故濾紙條最下方的色素帶呈黃綠色。
(2)分析圖1可知,當NaCl溶液濃度低于150 mmol/L時(低鹽脅迫),隨著NaCl溶液濃度的升高,根尖細胞內無機鹽的濃度逐漸增加;當NaCl溶液濃度高于150 mmol/L時(高鹽脅迫),隨著NaCl溶液濃度的升高,根尖細胞內可溶性糖濃度大幅度增加,可見該海水稻根尖細胞適應低鹽和高鹽脅迫的調節機制不同。液泡是植物細胞的“水鹽倉庫”,海水稻地上部分的細胞通過在液泡中積累Na+,來調節滲透壓。
(3)圖2是在高鹽脅迫條件下培養植物,外界溶液濃度過高,植物根系吸水困難,為減少水分的散失,部分氣孔關閉,使蒸騰作用減弱。部分氣孔關閉,氣孔導度降低,從外界進入胞間的CO2減少,葉綠體從細胞間吸收的CO2增多,使胞間CO2濃度降低。據圖2可知,第15天之后色素含量大幅度下降,光反應速率下降,使光反應產生的[H]和ATP不足,C3未能被及時還原并形成C5,最終導致CO2不能被固定,葉綠體從細胞間吸收的二氧化碳減少,使胞間CO2濃度升高。
4.(2022·廣東省一模)甘蔗是一種用于生產蔗糖的農作物,在我省廣泛種植。甘蔗的光合作用過程由葉肉細胞葉綠體和維管束鞘細胞葉綠體共同完成,如下圖所示。
回答下列問題:
(1)葉肉細胞和維管束鞘細胞中,與CO2結合并將其固定的物質有　　　　　。圖中的[H]和ATP只能來自　　　　　(選填“葉肉”或“維管束鞘”)細胞的葉綠體,原因是__________________　
________________________________。
(2)已知:植物葉片通過調節氣孔的開閉大小來調節蒸騰速率;PEP酶與CO2的親和力是Rubisco酶的60倍。據此分析,甘蔗在高溫干旱地區仍有較高的光合速率的原因是　
　 。
(3)豬糞或雞糞拌草木灰發酵后的農家肥是種植甘蔗常用的優質有機肥,其原理是農家肥經分解后可為甘蔗的生長提供　 。
PEP和C5　 葉肉　
維管束鞘細胞的葉綠體沒有類囊體,無法進行光反應
在干旱環境下部分氣孔關閉,PEP酶與CO2的親和力強,能利用低濃度的CO2繼續光合作用
無機鹽、CO2和H2O
【詳解】　
(1)由題圖可知:在甘蔗葉肉細胞的葉綠體中,在PEP酶的催化作用下,CO2被固定成C4化合物。C4化合物進入維管束鞘細胞,C4化合物再釋放出CO2,在Rubisco酶的催化作用下,CO2和C5化合物結合,固定成C3化合物,再被還原成有機物,因此葉肉細胞和維管束鞘細胞中,與CO2結合并將其固定的物質有PEP和C5;維管束鞘細胞中的葉綠體沒有類囊體,沒有光合色素,不能進行光反應,光反應生成ATP和[H]的場所是葉肉細胞的葉綠體。
(2)在干旱環境下部分氣孔關閉,PEP酶與CO2的親和力強,能利用低濃度的CO2繼續光合作用,因此甘蔗在高溫干旱地區仍有較高的光合速率。
(3)農家肥被微生物分解形成二氧化碳,同時形成無機鹽,可以為植物生長提供光合作用的原料二氧化碳和水,因此施農家肥能有效促進甘蔗生長。
5.(2021·深圳一模)在不同發育期,缺水均會影響作物生長和產量。下表是某作物在不同時期不同土壤水分條件的有關數據。其中“缺水”用T1表示,“適宜水分”用T2表示。據表格作答。
說明:光補償點指植物在光合強度和呼吸強度達到相等時的光照強度值,光飽和點是指當光照強度上升到某一數值時光合強度不再繼續提高時的光照強度值。
比較項目 苗期 開花期 成熟期
T1 T2 T1 T2 T1 T2
光補償點
/(μmol·m-2·s-1) 91.05 107 55.52 51.05 37.19 30.51
光飽和點
/(μmol·m-2·s-1) 2834.3 3541.3 2284.5 2553.6 2260.8 2258.8
(1)該植物生長最旺盛的階段是　　　 ,從表中數據分析,在開花期,適宜水分可以　 ,從而促進光合作用。
(2)苗期和開花期缺水時,光飽和點會　　　　　,主要原因是
　 ,進而影響了光合作用效率。
(3)農作物不能長時間被水淹的原因是____________________
_______________________________________________________
　 。
苗期
降低光補償點,提高光飽和點
降低
氣孔關閉(氣孔導度下降)導致進入葉片的 CO2減少
水分過多,根部細胞進行無氧呼吸產生酒精,酒精毒害細胞導致根部腐爛、植物死亡;水分過多會導致根部缺氧而能量不足,不利于無機鹽的吸收
【詳解】
(1)根據圖示,植物在苗期光飽和點顯著高于開花期和成熟期,該時期的有機物積累量最大,植物生長最旺盛,開花期,適宜的水分提高了光飽和點,降低了光補償點,促進光合作用。
(2)根據表格分析知:苗期和開花期缺水后,光飽和點下降,缺水條件下,植物的氣孔關閉,進入葉片的二氧化碳減少,影響光合作用的暗反應階段,進而影響了光合作用效率。
(3)農作物長期淹水后,導致根部缺氧而進行無氧呼吸,無氧呼吸產生酒精毒害導致根部細胞腐爛最終導致植物的死亡,同時根部缺氧導致能量不足,不利于對無機鹽的吸收。
6.(2022·深圳一模)某科研小組以某種多年生牧草為實驗材料,模擬鹽脅迫條件下,研究外源褪黑素對牧草幼苗生長的影響,結果如下表。請分析并回答下列問題:
組別 處理 株高
(cm) 氣孔導度
(10-2 mol·m-2·s-1) 凈光合速率
(μmol·m-2·s-1)
甲 蒸餾水 18.11 8.21 19.25
乙 150 mmol/L氯化鈉 15.86 4.72 13.58
丙 50 μmol/L褪黑素 17.02 9.13 23.36
丁 16.33 7.35 17.59
(1)氣孔是植物與外界進行氣體交換的主要通道,氣孔導度反應氣孔開放的程度。牧草幼苗葉片吸收的CO2在　　　　　(具體場所)被固定形成C3,C3的還原需要光反應提供　 。
(2)實驗中丁組的處理為　 。
(3)在50 μmol/L褪黑素處理下,凈光合速率顯著升高,據表分析其原因是　
__________________________________________________。
葉綠體基質
丁組與乙組相比可知,褪黑素可提高葉片的氣孔導度,從而增強暗反應,進而提高光合作用來提高凈光合速率
NADPH和ATP
150 mmol/L氯化鈉+50 μmol/L褪黑素
(4)此外,某同學推測,150 mmol/L氯化鈉脅迫還可降低幼苗葉片葉綠素含量,施加50 μmol/L外源褪黑素可以顯著緩解這種影響,請選擇題干中的材料進行實驗驗證該同學的推測是否正確,要求寫出簡單的實驗思路:　
______________________________________________________
________。
選擇實驗中甲、乙和丁組的植株葉片,按照表格中進行相應處理,一段時間后分別檢測葉片中葉綠素含量并記錄
【詳解】
(1)牧草幼苗葉片吸收的CO2在葉綠體基質被C5固定形成C3,C3的還原需要光反應提供NADPH和ATP。
(2)丁組的處理為150 mmol/L氯化鈉+50 μmol/L褪黑素,目的是與乙和丙形成對照,以研究在鹽脅迫條件下,外源褪黑素對牧草幼苗生長的影響。
(3)丁與乙組比較可知,在鹽脅迫條件下,使用褪黑素后氣孔導度增加,使植物吸收CO2增加,從而促進了暗反應,進而使凈光合速率提高。
(4)該實驗是想驗證150 mmol/L氯化鈉脅迫還可降低幼苗葉片葉綠素含量,施加50 μmol/L外源褪黑素可以顯著緩解這種影響,因此自變量為是否鹽脅迫和是否施加褪黑素,因變量為葉片葉綠素含量,因此可選擇實驗中甲、乙和丁組的植株葉片,分別檢測葉片中葉綠素含量并記錄。若乙中葉綠素含量顯著低于甲組,且丁組葉片中葉綠素比乙組有所增加,即可證明該同學的推測正確,否則推測不正確。

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