資源簡介

(共27張PPT)
專題二 細胞代謝
專題突破
第1講 代謝中的酶與ATP
【思維導圖】
【考點梳理】
考點1 酶
(1)酶的化學本質:絕大多數酶是蛋白質,少數是RNA
作用:催化作用。
作用機理:降低活化能。
活化能:分子從常態到易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。
酶降低活化能的效果比無機催化劑的效果更顯著。
(2)酶的特點
①高效性:酶的催化效率是無機催化劑的107~1013倍。
②專一性:每種酶只能催化一種或一類化合物的化學反應。
③作用條件溫和性:在適宜的溫度和pH下,酶的活性高。
(3)影響酶活性的條件(溫度和pH)
酶活性最大時的溫度為最適溫度,酶活性最大時的pH為最適pH。
高溫、過酸、過堿、重金屬會使酶的空間結構遭到破壞,使酶失活。
低溫酶不失活,空間結構沒有被破壞,在適宜的溫度下酶的活性可恢復。
酶制劑一般適合在低溫(0~4℃)下保存。
甲　　　　　　 　　 乙
(4)酶濃度和底物濃度對酶促反應速率的影響
在底物足夠多的情況下,酶促反應速率與酶濃度成正比。
在酶有限的情況下,底物濃度較低時,反應速率與底物濃度成正比;當所有的酶與底物結合時,反應速率達到最大值,再增加底物,反應速率不再增加。
考點2　ATP(腺苷三磷酸)
(1)功能:ATP是生命活動的直接能源物質。
糖類是主要能源物質;ATP是直接能源物質;脂肪是良好的儲能物質。
(2)ATP的結構簡式:
A—P~P~P:A代表腺苷(腺嘌呤+核糖),P代表磷酸基團,~代表特殊化學鍵。
(3)ATP與ADP的轉化:
能合成ATP的過程有:光合作用和呼吸作用。能合成ATP的場所有:細胞質基質、線粒體和葉綠體。
細胞內ATP的含量很少,但ATP與ADP轉化迅速,能持續地為生命活動提供能量。
(4)ATP的利用:
細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量,如大腦思考、電鰩發電、主動運輸、物質合成、肌肉收縮等都需要消耗ATP。
ATP水解釋放的磷酸基團使蛋白質等分子磷酸化,蛋白質等分子磷酸化后空間結構發生變化,活性被改變。
細胞內的化學反應分為吸能反應和放能反應。吸能反應是需要吸收能量的,如蛋白質的合成,吸能反應總是與ATP的水解相聯系,ATP水解的反應式為:ATP ADP+Pi+能量;放能反應是釋放能量的,如葡萄糖的氧化分解,放能反應總是與ATP的合成相聯系,ATP合成的反應式為:ADP+Pi+能量 ATP。
能量通過吸能反應和放能反應在ADP和ATP之間流通。
酶
酶
典例示范一
(2021·廣州一模)酶對細胞代謝起著非常重要的作用。下列有關酶的敘述,正確的是 (　　)
A.細胞核和細胞質中都可能有DNA聚合酶
B.光合作用的光反應階段不需要酶的參與
C.人體細胞產生的蛋白酶的最適pH均相同
D.過氧化氫酶為H2O2的快速分解提供活化能
【答案】　A
【重點歸納】　酶的化學本質、作用、作用機理、特點和酶活性的影響因素是重點考查的知識點。
【詳解】　DNA主要在細胞核,少量在細胞質(線粒體和葉綠體),哪里有DNA哪里就會進行DNA 的復制和轉錄,DNA復制需要DNA聚合酶,故細胞核和細胞質中都可能有DNA聚合酶,A正確;光反應階段,ADP+Pi+光能 ATP這個反應需要酶的參與,B錯誤;不同酶的最適pH不一樣,比如胃蛋白酶的最適pH是1.5~2.0,而胰蛋白酶最適pH是7.8~8.5之間,C錯誤;酶的作用是降低化學反應所需的活化能,不能提供活化能,D錯誤。
酶
變式訓練一
(2022·深圳二模)“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
【詳解】　螢火蟲發光細胞中的熒光素酶主要起到催化作用,A錯誤;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;熒光素被激活過程發生的化學反應屬于吸能反應,C錯誤;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。
典例示范二
ATP是細胞的能量“通貨”,是生命活動的直接能源物質,下圖為ATP的結構和ATP與ADP相互轉化的關系式。下列說法錯誤的是(　　)
A.圖1中的A代表腺苷,b、c為特殊化學鍵
B.圖2中進行①過程時,圖1中的c鍵斷裂并釋放能量
C.ATP與ADP快速轉化依賴于酶催化作用具有高效性
D.夜間有O2存在時,圖2中過程②主要發生在線粒體
圖1　　　　　　　　　　　 圖2
【答案】　A
【重點歸納】　ATP的結構、ATP與ADP相互轉化是重點考查的知識點。
【詳解】　A項中A代表的是腺嘌呤,A錯誤;圖2中①過程進行的是ATP水解,ATP水解時遠離A的特殊化學鍵易斷裂,也就是圖1中c鍵,B正確;ATP水解和ATP合成需要酶催化,酶的催化作用具有高效性,C正確;夜間有O2存在時,主要進行有氧呼吸,有氧呼吸發生的主要場所是線粒體,D正確。
變式訓練二
(2022·廣州一模)ATP是細胞生命活動的直接能源物質,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.人成熟紅細胞可通過無氧呼吸產生ATP
B.人體細胞ATP合成所需的能量由磷酸提供
C.ATP可用于物質逆濃度梯度跨膜運輸
D.ATP釋放的磷酸基團能與某些蛋白質結合
【答案】　B
【詳解】　人體成熟的紅細胞無線粒體,進行無氧呼吸產生ATP,A正確;人體細胞ATP合成所需的能量是由有機物在氧化分解過程中釋放的能量提供的,B錯誤;物質逆濃度梯度跨膜運輸的方式屬于主動運輸,需要消耗ATP釋放的能量,C正確;ATP釋放的磷酸基團能與某些蛋白質結合,例如在主動運輸過程中,磷酸基團可以和Ca2+載體蛋白結合,這是載體蛋白的磷酸化,D正確。
真題回顧
1.(2021·廣東卷)在高等植物光合作用的卡爾文循環中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是(　　)
A.Rubisco存在于細胞質基質中
B.激活Rubisco需要黑暗條件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2結合
【答案】　D
【解析】　Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應,暗反應場所在葉綠體基質,故Rubisco存在于葉綠體基質中,A錯誤;暗反應在有光和無光條件下都可以進行,故參與暗反應的酶Rubisco的激活對光無要求,B錯誤;Rubisco催化CO2固定不需要ATP,C錯誤;Rubisco催化二氧化碳的固定,即C5和CO2結合生成C3的過程,D正確。
2.(2021·全國甲卷)已知①酶、②抗體、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸都是人體內有重要作用的物質。下列說法正確的是 (　　)
A.①②③都是由氨基酸通過肽鍵連接而成的
B.③④⑤都是生物大分子,都以碳鏈為骨架
C.①②⑥都是由含氮的單體連接成的多聚體
D.④⑤⑥都是人體細胞內的主要能源物質
【答案】　C
【解析】　大多數酶是蛋白質,少數酶是RNA;激素是有機物,可能是蛋白質、固醇、氨基酸衍生物等,A錯誤;生物大分子有蛋白質、核酸和多糖,激素是有機物,可能是蛋白質、固醇、氨基酸衍生物等;脂肪不是生物大分子,B錯誤;①大多數酶是蛋白質,少數酶是RNA,蛋白質的單體是氨基酸,RNA的單體是核糖核苷酸,都含氮;②抗體是蛋白質,單體是氨基酸,含氮;⑥核酸的單體是核苷酸,含氮,C正確;糖類是主要能源物質;ATP是直接能源物質;脂肪是良好的儲能物質,D錯誤。
3.(2022·廣東卷)某同學對蛋白酶TSS的最適催化條件開展初步研究,結果見下表。下列分析錯誤的是 (　　)
組別 pH CaCl2 溫度(℃) 降解率(%)
① 9 + 90 38
② 9 + 70 88
③ 9 - 70 0
④ 7 + 70 58
⑤ 5 + 40 30
注:　+/-分別表示有/無添加,反應物為Ⅰ型膠原蛋白
【答案】　C
【解析】　分析②③組可知,沒有添加CaCl2,降解率為0,說明該酶的催化活性依賴CaCl2,A正確;分析①②變量可知,pH均為9,都添加了CaCl2,溫度分別為90 ℃、70 ℃,故自變量為溫度,B正確;②組酶的活性最高,此時pH為9,溫度為70 ℃,但由于溫度梯度、pH梯度較大,不能說明最適溫度為70 ℃,最適pH為9,C錯誤;該實驗的反應物為Ⅰ型膠原蛋白,要確定該酶能否水解其他反應物還需補充實驗,D正確。
A.該酶的催化活性依賴于CaCl2
B.結合①、②組的相關變量分析,自變量為溫度
C.該酶催化反應的最適溫度為70 ℃,最適pH為9
D.尚需補充實驗才能確定該酶是否能水解其他反應物
4.(2022·全國乙卷)某種酶P由RNA和蛋白質組成,可催化底物轉化為相應的產物。為探究該酶不同組分催化反應所需的條件。某同學進行了下列5組實驗(表中“+”表示有,“-”表示無)。
實驗組 ① ② ③ ④ ⑤
底物 + + + + +
RNA組分 + + - + -
蛋白質組分 + - + - +
低濃度Mg2+ + + + - -
高濃度Mg2+ - - - + +
產物 + - - + -
根據實驗結果可以得出的結論是 (　　)
A.酶P必須在高濃度Mg2+條件下才具有催化活性
B.蛋白質組分的催化活性隨Mg2+濃度升高而升高
C.在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性
D.在高濃度Mg2+條件下蛋白質組分具有催化活性
【答案】　C
【解析】　第①組中,酶P在低濃度Mg2+條件,有產物生成,說明酶P在該條件下具有催化活性,A錯誤;第③組和第⑤組對照,無關變量是底物和蛋白質組分,自變量是Mg2+濃度,無論是高濃度Mg2+條件下還是低濃度Mg2+條件下,兩組均沒有產物生成,說明蛋白質組分無催化活性,BD錯誤;第②組和第④組對照,無關變量是底物和RNA組分,自變量是Mg2+濃度,第④組在高濃度Mg2+條件下有產物生成,第②組在低濃度Mg2+條件下,沒有產物生成,說明在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性,C正確。(共66張PPT)
專題二 細胞代謝
專題突破
第2講 光合作用與細胞呼吸
【思維導圖】
【考點梳理】
考點1 細胞呼吸
(1)本質:細胞內氧化分解有機物,釋放能量,合成ATP。
呼吸作用釋放的能量,一部分合成ATP,其余以熱能的形式散失。
(2)有氧呼吸
①場所:線粒體、細胞質基質
②過程:
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
酶
(3)無氧呼吸
①場所:細胞質基質
②過程:
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
酶
酶
酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫發酵。產生酒精的叫酒精發酵,產生乳酸的叫乳酸發酵。
有氧呼吸和無氧呼吸第一階段完全相同;無氧呼吸只有第一階段釋放能量,第二階段不釋放能量,能量儲存在酒精或乳酸中。
大多數生物既能進行有氧呼吸也能進行短時間無氧呼吸,但好氧細菌(如醋酸菌、硝化細菌等)只能進行有氧呼吸;而厭氧細菌(如乳酸菌、破傷風桿菌等)只能進行無氧呼吸。
(4)探究酵母菌的呼吸方式
酵母菌:兼性厭氧菌,有氧和無氧條件下都能生存。有氧條件下主要是進行自身繁殖;無氧條件下進行酒精發酵。
檢測CO2的產生:用澄清石灰水或溴麝香草酚藍水溶液檢測,現象分別為變渾濁或由藍變綠再變黃。
檢測酒精的產生:用橙色的重鉻酸鉀溶液,在酸性條件下與酒精發生化學反應,變成灰綠色(橙色→灰綠色)。
(5)影響呼吸作用的因素:溫度、O2濃度、CO2濃度和含水量等。
①溫度:溫度主要是通過影響酶的活性來影響呼吸作用。
②氧氣濃度:
(6)呼吸作用的應用
農作物長時間水淹,會出現爛根或黑根現象,原因是:長時間水淹,土壤缺氧,根細胞進行無氧呼吸產生了酒精,酒精會毒害根細胞,從而出現爛根或黑根現象。
蘋果等水果放久了內部會腐爛且切開后有酒味,原因是:蘋果等水果的內部細胞缺氧進行無氧呼吸產生了酒精,酒精使蘋果內部腐爛。
中耕松土或適時排水的目的:增加土壤中的氧氣,促進根有氧呼吸,促進能量的產生,有利于根對無機鹽的吸收。
用酵母菌進行面包發酵的原理是:酵母菌有氧呼吸產生CO2,CO2能使面包變松軟。
釀酒前期需通入氧氣,后期密封的原因是:前期通入氧氣有利于酵母菌進行繁殖,增加酵母菌的數量;后期密封有利于酵母菌進行酒精發酵。
傷口包扎要用透氣的紗布或創可貼的原因是:防止破傷風桿菌等厭氧菌的感染。
考點2　光合作用
(1)綠葉中色素的提取與分離實驗
實驗原理:
①提取色素的試劑:無水乙醇。②分離色素的試劑:層析液。③分離色素的方法:紙層析法。不同色素在層析液的溶解度不同,溶解度大的在濾紙條上的擴散快。
注意事項:
①SiO2作用:使研磨充分。CaCO3作用:防止色素被破壞。②濾液細線不能觸及層析液,原因是:色素會溶解于層析液。
實驗結果
濾紙條上的色素帶由上到下的色素名稱依次是:胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。含量最多的色素是:葉綠素a。含量最少的色素是:胡蘿卜素。
葉綠素主要吸收藍紫光、紅光;類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
(2)光合作用的過程
光反應(希爾反應) 暗反應(碳反應)
場所 類囊體薄膜 葉綠體基質
條件 光、色素、酶、水等 NADPH、ATP、酶、CO2等
物質
變化 ①水的光解:
H2O O2+H+
②NADPH的合成:
NADP++H++e→NADPH
③ATP的合成:
ADP+Pi+能量 ATP ①CO2的固定:CO2+C5 2C3
②C3的還原:
C3 (CH2O)
③C5的再生:
C3 C5
能量
變化 光能→ATP和NADPH中化學能 ATP和NADPH中化學能→有機物中化學能
實質 將無機物合成有機物,儲存能量
聯系 光反應為暗反應提供ATP和NADPH,暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP+,兩者是同時但不同步進行
酶
酶
ATP、NADPH
酶
ATP、NADPH
酶
總反應式:CO2+H2O (CH2O)+O2
光
葉綠體
(3)影響光合作用的外界因素:光照強度、CO2濃度、溫度、水等。
光合作用強度(光合速率):指植物在單位時間內通過光合作用制造的有機物數量(或固定的CO2量或產生的O2量)。
CO2+H2O (CH2O)+O2
光
葉綠體
總光合速率:常用有機物制造量、CO2固定量和O2產生量來表示。
凈光合速率:常用有機物積累量、CO2吸收量和O2釋放量來表示。
①光照強度:
A:光照強度為0,只進行呼吸作用。
B(光補償點):光合速率=呼吸速率。
C(光飽和點):光合速率達到最大值。
AB段:光合速率<呼吸速率。
B點以后:光合速率>呼吸速率。
C點以后光合速率不再隨光照強度增大而增大,限制的主要因素是CO2濃度、含水量、酶和色素的數量等有限。
B 點以后,植物才能正常生長。
②二氧化碳濃度:
在一定范圍內,光合速率隨CO2濃度的增大而增大,但當CO2增大到一定濃度后,光合速率不再隨CO2濃度的增大而增大,限制的主要因素是光照強度、含水量、酶和色素的數量等。
③溫度:溫度可通過影響酶的活性來影響光合作用。
夏天:晴朗白天溫度較高時光合速率會下降,原因是:溫度過高,氣孔會關閉,CO2供應會減少,從而使光合速率下降。
大棚蔬菜種植白天適當提高溫度,晚上適當降低溫度,原因是:白天適當提高溫度有利于光合作用制造有機物,晚上適當降低溫度能降低細胞呼吸減少有機物的消耗,從而有利于植物有機物的積累。
(4)化能合成作用:生物利用體外環境中的某些無機物氧化所釋放的能量來制造有機物的過程。
化能合成作用與光合作用的主要區別:能量的來源不同。
化能合成作用利用的是無機物氧化釋放的化學能,光合作用利用的是太陽能。
化能合成生物:硝化細菌、硫細菌等。
典例示范一
(2020·全國Ⅰ卷)種子貯藏中需要控制呼吸作用以減少有機物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質是淀粉分解產生的葡萄糖,下列關于種子呼吸作用的敘述,錯誤的是 (　　)
A.若產生的CO2與乙醇的分子數相等,則細胞只進行無氧
呼吸
B.若細胞只進行有氧呼吸,則吸收O2的分子數與釋放CO2
的分子數相等
C.若細胞只進行無氧呼吸且產物是乳酸,則無O2吸收也無
CO2釋放
D.若細胞同時進行有氧和無氧呼吸,則吸收O2的分子數比
釋放CO2的分子數多
【答案】　D
【重點歸納】　重點掌握有氧呼吸、酒精發酵、乳酸發酵的過程、反應物、產物和反應式。
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
呼吸底物是葡萄糖時,若只進行有氧呼吸,則消耗的氧氣=生成的二氧化碳量;若只進行無氧呼吸,當呼吸產物是酒精時,生成的酒精量=生成的二氧化碳量。
酶
酶
酶
【詳解】　若二氧化碳的生成量=酒精的生成量,則說明不消耗氧氣,故只進行無氧呼吸,A正確;若只進行有氧呼吸,則消耗的氧氣量=生成的二氧化碳量,B正確;若只進行無氧呼吸,說明不消耗氧氣,產乳酸的無氧呼吸不會產生二氧化碳,C正確;若同時進行有氧呼吸和無氧呼吸,若無氧呼吸產酒精,則消耗的氧氣量小于二氧化碳的生成量,若無氧呼吸產乳酸,則消耗的氧氣量=二氧化碳的生成量,D錯誤。
變式訓練一
1.(2022·深圳一模)在馬拉松比賽時,人體骨骼肌細胞需要消耗大量能量。此時關于人體內呼吸作用產物的推斷,最合理的是(　　)
A.乳酸 B.酒精、二氧化碳和水
C.水和二氧化碳 D.乳酸、二氧化碳和水
【答案】　D
【詳解】　人體劇烈運動時,肌肉細胞消耗能量較多,既進行有氧呼吸,又進行無氧呼吸,有氧呼吸的產物有水、二氧化碳和ATP,無氧呼吸的產物有乳酸和ATP,故肌肉細胞呼吸作用的產物有水、二氧化碳、乳酸和ATP。
2.(2021·全國甲卷)某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗,不可能得到的結果是 (　　)
A.該菌在有氧條件下能夠繁殖
B.該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生
C.該菌在無氧條件下能夠產生乙醇
D.該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2
【答案】　B
【詳解】　酵母菌有細胞核,是真菌生物,其代謝類型是異養兼性厭氧型,與無氧條件相比,在有氧條件下,產生的能量多,酵母菌的增殖速度快,A不符合題意;酵母菌無氧呼吸在細胞質基質中進行,無氧呼吸第一階段產生丙酮酸、還原氫,并釋放少量的能量,第二階段丙酮酸被還原氫還原成乙醇,并生成二氧化碳,B符合題意,C不符合題意;酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸都在第二階段生成CO2,D不符合題意。
典例示范二
(2021·廣東卷)為積極應對全球氣候變化,我國政府在2020年的聯合國大會上宣布,中國于2030年前確保碳達峰(CO2排放量達到峰值),力爭在2060年前實現碳中和(CO2排放量與減少量相等)。這是中國向全世界的鄭重承諾,彰顯了大國擔當。回答下列問題:
(1)在自然生態系統中,植物等從大氣中攝取碳的速率與生物的呼吸作用和分解作用釋放碳的速率大致相等,可以自我維持
　　　 　　。自西方工業革命以來,大氣中CO2的濃度持續增加,引起全球氣候變暖,導致的生態后果主要是____________
　 。
碳平衡(CO2平衡)　
極地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等
【詳解】　在自然生態系統中,植物光合作用攝取碳的速率與生物的呼吸作用和微生物的分解作用釋放碳的速率大致相等。隨著現代工業的迅速發展,人類大量燃燒煤、石油等化學燃料,使地層中經過千百萬年而積存的碳元素,在很短的時間內釋放出來,打破了生物圈中的碳平衡,使大氣中的CO2濃度迅速增加,引起全球氣候變暖,導致極地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等嚴重的生態后果。
(2)生態系統中的生產者、消費者和分解者獲取碳元素的方式分別是　 ,消費者通過食物網(鏈)取食利用,　 。
生產者通過光合作用或化能合成作用　
分解者通過分解作用
【詳解】　生產者主要通過光合作用和化能合成作用獲取碳元素,從而碳元素將通過生產者進入生態系統,消費者通過攝食生產者和低營養級的消費者來獲取碳元素,分解者通過分解生產者的遺體殘骸和消費者的糞便、遺體殘骸來獲取碳元素。消費者通過食物網(鏈)取食利用,從而將碳元素以含碳有機物的形式進行傳遞。
(3)全球變暖是當今國際社會共同面臨的重大問題,從全球碳循環的主要途徑來看,減少　　　　 　和增加________
　　　　　 是實現碳達峰和碳中和的重要舉措。
碳釋放(CO2排放量)　 碳攝取(CO2攝取量)
【重點歸納】　光合作用及細胞呼吸通常會結合碳循環失衡,即全球氣候變暖這個熱點環境問題一起考查,主要考查光合作用的過程、場所、影響因素和光合作用在維持碳平衡中的作用。
【詳解】　全球變暖是當今國際社會共同面臨的重大問題,從全球碳循環的主要途徑來看,解決全球變暖問題,一方面是從源頭上減少二氧化碳的排放,主要是通過減少化石燃料的燃燒、開發新能源等來減少二氧化碳排放;另一方面是增加二氧化碳的去路,主要有植樹造林、退耕還林、擴大森林面積、保護森林等。因此,增加碳攝取和減少碳釋放是實現碳達峰和碳中和的重要舉措。
變式訓練二
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,經光合作用的　　　　過程轉化成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。
暗反應
類囊體膜　 細胞呼吸(呼吸作用)
【詳解】　光合作用分為光反應和暗反應兩個階段,CO2 被植物吸收后,經光合作用暗反應過程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)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 　。
溫度、光照強度
【詳解】　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)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)。
植樹造林、禁止亂砍濫伐
【詳解】　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.氣候變化與生態系統的碳循環密切相關。下表為A、B兩個不同時期陸地生態系統與大氣環境的碳交換情況。
時期 碳吸收量/
(kg·a-1) 碳釋放量/
(kg·a-1)
A 1.20×1014 1.20×1014
B 1.20×1014 1.26×1014
(1)生態系統中碳的吸收主要是通過　 　作用實現的,碳的釋放主要是通過　　　作用實現的。
光合　
呼吸
【詳解】　生態系統中碳的吸收有光合作用和化能合成作用,主要是光合作用;碳的釋放有化石燃料的燃燒、細胞呼吸等,生態系統中主要是通過呼吸作用實現的。
【詳解】　A時期:碳的吸收量=碳的釋放量;B時期:碳的吸收量<碳的釋放量。因此A時期的生態系統處于穩定狀態。
(2)表中 　時期的生態系統處于穩定狀態,原因是__________
　 。
(3)由于過度的人工碳排放,破壞了生態系統的　　　　,導致大氣中　　　增加并引起全球氣候變化。
【詳解】　過度的人工碳排放,破壞了生態系統的穩定性,導致大氣中CO2增加并引起全球氣候變化。
A　
　 碳吸收量等于碳釋放量
穩定性
CO2
【詳解】　類囊體吸收光能的過程發生在光合作用的光反應階段;藍藻能在細胞內將光合作用產生的有機物——葡萄糖直接發酵轉化為燃料乙醇。
(4)人們正在積極開發新能源以減少碳排放。如“葉綠素太陽能電池”是模仿類囊體吸收光能的特征而制造的,類囊體吸收光能的過程發生在光合作用的　　　　階段;又如經改造的藍藻能在細胞內將光合作用產生的　　　　直接發酵轉化為燃料乙醇。
光反應
葡萄糖
3.(2021·深圳一模)“碳中和”是指國家、企業或個人等通過植樹造林、節能減排等形式,以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量,實現正負抵消,達到相對“零排放”,下列敘述錯誤的是(　　)
A.碳在群落和無機環境之間主要以CO2的形式循環
B.每個自然生態系統都可依靠自身實現“碳中和”
C.實現“碳中和”的有效措施是增加生產者的數量
D.過度的人工碳排放可能會導致海平面上升
【答案】 B
【詳解】 碳在生物群落與無機環境之間以CO2的形式進行循環,在生物群落內部,碳是以有機物的形式流動,A正確;碳循環具有全球性,“碳中和”是全球性的,不是單獨的生態系統,B錯誤;實現“碳中和”,可以增加生產者的數量,提高生產者對二氧化碳的消耗,C正確;過度的人工碳排放可能會導致大氣中二氧化碳濃度增加,從而產生溫室效應,溫室效應可導致海平面的上升,D正確。
真題回顧
1.(2020·全國Ⅰ卷)農業生產中的一些栽培措施可以影響作物的生理活動,促進作物的生長發育,達到增加產量等目的。回答下列問題:
(1)中耕是指作物生長期中,在植株之間去除雜草并進行松土的一項栽培措施,該栽培措施對作物的作用有________________
　 (答出2點即可)。
【詳解】　中耕松土過程中去除了雜草,減少了雜草和農作物之間的競爭;疏松土壤可以增加土壤的含氧量,有利于根細胞的有氧呼吸,促進礦質元素的吸收,從而達到增產的目的。
減少雜草對水分、礦質元素和陽光的競爭;增加土壤氧氣含量,促進根的有氧呼吸
(2)農田施肥的同時,往往需要適當澆水,此時澆水的原因是___
_______________________________________________________　
(答出1點即可)。
肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (防止土壤溶液濃度過高導致植物失水)
【詳解】　農田施肥時,肥料中的礦質元素只有溶解在水中,以離子形式存在,才能被作物根系吸收。
(3)農業生產常采用間作(同一生長期內,在同一塊農田上間隔種植兩種作物)的方法提高農田的光能利用率。現有4種作物,在正常條件下生長能達到的株高和光飽和點(光合速率達到最大時所需的光照強度)見下表。從提高光能利用率的角度考慮,最適合進行間作的兩種作物是　　　,選擇這兩種作物的理由是______
_______________________________________________________
　 。
A和C　 作物A光飽和點高且長得高,可以利用上層光照進行光合作用;作物C光飽和點低且長得矮,能利用下層的弱光進行光合作用
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光飽和點/
(μmol O2·m-2·s-1) 1200 1180 560 623
【詳解】　分析表中數據可知,作物A、D的株高較高,B、C的株高較低,作物A、B的光飽和點較高,適宜在較強光照下生長, C、D的光飽和點較低,適宜在弱光下生長,綜合上述特點,應選取作物A和C進行間作,作物A可利用上層光照進行光合作用,作物C能利用下層的弱光進行光合作用,從而提高光能利用率。
2.(2020·全國Ⅱ卷)為了研究細胞器的功能,某同學將正常葉片置于適量的溶液B中,用組織搗碎機破碎細胞,再用差速離心法分離細胞器。回答下列問題:
(1)該實驗所用溶液B應滿足的條件是____________________
　 (答出2點即可)。
pH應與細胞質基質的相同,滲透壓應與細胞內的相同
【詳解】　將正常葉片置于適量的溶液B中,為防止葉片失水,應保證pH與細胞質基質的相同,滲透壓與細胞內的相同。
(2)離心沉淀出細胞核后,上清液在適宜條件下能將葡萄糖徹底分解,原因是此上清液中含有　 。
(3)將分離得到的葉綠體懸浮在適宜溶液中,照光后有氧氣釋放;如果在該適宜溶液中將葉綠體外表的雙層膜破裂后再照光,
　 (填“有”或“沒有”)氧氣釋放,原因是______________________
　 。
細胞質基質和線粒體
【詳解】　葡萄糖在有氧呼吸的過程能徹底氧化分解,在真核細胞中場所為細胞質基質和線粒體。
有　 類囊體膜是H2O分解釋放O2的場所,葉綠體膜破裂不影響類囊體膜的功能
【詳解】　由于類囊體膜是H2O分解釋放O2的場所,葉綠體膜破裂不影響類囊體膜功能,故有氧氣釋放。
3.(2020·全國Ⅲ卷)照表中內容,圍繞真核細胞中ATP的合成來完成下表。
反應部位 (1)　 　　 葉綠體的
類囊體膜 線粒體
反應物 葡萄糖 丙酮酸等
反應名稱 (2)　 　　 光合作用的
光反應 有氧呼吸的
部分過程
合成ATP的
能量來源 化學能 (3)　 　 　 化學能
終產物
(除ATP外) 乙醇、CO2 (4)　 　　 (5)　 　　
細胞質基質
無氧呼吸
光能
O2、NADPH
H2O、CO2
【詳解】　(1)由反應產物乙醇、CO2可知,該反應為無氧呼吸,反應場所為細胞質基質。
(2)由反應產物乙醇、CO2可知,該反應為無氧呼吸。
(3)光合作用的光反應中光能轉化成活躍的化學能,儲存在ATP中。
(4)光合作用的光反應的產物為O2和NADPH。
(5)線粒體內進行有氧呼吸的第二階段產物為CO2,第三階段產物為H2O。
4.(2022·廣東卷)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養10天后(圖a),測定相關指標(圖b),探究遮陰比例對植物的影響。
a b
回答下列問題:
(1)結果顯示,與A組相比,C組葉片葉綠素含量　　,原因可能是　 。
高　
遮陰條件下植物合成較多的葉綠素
【詳解】　分析題圖a可知,A組未遮陰,B組植株一半遮陰(50%遮陰),C株全遮陰(100%遮陰)。
(1)分析題圖b結果可知,培養10天后,A組葉綠素含量為4.2,C組葉綠素含量為4.7,原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素,以盡可能地吸收光能。
(2)比較圖b中B1與A組指標的差異,并結合B2相關數據,推測B組的玉米植株可能會積累更多的　 　　　　　,因而生長更快。
【詳解】　比較圖b中B1葉綠素含量為 5.3,B2組的葉綠素含量為3.9,A組葉綠素含量為4.2;B1凈光合速率為20.5,B2組的凈光合速率為7.0,A組凈光合速率為11.8,可推測B組的玉米植株總葉綠素含量為(5.3+3.9)/2=4.6,凈光合速率為(20.5+7.0)/2=13.75。兩項數據B組均高于A組,推測B組可能會積累更多的糖類等有機物,因而生長更快。
糖類等有機物
(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結果,作出該條件可能會提高作物產量的推測,由此設計了初步實驗方案進行探究:
實驗材料:選擇前期　　　　 一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株。
實驗方法:按圖a所示的條件,分A、B、C三組培養玉米幼苗,每組30株;其中以　　 為對照,并保證除　　　　　外其他環境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結果統計:比較各組玉米的平均單株產量。
分析討論:如果提高玉米產量的結論成立,下一步探究實驗的思路是　 。
光照條件　
A組
遮光程度
探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少
【詳解】　分析題意可知,該實驗目的是探究B組條件是否能提高作物產量。該實驗自變量為玉米遮光程度,因變量為作物產量,可用籽粒重量表示。實驗設計應遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等,無關變量應保持相同且適宜。故實驗設計如下:實驗材料,選擇前期光照條件一致、生長狀態相似的某玉米品種幼苗90株;實驗方法,按圖a所示條件,分為A、B、C三組培養玉米幼苗,每組30株,其中以A為對照,并保證除遮光條件外其他環境條件一致,收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量;結果統計,比較各組玉米的平均單株產量;分析討論,如果B組遮光條件能提高作物產量,則下一步需要探究能提高作物產量的具體的最適遮光比例是多少。
【詳解】　(1)光合作用光反應階段的場所是葉綠體的類囊體膜上,光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成,因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、[H]和ATP。
5.(2022·全國甲卷)根據光合作用中CO2的固定方式不同,可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的,光反應階段的產物是 　(答出3點即可)。
O2、[H]和ATP
【詳解】　葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和被自身呼吸消耗,其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下,植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。
(2)正常條件下,植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位,原因是 　 (答出1點即可)。
被自身呼吸消耗或用來建造植物體結構
(3)干旱會導致氣孔開度減小,研究發現在同等程度干旱條件下,C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析,可能的原因是________________________________________
　。
C4植物的CO2補償點低于C3植物,C4植物能夠利用較低濃度的CO2
【詳解】　C4植物的CO2固定途徑有C4和C3途徑,其主要的CO2固定酶是PEPCase和Rubisco;而C3植物只有C3途徑,其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱會導致氣孔開度減小,葉片氣孔關閉,CO2吸收減少;由于C4植物的CO2補償點低于C3植物,則C4植物能夠利用較低濃度的CO2,因此光合作用受影響較小的植物是C4植物,C4植物比C3植物生長得好。
6.(2021·全國乙卷)生活在干旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中;白天氣孔關閉,液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題:
(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有______________________
　 。
光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和_________________
　　　釋放的CO2。
細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜
細胞呼吸(或呼吸作用)
【詳解】　白天有光照,葉肉細胞能利用液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2進行光合作用,也能利用光合作用產生的氧氣和有機物進行有氧呼吸,光合作用光反應階段能將光能轉化為化學能儲存在ATP中,有氧呼吸三階段都能產生能量合成ATP,因此葉肉細胞能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣,反之,細胞呼吸(呼吸作用)產生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應,故光合作用所需的CO2可來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸(或呼吸作用)釋放的CO2。
(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式,這種方式既能防止 　 　　　　,又能保證　　　　 正常進行。
蒸騰作用過強導致水分散失過多
光合作用
【詳解】　由于環境干旱,植物吸收的水分較少,為了維持機體的平衡適應這一環境,氣孔白天關閉能防止白天因溫度較高蒸騰作用較強而導致植物體水分散失過多,晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定以保證光合作用等生命活動的正常進行。
(3)若以pH作為檢測指標,請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)
【答案】　實驗思路:取生長狀態相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組;A組在(濕度適宜的)正常環境中培養,B組在干旱環境中培養,其他條件相同且適宜,一段時間后,分別檢測兩組植株夜晚同一時間液泡中的pH,并求平均值。
預期結果:A組pH平均值高于B組。
【詳解】　該實驗自變量是植物甲所處的生存環境是否干旱,由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳,生成蘋果酸儲存在液泡中,導致液泡pH降低,故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式,即因變量檢測指標是液泡中的pH。實驗思路:取生長狀態相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組;A組在(濕度適宜的)正常環境中培養,B組在干旱環境中培養,其他條件相同且適宜,一段時間后,分別檢測兩組植株夜晚同一時間液泡中的pH,并求平均值。
預期結果:A組pH平均值高于B組。
7.(2021·廣東卷)秸稈的纖維素經酶水解后可作為生產生物燃料乙醇的原料。生物興趣小組利用自制的纖維素水解液(含5%葡萄糖)培養酵母菌并探究其細胞呼吸(如圖)。下列敘述正確的是(　　)
A.培養開始時向甲瓶中加入重鉻酸鉀以便檢測乙醇生成
B.乙瓶的溶液由藍色變成紅色,表明酵母菌已產生了CO2
C.用甲基綠溶液染色后可觀察到酵母菌中線粒體的分布
D.實驗中增加甲瓶的酵母菌數量不能提高乙醇最大產量
【答案】　D
【詳解】 培養開始時,酵母菌進行的是有氧呼吸,沒有乙醇產生,甲瓶中的氧氣消耗完后才進行無氧呼吸,才有乙醇產生,檢測乙醇生成,應取甲瓶中的濾液2 mL注入試管中,再向試管中加入0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液,使它們混合均勻,觀察試管中溶液顏色的變化,A錯誤;CO2可以使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃,因此乙瓶的溶液不會變成紅色,B錯誤;甲基綠是對DNA進行染色的,健那綠染液才是專一性染線粒體的活細胞染料,可使活細胞中的線粒體呈現藍綠色,而細胞質接近無色,因此用健那綠染液染色才能觀察到酵母菌中線粒體的分布,C錯誤;乙醇最大產量與甲瓶中葡萄糖的量有關,因甲瓶中葡萄糖的量是一定,因此實驗中增加甲瓶的酵母菌數量不能提高乙醇最大產量,D正確。
8.(2022·廣東卷)種子質量是農業生產的前提和保障。生產實踐中常用TTC法檢測種子活力,TTC(無色)進入活細胞后可被[H]還原成TTF(紅色)。大豆充分吸脹后,取種胚浸于0.5%TTC溶液中,30 ℃保溫一段時間后部分種胚出現紅色。下列敘述正確的是(　　)
A.該反應需要在光下進行
B.TTF可在細胞質基質中生成
C.TTF生成量與保溫時間無關
D.不能用紅色深淺判斷種子活力高低
【答案】　B
【詳解】　大豆種子充分吸水脹大,此時未形成葉綠體,不能進行光合作用,該反應不需要在光下進行,A錯誤;細胞質基質中可通過細胞呼吸第一階段產生[H],TTF可在細胞質基質中生成,B正確;保溫時間較長時,較多的TTC進入活細胞,生成較多的紅色TTF,C錯誤;相同時間內,種胚出現的紅色越深,說明種胚代謝越旺盛,據此可判斷種子活力的高低,D錯誤。
9.(2022·全國甲卷)線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所。研究發現,經常運動的人肌細胞中線粒體數量通常比缺乏鍛煉的人多。下列與線粒體有關的敘述,錯誤的是 (　　)
A.有氧呼吸時細胞質基質和線粒體中都能產生ATP
B.線粒體內膜上的酶可以參與[H]和氧反應形成水的過程
C.線粒體中的丙酮酸分解成CO2和[H]的過程需要O2的直
接參與
D.線粒體中的DNA能夠通過轉錄和翻譯控制某些蛋白質
的合成
【答案】　C
【詳解】　有氧呼吸的第一階段場所是細胞質基質,第二、三階段在線粒體,三個階段均可產生ATP,故有氧呼吸時細胞質基質和線粒體都可產生ATP,A正確;線粒體內膜是有氧呼吸第三階段的場所,該階段氧氣和[H]反應生成水,該過程需要酶的催化,B正確;丙酮酸分解為CO2和[H]是有氧呼吸第二階段,場所是線粒體基質,該過程需要水的參與,不需要氧氣的參與,C錯誤;線粒體是半自主性細胞器,其中含有少量DNA,可以通過轉錄和翻譯控制蛋白質的合成,D正確。
10.(2022·全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中,在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養,發現容器內CO2含量初期逐漸降低,之后保持相對穩定。關于這一實驗現象,下列解釋合理的是 (　　)
A.初期光合速率逐漸升高,之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持穩定
C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率
【答案】　D
【詳解】　初期容器內CO2濃度較大,光合作用強于呼吸作用,植物吸收CO2釋放O2,使密閉容器內的CO2濃度下降,O2濃度上升,A錯誤;根據分析由于密閉容器中,在適宜且恒定的溫度和光照條件下,容器內的CO2濃度下降,所以說明植物光合作用大于呼吸作用,但由于CO2含量逐漸降低,從而使植物光合速率逐漸降低,直到光合作用與呼吸作用相等,容器中氣體趨于穩定,B錯誤;初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率,C錯誤,D正確。

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