高三生物专题二细胞代谢ppt课件

专题二　细胞代谢 [ 考纲要求 ] 　 1. 说明物质出入细胞的方式。 2. 说明酶在代谢中的作用。 3. 解释 ATP 在能量代谢中的作用。 4. 说明光合作用以及对它的认识过程。 5. 研究影响光合作用速率的环境因素。 6. 说明细胞呼吸，探讨其原理的应用。 知识主线　思维串联 蛋白质或 RNA 活化能 A － P ～ P ～ P 线粒体 细胞质基质 光照、温度、 CO 2 1 . 理清动植物细胞的吸水和失水 微专题 1 　物质出入细胞的方式 选择透过性 提醒： ① 人工膜 ≠ 生物膜：生物膜具有 “ 载体蛋白 ” ，故具有选择透过性，人工膜为半透性膜，物质能否通过取决于膜上孔径的大小。 ② 渗透平衡 ≠ 浓度相等：达到渗透平衡时，半透膜两侧水分子移动达到动态平衡，此时膜两侧溶液的浓度未必相等，如透析袋内蔗糖溶液与透析袋外的清水可达渗透平衡，但浓度不会相等。 2. 影响物质跨膜运输的两大因素 —— 物质浓度、 O 2 浓度 (1) 物质浓度 ( 在一定的浓度范围内 ) 自由扩散 协助扩散或主动运输 (2) 氧浓度 提醒： 温度通过影响生物膜的流动性和酶的活性，进而影响物质运输的速率。 自由扩散、协助扩散 主动运输 3 . 物质出入细胞方式的判断 提醒： ① mRNA 通过核孔从细胞核到细胞质，不属于胞吐作用。 ② 与主动运输有关的细胞器除供能的线粒体外，还有合成载体蛋白的场所 —— 核糖体。 4. 巧用两种抑制剂探究物质跨膜运输的方式 题型一　围绕物质出入细胞的方式，考查生命观念 1. (2019·4 月浙江选考， 9) 哺乳动物细胞在 0.9%NaCl 溶液中仍能保持其正常形态。将兔红细胞置于不同浓度 NaCl 溶液中，一段时间后制作临时装片，用显微镜观察并比较其形态变化。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A . 在高于 0.9%NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用失水皱缩并发生质壁分离 B . 在 0.9%NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于此时没有水分子进出细胞 C . 在低于 0.9%NaCl 溶液中，红细胞因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂 D . 渗透作用是指水分子从溶液浓度较高处向溶液浓度较低处进行的扩散 解析　 兔红细胞没有细胞壁，不会发生质壁分离， A 错误；在 0.9%NaCl 溶液中，红细胞形态未变是由于水分子进出达到平衡， B 错误；在低于 0.9%NaCl 溶液中，进入红细胞的水分子多于出红细胞的水分子，红细胞会因渗透作用吸水膨胀甚至有的破裂， C 正确；渗透作用是水分子通过膜的扩散，其中水分子是从其分子数相对较多处向相对较少处扩散，即从溶液浓度较低处向溶液浓度较高处进行扩散， D 错误。 答案　 C 2. (2019 ·名师原创新考纲检测卷 ) 植物细胞膜、液泡膜上含有一种 H ＋ － ATP 酶，可以转运 H ＋ ，有利于对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内酸性环境。如图为植物细胞对 H ＋ 运输的示意图，下列相关叙述错误的是 ( 　　 ) A. 在细胞质基质、细胞液、细胞外环境中，细胞质基质的 pH 最大 B.H ＋ 进出植物细胞的跨膜运输方式都是主动运输 C. 植物细胞呼吸受到抑制，会影响细胞对细胞外某些溶质分子的吸收 D. 低温环境会影响细胞对细胞外某些溶质分子的 吸收 解析 　据题图分析， H ＋ 运出细胞和运进液泡需要载体蛋白 H ＋ － ATP 酶的协助，同时需要 ATP 水解提供能量，表明 H ＋ 运出细胞和运进液泡的运输方式是主动运输， H ＋ 运出细胞和运进液泡是逆 H ＋ 浓度梯度，所以细胞质基质中 H ＋ 浓度小于胞外 H ＋ 浓度和细胞液 H ＋ 浓度， H ＋ 浓度越小，其 pH 越大，故细胞质基质的 pH 最大， A 正确； H ＋ 运出细胞的方式是主动运输，而细胞外 H ＋ 进入细胞，需要蛋白质的协助，但不需要细胞代谢提供能量，说明细胞外 H ＋ 进入细胞的方式是被动运输， B 错误；胞外溶质分子进入细胞依赖细胞内外 H ＋ 浓度差，植物细胞呼吸受到抑制，细胞呼吸产生的 ATP 减少，会影响 H ＋ 的运输，从而影响细胞对某些溶质分子的吸收， C 正确；低温环境会影响细胞呼吸、细胞膜的流动性、细胞膜上载体蛋白的移动，因此会影响细胞对细胞外某些溶质分子的吸收， D 正确。 答案 　 B 判断葡萄糖、氨基酸等分子出入细胞的方式要看具体信息，若为高浓度到低浓度的运输为协助扩散，若为低浓度到高浓度的运输则为主动运输，若题干无信息，一般默认主动运输。 　　　 题型二　以物质跨膜运输为载体，考查科学探究能力 3. (2019· 广东中山六校二联 ) 哺乳动物的红细胞在清水中会很快膨胀破裂，而爪蟾的卵母细胞在清水中不会发生这种变化。科学家将控制红细胞膜上 CHIP28( 推测是一种水通道蛋白 ) 合成的 mRNA 注入爪蟾的卵母细胞中，卵母细胞在清水中迅速膨胀，并于 5 分钟内破裂。请分析回答下列问题： ( 1) 爪蟾的卵母细胞中通过 ________ 过程合成 CHIP28 ，除线粒体外， CHIP28 的加工、运输 需要 ________________________________________________( 填细胞器名称 ) 参与。 (2) 研究人员用纯化的 CHIP28 、 KCl 溶液和磷脂分子构建成球形 “ 脂质体 ” ( 人工膜 ) ，再将 “ 脂质体 ” 转移至蒸馏水中，发现 “ 脂质体 ” 也发生了快速膨胀破裂。目前认为，水分子跨膜运输有两种机制，一种是通过水通道蛋白的快速协助扩散，另一种速度较慢，是经过磷脂双分子层间隙的自由扩散。在已有实验的基础上，如何构建新 “ 脂质体 ” 证明后一种机制的存在？ 方法：用 ____________________ 构建成球形新 “ 脂质体 ” ，再将此 “ 脂质体 ” 转移至蒸馏水中。 预期结果： __________________________________________________________ 。 (3) 由以上实验推测水分子通过 CHIP28 时 ________( 填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ” ) 消耗 ATP 。 解析 　 (1) 根据题意 CHIP28 是以 mRNA 为模板合成的水通道蛋白，故爪蟾的卵母细胞通过翻译过程合成该蛋白质。膜蛋白在核糖体上合成后，需要先后经过内质网、高尔基体的加工和运输。 (2) 要证明水分子可以经过磷脂双分子层间隙进行自由扩散，应去掉人工膜上的 CHIP28 ，因此，可以用 KCl 溶液和磷脂分子构建成球形新 “ 脂质体 ” ，将新的 “ 脂质体 ” 置于蒸馏水中，与用 CHIP28 、 KCl 溶液和磷脂分子构建成的球形 “ 脂质体 ” 进行对照，如果新 “ 脂质体 ” 会吸水膨胀 ( 破裂 ) ，且比有 CHIP28 时速度慢，则证明后一种机制是存在的。 (3) 水分子通过 CHIP28 的方式属于协助扩散，不需要消耗 ATP 。 答案 　 (1) 翻译　内质网、高尔基体　 (2) KCl 溶液和磷脂分子　新 “ 脂质体 ” 吸水膨胀 ( 破裂 ) ，且比有 CHIP28 时速度慢　 (3) 不需要 1 . 酶的归纳 微专题 2 　酶和 ATP 2 . 影响酶促反应速率的因素曲线 提醒： ① 低温或盐析能降低酶的活性，但不会使酶失活，即酶的空间结构不被破坏，条件适宜时酶活性可恢复。 ② 高温、强酸、强碱、重金属、紫外线、酒精等有机溶剂会破坏酶的空间结构，使酶失活，酶活性不能恢复。 ③ 同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中，如呼吸酶或 ATP 合成酶。 3. 常考酶的种类及应用 限制酶 DNA 连接酶 4. 酶的特性及相关探究实验 提醒： 检验蛋白酶对蛋白质的分解时应选用蛋白块，通过观察其消失情况得出结论，不能用双缩脲试剂鉴定。 5. 生物体内的能源物质与 ATP (1) 能源物质 糖类 脂肪 太阳能 (2)ATP 的再生与利用 注意： ① ATP ≠ 能量 ATP 是一种高能磷酸化合物，不能将两者等同起来。 ② ATP 产生量与 O 2 供给量间的关系 题型一　围绕 ATP 的结构与功能，考查科学思维能力 1. (2019· 天津卷， 2) 下列过程需 ATP 水解提供能量的是 ( 　　 ) A. 唾液淀粉酶水解淀粉 B. 生长素的极性运输 C. 光反应阶段中水在光下分解 D. 乳酸菌无氧呼吸的第二阶段 解析　 唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗 ATP 水解释放的能量， A 错误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗 ATP 水解释放的能量， B 正确；光反应阶段中水在光下分解产生 [H] 和氧气，不需要消耗 ATP 水解释放的能量， C 错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和 [H] 在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生 ATP ，也不消耗 ATP ， D 错误。 答案　 B 2. (2019· 山东淄博三模 ) ATP 合成酶是一种结构复杂的蛋白质，位于生物膜上，能催化 ATP 的合成。下列叙述错误的是 ( 　　 ) A.ATP 和 ATP 合成酶都含有核糖 B.ATP 合成酶可催化高能磷酸键的合成 C . 真核细胞中 ATP 合成酶分布于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上 D.ATP 合成酶在温和的条件下发挥 作用 解析　 ATP 中含有核糖， ATP 合成酶中不含有核糖， A 错误； ATP 合成酶能催化高能磷酸键的合成，使 ADP 形成 ATP ， B 正确；根据题意， ATP 合成酶位于生物膜上，在真核细胞中 ATP 合成酶分布于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上， C 正确；酶可以在常温等温和条件下催化反应， D 正确。 答案　 A 题型二　结合与酶有关的实验，考查科学探究能力 3. (2019·4 月浙江选考， 10) 为研究酶的特性，进行了实验，基本过程如下表所示： 步骤 基本过程 试管 A 试管 B 1 加入 2% 过氧化氢溶液 3 mL 3 mL 2 加入马铃薯匀浆 少许 － 3 加入二氧化锰 － 少许 4 检测     据此分析，下列叙述错误的是 ( 　　 ) A. 实验的可变因素是催化剂的种类 B. 可用产生气泡的速率作检测指标 C. 该实验能说明酶的作用具有高效性 D. 不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验 解析　 比较表中试管 A 和试管 B 中加入的物质，可知本实验的自变量是催化剂的种类， A 正确；本实验的检测指标可以是卫生香的燃烧程度也可以是产生气泡的速率， B 正确；马铃薯匀浆中含有过氧化氢酶，二氧化锰属于无机催化剂，通过比较二者催化过氧化氢分解的情况，可以证明酶具有高效性， C 正确；鸡肝匀浆中也含有过氧化氢酶，所以可以用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验， D 错误。 答案　 D 4. (2019· 四省八校双教研联盟联考 ) 研究人员从一种野生植物的贮藏根中提取出一种不溶于水的化学物质，有人认为这是一种能催化葡萄糖分解的酶，有人认为是一种能催化蔗糖分解的酶。请回答以下问题： ( 1) 写出鉴定此物质的化学本质是否是蛋白质的两种生物学方法。 第一 种鉴定方法： ____________________________________________________ 。 第二 种鉴定方法： ___________________________________________________ 。 (2) 为了探究此物质是催化葡萄糖分解的酶还是催化蔗糖分解的酶，研究人员设计了如图所示的实验过程，请预测可能的实验结果。 水浴加热后，如果 ____________________________________________________ ， 说明该物质是能催化蔗糖分解的酶；如果 ________________________________ ， ________________ 则说明该物质是能催化葡萄糖分解的酶。 (3) 若以上实验完成后，已经确定其为催化葡萄糖分解的酶，且化学本质是蛋白质，现需要确定其催化作用的最适温度，设计实验的基本思路是先设置 ________________ ，再参照 (2) 图中甲试管的处理方法进行预实验。实验结束后，再在其中选择 ____________________________ 的两支试管所对应的温度区间内，设置 ________________________ ，重复进行实验。 解析 　 (1) 可以用双缩脲试剂鉴定蛋白质，若颜色变为紫色，则该物质是蛋白质；由题干信息可知，该物质不溶于水，故还可以用蛋白酶鉴定，若溶液变澄清，说明蛋白酶能将该物质水解，则该物质是蛋白质。 (2) 分析图示可知，若该物质是分解蔗糖的酶，则乙试管中的蔗糖能被分解产生葡萄糖和果糖 ( 两者都是还原糖 ) ，而甲试管中的葡萄糖不被分解，故加入斐林试剂并水浴加热后，两试管都出现砖红色沉淀。若该物质是分解葡萄糖的酶，则甲试管中的葡萄糖被分解，乙试管中不发生反应，加入斐林试剂并水浴加热后，两试管都不出现砖红色沉淀。 (3) 要确定酶催化作用的最适温度，自变量应是温度，需设置一系列梯度较大的等温度梯度进行实验。酶催化作用越强则葡萄糖被水解的量越大，加入斐林试剂后产生的砖红色沉淀越少，因此在其中选择两支砖红色沉淀最少的试管，在这两支试管或砖红色沉淀最少的试管前后的两支试管所对应的温度之间再设置一系列更小的温度梯度进行实验，来确定最适温度。 答案 　 (1) 用双缩脲试剂鉴定　用蛋白酶处理 (2) 甲、乙两试管都出现砖红色沉淀　甲、乙两试管都不出现砖红色沉淀 (3) 一系列等温度梯度　砖红色沉淀最少或砖红色沉淀最少的试管前后　一系列更小温度梯度 1 . 光合作用与细胞呼吸的过程图解 微专题 3 　光合作用与细胞呼吸的关系 H 2 O [H] (CH 2 O) CO 2 ＋ H 2 O ＋能量 C 2 H 5 OH ＋ CO 2 2. 光合作用与细胞呼吸中 [H] 、 ATP 来源与去路 NADH NADPH 水的光解 提醒： ① 无氧呼吸只在第一阶段产生少量 ATP ，第二阶段不能产生 ATP ， [H] 在第一阶段产生，第二阶段被利用，无 [H] 的积累。 ② 无氧呼吸过程只生成少量 ATP ，大部分能量存留在酒精或乳酸中。 3. 明确 3 种元素的转移途径 ① ② ③ CO 2 CO 2 有氧呼吸 H 2 O [H] 4 . 四种状况下 “ 光合与呼吸 ” 的关系 题型一　结合光合作用与细胞呼吸的联系，意在考查分析判断能力 1. (2019· 海南卷， 12) 下列关于绿色植物的叙述，错误的是 ( 　　 ) A. 植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸 B. 植物细胞中 ATP 的合成都是在膜上进行的 C. 遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降 D. 植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用 解析　 有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸， A 正确；植物细胞中 ATP 不一定都是在膜上合成的，如细胞质基质和线粒体基质也可以合成 ATP ， B 错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，会导致叶肉细胞的叶绿素含量下降， C 正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用， D 正确。 答案　 B 2. (2019· 广东深圳市调研 ) 为了探究某地冬季温室大棚内温度和 CO 2 浓度对黄瓜光合作用的影响，某研究小组将黄瓜植株分为五组 ( 一组作为对照组，其他四组作为实验组 ) ，保持各组光照强度和湿度等条件相同且最为适宜，在光照培养箱中测定各组叶片的净光合速率，各组实验处理及结果如表所示： 　　　　　　　组别 项目　　　　　　　 对照组 实验组 一组 二组 三组 四组 实验处理 温度 / ℃ 12 12 12 20 25 CO 2 浓度 /(100 μL·L － 1 ) 6 10 15 15 15 实验结果 净光合速率 /( μmol·m － 2 ·s － 1 ) 9.7 13.2 15.1 23.3 30.9 回答下列问题： (1) 黄瓜植株叶片光合作用产生的 O 2 中的 O 来自于 ____________ ， O 2 除部分释放到外界以外，还有部分可以参与细胞有氧呼吸，与 ________( 填 “NADH” 或 “NADPH”) 结合释放出大量能量。 (2) 根据本实验结果，可以推测冬季温室大棚中对黄瓜净光合速率影响较大的环境因素是 ________ ，其依据是 ________________________________________________ ； 并可以推测冬季温室大棚要提高黄瓜净光合速率的措施是 ______________________ ___________________________________________________________________ 。 (3) 该研究小组同时测定了 33 ℃ 时与第四组在其他条件相同情况下的黄瓜净光合速率，发现与第四组实验结果相同，推测其原因是 ______________________________ _____________________________________________________________________ 。 解析 　 (1) 光合作用过程中， H 2 O 光解产生 O 2 ， O 2 还可以参与细胞有氧呼吸的第三阶段，与 NADH( 还原型辅酶 Ⅰ ) 结合产生水，并释放大量能量。 (2) 根据表中数据，一组和二组实验结果对比说明在相同温度条件下， CO 2 浓度改变产生的净光合速率差值是 15.1 － 13.2 ＝ 1.9( μmol·m － 2 ·s － 1 ) ，而三组和四组实验结果对比说明在相同 CO 2 浓度条件下，温度改变产生的净光合速率差值是 30.9 － 23.3 ＝ 7.6( μmol·m － 2 ·s － 1 ) ，故温度对温室大棚中黄瓜净光合速率影响较大。就本实验而言，适当提高温室大棚中的温度和 CO 2 浓度都可以提高黄瓜净光合速率。 (3) 经测定，在其他条件均相同的情况下， 33 ℃ 与 25 ℃ 的净光合速率相同，根据净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率可知，实际光合速率与呼吸速率差值不变，而温度改变对光合作用和呼吸作用均有影响，故推测其原因是温度改变使黄瓜植株光合速率和呼吸速率的改变量相同。 答案 　 (1) 水 ( 或 H 2 O) 　 NADH (2) 温度　相同 CO 2 浓度条件下，温度改变时净光合速率变化较大　适当提高温室大棚中的温度 ( 和 CO 2 浓度 ) (3) 温度改变使黄瓜植株光合速率和呼吸速率的改变量相同，即二者速率的差值 ( 净光合速率 ) 保持不变 ( 答案合理均可 ) 题型二　借助光合作用与细胞呼吸在生活中的应用，考查社会责任 3. (2019· 全国卷 Ⅱ ， 2) 马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A . 马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖 B . 马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来 C . 马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成 ATP D . 马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生 解析　 马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物， A 错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸和 [H] ，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸和 [H] 转化为乳酸， B 正确；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段， 1 分子葡萄糖分解成 2 分子丙酮酸和少量 [H] ，并且释放出少量能量，形成少量 ATP ， C 错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生， D 错误。 答案　 B 4. (2019· 豫南九校联考 ) 在自然光照下，有些植物的光合速率并不能达到最大值，需要进行适当的遮光处理。某科研人员为了探究适合某种草莓种植的遮光程度，进行了相关实验，结果如图所示。回答下列相关问题： (1) 遮光程度属于该实验的 ________ ，不遮光组的光照强度类似于夏季晴朗天气的正午时刻，植物在该时段光合速率相比 10 点要偏低的原因是 _______________ ____________________________________________________________________ 。 (2) 在遮光后的短时间内，叶肉细胞的叶绿体中 C 3 含量会 ________ 。 (3) 坐标曲线中的单位时间内，植株干重减去实验开始前的初始干重表示的是植物的 ________ ，如果要测量真正光合速率，则还需要测量 ________ ，测量时需要在 ________ 条件下进行。 (4) 要进一步确定最适合的遮光程度，可以在题图中的遮光 ________ 之间进一步实验，设置多组实验，相邻组遮光程度差更 ________ ，这样可以降低误差，更精确地确定合适的遮光程度。 解析 　 (1) 本实验的目的是探究适合某种草莓种植的遮光程度，所以遮光程度是该实验的自变量。夏季晴朗天气的正午时刻气温太高，植物叶片上的气孔大多关闭，导致进入叶片的 CO 2 量减少，从而导致光合速率降低。 (2) 刚遮光时，由于光反应为暗反应提供的 [H] 和 ATP 减少，导致 C 3 的还原速率降低，而 CO 2 的固定速率短时间内不改变，所以叶绿体中 C 3 的含量会增加。 (3) 单位时间内植株干重的变化量表示的是净光合速率，所以根据实验所测的数据可推测净光合速率，但真正光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和，所以欲测定真正光合速率还需要测定呼吸速率。测定植物的呼吸速率需要在黑暗条件下进行。 (4) 要进一步确定最适合的遮光程度，可以在题图中的遮光 Ⅰ 和遮光 Ⅲ 之间再设置几组实验，相邻组遮光程度差在更小的遮光程度范围内进行实验时，实验的误差更小。 答案 　 (1) 自变量　气温太高，气孔大多关闭，植物从外界吸收的 CO 2 量减少，致使光合作用速率降低 ( 其他合理答案也可 ) (2) 增加 (3) 净光合速率　呼吸速率　黑暗 (4) Ⅰ ～ Ⅲ 　小 1 . 掌握影响细胞呼吸的 “ 四类 ” 曲线 微专题 4 　影响光合作用和细胞呼吸的因素 消耗 提醒： ① 不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。 ② 人和动物细胞呼吸产生 CO 2 的场所是线粒体；酵母菌细胞呼吸产生 CO 2 的场所是线粒体和细胞质基质。 2 . 把握影响光合作用因素的 3 类曲线 光反应 温度 提醒： ① 光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与。 ② 叶绿体中的色素能吸收、传递、转换光能，不能制造能量。 ③ 蓝藻没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。 ④ 光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的 [H] 和 ATP 还可以维持一段时间的暗反应，但在无光条件下不可以长期进行。 题型一　围绕光合作用的影响因素，考查科学思维能力 1. (2019· 重庆市七校联考 ) 如图所示为研究光照强度和 CO 2 浓度对某植物光合作用强度的影响曲线。下列有关叙述中错误的是 ( 　　 ) A. 曲线 A → B 点，叶绿体中 C 3 浓度降低 B. B → D 点，叶绿体中 C 5 浓度升高 C. 曲线 A → B 点，叶绿体中 C 5 生成速率降低 D. D 点时，限制光合作用强度的环境因素可能有 CO 2 浓度和温度 等 解析 　 A → B 的过程中 CO 2 浓度不变， C 3 的生成速率不变，但 B 点光照强度大于 A 点， B 点产生的 [H] 和 ATP 的量高于 A 点， C 3 还原过程增强， C 3 浓度降低， A 正确； B 点和 D 点的光照强度相等， [H] 和 ATP 产生量相同， C 5 的生成速率不变，但 B 点 CO 2 浓度大， C 5 消耗量增大，则 D 点 C 5 浓度高于 B 点， B 正确；曲线 A → B 过程中 CO 2 浓度不变，但 B 点光照强度大于 A 点， B 点产生的 [H] 和 ATP 多于 A 点， B 点 C 5 生成速率高于 A 点， C 错误； D 点后，光合作用强度不再随光照强度的增加而增大，则 D 点时限制光合作用强度的因素可能是 CO 2 浓度和温度等， D 正确。 答案 　 C 2. (2019·4 月浙江选考， 30 改编 ) 回答与光合作用有关的问题： (1) 在 “ 探究环境因素对光合作用的影响 ” 活动中，正常光照下，用含有 0.1%CO 2 的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中 C 3 的含量会 ________ 。光反应为 C 3 还原提供的物质是 ________ 。若停止 CO 2 供应，短期内小球藻细胞中 C 5 的含量会 ________ 。研究发现 Rubisco 是光合作用过程中的关键酶，它催化 CO 2 被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体 ________ 中。 (2) 在 “ 光合色素的提取与分离 ” 活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下前两条色素带中的色素合称为 ________ 。分析叶绿素 a 的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的 ________ 光。环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与 ________ 抑制叶绿素的合成有关。 解析　 (1) 光合色素对绿光吸收最少，所以用绿光照射后短时间内 C 3 的还原速率下降，二氧化碳固定速率不变，所以 C 3 的含量会增加。光反应产生的 ATP 和 [H] 参与了暗反应中 C 3 还原为糖的过程。若停止 CO 2 供应，短期内 C 3 的还原速率不变，二氧化碳的固定速率下降，则 C 5 的含量会增加。暗反应发生的场所是叶绿体基质。 (2) 提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下前两条色素带中的色素为胡萝卜素和叶黄素，合称为类胡萝卜素。叶绿素 a 主要吸收蓝紫光和红光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。 答案　 (1) 增加　 ATP 和 [H] 　增加　基质 (2) 类胡萝卜素　蓝紫光和红　低温 题型二　围绕光合作用与细胞呼吸的综合应用，考查科学思维能力 3. (2019· 山东潍坊市质检 ) 龙血树在《本草纲目》中被誉为 “ 活血圣药 ” ，有消肿止痛，收敛止血的功效，也常作为观赏栽培植物。下图甲、乙分别为龙血树在不同条件下光合速率和呼吸速率的变化曲线 [ 单位： ( mmol·cm － 2 ·h － 1 )] 。请回答以下问题： (1) 据甲图分析，持续光照条件下，龙血树在 ________ ℃ 下，生长最快。 40 ℃ 条件下，若黑夜和白天时间相等，龙血树能否正常生长？ ________ ，判断依据是 ： __ ____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 。 (2) 若甲图数据是在光照强度充足的情况下测得的，则乙图是在 ________ ℃ 条件下测定的。 (3) 如果龙血树在图乙中 E 点光照强度下，一天光照 10 h 、黑暗处理 14 h ，则 1 cm 2 的叶片 24 h 内消耗环境中的 CO 2 是 ________ mmol 。 解析 　 (1) 据甲图可知，持续光照条件下龙血树在 30 ℃ 时，净光合速率最大，生长最快。 40 ℃ 条件下，龙血树净光合速率和呼吸速率相等，若白天时间小于或等于黑夜时间时，则有机物不会积累，影响植物生长。 (2) 乙图龙血树的呼吸速率为 2 ，最大净光合速率为 8 ，对应甲图的 30 ℃ 。 (3) E 点光照强度下，净光合速率为 4 ，呼吸速率为 2 ， 10 h 光照条件下，需消耗的 CO 2 是 40 mmol ，而 14 h 的黑暗条件，呼吸作用可提供的 CO 2 是 28 mmol ，故 1 cm 2 的叶片 24 h 内消耗环境中的 CO 2 是 12 mmol 。 答案 　 (1)30 　不能　 40 ℃ 条件下净光合速率和呼吸速率相等，若白天和黑夜时间相等，有机物不会积累，影响植物生长　 (2)30 　 (3)12 4. (2019· 全国卷 Ⅰ ， 29) 将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸 (ABA) 含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。 ( 1) 经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力 ________ 。 ( 2) 与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会 ________ ，出现这种变化的主要原因是 __________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 。 ( 3) 有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA 引起的。请以该种植物的 ABA 缺失突变体 ( 不能合成 ABA) 植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 解析　 (1) 经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物根细胞的吸水能力增强。 (2) 干旱处理后，叶片气孔开度减小，使 CO 2 供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。 (3) 本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下 ABA 处理组与非 ABA 处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由 ABA 引起的。 答案　 (1) 增强　 (2) 降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的 CO 2 减少 (3) 取 ABA 缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的 ABA 缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行 ABA 处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是 ABA 处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变 (1) 果蔬储存：零度以上低温、低氧、高 CO 2 、一定湿度。粮食储存：低温、干燥、低氧、高 CO 2 。 (2) 与光合作用有关的色素是脂溶性的，而液泡中的花青素是水溶性的，不能参与光能的吸收、转化和传递。 (3) 阴生植物与阳生植物相比较，其光补偿点与光饱和点都比较低。 (4) “ 正其行，通其风 ” 及温室内补充 CO 2 都是通过提高 CO 2 浓度，增加产量。 (5) 合理施肥，例如氮素可促进叶片面积增大和叶片数目的增多，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。 　　　 重点题型 2 　光合作用与细胞呼吸的实验设计 1 . 解读总光合速率与呼吸速率的关系 (1) 图示 (2) 解读 ① A 点 ： _________________ 。 ② AB 段：总光合速率＜呼吸速率。 ③ B 点： 为 __________ ， 总光合速率＝呼吸速率。 ④ B 点以后：总光合速率＞呼吸速率。 ⑤ C 点： C 点对应的光照强度为光饱和点。 只进行细胞呼吸 光补偿点 2 . 呼吸速率和净光合速率的测定方法 ( 如下图 ) NaOH 黑暗 NaHCO 3 光照 提醒： ① 在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，此即 “ 总光合速率 ” 。 ② 物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与两装置相比，不同点是用 “ 死亡的绿色植物 ” 代替 “ 活的绿色植物 ” ，其余均相同。 3. 光合作用与细胞呼吸实验设计中实验条件的控制方法 (1) 增加水中氧气 —— 泵入空气或放入绿色水生植物。 (2) 减少水中氧气 —— 容器密封或油膜覆盖，或煮沸冷却。 (3) 除去容器中的二氧化碳 —— 氢氧化钠溶液。 (4) 保持容器中二氧化碳浓度相对稳定 ——NaHCO 3 溶液。 (5) 除去叶片中原有的淀粉 —— 置于黑暗环境中较长时间。 (6) 除去光合作用对细胞呼吸的干扰 —— 给植株遮光。 (7) 消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。 (8) 除去叶片中叶绿素 —— 酒精隔水加热 ( 脱色 ) 。 (9) 得到单色光 —— 棱镜色散或薄膜滤光。 1. (2019· 调研 ) 银边天竺葵叶片边缘细胞因不含叶绿体而显白色 ( 如图中 b 所示 ) 。将整株银边天竺葵放在黑暗中两天，再进行如图所示的处理。两小时后取该叶片经酒精脱色处理，滴加碘液显色后观察。下列实验结果分析正确的是 ( 　　 ) A. 实验中 a 处和 b 处两部分对照证明光合作用需要光 B. 实验中 a 处和 c 处两部分对照证明光合作用需要 CO 2 C. 实验中 a 处和遮光纸遮挡部分对照证明光合作用发生于叶绿体中 D. 无论实验时间长短， b 处始终不变蓝色 解析 　 a 、 b 处均接受光照，但 b 处无叶绿体，证明光合作用需要叶绿体， A 错误； a 、 c 处均有叶绿体，且均接受光照，但 c 处无 CO 2 ，证明光合作用需要 CO 2 ， B 正确；实验中 a 处和遮光纸遮挡部分均有 CO 2 ，但后者无光，证明光合作用需要光照， C 错误；如果实验中光照时间过长， a 处产生的淀粉会向未产生淀粉部分 (b 处等 ) 运输，导致滴加碘液后， b 处也能变为蓝色， D 错误。 答案 　 B 2. (2019· 中原名校联考 ) 如图甲为在一定浓度 CO 2 缓冲液、其他最适条件下培养的植物，图乙的 a 、 b 为培养过程中一些量的相对值的变化，下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 若图乙表示甲图中植物叶肉细胞内 C 3 的变化，则 a 到 b 可能是突然停止光照或光照减弱 B. 若图乙表示甲图完全培养液中钾离子的浓度，由 a 到 b 的变化说明植物对钾离子吸收的相对速率小于对水分吸收的相对速率 C. 若图乙表示甲图植物呼吸速率的变化，则可能是由遮光改为照光 D. 若图乙表示甲图植物光合速率由 a 到 b 变化，则可能是适当提高了 CO 2 缓冲液的浓度 解析 　若图乙表示甲图中植物叶肉细胞内 C 3 的变化，则 a 到 b 表示 C 3 的含量增多，可能是突然停止光照或光照减弱，使光反应产生的 ATP 和 [H] 减少， C 3 化合物的还原减弱所致， A 正确；若图乙表示甲图完全培养液中钾离子的浓度，由 a 到 b 表示钾离子的浓度上升，这说明植物对钾离子吸收的相对速率小于对水分吸收的相对速率， B 正确；光照强度影响光合速率，基本不影响呼吸速率， C 错误；适当提高 CO 2 浓度即 CO 2 缓冲液的浓度，可以加快光合速率， D 正确。 答案 　 C 3. (2019· 原创预测题 ) 为了探究光合作用中生成 ATP 所需要的直接能量来源，科学家进行了如下实验：在黑暗条件下，把离体的叶绿体类囊体放在 pH ＝ 4 的缓冲液中平衡，让类囊体腔的 pH 稳定至 4 ，然后转移至含有 ADP 和 Pi 的 pH ＝ 8 的缓冲溶液中，结果在溶液中生成了 ATP ，实验过程如图： (1) 该实验得出的结论是 ________________________________________________ ___________________________________________________________________ 。 (2) 该实验的对照实验应该怎样设置？ ____________________________________ ____________________________________________________________________ 。 (3) 有氧呼吸第三阶段产生的 ATP 是在线粒体内膜的基质侧生成的，机制与光反应中 ATP 的生成类似，则线粒体中 pH 较低的区域为 _______________________ 。 解析 　 (1) 通过题干描述很容易得出，实验处理后类囊体腔的 pH 为 4 ，而类囊体外的 pH 为 8 ，所以生成 ATP 的直接能量来源于类囊体膜两侧的 pH 梯度 (H ＋ 浓度梯度 ) 。 (2) 该实验通过制造类囊体膜两侧的 H ＋ 浓度梯度来探究光合作用过程中 ATP 生成所需的直接能量来源，对照组应该让类囊体膜两侧 H ＋ 浓度相当，即让类囊体腔的 pH 稳定至 8 ，然后转移至 pH ＝ 8 和含有 ADP 和 Pi 的缓冲溶液中。 (3) 有氧呼吸第三阶段 ATP 的生成与光反应类似，即线粒体内外膜间隙与基质具有 pH 梯度，即线粒体内外膜间隙 pH 低，基质 pH 高，在基质中生成 ATP 。 答案 　 (1) 光合作用光反应生成 ATP 所需要的直接能量来源于类囊体膜两侧的 pH 梯度 (H ＋ 浓度梯度 ) (2) 在黑暗中把离体的叶绿体的类囊体放在 pH ＝ 8 的弱碱性溶液中平衡，让类囊体腔的 pH 稳定至 8 ，然后转移至 pH ＝ 8 和含有 ADP 和 Pi 的缓冲溶液中 (3) 线粒体内膜和外膜的间隙 长句应答 · 满分突破 ( 二 ) 角度一　曲线模型分析类 1. [2016· 全国卷 Ⅱ 29(3) 、 (4)] 为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组： A 组 (20 ℃ ) 、 B 组 (40 ℃ ) 和 C 组 (60 ℃ ) ，测定各组在不同反应时间内的产物浓度 ( 其他条件相同 ) ，结果如图。回答下列问题： 答案 　 (3) 不变　 60 ℃ 条件下， t 2 时酶已失活，即使增加底物，反应产物总量也不会增加 (4) 蛋白质或 RNA 　高效性和专一性 ( 其他合理答案也可 ) 角度二　数据处理、分析类 2. [2016· 全国卷 Ⅲ ， 29(1)(2)] 为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对 A 品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的 A 品种小麦植株分为 5 组， 1 组在田间生长作为对照组，另 4 组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和 CO 2 浓度等条件与对照组相同，于中午 12 ： 30 测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示： ⑤   对照组 实验组一 实验组二 实验组三 实验组四 实验处理 温度 / ℃ 36 36 36 31 25 相对湿度 /% 17 27 52 52 52 实验结果 光合速率 / (mg·CO 2 ·dm － 2 · h － 1 ) 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 回答下列问题： (1) 根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是 ________ ，依据是 _________________________________________________ ； 答案　 (1) 湿度 ( 或相对湿度 ) 　在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大　增加 (2) 四　该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 ( 其他合理答案也可 ) 角度三　科学思维、探究类 答案 　 (3) 在一定温度范围 ( 包括 55 ～ 65 ℃ ) 内设置温度梯度，分别测定酶活性，若所测得的数据出现峰值，则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度，否则，扩大温度范围，继续实验，直到出现峰值 A 组：先光照后黑暗，时间各为 67.5 s ；光合作用产物的相对含量为 50% 。 B 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 7.5 s ；光合作用产物的相对含量为 70% 。 C 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 3.75 ms ( 毫秒 ) ；光合作用产物的相对含量为 94% 。 D 组 ( 对照组 ) ：光照时间为 135 s ；光合作用产物的相对含量为 100% 。 回答下列问题 ： (1) 单位光照时间内， C 组植物合成有机物的量 ________( 填 “ 高于 ”“ 等于 ” 或 “ 低于 ” )D 组植物合成有机物的量，依据是 _______________________________ ________________________ ； C 组和 D 组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要 ________ ，这些反应发生的部位是叶绿体的 ________ 。 (2)A 、 B 、 C 三组处理相比，随着 _________________________________________ 的增加，使光下产生的 ________________ 能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中 CO 2 的同化量。 答案 　 (1) 高于　 C 组只用了 D 组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是 D 组的 94% 　光照　基质 (2) 光照和黑暗交替频率　 ATP 和还原型辅酶 Ⅱ ( 或 [H ]) 1. (2019· 辽宁省五校协作体联考 ) 某生物兴趣小组为探究金鱼藻 ( 沉水植物 ) 的光合作用和呼吸作用，设计了如图实验装置，请分析回答下列问题： (1) 甲和乙构成对照实验，自变量是 ________ ，探究的 是 _____________________ ；甲和丙可构成一组对照试验，实验的自变量是 ________ ，可以证明 _________________ 。 (2) 有同学利用甲装置进行了进一步探究，实验结果如表： 光源与金鱼藻的距离 /cm 10 20 30 40 50 每分钟产生的气泡数 / 个 65 35 15 6 1 据实验结果分析，得出的结论是 ________________________________________ 。 据此结论，若要提高大棚作物的产量，可以采取的措施是 _____________________ 。 (3) 利用丁装置探究绿色植物的呼吸作用时，应对装置进行 ________ 处理。一段时间后，玻璃管中的红墨水滴向 ________( 填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ) 移动。原因 是 ________ ______________________________________________________________________ 。 解析 　 (1) 甲装置有光、有金鱼藻而乙装置中有金鱼藻无光，因此实验的自变量是光照，探究的是光照对金鱼藻光合作用的影响。甲与丙的差别是后者无金鱼藻，实验的自变量是植物，可以证明在有光的条件下，氧气由绿色植物释放的。 (2) 分析表格中数据可知，光源与金鱼藻的距离表示的是光照强度，光源与金鱼藻距离越近，光照越强，光合作用产生的 O 2 越多，即产生的气泡数越多，故该实验说明光照越强，光合作用越强。据此结论，若要提高大棚作物的产量，可适当增加光照强度。 (3) 要测定绿色植物的呼吸速率，需对丁装置遮光处理。在进行有氧呼吸的情况下，植物消耗氧气，而产生的 CO 2 又被 NaOH 溶液吸收，因此丁装置中压强降低，红墨水滴右移。 答案 　 (1) 光照　光照对金鱼藻光合作用的影响　植物 ( 金鱼藻 ) 　在有光条件下氧气是由绿色植物释放出来的 (2) 光照越强，光合作用越强　适当增加光照强度 (3) 遮光　右　在遮光时，叶片细胞通过有氧呼吸消耗了一定量的 O 2 ，同时产生的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，装置中压强减小，红墨水滴右移 2. (2019· 广东东莞市调研 ) 在适宜的条件下，植物光合作用的光反应与暗反应是平衡的，但是这个平衡会受到外界环境，如光照突然增强的影响。请回答下列问题： ( 1) 植物在光反应过程中，吸收的光能除了用于合成 ATP 外，还可用于 ________________ ；在暗反应过程中， CO 2 通过气孔进入叶肉细胞的过程在夏季中午会受到抑制，原因是 _____________________________________________ 。 ( 2) 当光照强度不变、 CO 2 浓度升高时，光合速率先升高，后不变，试从光反应、暗反应两个过程解释其原因。 ___________________________________________ ( 3) 光照突然增强时，植物吸收 CO 2 的速率并没有迅速上升，而是缓慢上升，解释其原因。 ____________________________________________________________ 解析 　 (1) 光反应过程中，吸收的光能既可用于合成 ATP ，还可将 H 2 O 光解生成 O 2 和 [H] ；夏季中午温度高，为降低蒸腾作用，叶片的气孔 ( 部分 ) 关闭，减少了 CO 2 的吸收，影响暗反应的进行。 (2) 当光照强度不变、 CO 2 浓度升高时， C 3 的合成量增加，还原速率加快， [H] 和 ATP 的含量下降，生成速率加快，光反应速率加快，使光合速率加快。当达到该光照强度下的 CO 2 饱和点时，光合速率不再加快。 (3) 光照突然增强时，光反应先增强，光反应产生的 [H] 和 ATP 增加，促进 C 5 合成， C 5 浓度增加，固定的 CO 2 才会增加，但 C 5 的再生需要一段时间，所以光照突然增强时，植物吸收 CO 2 的速率并没有迅速上升，而是缓慢上升。 答案 　 (1) 将 H 2 O 光解生成 O 2 和 [H] 　夏季中午温度高，为降低蒸腾作用，叶片的气孔 ( 部分 ) 关闭 (2) 当光照强度不变、 CO 2 浓度升高时， C 3 的合成量增加，还原速率加快， [H] 和 ATP 的含量下降，生成速率加快，光反应速率加快，使光合速率加快。当达到该光照强度下的 CO 2 饱和点时，光合速率不再加快。 (3) 叶绿体内 C 5 浓度较低， C 5 的再生需要一段时间。 —— 获取信息，找依据 ① 先识别两坐标的含义：分清自变量与因变量，了解两变量的关系，再对每一条曲线单独分析。 ② 由 A 、 B 、 C 三组产物浓度入手，确认 60 ℃ 条件下酶已失活。 —— 依据原理，得出结论 ③ 高温酶变性不可逆，进而推测 t 2 时向 C 组内增加底物，产物总量不变。 ④ 按教材原文呈现酶的本质及特性 ( 三点 ) 。 ⑤ 由表格数据入手找出不同自变量 ( “ 温度 ” 与 “ 湿度 ” ) 下因变量变化差异，并与对照组对比分析。 —— 获取信息，找依据 —— 依据 原理 相同温度下 ( 对照组与实验组一、二 ) 湿度变化对光合速率的影响；相同湿度下 ( 实验组二、三、四 ) 温度变化对光合速率的影响。 —— 得出结论 相对湿度改变对光合速率影响较大。 ⑥ 对比湿度 “ 增大 ” 后，因变量的变化情况可得出该范围内二者呈正相关的结论 ⑦ 比较 36 ℃ 、 31 ℃ 、 25 ℃ 三个温度组下因变量值大小，可见组四 (25 ℃ ) 条件下提高温度尚有因变量提升空间 [ 解题指导 ] ⑧ 此为设置温度梯度范围上、下限的参照 ⑨ 测定酶活性 “ 最适值 ” 宜采用 “ 梯度法 ” —— 获取信息，找依据 —— 依据原理，得出结论