2021年生物高考真题分类：知识点3 物质出入细胞的方式、酶和ATP&知识点4 细胞呼吸与光合作用(含解析）

知识点3 物质出入细胞的方式、酶和ATP
1.(2021·山东等级考·T2)液泡是植物细胞中储存 Ca2+的主要细胞器,液泡膜上的 H+焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量跨膜运输 H+,建立液泡膜两侧的 H+浓度梯度。该浓度梯度驱动 H+通过液泡膜上的载体蛋白 CAX 完成跨膜运输,从而使 Ca2+以与 H+相反的方向同时通过 CAX 进入液泡并储存。下列说法错误的是 (　　)
A.Ca2+通过 CAX 的跨膜运输方式属于协助扩散
B.Ca2+通过 CAX 的运输有利于植物细胞保持坚挺
C.加入 H+焦磷酸酶抑制剂,Ca2+通过 CAX 的运输速率变慢
D.H+从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式属于主动运输
【解析】选A。Ca2+通过 CAX 的跨膜运输方式为主动运输,所需要的能量由H+顺浓度梯度产生的势能提供,A错误;Ca2+通过 CAX 的运输进入液泡增加细胞液的浓度,有利于植物细胞保持坚挺,B正确;加入 H+焦磷酸酶抑制剂,则液泡中的H+浓度降低,液泡膜两侧的 H+浓度梯度差减小,为Ca2+通过 CAX 的运输提供的能量减少,C正确;H+从细胞质基质转运到液泡的跨膜运输方式需要水解无机焦磷酸释放的能量来提供,为主动运输,D正确。
2.(2021·河北选择考·T4)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2,其部分结构和功能如图,①~⑤表示相关过程。下列叙述错误的是 (　　)
A.血液流经肌肉组织时,气体A和B分别是CO2和O2
B.①和②是自由扩散,④和⑤是协助扩散
C.成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP,为③提供能量
D.成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
【解题指南】
(1)关键信息:“人体成熟红细胞”“载体蛋白”“能量”。
(2)解题思路:
①人体成熟红细胞无细胞核和各种细胞器,真核细胞无线粒体不能进行有氧呼吸,无核糖体不能合成蛋白质,无内质网和高尔基体,不能合成糖蛋白。
②自由扩散的特点:不需要载体蛋白和能量;协助扩散的特点:需要载体蛋白、不消耗细胞代谢产生的能量;主动运输的特点:需要载体蛋白、消耗细胞代谢产生的能量。
【解析】选D。本题主要考查哺乳动物成熟红细胞进行物质运输的方式以及代谢活动。血液流经肌肉组织时,红细胞应释放O2,吸收CO2,A正确;①②过程运输的物质是气体,其运输过程不需要细胞膜上蛋白质的协助、不消耗能量,故为自由扩散,④和⑤过程发生时,分别需要细胞膜上的载体蛋白和通道蛋白的协助且不消耗能量,故属于协助扩散,B正确;人体成熟红细胞无线粒体,故只能通过无氧呼吸产生ATP,为③提供能量,C正确;人体成熟红细胞没有核糖体,不能再合成新的蛋白质,细胞膜上的糖蛋白不能更新,糖蛋白存在于细胞膜的外表面,由于细胞膜具有流动性,其表面的糖蛋白处于不断流动中,D错误。
3.(2021·广东选择考·T13)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下,制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响,如图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是 (　　)
A.比较保卫细胞细胞液浓度,③处理后>①处理后
B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③
【解析】选A。本题以用不同浓度的蔗糖溶液处理保卫细胞的实验为载体,主要考查植物细胞失水和吸水原理。根据图示可知蔗糖溶液①处理保卫细胞后,保卫细胞的气孔开度变化不大,说明蔗糖溶液①的浓度与保卫细胞的细胞液浓度接近,保卫细胞由初始状态经过蔗糖溶液③处理后,细胞开度变大,说明细胞吸水,保卫细胞的细胞液浓度下降,因此③处理后<①处理后,A错误,C正确;蔗糖溶液②处理后,保卫细胞的气孔开度变小,说明保卫细胞失水,可观察到质壁分离现象,B正确;根据以上分析,蔗糖溶液①可以近似为保卫细胞的等渗溶液,蔗糖溶液②为保卫细胞的高渗溶液,蔗糖溶液③则为保卫细胞的低渗溶液,故3种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③,D正确。
4.(2021·湖南选择考·T3)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是 (　　)
A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B.质壁分离过程中,细胞膜可局部或全部脱离细胞壁
C.质壁分离复原过程中,细胞的吸水能力逐渐降低
D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
【解题指南】解答本题的两个关键点:
(1)植物细胞发生质壁分离和复原的条件:细胞失水发生质壁分离,细胞失水后再吸水会发生质壁分离复原。
(2)渗透压概念的理解:溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,溶质微粒越多,即溶液浓度越高,对水的吸引力越大;反过来,溶液微粒越少,即溶液浓度越低,对水的吸引力越小。
【解析】选D。施肥过多会导致植物根部细胞细胞液浓度小于外界溶液浓度引起细胞失水即造成“烧苗”,A正确;质壁分离指原生质层(细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质)和细胞壁的分离,B正确;质壁分离复原过程中,细胞不断吸水导致细胞液的浓度逐渐降低,故吸水能力降低,C正确;溶液渗透压指单位体积溶液中溶质微粒对水的吸引力,大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液中溶质微粒数目不同,故渗透压大小不同,D错误。
5.(2021·湖南选择考·T5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下,可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化,参与细胞信号传递,如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,不影响细胞信号传递
C.作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
【解题指南】
(1)题干关键信息:在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化,参与细胞信号传递。
(2)图中信息:蛋白质在信号进入过程中及在蛋白激酶的作用下发生磷酸化,且在蛋白磷酸酶的作用下发生去磷酸化。
【解析】选B。由题干和图中信息可知:蛋白质磷酸化和去磷酸化改变了蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与信息传递功能相适应的观点,A正确;这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,就不能发生磷酸化和去磷酸化,进而影响细胞信号传递,B错误;由图中信息可知ATP参与细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应需要蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用,而酶的活性受温度的影响,D正确。
6.(2021·浙江6月选考·T16)下列关于酶的特性及其影响因素相关实验的叙述,正确的是 (　　)
A.“酶的催化效率”实验中,若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎,实验结果相同
B.“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,分别加入不同pH的缓冲液后再加入底物
C.“探究酶的专一性”实验中,设置1、2号试管的目的是检验酶液中是否混有还原糖
D.设计温度对蛋白酶活性影响的实验方案时,可选择本尼迪特试剂检测反应产物
【解析】选B。熟马铃薯块茎中过氧化氢酶已高温失活,不能催化过氧化氢分解,A错误;“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,应先分别加入不同pH的缓冲液,再加入底物,B正确;“探究酶的专一性”实验中,1、2号试管中底物不同,起对照作用,C错误;本尼迪特试剂检测的反应产物是还原糖,应该用双缩脲试剂检测蛋白质的水解程度,D错误。
7.(2021·全国甲卷·T29)(10分)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K+。回答下列问题:
(1)细胞外的K+可以跨膜进入植物的根细胞。细胞膜和核膜等共同构成了细胞的生物膜系统,生物膜的结构特点是　　　　　　　　　　　　　。
(2)细胞外的K+能够通过离子通道进入植物的根细胞。离子通道是由　　　　　　复合物构成的,其运输的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
(3)细胞外的K+可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在有呼吸抑制剂的条件下,根细胞对K+的吸收速率降低,原因是_________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________　。
【解析】本题考查物质跨膜运输方式的条件和特点。(1)生物膜的结构特点是具有一定的流动性,功能特点是具有选择透过性;(2)离子通过离子通道进出细胞是协助扩散,但不消耗能量,在转运蛋白的协助下,使离子从高浓度一侧运往低浓度一侧;(3)K+逆浓度梯度运输属于主动运输,需要载体蛋白协助,消耗细胞呼吸产生的能量,当有细胞呼吸抑制剂时,根细胞呼吸受到抑制,产生能量少,制约主动运输的进行,因此根细胞对K+的吸收速率降低。
答案:(1)具有一定的流动性
(2)蛋白质　顺浓度梯度进行,不消耗能量,需要转运蛋白
(3) K+ 逆浓度梯度进入植物的根细胞的方式是主动运输,需要细胞呼吸提供能量,在有呼吸抑制剂的条件下,根细胞呼吸减弱,从而使细胞对K+吸收速率降低
【方法规律】解答这类题目,重点是要看清楚题干中给出的信息和命题立意,对于生物膜的特点,有结构特点和功能特点之分,在解答时一定要区分清楚;物质跨膜运输,要从顺浓度梯度还是逆浓度梯度,是否需要转运蛋白协助两个方面分析,同时,还必须明确各种运输方式的特点:自由扩散,顺浓度梯度运输,不需要转运蛋白协助,也不消耗能量;协助扩散,顺浓度梯度进行,需要转运蛋白协助,但是不消耗能量;主动运输,逆浓度梯度进行运输,既需要载体蛋白协助,还消耗能量。
知识点4 细胞呼吸与光合作用
1.(2021·全国甲卷·T2)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验,不可能得到的结果是 (　　)
A.该菌在有氧条件下能够繁殖
B.该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C.该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D.该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
【解题指南】
(1)本题关键信息:培养酵母菌,细胞呼吸条件。
(2)解题思路:分析酵母菌的呼吸方式及产物,弄清楚细胞呼吸过程中每个阶段发生的变化。
【解析】选B。本题考查有氧呼吸和无氧呼吸的过程及产物。酵母菌是兼性厌氧型真菌,在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸,并且有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸第一阶段的变化完全相同,都能够产生丙酮酸,有氧呼吸的终产物是二氧化碳和水,无氧呼吸的终产物是乙醇(酒精)和二氧化碳。酵母菌在有氧条件下能够进行有氧呼吸获得较多能量进行繁殖,在无氧条件下可以通过无氧呼吸产生乙醇。
2.(2021·山东等级考·T16)关于细胞中的 H2O 和 O2,下列说法正确的是 (　　)
A.由葡萄糖合成糖原的过程中一定有 H2O 产生
B.有氧呼吸第二阶段一定消耗 H2 O
C.植物细胞产生的 O2 只能来自光合作用
D.光合作用产生的 O2 中的氧元素只能来自 H2O
【解析】选A、B、D。葡萄糖是单糖,通过脱水缩合形成多糖的过程有H2O生成,A正确;有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO2和[H],所以一定消耗 H2O,B正确;有些植物细胞含有过氧化氢酶(例如土豆),可以分解过氧化氢生成O2,因此植物细胞产生的 O2 不一定只来自光合作用,C错误;光反应阶段H2O的分解产生O2,所以光合作用产生的 O2 中的氧元素只能来自H2O,D正确。
【易错警示】(1)对生物课本涉及到的植物体的代谢类型掌握不全面,误认为光合作用是植物产生O2的唯一途径。
(2)不能准确写出有氧呼吸三个阶段的反应物和产物。
3.(2021·河北选择考·T5)关于细胞生命历程的叙述,错误的是 (　　)
A.细胞凋亡过程中不需要新合成蛋白质
B.清除细胞内过多的自由基有助于延缓细胞衰老
C.紫外线照射导致的DNA损伤是皮肤癌发生的原因之一
D.已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性
【解析】选A。本题考查的是细胞生命历程的知识。细胞凋亡是由基因控制的细胞编程性死亡。此过程中与细胞凋亡有关的基因进行表达形成新的蛋白质,A错误;细胞衰老的自由基学说中提到自由基会攻击和破坏细胞内各种执行正常功能的生物分子致使细胞衰老,B正确;紫外线属于物理致癌因子,会诱发皮肤癌,C正确;克隆羊多莉是将乳腺细胞的核移植到去核卵细胞中培育的,说明已分化的动物体细胞的细胞核具有全能性,D正确。
4.(2021·河北选择考·T14)《齐民要术》中记载了利用荫坑贮存葡萄的方法(如图)。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气),延长了果蔬保鲜时间、增加了农民收益。下列叙述正确的是 (　　)
A.荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解
B.荫坑和气调冷藏库贮存的果蔬,有氧呼吸中不需要氧气参与的第一、二阶段正常进行,第三阶段受到抑制
C.气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性
D.气调冷藏库配备的气体过滤装置及时清除乙烯,可延长果蔬保鲜时间
【解析】选A、C、D。本题主要考查细胞呼吸的影响因素及应用。延坑和气调冷藏库中，温度和氧气含量都比较低，酶的活性比较低，影响有氧呼吸的三个阶段，使细胞呼吸较弱，减少有机物分解，即减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解，A、C正确，B错误。乙烯可以促进果蔬进一步成熟，而过度成熟则会导致果蔬储存时间缩短，所以置换掉一部分空气带走一部分乙烯，可以减少乙烯催熟的影响，达到延长时间保存，D正确。
5.(2021·广东选择考·T9)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料,生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(如图)。下列叙述正确的是 (　　)
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
【解析】选D。本题以探究酵母菌细胞呼吸为载体,考查探究酵母菌细胞呼吸方式的实验以及观察线粒体的实验。酸性重铬酸钾与乙醇混合变成灰绿色,因此加入重铬酸钾和浓硫酸才可以检测乙醇的生成,且应该定期从甲瓶中取样进行检测,A错误;CO2通入溴麝香草酚蓝水溶液中,颜色变化为蓝→绿→黄,B错误;观察线粒体时需要用健那绿染液进行染色,C错误;乙醇的最大产量与容器中的葡萄糖量有关,与酵母菌数量无关,D正确。
6.(2021·广东选择考·T12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是 (　　)
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
【解析】选D。本题以CO2固定中的酶Rubisco为载体,主要考查光合作用的暗反应。根据题意可知,C5和CO2形成C3的反应是在叶绿体基质中发生的,A错误;根据题意只知道Rubisco的作用,并不清楚Rubisco激活的条件,其实Rubisco是需要光激活的,B错误;CO2的固定过程不需要ATP提供能量,C3的还原才需要ATP提供能量,C错误;Rubisco催化C5和CO2形成C3,D正确。
7.(2021·广东选择考·T15)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 (　　)
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
【解题指南】
(1)由图中可获得的信息:t1突变体的叶绿体分布在朝向光源一侧,受光面积大,因此能获得更多的光照。
(2)明确实验设计中的无关变量,无关变量相同,不是引起因变量变化的原因。
【解析】选D。本题以叶绿体在叶肉细胞中分布位置不同的突变体t1和t2为载体,主要考查影响光合速率的因素。根据题意可知,t1的叶绿体相对受光面积大于t2,因此,t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B正确。根据题干信息“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知C正确;三者光合速率的差异,在一定光照强度下,随光照强度的增加而变大,但是超过t2的光饱和点后再增大光照强度,三者光合速率的差异不再变化,D错误。
8.(2021·湖南选择考·T7)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是 (　　)
A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
【解题指南】
解题关键:(1)理解光合作用的过程图解;
(2)影响光合作用过程的因素:光合产物转移、合理密植、有机肥等。
【解析】选A。弱光条件下,光合作用强度可能小于或等于呼吸作用强度,光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完,此时植物虽然进行了光合作用,但是没有氧气的释放,A错误;暗反应包括CO2的固定和C3的还原两个阶段,B正确;在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,光合产物不能及时转移,产物的堆积抑制了光合作用的进行,故叶片的光合速率会暂时下降,C正确;合理密植能保证植物叶片的有效光照面积;增施有机肥通过提高CO2浓度、提供无机盐,进而提高农作物的光合作用强度,D正确。
9.(2021·湖南选择考·T12)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是 (　　)
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失、降低呼吸速率,起到保鲜作用
【解析】选B。“常用40 ℃左右温水淋种”可以为种子的呼吸作用提供水分和适宜的温度,“时常翻种”可以为种子的呼吸作用提供氧气,A正确;种子无氧呼吸会产生酒精不利于种子的保存,贮藏寿命会降低,B错误;油料作物种子中含有大量脂肪,脂肪中C、H元素含量高,氧元素含量低,油料作物种子萌发时呼吸作用需要消耗大量氧气,因此,油料作物种子播种时宜浅播,C正确;柑橘在塑料袋中密封保存使水分散失减少,氧气浓度降低,从而降低了呼吸速率,起到了保鲜作用,D正确。
【易错警示】
果蔬、种子的保存都不能放在无氧环境中,因为无氧呼吸会产生酒精毒害细胞,不利于保存。
10.(2021·浙江6月选考·T10)需氧呼吸必须有氧的参加,此过程中氧的作用是 (　　)
A.在细胞溶胶中,参与糖酵解过程
B.与丙酮酸反应,生成CO2
C.进入柠檬酸循环,形成少量ATP
D.电子传递链中,接受氢和电子生成H2O
【解析】选D。本题主要考查需氧呼吸的过程。需氧呼吸第三阶段,氧气接受前两个阶段提供的氢和电子生成H2O,因此D正确。
11.(2021·浙江6月选考·T23)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HC形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析,下列叙述错误的是 (　　)
A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似
B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大
C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降
D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
【解题指南】
(1)关键信息:“渗透压降低”。
(2)解题思路:
①甲图表示随渗透压变大,叶绿体完整率和放氧率均增大,但前者先达到最大值。
②乙图表示等渗和低渗两种条件下,完整叶绿体ATP含量基本一致,但放氧量差距较大。
【解析】选A。与等渗相比,分析乙图ATP合成曲线可知,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,但据乙图放氧率曲线可知光合速率大小差距显著,A错误;据甲图叶绿体完整率达到最大值后,可知放氧率随渗透压增大而增大,B正确;据乙图分析,低渗条件下,即使叶绿体不破裂,光反应减慢,也会导致暗反应减慢,C正确;据甲图分析,叶绿体完整率越低,放氧率越低,D正确。
12.(2021·全国乙卷·T29)(11分)生活在干旱地区的一些植物 (如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有　　　　　　　　　　　　。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和　　　　　　　　　　　　释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止　　　　　　　　　　　　　　, 又能保证　　　　　　　　　　正常进行。
(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
【解题指南】
(1)获取信息:由题目“生活在干旱地区的一些植物 (如植物甲)具有特殊的CO2固定方式”可以得知特殊的CO2固定方式影响暗反应。由“白天气孔关闭”可知这与该植物适应干旱环境是分不开的,是为了防止蒸腾作用过强、失水过多而萎蔫。
(2)解题关键:明确验证实验的设计思路。
【解析】本题考查光合作用的过程和影响光合作用的因素。(1)白天叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用,光合作用产生ATP的场所是叶绿体类囊体薄膜,呼吸作用产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。(2)生活在干旱地区的植物气孔白天关闭,夜晚打开,既能防止白天蒸腾作用过强、失水过多而萎蔫,又能保证光合作用(暗反应)正常进行。
(3)
实验思路:取若干生理状态相同的植物甲,平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH。将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件保持相同且适宜。一段时间后,分别测定A、B两组植物甲夜晚细胞液的pH并记录。本实验为验证实验,所以其预期结果只有一个,即A组pH小于B组,且B组pH在实验前后变化不大,说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
答案:(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)　呼吸作用(细胞呼吸)
(2)蒸腾作用丢失大量水分　光合作用(暗反应)
(3)实验思路:取若干生理状态相同的植物甲,平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH。将A组置于干旱条件下培养,B组置于水分充足的条件下培养,其他条件保持相同且适宜。一段时间后,分别测定A、B两组植物甲夜晚细胞液的pH并记录。预期结果:A组pH小于B组,且B组pH在实验前后变化不大,说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
13.(2021·山东等级考·T21)光照条件下,叶肉细胞中 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。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液,相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示,SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度 (mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m-2·s-1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m-2·s-1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的　　　　　中。正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片 CO2释放量先增加后降低,CO2释放量增加的原因是　
　。
(2)与未喷施 SoBS 溶液相比,喷施 100 mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度　　　　(填“高”或“低”),据表分析,原因是　
　。 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物,农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度,据表分析,应在　　　　　　mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
【解题指南】
(1)题干关键信息“O2与 CO2 竞争性结合 C5”“O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2”“光合作用强度用固定的 CO2量表示”。
(2)解题思路:因为O2与 CO2 竞争性结合C5,所以突然停止光照→光反应产生的ATP、[H]减少→暗反应消耗的C5减少→C5与O2结合增加。
【解析】(1)C5位于叶绿体基质中,则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照,则光反应产生的ATP、[H]减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多。
(2)与对照相比,喷施100 mg/L SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加,释放量减少,此时,在更低的光照强度下,两者即可相等。
(3)光呼吸会消耗有机物,但光呼吸会释放CO2,补充光合作用的原料,适当抑制光呼吸可以增加作物产量,由表可知,在 SoBS溶液浓度为200 mg/L时,光合作用强度与光呼吸强度差值最大,即光合产量最大,为了进一步探究最适喷施浓度,应在100~300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案:(1)基质　光照停止,产生的ATP、[H]减少,暗反应消耗的C5减少,C5与O2结合增加,产生的CO2增多
(2)低　喷施 SoBS溶液后,光合作用固定的CO2增加,光呼吸释放的CO2减少,即叶片的CO2吸收量增加,释放量减少,此时,在更低的光照强度下,两者即可相等
(3)100~300
14.(2021·河北选择考·T19)(10分)为探究水和氮对光合作用的影响,研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组,在限制水肥的条件下做如下处理:(1)对照组;(2)施氮组,补充尿素(12 g·m-2);(3)水+氮组,补充尿素(12 g·m-2)同时补水。检测相关生理指标,结果见表。
生理指标 对照组 施氮组 水+氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度(mmol·m-2·s-1) 85 65 196
叶绿素含量(mg·g-1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性 (μmol·h-1·g-1) 316 640 716
光合速率(μmol·m-2·s-1) 6.5 8.5 11.4
注:气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题:
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括 　等 (写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的　　　　　　　,提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与　　　　　离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动　　　　　　　　两种物质的合成以及　　　　的分解;RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到　　　　分子上,反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率,这需要足量的CO2供应。据实验结果分析,叶肉细胞CO2供应量增加的原因是 　。
【解析】本题考查的是自由水的作用、光合作用的过程和光合作用的影响因素。(1)①水是细胞内良好的溶剂;②细胞内的许多生物化学反应需要水的参与;③多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的液体环境中;④水在生物体内流动,可以把营养物质运送到各个细胞,同时把细胞产生的代谢废物运送到排泄器官或者直接排出体外。矿质元素要溶解在水中才能被植物的根系吸收,所以施氮的同时补充水分有利于根系对氮的吸收。氮进入植物体后,会随着水分在蒸腾拉力的作用下一起往上运输,所以补充水分同时也有利于氮的运输。(2)叶绿素的元素组成:C、H、O、N、Mg,氮和镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能,用于驱动光反应中ATP和NADPH的合成以及水的分解。在暗反应中,RuBP羧化酶催化CO2+C5→C3,C3进而被还原为糖类。(3)由表中水+氮组分析可知,叶肉细胞CO2供应量增加的原因:气孔导度增大,对外界CO2的吸收增加;RuBP羧化酶的活性增强,CO2的固定效率增大。
答案:(1)①水是细胞内良好的溶剂;②能够参与生化反应;③能为细胞提供液体环境;④能运送营养物质和代谢废物(写出两点即可)　吸收和运输
(2)镁　ATP、NADPH　水　C5(五碳化合物)
(3)气孔导度增大,对外界CO2的吸收增加;RuBP羧化酶的活性增强,CO2的固定效率增大
15.(2021·湖南选择考·T18)图a为叶绿体的结构示意图,图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题:
(1)图b表示图a中的　　　　　　　　结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为　　　　　　和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中电子传递速率会　　　　(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。
叶绿体类型相对值实验项目 叶绿体A:双层膜结构完整 叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤 叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂 叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。
据此分析:
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以　　　　　　(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用,得出该结论的推理过程是
　。
②该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释:
　 。
【解析】(1)光反应场所为叶绿体的类囊体薄膜,即图b表示图a中的类囊体膜;由图b中光反应过程可知色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能;若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中的电子去路受阻,电子传递速率会减慢。
(2)①Fecy具有亲水性,叶绿体A双层膜结构完整,Fecy不容易进入叶绿体参与光反应;叶绿体B双层膜局部受损,导致进入叶绿体的Fecy增多,从而明显提高了光反应速率。而DCIP具有亲脂性,叶绿体双层膜是否完整对其进入叶绿体的影响无明显差异,光反应速率无明显变化。
②光合色素的作用是吸收、传递和转化光能,叶绿体C在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利于类囊体上的色素吸收、传递和转化光能,从而提高光反应速率。
③由图b可知,水光解产生的H+以ATP合酶为载体运出类囊体的同时驱动ATP生成,又因为叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大,类囊体膜内外的H+浓度差逐渐降低,所以ATP的产生效率逐渐降低。
答案:(1)类囊体膜　NADPH　减慢　
①Fecy　Fecy具有亲水性,叶绿体A双层膜结构完整,Fecy不容易进入叶绿体参与光反应;叶绿体B双层膜局部受损,导致进入叶绿体的Fecy增多,从而明显提高了光反应速率。而DCIP具有亲脂性,叶绿体双层膜是否完整对其进入叶绿体的影响无明显差异,光反应速率无明显变化　②类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能　③ATP的合成依赖于H+顺浓度通过类囊体薄膜上的ATP合酶,叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大,因此ATP的产生效率逐渐降低
16.(2021·浙江6月选考·T27)(8分)不同光强度下,无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲;16 h光照,8 h黑暗条件下,无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。回答下列问题:
(1)叶片细胞中,无机磷主要贮存于　　　,还存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构,光合作用过程中,磷酸基团是光反应产物　　　　　　的组分,也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物　　　　　的组分。
(2)图甲的O~A段表明无机磷不是光合作用中　　　　　　过程的主要限制因素。由图乙可知,光照下,与高磷相比,低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是　　　　　　;不论高磷、低磷,24 h内淀粉含量的变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)实验可用光电比色法测定淀粉含量,其依据是　　　　　　　　　　　　　　　。为确定叶片光合产物的去向,可采用　　　　　　　　　法。
【解析】本题主要考查光合作用的过程及影响因素。
(1)液泡中贮存着大量无机盐,磷酸基团是光反应产物ATP和NADPH,以及暗反应产物三碳糖磷酸的组分。
(2)图甲的O~A段,光合速率较低的主要原因是光照强度较低,因此无机磷不是光合作用中光反应过程的主要限制因素。分析图乙,光照下,与高磷相比,低磷条件的蔗糖含量较低、淀粉含量较高;不论高磷、低磷,24 h内淀粉含量的变化是光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量减少。
(3)根据淀粉遇碘显蓝色,其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比,采用光电比色法测定淀粉含量。采用14CO2的同位素示踪法确定光合产物的去向。
答案:(1)液泡　ATP和NADPH　三碳糖磷酸
(2)光反应　较低、较高　光照下淀粉含量增加,黑暗下淀粉含量减少
(3)淀粉遇碘显蓝色,其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比 　14CO2的同位素示踪