2024届高三生物二轮复习素养主题练：物质与能量观（含答案）

物质与能量观练习
一、选择题
1.细胞代谢过程中往往涉及到能量的变化，下列关于细胞代谢中能量变化的叙述正确的是（　　）
A.同质量的脂肪，氧化分解释放出的能量大于糖类，因为脂肪分子中O的含量比糖类少，而H的含量更多
B.1分子ATP完全水解释放的能量，要大于1分子葡萄糖完全氧化分解释放的能量
C.细胞无氧呼吸和有氧呼吸的每个阶段，都有能量的释放和ATP的形成
D.植物光合作用的光反应和暗反应两个阶段，每个阶段都有ATP的产生
2. Arf家族蛋白参与蛋白质的囊泡运输，它们有两种状态，结合GDP的不活跃状态和结合GTP的活跃状态。GTP和ATP的结构和性质相似，仅是碱基A被G替代。活跃状态的Arf蛋白参与货物蛋白的招募和分选，保证货物蛋白进入特定囊泡等待运输。下列相关叙述和推测错误的是（　　）
A.GTP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成
B.Arf由不活跃状态转化为活跃状态可以释放能量
C.两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化
D.运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体
3.“生命观念”的内涵是人们对观察到的生命的整体的认识和看法，是对生命现象及相互关系进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点。物质和能量观是“生命观念”的重要内容。下列有关物质和能量观的叙述，错误的是（　　）
A.细胞内ATP的合成和分解总是伴随着能量的储存和释放
B.细胞中能量的传递转化和散失的过程都要以物质为载体
C.细胞中有机物氧化分解释放的能量大多数用于细胞的生命活动
D.线粒体内膜、叶绿体的类囊体薄膜上都分布着和能量转化有关的酶
4.驱动蛋白是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，其具有两个球形的头、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾，如图所示。驱动蛋白通过头结合和水解ATP，导致颈部发生构象改变，使两个头部交替与细胞骨架结合，从而沿细胞骨架定向“行走”，将尾部结合的“货物”（运输泡或细胞器）转运到指定位置。下列相关叙述错误的是（　　）
A.驱动蛋白“行走”所需要的ATP可直接来自细胞质基质
B.驱动蛋白既能转运“货物”，又能催化ATP水解供能
C.图示转运“货物”的途径广泛存在于真核细胞和原核细胞中
D.细胞中合成细胞骨架和驱动蛋白的原料都是氨基酸
5.植物细胞液泡膜上的H＋焦磷酸酶可利用水解无机焦磷酸释放的能量运输H＋，建立膜两侧的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跨膜运输，同时使Ca2＋通过CAX以与H＋相反的方向进入液泡并储存。下列叙述错误的是（　　）
A.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
B.Ca2＋通过CAX的跨膜运输方式属于协助扩散
C.加入H＋焦磷酸酶抑制剂，Ca2＋通过CAX的运输速率变慢
D.H＋焦磷酸酶和CAX蛋白发挥作用时需改变自身的空间结构
6. 2021年，中国科学家在人工合成淀粉方面取得突破性进展，首次实现以二氧化碳为原料，不依赖植物光合作用，直接人工合成淀粉。该技术通过耦合化学催化与生物催化模块体系，实现“光能—电能—化学能”的能量转换方式。人工合成淀粉速度比玉米提高8.5倍，下列叙述正确的是（　　）
A.人工合成淀粉与光合作用合成淀粉需要的酶相同
B.玉米光合作用合成淀粉在光反应阶段完成
C.人工合成的淀粉彻底水解的单体是葡萄糖
D.玉米光合作用过程中能量转换方式不是“光能—电能—化学能”
7.研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与酶等16种物质一起用双层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析错误的是（　　）
A.类囊体产生的ATP和[H]参与CO2固定与还原
B.加入的16种物质中应包含ADP和NADP＋等物质
C.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
D.该反应体系实现了光能到化学能的转化
8. ATP在动物细胞线粒体内膜的合成机制如图，2，4-二硝基苯酚（DNP）是一种解耦联药剂，它能够消除线粒体内膜两侧的H＋浓度差，但不抑制[H]的氧化过程。有人使用DNP类药物实现减肥目的，下列说法正确的是（　　　　）
A.使用DNP类药物会降低氧气消耗
B.使用DNP类药物会降低体温
C.使用DNP类药物会导致线粒体内膜对H＋通透性减小
D.大量使用DNP类药物会因ATP合成减少而损害健康
9.某些植物花细胞中存在一种特殊酶，可改变有氧呼吸过程中产生热能的比例，使花部发高热，即“开花生热现象”。佛焰花序植物马蹄莲的雌蕊和雄蕊都隐藏在亮白色佛焰苞的深处，开花时花部温度比周围气温高出许多，帮助散发气味，吸引昆虫访花。下列有关叙述不合理的是（　　）
A.亮白色的佛焰苞细胞在细胞质基质和线粒体中产生ATP
B.开花时花部细胞内只在有氧呼吸的第三阶段产生热能
C.开花时花部细胞呼吸过程中ATP的转化率低于其他组织细胞
D.散发气味是传递化学信息，主要目的是吸引昆虫前来授粉
要目的是吸引昆虫前来授粉，利于其繁衍，D正确。
10.如图表示农田生态系统中能量流经某昆虫种群的示意图[图中数据的单位为kJ/（m2·a）]。下列叙述错误的是（　　）
A.若要防治昆虫，则应设法使该昆虫种群的能量摄入量减少
B.据图可知，昆虫同化的能量中大部分通过其呼吸作用以热能的形式散失
C.从图中可以看出，生态系统的能量流动具有逐级递减的特点
D.昆虫流入分解者的能量包括图中粪便和遗体残骸等中的能量
11.某海水立体养殖生态系统中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，水下淤泥养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。该生态系统能量流动示意图如下，M、N表示营养级[图中数值单位为kJ/（m2·a）]。下列叙述错误的是（　　）
A.该生态系统中的能量在M、N和遗体残骸间进行循环往复
B.立体养殖技术充分利用了群落的垂直和水平结构进行资源整合
C.图中M用于生长、发育和繁殖的能量为2 488 kJ/（m2·a）
D.若增加海带养殖量会增加能量输入，对其他生物也有影响
二、非选择题
12.关于呼吸作用中ATP形成的机制，1961年，PMner（英）提出：有机物氧化过程中释放能量可使H＋由线粒体基质转移到线粒体内膜和外膜之间的膜间腔，使膜间腔的H＋浓度大于线粒体基质。当H＋通过ATP合酶（兼具H＋通道和催化ATP合成功能的蛋白质）回流线粒体基质时，释放的能量促进了ATP的合成。
（1）ATP被喻为细胞的能量“通货”的原因是，能量通过ATP分子在　　　　反应和　　　　反应之间流通。
（2）线粒体内膜外侧的H＋回流到线粒体基质的跨膜运输方式是　　，判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　（答出两点即可）。
（3）有科学家认为光反应产生ATP的机制与呼吸作用相似，即：光能可使类囊体内H＋浓度高于叶绿体基质，当类囊体内的H＋顺浓度跨膜运输到叶绿体基质时可合成ATP。为验证类囊体内的H＋的顺浓度跨膜运输是ATP形成的直接动力，现提供如下材料：具有生物活性的类囊体、pH＝4的缓冲液（ 置于其中一段时间后类囊体内外pH相等）和pH＝8的缓冲液（ 备注：缓冲液中含有适量的ADP和Pi等）。
①实验思路：在　　　　条件下，将甲乙两组游离的类囊体置于　　　　的缓冲溶液中，一段时间后，再将乙组转移到　　　　的缓冲溶液中，检测　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②预期实验：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
13. “碳捕集与封存”是指将大型发电厂所产生的CO2收集起来，并用一定的方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。土壤是生物圈的巨大碳库，植树造林一定程度上可以“抵消”全球的碳排放，有利于实现“碳中和”。人工造林前，研究人员需对区域不同植被的土壤储碳量（主要指有机物）进行相关研究，结果如图所示。回答下列问题：
（1）燃烧后捕集（碳捕集技术之一）即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，大气中的CO2除了来自于化石燃料的燃烧还来源于　　　　　　　。目前常用的CO2分离技术主要有化学吸收法或物理吸收法，而在自然生态系统中植物通过　　　　　　　　捕获CO2。
（2）从缓解温室效应的角度考虑，适合选择图中　　　　进行人工造林。
（3）有研究表明阔叶林的凋落物归还量大于柳杉林，推测形成如图结果可能与凋落物的分解有关。从物质循环的角度分析，阔叶林有机碳小于柳杉林的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）生态系统的物质循环是指　　　　　　　　不断的在　　　　　　 和　　　　　　之间循环的过程。
答案：
1. A　组成脂肪和糖类的化学元素都是C、H、O，所不同的是脂肪分子中O的含量远远少于糖类，而H的含量更多，所以相同质量的脂肪和糖类氧化分解，脂肪释放的能量比糖类多，A正确；1分子葡萄糖完全氧化分解，大约能合成38分子的ATP，由此可见，1分子ATP完全水解释放的能量，要小于1分子葡萄糖完全氧化分解释放的能量，B错误；细胞无氧呼吸的第二个阶段不生成ATP，C错误；植物光合作用的暗反应阶段，只消耗ATP，不生成ATP，D错误。
2. B　GTP中G表示鸟苷，P表示磷酸基团，则GTP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成，A正确；Arf结合GDP的不活跃状态和结合GTP的活跃状态，则Arf由不活跃状态转化为活跃状态需要储存能量，B错误；两种状态Arf蛋白的相互转化，需要相应酶的催化，C正确；运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体，体现膜的流动性，D正确。
3. C　ATP合成是将能量储存在特殊化学键中，ATP分解是将储存在特殊化学键中能量释放，因此细胞内ATP的合成和分解总是伴随着能量的储存和释放，A正确；物质是能量的载体，而能量是物质运输的动力，因此细胞中能量的传递转化和散失的过程都要以物质为载体，B正确；细胞中有机物彻底氧化分解释放的能量大多数作为热量散失掉，少部分合成ATP用于细胞的各种生命活动，C错误；有氧呼吸和光合作用都涉及能量转化，线粒体内膜是进行有氧呼吸第三阶段的场所，叶绿体的类囊体薄膜是进行光反应的场所，因此其上都分布着和能量转化有关的酶，D正确。
4. C　细胞质基质中可以产生少量ATP，因此驱动蛋白“行走”所需要的ATP可直接来自细胞质基质，A正确；根据题干“驱动蛋白通过头结合和水解ATP”和将尾部结合的“货物”（运输泡或细胞器）转运到指定位置”，可知驱动蛋白既能转运“货物”又能催化ATP水解供能，B正确；驱动蛋白是通过与细胞骨架结合后，沿细胞骨架定向“行走”来转运“货物”的，而细胞骨架不存在于原核细胞中，因此图示转运“货物”的途径不存在于原核细胞中，C错误；细胞骨架的成分是蛋白质，合成蛋白质的原料是氨基酸，因此细胞中合成细胞骨架和驱动蛋白的原料都是氨基酸，D正确。
5. B　据题干信息，“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＋”，说明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，A正确；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，B错误；加入H＋焦磷酸酶抑制剂，释放的能量较少，H＋浓度梯度减少，则Ca2＋通过CAX的运输速率变慢，C正确；载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变，H＋焦磷酸酶能将H＋运进液泡，起到了转运蛋白的作用，故H＋焦磷酸酶和载体蛋白CAX在转运时均需改变自身的空间结构，D正确。
6. C　据题意可知，人工合成淀粉是通过耦合化学催化与生物催化模块体系，因此人工合成淀粉与光合作用合成淀粉需要的酶并不相同，A错误；光反应阶段包括水的光解和ATP的合成，没有淀粉合成，淀粉的合成是在光合作用的暗反应阶段，B错误；淀粉是由单体葡萄糖形成的，因此人工合成的淀粉彻底水解的单体是葡萄糖，C正确；光合作用的光反应中光能转变为电能，然后转变为活跃的化学能，在暗反应阶段是活跃的化学能转变为稳定的化学能，因此玉米光合作用过程中能量转换方式是“光能—电能—化学能”，D错误。
7. A　类囊体产生的ATP和[H]参与三碳化合物的还原，不能参与二氧化碳的固定，A错误；该过程是构建的人工光合作用反应体系，且在光照条件下进行，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等物质，B正确；乙醇酸是最后暗反应阶段产生的，而暗反应的场所是叶绿体基质，因此产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，C正确；光照条件下合成有机物实现了能量转化，D正确。
8. D　分析题意，DNP类药物不抑制[H]的氧化过程，即不影响[H]与氧气的结合过程，故使用DNP类药物不会降低氧气消耗，A错误；据图可得，DNP能增加线粒体内膜的通透性，而消除线粒体内膜两侧的H＋浓度差，进而影响ATP的合成，则有氧呼吸第三阶段的能量会更多转化为热能，导致体温升高，B错误；DNP类药物会通过增加线粒体内膜的通透性，而消除线粒体内膜两侧的H＋浓度差，导致线粒体内膜对H＋通透性增大，C错误；ATP是生命活动的直接能源物质，结合图示分析可知，大量使用DNP类药物会因ATP合成减少而损害健康，故使用DNP类药物减肥的方法不可取，D正确。
9. B　亮白色的佛焰苞细胞可进行有氧呼吸，可在细胞质基质（有氧呼吸第一阶段）和线粒体（有氧呼吸第二、三阶段）中产生ATP，A正确；有氧呼吸的三个阶段均可产生能量，其中大部分都转化为热能，B错误；有氧呼吸过程中，产生的能量会转化为热能和ATP，分析题意可知，开花时花部温度比周围气温高出许多，故该部位产生的能量更多转化为热能，则ATP的转化率低于其他组织细胞，C正确；花部散发的气味是属于化学信息，主要目的是吸引昆虫前来授粉，利于其繁衍，D正确。
10. D　害虫以果树的叶片或果实等为食，若果园要防治虫害，则需要设法减少害虫对叶片或果实等的摄入，即减少害虫种群的摄入量，A正确；害虫同化量＝呼吸散失的能量＋储存的能量，故害虫呼吸散失的能量是1 970－1 402－68.16＝499.84 kJ/（m2·a），而储存的能量为68.16 kJ/（m2·a），说明害虫同化量中大部分通过自身呼吸作用以热能的形式散失，B正确；由于呼吸散失等，生态系统的能量流动具有逐级递减的特点，C正确；害虫流入分解者的能量属于害虫同化量的一部分，而害虫粪便中的能量为上一营养级同化量的一部分，故图中粪便中的能量不属于害虫流入分解者的部分，D错误。
11. A　能量不能循环往复利用，A错误；海水立体养殖利用了群落的垂直和水平结构，优点是能充分利用空间和资源，B正确；M同化的能量是3 281＋2 826＝6 107，用于呼吸作用的能量是3 619，则M用于生长、发育和繁殖的能量为6 107－3 619＝2 488 kJ/（m2·a），C正确；若增加海带养殖量会增加能量输入，直接以海带为食的生物种群数量会上升，继而影响其他生物种群的数量，D正确。
12.解析：（1）ATP被喻为细胞内流通的能量“通货”，是因为能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。（2）H＋顺浓度梯度通过ATP合成酶返回线粒体基质时，不仅不消耗ATP还合成了ATP，符合协助扩散的特征，据此判断为协助扩散。（3）本实验可将类囊体先后置于pH＝4和8的缓冲溶液，使类囊体内H＋浓度高于类囊体外，通过检测ATP的产生证明假说。为避免光照对H＋分布的影响，本实验应置于黑暗条件下，同时设置没有H＋浓度梯度的对照组。实验的预期结果为甲组类囊体没有产生ATP，乙组类囊体产生ATP。
答案：（1）吸能　放能　（2）协助扩散（或被动运输）　顺浓度梯度运输、需要蛋白质（通道蛋白）协助、不消耗ATP　（3）①黑暗　pH＝4　pH＝8　两组类囊体是否产生ATP（或ATP的生成量或ADP与Pi的消耗量）　②甲组类囊体没有产生ATP，乙组类囊体产生ATP
13.解析：（1）大气中的CO2主要来自于化石燃料的燃烧，动植物的呼吸作用和微生物的分解作用也能产生CO2；植物通过光合作用可以固定CO2，将CO2转变为有机物。（2）柳杉林有机碳含量高，可以固定更多的CO2，适合用于人工造林。（3）柳杉林凋落物不易被分解者分解，阔叶林的凋落物容易分解，因此阔叶林有机碳小于柳杉林。（4）C、H、O、N、P、S等元素在生物群落与无机环境之间的循环称为生态系统的物质循环，具有周而复始、往复循环的特点。
答案：（1）动植物的呼吸作用和微生物的分解作用　光合作用　（2）柳杉　（3）柳杉林凋落物不易被分解者分解，阔叶林的凋落物容易分解　（4）C、H、O、N、P、S等元素　无机环境　生物群落