（4）细胞的能量供应及应用（含解析）——高考生物学一轮复习大题过关练

（4）细胞的能量供应及应用——高考生物学一轮复习大题过关练
1.植物细胞内含有过氧化物酶，可将细胞代谢产生的H2O2分解。焦性没食子酸被O2氧化后呈现橙红色；双缩脲试剂与蛋白质可发生紫色反应，并且蛋白质的浓度越高，紫色越深。回答下列问题：
（1）为探究黄瓜细胞中是否含有过氧化物酶，设计了如下实验：
试管编号 1%焦性没食子酸/mL 2%H2O2溶液/mL 缓冲液/mL 黄瓜提取液/mL 煮沸冷却后的黄瓜提取液/mL
1 2 2 2 - -
2 2 2 - 2 -
3 2 3 - - 2
①1、2号试管中，______试管是对照组，1、2号试管组成的实验的自变量是________。
②2号试管显橙红色，但并不能据此证明黄瓜细胞中存在过氧化物酶。为了增强实验的说服力，需要增设一组实验，简述实验设计思路：________。
3号试管不显橙红色，推测其最可能的原因是________。
（2）白菜细胞内也含过氧化物酶，白菜和黄瓜细胞内过氧化物酶的活性不同，从其分子结构分析，原因可能是_________。
（3）欲设计实验比较黄瓜和白菜细胞内过氧化物酶的含量多少，简述设计思路：________（假设两种植物提取液中只含过氧化物酶）。
2.山楂具有健脾消食、降脂降压等功效，但采摘、加工、运输等过程中山楂容易发生褐变，导致品质降低。褐变主要是由多酚氧化酶（PPO）催化酚类物质氧化，产生褐色或黑色物质造成的。为减少由此带来的损失，科研人员进行了相关研究。
（1）PPO具有____________的特性，其催化酚类物质氧化的作用机理是降低了____________。
（2）在波长为420nm的光下测量PP0酶促反应得到的有色物质的吸光度（物质颜色越深，吸光度越大），其单位时间内的变化可代表PPO的活性。具体做法：以适量且适当浓度的pH为6.8的磷酸盐缓冲液、反应底物溶液以及PPO溶液作为反应体系，测量并绘制曲线图（图1）。据图分析，测定酶活性的反应时间应不超过____________分钟为宜。
（3）为减少褐变带来的损失，科研人员用pH为6.8的磷酸盐缓冲液配制成不同质量分数的三种待测抑制剂溶液，研究其对PPO活性的影响，结果如图2所示。
①对照组中应加入____________、等量的底物溶液和酶溶液，在适宜的条件下测出最大酶活性。各实验组测得的酶活性与对照组相比，作为PPO的相对活性。
②据图分析，____________处理对PPO活性的抑制效果最佳。
（4）基于上述研究，为减少褐变带来的损失，请你提出进一步研究的方向____________。
3.研究证实ATP既是“能量货币”，也可作为细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答问题：
（1）由图可知，ATP分子通过细胞的_______作用释放到细胞间隙中。再在酶的作用下，磷酸基团可以逐步从ATP分子上全部脱离，然后剩下的是_______，它的组成元素有_______种。
（2）研究发现正常成年人在安静状态下，24h内有40 kg ATP发生转化，而细胞内ATP的浓度仅为2～10mmol·L-1，这是因为细胞内是通过_____的能量供应机制来保证生命活动的需要。
（3）科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质一GTP（鸟苷三磷酸）也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：_________。
4.荔枝果实色泽明亮，味道鲜美，深受消费者喜爱，但荔枝属于极不耐藏水果图1表示荔枝果实的细胞呼吸过程，A~E表示物质，①~④表示过程。细胞呼吸速率是衡量采摘后果蔬代谢强弱的重要指标。研究人员以荔枝果实为材料，探究不同保鲜剂对荔枝果实呼吸速率的抑制效果（CK为对照组，1-MCP和SNP是两种保鲜剂），结果如图2所示。回答下列问题：
（1）图1中B表示的物质是_____，图中物质E的检测可选用的试剂为_____。图示过程中有能量产生的是_____（用序号表示）过程。如果过程③生成的B有10mol，那么需要消耗D_____mol。
（2）图2的用变量是_____，无关变量有_____（答出两点即可）。据图2分析，抑制荔枝果实呼吸速率较好的保鲜剂是_____。
（3）研究发现，荔枝果实褐变与多酚氧化酶催化相关物质氧化有关，该过程需要O2的参与，但实际生产中却不能在无氧条件下贮藏和运输荔枝，原因可能是_____。
5.下图是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意图，其中① ⑤代表生理过程，a~h代表物质，请回答：
（1）图中b代表的物质是_________，某植物叶肉细胞中①过程产生的b进入相邻细胞中参与⑤过程，至少需要穿过_________层磷脂分子。
（2）①~⑤过程中，能够产生ATP的过程是_________（填序号），③过程发生的场所是_________。在②过程中，如果用放射性同位素对g进行标记，则放射性同位素最先出现在_________ （填字母）中。
（3）在适宜的光照条件下①过程为②过程提供的物质是______，图中①②过程用反应式表示：______。
（4）①~⑤过程中，有CO2生成和必须有CO2参与的过程分别是______（填序号）。可在该植物根细胞中进行的过程是_____（填序号），能量转化情况为
（5）图中③④⑤过程用总反应式表示：________。
6.如图是某植物叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线图。
（1）若要提取植物叶片中的光合色素，常使用无水乙醇，原因是_____，将提取的色素溶液置于适宜光照条件下，_____（填“可以”或“不可以”）产生氧气，理由是_____。
（2）植物吸收CO2后，在_____（填部位）中与C5发生反应而被固定生成C3，C3在光反应产生的_____的作用下被还原。
（3）与11:00相比，13:00该植物叶绿体中合成C3的速率相对较_____（填“大”或“小”），14:00株叶片的净光合速率下降，植株积累的有机物的量__________（填“减少”或“增加”），17:00后胞间CO2浓度上升的原因是_____。叶片的净光合速率有先后两次下降，第一次下降的原因是_____，第二次下降的原因是_____。
7.为研究玉米的光合作用，将玉米叶片以叶脉为界线分为左半叶和右半叶（图1），用14CO2处理左半叶，玉米成熟后收集果穗并检测其14C放射性强度和每行籽粒总重量，结果如图2所示，请回答下列问题：
注：黑柱和白柱之和为每行籽粒总重量（mg）；黑柱为每行籽粒14C总放射性强度（cpm）；果穗上1→10行的顺序是从左到右。
（1）玉米的光反应发生在________________上。在这个阶段，叶绿体利用光能使水裂解产生_______，同时生成________________和________________，后者是氢的载体。
（2）由图2可知，叶片的光合产物大部分运输到________________（填“同侧”“对侧”或“两侧”）的果实中。如需彻底阻断对侧运输，可采取的措施为________________。
（3）玉米和马铃薯均为我国主要的粮食作物，研究温度对马铃薯光合作用与呼吸作用的影响时，在不同温度条件下将右侧遮光、左侧照光，1小时后，分别在两侧截取单位面积的叶片称出干重，实验结果如表所示（光合速率的单位为mg/h）。
温度（℃） 10 15 20 25 30 35
M右（干重，mg） 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
M左（干重，mg） 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
根据表格数据分析，与20℃相比，30℃时玉米的总光合速率_____________（填“更高”“更低”“不变”或“不确定”），理由是_____________。如昼夜不停地光照，在_____________℃时该马铃薯叶片生长得相对最快。
8.海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。
回答下列问题。
（1）光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是_____；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第_____条。
（2）本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是_____，该光源的最佳补光时间是_____小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是_____。
（3）现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。_____
答案以及解析
1、
（1）答案：①1号；黄瓜提取液的有无；②把缓冲液换成2mL过氧化物酶溶液，其他条件与1号试管相同；高温使黄瓜提取液中的过氧化物酶变性失活
解析：本实验的目的是探究黄瓜细胞中是否含有过氧化物酶，1、2号试管中，2号试管加入的是黄瓜提取液，为实验组，而1号试管加入的是缓冲液，是对照组。2号试管显橙红色，但并不能据此证明黄瓜细胞中存在过氧化物酶。为了增强实验的说服力，需要增设一组实验，实验思路为：把缓冲液换成2mL过氧化物酶溶液，其他条件与1号试管相同，若实验结果与2号试管的结果相同，则可说明黄瓜细胞中存在过氧化物酶。3号试管中加入的是煮沸冷却后的黄瓜提取液，由于高温使黄瓜提取液中的过氧化物酶变性失活，所以3号试管不显橙红色。
（2）答案：组成两种植物过氧化物酶的氨基酸种类、数目、排列顺序以及肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构等不同（合理即可）
解析：过氧化物酶的本质为蛋白质，白菜和黄瓜细胞内过氧化物酶的活性不同，从其分子结构分析，原因可能是组成两种植物过氧化物酶的氨基酸种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构等不同。
（3）答案：将等量的黄瓜和白菜提取液分别放入两个试管中，加入双缩脲试剂后观察紫色深浅，紫色深（显色反应强）的一组，过氧化物酶含量高
解析：假设两种植物提取液中只含过氧化物酶，由于过氧化物酶的本质为蛋白质，且双缩脲试剂与蛋白质可发生紫色反应，并且蛋白质的浓度越高，紫色越深，所以欲比较黄瓜和白菜细胞内过氧化物酶的含量多少，可将等量的黄瓜和白菜提取液分别放入两个试管中，加入双缩脲试剂后观察紫色深浅，紫色深（显色反应强）的一组，过氧化物酶含量高。
2.答案：（1）高效性、专一性、作用条件较温和；酚类物质氧化所需的活化能
（2）3
（3）与实验组等量的pH为6.8的磷酸盐缓冲液0.10%的柠檬酸溶液
（4）抑制山楂中PPO活性的具体措施（合理即可）
解析：（1）PPO为多酚氧化酶，酶具有高效性、专一性和作用条件较温和的特性。PPO催化酚类物质氧化的作用机理是降低了酚类物质氧化所需要的活化能。
（2）根据图1大果山楂PPO反应进程曲线可知，在3分钟后，吸光度几乎不变，即3分钟后反应即将结束，故测定酶活性的反应时间应不超过3分钟为宜。
（3）①该实验为探究用pH为6.8的磷酸盐缓冲液配制成的不同质量分数的三种抑制剂溶液对PPO活性的影响，因此自变量为抑制剂的种类和浓度，对照组应加入与实验组等量的pH为6.8的磷酸盐缓冲液、底物溶液和酶溶液。②据图2可知，0.10%的柠檬酸溶液处理后PPO活性最低，说明其对PPO活性的抑制效果最佳。
（4）根据题述研究，科研人员已经找到了抑制PPO活性效果最佳的抑制剂，因此为了减少褐变带来的损失，可进一步研究抑制剂在山楂采摘、加工、运输等过程中使用的具体措施。
3.答案：（1）胞吐；腺苷；4
（2）ATP与ADP的快速相互转化
（3）GTP与ATP分子结构相似，含有两个高能磷酸键，远离鸟苷的高能磷酸键容易水解断裂释放能量
解析：（1）由题图可知，ATP分子存在于囊泡中，通过细胞的胞吐作用释放到细胞间隙中。ATP由一个腺苷和三个磷酸基团组成，在酶的作用下，磷酸基团可以逐步从ATP分子上全部脱离，然后剩下的是腺苷，腺苷由腺嘌呤和核糖组成，它的组成元素为C、H、O、N，共4种。
（2）由于细胞内是通过ATP与ADP的快速相互转化的能量供应机制来保证生命活动的需要，所以正常成年人在安静状态下，24h内有40 kg ATP发生转化，而细胞内ATP的浓度仅为210mmol·L-1。
（3）根据题意GTP与ATP分子是相似的物质，其为细胞生命活动提供能量的过程应该相同。所以GTP也可以供能的原因：GTP与ATP分子结构相似，含有两个高能磷酸键，远离鸟苷的高能磷酸键容易水解断裂释放能量。
4.答案：（1）CO2；酸性橙色重铬酸钾溶液；①③④；10
（2）呼吸速率荔枝果实的新鲜程度、温度、氧气浓度等；1-MCP
（3）在完全无氧条件下，荔枝果实的需氧呼吸被抑制，厌氧呼吸明显加强，造成乙醇大量积累，从而会对细胞造成毒害，引起荔枝果实腐烂
解析：（1）题图1中B表示的物质是CO2同时也是需氧呼吸第二阶段的产物，物质E代表的是乙醇，乙醇的检测可以选用酸性橙色重铬酸钾。题图过程中有能量产生的是细胞呼吸的第一阶段和需氧呼吸的第二、三阶段，即题图中的①③④过程，②过程为厌氧呼吸的第二阶段，该过程中不产生ATP。如果过程③生成的B CO2有10mol，即有氧呼吸的产物是10mol的CO2，则需要消耗的DO2也为10mol。
（2）结合题图2可知，本实验的自变量是保鲜剂种类的不同，因变量是呼吸速率的变化，该实验的无关变量有荔枝果实的新鲜程度、温度、氧气浓度等。题图2结果显示1-MCP抑制呼吸速率效果最好，因此，抑制荔枝果实呼吸速率较好的保鲜剂是1-MCP。
（3）研究发现，荔枝果实褐变与多酚氧化酶催化相关物质氧化有关，该过程需要O2的参与，但实际生产中却不能在无氧条件下贮藏和运输荔枝，在完全无氧条件下，荔枝果实的需氧呼吸被抑制，厌氧呼吸明显加强，造成酒精大量积累，从而会对细胞造成毒害，引起荔枝果实腐烂，因此需要在低氧条件下储存运输。
5.答案：（1）O2；14
（2）①③④⑤；细胞质基质；h
（3）ATP和NADPH；CO2+H2O（CH2O）+O2
（4）④、②；③④⑤；有机物中稳定的化学能转化为热能和ATP中的化学能
（5）C6H12O6+6H2O+6O2+6CO2+12H2O+能量
解析：（1）①过程由H2O生成b和e，表示的生理过程是水的光解，e参加后一阶段的反应，因此e为NADPH：⑤过程中b与[H]结合可以生成H2O说明b是O2；①过程（光反应）发生在类囊体薄膜上，⑤过程（有氧呼吸第三阶段）发生在线粒体内膜上，因此①过程产生的b（O2）进入相邻细胞中参与⑤过程，至少需要穿过叶绿体类囊体膜→叶绿体的内膜和外膜→出细胞质膜→进相邻细胞质膜→线粒体外膜和内膜，共计7层生物膜，生物膜是由磷脂双分子层构成的，因此至少需要穿过7×2=14（层）磷脂分子。
（2）题图①~⑤过程中，光反应阶段和有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP，故图中能够产生ATP的生理过程是①③④⑤，③过程（有氧呼吸第一阶段）发生的场所是细胞质基质。根据有氧呼吸第二阶段的反应式来看，g物质是CO2，②过程（暗反应）中CO2固定的产物是C3（图中h），故用放射性同位素标记g，放射性最先出现在h中。
（3）光合作用中①光反应为②暗反应提供ATP和NADPH；①②表示光合作用过程，其反应式为CO2+H2O（CH2O）+O2。
（4）题图中，④过程（有氧呼吸的第二阶段）产生CO2：而②过程（暗反应）中CO2的固定必须有CO2参与。植物根细胞没有叶绿体，不能进行光合作用；有线粒体，可以进行有氧呼吸，所以③④⑤过程能在根细胞中发生，该过程将有机物中稳定的化学能转化为热能和ATP中的化学能
（5）图中③④⑤过程表示有氧呼吸，用总反应式表示如下：C6H12O6+6H2O+6O2+6CO2+12H2O+能量
6.答案：（1）光合色素是有机物，易溶于乙醇；不可以；缺少光反应有关的酶（合理即可）
（2）叶绿体基质；ATP和NADPH
（3）小；增加；净光合速率下降，利用的CO2减少（合理即可）；气温过高，叶片部分气孔关闭，CO2供应不足；光照减弱
解析：（1）光合色素易溶于乙醇，所以若要提取叶片中的光合色素常使用无水乙醇。将提取的色素溶液置于适宜光照条件下，由于缺少光反应有关的酶，不能产生氧气。
（2）植物吸收CO2后，在叶绿体基质中与C5发生反应而被固定，C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下被还原。
（3）与11:00相比，13:00胞间CO2浓度和净光合速率均较低，CO2的固定减弱，即合成C3的速率相对较低；14:00后叶片的净光合速率下降，有机物合成减少，但净光合速率仍大于0，说明有机物的量还在增加。17:00后，胞间CO2浓度上升，是因为净光合速率下降，利用的CO2减少。叶片的净光合速率先后两次下降，第一次下降的原因是气温较高，叶片部分气孔关闭，CO2供应不足，第二次下降是光照减弱引起的。
7.答案：（1）类囊体膜；氧气；ATP；NADPH
（2）同侧；切断叶脉或杀死叶脉细胞
（3）更高M左-M右表示总光合速率，20℃时玉米的总光合速率为8.25-3.50=4.75（mg/h），30℃时玉米的总光合速率为8.50-2.00=6.50（mg/h），30℃时玉米的总光合速率更高；25
解析：（1）光反应发生在类囊体膜上。在这个阶段，叶绿体利用光能使水裂解产生氧气，同时生成ATP和NADPH，NADPH是氢的载体。
（2）由图2可知，叶片的光合产物主要运输到同侧的果实中。如需彻底阻断对侧运输，可采取切断叶脉或杀死叶脉细胞等措施。
（3）马铃薯叶片在实验开始时的干重相同，设为a，则其呼吸速率为a-M，其净光合速率为M左-a，总光合速率=净光合速率+呼吸速率=M左-a+a-M右=M左-M右。30℃时玉米的总光合速率为8.50-2.00=6.50（mg/h），20℃时玉米的总光合速率为8.25-3.50=4.75（mg/h），所以与20℃相比，30℃时玉米的总光合速率更高。不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，所以M左值越大，净光合速率越大，叶片生长的速度相对越快，故在25℃时该马铃薯叶片生长得相对最快。
8.答案：（1）叶绿素；1、2
（2）红光+蓝光；6；在不同的补光时间内，红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多，有利于促进火龙果的成花
（3）将成花诱导完成后的火龙果植株（成花数目相同）随机均分成A、B、C三组，分别置于三种不同光照强度的白色光源中照射相同且适宜的时间，一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的产量，产量最高的则为最适光照强度。
解析：（1）光合色素中的叶绿素（包括叶绿素a、叶绿素b）主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。用纸层析法分离得到的四条色素带（以滤液细线为基准）自下而上分别是叶绿素b（第1条）、叶绿素a（第2条）、叶黄素（第3条）、胡萝卜素（第4条）。
（2）
（3）该实验的目的是探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，该实验的自变量是光照强度，观测指标为火龙果产量，由题中信息知，有三种可促进火龙果增产的光照强度，故可将实验分为3组；在设计实验时应遵循对照原则和单一变量原则等，无关变量应保持相同且适宜。实验思路见答案。