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专题二 细胞的物质和能量代谢
2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
2.2.1 说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响
2.2.2 解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
2.2.3 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能
2.2.4 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量
1．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP。 ( )
提示：√
2．ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能。 ( )
提示：× ATP中含2个特殊化学键。
3．ATP与ADP相互转化速率快，且转化过程主要发生在细胞核内。 ( )
提示：× ADP转化为ATP只发生在细胞质中，细胞质是细胞代谢的主要场所，因此ATP转化为ADP主要发生在细胞质中。
4．吸能反应一般与ATP的合成反应相联系。 ( )
提示：× 吸能反应一般与ATP的水解反应相联系。
5．人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”，该酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA的参与。 ( )
提示：√
6．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。 ( )
提示：× 如果条件适宜，酶在细胞内外均可发挥作用。
7．探究唾液淀粉酶活性的最适温度时，应设置0 ℃、37 ℃和100 ℃三个温度梯度进行实验，并记录实验数据。 ( )
提示：× 探究温度对唾液淀粉酶活性的影响时，可选择这三个温度进行实验，但是探究最适温度时，应当选择更小的温度梯度才能保证实验结果更加准确。
8．制作酸奶的过程中，乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2。 ( )
提示：× 乳酸菌的呼吸作用中不产生二氧化碳。
9．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可以产生大量ATP。 ( )
提示：× 根据教材中的光和色素吸收光谱可知，类胡萝卜素不吸收红光。
10．探究酵母菌细胞呼吸的方式时，检测指标可以是酵母菌培养液的浑浊程度。 ( )
提示：× 可以通过澄清石灰水的浑浊程度判断CO2产生量的多少。
11．叶绿体内膜上存在与水分解有关的酶。 ( )
提示：× 水光解发生于叶绿体的类囊体薄膜上。
12．纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。 ( )
提示：√
13．测得的某植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率。 ( )
提示：√
14．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。 ( )
提示：× 弱光条件下如果光合作用速率小于呼吸作用速率，也不会有O2释放。
15．在光补偿点时，植物的净光合速率等于呼吸速率。 ( )
提示：× 在光补偿点时，植物的总(实际)光合速率等于呼吸速率。
16．在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2。 ( )
提示：× 加入NaHCO3溶液的目的是为叶肉细胞提供CO2。
17．光照越弱，阴生植物光合作用越强；光照越强，阳生植物光合作用越强。 ( )
提示：× 阴生植物和阳生植物光合作用强度都是在一定范围内随光照强度增强而增强。
18．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量。 ( )
提示：√
19．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度。 ( )
提示：√
20．干旱初期，植物缺水主要影响光合作用的光反应。 ( )
提示：× 缺水会导致气孔开度变小，进而影响CO2的吸收，从而影响暗反应的进行。
1.检验蛋白酶对蛋白质的水解时应选用蛋白块而不能用双缩脲试剂的原因是：____________________________________________________
____。
2．细胞内的吸能反应和放能反应与ATP合成和水解有怎样的联系？__________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________________。
因为蛋白酶本身也是蛋白质，所以不能选用双缩脲试剂鉴
定
吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通
3．溶菌酶具有抗菌消炎的作用，原因是_______________________
_________________。
4．松土能增进肥效的原因是_________________________________
________________________________。
5．细胞呼吸过程产生的NADH不能用于光合作用的暗反应，原因是____________________________________________________________
___________________________________________________。
溶菌酶能够溶解细菌的
细胞壁，杀死细菌
松土能促进植物根细胞的细胞呼吸，
促进根对土壤中矿质元素的吸收
细胞呼吸过程产生的NADH又叫还原型辅酶Ⅰ，光合作用暗反应需
要的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，它们是两种不同的物质
6．由于____________________________________________，因此检测酵母菌无氧呼吸产生酒精时应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
7．生活在土壤中的硝化细菌能_______________________________
_______________________________________。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来_____________________________。
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化
将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸
(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)
将二氧化碳和水合成糖类
8．如果对恩格尔曼的第二个实验进行改进，用透过三棱镜的光先通过叶绿体色素提取液，再照射到载有水绵和需氧细菌的临时装片上，一段时间后，需氧细菌分布有何特点？____________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故先透过三棱镜，再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵临时装片上的光中红光和蓝紫光较弱，水绵不同部位的光合作用强度相差不大，产生氧气的量大致相同，因此水绵周围需氧细菌分布无显著差别
核心考点一
酶在细胞代谢中的作用
1.酶的来源、作用、本质和特性
2.与酶有关的三类曲线
(1)酶的作用原理曲线(如图)
①酶的作用原理是降低反应的活化能。
②表示无催化剂催化时反应进行所需要的活化能的是ad段。
③表示有无机催化剂催化时反应进行所需要的活化能的是bd段，表示有酶催化时反应进行所需要的活化能的是cd段。
④无机催化剂降低的活化能是ab段，酶降低的活化能是ac段，故酶降低活化能的作用更显著。
(2)酶的特性曲线(如图)
①图1中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较，表明酶具有高效性。
②图2中两曲线比较，说明酶具有专一性。
(3)影响酶促反应速率的因素曲线
①温度和pH
图甲和图乙显示，温度过高、过酸、过碱都会使酶失活，而低温只是使酶的活性降低，并未破坏酶的空间结构，条件适宜时酶活性可恢复。
从图丙和图丁可以看出，反应溶液pH(温度)的变化不影响酶作用的最适温度(pH)。
②反应物浓度和酶浓度
图甲中，OP段的限制因素是反应物浓度；图乙中，反应物充足，其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
3.酶的特性及相关探究实验
常考题型一 酶的本质、作用和特性
1. (2024·河北卷)下列关于酶的叙述，正确的是( )
A．作为生物催化剂，酶作用的反应物都是有机物
B．胃蛋白酶应在酸性、37 ℃条件下保存
C．醋酸杆菌中与发酵产酸相关的酶，分布于其线粒体内膜上
D．从成年牛、羊等草食类动物的肠道内容物中可获得纤维素酶
【答案】 D
【解析】 一般来说，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，但其作用的反应物不一定是有机物，如过氧化氢酶作用的反应物过氧化氢就是无机物，A错误；胃蛋白酶应在酸性、低温下保存，B错误；醋酸杆菌是细菌，属于原核生物，不具有线粒体结构，C错误；成年牛、羊等草食类动物肠道中有可以分解纤维素的微生物，所以从其肠道内容物中可以获得纤维素酶，D正确。故选D。
2. (2024·广东卷)现有一种天然多糖降解酶，其肽链由4段序列以Ce5－Ay3－Bi－CB方式连接而成。研究者将各段序列以不同方式构建新肽链，并评价其催化活性，部分结果见表。关于各段序列的生物学功能，下列分析错误的是( )
肽链 纤维素类底物 褐藻酸类底物
W1 W2 S1 S2
Ce5－Ay3－Bi－CB ＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋
Ce5 ＋ ＋＋ — —
Ay3－Bi－CB — — ＋＋ ＋＋＋
Ay3 — — ＋＋＋ ＋＋
Bi — — — —
CB — — — —
注：—表示无活性，＋表示有活性，＋越多表示活性越强。
A．Ay3与Ce5 催化功能不同，但可能存在相互影响
B．Bi无催化活性，但可判断与Ay3的催化专一性有关
C．该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关
D．无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关
【答案】 B
【解析】 由表可知，Ce5具有催化纤维素类底物的活性，Ay3具有催化褐藻酸类底物的活性，Ay3与Ce5催化功能不同，Ay3－Bi－CB与Ce5－Ay3－Bi－CB相比，当缺少Ce5后，就不能催化纤维素类底物，当Ay3与Ce5同时存在时催化纤维素类底物的活性增强，所以Ay3与Ce5 可能存在相互影响，A正确；由表可知，不论是否与Bi结合，Ay3均可以催化S1与S2，说明Bi与Ay3的催化专一性无关，B错误；由表可知，Ay3－Bi－CB与Ce5－Ay3－Bi－CB相比，去除Ce5后，催化褐藻酸类底物的活性不变，说明该酶对褐藻酸类底物的催化活性与Ce5无关，C正确；需要检测Ce5－Ay3－Bi肽链的活性，才能判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB相关，D正确。故选B。
3. (2024·湖南卷)某同学将质粒DNA进行限制酶酶切时，发现DNA完全没有被酶切，分析可能的原因并提出解决方法。下列叙述错误的是( )
A．限制酶失活，更换新的限制酶
B．酶切条件不合适，调整反应条件如温度和酶的用量等
C．质粒DNA突变导致酶识别位点缺失，更换为正常质粒DNA
D．酶切位点被甲基化修饰，换用对DNA甲基化不敏感的限制酶
【答案】 B
【解析】 限制酶失活会使DNA完全不被酶切，此时应更换新的限制酶，A正确；酶切条件不合适通常会使切割效果下降，调整反应条件如温度和pH等，调整酶的用量没有作用，B错误；质粒DNA突变会导致限制酶识别位点缺失，进而造成限制酶无法进行切割，此时应更换为正常质粒，C正确；质粒DNA上酶切位点被甲基化修饰，会导致对DNA甲基化敏感的限制酶无法进行酶切，此时应换用对DNA甲基化不敏感的限制酶，D正确。故选B。
4. (2023·广东卷)中国制茶工艺源远流长。红茶制作包括萎凋、揉捻、发酵、高温干燥等工序，其间多酚氧化酶催化茶多酚生成适量茶黄素是红茶风味形成的关键。下列叙述错误的是( )
A．揉捻能破坏细胞结构使多酚氧化酶与茶多酚接触
B．发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性
C．发酵时有机酸含量增加不会影响多酚氧化酶活性
D．高温灭活多酚氧化酶以防止过度氧化影响茶品质
【答案】 C
【解析】 红茶制作时揉捻能破坏细胞结构，使其释放的多酚氧化酶与茶多酚接触，A正确；发酵过程的实质就是酶促反应过程，需要将温度设置在酶的最适温度下，使多酚氧化酶保持最大活性，才能获得更多的茶黄素，B正确；酶的作用条件较温和，发酵时有机酸含量增加会降低多酚氧化酶的活性，C错误；高温条件会使多酚氧化酶的空间结构被破坏而失活，以防止过度氧化影响茶品质，D正确。故选C。
应用“四看法”分析酶促反应曲线
一看两坐标轴的含义：分清自变量与因变量，了解两个变量间的关系。
二看曲线的变化：利用数学模型法观察同一条曲线的升、降或平的变化，掌握变量变化的生物学意义。如在分析影响酶促反应的因素时，一般情况下，曲线未达到平衡时，限制因素是横坐标所表示的因素；当曲线达到平衡状态后，限制因素是除横坐标所表示的因素之外的其他因素。
三看特殊点：找出曲线的起点、终点、顶点、转折点、交叉点等，理解特殊点的意义。
四看不同曲线的变化：理解曲线之间的内在联系，找出不同曲线的异同及变化的原因。
常考题型二 酶的影响因素及相关实验分析
5. (2024·浙江1月卷)红豆杉细胞内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)能催化苯丙氨酸生成桂皮酸，进而促进紫杉醇的合成。低温条件下提取 PAL 酶液，测定 PAL 的活性，测定过程如下表。
步骤 处理 试管1 试管2
① 苯丙氨酸 1.0 mL 1.0 mL
② HCl溶液(6 mol/L) —— 0.2 mL
③ PAL酶液 1.0 mL 1.0 mL
④ 试管1加0.2 mL H2O。2支试管置于30 ℃水浴1小时
⑤ HCl溶液(6 mol/L) 0.2 mL ——
⑥ 试管2加0.2 mL H2O。测定2支试管中的产物量
下列叙述错误的是( )
A．低温提取以避免PAL 失活
B．30 ℃水浴1小时使苯丙氨酸完全消耗
C．④加H2O补齐反应体系体积
D．⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应
【答案】 B
【解析】 温度过高，酶失活，因此本实验采用低温提取，以避免PAL 失活，A正确；因为试管2在②中加入了HCl，酶已经变性失活，故不会消耗底物苯丙氨酸，B错误；④加H2O，补齐了②试管1没有加入的液体的体积，即补齐反应体系体积，保证无关变量相同，C正确；pH过低或过高酶均会失活，⑤加入HCl溶液是为了终止酶促反应，D正确。故选B。
6. (2023·湖南卷)食品保存有干制、腌制、低温保存和高温处理等多种方法。下列叙述错误的是( )
A．干制降低食品的含水量，使微生物不易生长和繁殖，食品保存时间延长
B．腌制通过添加食盐、糖等制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖
C．低温保存可抑制微生物的生命活动，温度越低对食品保存越有利
D．高温处理可杀死食品中绝大部分微生物，并可破坏食品中的酶类
【答案】 C
【解析】 干制能降低食品中的含水量，使微生物不易生长和繁殖，进而延长食品保存时间，A正确；腌制过程中添加食盐、糖等可制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖，B正确；低温保存可以抑制微生物的生命活动，但不是温度越低越好，一般果蔬的保存温度为零上低温，C错误；高温处理可杀死食品中绝大部分微生物，并通过破坏食品中的酶类，降低酶类对食品有机物的分解，有利于食品保存，D正确。故选C。
7. (2023·浙江1月卷)某同学研究某因素对酶活性的影响，实验处理及结果如下：己糖激酶溶液置于45 ℃水浴12 min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45 ℃水浴12 min，酶活性仅丧失3%。该同学研究的因素是( )
A．温度 B．底物
C．反应时间 D．酶量
【答案】 B
【解析】 由题干分析，己糖激酶溶液置于45 ℃水浴12 min，酶活性丧失50%；己糖激酶溶液中加入过量底物后置于45 ℃水浴12 min，酶活性仅丧失3%。这两组实验的不同条件在于是否加入底物。所以研究的因素是底物，B正确；由题干可知，两组实验的反应时间均为12 min温度均为45 ℃且酶量一致，所以研究的因素不是温度、反应时间和酶量，A、C、D错误。故选B。
8. (2022·全国乙卷)某种酶P由RNA和蛋白质组成，可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件，某同学进行了下列5组实验(表中“＋”表示有，“－”表示无)。
实验组 ① ② ③ ④ ⑤
底物 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
RNA组分 ＋ ＋ － ＋ －
蛋白质组分 ＋ － ＋ － ＋
低浓度Mg2＋ ＋ ＋ ＋ － －
高浓度Mg2＋ － － － ＋ ＋
产物 ＋ － － ＋ －
根据实验结果可以得出的结论是( )
A．酶P必须在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性
B．蛋白质组分的催化活性随Mg2＋浓度升高而升高
C．在高浓度Mg2＋条件下RNA组分具有催化活性
D．在高浓度Mg2＋条件下蛋白质组分具有催化活性
【答案】 C
【解析】 由①组可知，酶在低浓度Mg2＋条件下也有产物生成，说明并非一定要在高浓度Mg2＋条件下才具有催化活性，A错误；由第③组和第⑤组对比可知，只有蛋白质组分的酶，其催化活性在低浓度Mg2＋和高浓度Mg2＋条件下，均无产物生成，说明在两种条件下都没有催化活性，B错误；由第④组和第⑤组对比可知，在高浓度Mg2＋条件下，第④组有产物生成，第⑤组没有产物生成，说明RNA组分具有催化活性，蛋白质组分没有催化活性，C正确，D错误。
1.“四步法”分析酶的实验题
(1)分析实验目的，确定自变量与因变量(检测指标)。
(2)明确实验原理(新情境题的题干中会有提示，要注意提炼)。
(3)准确书写实验步骤，注意遵循实验的对照原则、单一变量原则及科学性原则。酶相关实验常常是用表格形式呈现实验步骤。
(4)如果是选择题，要依据实验原理、实验原则，利用所学的生物知识进行综合分析，然后作出判断；如果是非选择题则应注意联系教材知识综合分析，以确定所填答案。
2.检测试剂的选择
(1)若物质反应前后均能与试剂发生反应，例如麦芽糖和水解后形成的葡萄糖均能与斐林试剂反应，再如蛋白质和水解后形成的多肽均能与双缩脲试剂反应，则此类试剂不能选用。
(2)若物质反应前后均不能与试剂反应，例如蔗糖和水解后形成的单糖均不能与碘液反应，此类试剂也不能选用。
核心考点二
ATP在细胞代谢中的作用
1.明辨ATP的结构及拓展
(1)1分子ATP＝1分子腺苷＋3分子磷酸基团。
(2)ATP中含有两个特殊的化学键，其中远离腺苷的特殊化学键容易水解与合成。
(3)辨析几种不同物质中A的含义
2.能量转换过程和ATP的产生与消耗
3.细胞中ATP产生速率与O2供给量之间关系的曲线解读
(1)当横坐标表示呼吸作用强度时，ATP产生速率的变化曲线应该从原点开始。
(2)哺乳动物成熟的红细胞中，ATP的产生速率几乎与O2供给量无关。
常考题型一 ATP的结构、来源和利用
1. (2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中～表示特殊化学键，下列叙述错误的是( )
A．ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B．用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C．β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键不能在细胞核中断裂
D．光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键
【答案】 C
【解析】 ATP为直接能源物质，γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量，可为离子主动运输等生命活动提供能量，A正确；ATP分子水解两个特殊化学键后，得到RNA的基本单位之一(腺嘌呤核糖核苷酸)，故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA，B正确；ATP可在细胞核中发挥作用，如为RNA合成提供能量，故β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键能在细胞核中断裂，C错误；光合作用光反应，可将光能转化为活跃的化学能储存于ATP的特殊化学键中，故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊化学键，D正确。故选C。
2. (2022·北京卷)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是( )
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细胞提供能量
【答案】 B
【解析】 ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
3. (2022·江苏卷)下列关于细胞代谢的叙述正确的是( )
A．光照下，叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化
B．供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇
C．蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP
D．供氧充足时，真核生物在线粒体外膜上氧化[H]产生大量ATP
【答案】 B
【解析】 光照下，叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生的ATP来源于光能的直接转化，有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解，A错误；供氧不足时，酵母菌在细胞质基质中进行无氧呼吸，将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳，B正确；蓝细菌属于原核生物，没有线粒体，但能进行有氧呼吸，C错误；供氧充足时，真核生物在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP，D错误。故选B。
4. (2022·浙江1月卷)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是( )
A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键(特殊化学键)
C．在水解酶的作用下不断地合成和水解
D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
【答案】 D
【解析】 一个ATP分子中含有一个腺苷(一个腺嘌呤和一个核糖)、3个磷酸基团，具有2个高能磷酸键(特殊化学键)，A错误，B错误；酶具有专一性，ATP与ADP循环转化所需酶的种类不相同，ATP水解酶催化ATP水解，ATP合成酶催化ATP的合成，C错误；吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
细胞内产生与消耗ATP的常见结构
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质 产生ATP：细胞呼吸第一阶段
叶绿体 产生ATP：光反应阶段
消耗ATP：暗反应阶段、自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段
消耗ATP：自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核 消耗ATP：DNA复制、转录等
常考题型二 ATP与ADP相互转化过程
5. (2021·海南卷)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是( )
A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP
B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内
【答案】 B
【解析】 根据题意可知，该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；根据题意“结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。”说明32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；根据题意可知，放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团，C错误；该实验不能说明转化主要发生在细胞核内，D错误。
6. (浙江卷)ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是( )
A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B．ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D．ATP分子中的2个特殊化学键不易断裂水解
【答案】 C
【解析】 ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP—ADP循环使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B错误；ATP水解时远离腺苷的特殊化学键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个特殊化学键，远离腺苷的特殊化学键很容易水解，D错误。
7. (上海卷)下列化学反应属于水解反应的是( )
①核酸→核苷酸 ②葡萄糖→丙酮酸 ③ATP→ADP
A．①② B．①③
C．②③ D．①②③
【答案】 B
【解析】 核酸在水解酶的作用下水解为核酸的基本组成单位核苷酸；葡萄糖经过呼吸作用第一阶段转变为丙酮酸；ATP通过水解，远离A的特殊化学键断裂，释放能量。
8. (全国Ⅰ卷)在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子，用α、β、γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：
(1)某种酶可催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的____________(填“α”“β”或“γ”)位上。
(2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的__________(填“α”“β”或“γ”)位上。
【答案】 (1)γ (2)α
【解析】 (1)ATP水解产生ADP时，断开远离腺苷的特殊化学键，也就是将γ位磷酸基团水解下来。所以ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP时，应当是γ位磷酸基团发生了转移。(2)dATP作为DNA生物合成的原料时，会脱掉远离腺苷的两个磷酸基团，如果需要将32P标记到新合成的DNA分子上，则32P的磷酸基团应在dATP的α位上才能保留下来，进入DNA中。
解答ATP相关问题时注意点
1.ATP、磷脂及核酸的组成元素相同，都是C、H、O、N、P。ATP中含有的五碳糖为核糖。
2.一个ATP分子含有两个特殊化学键，ATP中远离腺苷的那个特殊化学键容易形成和断裂。
3.吸能反应往往需要消耗ATP，放能反应往往产生ATP，人在运动状态下ATP和ADP的相互转化速率大于安静状态下的转化速率。
4.物质出入细胞时，协助扩散不消耗ATP，主动运输、胞吞和胞吐消耗ATP。
5.生命活动所需要的ATP主要来自有氧呼吸。
6.无氧呼吸产生的ATP少，是因为大部分能量储存在不彻底的氧化产物(乳酸或酒精)中，没有释放出来。
核心考点三
光合作用和细胞呼吸的物质和能量转化
1.光合作用和细胞呼吸过程
(1)物质转变过程
图中b～h表示的物质依次是O2、ATP、ADP、NADPH、C5、CO2、C3。
①～⑤表示的生理过程的具体场所依次是类囊体薄膜、叶绿体基质、细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜。
(2)相应元素转移过程
元素 转移过程
C
O
H
(3)能量转化过程
2.外界条件变化时，C5、C3、NADPH、ATP物质的量的变化模式图
(1)光照强度变化
(2)CO2浓度变化
常考题型一 细胞呼吸的过程
1. (2024·甘肃卷)梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是( )
A．根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足
B．根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足
C．浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸
D．根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
【答案】 B
【解析】 大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A正确；根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无氧呼吸的进行，C正确；根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。故选B。
2. (2024·安徽卷)细胞呼吸第一阶段包含一系列酶促反应，磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶。细胞中 ATP减少时，ADP和AMP会增多。当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡。下列叙述正确的是( )
A．在细胞质基质中，PFK1催化葡萄糖直接分解为丙酮酸等
B．PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变而变性失活
C．ATP/AMP浓度比变化对PFK1活性的调节属于正反馈调节
D．运动时肌细胞中 AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快
【答案】 D
【解析】 细胞呼吸第一阶段葡萄糖最终分解为丙酮酸，需要一系列酶促反应即需要多种酶参与，而磷酸果糖激酶1(PFK1)是其中的一个关键酶，因此PFK1不能催化葡萄糖直接分解为丙酮酸，A错误；由题意可知，当ATP/AMP浓度比变化时，两者会与PFK1发生竞争性结合而改变酶活性，进而调节细胞呼吸速率，以保证细胞中能量的供求平衡，说明PFK1与ATP结合后，酶的空间结构发生改变但还具有其活性，B错误；由题意可知，ATP/AMP浓度比变化，最终保证细胞中能量的供求平衡，说明其调节属于负反馈调节，C错误；运动时肌细胞消耗ATP增多，细胞中 ATP减少，ADP和AMP会增多，从而 AMP与PFK1结合增多，细胞呼吸速率加快，细胞中 ATP含量增多，从而维持能量供应，D正确。故选D。
3. (2023·全国乙卷)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸
B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
【答案】 C
【解析】 植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放，图示在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a之前，只进行无氧呼吸产生乳酸，A正确；Oa阶段无二氧化碳产生，ab阶段二氧化碳释放较多，a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程，是植物通过呼吸途径改变来适应缺氧环境的体现，B正确；无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸，都只在第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放，故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同，C错误；酒精跨膜运输方式是自由扩散，该过程不需要消耗ATP，D正确。故选C。
4. (2024·山东卷改编)种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中，乙醇脱氢酶催化生成乙醇，与此同时NADH被氧化。下列说法错误的是( )
A．p点为种皮被突破的时间点
B．Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸
C．Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加
D．q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多
【答案】 C
【解析】 由图可知，p点乙醇脱氢酶活性开始下降，子叶耗氧量急剧增加，说明此时无氧呼吸减弱，有氧呼吸增强，该点为种皮被突破的时间点，A正确；Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸，使得子叶耗氧速率降低，但为了保证能量的供应，乙醇脱氢酶活性继续升高，加强无氧呼吸提供能量，B正确；Ⅲ阶段种皮已经被突破，种子有氧呼吸增强，无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低，C错误；q处种子无氧呼吸与有氧呼吸被氧化的NADH相同，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，此时无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多，D正确。故选C。
对细胞呼吸的场所、过程、条件要精确把握
1.原核生物有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜上。真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。
2.有氧呼吸的第一、二阶段不需要O2，只有第三阶段需要O2。
3.如果某生物无O2的吸收和CO2的释放，则该生物只进行无氧呼吸(产物为乳酸)或已死亡。
4.无氧呼吸的产物中没有水，如果细胞呼吸的产物中有水，则一定是进行了有氧呼吸。
5.由于酵母菌无氧呼吸和有氧呼吸均可以产生CO2，故不能依据有无CO2的产生来判断酵母菌的细胞呼吸方式。
6.无线粒体的真核细胞(或生物)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物的成熟红细胞；原核细胞无线粒体，但大多数可进行有氧呼吸。
常考题型二 光合作用的过程
5. (2024·广东卷)2019年，我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌，其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中，下列物质存在的可能性最小的是( )
A．ATP
B．NADP＋
C．NADH
D．DNA
【答案】 D
【解析】 由题干信息可知，采集到的蓝细菌其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用，进行光合作用时，光反应阶段可以将ADP和Pi转化为ATP，NADP＋和H＋转化为NADPH，用于暗反应，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都可以生成NADH，而DNA存在于蓝细菌的拟核中，D正确，A、B、C错误。故选D。
6. (2024·河北卷)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量(mg/g) 类胡萝卜素含量(mg/g)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题：
(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中________光可被位于叶绿体________上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为__________和__________。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用__________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是__________
_____________________________________________________________________________________________________________。
(3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为______________________________________
__________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
【答案】 (1) 蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光
(2)无水乙醇 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用
【解析】 (1)叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这 4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的色素能够溶
解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光。(3)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用。
7. (2024·山东卷)从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂，KT为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度表示气孔张开的程度。
已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
【解析】 由题干信息可知，采集到的蓝细菌其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用，进行光合作用时，光反应阶段可以将ADP和Pi转化为ATP，NADP＋和H＋转化为NADPH，用于暗反应，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都可以生成NADH，而DNA存在于蓝细菌的拟核中，D正确，A、B、C错误。故选D。
检测指标 植株 14天 21天 28天
胞间CO2浓度
(μmol CO2·mol－1) 野生型 140 151 270
突变体 110 140 205
气孔导度
(mol H2O·m－2·s－1) 野生型 125 95 41
突变体 140 112 78
(1)光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有______。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是__________________________________________
_________________________________________________________________________________________________________。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点________(填“高”或“低”)，理由是_______________________________________________
_________________________________________________________________________________________________。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是______________________________
__________________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1) ATP、NADPH 叶绿素合成更多，且叶绿素降解慢
(2) 高 突变体植株胞间CO2浓度低，气孔导度大，固定CO2能力强
(3)突变体植株蔗糖转化酶活性高，更多的蔗糖转化为单糖，运输到籽粒的蔗糖减少
【解析】 (1)光反应产生的ATP和NADPH可用于暗反应C3的还原。对比野生型和突变型不同条件下类囊体膜蛋白稳定性可知，不同条件下突变型类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型，突变型细胞分裂素合成增加，而细胞分裂素可促进叶绿素的合成，同时叶绿素的降解可能更慢，故与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢。(2)据表可知，开花14天后突变体的气孔导度大于野生型，但突变体的胞间CO2浓度低于野生型，且突变体的呼吸代谢不受影响，说明突变体光合作用更强，消耗的CO2更多，因此突变体达到光饱和点需要的光照强度更高。(3)据图可知，与野生型相比，突变体蔗糖转化酶活性更高，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，故突变体内蔗糖减少，且叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，因此突变体向外运输的蔗糖减少，导致籽粒淀粉含量低。
8. (2023·湖南卷)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是_______________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过____________长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。
【答案】 (1)3－磷酸甘油醛 蔗糖 韧皮部
(2)高于 在干旱、高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
(3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
【解析】 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3－磷酸甘油酸，然后直接被还原成3－磷酸甘油醛。3－磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时通过韧皮部。(2)干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制
玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过韧皮部及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。(3)将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
分析光合作用中物质含量变化的方法
1.过程图法分析C3、C5等物质含量变化的一般程序
(1)绘制光合作用模式简图
(2)从物质的生成和消耗两个方面综合分析，如CO2供应正常、光照停止时C3的含量变化
2.连续光照和间隔光照下有机物合成量的分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)一直光照条件下，NADPH和ATP过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下，NADPH和ATP基本不积累，能够被充分利用。因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比持续光照处理时有机物积累量要多。
核心考点四
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1.光合作用与细胞呼吸的内在联系
2.四种状况下“光合与呼吸”的关系
注：图中各细胞仅代表细胞内的状态，如叶肉细胞的光合作用速率等于呼吸作用速率时，对整株植物体来说，光合作用速率应该是小于呼吸作用速率的。
3.光合作用、呼吸作用的“三率”图分析
(1)根据图1判断“三率”
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2的释放量或O2的吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累量，即图1中的C′C段对应的CO2的量，也称为表观光合速率。
③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。
(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
4.呼吸速率和净光合速率的测定方法
(1)实验装置法(气体体积变化法)测定光合速率与呼吸速率
①测定装置(如图)
②测定方法及解读
a．测定呼吸强度
Ⅰ.装置中烧杯里放入适宜浓度的NaOH溶液：用于吸收CO2；
Ⅱ.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰；
Ⅲ.置于适宜温度环境中；
Ⅳ.红色液滴向左移动(代表呼吸耗氧量)。
b．测定净光合速率
Ⅰ.装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO3溶液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合需求；
Ⅱ.必须给予较强光照处理，且温度适宜；
Ⅲ.红色液滴向右移动(代表净光合速率)。
③判定细胞呼吸类型
同时设置甲装置：NaOH溶液组；乙装置：蒸馏水组。植物需遮光处理，根据两组装置中有色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型(如下表)。
容器中气体变化 细胞呼吸类型
不消耗O2，但产生CO2(甲组有色液滴不移动，乙组有色液滴右移) 进行产生酒精的无氧呼吸
CO2释放量等于O2消耗量(甲组有色液滴左移，乙组有色液滴不移动) 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
容器中气体变化 细胞呼吸类型
CO2释放量大于O2消耗量(甲组有色液滴左移，乙组有色液滴右移) 产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸同时进行
CO2释放量小于O2消耗量(甲组有色液滴左移，乙组有色液滴左移) 进行有氧呼吸，底物中除糖类外还有脂肪
(2)黑白瓶法
取三个玻璃瓶，一个用黑胶布包上，并包以锡箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。将剩余的两个黑、白瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。
①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即光合作用量。
(3)叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(4)“半叶法”测定光合作用有机物的产生量(如图)
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
(5)“叶片上浮法”探究环境因素对光合作用强度的影响
利用“真空渗入法”排出叶肉细胞间隙的空气，充以水分使叶片沉于水中。在光合作用过程中植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
(6)梯度法
用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的实验装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
常考题型 光合作用和细胞呼吸的强弱与植物生长发育的关系
1. (2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是( )
A．呼吸作用变强，消耗大量养分
B．光合作用强度减弱，有机物合成减少
C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
【答案】 D
【解析】 高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。故选D。
2. (2023·新课标卷)我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。
①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放
②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理
③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏
④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长
⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理
⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物
关于这些措施，下列说法合理的是( )
A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系
B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗
C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用
D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度
【答案】 A
【解析】 措施②春化处理是为了促进花芽形成，反映了低温与作物开花的关系，④光周期处理，反映了昼夜长短与作物开花的关系，A正确；措施③风干储藏可以减少自由水，从而减弱细胞呼吸，降低有机物的消耗，⑤合理密植的主要目的是提高能量利用率，促进光合作用，B错误；措施②春化处理是为了促进花芽形成，⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用，C错误；措施①③的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度，④光周期处理，目的是促进或抑制植物开花，D错误。故选A。
3. (2024·辽宁卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是________________过程。
(2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是____________和____________。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自____________和______________(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是____________________________________________
_______________________________________________________。据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是____________________________________________________。
(4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是____________________________________________
_____________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)CO2的固定 (2)细胞质基质 线粒体基质
(3) 光呼吸 呼吸作用 7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 不能 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，无法得出呼吸速率 (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大
【解析】 (1)在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。(3)由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。7—10时，随着光照强度的
增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无法得出呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。(4)由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。
4. (2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是__________________________________________________________
_______________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的______________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期____________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是____________________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3)培养条件 A组 遮光比例 探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少
【解析】 (1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图b中B1组叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2；B1组的净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，B组的平均净光合速率为(20.5＋7.0)/2＝13.75，高于A组的11.8，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。(3)为了排除无关变量对实验结果的干扰，实验材料应选择前期培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗进行实验，在重复实验中以A组作为对照组，B组和C组作为实验组，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致；如果B组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少。
5. (2023·浙江1月卷)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响，实验结果见表1。
项目 甲组 乙组 丙组
处理
库源比 1/2 1/4 1/6
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率(μmol·m－2·s－1) 9.31 8.99 8.75
果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06
单果重(g) 11.81 12.21 19.59
表1
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。
回答下列问题：
(1)叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是____________________
________________________________。
(2)研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的________结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的__________________________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有_________________________
_____________________________________________________________________________________________________(答出2点即可)。
(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率________(填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量________(填“增加”或“减少”)。库源比降低导致果实单果重变化的原因是________________________________________________________
____________。
(4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验，库源处理如图所示，用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用，结果见表2。
表2
果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g)
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是____________________________________________________
___________________________________________________________________________________________。
(5)综合上述实验结果，从调整库源比分析，下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项？________。
A．除草 B．遮光
C．疏果 D．松土
【答案】 (1)叶绿体中的色素易溶于无水乙醇
(2)C5 ATP和NADPH 研究光合产物从源分配到库生成过程；研究净光合积累有机物的量
(3)降低 增加 库源比降低，植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加
(4)离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多
(5)C
【解析】 (1)叶绿体中的色素易溶于无水乙醇，因此用乙醇作为提取液。(2)研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的C5结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的ATP和NADPH中的化学能，合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有研究光合产物从源分配到库生成过程，研究净光合积累有机物的量等。(3)分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率降低；果实中含13C光合产物的量增加；库源比降低导致果实单果重变化的原因是植株总的叶片光合作用制
造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加。(4)根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多。(5)综合上述实验结果，从调整库源比分析，能提高单枝的合格果实产量的是疏果，减小库和源的比值，能提高果实产量，故选C。
1.面积法快速分析坐标图中光补偿点、光饱和点的移动(如图)
据图可知，OA表示细胞呼吸释放的CO2量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD的面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。
具体分析如下表所示：
注：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上适当提高；光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前。
条件改变 △面积 光(CO2)补偿点 光(CO2)饱和点
适当提高温度 减少 右移 左移
适当增大CO2浓度(光照强度) 增加 左移 右移
适当减少CO2浓度(光照强度) 减少 右移 左移
植物缺少Mg元素 减少 右移 左移
2.光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧
(1)实验设计中必须注意三点
①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液来调节。
②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。
(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
核心考点四
光合作用与呼吸作用的影响因素及应用
1.影响细胞呼吸的四类曲线
2.关注光合作用影响因素曲线中的“关键点”
(1)光照强度
(2)CO2浓度(如图)
①图乙中A点的代谢特点为植物光合速率与细胞呼吸速率相等，此时的二氧化碳浓度为二氧化碳补偿点，而图甲中D点的二氧化碳浓度是植物进行光合作用时最小二氧化碳浓度，从D点才开始启动光合作用。
②B点和P点的限制因素：外因有温度和光照强度等，内因有酶的数量和活性、C5的含量、色素含量等。
(3)多因子影响
上述图1、2、3中的曲线分析：P点时，限制光合速率的主要因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。当达到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
3.聚焦自然环境及密闭容器中植物一昼夜气体变化曲线
(1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析(如图)
①积累有机物的时间段：ce段。
②制造有机物的时间段：bf段。
③消耗有机物的时间段：Og段。
④一天中有机物积累最多的时间点：e点。
⑤一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。
(2)密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线(如图)
①光合速率等于呼吸速率的点：C、E点。
②若图1中N点低于虚线，该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
③若图2中N点低于虚线，该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2浓度减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
4.提高农作物产量的措施
常考题型 光合作用和呼吸作用的影响因素
1. (2024·北京卷)某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是( )
A．增加叶片周围环境CO2浓度
B．将叶片置于4 ℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色
D．移动冷光源缩短与叶片的距离
【答案】 A
【解析】 二氧化碳是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量，A符合题意；降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；给光源加滤光片改变光的颜色可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低，比如将蓝紫光改变为绿光会降低光合速率，C不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。故选A。
2. (2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是________________，原因是____________________。
(2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是______________________
____________________________________________________________。
(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。
【答案】 (1)红光和蓝紫光 高等植物叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光 (2)大于
(3)b 在密闭容器中，a组O2浓度与初始O2浓度M相同，说明光合速率等于呼吸速率；c、d组延长光照时间O2浓度不再增加，说明光合速率也等于呼吸速率；b组时光合速率大于呼吸速率。综上所述，b组的光合作用速率最大 (4)升高
【解析】 (1)光合色素为叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)b组氧气浓度高于a组，说明光合作用大于呼吸，整体表现为吸收二氧化碳，释放氧气。因此，a组二氧化碳浓度大于b组。(3)密闭容器中，c的O2浓度不再增加，说明此时，由于CO2不足，导致光合作用减弱等于呼吸作用。a组O2浓度等于初始浓度，也意味着光合作用等于呼吸作用。而b组，此时光合作用仍然大于呼吸作用。综合来看，b组的光合作用速率最大。(4)d组O2浓度等于c组是由于密闭容器中CO2的限制，此时光合作用速率等于呼吸速率，打开容器之后，提供了更多的CO2，此时即便以c的光照强度仍然可以使得光合速率上升大于呼吸作用速率。
3. (2024·浙江1月卷)长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。
回答下列问题：
(1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧(需氧)呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第________阶段。地下部分细胞利用丙酮酸进行乙醇发酵。这一过程发生的场所是________________，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促进氢接受体(NAD＋)再生，从而使______________得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越________________(耐渍害/不耐渍害)。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下表。
光合速率 蒸腾速率 气孔导度 胞间CO2浓度 叶绿素含量
光合速率 1
蒸腾速率 0.95 1
气孔导度 0.99 0.94 1
胞间CO2浓度 －0.99 －0.98 －0.99 1
叶绿素含量 0.86 0.90 0.90 －0.93 1
注：表中数值为相关系数(r)，代表两个指标之间相关的密切程度。当|r|接近1时，相关越密切，越接近0时相关越不密切。
据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是________________。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈________趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由__________________(气孔限制因素/非气孔限制因素)导致的，理由是_________________________
_______________________________________________________________________________________________________________。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内________(激素)大量积累，诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过________________________，将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
【答案】 (1) 三 细胞质基质 葡萄糖分解(糖酵解) 耐渍害
(2) 胞间CO2浓度 下降 非气孔限制因素 胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关
(3)脱落酸 程序性死亡(细胞凋亡)
【解析】 (1)有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行，是有氧呼吸过程中释放能量最多的阶段。乙醇发酵(无氧呼吸)的场所是细胞质基质。葡萄糖分解形成丙酮酸和NADH，该过程需要NAD＋参与，所以氢接受体(NAD＋)再生，有利于葡萄糖分解的正常进行，由此可知，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种能产生更多的能量维持生命活动的进行，更加耐渍害。(2)由表可知，叶绿素含量与胞间CO2浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关。光合速率与蒸腾速率的相关系数为0.95，为正
相关，所以光合速率显著下降，则蒸腾速率呈下降趋势。由于胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因素导致的。(3)脱落酸具有诱导气孔关闭的功能，在受渍害时，其诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力。渍害发生后，有些植物根系细胞通过凋亡(程序性死亡)，从而形成腔隙，进一步形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
4. (2024·全国甲卷)在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________(填“相等”或“不相等”)，原因是_______________________
__________________________________________________。
(2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是________________
________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是____________________________________
____________________________________________________________________________________________________。(答出一点即可)
(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在__________________________最大时的温度。
【答案】 (1) 不相等 温度a和c时的呼吸速率不相等
(2)温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少
(3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低
(4)光合速率和呼吸速率差值
【解析】 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，但由于呼吸速率不同，因此叶片有机物积累速率不相等。(2)在温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植物体的干重会减少。(3)温度超过b时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO2供应不足，暗反应速率降低；同时使酶的活性降低，导致CO2固定速率减慢，C3还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。(4)为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。
5. (2023·浙江6月卷)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。
回答下列问题：
(1)光为生菜的光合作用提供________，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因________作用失水造成生菜萎蔫。
(2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是________
__________________。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为____________________，最有利于生菜产量的提高，原因____________
___________________________________________。
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是________________________________
______________。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以____________，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有____________________________________
____________________________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)能量 渗透
(2)与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高 红光∶蓝光＝3∶2 当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物的光合作用，净光合速率更大，积累的有机物更多
(3)在25 ℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高 升高温度 减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生
【解析】 (1)植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。(2)分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物量更多，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)
时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)两组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。(3)由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度时光合速率增幅最高，因此，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。
解读光合作用“厂”字图像及其变式
1.典型“厂”字图像解读
2.“厂”字图像的3种变式
(1)阴生、阳生植物
不同植物的光补偿点一般不同，这主要取决于植物的呼吸强度；不同植物的光饱和点一般也不同，这主要取决于植物的内因，如植物内部与光合作用有关的酶的数量和活性、叶绿素含量、C3和C5含量等。一般来说，阴生植物的光补偿点和光饱和点要比阳生植物的小。
(2)“厂”字图像颠倒
有一些题目在考查的时候，会将图像上下颠倒，但解题的本质是不变的。
(3)光照过强
其实我们常看到的“厂”字图像并没有画完，如果将光照强度继续增强，会导致后期植物光合作用强度下降。
下降的原因可能有二，需根据具体题目条
件具体分析。
第一种原因：光照过强引起叶绿素降解或者酶的活性下降，进而导致光合作用强度降低。
第二种原因：光照过强引起植物叶片蒸腾作用加快，植物为了避免失水而关闭气孔，导致CO2吸收不足，进而导致光合作用强度降低。专题二
专题练
基础达标测试
一、选择题
1．(2024·沧州模拟)反应底物从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为活化能。如图为蔗糖水解反应能量变化的示意图，已知H＋能催化蔗糖水解。下列相关分析错误的是( )
A．E1和E2表示活化能，X表示果糖和葡萄糖
B．H＋降低的化学反应活化能的值等于(E2－E1)
C．蔗糖酶使(E2－E1)的值增大，反应结束后X增多
D．升高温度可通过改变酶的结构而影响酶促反应速率
【答案】 C
【解析】 X是蔗糖水解的产物，表示果糖和葡萄糖，A正确；从图中看出E2和E1分别表示在没有催化剂和加入H＋后从常态转变为活跃状态需要的能量，所以H＋降低的化学反应活化能的值等于E2－E1，B正确；蔗糖酶具有高效性，降低的活化能(E2－E1)的值更大，但在底物的量一定的情况下产物X的量不变，C错误；酶促反应存在最适温度，所以升高温度可通过改变酶的结构而影响酶促反应速率，D正确。
2．(2024·随州模拟)下列关于酶实验的叙述，正确的是( )
A．探究pH对酶活性影响的实验中，将底物与酶混合后再调节pH
B．探究温度对蛋白酶活性影响的实验中，可以用双缩脲试剂检测结果
C．探究酶的高效性实验中，实验组加适量酶液，对照组加等量蒸馏水
D．探究淀粉酶的专一性实验中，用淀粉和蔗糖作底物，不能用碘液检测
【答案】 D
【解析】 探究pH对酶活性影响的实验中，应先分别调节底物和酶溶液的pH至设定值，再混合，A错误；蛋白酶及其催化的底物蛋白质都能与双缩脲试剂反应呈现紫色，故探究温度对蛋白酶活性影响的实验中，不能用双缩脲试剂检测结果，B错误；探究酶的高效性实验中，实验组加适量酶液，对照组加等量无机催化剂，C错误；探究淀粉酶的专一性实验中，用淀粉和蔗糖作底物，不能用碘液检测，因为蔗糖无论是否被酶水解，都不能与碘液发生反应，D正确。
3．(2024·南京模拟)泰乐菌素(TYL)是一种抗生素，研究人员从土壤中筛选获得一株泰乐菌素高效降解菌株TYL－T1。下列有关TYL－T1胞内酶的叙述错误的是( )
A．酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能
B．pH过低会对TYL－T1胞内酶的活性产生严重的抑制作用
C．Co2＋能提高TYL－T1胞内酶活性，原因可能是其改变了酶的构象
D．与微生物相比，利用酶处理环境污染物可克服营养物质、温度等条件的限制
【答案】 D
【解析】 酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能，加快反应速率，A正确；过酸、过碱可以使酶的空间结构发生改变，使酶永久性失活，所以pH过低会对TYL－T1胞内酶的活性产生严重的抑制作用，B正确；Co2＋可能通过改变酶的构象，提高TYL－T1胞内酶活性，C正确；酶的催化需要适宜的温度，所以酶处理污染物也有温度条件的限制，D错误。
4．(2024·苏州模拟)过氧化物酶体是一种高度异质性的细胞器，在不同的细胞中形态和结构有所不同，含有酶的种类和数量也不同，其中过氧化氢酶是所有过氧化物酶体共有的。过氧化物酶体中存在简单的呼吸链，与线粒体中不同的是不与ATP的磷酸化作用耦联，不产生ATP。过氧化物酶体与线粒体利用氧气能力的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．过氧化物酶体存在简单的呼吸链，其起源可能与线粒体类似
B．过氧化氢可被过氧化氢酶分解为水和氧气，解除其对细胞的毒害作用
C．过氧化物酶体不产生ATP，其产生的能量以热能的形式散失
D．过氧化物酶体对氧气的敏感度强于线粒体，有利于避免高氧对细胞的损伤
【答案】 D
【解析】 线粒体是真核细胞中有氧呼吸的主要场所，过氧化物酶体存在简单的呼吸链，其起源可能与线粒体类似，A正确；细胞中H2O2过多会对细胞造成损伤，过氧化氢可被过氧化氢酶分解为水和氧气，解除其对细胞的毒害作用，B正确；据题干信息“过氧化物酶体中存在简单的呼吸链，与线粒体中不同的是不与ATP的磷酸化作用耦联，不产生ATP”可知，过氧化物酶体不产生ATP，其产生的能量以热能的形式散失，C正确；据曲线图可知，线粒体对于氧气更为敏感，而过氧化物酶体利用O2的能力随O2浓度增加而增强，故过氧化物酶体可保护细胞免受高浓度氧的毒害，D错误。
5．(2024·三亚模拟)cAMP是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成，是细胞内的一种信号分子，其结构组成如图所示。下列说法正确的是( )
A．cAMP的元素组成与磷脂分子不相同
B．cAMP存在于突触间隙中
C．A所示物质名称为腺苷
D．B所指化学键是脱水形成的
【答案】 D
【解析】 每个cAMP分子是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的，因此cAMP的元素组成与磷脂分子相同，都是C、H、O、N、P，A错误；cAMP是细胞内的一种信号分子，不存在于突触间隙中，B错误；图中A所示物质名称为腺嘌呤，C错误；B所指化学键是磷酸和核糖之间脱水形成的，D正确。
6．(2024·日照模拟)磷酸肌酸(C～P)是一种存在于肌肉或其他兴奋性组织(如脑和神经)中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可相互转化。细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸(C)。由此短时间维持细胞内ATP含量在一定水平。下列叙述错误的是( )
A．1分子ATP水解后可得1分子腺苷、1分子核糖和3分子磷酸
B．磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能
C．剧烈运动时，肌肉细胞中磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降
D．细胞中的磷酸肌酸对维持ATP含量的稳定具有重要作用
【答案】 A
【解析】 1分子ATP彻底水解后得到1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸，A错误；磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但直接能源物质是ATP，B正确；剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降，C正确；由题意可知，细胞中的磷酸肌酸对维持ATP含量的稳定具有重要作用，D正确。
7．(2024·珠海模拟)细胞呼吸是细胞内能量供应的主要形式，许多能够进行有氧呼吸的生物也能够进行无氧呼吸。下列相关叙述错误的是( )
A．有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的第一阶段完全相同
B．储藏水果、蔬菜时需要零上低温，且氧气含量越低越好
C．若某真核细胞没有线粒体，则该细胞不能进行有氧呼吸
D．葡萄糖不能进入线粒体，与线粒体膜上没有相关载体有关
【答案】 B
【解析】 有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的第一阶段完全相同，均为葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸，A正确；储藏水果、蔬菜时适当降低氧气含量可以减少有机物消耗，但氧气含量过低时，细胞进行无氧呼吸，不利于储藏，B错误；真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，若某真核细胞没有线粒体，则该细胞不能进行有氧呼吸，C正确；葡萄糖不能进入线粒体是因为线粒体膜上没有相关载体，无法运输葡萄糖，D正确。
8．(2024·荆州模拟)比较过氧化氢在不同条件下的分解的实验材料——肝脏研磨液具有不易保存、腥味重等缺点。某生物学习小组探究不同植物材料中过氧化氢酶的活性，及在实验室条件下材料的最佳使用浓度，以获取肝脏研磨液的替代材料，实验结果如图、表所示。下列有关叙述正确的是( )
带火星卫生香的复燃情况 杏鲍菇上清液质量分数/%
2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0
第1次 － － ＋ ＋ ★ ★
第2次 － － ＋ ＋ ★ ★
第3次 － － ＋ ＋ ★ ★
注：“－”表示带火星的卫生香不复燃，“＋”表示带火星的卫生香复燃，“★”表示带火星的卫生香复燃并伴随气泡炸裂声。
A．杏鲍菇中过氧化氢酶的活性最强，为过氧化氢的分解提供的能量最多
B．若以杏鲍菇研磨液为实验材料，则该实验室条件下比较适宜的使用质量分数为7.5%
C．12.5%与15%杏鲍菇上清液组的实验结果说明酶具有高效性
D．实验的自变量是植物材料的种类
【答案】 B
【解析】 据图可知，杏鲍菇中的过氧化氢酶的活性最强，酶的作用是显著降低化学反应的活化能，不是为反应提供能量，A错误；据表格内容可知，若以杏鲍菇研磨液为实验材料，则在该实验室条件下，质量分数为7.5%是带火星卫生香复燃的最低浓度，因此该实验室条件下比较适宜的使用质量分数为7.5%，B正确；酶的高效性是与无机催化剂相比，酶催化效率更高，因此12.5%与15%杏鲍菇上清液组的实验结果不能说明酶具有高效性，C错误；据题意可知，本实验的自变量为植物材料的种类和材料的质量分数，D错误。
9．(2024·濮阳模拟)生物学家奥托·瓦尔堡提出的“瓦氏效应”理论认为：癌细胞生长速度远大于正常细胞的重要原因是能量的来源差别，即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP。下列说法错误的是( )
A．“瓦氏效应”表明癌细胞需要大量利用葡萄糖
B．癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程不生成ATP
C．消耗等量的葡萄糖，癌细胞产生的NADH通常比正常细胞少
D．癌细胞中丙酮酸不会进入线粒体进行下一步反应
【答案】 D
【解析】 癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要进行无氧呼吸，产能效率比较低，因此需要大量利用葡萄糖，A正确；癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程是无氧呼吸的第二阶段，不生成ATP，B正确；由于癌细胞主要进行无氧呼吸，因此消耗等量的葡萄糖，癌细胞产生的NADH通常比正常细胞少，C正确；进行有氧呼吸的少部分癌细胞中丙酮酸会进入线粒体进行下一步反应，D错误。
10．(2024·淮安模拟)某研究小组选用若干生长状况相同的烟草，置于不同光照强度且其他条件适宜的环境中进行实验，结果如图所示。下列说法不正确的是( )
A．随着光照强度增大，光合作用强度会不断升高
B．与弱光照相比，图中强光照下叶绿素a的含量减少
C．在光照强度200～800 lux范围内，光合作用强度大于呼吸作用强度
D．该实验过程中，光照强度改变不影响呼吸速率
【答案】 A
【解析】 在一定光照强度范围内，随着光照强度增加，光合作用强度升高，超出一定范围，光合作用强度可能不变甚至降低，A错误；由图可知，与弱光照下相比，强光照下叶绿素a的含量减少，B正确；在光照强度为200～800 lux范围内，净光合速率大于0，所以光合作用强度大于呼吸作用强度，C正确；在该实验中光照强度改变不影响呼吸速率，D正确。
10．(多选)(2024·淮安模拟)某研究小组选用若干生长状况相同的烟草，置于不同光照强度且其他条件适宜的环境中进行实验，结果如图所示。下列说法正确的是( )
A．随着光照强度增大，光合作用强度会不断升高
B．与弱光照相比，图中强光照下叶绿素a的含量减少
C．在光照强度200～800 lux范围内，光合作用强度大于呼吸作用强度
D．该实验过程中，光照强度改变不影响呼吸速率
【答案】 BCD
【解析】 在一定光照强度范围内，随着光照强度增加，光合作用强度升高，超出一定范围，光合作用强度可能不变甚至降低，A错误；由图可知，与弱光照下相比，强光照下叶绿素a的含量减少，B正确；在光照强度为200～800 lux范围内，净光合速率大于0，所以光合作用强度大于呼吸作用强度，C正确；在该实验中光照强度改变不影响呼吸速率，D正确。
11．(2024·吉安模拟)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A．此实验共有三个自变量：光照强度、施肥情况和土壤含水量
B．光照强度为800 lux是玉米在25 ℃条件下的光饱和点
C．在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥促进光合作用的效果明显
D．与G点相比，制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
【答案】 B
【解析】 光照强度为800 lux时，CO2吸收量均大于200 lux，但并没有测定光照强度大于800 lux的CO2吸收量，所以无法确定光饱和点，B错误。
11．(多选)(2024·吉安模拟)为探究影响光合速率的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．此实验共有三个自变量：光照强度、施肥情况和土壤含水量
B．光照强度为800 lux是玉米在25 ℃条件下的光饱和点
C．在土壤含水量为40%～60%的条件下，施肥促进光合作用的效果明显
D．与G点相比，制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
【答案】 ACD
【解析】 光照强度为800 lux时，CO2吸收量均大于200 lux，但并没有测定光照强度大于800 lux的CO2吸收量，所以无法确定光饱和点，B错误。故选ACD。
12．(2024·宿迁模拟)科研人员以中华蚊母树为试验材料，探究不同提取方法对叶片色素的提取效果，结果如表所示。下列相关叙述不正确的是( )
提取方法 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1) 总叶绿素/(mg·g－1)
方法1 (液氮法) 0.55 0.17 0.72
方法2 (研磨法) 0.49 0.16 0.65
方法3 (浸提法) 0.16 0.13 0.29
A.方法1提取率高与细胞破碎充分、操作时间短有关
B．方法2提取率低是因为研磨和过滤时会损失一定量的色素
C．方法3中可通过适当增强光照、延长提取时间以充分提取色素
D．三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素
【答案】 C
【解析】 方法1中液氮可以使叶片迅速冰冻，进行研磨时可以使细胞破碎充分、操作时间短，提高提取率，A正确；方法2通过研磨法提取色素，会损失一定量的色素，B正确；方法3通过浸提法提取色素，主要是浸提液的种类和浸提时间影响色素的提取量，C错误；色素可以溶解于有机溶剂中，所以可以用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素，D正确。
12．(多选)(2024·宿迁模拟)大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度(CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数)表示。下列说法错误的是( )
A．植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B．增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C．缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D．叶肉导度越大，光合速率越小
【答案】 AD
【解析】 细胞壁是全透的，其厚度不影响二氧化碳从气孔到叶绿体内的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力减小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。
二、非选择题
13．(2024·鹤壁模拟)植酸(肌醇六磷酸)作为磷酸的储存库，广泛存在于植物体中。植酸酶能够水解饲料中的植酸而释放出无机磷，提高饲料中磷的利用率，减少无机磷源的使用，降低饲料配方成本，同时可降低动物粪便中磷的排放，保护环境，是一种绿色高效的畜禽饲料添加剂。科研人员对真菌分泌的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究，结果如图。请分析回答问题：
(1)植酸酶的化学本质是__________，其合成和分泌所经过的具膜细胞器有________________。
(2)两种植酸酶适合添加在饲料中的是________，理由是__________________
____________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)某生产猪饲料的工厂为探究植酸酶在饲料中的适宜添加量，研究人员进行了如下实验，请完成下表。
实验原理：植酸酶在一定温度和pH下，水解植酸生成无机磷和肌醇衍生物，在酸性溶液中，无机磷与钒钼酸铵反应会生成黄色的[(NH4)3PO4NH4VO3·16MoO3]复合物，在波长415 nm蓝光下进行比色测定。
实验步骤 实验简要操作过程
制备饲料悬浮液 称取500 g饲料，加入500 mL蒸馏水，用搅拌机搅拌制成匀浆，加蒸馏水定容到1 000 mL，最后用缓冲液调整pH到6
配制①______________的植酸酶溶液 称取适量的某植酸酶溶于蒸馏水中，并依次稀释制成质量浓度分别为0.01 g/mL、0.02 g/mL、0.03 g/mL、0.04 g/mL、0.05 g/mL的酶溶液
控制变量，进行实验 取6只锥形瓶编号1～6，分别加入40 mL的饲料悬浮液，在2～6号瓶中分别加入2 mL不同浓度的酶溶液，1号瓶中加入②____________。③____________后放入37 ℃水浴中保温适宜时间
测定产物吸光值，并计算④____________的含量 经过处理后，分别在各瓶中加入适量钒钼酸铵溶液，并在波长415 nm蓝光下测定吸光值
【答案】 (1)蛋白质 内质网、高尔基体
(2)植酸酶A 胃中pH为酸性，植酸酶A适宜pH为2和6，在胃中仍能发挥作用
(3)①不同浓度 ②等量(或2 mL)蒸馏水 ③振荡摇匀 ④无机磷
【解析】 (1)植酸酶的化学本质是蛋白质，能分泌到细胞外起作用，需要内质网和高尔基体两种具膜细胞器的加工。(2)由曲线图可知，植酸酶A适宜pH为2和6，胃中的pH为酸性，植酸酶A添加在饲料后进入胃中仍能发挥作用。(3)该实验的目的是探究植酸酶在饲料中的适宜添加量，则实验过程中需要配制一系列不同浓度的植酸酶溶液。1号瓶做空白对照，添加等量蒸馏水，为了使反应更充分，培养过程中需振荡摇匀。根据题干信息“在酸性溶液中，无机磷和钒钼酸铵反应会生成黄色的[(NH4)3PO4NH4VO3·16MoO3]复合物”，由此可知该实验是测定产物吸光值并计算无机磷的含量。
14．(2024·池州模拟)近年来的研究表明，ATP不仅存在于细胞内部，而且广泛存在于动物和植物细胞外的基质之中，称为eATP。eATP是细胞内的ATP通过胞吐等途径分泌到细胞外的。eATP作为一种信使分子，通过特定的信号转导机制参与细胞代谢、生长和发育过程的调控。回答下列问题：
(1)植物根尖组织细胞中能产生ATP的细胞结构有_______________________
______；动物细胞通过胞吐的方式分泌eATP体现了细胞膜具有________________的结构特点。
(2)细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP水解直接提供能量的，但细胞内ATP的含量却能基本保持稳定，原因是______________________________
__________________________________________________________________________________________________________________。
(3)为探究eATP浓度对细胞胞吞的调节作用，某生物小组用特殊荧光染料对正常生长状态下的胡杨细胞的细胞膜进行了染色(已知生长状态下的胡杨细胞能进行胞吞)；再用不同浓度的eATP进行分组实验；一段时间后，检测各组细胞内囊泡的相对荧光强度，实验结果如表所示：
eATP浓度/(mol·L－1) 0 50 200 400
相对荧光强度 1.00 1.00 0.74 0.62
生长状态下的胡杨细胞的细胞膜上存在能与eATP结合的________________；分析表中结果，可以得出的结论是_________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)线粒体、细胞质基质 (一定的)流动性
(2)ATP与ADP之间存在相互转化，且这种转化处于动态平衡之中
(3)受体(或受体蛋白) 低浓度的eATP对胡杨细胞的胞吞无影响，高浓度的eATP对胡杨细胞的胞吞起抑制作用，且浓度越高，抑制作用越明显
【解析】 (1)能产生ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用，场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，植物根尖细胞中不含有叶绿体，故其细胞结构中能产生ATP的是细胞质基质、线粒体；动物细胞通过胞吐的方式分泌eATP体现了细胞膜具有一定的流动性。(2)由于ATP与ADP之间存在相互转化，且这种转化处于动态平衡之中，故细胞内ATP的含量能基本保持稳定。(3)由题干信息知，eATP为一种信使分子，再由表格信息可知，eATP能够对细胞的胞吞起调节作用，故生长状态下的胡杨细胞的细胞膜上存在能与eATP结合的受体(或受体蛋白)；表中eATP的浓度为50 mol·L－1时，细胞内的相对荧光强度与对照组相同，但随eATP浓度继续升高，细胞内的相对荧光强度逐渐减小，故可推测低浓度的eATP对胡杨细胞的胞吞无影响，高浓度的eATP对胡杨细胞的胞吞起抑制作用，且浓度越高，抑制作用越明显。
15．(2024·遵义模拟)回答下列问题：
Ⅰ.研究人员对2年生香榧苗进行不同程度的遮阴处理，一段时间后测定其叶片的各项生理特征，结果如下表所示。
不遮阴(对照) 50%遮阴 75%遮阴 90%遮阴
叶绿素a含量/(mg·dm－2) 2.03 3.42 4.15 4.04
叶绿素b含量/(mg·dm－2) 0.75 1.32 1.61 1.65
类胡萝卜素含量/(mg·dm－2) 1.05 1.49 1.71 1.72
最大光合速率/(μmol·m－2·s－1) 4.52 6.04 6.52 4.93
(1)据表推知，实验的自变量是____________________________________，遮阴会导致香榧苗对____________离子的需求量增加。
Ⅱ.如图甲表示香榧苗体内的部分生理过程，图乙表示该植株在适宜的光照、二氧化碳浓度等条件下，其在不同温度下的速率曲线。回答下列问题：
(2)图甲中能够在小麦叶肉细胞的生物膜上进行的生理过程是________(填序号，下同)，在人体细胞中能进行的生理过程是________。
(3)由图乙可知，与光合作用和细胞呼吸有关的酶都受到温度的影响，其中与________有关的酶的最适温度更高；温度主要通过影响酶活性来影响光合速率和呼吸速率。
(4)由图乙可知，在40 ℃时，小麦叶肉细胞内光合作用强度________(填“大于”“小于”或“等于”)细胞呼吸强度。
【答案】 (1)遮阴的比例(或不同程度的遮阴或是否遮阴及遮阴的比例) 镁(以及NO、NH等)
(2)①② ②④ (3)细胞呼吸 (4)大于
【解析】 Ⅰ.(1)据表推知，实验的自变量是遮阴的比例(或不同程度的遮阴或是否遮阴及遮阴的比例)。由表格数据可知，遮阴会导致叶绿素a和叶绿素b的含量上升，镁(以及NO、NH等)是合成叶绿素的成分，所以遮阴会导致香榧苗对镁(以及NO、NH等)离子的需求量增加。Ⅱ.(2)图甲中①表示光反应，②表示有氧呼吸第三阶段，③表示暗反应，④表示有氧呼吸第一阶段和第二阶段，其中可以发生在生物膜上的是①光反应(类囊体薄膜上)和②有氧呼吸第三阶段(线粒体内膜上)；人体细胞不能进行光合作用，可以进行有氧呼吸，即可以发生图甲中的②④过程。(3)温度主要通过影响酶的活性来影响光合速率和呼吸速率，图乙显示与光合作用有关的酶的最适温度约为30 ℃，而与呼吸作用有关的酶的最适温度约为40 ℃，说明与细胞呼吸有关的酶的最适温度更高。(4)图乙显示，在40 ℃时，小麦的净光合速率为0，说明此时小麦所有细胞的呼吸作用之和与叶肉细胞的光合作用相等，即小麦叶肉细胞内光合作用强度大于细胞呼吸强度。
能力达标测试
一、选择题
1．(2024·泰安模拟)绿色植物的气孔由保卫细胞组成。保卫细胞吸水膨胀，气孔就张开；保卫细胞失水缩小，气孔就关闭。保卫细胞中含有淀粉磷酸化酶，催化的生化反应如图所示。在正常植物体内的pH变动范围内，淀粉磷酸化酶活性随pH升高而增强。下列叙述不正确的是( )
淀粉＋Pi葡萄糖－1－磷酸
A．该反应实质是水解反应，属于吸能反应
B．淀粉磷酸化酶因降低淀粉和Pi反应所需要的活化能而促进反应
C．淀粉磷酸化酶活性强，保卫细胞吸水膨胀
D．淀粉磷酸化酶具有的特定空间结构与其作用专一性有关
【答案】 A
【解析】 酶促反应的原理是酶能降低化学反应所需要的活化能，因此淀粉磷酸化酶因降低淀粉和Pi反应所需要的活化能而促进反应，B正确；淀粉磷酸化酶活性强时，保卫细胞中的淀粉转化成可溶性的葡萄糖－1－磷酸，细胞渗透压增大，吸水膨胀，C正确；结构决定功能，因此淀粉磷酸化酶具有的特定空间结构与其作用专一性有关，D正确。
2．(2024·台州模拟)萤火虫尾部发光器能发光的机理如图所示，利用该原理制成了ATP快速荧光检测仪。检测仪含有荧光素、荧光素酶等物质，适用于食品饮料生产过程关键控制点监控以及医疗系统和卫生监督机构即时采样监测。下列说法正确的是( )
A．ATP是细胞中的能量“货币”，细胞中储存大量ATP为生命活动供能
B．ATP快速荧光检测仪只能检测是否有微生物残留，不能检测微生物数量
C．ATP快速荧光检测仪可以检测残留的需氧型微生物和厌氧型微生物
D．荧光素酶可以催化荧光素转化为荧光素酰腺苷酸
【答案】 C
【解析】 ATP是细胞中的能量“货币”，但细胞中ATP的含量较少，需要ATP与ADP不断转化为生命活动供能，A错误；根据题意分析可知，微生物残留量、微生物数量越多，产生的ATP越多，所发荧光强度越强，B错误；ATP快速荧光检测仪能检测残留的所有能产生ATP的微生物，需氧型微生物和厌氧型微生物都能产生ATP，C正确；荧光素酶可以催化荧光素酰腺苷酸转化为氧合荧光素，D错误。
3．(2024·徐州模拟)超氧化物歧化酶(SOD)是一种源于生命体的活性物质，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，进而减缓生物体的衰老。某喜温植物幼苗在低温锻炼(10 ℃、6天)后，接着进行冷胁迫(2 ℃、12 h)，其细胞内SOD活性的动态变化如图所示。下列相关分析错误的是( )
A．该实验目的为探究低温锻炼是否能提高植物抗寒能力
B．低温锻炼能提高SOD活性且其在冷胁迫后SOD活性相对较稳定
C．未锻炼组冷胁迫后SOD活性降低是由于其空间结构发生了改变
D．无论是否锻炼，胁迫后SOD降低化学反应活化能的能力均降低
【答案】 C
【解析】 SOD能够减缓生物体的衰老，能够反映植物的抗寒能力，故该实验目的为探究低温锻炼是否能提高植物抗寒能力，A正确；低温锻炼能提高SOD活性且其在冷胁迫下活性下降更慢，说明SOD活性相对较稳定，B正确；低温会使酶活性降低，但空间结构不改变，C错误；无论是否锻炼，胁迫后SOD活性均降低，即降低化学反应活化能的能力均降低，D正确。
4．(2024·长春模拟)下列关于ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP是细胞内唯一的直接供能物质
B．ATP在细胞内不只是作为能量货币
C．细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量
D．ATP作为能量货币是由于其能量和含量均较高
【答案】 B
【解析】 ATP是细胞内主要的直接供能物质，GTP、CTP等也能直接供能，A错误；ATP在细胞内不只是作为能量货币，也可以作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，B正确；细胞内的放能反应是指能够释放能量的反应，并非就是指ATP水解释放能量，C错误；ATP在细胞内含量不高，D错误。
5．(2024·烟台模拟)为探究蛋清溶菌酶的热稳定性，将酶液加热至不同的温度，分别保温30、60、90分钟，测定酶的相对活性，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．实验的自变量是温度，保温时间不影响酶活性
B．与60 ℃相比，该酶在30 ℃下的催化活性更高
C．蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性
D．在80 ℃时，该酶活性下降的速率先快后慢
【答案】 C
【解析】 实验的自变量是温度和保温时间，从图上看，保温时间也会影响酶的活性，高温下保温时间越长，酶的活性下降越快，A错误；由图示可知，该酶在30 ℃和60 ℃在一定时间内的相对活性没有明显差别，几乎重合，说明这两种温度下酶的活性不相上下，B错误；由图示可知，在30 ℃时，酶的相对活性较高，故蛋清溶菌酶可以在室温环境中保持较高活性，C正确；在80 ℃时，该酶活性下降的速率先慢后快，D错误。
6．(2024·常德模拟)我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP)，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法错误的是( )
A．自然光合系统只能还原C3，而光敏蛋白可直接还原CO2
B．黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行，而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C．光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D．该研究为减轻温室效应提供了新思路
【答案】 B
【解析】 自然光合系统只能还原C3，而在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，A正确；自然光合系统中，暗反应需要光反应提供的ATP、NADPH等，故黑暗条件下自然光合系统中的暗反应不能持续进行，B错误；依据题意，在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，降低大气CO2浓度，故光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似，为减轻温室效应提供了新思路，C、D正确。
7．(2024·泉州模拟)维生素B1与ATP反应生成焦磷酸硫胺素(TPP)。丙酮酸脱氢酶只有与TPP结合，才能催化丙酮酸氧化分解。缺乏维生素B1的人丙酮酸脱氢酶活性降低，丙酮酸会被转化为乳酸，引起高乳酸血症。下列有关叙述正确的是( )
A．TPP主要在线粒体基质中起作用
B．甲亢患者对维生素B1的需求量降低
C．高乳酸血症患者无氧呼吸产生的CO2增多
D．维生素B1缺乏导致供给丙酮酸氧化分解的活化能减少
【答案】 A
【解析】 分析题干信息可知，丙酮酸脱氢酶只有与TPP结合，才能催化丙酮酸氧化分解，丙酮酸氧化分解主要发生在线粒体基质中，故TPP主要在线粒体基质中起作用，A正确；维生素B1缺乏者，丙酮酸脱氢酶活性降低，丙酮酸氧化分解供能减少，而甲亢患者甲状腺激素分泌较多，需要维生素B1促进丙酮酸的氧化分解，因此甲亢患者对维生素B1的需求量升高，B错误；高乳酸血症患者无氧呼吸不产生CO2，C错误；缺乏维生素B1会使丙酮酸脱氢酶活性降低，丙酮酸氧化分解反应所需的活化能升高，而不是供给丙酮酸氧化分解反应所需的活化能减少，D错误。
8．(2024·漯河模拟)我国科学家利用太阳能成功实现淀粉的人工合成(ASAP)，过程如图所示。据图判断，下列相关叙述错误的是( )
A．光能首先转变为C1(甲醇)中的化学能
B．C1(甲醇)生成过程类似于CO2的固定
C．ASAP过程与暗反应一样能循环进行
D．ASAP过程中CO2转变为淀粉储存了能量
【答案】 C
【解析】 C1(甲醇)由CO2参与生成，该过程类似于CO2的固定(CO2与C5生成C3)，B正确；ASAP过程中没有C5的再生，淀粉也不能转变为CO2，与暗反应不一样，不能循环进行，C错误；ASAP过程中CO2转变为淀粉，将光能转变为淀粉中的化学能，D正确。
9．(2024·潍坊模拟)高等植物体内的筛管是光合产物的运输通道。叶肉细胞中的光合产物蔗糖通过一定方式运输至韧皮薄壁细胞(图1)，再经膜上的单向载体W顺浓度梯度转运到筛管—伴胞复合体(SE－CC)附近的细胞外空间中，最后再从细胞外空间进SE－CC中(图2)。对此过程，下列分析中正确的是( )
A．蔗糖从细胞外空间进入SE－CC需要SU载体蛋白和NADPH的直接参与
B．蔗糖通过主动运输逆浓度梯度运输转入SE－CC，使SE－CC中的渗透压升高
C．胞间连丝是信息通道，蔗糖作为信号分子对其自身运输速率进行负反馈调节
D．与野生型相比，SU载体功能缺失突变体的叶肉细胞C5浓度会显著偏低
【答案】 B
【解析】 蔗糖从细胞外空间进入SE－CC需要载体蛋白和H＋的直接参与，NADPH是参与光合作用的化合物，只作用于暗反应，A错误；蔗糖进入SE－CC实际上是需要间接消耗能量的主动运输过程，SE－CC中蔗糖浓度提高，从而使渗透压升高，B正确；胞间连丝在此处是植物的物质运输通道，蔗糖分子是被转运的物质，图中所示蔗糖的运输速率受到能量供给和载体的制约，C错误；SU载体功能缺失突变体的叶肉细胞的蔗糖转出受阻，光合作用暗反应被抑制，C5浓度升高，D错误。
10．(2024·临沧模拟)科研人员以甜瓜为对象，研究温度和CO2浓度对甜瓜净光合速率的影响，结果如图。据图分析，下列说法正确的是( )
A．甜瓜净光合速率与环境温度始终呈正相关
B．26 ℃时，与1.2 mL/L CO2浓度相比，1.4 mL/L CO2浓度下叶绿体中C5含量高
C．图中净光合速率的变化与光照强度有关
D．26 ℃时，CO2浓度从1.2 mL/L增至1.6 mL/L的过程中，净光合速率显著上升可能与呼吸速率受到高浓度CO2的抑制有关
【答案】 D
【解析】 在一定范围内，甜瓜净光合速率随温度升高而升高，但超过最适温度，其净光合速率随温度升高而下降，A错误；26 ℃时，随CO2浓度升高，短期内C5的消耗加快而C5的生成不变，故与1.2 mL/L CO2浓度相比，1.4 mL/L CO2浓度下叶绿体中C5含量低，B错误；本实验的自变量是温度和CO2浓度，光照强度是无关变量，应相同且适宜，因此净光合速率的变化与光照强度无关，C错误；CO2是光合作用的原料，CO2浓度为1.2～1.6 mL/L时，CO2浓度增高，暗反应速率增大，光合作用合成有机物的速率增大；同时，CO2浓度高抑制细胞呼吸，呼吸速率下降，因此净光合速率显著上升，D正确。
10．(多选)(2024·临沧模拟)运输时的磕碰、切开后放置过久都会导致果蔬发生酶促褐变，其原理是细胞内的多酚氧化酶(PPO)会催化无色的单酚发生系列氧化反应，其原理如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．高CO2、缺氧时，直接导致膜系统损伤的物质可能是酒精
B．将苹果、荔枝等用沸水处理后，高温会破坏膜系统，加速褐变
C．PPO的作用是降低单酚转化为有色物质的系列反应所需的活化能
D．生物膜系统结构的完整性和细胞中物质区域化分布可有效阻止褐变
【答案】 ACD
【解析】 高 CO2、缺氧时细胞会进行无氧呼吸产生酒精，直接导致膜系统被破坏的物质可能是酒精，A正确；将苹果、荔枝等用沸水处理后，高温除了会破坏膜系统外还会使多酚氧化酶(PPO)失活，不会产生褐变，B错误；PPO是酶，其作用机理是降低化学反应的活化能，C正确；生物膜系统结构的完整性和细胞中物质区域化分布可有效阻止PPO的作用，有效阻止褐变，D正确。故选ACD。
11．(2024·茂名模拟)嗜盐菌是一种光合细菌。在光照条件下，其细胞膜上的视紫红质介导H＋的跨膜运输，在膜两侧形成H＋浓度差，即质子动力势。在质子动力势的驱动下合成的ATP可用于将CO2同化为糖，具体过程如图所示。①表示视紫红质，②表示ATP合成酶。下列叙述正确的是( )
A．在光照条件下，细胞膜外侧H＋浓度低于内侧
B．①所介导的H＋跨膜运输是主动运输，该过程不消耗ATP
C．②是一种转运蛋白，在工作过程中其形状不发生改变
D．若使细胞膜的磷脂双分子层对H＋通透性增加，ATP的生成量不变
【答案】 B
【解析】 由图可知，H＋在光照条件下逆浓度梯度运输穿过细胞膜，导致细胞膜外H＋浓度高于内侧，A错误；①所介导的H＋跨膜运输是主动运输，该过程以光能作为能源，不消耗ATP，B正确；②是运输氢离子的载体，属于转运蛋白，在工作过程中其形状发生改变以控制H＋的进出，C错误；若使细胞膜的磷脂双分子层对H＋通透性增加，则细胞膜内外H＋浓度差减小，质子动力势减小，ATP的生成量减小，D错误。
11．(多选)(2024·保定模拟)下图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程，其中运输H＋的载体蛋白有两种类型，从而实现H＋在膜两侧间的穿梭。下列分析正确的是( )
A．图中过程产生了O2、ATP和NADPH等
B．H＋可由叶绿体基质进入类囊体腔，该过程属于主动运输，但消耗的能量不是由ATP提供的
C．通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同
D．据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜
【答案】 ABC
【解析】 图示过程为光合作用的光反应阶段，发生在类囊体膜上，该过程产生了O2、ATP和NADPH等，A正确；图中在类囊体膜上H＋顺浓度梯度跨膜运输促进了ATP的合成，显然H＋由叶绿体基质进入类囊体腔是逆浓度梯度进行的，属于主动运输，B正确；通过类囊体膜转运H＋的两种机制不相同，H＋进入类囊体腔是逆浓度梯度进入的，属于主动运输，而从类囊体腔转运出去是通过协助扩散完成的，C正确；O2在类囊体腔中产生，首先需要穿过类囊体膜到达叶绿体基质中，再穿过叶绿体的两层膜结构到达细胞质基质中，再穿过细胞膜到达细胞外，该过程穿过了4层生物膜，D错误。
12．(2024·雅安模拟)如图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是( )
A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真正光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率可能会发生从a到b的变化
D．若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
【答案】 B
【解析】 装置中的CO2缓冲液可以为光合作用提供二氧化碳，在较强光照下植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，氧气不断产生导致装置内气压增大，有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中，CO2缓冲液可以吸收呼吸作用产生的CO2，氧气不断被消耗，气压减小，有色液滴向左移动，A正确；将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，装置内的二氧化碳全部被NaOH溶液吸收，光合作用只能利用来自植物自身呼吸作用产生的二氧化碳，光合速率下降，暗反应会抑制光反应的进行，故植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将减小，B错误；图甲为光合作用最适温度条件下的反应，若再适当升高温度，光合速率下降，真正光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率可能增大，故可能会发生从a到b的变化，C正确；图示是在最适温度条件下进行的，若适当提高CO2缓冲液的浓度，二氧化碳浓度升高，光合作用强度会增加，D正确。
12．(多选)(2024·唐山模拟)青椒是一种常见的蔬菜。图1是青椒叶肉细胞中两种细胞器的生理活动示意图，其中甲、乙代表相关结构，a～e代表相关物质，①～③代表相关生理过程。图2是在不同温度条件下青椒植株吸收与释放CO2速率的曲线图。下列分析正确的是( )
A．图1中甲是类囊体
B．图1中②进行的场所是线粒体基质，物质e是CO2
C．图2中30 ℃时青椒光合速率为6.5 CO2 mg·h－1
D．图2中35 ℃时植物光合作用固定的CO2少于呼吸作用释放的CO2
【答案】 ABC
【解析】 图1中甲中物质能吸收光能，因此甲表示类囊体，A正确；过程②表示有氧呼吸第二阶段，进行的场所是线粒体基质，物质e表示CO2，B正确；光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，在温度为30 ℃时，图2中青椒净光合速率为3.5 CO2 mg·h－1，呼吸速率为3 CO2 mg·h－1，因此光合速率为3.5＋3＝6.5 CO2 mg·h－1，C正确；35 ℃时，净光合速率大于0，光合作用速率大于呼吸作用速率，因此光合作用固定的CO2多于呼吸作用释放的CO2，D错误。
二、非选择题
13．(2024·淄博模拟)脂氧合酶(LOX)，又称为亚油酸氧化还原酶、脂肪氧化酶。研究发现LOX在各种高等植物中广泛存在。LOX的作用受到脂肪酸的影响，脂肪酸的组分关系到细胞膜的结构，直接调节细胞膜的组分，LOX与脂肪酸的含量对植物的生长发育起到调节作用，影响葡萄果实的质量。科学家以赤霞珠葡萄果实为研究材料，亚油酸钠为底物，为测定LOX的活性进行了相关的实验研究，结果如图。
请回答下列问题：
(1)分析图甲可知，LOX的最适温度为__________左右，由于该实验的温度梯度较大，为了探究更准确的最适温度，应进行的操作是_______________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
(2)分析图乙可知，并不是底物浓度越高LOX的活性越高，推测其原因可能是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
(3)一般情况下，一种酶只有一个最适pH。据图丙可知LOX有两个pH高峰，据此可以推测LOX可能是_______________________________________________
_________________________。
(4)由图甲可知，当处理温度高于40 ℃而低于60 ℃时，LOX仍具有较高的活性，表现出很好的_____________________________________________________
___________________。
【答案】 (1)40 ℃ 在35～45 ℃范围内设置更小的温度梯度并测定LOX的活性
(2)过多的亚油酸钠影响了酶的活性
(3)两种蛋白质构成的复合酶
(4)热稳定性
【解析】 (1)由题图甲可知，在40 ℃时，LOX的活性最高，说明LOX的最适温度为40 ℃左右。若要确定更准确的最适温度，则需要在35～45 ℃范围内设置更小的温度梯度并测定LOX的活性。(2)图乙的底物为亚油酸钠，由图乙曲线可知，底物亚油酸钠的浓度高到一定程度后，LOX的活性会下降，其原因可能是过多的亚油酸钠影响了酶的活性。(3)一般情况下，一种酶(其化学本质为蛋白质)只有一个最适pH。据题图丙曲线可知，LOX有两个pH高峰，据此可以推测LOX可能是由两种蛋白质构成的，这两种蛋白质都具有一定的LOX活性，但二者的最适pH不同。(4)由题图甲可知，当处理温度高于40 ℃而低于60 ℃时，LOX仍具有较高的活性，表现出很好的热稳定性。
14．(2024·淄博模拟)低温胁迫使植物生长延缓，发育受到抑制，是制约粮食作物和经济作物高产、稳产的重要因素。某科研小组研究了轻度低温胁迫和重度低温胁迫对植物的影响，下表表示对照组、轻度低温胁迫组和重度低温胁迫组测得的植物净光合速率、气孔导度及胞间二氧化碳浓度的比较；图1和图 2分别表示对照组和低温胁迫下的叶绿素含量，已知叶绿体中只有少量的叶绿素 a具有转化光能的作用。据此回答下列问题：
组别 对照组 轻度低温胁迫组 重度低温胁迫组
净光合速率(μmol·m－2·s－1) 6.20 5.68 3.66
气孔导度(μmol·m－2·s－1) 0.182 0.164 0.138
胞间二氧化碳浓度(μmol·m－2·s－1) 242 234 252
(1)已知低温会使叶绿素(a＋b)含量下降，由图可知，叶绿素b 的降解速率________(填“大于”或“小于”)叶绿素 a 的降解速率，请从植物对环境适应的角度分析原因是________________________________________________________
______________________________________________________________________________________；
低温胁迫下叶绿素含量下降，原因除了低温会使叶绿素分解外，还可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)据表分析可判断，与对照组相比，轻度低温胁迫下该植物吸收的二氧化碳的量________(填“减少”或“增加”)。重度低温胁迫下，限制光合作用的主要因素________(填“是”或“不是”)气孔因素，如果是，说明原因，如果不是，从暗反应角度说明限制光合作用的主要因素是什么？_____________________
___________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)大于 叶绿素a比例增加有助于植物对光能的及时转换，提高光合速率 低温会影响叶绿素合成酶的活性，使叶绿素合成受阻
(2)减少 不是 固定二氧化碳相关的酶的活性
【解析】 (1)由题图可知，与对照组相比，低温胁迫下叶绿素a/b的值更高，说明叶绿素b的降解速率大于叶绿素a的降解速率；叶绿素a比例增加有助于植物对光能的及时转换，提高光合速率，使植物更加适应环境；低温胁迫下，叶绿素含量下降，可能的原因是低温使叶绿素分解和低温会影响叶绿素合成酶的活性，使叶绿素合成受阻。(2)据题表分析，与对照组相比，轻度低温胁迫下，气孔导度及胞间二氧化碳浓度均降低，说明通过气孔进入的二氧化碳的量减少，从而影响光合速率；与对照组相比，重度低温胁迫下，虽然气孔导度降低，但胞间二氧化碳浓度升高，说明限制光合作用的主要因素不是气孔因素，而是固定二氧化碳相关的酶的活性。
15．(2024·南昌模拟)1937年植物学家希尔发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚靛酚(DCPIP)，在没有CO2供应的条件，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验。请回答下列问题：
试管编号 A B C D
叶绿体悬浮液 1 mL — 1 mL —
DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL
0.5 mol/L蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL
光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗
上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色
(1)自然环境中，NADP＋与e－和H＋结合，形成NADPH。NADPH的中文名称是__________。叶肉细胞的叶绿体产生氢的场所是__________________________。
(2)实验中制备叶绿体悬浮液使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是____________________________________，A试管除了颜色变化外，实验过程中还能观察到的现象是____________________________________。
(3)试管A与C的比较可以说明氢产生的条件是需要____________，设置B和D试管的目的是说明DCPIP____________________________________________
_______________。
(4)实验结束后A试管的叶绿体中没有糖类产生，主要原因是______________
__________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】 (1)还原型辅酶Ⅱ 类囊体薄膜
(2)避免叶绿体吸水涨破 有气泡产生
(3)光照 在光照和黑暗条件下自身均不会变色
(4)氢转移到DCPIP中而不能参与暗反应(或密闭环境中没有CO2)
【解析】 (1)NADPH的中文名称是还原型辅酶Ⅱ。自然条件下叶肉细胞中的叶绿体产生NADPH的场所是类囊体薄膜。(2)实验中制备叶绿体悬浮液时使用蔗糖溶液可以维持叶绿体的形态，而使用蒸馏水会使叶绿体吸水涨破；A试管有叶绿体和光照可以发生光反应，除了颜色变化外，实验过程中还能观察到有气泡产生。(3)试管A和C的自变量是有无光照，说明氢产生的条件是需要光照；试管B和D的自变量也是有无光照，但其没有叶绿体悬浮液，这是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身均不会变色。(4)在实验结束时，A试管中的叶绿体中没有糖类产生，主要是因为氢转移到DCPIP中而不能参与暗反应或密闭环境中没有CO2。
16．(2024·湖南卷)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：
(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生____________；光能转化为电能，再转化为____________中储存的化学能，用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量_________________________________
______________，从叶绿素的合成角度分析，原因是__________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：
①________________________________________________________________
________；
②________________________________________________________________
_______；
③________________________________________________________________
_________；
④基因测序；
⑤________________________________________________________________
____________。
【答案】 (1)O2和H＋ ATP和NADPH
(2)降低 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，使叶绿素合成减少
(3)分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA 根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物 利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 和已知基因序列进行比较
【解析】 (1)植物光反应过程中水的光解会产生O2和H＋，H＋和NADP＋结合产生NADPH。该过程中光能转化为电能，电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞的渗透压，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，而Mg和N是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素的合成。(3)Rubisco由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA序列已知，因此检测其突变位点的基本思路是利用PCR技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。其具体步骤为：①分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA；②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物；③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳；④基因测序；⑤和已知基因序列进行比较。
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