学科核心素养专训(二) 生命观念——物质与能量观
1．(2024·湖南师大附中模拟)视紫红质是人视杆细胞中的一种特殊感光物质，科研人员发现海洋细菌中也存在视紫红质，它利用光能将H＋泵出细胞，从而在H＋回流时产生能量，细菌可以利用这些能量生长，具体过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A．在细菌中，视紫红质将H＋泵出细胞与人体红细胞吸收葡萄糖进细胞的运输方式相同
B．视紫红质是一种H＋通道蛋白，ATP合成酶抑制剂可以抑制视紫红质对H＋的运输
C．含有视紫红质的细菌的胞外H＋浓度高于胞内H＋浓度
D．无光照条件时该细菌无法合成ATP
C [视紫红质将H＋泵出细胞消耗光能且需要载体，是主动运输，人体红细胞吸收葡萄糖是协助扩散，A错误；视紫红质作为载体蛋白利用光能主动运输H＋，在细胞内外建立质子浓度梯度，电化学势能驱动ATP合成酶合成ATP，ATP合成酶抑制剂抑制ATP的合成，而不能抑制视紫红质对H＋的主动运输，B错误；含有视紫红质的细菌，H＋从细胞外回流至细胞内时为协助扩散，说明其H＋细胞外浓度大于细胞内浓度，C正确；无光条件下，该细菌可通过呼吸作用合成ATP来实现供能，D错误。]
2．(2024·山东菏泽一模)下图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是( )
A．可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用
B．图中的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体
C．物质X为O2，通过提高有氧呼吸水平促进进入细胞质基质
D．在水光解产生H＋的作用下，可提高叶绿体内CO2水平，利于暗反应进行
B [细胞呼吸和光合作用能产生ATP，可为图中生命活动提供ATP，A正确；从细胞外进入细胞质基质为主动运输，从细胞质基质进入叶绿体为主动运输，主动运输的方向为逆浓度梯度的浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体，B错误；线粒体为有氧呼吸的主要场所，光反应产生的物质X(O2)可进入线粒体促进ATP合成从细胞外进入细胞质基质，从细胞质基质进入叶绿体均为主动运输，通过提高有氧呼吸水平可促进进入细胞质基质，C正确；水光解产生的H＋与结合会产生CO2，可提高叶绿体内CO2水平，CO2为暗反应原料，利于暗反应进行，D正确。]
3．自然界某些植物存在乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH)，丙酮酸在不同酶的催化下生成的产物不同(如图1)。科研人员研究了淹水胁迫对某植物根系呼吸酶活性的影响，结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A．产生酒精和产生乳酸的代谢途径都需要消耗细胞呼吸第一阶段产生的NADH
B．产生酒精和产生乳酸的代谢途径中丙酮酸的能量大部分以热能的形式散失
C．淹水胁迫时，该植物根细胞的无氧呼吸以酒精发酵途径为主
D．在水淹时，无氧呼吸增强是植物对水淹环境的积极性适应
B [无氧呼吸第一阶段产生的NADH会在第二阶段被消耗掉，因此产生酒精和产生乳酸的代谢途径都需要消耗细胞呼吸第一阶段产生的NADH，A正确；酒精发酵和乳酸发酵时丙酮酸中的能量大部分转移在酒精或乳酸中，B错误；由图可知，水淹组和对照组相比，水淹组ADH和LDH的活性均高于对照组，根据纵坐标轴上的数值可知，ADH活性的增加量要远远大于LDH，结合图1中ADH和LDH的作用可知，淹水胁迫时，该植物根细胞以酒精发酵途径为主，C正确；淹水胁迫时，根细胞无氧呼吸增强，可为根细胞提供更多的能量，这是植物对水淹环境的积极性适应，D正确。]
4．(2024·浙江杭州模拟)有氧呼吸的第二阶段发生在线粒体基质中，它将丙酮酸转换为乙酰辅酶A(乙酰CoA)，同时产生[H]，但不产生ATP。乙酰基进入Krebs循环，与一个4碳分子结合产生一个6碳分子，过程中CoA被释放出来并且循环使用。在这一循环中，碳元素以二氧化碳的形式被排放。下列关于该阶段的叙述错误的是( )
A．丙酮酸转换为乙酰CoA的同时会产生CO2
B．[H]通过电子传递链传递给氧生成水
C．该阶段中ATP只在Krebs循环中产生
D．丙酮酸中的化学能转化为热能和该阶段产生的ATP中的能量
D [丙酮酸脱羧转换为乙酰CoA会产生一个CO2，A正确；线粒体内膜上的蛋白复合体传递[H]，并将其传递给O2生成水，B正确；分析题意可知，它将丙酮酸转换为乙酰辅酶A(乙酰CoA)，同时产生[H]，但不产生ATP，由此可知，该阶段中ATP只在Krebs循环中产生，C正确；丙酮酸中的化学能转化为NADH、ATP中的能量和热能，D错误。]
5．(2024·浙江绍兴模拟)研究人员对某人工养殖场进行调查，构建了该生态系统的能量流动模型(部分)，如图所示。下列叙述正确的是( )
A．流入该生态系统的能量包括生产者同化的能量和有机碎屑中的能量
B．营养级Ⅲ流向有机碎屑的能量是营养级Ⅲ同化量的一部分
C．所有营养级产生的有机碎屑可全部被营养级Ⅱ利用
D．营养级Ⅳ、Ⅴ之间的能量传递效率比营养级Ⅲ、Ⅳ之间的大
B [流入该生态系统的能量包括生产者同化的能量，以及人工投入的有机碎屑中的能量，但不包括各级生物自身产生的有机碎屑，A错误；营养级Ⅲ流向有机碎屑的能量是营养级Ⅲ自身流入分解者的能量，属于营养级Ⅲ同化量的一部分，B正确；所有营养级产生的有机碎屑流向营养级Ⅱ，其中有一部分能量可以转化为营养级Ⅱ同化量，还有一大部分不能被同化被分解者利用，C错误；营养级Ⅳ、Ⅴ之间的能量传递效率4.964÷58.22×100%≈8.53%，营养级Ⅲ、Ⅳ之间的能量传递效率58.22÷427.4×100%≈13.62%，所以营养级Ⅳ、Ⅴ之间的能量传递效率比营养级Ⅲ、Ⅳ之间的小，D错误。]
6．(2024·四川成都模拟)“稻—萍—蟹”是我国北方农业常见的立体生态农业种养模式，该模式通过建立“稻田护蟹，萍生水面，蟹食浮萍，河蟹除草，蟹粪肥田”的生态系统，实现了“一田多用、一田多收”的经济和生态效益。下列有关叙述正确的是( )
A．蟹以稻田中的浮萍为食时，在食物链中处于第三营养级
B．河蟹产生的粪便，可为水稻提供生长所需的物质和能量
C．由于物质可以循环利用，该生产模式不需要另外施加肥料
D．该模式体现了群落的空间结构原理，能充分利用空间和资源
D [蟹以稻田中的浮萍为食时，在食物链中处于第二营养级，为初级消费者，A错误。河蟹产生的粪便，经分解者分解为无机物后，可为水稻提供生长所需的物质，但是无法提供能量，B错误。物质是可循环利用的，但是范围为全球，对这个有产品输出的生态系统而言，需要另外施加肥料，C错误。在水稻田建立水稻、萍、蟹立体结构，其中第1层次是水面上层生长的水稻；第2层次是浮在水面的水生植物绿萍；第3层次是水面下生活的动物河蟹，三者利用同一有限的土地资源作为载体，该模式体现了群落的空间结构原理，能充分利用空间和资源，D正确。]
7．(2024·浙江杭州模拟)棉铃是棉花子房逐渐膨大形成的果实，子房膨大过程中，营养物质主要来自邻近叶片。为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例的棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉的含量，结果如图所示。请回答下列问题：
(1)光反应产生的[H]实质上是辅酶Ⅱ与________结合形成的。暗反应利用光反应产生的物质和能量，在叶绿体基质中首先将CO2还原为________，进而形成蔗糖等有机物运输到棉铃。
(2)由图1可知，本实验中对照组(空白对照组)植株CO2固定速率相对值是________，随着去除棉铃百分率的升高，叶片光合速率的变化是________(填“升高”“降低”或“不变”)。
(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加，原因最可能是________。
A．叶片光合作用下降
B．叶片细胞呼吸增强
C．叶片的光合产物利用量减少
D．叶片对淀粉和蔗糖的需要量增加
(4)验证上述推测的一种方法是：去除植株上的棉铃并对部分叶片进行遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测________叶片的干重和光合速率，与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是________________________，则支持上述推测。
(5)综合上述结果可推测，叶片光合产物被运到植物体各器官被利用，这对光合作用的影响是________(填“促进”“抑制”或“没有影响”)。
[解析] (1)光合作用的光反应为暗反应提供[H]也就是NADPH和ATP，光反应产生的[H]实质上是NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋e－―→NADPH，暗反应可以为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。暗反应阶段，在叶绿体基质中CO2首先与五碳化合物结合后形成三碳化合物也就是三碳酸，然后经过还原形成三碳糖后转化为淀粉和蔗糖等。(2)由图1可知，随着去除棉铃百分率的提高，叶片光合速率逐渐降低。本实验中对照组(空白对照组)植株为不去除棉铃植株，其CO2固定速率相对值是28。(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加，因为叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，淀粉和蔗糖的输出量降低，在叶片积累。积累的光合产物会抑制光合作用的正常进行，ABD错误，C正确。(4)去除植株上的棉铃并对部分叶片进行遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测未遮光叶片的光合产物含量和光合速率，与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是未遮光叶片的光合产物含量下降，光合速率上升，说明叶片光合产物被运到植物体各器官被利用，光合作用的产物减少对光合作用具有促进作用。(5)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加，因为叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，淀粉和蔗糖的输出量降低，在叶片积累。积累的光合产物会抑制光合作用的正常进行，因此叶片光合产物被运到植物体各器官被利用，这对光合作用的影响是促进。
[答案] (1)电子和氢离子 三碳糖 (2)28 降低 (3)C (4)未遮光的 干重下降，光合速率上升 (5)促进
8．(2024·辽宁沈阳模拟)生态农业是指运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。下图为某“生态农业”的模式图，请回答下列问题：
(1)在池塘生态系统中，生产者生长所需的能量来源于________。为持续获得最大的经济效益，鱼的捕捞剩余量最好控制在________左右。
(2)池塘通常采用多鱼种混合放养模式，这主要利用了各种鱼的生态位不同。鱼类生态位的研究包括________等方面。
A．栖息地 B．出现频次
C．食物、天敌 D．与其他物种的关系
(3)农田生产的关键之一是防治害虫，可以用性引诱剂诱杀农田害虫，其原理是利用信息传递在生态系统中的________作用。
(4)在“沼气发酵池→农田”的过程中发生着__________(填“仅物质”“仅能量”或“物质和能量”)的传递。从生态系统功能的角度分析，建立沼气池的意义是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)该生态农业建设既能改善生态环境，又能提高社会效益，体现了生态工程的________原理。
[解析] (1)生产者能进行光合作用，在池塘生态系统中，生产者生长所需的能量来源于太阳能。由于种群密度为K/2时，种群增长速率最快，种群数量能在短时间内快速恢复，因此为获得最大的经济效益，鱼的种群数量最好控制在K/2左右。(2)生态位是指一个物种在群落中的地位和作用，包括所处的空间位置、占用资源情况以及与其他物种的关系等，研究某种动物的生态位，通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。研究某种植物的生态位，通常要研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征，以及它与其他物种的关系等。因此鱼类生态位的研究包括栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。故选ACD。(3)农田生产的关键之一是防治害虫，可以用性引诱剂(化学信息)诱杀农田害虫，其原理是利用信息传递在生态系统中的调节种群的繁衍作用。(4) 由于能量不能循环利用，因此在“沼气发酵池→农田”的过程中发生着仅物质的传递。从生态系统功能的角度分析，建立沼气池的意义是实现了物质和能量的多级利用，减少了环境污染，提高了能量利用效率。(5)该生态农业建设既能改善生态环境，又能提高社会效益，体现了生态工程的整体原理。
[答案] (1)太阳能 K/2 (2)ACD (3)调节种群的繁衍 (4)仅物质 实现了物质和能量的多级利用，减少了环境污染，提高了能量利用效率 (5)整体
(教师用书独具)
1．(2024·湖南长郡中学模拟)实验发现丙酮酸脱羧产生CO2需要酶X的催化，当ATP浓度较高时，酶X被磷酸化而失活；当丙酮酸浓度较高时，会降低酶X磷酸化程度从而保证此酶活性。如图为某动物体中与丙酮酸有关的部分化学反应，图中①～④表示不同过程。下列叙述错误的是( )
A．图中①过程为放能反应，此过程伴随着NADH与ATP的产生
B．图中②过程可发生在线粒体，线粒体中ATP增多会降低CO2产生速率
C．图中②过程产生的H2O中的O来自O2
D．经过①④过程葡萄糖中的能量的去路为转化为热能散失和储存在ATP中
D [图中①过程为细胞呼吸的第一阶段，该过程中葡萄糖分解成丙酮酸，会产生少量的NADH并释放少量能量，合成ATP，A正确；图中②过程为有氧呼吸的第二、第三阶段，可分别发生在线粒体基质、线粒体内膜上，根据题目信息可知，线粒体中ATP增多会使酶X被磷酸化而失活，从而导致CO2产生速率降低，B正确；据有氧呼吸第三阶段方程式可知，有氧呼吸过程产生的H2O中的O来自O2，C正确；图中①④过程为产生乳酸的无氧呼吸，该过程中葡萄糖分解后能量的去路为转化为热能散失、储存在ATP中和存留在乳酸中，D错误。]
2．(2024·云南昆明三模)哺乳动物血液中必须含有一定量的Ca2+，下图为Ca2+参与部分生命活动的示意图。下列推断错误的是( )
A．当Ca2+通道开放时，Ca2+能顺浓度梯度快速进入胞内
B．若血液中Ca2+含量升高将促进Na＋内流，进而引起肌无力
C．Ca2+转运回胞外需消耗能量，此能量不完全来自ATP
D．钙不仅是牙齿和骨骼的重要组成成分，也对调节肌肉收缩有重要作用
B [Ca2+通过Ca2+通道进入胞内，属于协助扩散，是顺浓度梯度，A正确；血Ca2+过高，会抑制 Na＋通道的开放，抑制神经的兴奋，进而引起肌无力，B错误；Ca2+转运回胞外属于主动运输，需要消耗能量，可利用ATP中的能量，也可利用Na＋顺浓度梯度运输产生的电化学势能，C正确；钙是牙齿和骨骼的重要组成成分，由图可知，Ca2+对调节肌肉收缩有重要作用，D正确。]
1 / 1学科核心素养专训(二) 生命观念——物质与能量观
1．(2024·湖南师大附中模拟)视紫红质是人视杆细胞中的一种特殊感光物质，科研人员发现海洋细菌中也存在视紫红质，它利用光能将H＋泵出细胞，从而在H＋回流时产生能量，细菌可以利用这些能量生长，具体过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A．在细菌中，视紫红质将H＋泵出细胞与人体红细胞吸收葡萄糖进细胞的运输方式相同
B．视紫红质是一种H＋通道蛋白，ATP合成酶抑制剂可以抑制视紫红质对H＋的运输
C．含有视紫红质的细菌的胞外H＋浓度高于胞内H＋浓度
D．无光照条件时该细菌无法合成ATP
2．(2024·山东菏泽一模)下图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是( )
A．可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用
B．图中的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体
C．物质X为O2，通过提高有氧呼吸水平促进进入细胞质基质
D．在水光解产生H＋的作用下，可提高叶绿体内CO2水平，利于暗反应进行
3．自然界某些植物存在乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH)，丙酮酸在不同酶的催化下生成的产物不同(如图1)。科研人员研究了淹水胁迫对某植物根系呼吸酶活性的影响，结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A．产生酒精和产生乳酸的代谢途径都需要消耗细胞呼吸第一阶段产生的NADH
B．产生酒精和产生乳酸的代谢途径中丙酮酸的能量大部分以热能的形式散失
C．淹水胁迫时，该植物根细胞的无氧呼吸以酒精发酵途径为主
D．在水淹时，无氧呼吸增强是植物对水淹环境的积极性适应
4．(2024·浙江杭州模拟)有氧呼吸的第二阶段发生在线粒体基质中，它将丙酮酸转换为乙酰辅酶A(乙酰CoA)，同时产生[H]，但不产生ATP。乙酰基进入Krebs循环，与一个4碳分子结合产生一个6碳分子，过程中CoA被释放出来并且循环使用。在这一循环中，碳元素以二氧化碳的形式被排放。下列关于该阶段的叙述错误的是( )
A．丙酮酸转换为乙酰CoA的同时会产生CO2
B．[H]通过电子传递链传递给氧生成水
C．该阶段中ATP只在Krebs循环中产生
D．丙酮酸中的化学能转化为热能和该阶段产生的ATP中的能量
5．(2024·浙江绍兴模拟)研究人员对某人工养殖场进行调查，构建了该生态系统的能量流动模型(部分)，如图所示。下列叙述正确的是( )
A．流入该生态系统的能量包括生产者同化的能量和有机碎屑中的能量
B．营养级Ⅲ流向有机碎屑的能量是营养级Ⅲ同化量的一部分
C．所有营养级产生的有机碎屑可全部被营养级Ⅱ利用
D．营养级Ⅳ、Ⅴ之间的能量传递效率比营养级Ⅲ、Ⅳ之间的大
6．(2024·四川成都模拟)“稻—萍—蟹”是我国北方农业常见的立体生态农业种养模式，该模式通过建立“稻田护蟹，萍生水面，蟹食浮萍，河蟹除草，蟹粪肥田”的生态系统，实现了“一田多用、一田多收”的经济和生态效益。下列有关叙述正确的是( )
A．蟹以稻田中的浮萍为食时，在食物链中处于第三营养级
B．河蟹产生的粪便，可为水稻提供生长所需的物质和能量
C．由于物质可以循环利用，该生产模式不需要另外施加肥料
D．该模式体现了群落的空间结构原理，能充分利用空间和资源
7．(2024·浙江杭州模拟)棉铃是棉花子房逐渐膨大形成的果实，子房膨大过程中，营养物质主要来自邻近叶片。为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例的棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉的含量，结果如图所示。请回答下列问题：
(1)光反应产生的[H]实质上是辅酶Ⅱ与________结合形成的。暗反应利用光反应产生的物质和能量，在叶绿体基质中首先将CO2还原为________，进而形成蔗糖等有机物运输到棉铃。
(2)由图1可知，本实验中对照组(空白对照组)植株CO2固定速率相对值是________，随着去除棉铃百分率的升高，叶片光合速率的变化是________(填“升高”“降低”或“不变”)。
(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加，原因最可能是________。
A．叶片光合作用下降
B．叶片细胞呼吸增强
C．叶片的光合产物利用量减少
D．叶片对淀粉和蔗糖的需要量增加
(4)验证上述推测的一种方法是：去除植株上的棉铃并对部分叶片进行遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测________叶片的干重和光合速率，与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是________________________，则支持上述推测。
(5)综合上述结果可推测，叶片光合产物被运到植物体各器官被利用，这对光合作用的影响是________(填“促进”“抑制”或“没有影响”)。
8．(2024·辽宁沈阳模拟)生态农业是指运用生态学原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。下图为某“生态农业”的模式图，请回答下列问题：
(1)在池塘生态系统中，生产者生长所需的能量来源于________。为持续获得最大的经济效益，鱼的捕捞剩余量最好控制在________左右。
(2)池塘通常采用多鱼种混合放养模式，这主要利用了各种鱼的生态位不同。鱼类生态位的研究包括________等方面。
A．栖息地 B．出现频次
C．食物、天敌 D．与其他物种的关系
(3)农田生产的关键之一是防治害虫，可以用性引诱剂诱杀农田害虫，其原理是利用信息传递在生态系统中的________作用。
(4)在“沼气发酵池→农田”的过程中发生着________(填“仅物质”“仅能量”或“物质和能量”)的传递。从生态系统功能的角度分析，建立沼气池的意义是_____________________________________________________________________。
(5)该生态农业建设既能改善生态环境，又能提高社会效益，体现了生态工程的________原理。
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