层级二 关键突破提升练
突破点1 运用“对照”和“变量”思维解答酶类实验题
1.(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
2.为检测温度对糖化酶和α-淀粉酶活性的影响,某兴趣小组进行了A、B、C、D四组实验。每组实验取4支试管,各加入2 mL淀粉溶液,1号不加酶,2~4号分别加入0.5 mL 10万活性糖化酶、5万活性糖化酶、α-淀粉酶(底物淀粉和酶均已经置于相应温度下进行预保温)。反应1 min后,每支试管加入4滴碘液检测。结果如下表所示(“+”表示显蓝色,“+”越多蓝色越深,“-”表示不变蓝)。下列叙述正确的是( )
组别 反应温度/℃ 1号 2号 3号 4号
A 冰浴 ++++ +++ +++ -
B 15 ++++ +++ +++ -
C 60 +++ - - -
D 85 ++++ ++ ++ -
A.糖化酶对温度的敏感程度较α-淀粉酶高
B.60 ℃条件下4支试管的结果说明α-淀粉酶具有高效性
C.可以使用斐林试剂代替碘液检测实验结果
D.糖化酶的最适温度在15~60 ℃范围内
3.硝态氮(N)可为植物生长发育提供氮素营养,硝酸还原酶(NR)是将N转化为N的关键酶。为探究硝酸还原酶活性的最适pH,研究人员进行了相关实验,结果如下图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.NR在pH为6的环境下变性失活
B.pH为7.5时,NR为化学反应提供的活化能最高
C.进一步实验应在pH为7~8的范围内进行
D.N数量、酶的数量也是影响NR活性的因素
4.脲酶能够将尿素分解成二氧化碳和氨(氨溶于水后形成铵根离子)。某研究小组利用一定浓度的尿液进行了铜离子对脲酶活性的影响实验,得到如图所示结果。请回答下列问题。
(1)本实验的自变量为 。
(2)图中显示脲酶作用的最适温度范围是 ℃,为了进一步探究脲酶作用的最适温度,请写出实验设计的基本思路: 。
(3)幽门螺杆菌是导致胃炎的罪魁祸首,该生物也可产生脲酶,并分泌到细胞外发挥作用,幽门螺杆菌产生脲酶的过程中参与的细胞器有 。13C呼气试验检测系统是国际上公认的幽门螺杆菌检查的“金标准”,被测者先口服用13C标记的尿素,然后向专用的呼气卡中吹气留取样本,即可以准确地检测出被测者是否被幽门螺杆菌感染。请简要说明呼气试验检测的原理: 。
突破点2 运用“物质与能量观”分析光合作用与细胞呼吸过程
5.(2025·河北卷)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是( )
A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O
B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2
C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2
D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物
6.如图表示某植物非绿色器官在不同O2浓度下,O2的吸收量和CO2的释放量的变化情况,根据所提供的信息,下列判断错误的是( )
A.O点时,该器官产生CO2的场所是细胞质基质
B.该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解,可能来自油料作物
C.N点时,该器官O2的吸收量等于CO2的释放量,说明其只进行有氧呼吸
D.若该非绿色器官是种子,则M点对应的O2浓度最适合储存
7.当同时给予植物红光和远红光照射时,光合作用的效率大于分开给光的效率,这一现象称为双光增益效应,如图1所示。出现这一现象的原因是光合作用过程中存在两个串联的光系统,即光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ),其作用机理如图2所示。以下相关说法正确的是( )
图1
图2
A.光系统Ⅰ位于叶绿体类囊体,光系统Ⅱ位于叶绿体基质
B.双光增益是通过提高单位时间内光合色素对光能的吸收量来实现的
C.光系统Ⅱ和光系统Ⅰ通过电子传递链串联起来,最终提高了光能的利用率
D.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生的氧化剂都可以氧化水,从而生成氧气
8.大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种名为Rubisco的酶,参与卡尔文循环和光呼吸。在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2值高时,使RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2值低时,使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸,具体过程如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体
B.光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中
C.有氧呼吸和光呼吸均产生ATP
D.干旱、晴朗的中午,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低
9.研究发现,光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中,电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP。环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH。拟南芥中亲环素蛋白C37可以调控植物光合电子传递效率,提高植物对强光的适应性(如图)。在强光胁迫下,C37蛋白与Cb6/f结合更加紧密,利于提高电子传递效率,避免产生大量活性氧(ROS),而ROS的过度积累会导致光损伤加剧、叶绿素降解增加。ROS超过一定水平后会引发细胞凋亡。
注:光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素复合体(Cb6/f)、光系统Ⅰ(PSⅠ)均为光合电子传递链的光合复合体;→表示线性电子传递;表示环式电子传递;表示电子。
上述研究揭示出,植物通过调节光合链上的电子流动速率以适应强光胁迫。
(1)从图示推出,光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)位于叶绿体的 结构上,作用是 。
(2)环式电子传递与线性电子传递相比,能够 (填“提高”或“降低”)ATP/NADPH比例。
(3)请概括出拟南芥抵御强光胁迫的机制: (至少答出2点)。
(4)已知光反应场所内的H+浓度适当增加,可以保护PSⅡ免受强光破坏,在植物面临胁迫环境时,环式电子传递会加强。综合所有信息,总结环式电子传递对于植物应对光胁迫的作用: 。
10.植物在夏季常受到高温和强光的双重胁迫。研究人员将番茄植株在适宜温度、适宜光照条件(CK)下和高温、强光条件(HH)下培养较长时间后,测得的相关指标如下表。回答下列问题。
组别 净光合速率/(μmol·m-2·s-1) 气孔导度/(mmol·m-2·s-1) 胞间CO2浓度/(μmol·mol-1) Rubisco活性/(U·mL-1)
CK 12.1 114.2 308 189
HH 1.8 31.2 448 61
(1)由表中数据可知,高温和强光的双重胁迫下,气孔导度下降 (填“是”或“不是”)净光合速率降低的主要因素,依据是 。
(2)Rubisco可催化RuBP(C5)与CO2的反应,其发挥作用的场所是 ,高温和强光的双重胁迫下,番茄光反应速率下降,结合表中数据分析,原因可能是 。
(3)下图为类囊体薄膜结构图。研究表明,高温和强光的双重胁迫下,PSⅡ(光合电子传递链的光合复合体)的结构和功能均会发生改变,从而会影响光合色素对光能的 。
(4)高温和强光的双重胁迫还会引发活性氧ROS(如自由基、H2O2等)的积累,进一步抑制光反应的发生。分析其原因可能有 。
A.ROS攻击类囊体膜上的磷脂分子,造成膜结构的损伤
B.ROS与光系统中的蛋白质分子结合,使其变性失活
C.ROS造成叶绿体DNA的损伤,导致光反应所需酶的合成受阻
D.ROS会加快PSⅡ的修复过程,进一步限制电子的线性传递过程
11.(2025·安徽卷)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1 a、b。
图1 a
图1 b
回答下列问题。
(1)据图1 a、b分析,低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸 ,原因是 。
有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为 中储存的能量。
(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2 a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2 b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设: 。
图2
说明:字母A~H表示一系列分子。
(3)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是 。
(4)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是 ,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是 。
突破点3 结合生产实践考查细胞呼吸和光合作用的影响因素
12.(2024·湖北卷)植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( )
组 别 光照 处理 首次 开花 时间 茎粗/ mm 花的叶黄 素含量/ (g·kg-1) 鲜花累计 平均产量/ (kg·hm-2)
① 光照8 h/ 黑暗16 h 7月 4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/ 黑暗12 h 7月 18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/ 黑暗8 h 7月 26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
13.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),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
b
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合作用吸收CO2与呼吸作用释放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
14.强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ(PSⅡ)出现可逆失活,失活状态的PSⅡ加强了能量耗散,以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PSⅡ的D1蛋白。强光下D1即开始降解,其净损失率与PSⅡ单位时间接受的光量子数呈正相关。编码D1的psbA基因定位于叶绿体基因组,科研人员尝试将蓝细菌的psbA基因导入大豆细胞核(纯合品系R),结果发现在强光下D1的降解率并没有下降,但光饱和点提高了。下列说法正确的是 ( )
A.强光下D1的降解速率不能超过其补充速率
B.PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中
C.品系R的核基因psbA表达产物应定位于叶绿体基质中
D.强光下气孔关闭,可能导致C5的含量迅速降低,阻碍暗反应的进行
15.(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响,研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE),测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。
比较 项目 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量/ (mg·g-1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受 释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为 。
(2)与WT相比,实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的 、 (填科学方法)。
(3)据表可知,OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率 。为进一步探究该基因的功能,研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量,结果如图。
结合图表,分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因:① ;
② 。
参考答案
突破点1 运用“对照”和“变量”思维解答酶类实验题
1.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项正确。酶切条件不合适通常会使切割效果下降,此时应有部分DNA被酶切,B项错误。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项正确。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项正确。
2.A 解析 依据表格信息可知,糖化酶与淀粉酶相比较,随温度的变化,实验现象变化更明显,说明糖化酶对温度的敏感程度较α-淀粉酶高,A项正确;酶的高效性是指酶与无机催化剂相比较,可以显著降低化学反应的活化能,依据表格信息,在60 ℃条件下,2、3、4号试管均不出现显色反应,说明淀粉已被水解,但是由于缺乏无机催化剂的对照,不能说明α-淀粉酶具有高效性,B项错误;使用斐林试剂检测淀粉水解,需要进行水浴加热,而此实验的目的是检测温度对糖化酶和α-淀粉酶活性的影响,斐林试剂的使用会对实验造成干扰,所以不可以使用斐林试剂代替碘液检测实验结果,C项错误;以2号组为例,依据实验现象,淀粉在60 ℃时不出现蓝色,说明淀粉已被完全水解,85 ℃时蓝色较浅,说明淀粉被部分水解,15 ℃时蓝色比85 ℃时深,说明15 ℃时剩余淀粉含量比85 ℃时多,概括可知,糖化酶的最适温度在60~85 ℃范围内,D项错误。
3.C 解析 根据题图分析可知,NR在pH为6的环境下仍具有活性,因此没有变性失活,A项错误;酶只能降低化学反应的活化能,不能提供活化能,B项错误;根据题图分析可知,pH为7.5时NR活性最大,因此若要探究酶的最适pH,进一步实验应在pH为7~8的范围内进行,C项正确;酶的活性受温度、pH等因素的影响,N数量、酶的数量不会影响NR活性,D项错误。
4.答案 (1)温度和铜离子浓度
(2)40~60 在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下,在温度为40~60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验,测定尿素分解速率
(3)核糖体 幽门螺杆菌会产生脲酶,脲酶能将尿素分解成NH3和13CO2,若检测到被测者呼出的气体中含有13CO2,则说明被测者被幽门螺杆菌感染
解析 (1)图中温度和铜离子浓度是实验中人为改变的量,属于自变量。(2)图中显示,脲酶在50 ℃时活性最高,所以作用的最适温度范围是40~60 ℃。为了进一步探究脲酶作用的最适温度,在不加入铜离子(或铜离子浓度一定)的情况下,在温度为40~60 ℃范围内设置更小的温度梯度进行实验,测定尿素分解速率,尿素分解速率最高时的温度为脲酶作用的最适温度。(3)脲酶是蛋白质,幽门螺杆菌是原核生物,故合成脲酶的场所是核糖体。被测者口服用13C标记的尿素,尿素中的碳原子是13C,分子式为13CO(NH2)2,若胃部存在幽门螺杆菌,幽门螺杆菌会产生脲酶,则尿素会被分解为NH3和13CO2,若检测到被测者呼出的气体中含有13CO2,则代表其胃部存在幽门螺杆菌。
突破点2 运用“物质与能量观”分析光合作用与细胞呼吸过程
5.A 解析 光合作用的光反应在类囊体膜上进行,会消耗H2O;有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,会生成H2O,A项错误。光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行,会消耗CO2;有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行,会生成CO2,B项正确。光合作用的光反应在类囊体膜上进行,会生成O2;有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,会消耗O2,C项正确。光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行,会合成有机物;有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行,会发生丙酮酸(属于有机物)的分解,D项正确。
6.C 解析 O点时无O2的吸收,该器官只进行无氧呼吸,产生CO2的场所是细胞质基质,A项正确;图中显示N点后,O2的吸收量大于CO2释放量,说明该器官呼吸作用过程中有非糖物质氧化分解,可能来自某油料作物,故N点时,该器官O2的吸收量和CO2的释放量相等不能说明其只进行有氧呼吸,B项正确,C项错误;M点时CO2的释放量最低,有机物消耗最少,M点对应的O2浓度最适合储存,D项正确。
7.C 解析 绿色植物进行光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,故两个光系统均位于叶绿体的类囊体薄膜上,A项错误;单位时间内光合色素对光能的吸收量取决于光照强度、光合色素的量等,由图2可知,双光增益现象得益于PSⅡ和PSⅠ之间形成电子传递链,相互促进,最终提高了光能的利用率,B项错误,C项正确;由图2可知,只有光系统Ⅱ可以氧化水,D项错误。
8.A 解析 大豆、玉米叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜,通过光呼吸消耗氧气的场所是叶绿体基质,A项正确;由题干“在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2值高时,使RuBP结合CO2发生羧化;在CO2/O2值低时,使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸”可知,光呼吸和卡尔文循环发生场所一致,在叶绿体基质中进行,B项错误;由图可知,在CO2/O2的值低时,RuBP结合氧气发生光呼吸,光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH,C项错误;干旱、晴朗的中午,胞间CO2浓度会降低,叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强,D项错误。
9.答案 (1)类囊体膜 吸收利用光能,并进行电子传递
(2)提高
(3)在强光胁迫下,C37蛋白与Cb6/f结合更加紧密,利于提高电子传递效率;同时可减少ROS积累,保证了强光下光反应的顺利进行
(4)环式电子传递可以适当增加H+浓度,可以保护PSⅡ免受强光破坏,同时,可以降低强光下的细胞凋亡率
解析 (1)该光合复合体能吸收、转化光能,推测为类囊体膜上的结构,其作用是吸收利用光能,并进行电子传递。
(2)线性电子传递中,电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP。环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH。因此环式电子传递与线性电子传递相比,能够提高ATP/NADPH比例。
(3)拟南芥抵御强光胁迫的机制:在强光胁迫下,C37蛋白与Cb6/f结合更加紧密,利于提高电子传递效率;同时可减少ROS积累,避免出现光损伤和叶绿素降解,保证了强光下光反应的顺利进行。
(4)环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH,因此可以适当增加H+浓度,可以保护PSⅡ免受强光破坏。同时,植物面临胁迫环境时环式电子传递加强,也可以降低强光下的细胞凋亡率。
10.答案 (1)不是 气孔导度下降,但胞间CO2浓度较高
(2)叶绿体基质 (HH条件下,)Rubisco活性下降,暗反应减慢,导致光反应产生的ATP和NADPH积累
(3)吸收、转化和传递
(4)ABC
解析 (1)据表分析,高温和强光的双重胁迫下,气孔导度下降,但胞间CO2浓度较高,这说明气孔导度下降不是净光合速率降低的主要因素。
(2)Rubisco可催化RuBP(C5)与CO2的反应,说明其发挥作用的场所是叶绿体基质。结合表中数据可知,HH条件下,Rubisco活性下降,则CO2的固定减慢,导致C3还原时消耗的ATP和NADPH减少,最终光反应产生的ATP和NADPH积累,故光反应速率下降。
(3)光系统与光能的吸收、转化和传递有关,高温和强光的双重胁迫下,PSⅡ(光合电子传递链的光合复合体)的结构和功能均会发生改变,从而会影响光合色素对光能的吸收、转化和传递。
(4)高温胁迫会引发活性氧ROS的积累,ROS化学性质活泼,可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂质等物质,造成氧化性损伤,例如:ROS攻击类囊体膜上的磷脂分子,造成膜结构的损伤,A项符合题意;ROS与光系统中的蛋白质分子结合,使其变性并失去活性,B项符合题意;ROS造成叶绿体DNA的损伤,导致光反应所需酶的合成受阻,从而抑制光反应,C项符合题意;ROS会减缓PSⅡ的修复过程,D项不符合题意。
11.答案 (1)增强 在低氧胁迫下,OE的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT NADH
(2)有氧呼吸第二阶段代谢路径为A→B→C→D→E→F→G→H(或代谢顺序是A到H依次进行)
(3)根细胞有氧呼吸增强,为叶片光合作用提供更多的CO2(或根细胞呼吸产生的CO2运输到叶片,为光合作用提供原料)
(4)NADP+(或辅酶Ⅱ) H2O(或水)
解析 (1)从图1 a看,低氧(HT)条件下,OE组(NtPIP基因过量表达株)根细胞呼吸速率高于WT组(野生型),且结合图1 b氧浓度,OE组能获取更多氧气。有氧呼吸第二阶段,丙酮酸分解,其中大部分化学能转化为NADH中储存的化学能,少部分以热能形式散失。
(2)在图2 a中,添加丙二酸阻遏E转化,加入A、B、C时E都累积,说明A、B、C在E之前的代谢路径;图2 b中,添加丙二酸阻遏E转化,加入F、G、H时E也累积,说明F、G、H在E之后的代谢路径。综合可知,有氧呼吸第二阶段代谢路径是A→B→C→D→E→F→G→H,即代谢顺序按A到H依次进行,中间步骤被丙二酸阻断会使E累积。
(3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株根细胞有氧呼吸增强,细胞呼吸产生的CO2会运输到叶片,CO2是光合作用暗反应的原料,为叶片光合作用提供更多原料,从而促进光合作用,使叶片净光合速率高于野生型。
(4)光合作用光反应中,水在光下分解为O2、H+和电子,水是最终电子供体;产生的电子传递给NADP+,使其结合H+形成NADPH,所以最终电子受体是NADP+(辅酶Ⅱ)。
突破点3 结合生产实践考查细胞呼吸和光合作用的影响因素
12.C 解析 第①组处理开花时间最早,说明有利于诱导植物甲提前开花,但产量比第②③组低,A项错误;由题干可知,植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关,第②组植物甲花的叶黄素含量最高,其黑暗时间比第③组长、比第①组短,所以与光照处理中的黑暗时长不呈负相关,B项错误;第②组植物甲花的叶黄素含量最高,产量与第③组比较接近,明显高于第①组,所以综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C项正确;第②组植物甲花的叶黄素含量最高,但产量不如第③组,说明植物甲花的叶黄素含量与花的产量不呈正相关,D项错误。
13.D 解析 由图a可知,t1较多的叶绿体分布在光照下,t2较少的叶绿体分布在光照下,由此可推断,t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度),t1比t2具有更低的光补偿点(光合作用吸收CO2与呼吸作用释放CO2等量时的光照强度),A、B两项正确;通过题干信息可知,三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,由此推测,三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关,C项正确;在一定光照强度下,三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大,但是超过光饱和点,再增大光照强度,三者光合速率的差异不再变化,D项错误。
14.B 解析 强光下D1的降解速率可超过其补充速率,导致PSⅡ单位时间接受的光量子数减少,A项错误;PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中,一部分以热能的形式散失,B项正确;叶绿体基因组编码的蛋白质定位于叶绿体中,C项错误;强光下气孔关闭,CO2吸收减少,CO2的固定减慢,C3的还原不变,C5的含量会积累,阻碍暗反应的进行,D项错误。
15.答案 (1)ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类
(2)减法原理 加法原理
(3)增大(或升高) 与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用 与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用
解析 (1)在光合作用的暗反应阶段,1分子CO2被固定后形成2分子3-磷酸甘油酸(C3)分子,在有关酶的催化作用下,3-磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量,并被NADPH还原,随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类。(2)与WT相比,实验组KO为OsNAC敲除突变体,即敲除了基因OsNAC,采用了自变量控制中的减法原理;实验组OE为OsNAC过量表达株,采用了自变量控制中的加法原理。(3)题图和题表信息显示,OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组,蔗糖含量却低于WT组和KO组,由此推测OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大的原因有:①与WT组相比,OE组叶绿素含量较高,增强了对光能的吸收、传递和转化,光反应增强,从而促进旗叶的光合作用;②与WT组相比,OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用。
1层级一 基础夯实自测练
1.(2025·河北卷)下列过程涉及酶催化作用的是 ( )
A.Fe3+催化H2O2的分解
B.O2通过自由扩散进入细胞
C.PCR过程中DNA双链的解旋
D.植物体细胞杂交前细胞壁的去除
2.(2025·北京卷)某种加酶洗衣粉包装袋上注有下列信息:本品含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶;洗涤前先浸泡15~20 min,特别脏的衣物可减少浸泡用水量;请勿使用60 ℃以上热水。下列叙述错误的是 ( )
A.该洗衣粉含多种酶,不适合洗涤纯棉衣物
B.洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解
C.减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度
D.水温过高导致酶活性下降
3.酶分子作为高效催化剂,使细胞代谢能在常温、常压等较温和条件下快速地进行。一些吸能反应所需能量并不是由葡萄糖等氧化分解直接提供的,往往要依赖ATP和ADP之间的快速转化这一生物界共有的能量供应机制。下列相关叙述正确的是( )
A.有酶催化的反应一般不需要ATP供能
B.ATP和某些酶分子具有类似的分子基团
C.相同条件下,酶的催化能力比无机催化剂强
D.ATP水解释放的能量不能用于维持体温
4.蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关,分子开关的机理如下图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程,即“开”的过程;形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程,即“关”的过程。下列有关分子开关的叙述,正确的是( )
A.蛋白质磷酸化过程是一个放能反应
B.蛋白激酶能为蛋白质磷酸化反应过程提供活化能
C.ATP脱去两个磷酸基团后可作为HIV遗传物质的单体
D.“开”的过程所需的磷酸可来自ATP中靠近“A”的磷酸基团
5.(2025·江苏卷)关于人体细胞和酵母细胞呼吸作用的比较分析,下列叙述正确的是( )
A.细胞内葡萄糖分解成丙酮酸的场所不同
B.有氧呼吸第二阶段都有O2和H2O参与
C.呼吸作用都能产生[H]和ATP
D.无氧呼吸的产物都有CO2
6.(2025·山东卷)关于细胞以葡萄糖为原料进行有氧呼吸和无氧呼吸的过程,下列说法正确的是( )
A.有氧呼吸的前两个阶段均需要O2作为原料
B.有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料
C.无氧呼吸的两个阶段均不产生NADH
D.经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量以热能的形式散失
7.(不定项)(2025·黑吉辽蒙卷)下图为植物细胞呼吸的部分反应过程示意图,图中NADH可储存能量,①②③表示不同反应阶段。下列叙述正确的是 ( )
A.①发生在细胞质基质,②和③发生在线粒体
B.③中NADH通过一系列的化学反应参与了水的形成
C.无氧条件下,③不能进行,①和②能正常进行
D.无氧条件下,①产生的NADH中的部分能量转移到ATP中
8.研究发现,用2,4-二硝基苯酚(DNP)处理植物后,NADH仍能与氧气结合生成水,但该过程释放的能量均以热能的形式散失。据此判断,下列叙述错误的是( )
A.DNP可能破坏了线粒体内膜上合成ATP的酶或直接抑制ATP合成
B.推测含有DNP的细胞中葡萄糖的氧化分解速度会降低
C.含有DNP的细胞主动吸收、蛋白质合成等的速率可能减慢
D.遇到突然降温有望利用DNP防止农作物或花卉遭受冻害
9.关于细胞呼吸的实际应用,下列叙述错误的是 ( )
A.乳酸菌进行无氧呼吸过程中,既有[H]的产生,也有[H]的消耗
B.选用透气的纱布包扎伤口避免厌氧病原菌的繁殖利于伤口愈合
C.利用酵母菌菌种在控制通气的情况下,可生产各种酒和食醋等
D.适度低温可降低蔬菜水果的细胞呼吸速率,减少有机物消耗
10.我国是世界上水稻栽培历史最悠久、水稻遗传资源最丰富的国家之一。研究发现,当其他条件相同时,一定的播种密度范围内,水稻的播种密度与单位面积水稻产量之间的关系如图所示。下列分析正确的是( )
A.播种密度小于a时,限制水稻光合作用的主要因素是光照强度
B.播种密度b是水稻获得最大产量的最佳播种密度
C.播种密度为b时的水稻对水分和无机盐的竞争强度大于a时的
D.播种密度大于b后,只要加大施肥量就可以提高单位面积的水稻产量
11.(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,结果如下图、下表所示。
覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1)
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)如上图所示,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)。
参考答案
1.D 解析 Fe3+是无机催化剂,催化H2O2分解的过程不涉及酶的催化作用,A项不符合题意。O2通过自由扩散的方式进入细胞时,不需要酶参与,B项不符合题意。PCR过程中DNA双链在高温条件下解旋,不需要酶参与,C项不符合题意。植物体细胞杂交前,用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,该过程涉及酶的催化作用,D项符合题意。
2.A 解析 纯棉衣物的主要化学成分为纤维素。酶具有专一性,蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶均不能催化纤维素的水解,但三者可分别催化沾留在纯棉衣物上的蛋白质、脂肪、淀粉的水解,A项错误。洗涤前浸泡有利于酶与污渍结合催化其分解,且在一定范围内,酶浓度越高,洗涤效果越好,减少浸泡衣物的用水量可提高酶的浓度,B、C两项正确。温度、pH等会影响酶活性,水温过高会破坏酶的空间结构,导致酶活性下降,D项正确。
3.B 解析 有酶催化的吸能反应需要ATP供能,A项错误;ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成,酶的化学本质是蛋白质或RNA,RNA由含氮碱基(腺嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶、鸟嘌呤)、核糖和磷酸组成,因此ATP与某些酶分子具有类似的分子基团,B项正确;酶具有高效性,在适宜条件下,酶的催化能力确实比无机催化剂强,其原因在于酶能更显著地降低化学反应的活化能,但若是在高温、强酸、强碱等情况下,酶的空间结构被破坏,酶活性丧失,此时酶的催化能力比无机催化剂弱,C项错误;ATP水解释放的能量可以用于维持体温的相对稳定,D项错误。
4.C 解析 通过图示可知,蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP,是一个吸能反应,与ATP的水解相联系,A项错误;酶具有降低反应所需活化能的作用,故蛋白激酶能降低蛋白质磷酸化反应的活化能,而不是提供活化能,B项错误;ATP脱去两个磷酸基团后是腺苷一磷酸,即腺嘌呤核糖核苷酸,是HIV遗传物质RNA的单体,C项正确;ATP水解放能是通过断裂远离A的磷酸基团的高能磷酸键来释放能量,同时产生ADP,D项错误。
5.C 解析 在人体细胞和酵母细胞中,葡萄糖分解成丙酮酸(细胞呼吸第一阶段)的场所都是细胞质基质,A项错误。有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应,不需要O2参与,O2参与第三阶段,B项错误。有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段都产生[H]和ATP,后续阶段也有对应物质产生,两种细胞呼吸作用都能产生[H]和ATP,C项正确。人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,没有CO2;酵母细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2,D项错误。
6.B 解析 有氧呼吸的前两个阶段不需要O2作为原料,第三阶段需要O2作为原料,A项错误。有氧呼吸的第二阶段需要H2O作为原料,B项正确。无氧呼吸的第一阶段产生NADH,NADH在第二阶段被消耗,C项错误。经过无氧呼吸,葡萄糖分子中的大部分能量仍存留在乳酸或酒精中,D项错误。
7.AB 解析 ①是细胞呼吸第一阶段,发生在细胞质基质;②是有氧呼吸第二阶段,③是有氧呼吸第三阶段,二者均发生在线粒体,A项正确。③(有氧呼吸第三阶段)中,NADH与O2结合,通过一系列化学反应生成水,B项正确。无氧条件下,③有氧呼吸第三阶段不能进行,②有氧呼吸第二阶段也无法正常进行,①可表示有氧呼吸或无氧呼吸第一阶段,能正常进行,C项错误。无氧条件下,①产生的NADH参与无氧呼吸第二阶段,该阶段不产生ATP,NADH中的能量转移到酒精或乳酸中,D项错误。
8.B 解析 由题意可知,DNP处理后,有氧呼吸第三阶段释放的能量均以热能的形式散失,此过程不能合成ATP,说明DNP可能破坏了线粒体内膜上用于合成ATP的酶或直接抑制ATP合成,A项正确;DNP不影响有氧呼吸产生的NADH在线粒体内膜上与氧气结合生成水的过程,说明葡萄糖的氧化分解速度不会降低,B项错误;DNP处理后,有氧呼吸第三阶段释放的能量均以热能的形式散失,此过程不能合成ATP,而细胞主动吸收、蛋白质合成等过程需要ATP,所以这些过程速率可能减慢,C项正确;某些低温条件下农作物或花卉的生长需要热量,用DNP处理植物,可以促使更多热量的产生,因此遇到突然降温有望利用DNP防止农作物或花卉遭受冻害,D项正确。
9.C 解析 乳酸菌为厌氧微生物,在无氧呼吸过程中,第一阶段产生[H],第二阶段消耗[H],A项正确;选用透气的纱布包扎伤口,为伤口创造透气的环境,避免厌氧病原菌的繁殖,利于伤口愈合,B项正确;食醋的制作需要醋酸菌的参与,C项错误;细胞呼吸的速率与温度有关,适度低温可降低蔬菜水果的细胞呼吸速率,从而减少有机物消耗,D项正确。
10.C 解析 据图可知,播种密度小于a时,单位面积水稻产量随播种密度增加而增加,说明此时水稻对光能的利用率随播种密度的增加而提高,此时光照强度不是限制水稻光合作用的主要因素,A项错误;单位面积水稻产量在a点时的值最大,因此最佳播种密度为a,B项错误;播种密度为b时的水稻密度大于a时的,播种密度为b时的水稻对水分和无机盐的竞争强度大于a时的,C项正确;播种密度大于b后,水稻密度过大,单位面积的水稻获得的光照不足,此时加大施肥量可能不能提高单位面积的水稻产量,D项错误。
11.答案 (1)蓝 类囊体薄膜 C5 (CH2O) 紫外光
(2)无水乙醇 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,选择红光而不选择蓝紫光,可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响
(3)高原地区紫外光强烈,覆盖蓝膜后,紫外光透过率较低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害;覆盖蓝膜后,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率(答出两点即可)
解析 (1)三种不同颜色的光中,能被叶绿体中色素高效吸收的是蓝光,叶绿体中的色素位于类囊体薄膜上;暗反应中C3还原转化为C5和(CH2O)。紫外光会对幼苗产生辐射,由题图可知,蓝膜和绿膜对紫外光的透过率均低于白膜,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)提取叶绿体中的色素时,可用无水乙醇作为溶剂。通过光吸收值测定叶绿素含量时,选择红光而不选择蓝紫光的原因是叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,选择红光可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。(3)由题图可知,覆盖蓝膜后,紫外光的透过率低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;由题表可知,覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率。
7层级三 核心素养突破练
1.在生态系统中,植物所固定的太阳能或所制造的有机物称为初级生产量,其中一部分用于自身的呼吸消耗,余下部分称为净初级生产量。下表为4个生态系统的研究实例。下列有关叙述错误的是( )
类别 玉米地 荒地 湖泊Ⅰ 湖泊Ⅱ
太阳能利用率(初级生产量/入射太阳能) 1.6% 1.2% 0.4% 0.1%
呼吸消耗率(呼吸消耗量/初级生产量) 23.4% 15.1% 22.3% 21.0%
净初级生产效率(净初级生产量/初级生产量) 76.6% 84.9% 77.7% 79.0%
A.两个湖泊的太阳能利用率低,主要原因是CO2供应不足导致光合速率较低
B.两个湖泊中植物的呼吸消耗率与玉米地的大致相等,但明显高于荒地
C.若入射太阳能相同,上述4个生态系统中,制造有机物最多的是玉米地
D.玉米快速生长过程中积累的大量有机物中的能量属于净初级生产量
2.耕地撂荒是指在可耕地上没有耕作的一种现象。对撂荒耕地复耕复种,有助于保障国家粮食安全。下列有关叙述错误的是( )
A.撂荒耕地中的物质循环发生在群落内部
B.复耕复种会改变该地群落的演替速度和方向
C.复耕复种后,群落内的物种数目会发生改变
D.复耕复种过程中增大物质投入可获得更大产出
3.近年来,国家重视粮食安全,加强物种保护力度,增加在育种方面的投入。在高油大豆优势产区经过多年选育,现已成功育成高油、高产大豆品种吉育3517,其脂肪含量为23.40%,蛋白质含量为39.54%,蛋脂总和为62.94%,生产试验产量达到3 697.2 kg/hm2,而且抗病性较好,契合了当前国家对于高油、高产大豆的发展要求。不同施肥量对吉育3517农艺性状及产量的影响如表所示。下列说法正确的是( )
施肥 水平/ (kg· hm-2) 株高/ cm 主茎节 数/节 单株荚 数/个 单株粒 数/g 百粒 重/g 产量/ (kg· hm-2)
200 83.4a 15.4a 53.8a 75.4a 20.4a 3 205.8a
续表
施肥 水平/ (kg· hm-2) 株高/ cm 主茎节 数/节 单株荚 数/个 单株粒 数/g 百粒 重/g 产量/ (kg· hm-2)
300 86.7b 16.1b 57.4c 86.5c 21.8b 3 428.4b
400 90.5c 15.6a 54.3b 84.1b 22.1b 3 417.6b
A.细胞膜表面的糖类分子可以与蛋白质结合形成糖蛋白,这样的糖蛋白也称糖被
B.若利用大豆作为材料进行多倍体育种,常用的方法是用秋水仙素处理发育中的种子或幼苗来实现染色体数目加倍
C.施用农家肥可以为大豆植株的生长提供有机物和CO2
D.对吉育3517过量施肥,细胞会大量吸水而出现“烧苗”现象,但因为有细胞壁的保护,所以细胞不会涨破
4.粮食安全是当今全世界关注的问题。高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往会使植物叶片变黄、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%。光照也是影响粮食产量的重要因素。下图是在两种光照强度下,不同温度对某粮食植株CO2吸收速率的影响。分析回答下列问题。
(1)本实验的自变量为 。
(2)在图中两个CP点处,植物叶肉细胞光合速率 (填“>”“=”或“<”)呼吸速率。
(3)高温下作物减产的主要原因有 (至少答三点)。
(4)结合生产实际,根据所学知识分析,提高大田中粮食产量的措施有 (至少答两条)。
参考答案
1.A 解析 两个湖泊中有很多的水生植物,而这些植物接受的太阳能需要穿过水层,据此可推知两个湖泊的太阳能利用率低,可能与太阳光穿过水层时损失了部分能量有关,A项错误;根据表格数据可知,两个湖泊中植物的呼吸消耗率与玉米地的接近,但明显高于荒地,B项正确;若入射太阳能相同,题述4个生态系统中,制造有机物最多的是玉米地,因为玉米地的太阳能利用率最高,C项正确;玉米快速生长过程中积累的大量有机物中的能量属于净初级生产量,D项正确。
2.A 解析 在物质循环的过程中,各种元素的循环在生物群落和非生物环境之间主要以无机物的形式循环,撂荒耕地中的物质循环不会只在群落内发生,它会对其他生态系统产生影响,A项错误;复耕复种过程中会因为人为因素而改变群落演替的速度和方向,B项正确;撂荒状态下,该地杂草丛生,复耕复种后,耕地上会清除杂草,栽种农作物,因此复耕复种后群落内的物种数目会发生改变,C项正确;复耕复种过程中,若加大水、肥等物质的投入,可以获得更大产出,D项正确。
3.B 解析 细胞膜的外表面上的糖类分子,可以和蛋白质分子结合形成糖蛋白,或与脂质结合形成糖脂,这些糖类分子叫作糖被,A项错误;低温处理和秋水仙素都可以抑制纺锤体的形成,使染色体数目加倍,因此利用大豆作为材料进行多倍体育种,常用的方法是用秋水仙素处理发育中的种子或幼苗来实现染色体数目加倍,B项正确;农家肥中含有有机物,施用农家肥可以增强分解者的分解作用,为大豆植株的生长提供无机盐,分解者的呼吸作用可以为植物提供CO2,C项错误;对植物施肥过多,细胞会大量失水而出现“烧苗”现象,D项错误。
4.答案 (1)光照强度和温度
(2)>
(3)呼吸作用变强,消耗大量养分;光合作用强度减弱,有机物合成减少;蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
(4)合理施肥;合理密植;选用适宜品种;合理轮作等
解析 (1)分析题图可知,本实验的自变量是温度和光照强度。(2)纵坐标是CO2的吸收速率,即净光合速率,在图中两个CP点处植物的净光合速率都是0,由于植物有很多细胞无法进行光合作用但要进行呼吸作用,因此植物的净光合速率等于0的时候,叶肉细胞的净光合速率要大于0,即叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。(3)温度能影响呼吸作用,主要是影响呼吸酶的活性,一般而言,在一定的温度范围内,呼吸强度随着温度的升高而增强。高温使呼吸酶的活性增强,呼吸作用变强,消耗大量养分;高温使气孔导度变小,光合作用强度减弱,有机物合成减少;高温使作物蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫。(4)提高大田中粮食产量的措施有合理施肥(无机盐的使用),合理密植,选用适宜品种,合理轮作等。
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