（新高考）2021届高三大题优练2 细胞代谢及其应用 教师版

1、例1：如何提高植物对co2的同化力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题，根据以下有关研究过程回答问题：（1）卡尔文及其同事研究植物对co2的固定过程如下：首先为了探明碳的转移途径，将_标记的co2注入培养藻的密闭容器，定时取样，每次将藻浸入热的乙醇中，杀死细胞，提取细胞中的有机物。然后应用双向纸层析法使得提取物_，再通过放射自显影分析放射性物质的斑点，并与已知化学成分进行比较。其次按反应顺序找到生成的各种化合物；不断缩短时间取样，若依次测定出的化合物种类为abcaba，找到含有放射性的化合物c3、c5和c6等。你认为字母a表示以上哪种化合物？_。（2）在生产实践中，增施co2是提高温室作物产

2、量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现：增施co2时间过长，作物的光合作用反而会减弱。原因在于：一方面是淀粉积累会_光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的_（至少答出两点）等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温增强了植物的_。请根据本研究的结果，对解决“长时间增施co2抑制光合作用”这一问题，提出合理化建议：_。（至少答出两点）【答案】（1）14c 分离 c3 （2）抑制 atp、adp、酶、nadph 细胞呼吸 适当升温、控制增施co2的时间（或间断供给co2）、加强对植物氮素营养的补充 【解析】（1

3、）为研究co2中c的转移途径，可将14c标记的co2注入培养藻的密闭容器，定时取样，并检测出现放射性的产物；细胞内的提取物在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，可依据此原理用双向纸层析法使得提取物分离开来；随着取样时间缩短，若依次测定出的化合物种类为 abcaba，出现放射性的物质种类减少，根据光合作用暗反应过程分析可知，最先出现的放射性物质应为c3；（2）增施co2时间过长，植物光合作用反而减弱，可能的原因：一方面是淀粉积累会抑制光合作用，另一方面是有限的氮元素营养会被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的atp、adp、酶、nadph等含氮化合物合成不足；提

4、高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温增强了植物的细胞呼吸，提高了细胞对糖的利用率（细胞呼吸）；通过以上分析，要解决“长时间增施co2抑制光合作用”这一问题，可适当升温以降低淀粉含量、控制增施co2的时间（或间断供给co2）以及加强对植物氮素营养的补充等。例2：为研究叶面施肥对花生光合作用的影响，科研人员用适宜浓度的氮肥（尿素）、硼肥（硼酸）、钾肥（硫酸钾）和磷肥（过磷酸钙）分别喷施于花针期的花生叶片进行实验，结果见下表。请回答下列问题：处理方式叶绿素含量（mg·g1）净光合速率（mol·m2·s1）胞间co2浓度（mol·mol1）对照组3.

5、4116.3252尿素3.4517.6254硫酸钾3.5018.2255过磷酸钙3.9919.4285硼酸4.0720.1274（1）对照组花生植株的叶面应作的处理是_。（2）若预实验过程中喷施肥料浓度过高，致使部分细胞处于_状态，植株会出现“烧苗”现象。（3）由表可知，使用适宜浓度的硼肥对提高花生叶片光合效率的效果更佳。请依据光合作用原理结合上表数据进行解释说明原因：_，使光反应增强；同时，_，使暗反应也增强（4）喷施磷肥对提高花生光合效率的效果也不错，请从磷元素作用角度说明原因_。【答案】（1）喷施等量的蒸馏水 （2）质壁分离（或渗透作用失水、失水） （3）能提高叶绿素的含量，对光能的吸收

6、、传递、转化能力增强 提高胞间co2浓度，co2吸收量增多 （4）磷是组成叶绿体类囊体等生物膜、atp及adp等的重要元素，喷施磷肥可以增强光反应 【解析】本实验目的是研究叶面施肥对花生植株光合作用的影响，自变量是叶面施肥的种类，其它对实验结果有影响的因素均为无关变量，各组应控制相同且适宜。所设置的五组实验中，除对照组外，其余均为实验组。围绕题意和实验设计遵循的原则、光合作用过程及其影响因素等相关知识，对比分析表中各项数据的变化规律，对相关问题进行解答。（1）据表分析可知，该实验的自变量是叶面肥的种类，叶面施肥的量为无关变量，依据实验设计遵循的等量原则应控制相同，即实验过程中对对照组的处理要求

7、是喷施等量的蒸馏水。（2）喷施溶液的浓度过高时，出现“烧苗”现象的主要原因是：喷施溶液的浓度大于细胞液浓度，导致叶片细胞因渗透失水而发生质壁分离，最终因失去过多水分而死亡。（3）据表分析可知：与对照组和使用适宜浓度的氮肥、钾肥的实验组相比，使用适宜浓度的磷肥、硼肥的实验组，其叶绿素含量增多，色素分子吸收的光能多，对光能的转化能力增强，导致光反应增强；同时，胞间co2浓度升高，co2吸收量增多，致使暗反应增强。（4）喷施磷肥对提高花生光合效率的效果最佳的原因是：磷是组成叶绿体类囊体等生物膜、atp及adp等的重要元素，喷施磷肥可以增强光反应。1植物甲为常见阳生植物，植物乙为常见阴生植物，阳生植物

8、的光补偿点（光合速率与呼吸速率相等时环境中的光照强度）一般大于阴生植物，回答下列问题：（1）叶绿素分布于植物乙叶绿体基粒的_薄膜上，光反应阶段产生的atp和nadph将直接参与暗反应阶段中的_过程。（2）实验过程中，给植物甲浇灌h2l8o，发现叶肉细胞中出现了（ch218o）。分析其最可能的转化途径是_，植物乙净光合速率为0时，植物甲净光合速率_（填大于0、等于0、小于0）。（3）若将植物甲密闭在无o2、但其他条件适宜的小室中，遮光培养一段时间后，发现该植物细胞无氧呼吸过程中除第一阶段有少量atp生成外，第二阶段并未有atp生成，原因是_。【答案】（1）类囊体 三碳化合物的还原 （2）有氧呼吸

9、（第二阶段）生成二氧化碳（cl8o2），二氧化碳（cl8o2）再参与暗反应（光合作用）生成有机物(ch218o) 小于0 （3）atp的合成需要原料adp、pi及能量。植物细胞中有adp、pi，无氧呼吸第一阶段有少量能量释放出来，所以可以合成少量atp，无氧呼吸第二阶段没有能量产生，因此没有atp生成【解析】本题考查了光合作用发生的场所、光合作用过程中物质的转移、光合作用和呼吸作用的关系及无氧呼吸的有关知识。光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段：（1）光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，此过程必须有光、色素、化合作用的酶。具体反应步骤：水的光解，水在光下分解成氧气和还原氢atp生成，adp与p

10、i接受光能变成atp。此过程将光能变为atp活跃的化学能。（2）暗反应在叶绿体基质中进行，有光或无光均可进行，反应步骤：二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化合物二氧化碳的还原，三碳化合物接受还原氢、酶、atp生成有机物。此过程中atp活跃的化学能转变成化合物中稳定的化学能。光反应为暗反应提供了nadph和atp，nadph和atp能够将三碳化合物还原形成有机物。（1）叶绿素分布于真核细胞叶绿体类囊体的薄膜上，光反应阶段产生的atp和nadph将直接参与暗反应阶段中的三碳化合物的还原过程。（2）h2l8o先进行有氧呼吸（第二阶段）生成二氧化碳（cl8o2），二氧化碳（cl8o2

11、）再参与暗反应（光合作用）生成有机物(ch218o)。由于阳生植物的光补偿点大于阴生植物，因此植物乙净光合速率为0时，植物甲净光合速率小于0。（3）植物甲密闭在无o2、遮光培养的环境中，其进行无氧呼吸，无氧呼吸第一阶段有少量能量的释放，而植物细胞中有adp、pi，则可以少量合成atp，但无氧呼吸的第二阶段无能量的释放，因此没有atp的生成。2下图表示某温带植物在生活状态下光合作用强度和呼吸作用强度（用单位时间内有机物的合成量或分解量表示）与温度的关系。据图回答下列问题：(1)温度影响光合作用强度与呼吸作用强度，其原因是_。从图中可看出，光合作用与呼吸作用的最适温度分别是_。(2)深秋时节，随气

12、温逐渐降低，植物已开始落叶进入冬眠状态，据图分析其理由是_。(3)光合作用固定的co2中的c元素在暗反应中的途径是_，而释放的o2中的o元素直接来自于_。【答案】(1)温度可影响光合作用与呼吸作用酶的活性 t3和t5 (2)当温度低于tl时，植物的光合作用强度低于呼吸作用强度，无法正常生活 (3)或c5 h2o 【解析】分析题图：随着温度的递增，某温带植物在生活状态下的光合作用强度和呼吸作用强度均呈现先增加后减少的变化趋势，但二者在温度分别为t3和t5时达到最大值，说明t3和t5分别是光合作用强度和呼吸作用强度的最适温度。(1)温度能够影响酶的活性。温度影响光合作用强度与呼吸作用强度的原因是：

13、可影响光合作用与呼吸作用酶的活性。在温度分别为t3和t5时，光合作用强度和呼吸作用强度分别达到最大值，说明光合作用强度和呼吸作用强度的最适温度分别是t3和t5。(2)题图显示：当温度低于tl时，植物的光合作用强度低于呼吸作用强度，没有有机物积累，无法正常生活，这是“深秋时节，随气温逐渐降低，植物已开始落叶进入冬眠状态”的原因。(3)在光合作用的暗反应阶段，在特定酶的催化下，co2与c5结合形成两个c3分子，c3接受atp和nadph释放的能量，并且被nadph还原为糖类与c5，可见，光合作用固定的co2中的c元素在暗反应中的途径是co2c3（ch2o）或c5。在光合作用的光反应阶段，叶绿体中光

14、合色素吸收的光能，其用途之一是：将h2o分解为氧和h+，氧直接以分子（o2）形式释放出去，h+与氧化型辅酶（nadp+）结合，形成还原型辅酶（nadph）。3在光合作用研究过程中，陆续发现以下事实：事实1：在人们对光合作用的认识达到一定程度时，以反应式6co2+6h2oc6h12o6+6o2表示光合作用。事实2：1937年，植物生理学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中，制备成叶绿体悬浮液若在试管中加入适当的“电子受体”，给予叶绿体一定强度的光照，在没有co2时就能放出o2，同时电子受体被还原。希尔反应式是h2o+氧化态电子受体还原态电子受体+1/2o2。事实3：在希尔反

15、应的基础上，amon又发现，处于光下的叶绿体在不供给co2时，既能积累还原态电子受体也能积累atp；若撤去光照，供给co2，则还原态电子受体和atp被消耗，并有有机物(ch2o)产生。根据以上事实，回答下列相关问题。（1）基于以上三个事实推测，光合作用反应式中的c6h12o6中的o可能来自_。（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中_阶段的部分变化,该阶段中电子受体由氧化态变成还原态的_ (填物质名称)，希尔实验中配制叶绿体悬浮液时加入一定浓度的蔗糖溶液的目的是_。（3）amon的实验说明(ch2o)的生成可以不需要光，但需要_(不考虑水)。（4）若向叶绿休悬浮液中加入c3且提供光照、不提供co2

16、则短时间内atp和h_(填“会”或“不会”)出现积累。【答案】（1）co2 （2）光反应 nadph 形成等渗溶液，维持叶绿体的正常形态和功能 （3）co2、atp、nadph （4）不会 【解析】事实1为光合作用的反应式；事实2是希尔反应的发现过程；事实3为在有光和无光条件下还原态电子受体和atp的含量变化情况。（1）根据事实2和事实3可知，植物在没有二氧化碳的条件下就能放出氧气，参考化学式可知，水中的o全部转化成了氧气中的o，则光合作用产物c6h12o6中的o来自co2；（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，电子受体由氧化态变为还原态的h；为维持叶绿体的正常形态和功能，

17、需保持细胞液内外的渗透压平衡，即需要形成等渗溶液，故配制叶绿体悬浮液时应加入一定浓度的蔗糖溶液；（3）由事实3可以推测暗反应的进行可以不需要光，但需要有光反应阶段的产物h和atp以及外界提供的co2；（4）因光反应产物nadph和atp可用于暗反应中c3的还原，故在提供了c3的前提下，nadph和atp不断被利用，短时间内不会出现积累。4如图甲为研究光照强度对某植物光合作用强度影响实验示意图，图乙表示其叶肉细胞气体交换情况，图丙表示光照强度与光合速率的关系，图丁表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内o2吸收和释放速率的变化示意图(单位：mg/h，a、b点对应时刻分别为6点和19点。请据图

18、同答：（1）若要测定图甲中植物的净光合速率，可供选择的测定指标有_。（2）叶肉细胞处于图乙状态时，对应图丙中的区段是_。（3）图丙中限制a-c段光合速率的主要因素是_，若适当提高co2的浓度，b点将_移。（4）提取绿叶中的色素加入_可防止色素被破坏，叶绿体中含量最多的色素主要吸收_光。为分离绿叶中的色素，常使用_法，其原理是 _。（5）丁图中测得该植物一昼夜的o2净释放量为300mg，假设该植物在24小时内呼吸速率不变，则该植物一天通过光合作用产生的o2总量是_，光合速率最高时，光合作用每小时利用co2的量是_。【答案】（1）单位时间内容器中o2的增加量、单位时间内容器中co2的增加量、单位时

19、间内植株有机物的积累量 （2）b点以后 （3）光照强度 左移 （4）caco3 蓝紫光和红光 纸层析法 不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢 （5）588mg 77mg【解析】乙图a表示类囊体、b表示叶绿体基质、c表示线粒体，其中表示吸收氧气进行有氧呼吸、表示吸收二氧化碳进行光合作用，该图表示光合速率大于呼吸速率；丙图a点表示只有呼吸作用；ab段表示光合速率小于呼吸速率；b点表示光合速率和呼吸速率相等即光补偿点；bc段表示光合速率大于呼吸速率；图丁a、b点对应时刻分别为6点和19点，0-5只进行呼吸作用、5-6呼吸作用大于光合作用、6-19光合作用大于呼

20、吸作用、19-20呼吸作用大于光合作用和20-24（或20-5）进行呼吸作用；图中阴影部分所表示的o2白天光合作用释放量。（1）净光合速率的测定指标有单位时间内o2的释放量（光照下）或单位时间内co2的吸收量（光照下）或单位时间内有机物的积累量；（2）图乙中表示光合速率大于呼吸速率，对应图丙中的区段是b点以后；（3）图丙中曲线表示在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而增加，但超过一定的范围（光饱和点）后，光合速率不再增加，说明在ac段限制光合作用强度的因素是光照强度；若适当提高co2的浓度，暗反应增强，光合速率增大，要使光合速率=呼吸速率（b），要适当降低光照强度，b点左移；（4）为防止色素

21、被破坏，可在色素提取时加入碳酸钙；光合作用的色素中叶绿素a的含量最多，叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光；不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢，故常用纸层析法分离绿叶中的色素；（5）该植物一昼夜的o2净释放量为300mg=白天光合作用量一昼夜呼吸作用量，据图可知该植物呼吸速率为12，故24小时呼吸量为288mg，实际光合量=净光合量+呼吸量=300+288=588mg；光合作用速率最高时，光合作用每小时产生的氧气量是44+12=56mg，据光合作用反应式关系6co26o2，每小时利用co2的量是则消耗的二氧化碳的量是（56÷32）×44=7

22、7mg。5将某植物置于密闭玻璃罩内，在25恒温条件下，测定该植物对某气体的吸收量或释放量随光照强度的变化，实验结果如图所示。据图回答下列问题：（1）实验所测的气体应为_。（2）若适当增加二氧化碳浓度，则短时间内叶肉细胞内c5的含量将_。（3）植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25和30，若将温度从25提高到30时，a点将_移。（4）d点时，该植物产生氧气的量为_，叶绿体释放的氧气的去向是_。（5）光照条件下若玻璃罩内低氧高二氧化碳时，细胞内的rubisco酶催化c5与co2反应，完成光合作用；在高氧低二氧化碳情况下，该酶却催化c5与o2反应，经一系列变化后生成co2，这种植物在光下吸收o2

23、产生co2的现象称为光呼吸。由此推测，rubisco酶的存在场所为_。在北方夏季晴朗的中午，细胞内o2/co2值较高，此时有利于_（填“光呼吸”或“光合作用”）过程。【答案】（1）o2 （2）减少 （3）上 （4）v1+v2 进入线粒体和释放到外界环境中 （5）叶绿体基质 光呼吸【解析】分析曲线图：a点时只进行呼吸作用；ab段光合速率小于呼吸速率；b点为光补偿点，此时光合速率等于呼吸速率；b点之后，光合速率大于呼吸速率；d点时光合速率达到最大值。（1）光照强度为0时只有呼吸作用，吸收氧气释放二氧化碳，因此实验所测的气体应为氧气。（2）若适当增加二氧化碳浓度，生成的c3增多，则短时间内叶肉细胞内

24、c5的含量将减少。（3）植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25和30，若将温度从25提高到30时，呼吸作用加强，光合作用减弱，a点将上移。（4）d点时，该植物产生氧气的量为总光合，为v1+v2，叶绿体释放的氧气的去向是进入线粒体参与有氧呼吸和释放到外界环境中。（5）由于rubisco酶催化c5与co2反应，而c5与co2反应是暗反应，发生在叶绿体基质中；在北方夏季晴朗的中午，由于部分气孔关闭导致co2减少，o2/co2值升高，因而有利于光呼吸。6沙棘耐干旱、耐盐碱、抗风沙能力强，被广泛用于水土保持。科研人员利用“间隙光”（光照20秒、黑暗20秒交替进行）处理沙棘叶肉细胞一段时间，部分实验结果如图所示。请回答下列问题：（1）