广东高考生物真题8_真题分类 第5章 细胞的能量供应和利用高考二轮专题

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(2024河北,2,2分)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 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——过氧化氢是无机物,A错误;胃蛋白酶的最适pH为1.5,其应在酸性、低温下保存,B错误;醋酸杆菌属于原核生物,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,从草食类动物的肠道内容物中可以获得纤维素酶,D正确。
(2024广东,15,4分)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( )
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 由表可知,只有在Ay3存在时,降解酶才对褐藻酸类底物有降解能力,只有在Ce5存在时,降解酶才对纤维素类底物有降解能力,说明二者催化功能不同,二者都有时与单独存在时催化活性发生变化,说明二者可能存在相互影响,A正确;由表可知,Bi对两类底物都没有催化活性,且其与Ay3相连时,Ay3催化专一性没有发生变化,仍然只能催化褐藻酸类底物,但是催化活性发生改变,可判断与Ay3的催化专一性有关,B错误;由Ce5-Ay3-Bi-CB组和Ay3-Bi-CB组实验结果比较可知,有无Ce5的情况下,该酶对褐藻酸类底物的催化活性都没有改变,C正确;实验缺乏一组Ce5-Ay3-Bi的对比,所以无法判断该酶对纤维素类底物的催化活性是否与CB有关,D正确。
(2024·浙江1月选考·17,2分)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。
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 试管2中第②步加了HCl,使PAL失活作为对照组,此组苯丙氨酸不会消耗,B错误。
(2023广东,1,2分)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 揉捻即将茶叶揉成条状,适度揉出茶汁,这个过程会破坏细胞结构,有利于茶叶中的多酚氧化酶与茶多酚接触,A正确;温度会影响酶的活性,发酵时保持适宜的温度以维持多酚氧化酶的活性,B正确;发酵液的酸碱性会影响酶的活性,发酵时有机酸含量增加会使发酵液的pH降低,进而影响多酚氧化酶的活性,C错误;为防止过度氧化影响茶品质,可通过高温使多酚氧化酶变性失活,D正确。
(2023河北,1,2分)关于蛋白质空间结构的叙述,错误的是( )
A.淀粉酶在0 ℃时,空间结构会被破坏
B.磷酸化可能引起蛋白质空间结构的变化
C.氨基酸种类的改变可能影响蛋白质空间结构
D.载体蛋白在转运分子时,其自身构象会发生改变
答案 A 酶在0 ℃低温时空间结构不变,活性很低,A错误;ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化,使蛋白质的空间结构发生变化,B正确;氨基酸种类的改变会造成多肽链的改变,从而引起蛋白质空间结构的改变,C正确;每次转运分子时,载体蛋白都会与分子结合并发生自身构象的改变,D正确。
(2022北京,12,2分)实验操作顺序直接影响实验结果。表中实验操作顺序有误的是( )
答案 C 用双缩脲试剂检测生物组织中的蛋白质时,应先向待测液中加A液(0.1 g/mL的NaOH溶液),再加B液(0.01 g/mL的CuSO4溶液),A正确;观察黑藻叶肉细胞的细胞质流动时,常用叶绿体的运动作为标志,观察叶绿体需用高倍显微镜,故需先用低倍镜找到特定区域的黑藻叶肉细胞,再换高倍镜观察,B正确;探究温度对酶活性的影响时,底物(如淀粉溶液)和酶应分别先在预设的温度中保温一段时间再混合,保证反应从一开始就处于预设的温度,C错误;观察根尖分生区细胞有丝分裂实验的制片流程是解离→漂洗→染色(甲紫溶液或醋酸洋红液)→制片,D正确。
(2022广东,13,4分)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见表。下列分析错误的是( )
注:+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白
A.该酶的催化活性依赖于CaCl2
B.结合①、②组的相关变量分析,自变量为温度
C.该酶催化反应的最适温度70 ℃,最适pH 9
D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物
答案 C ②、③组进行对照,自变量为有无CaCl2,无CaCl2组的蛋白降解率为0,说明该酶的催化活性依赖于CaCl2,A正确;①、②进行对照,只有温度不同,则温度为自变量,70 ℃比90 ℃条件下酶活性高,②、④进行对照,自变量为pH,pH为9时酶活性高,但不能说明最适温度是70 ℃,最适pH为9,应分别缩小温度梯度、pH梯度再次进行实验以确定最适条件,B正确,C错误;要确定该酶是否能水解其他反应物,需添加自变量为底物种类的实验,D正确。
(2022浙江6月选考,10,2分)下列关于研究淀粉酶的催化作用及特性实验的叙述,正确的是( )
A.低温主要通过改变淀粉酶的氨基酸组成,导致酶变性失活
B.稀释100万倍的淀粉酶仍有催化能力,是因为酶的作用具高效性
C.淀粉酶在一定pH范围内起作用,酶活性随pH升高而不断升高
D.若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,会加快淀粉的水解速率
答案 B 低温时淀粉酶的活性降低,但低温不改变淀粉酶的氨基酸组成和空间结构,A错误;淀粉酶在一定pH范围内起作用,在小于最适pH时,酶活性随pH升高而不断升高,在最适pH时,酶活性最高,在大于最适pH时,酶活性随pH升高而不断降低,C错误;若在淀粉和淀粉酶混合液中加入蛋白酶,淀粉酶(本质为蛋白质)会被蛋白酶水解,淀粉的水解速率会降低,D错误。
易错警示 高温、过酸、过碱等能改变酶的空间结构,使酶变性失活。
(2022浙江1月选考,17,2分)用果胶酶处理草莓,可以得到比较澄清的草莓汁;而利用稀盐酸处理草莓可以制得糊状的草莓酱。果胶酶和盐酸催化果胶水解的不同点在于( )
A.两者催化果胶水解得到的产物片段长度不同
B.两者催化果胶水解得到的单糖不同
C.两者催化果胶主链水解断裂的化学键不同
D.酶催化需要最适温度,盐酸水解果胶不需要最适温度
答案 A 用果胶酶处理草莓,可以得到比较澄清的草莓汁;而利用稀盐酸处理草莓可以制得糊状的草莓酱,说明两者催化果胶水解得到的产物片段长度不同,A正确。盐酸属于无机催化剂,与果胶酶催化果胶主链水解断裂的化学键、催化果胶水解得到的单糖是相同的,B、C错误。无论是酶还是盐酸催化化学反应,反应的过程中温度达到最适温度,可以让反应更加充分,D错误。
(2022全国乙,4,6分)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)。
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 实验①结果表明在低浓度Mg2+条件下,酶P具有催化活性,A错误;实验③⑤的结果表明,不论在低浓度Mg2+还是在高浓度Mg2+条件下,蛋白质组分都无催化活性,B错误;实验④⑤的结果表明,在高浓度Mg2+条件下,酶P中的RNA组分具有催化活性,而蛋白质组分没有催化活性,C正确,D错误。
(2021浙江6月选考,16,2分)下列关于酶的特性及其影响因素相关实验的叙述,正确的是( )
A.“酶的催化效率”实验中,若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎,实验结果相同
B.“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,分别加入不同pH的缓冲液后再加入底物
C.“探究酶的专一性”实验中,设置1、2号试管的目的是检验酶液中是否混有还原糖
D.设计温度对蛋白酶活性影响的实验方案时,可选择本尼迪特试剂检测反应产物
答案 B 熟马铃薯块茎中的酶在高温条件下已经失活,无法发挥催化作用,A错误;“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中,应该先分别加入不同pH的缓冲液,再加入底物(过氧化氢溶液),B正确;“探究酶的专一性”实验中,设置1、2号试管的目的是检验底物中是否混有还原糖,C错误;本尼迪特试剂用于检测还原糖,其使用时需要热水浴加热,D错误。
(2021辽宁,6,2分)科研人员发现,运动能促进骨骼肌细胞合成FNDC5蛋白,该蛋白经蛋白酶切割,产生的有活性的片段被称为鸢尾素。鸢尾素作用于白色脂肪细胞,使细胞中线粒体增多,能量代谢加快。下列有关叙述错误的是( )
A.脂肪细胞中的脂肪可被苏丹Ⅲ染液染色
B.鸢尾素在体内的运输离不开内环境
C.蛋白酶催化了鸢尾素中肽键的形成
D.更多的线粒体利于脂肪等有机物的消耗
答案 C 脂肪细胞中的脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色,A选项正确;鸢尾素产生于骨骼肌细胞,作用于白色脂肪细胞,在细胞外,其通过内环境运输,B选项正确;FNDC5蛋白经蛋白酶切割产生有活性的片段,蛋白酶催化使肽键断裂而不是形成肽键,C选项错误;鸢尾素作用于白色脂肪细胞,使细胞中线粒体数量增多,能量代谢加快,推测更多的线粒体利于脂肪等有机物的消耗,D选项正确。
(2021湖北,2,2分)很久以前,勤劳的中国人就发明了制饴(麦芽糖)技术,这种技术在民间沿用至今。麦芽糖制作的大致过程如下图所示。
下列叙述正确的是( )
A.麦芽含有淀粉酶,不含麦芽糖
B.麦芽糖由葡萄糖和果糖结合而成
C.55~60 ℃保温可抑制该过程中细菌的生长
D.麦芽中的淀粉酶比人的唾液淀粉酶的最适温度低
答案 C 麦芽中的淀粉酶可将淀粉催化水解为麦芽糖,A错误;麦芽糖由两分子葡萄糖脱水缩合而成,B错误;55~60 ℃是麦芽中的淀粉酶的最适温度,比人的唾液淀粉酶的最适温度高,该温度可抑制细菌的生长,C正确,D错误。
(2021湖北,10,2分)采摘后的梨常温下易软化。果肉中的酚氧化酶与底物接触发生氧化反应,逐渐褐变。密封条件下4℃冷藏能延长梨的贮藏期。下列叙述错误的是( )
A.常温下鲜梨含水量大,环境温度较高,呼吸代谢旺盛,不耐贮藏
B.密封条件下,梨呼吸作用导致O2减少,CO2增多,利于保鲜
C.冷藏时,梨细胞的自由水增多,导致各种代谢活动减缓
D.低温抑制了梨的酚氧化酶活性,果肉褐变减缓
答案 C 常温下,酶活性较高,呼吸代谢旺盛,不耐贮藏,A正确;密封条件下,刚开始时,密封的环境中O2相对较多,梨进行有氧呼吸,而有氧呼吸会不断消耗O2导致O2减少,CO2增多,进而使呼吸作用受抑制,利于保鲜,B正确;冷藏时,梨细胞中的自由水相对减少,结合水相对增多,C错误;低温会抑制酶活性,导致果肉中酚氧化酶的活性降低,因而果肉褐变会减缓,D正确。
(2020浙江7月选考,10,2分)为研究酶作用的影响因素,进行了“探究pH对过氧化氢酶的影响”的活动。下列叙述错误的是( )
A.反应小室应保持在适宜水温的托盘中
B.加入各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致
C.将H2O2加到反应小室中的滤纸片上后需迅速加入pH缓冲液
D.比较各组量筒中收集的气体量可判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围
答案 C 在“探究pH对过氧化氢酶的影响”的实验中,单一变量为pH,无关变量均应相同且适宜,所以应在适宜的水温下进行该实验,且各组反应小室中含有酶的滤纸片的大小和数量应一致,A、B正确;实验操作时,不能把酶和反应物混合后再加入pH缓冲液,应将H2O2和含有酶的滤纸片分别放入相同的pH缓冲液中处理一段时间后,再将H2O2迅速加入反应小室中的含酶的滤纸片上,C错误;H2O2可在过氧化氢酶的作用下,生成H2O和O2,且酶的活性越强,O2的生成量越多,故可通过比较各组量筒中收集的O2量来判断过氧化氢酶作用的适宜pH范围,D正确。
(2019浙江4月选考,10,2分)为研究酶的特性,进行了实验,基本过程如表所示:
据此分析,下列叙述错误的是( )
A.实验的可变因素是催化剂的种类
B.可用产生气泡的速率作检测指标
C.该实验能说明酶的作用具有高效性
D.不能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验
答案 D 本题以研究酶的特性的实验过程为载体,考查运用所学知识对实验过程进行分析、获得有效解题信息并作出正确判断的能力。试题通过对实验过程的分析,体现了对科学探究素养中实验设计与结果分析要素的考查。由题意可知,该实验的可变因素是催化剂的种类,A正确;可用产生气泡的速率作检测指标,B正确;该实验通过过氧化氢酶与无机催化剂催化过氧化氢分解速率的比较,能说明酶的作用具有高效性,C正确;该实验能用鸡肝匀浆代替马铃薯匀浆进行实验,两者都含有过氧化氢酶,D错误。
(2017课标全国Ⅱ,3,6分)下列关于生物体中酶的叙述,正确的是( )
A.在细胞中,核外没有参与DNA合成的酶
B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性
C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法
D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37 ℃
答案 C 本题考查酶的相关知识。细胞质中线粒体和叶绿体内也有参与DNA合成的酶,A错误;在适宜环境下,酶在生物体内外都有催化活性,B错误;在胃蛋白酶的提取液中加入某些无机盐溶液后,可以使胃蛋白酶凝聚而从溶液中析出,C正确;唾液淀粉酶催化反应的最适温度不适合该酶的保存,应该在低温下保存,D错误。
(2017天津理综,3,6分)将A、B两种物质混合,T1时加入酶C。右下图为最适温度下A、B浓度的变化曲线。叙述错误的是( )
A.酶C降低了A生成B这一反应的活化能
B.该体系中酶促反应速率先快后慢
C.T2后B增加缓慢是酶活性降低导致的
D.适当降低反应温度,T2值增大
答案 C 本题考查酶促反应过程中酶的作用。由图示中A、B物质变化曲线知,A、B分别为反应物和生成物,酶C的作用是降低A 生成B这一反应的活化能,A 正确;随反应物浓度降低,该体系中酶促反应速率先快后慢,B正确;T2后因A浓度降低导致了反应速率下降,从而导致B浓度增加缓慢,C错误;该图为最适温度下的酶促反应曲线,若适当降低反应温度,达到反应平衡的时间会延长,T2值会增大,D正确。
规律总结 影响酶促反应速率的因素
温度、pH及底物浓度均影响酶促反应速率,其中温度、pH通过影响酶活性影响反应速率,而底物浓度对酶活性无影响,其直接影响反应速率。即影响酶活性的因素一定影响反应速率,影响反应速率的因素不一定影响酶的活性。
(2017江苏单科,17,2分)为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能,研究性学习小组进行了相关实验,结果如图。由图中实验结果能直接得出的结论是( )
A.碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强
B.不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力
C.碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同
D.加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力
答案 C 本题主要考查酶去污效能的实验设计和分析。该实验的自变量有3个:污布类型、洗衣粉类型和酶用量。根据实验设计的对照原则和单一变量原则,只有根据具有单一变量的对照实验才能直接得出结论。根据题目实验设计不能判断Y型洗衣粉对污布类型1、4的去污力,故不能得出A项结论;根据题目实验设计不能判断不同类型洗衣粉对4种污布的去污力,故不能得出B项结论;由实验设计及结果知碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同,C正确;根据题目实验设计不能判断加大酶用量对洗衣粉的去污力的影响,故不能得出D项结论。
知识总结 实验设计的原则
对照原则、单一变量原则、平行重复原则。
(2016课标全国Ⅰ,3,6分)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的实验中,下列操作顺序合理的是( )
A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量
B.加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量
D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量
答案 C 本题以测定酶活力的实验为载体,考查运用所学知识对实验步骤进行分析与评价的能力;试题通过对操作顺序的分析,体现了对科学探究素养中实验设计要素的考查。测定酶活力的实验中缓冲液可维持溶液的pH,所以缓冲液应在底物与酶混合之前加入,反应时间的测定则应在底物与酶混合之后开始,据此可判断C符合题意。
(2016江苏单科,8,2分)过氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如表。下列相关叙述正确的是( )
A.1号管为对照组,其余不都是实验组
B.2号管为对照组,其余都为实验组
C.若3号管显橙红色,无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶
D.若4号管不显橙红色,可证明白菜梗中无过氧化物酶
答案 A 3号管为实验组,1号管、2号管和4号管均为对照组,A正确,B错误;设置对照组的作用在于通过实验组和对照组对比,消除无关变量对实验结果的影响,增强实验结果的可信度,C错误;4号管中煮沸冷却后的白菜梗提取液所含的酶已变性失活,无法判断白菜梗中是否有过氧化物酶,D错误。
知识拓展 实验中的对照有四种类型:空白对照、条件对照、自身对照和相互对照。
(2015海南单科,15,2分)关于人体内激素和酶的叙述,错误的是( )
A.激素的化学本质都是蛋白质
B.酶可以降低化学反应的活化能
C.高效性是酶的重要特性之一
D.激素与靶细胞结合可影响细胞的代谢
答案 A 本题考查激素和酶的相关知识。激素的化学本质并非都是蛋白质,如性激素为固醇类,A错误;酶催化作用的实质是降低化学反应的活化能,B正确;酶具有高效性、专一性等重要特性,C正确;激素具有调节作用,激素与靶细胞结合后,可以调节靶细胞的代谢,D正确。
知识拓展 酶与激素都属于微量、高效物质。所有活细胞都能产生酶,酶有催化作用,作用前后不变;只有内分泌腺或内分泌细胞才能产生激素,激素具有调节作用,作用后被灭活。
(2015海南单科,4,2分)下列关于生物体产生的酶的叙述,错误的是 ( )
A.酶的化学本质是蛋白质或RNA
B.脲酶能够将尿素分解成氨和CO2
C.蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类
D.纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁
答案 D 绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,A正确;脲酶能够将尿素分解成氨和CO2,B正确;蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶类,C正确;细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,纤维素酶不能降解细菌细胞壁,D错误。
(2021湖北,21,13分)(13分)使酶的活性下降或丧失的物质称为酶的抑制剂。酶的抑制剂主要有两种类型:一类是可逆抑制剂(与酶可逆结合,酶的活性能恢复);另一类是不可逆抑制剂(与酶不可逆结合,酶的活性不能恢复)。已知甲、乙两种物质(能通过透析袋)对酶A的活性有抑制作用。
实验材料和用具:蒸馏水,酶A溶液,甲物质溶液,乙物质溶液,透析袋(人工合成半透膜),试管,烧杯等。
为了探究甲、乙两种物质对酶A的抑制作用类型,现提出以下实验设计思路。请完善该实验设计思路,并写出实验预期结果。
(1)实验设计思路
取 支试管(每支试管代表一个组),各加入等量的酶A溶液,再分别加入等量 ,一段时间后,测定各试管中酶的活性。然后将各试管中的溶液分别装入透析袋,放入蒸馏水中进行透析处理。透析后从透析袋中取出酶液,再测定各自的酶活性。
(2)实验预期结果与结论
若出现结果①: 。
结论①:甲、乙均为可逆抑制剂。
若出现结果②: 。
结论②:甲、乙均为不可逆抑制剂。
若出现结果③: 。
结论③:甲为可逆抑制剂,乙为不可逆抑制剂。
若出现结果④: 。
结论④:甲为不可逆抑制剂,乙为可逆抑制剂。
答案 (1)3 蒸馏水、甲物质溶液、乙物质溶液 (2)(与加入蒸馏水的对照组相比,加入甲、乙物质的实验组酶的活性降低,)透析处理后加入甲、乙物质的实验组酶的活性均恢复 透析处理后加入甲、乙物质的实验组酶的活性均不能恢复 透析处理后加入甲物质的实验组酶的活性能恢复,加入乙物质的实验组酶的活性不能恢复 透析处理后加入甲物质的实验组酶的活性不能恢复,加入乙物质的实验组酶的活性能恢复
解析 根据实验目的可确定该实验的自变量为抑制剂甲和乙,所以实验组是在酶A溶液中分别加入等量的甲物质和乙物质,对照组是在酶A溶液中加入等量的蒸馏水,共设置三组实验,需3支试管。由于甲、乙物质对酶A的活性有抑制作用,所以加入甲、乙物质后,与对照组相比,两实验组酶A的活性均降低;利用透析袋除去甲、乙物质后,根据酶A的活性是否恢复即可判断甲、乙的抑制剂类型。
(2016课标全国Ⅱ,29,10分)(10分)为了研究温度对某种酶活性的影响,设置三个实验组:A组(20 ℃)、B组(40 ℃)和C组(60 ℃),测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同),结果如图。回答下列问题:
(1)三个温度条件下,该酶活性最高的是 组。
(2)在时间t1之前,如果A组温度提高10 ℃,那么A组酶催化反应的速度会 。
(3)如果在时间t2时,向C组反应体系中增加2倍量的底物,其他条件保持不变,那么在t3时,C组产物总量 ,原因是 。
(4)生物体内酶的化学本质是 ,其特性有 (答出两点即可)。
答案 (10分)
(1)B
(2)加快
(3)不变 60 ℃条件下,t2时酶已失活,即使增加底物,反应产物总量也不会增加
(4)蛋白质或RNA 高效性和专一性
解析 本题考查温度对酶活性影响实验的相关知识。(1)由图可见,在O~t1范围内,B组产物浓度最高,且曲线的切线斜率最大,可知B组酶活性最高。(2)由图可知,在时间t1之前,温度从20 ℃提高到40 ℃,酶促反应速度加快,所以,A组提高10 ℃后,酶催化反应的速度加快。(3)据图可知,C组在t2时,产物浓度远低于A、B两组,说明反应物并没完全反应完毕,而且t2前后产物浓度不变,说明酶已完全失活,因此,t2时增加底物量,产物不再增加。(4)绝大多数酶的化学本质是蛋白质,少数酶是RNA。酶的特性有:高效性、专一性、作用条件较温和等。
(2015重庆理综,10,14分)(14分)小麦的穗发芽影响其产量和品质。某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系,进行了如下实验。
(1)取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子,分别加蒸馏水研磨、制成提取液(去淀粉),并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下:
注:“+”数目越多表示蓝色越深
步骤①中加入的C是 ,步骤②中加缓冲液的目的是 。显色结果表明:淀粉酶活性较低的品种是 ;据此推测:淀粉酶活性越低,穗发芽率越 。若步骤③中的淀粉溶液浓度适当减小,为保持显色结果不变,则保温时间应 。
(2)小麦淀粉酶包括α-淀粉酶和β-淀粉酶,为进一步探究其活性在穗发芽率差异中的作用,设计了如下实验方案:
X处理的作用是使 。若Ⅰ中两管显色结果无明显差异,且Ⅱ中的显色结果为红粒管颜色显著 白粒管(填“深于”或“浅于”),则表明α-淀粉酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因。
答案 (14分)(1)0.5 mL蒸馏水 控制pH 红粒小麦 低 缩短
(2)β-淀粉酶失活 深于
解析 (1)对照管应加入等量蒸馏水,步骤②中加入缓冲液的目的是维持正常的pH,防止溶液pH变化对实验结果造成影响。红粒管中蓝色较白粒管深,说明红粒管中淀粉含量高,据此推测出红粒小麦淀粉酶活性较低是导致红粒小麦发芽率低的原因。若反应物淀粉浓度适当减小,可通过缩短反应时间的方法得到与改变前相同的显色结果。(2)要探究α-淀粉酶和β-淀粉酶活性在穗发芽率差异中的作用,需对比红、白粒小麦中的α-淀粉酶和β-淀粉酶单独作用时的效果,即分别对α-淀粉酶、β-淀粉酶进行灭活处理,若α-淀粉酶活性是引起这两种小麦穗发芽率差异的主要原因,则只有α-淀粉酶作用的Ⅱ管表现为红粒管颜色显著深于白粒管。
(2015浙江理综,31,12分)现有一种细菌M,能够合成某种酶,并能分泌到细胞外。为了研究其培养时间与细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度的变化关系,请根据以下提供的实验材料写出实验思路,并预测实验结果。
实验材料:若干个培养瓶、培养液、细菌M
(要求与说明:实验仅设一组;实验仪器、试剂、用具及操作不作具体要求;实验条件适宜)
请回答:
(1)实验思路:
①
(2)预测实验结果(设计一个坐标系,并绘制预测的细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度的变化曲线):
(3)测定总酶浓度时,应对细胞做 处理。
答案 (12分)(1)①取细菌M,稀释后,分别等量接种于若干个含等量培养液的培养瓶中。
②取其中的培养瓶,分别测定细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度,并记录。
③在培养过程中,每隔一段时间,重复②。
④对所得实验数据进行分析与处理。
(2)
(3)破碎
解析 (1)要研究培养时间与细菌M细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度的关系,需分组培养细菌M,定时取样检测细菌细胞数、细胞外酶浓度和总酶浓度。因总酶包括胞内酶和胞外酶,故测定总酶浓度时需破碎细胞。曲线绘制时注意胞外酶曲线起点为0,培养初期细菌个体数较少,故总酶量也很低。
第2节 细胞的能量“货币”ATP
(2023浙江6月选考,7,2分)为探究酶的催化效率,某同学采用如图所示装置进行实验,实验分组、处理及结果如表所示。
下列叙述错误的是( )
A.H2O2分解生成O2导致压强改变
B.从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时
C.250 s时Ⅰ组和Ⅲ组反应已结束而Ⅱ组仍在进行
D.实验结果说明酶的催化作用具有高效性
答案 C 根据表格分析可知,250 s时Ⅰ组的压强不再变化,原因是酶已将底物耗尽,反应结束,而Ⅲ组的压强不再变化,原因是该组H2O2分解速率十分缓慢,但是反应仍在进行,C错误;与Ⅱ组(无机催化剂组)相比,Ⅰ组反应更快,酶的催化效果更好,说明酶具有高效性,D正确。
(2023浙江1月选考,8,2分)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 该同学两次操作的差异是第一次未加底物,第二次加了过量底物,即该同学研究的因素(题述实验的自变量)是底物,B正确。
(2022重庆,7,2分)植物蛋白酶M和L能使肉类蛋白质部分水解,可用于制作肉类嫩化剂。某实验小组测定并计算了两种酶在37 ℃、不同pH下的相对活性,结果见表。下列叙述最合理的是( )
A.在37 ℃时,两种酶的最适pH均为5
B.在37 ℃长时间放置后,两种酶的活性不变
C.从37 ℃上升至95 ℃,两种酶在pH为5时仍有较高活性
D.在37 ℃、pH为3~11时,M更适于制作肉类嫩化剂
答案 D 在37 ℃时,pH 5~9均为酶M的最适pH,酶L的最适pH为5左右,A错误;在37 ℃长时间放置后,两种酶的活性可能会降低,B错误;酶需要在适宜的温度条件下发挥作用,高温会使酶变性失活,C错误;在37 ℃、pH为3~11时,酶M的相对活性一般较高,更适于制作肉类嫩化剂,D正确。
(2022浙江1月选考,3,2分)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
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 1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成的,A错误;ATP分子的结构可以简写成A—P~P~P,磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键,即高能磷酸键,磷酸基团与核糖相连接的化学键为普通化学键,B错误;ATP的水解与合成由不同的酶催化,C错误;吸能反应一般与ATP的分解相联系,放能反应一般与ATP的合成相联系,故D正确。
(2021北京,1,2分)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 ATP的全称是腺苷三磷酸,含有C、H、O、N、P,A正确;ATP合成所需的能量主要来自细胞呼吸和光合作用,其中细胞呼吸又包括有氧呼吸和无氧呼吸,所以无氧条件下也能产生ATP,B错误;胞内合成ATP需要ATP合成酶的催化,C正确;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,可以直接为细胞提供能量,D正确。
(2018浙江4月选考,10,2分)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个高能磷酸键不易断裂水解
答案 C 本题以ATP是细胞中的能量通货为载体,考查对ATP相关知识的理解能力;试题通过对ATP的结构及ATP合成与水解的分析,体现了对生命观念素养中的结构与功能观、物质与能量观等要素的考查。细胞中ATP中的能量可来自细胞呼吸释放的能量,也可来自光能,A错误;ATP—ADP循环使细胞中ATP的量相对稳定,B错误;ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团,C正确;ATP分子中有2个高能磷酸键,远离A的高能磷酸键易断裂水解,也容易生成,D错误。
(2017海南单科,5,2分)关于生物体内能量代谢的叙述,正确的是( )
A.淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成
B.人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化
C.叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程
D.硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量
答案 C 淀粉的水解在消化道内进行,该过程中会释放能量,但消化道内不存在ATP合成酶,无法生成ATP,A错误;人体生命活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化,B错误;暗反应合成葡萄糖的过程需要光反应提供的能量,C正确;硝化细菌需要的能量主要来自其将氨氧化成硝酸的过程,D错误。
易错警示 淀粉、蛋白质、脂肪等的水解都可以释放能量,该过程中如果存在ATP合成酶,则可形成ATP,否则都以热能的形式散失。
(2016北京理综,2,6分)葡萄酒酿制期间,酵母细胞内由ADP转化为ATP的过程( )
A.在无氧条件下不能进行 B.只能在线粒体中进行
C.不需要能量的输入 D.需要酶的催化
答案 D 酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2,在无氧呼吸的第一阶段生成ATP,A错误;无氧呼吸在酵母菌的细胞质基质中进行,B错误;ADP转化成ATP需要能量的输入和ATP合成酶的催化,C错误,D正确。
第3节 细胞呼吸的方式
(2024江苏,6,2分)图中①~③表示一种细胞器的部分结构。下列相关叙述错误的是( )

A.该细胞器既产生ATP也消耗ATP
B.①②分布的蛋白质有所不同
C.有氧呼吸第一个阶段发生在③
D.②、③分别是消耗O2、产生CO2的场所
答案 C 线粒体是有氧呼吸的主要场所,可以分解有机物产生ATP,同时在线粒体内部有很多消耗ATP的反应,如合成蛋白质等,A正确;线粒体外膜(①)和内膜(②)功能不同,因此分布的蛋白质有所不同,B正确;有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质,③是线粒体基质,C错误;②是线粒体内膜,该场所发生的反应是[H]+O2H2O+大量能量,③是线粒体基质,在该场所发生的反应是丙酮酸+H2OCO2+[H]+少量能量,D正确。
(2024广东,5,2分)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株Δsqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是( )
A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸
B.线粒体数量减少使Δsqr的有氧呼吸减弱
C.有氧条件下,WT比Δsqr的生长速度快
D.无氧条件下,WT比Δsqr产生更多的ATP
答案 D 线粒体碎片化后,线粒体的内外膜间隙和基质间无法正常建立H+浓度梯度,故无法正常进行有氧呼吸,A正确;线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,故线粒体数量减少可使有氧呼吸减弱,B正确;有氧条件下细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体,Δsqr线粒体碎片化且数量减少,其有氧呼吸强度比WT低,因此生长速度比WT慢,C正确;无氧条件下,WT和Δsqr均进行无氧呼吸,无氧呼吸的场所是细胞质基质,两者产生ATP的量应基本相同,D错误。
(2024山东,2,2分)心肌损伤诱导某种巨噬细胞吞噬、清除死亡的细胞,随后该巨噬细胞线粒体中NAD+浓度降低,生成NADH的速率减小,引起有机酸ITA的生成增加。ITA可被细胞膜上的载体蛋白L转运到细胞外。下列说法错误的是( )
A.细胞呼吸为巨噬细胞吞噬死亡细胞的过程提供能量
B.转运ITA时,载体蛋白L的构象会发生改变
C.该巨噬细胞清除死亡细胞后,有氧呼吸产生CO2的速率增大
D.被吞噬的死亡细胞可由巨噬细胞的溶酶体分解
答案 C 巨噬细胞吞噬死亡细胞的方式为胞吞,需要能量,细胞呼吸能为这一过程提供能量,A正确;载体蛋白每次转运时都会发生自身构象的改变,B正确;在线粒体基质中发生的有氧呼吸第二阶段,丙酮酸和水彻底分解产生NADH和CO2,根据题干信息知,巨噬细胞吞噬死亡细胞后,巨噬细胞线粒体中NAD+浓度降低,生成NADH的速率减小,所以产生CO2的速率也会减小,C错误;溶酶体是细胞的“消化车间”,含有多种水解酶,被吞噬的死亡细胞可由巨噬细胞的溶酶体分解,D正确。
(2023重庆,10,3分)哺乳动物可利用食物中的NAM或NA合成NAD+,进而转化为NADH([H])。研究者以小鼠为模型,探究了哺乳动物与肠道菌群之间NAD+代谢的关系,如图所示。下列叙述错误的是( )
A.静脉注射标记的NA,肠腔内会出现标记的NAM
B.静脉注射标记的NAM,细胞质基质会出现标记的NADH
C.食物中缺乏NAM时,组织细胞仍可用NAM合成NAD+
D.肠道中的厌氧菌合成ATP所需的能量主要来自NADH
答案 D由图知,静脉注射标记的NA,被组织细胞吸收后合成NAD+,进而转化为NAM,NAM经过血液可进入肠腔,A正确;静脉注射标记的NAM,进入组织细胞内合成NAD+,进而转化为NADH,故细胞质基质会出现标记的NADH,B正确;食物中缺乏NAM时,肠腔内肠道菌可利用NA合成NAD+,NAD+转化成NAM可进入组织细胞合成NAD+,C正确;肠道中的厌氧菌合成ATP所需的能量主要来自细胞呼吸(无氧呼吸),D错误。
(2023山东,4,2分)水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径,延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是( )
A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足
D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
答案 B 题干中“玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累”,说明H+进入液泡是消耗能量的主动运输,为逆浓度梯度转运,可推知液泡内H+浓度较细胞质基质高,pH较低,A错误;玉米根细胞进行有氧呼吸或产生酒精的无氧呼吸均有CO2产生,B正确;无氧呼吸只有第一阶段生成ATP,产酒精和产乳酸的无氧呼吸第一阶段的过程相同,生成等量的ATP,C错误;细胞将无氧呼吸过程中丙酮酸产乳酸途径转换为产酒精途径可减少乳酸的产生以缓解酸中毒,D错误。
(2023浙江1月选考,16,2分)为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄
糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是 ( )
Ａ.酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量
Ｂ.酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量
Ｃ.可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标
Ｄ.不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等
答案 Ｃ 探究酵母菌的细胞呼吸方式实验中，有无O2是实验的自变量，酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度皆属于无关变，Ａ、Ｂ错误；可用酒精和CO2的生成量作为实验因变量的检测指标，Ｃ正确；消耗等量的葡萄糖有(需)氧呼吸比无(厌)氧呼吸释放的能量多，Ｄ 错误。
(2023广东,7,2分)在游泳过程中,参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是( )
A.还原型辅酶Ⅰ B.丙酮酸
C.氧化型辅酶Ⅰ D.二氧化碳
答案 A 人在游泳过程中主要进行有氧呼吸,在线粒体内膜上进行的是有氧呼吸的第三阶段,此阶段中[H]与氧结合形成水,同时释放大量能量,[H]指的是还原型辅酶Ⅰ(NADH),氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)为产物,B、C、D错误,A正确。
(2022重庆,12,2分)从图中选取装置,用于探究酵母菌细胞呼吸方式,正确的组合是( )
注:箭头表示气流方向
A.⑤→⑧→⑦和⑥→③
B.⑧→①→③和②→③
C.⑤→⑧→③和④→⑦
D.⑧→⑤→③和⑥→⑦
答案 B 探究酵母菌细胞能进行有氧呼吸时(有CO2生成),为防止空气中的CO2影响实验结果,空气通往酵母菌培养液前需先通过NaOH溶液,以除去其中的CO2,将该气体通入酵母菌培养液,再用澄清石灰水对酵母菌培养液中的CO2产生情况进行检测,酵母菌培养液中的通气管应“长进短出”;探究酵母菌细胞能进行无氧呼吸时(也有CO2生成),将酵母菌培养液直接与澄清石灰水相连,可用装置②设置无氧条件(装置②应封口放置一段时间,使酵母菌消耗尽瓶中的O2;⑥中培养液过多,易溢出,排除),再与③相连,检测CO2产生情况,B正确。
(2022广东,10,2分)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5% TTC溶液中,30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是( )
A.该反应需要在光下进行
B.TTF可在细胞质基质中生成
C.TTF生成量与保温时间无关
D.不能用红色深浅判断种子活力高低
答案 B TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成红色的TTF,种子仅可通过细胞呼吸产生[H],所以该反应不需要在光下进行,A错误;有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质,该阶段有[H]的产生,故TTF可以在细胞质基质中生成,B正确;一定范围内,保温时间越长,产生的[H]越多,TTF生成越多,C错误;种子活力越高,细胞呼吸越旺盛,产生的[H]越多,红色越深,所以可以用红色深浅判断种子活力高低,D错误。
(2022湖南,7,2分)“清明时节雨纷纷,路上行人欲断魂。借问酒家何处有,牧童遥指杏花村。”徜徉古诗意境,思考科学问题。下列观点错误的是( )
A.纷纷细雨能为杏树开花提供必需的水分
B.杏树开花体现了植物生长发育的季节周期性
C.花开花落与细胞生长和细胞凋亡相关联
D.“杏花村酒”的酿制,酵母菌只进行无氧呼吸
答案 D 酿酒初期,酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,缺氧后,酵母菌进行无氧呼吸产生酒精,D错误。
(2022浙江6月选考,12,2分)下列关于细胞呼吸的叙述,错误的是( )
A.人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B.制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2
C.梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D.酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
答案 B 人体在剧烈运动时骨骼肌细胞会进行产乳酸的厌(无)氧呼吸,产生较多的乳酸,A正确;乳酸菌厌氧呼吸的中间产物包括丙酮酸,终产物包括乳酸,但乳酸菌厌氧呼吸不产生CO2,B错误;梨果肉细胞厌氧呼吸产生酒精和CO2,释放的能量大部分以热能形式散失,少部分用于合成ATP,C正确;在有O2的条件下,酵母菌的厌氧呼吸受到抑制,乙醇的生成量减少,D正确。
(2022全国甲,4,6分)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现,经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述,错误的是( )
A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与
D.线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
答案 C 有氧呼吸的全过程分为三个阶段,分别在细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜上进行,这三个阶段都能释放能量,产生ATP,A正确;在线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段的反应,则线粒体内膜上的酶可以催化前两个阶段产生的[H]和氧反应形成水,B正确;丙酮酸分解成CO2和[H]属于有氧呼吸第二阶段,在线粒体基质中进行,这一阶段不需要O2直接参与,C错误;线粒体为半自主性细胞器,其中含有DNA和核糖体,故线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成,D正确。
易错警示 线粒体、叶绿体中含有DNA、RNA和核糖体,可进行DNA的复制、转录和翻译过程,线粒体、叶绿体DNA上的基因可以指导蛋白质的合成。
(2022山东,4,2分)植物细胞内10%~25%的葡萄糖经过一系列反应,产生NADPH、CO2和多种中间产物,该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是( )
A.磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B.与有氧呼吸相比,葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C.正常生理条件下,利用14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物的生成
D.受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
答案 C 有氧呼吸产生的NADH是还原型辅酶Ⅰ,磷酸戊糖途径产生的NADPH是还原型辅酶Ⅱ,A正确;有氧呼吸可将葡萄糖彻底氧化分解并释放大量能量,而磷酸戊糖途径对葡萄糖的分解不彻底,释放的能量较少,B正确;葡萄糖经磷酸戊糖途径产生NADPH的过程中不伴随碳原子的转移,故产物NADPH中不含葡萄糖分子中的14C,C错误;受伤组织修复过程伴随着细胞增殖,需要核苷酸和氨基酸等原料,而磷酸戊糖途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等,D正确。
(2022江苏,15,3分)(多选)如图为生命体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述正确的有( )
A.三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2,并消耗O2
B.生物通过代谢中间物,将物质的分解代谢与合成代谢相互联系
C.乙酰CA在代谢途径中具有重要地位
D.物质氧化时释放的能量都储存于ATP
答案 BC 由图可知,三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的[H]和CO2,但不消耗O2,呼吸链会消耗O2,A错误;由图可知,生物通过代谢中间物(如丙酮酸、乙酰CA等),将物质的分解代谢与合成代谢相互联系,B正确;葡萄糖经糖酵解(细胞呼吸第一阶段)产生丙酮酸,丙酮酸需转变成乙酰CA才能参与三羧酸循环,氨基酸、脂肪酸转变成乙酰CA能参与三羧酸循环,可见乙酰CA在代谢途径中具有重要地位,C正确;物质氧化时释放的能量只有少部分储存于ATP,大部分都以热能的形式散失,D错误。
(2022河北,4,2分)关于呼吸作用的叙述,正确的是( )
A.酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝水溶液变黄的气体
B.种子萌发时需要有氧呼吸为新器官的发育提供原料和能量
C.有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中
D.通气培养的酵母菌液过滤后,滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后变为灰绿色
答案 B 酵母菌无氧呼吸可产生二氧化碳,二氧化碳可使溴麝香草酚蓝(水)溶液由蓝变绿再变黄,A错误;种子萌发时种子中的有机物经有氧呼吸氧化分解,为新器官的发育提供原料(如产物水可参与细胞内的生物化学反应)和能量,B正确;有机物彻底分解、产生大量ATP的过程是有氧呼吸第三阶段,发生在线粒体内膜上,C错误;通气培养时酵母菌进行有氧呼吸,不产生酒精,酵母菌液过滤后的滤液加入重铬酸钾浓硫酸溶液后不会变为灰绿色,D错误。
(2022北京,3,2分)在北京冬奥会的感召下,一队初学者进行了3个月高山滑雪集训,成绩显著提高,而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度,结果如图。与集训前相比,滑雪过程中受训者在单位时间内( )
A.消耗的ATP不变
B.无氧呼吸增强
C.所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多
D.骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多
答案 B 根据题中信息“单位时间的摄氧量均无明显变化”可知,受训者有氧呼吸产生的ATP基本不变,根据柱形图可知,受训者集训后血浆中乳酸浓度比集训前显著增多,说明无氧呼吸增强,受训者无氧呼吸产生的ATP增多,故受训者消耗的ATP总量增多,A、C错误,B正确;消耗等量的葡萄糖,有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸,滑雪过程中受训者单位时间内无氧呼吸增强,故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少,D错误。
(2022北京,14,2分)有氧呼吸会产生少量超氧化物,超氧化物积累会氧化生物分子引发细胞损伤。将生理指标接近的青年志愿者按吸烟与否分为两组,在相同条件下进行体力消耗测试,受试者血浆中蛋白质被超氧化物氧化生成的产物量如图。基于此结果,下列说法正确的是( )
A.超氧化物主要在血浆中产生
B.烟草中的尼古丁导致超氧化物含量增加
C.与不吸烟者比,蛋白质能为吸烟者提供更多能量
D.本实验为“吸烟有害健康”提供了证据
答案 D 有氧呼吸会产生少量超氧化物,有氧呼吸发生在细胞内,A错误;实验结果说明吸烟可能导致超氧化物含量增加,但不能证明是尼古丁的作用,B错误;蛋白质一般不作为能源物质,C错误;实验数据显示,吸烟组产生的可引发细胞损伤的超氧化物量远高于不吸烟组,这说明“吸烟有害健康”,D正确。
(2022浙江1月选考,6,2分)线粒体结构模式如图所示,下列叙述错误的是( )
A.结构1和2中的蛋白质种类不同
B.结构3增大了线粒体内膜的表面积
C.厌氧呼吸生成乳酸的过程发生在结构4中
D.电子传递链阻断剂会影响结构2中水的形成
答案 C 厌氧呼吸生成乳酸的过程发生在细胞溶胶中,而图中结构4表示线粒体基质,C错误。
(2022海南,10,3分)种子萌发过程中,储藏的淀粉、蛋白质等物质在酶的催化下生成简单有机物,为新器官的生长和呼吸作用提供原料。下列有关叙述错误的是( )
A.种子的萌发受水分、温度和氧气等因素的影响
B.种子萌发过程中呼吸作用增强,储藏的有机物的量减少
C.干燥条件下种子不萌发,主要是因为种子中的酶因缺水而变性失活
D.种子子叶切片用苏丹Ⅲ染色后,显微镜下观察到橘黄色颗粒,说明该种子含有脂肪
答案 C 种子的萌发需要水分,温度会影响种子代谢所需酶的活性,氧气会影响种子的有氧呼吸,A正确;种子萌发过程中呼吸作用增强,消耗的有机物的量增多,储藏的有机物的量减少,B正确;可导致酶变性失活的因素有高温、强酸、强碱等,缺水会使酶的活性受抑制,但不会使其变性失活,C错误;脂肪能被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色,D正确。
(2021北京,9,2分)在有或无机械助力两种情形下,从事家务劳动和日常运动时人体平均能量消耗如图。对图中结果叙述错误的是( )
A.走路上学比手洗衣服在单位时间内耗能更多
B.葡萄糖是图中各种活动的重要能量来源
C.爬楼梯时消耗的能量不是全部用于肌肉收缩
D.借助机械减少人体能量消耗就能缓解温室效应
答案 D 走路上学的能量消耗约为3.5 kcal·min-1,手洗衣服的能量消耗约为2.1 kcal·min-1,走路上学比手洗衣服在单位时间内耗能更多,A正确;葡萄糖是细胞生命活动的主要能源,B正确;爬楼梯时消耗的能量除了用于肌肉收缩,还会以热能形式散失,C正确;借助机械减少人体能量消耗不一定能缓解温室效应,因为温室效应的成因主要是煤、石油和天然气的大量燃烧,使大气中的CO2大量增加,D错误。
(2021河北,14,3分)《齐民要术》中记载了利用荫坑贮存葡萄的方法(如图)。目前我国果蔬主产区普遍使用大型封闭式气调冷藏库(充入氮气替换部分空气),延长了果蔬保鲜时间、增加了农民收益。下列叙述正确的是( )
A.荫坑和气调冷藏库环境减缓了果蔬中营养成分和风味物质的分解
B.荫坑和气调冷藏库贮存的果蔬,有氧呼吸中不需要氧气参与的第一、二阶段正常进行,第三阶段受到抑制
C.气调冷藏库中的低温可以降低细胞质基质和线粒体中酶的活性
D.气调冷藏库配备的气体过滤装置及时清除乙烯,可延长果蔬保鲜时间
答案 ACD 荫坑和气调冷藏库可通过低氧等条件有效降低细胞呼吸,从而减缓果蔬中营养成分和风味物质的分解,A正确;有氧条件下丙酮酸才能进入线粒体进一步分解,故缺氧条件下有氧呼吸第二、三阶段均受到抑制,B错误;低温可降低细胞质基质和线粒体中与呼吸作用有关的酶的活性,从而减少有机物的消耗,C正确;乙烯具有催熟作用,不利于果蔬的贮存,故及时清除乙烯,可延长果蔬保鲜时间,D正确。
(2021湖南,12,2分)下列有关细胞呼吸原理应用的叙述,错误的是( )
A.南方稻区早稻浸种后催芽过程中,常用40 ℃左右温水淋种并时常翻种,可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B.农作物种子入库贮藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,贮藏寿命显著延长
C.油料作物种子播种时宜浅播,原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以减少水分散失、降低呼吸速率,起到保鲜作用
答案 B 根据题意,40 ℃左右温水淋种,是为了提供水分和适宜的温度;时常翻种是为了提供氧气;水分、适宜的温度和氧气都可以促进种子的呼吸作用,A正确。贮藏种子的条件是零上低温、低氧、干燥,无氧条件下种子无氧呼吸旺盛,产物酒精的积累容易使种子腐烂,贮藏寿命缩短,B错误。油料作物种子中脂肪较多,相对于糖类而言,脂肪分子中H的比例高,而O的比例低,单位质量的脂肪氧化分解时消耗的氧气更多,因此播种时适宜浅播,C正确。水果保鲜时,利用塑料袋密封保存,可隔绝氧气,降低呼吸速率,同时减少水分散失,起到保鲜作用,D正确。
(2021广东,9,2分)秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(图2)。下列叙述正确的是( )
图2
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
答案 D 若培养开始时就加入重铬酸钾会影响酵母菌的生存,故应在反应结束后加入,且重铬酸钾在酸性条件下才能与乙醇发生化学反应,A错误;二氧化碳可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,B错误;甲基绿与DNA的亲和力较强,故用甲基绿染色可以观察DNA的分布,而观察线粒体的分布应该用健那绿染液,被染色的线粒体呈现蓝绿色,C错误;纤维素水解液中的葡萄糖含量是一定的,故乙醇的最大产量也是一定的,增加酵母菌的数量只能加快乙醇产生的速率,D正确。
(2021浙江6月选考,10,2分)需氧呼吸必须有氧的参加,此过程中氧的作用是( )
A.在细胞溶胶中,参与糖酵解过程
B.与丙酮酸反应,生成CO2
C.进入柠檬酸循环,形成少量ATP
D.电子传递链中,接受氢和电子生成H2O答案 D 糖酵解发生的场所是细胞溶胶,产物为丙酮酸、[H]和少量ATP,氧不参与糖酵解过程,A错误;需氧呼吸第二阶段中,丙酮酸可在线粒体基质中和嵴上进行柠檬酸循环,生成CO2、[H]和少量ATP,该阶段不需要氧的参与,B、C错误;需氧呼吸第三阶段(电子传递链)发生在线粒体内膜上,O2接受氢和电子生成H2O,同时释放出大量的能量,合成大量的ATP,D正确。
(2021浙江1月选考,11,2分)苹果果实成熟到一定程度,呼吸作用突然增强,然后又突然减弱,这种现象称为呼吸跃变,呼吸跃变标志着果实进入衰老阶段。下列叙述正确的是( )
A.呼吸作用增强,果实内乳酸含量上升
B.呼吸作用减弱,糖酵解产生的CO2减少
C.用乙烯合成抑制剂处理,可延缓呼吸跃变现象的出现
D.果实贮藏在低温条件下,可使呼吸跃变提前发生
答案 C 苹果果实细胞在呼吸作用过程中不产生乳酸,其厌氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳,A错误;糖酵解是指1个葡萄糖分子转变为2个丙酮酸分子的过程,该过程中不产生CO2,B错误;乙烯促进果实成熟,果实成熟到一定阶段会出现呼吸跃变现象,因此用乙烯合成抑制剂处理,可延缓呼吸跃变现象的出现,C正确;果实贮藏在低温条件下,能抑制相关酶的活性,从而延缓呼吸跃变现象的出现,D错误。
(2021全国甲,2,6分)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验,不可能得到的结果是( )
A.该菌在有氧条件下能够繁殖
B.该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C.该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D.该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
答案 B 酵母菌是兼性厌氧菌,在有氧和无氧条件下都能生存,其在有氧的条件下分解有机物释放能量多,可以增殖,在无氧的条件下发酵产生酒精,A、C不符合题意;酵母菌无氧呼吸的第一阶段会产生[H]和丙酮酸,B符合题意;酵母菌有氧呼吸的产物为CO2和H2O,无氧呼吸的产物为CO2和酒精,即酵母菌有氧与无氧呼吸都有CO2产生,D不符合题意。
(2020课标全国Ⅰ,2,6分)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖,下列关于种子呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸
B.若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放
D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
答案 D 以葡萄糖为呼吸作用的底物时,有氧呼吸过程会产生CO2,不产生乙醇;只进行产乙醇的无氧呼吸过程中,消耗1分子的葡萄糖会产生2分子的CO2和2分子的乙醇,A正确。若细胞只进行有氧呼吸,消耗1分子葡萄糖的同时会消耗6分子O2,产生6分子CO2,即吸收O2的分子数与释放CO2的相等,B正确。若细胞只进行产生乳酸的无氧呼吸,则消耗1分子葡萄糖只产生2分子的乳酸,此过程中无O2吸收,也无CO2释放,C正确。若细胞同时进行有氧呼吸和产生乙醇的无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的少;若细胞同时进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸,则吸收O2的分子数等于释放CO2的分子数,D错误。
(2020山东,2,2分)癌细胞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,这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是 ( )
A.“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖
B.癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATP
C.癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用
D.消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
答案 B 癌细胞主要进行无氧呼吸,无氧呼吸产生的ATP较少,对于能量需求量大的癌细胞而言,需要大量吸收葡萄糖,A正确;无氧呼吸第一阶段会产生少量ATP,而第二阶段丙酮酸转化为乳酸的过程中不生成ATP,B错误;癌细胞主要进行无氧呼吸,因此其呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用,C正确;癌细胞主要在无氧呼吸第一阶段产生NADH,正常细胞在有氧呼吸第一、二阶段产生NADH,因此消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少,D正确。
(2020浙江7月选考,6,2分)下列关于细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸的叙述,正确的是( )
A.细胞的厌氧呼吸产生的ATP比需氧呼吸的多
B.细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体嵴上进行
C.细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸过程中都会产生丙酮酸
D.若适当提高苹果果实贮藏环境中的O2浓度会增加酒精的生成量
答案 C 细胞的厌(无)氧呼吸由于有机物分解不彻底,释放少量能量,因此生成少量的ATP,而细胞的需(有)氧呼吸彻底分解有机物,释放大量能量,生成较多的ATP,A错误;细胞的厌(无)氧呼吸仅在细胞溶胶(细胞质基质)中进行,线粒体是进行需(有)氧呼吸的主要场所,B错误;细胞的需(有)氧呼吸与厌(无)氧呼吸过程中第一阶段完全相同,都会产生丙酮酸,C正确;酒精是苹果细胞厌(无)氧呼吸的产物,若适当提高苹果果实贮藏环境中的O2浓度可抑制其厌(无)氧呼吸,减少酒精的生成量,D错误。
(2019课标全国Ⅱ,2,6分)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味,这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是( )
A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
答案 B 本题以细胞呼吸相关知识为载体,考查运用所学知识和观点,解释某些生物学问题的能力;试题以马铃薯变酸为背景,体现了对生命观念素养中的结构与功能观的考查。马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸,A错误;其无氧呼吸第一阶段产生[H]和丙酮酸,并释放少量能量合成少量ATP,第二阶段[H]把丙酮酸转化为乳酸,B正确,C错误;氧气浓度升高,对无氧呼吸的抑制作用增强,所以乳酸产生量减少、酸味产生减弱,D错误。
(2019浙江4月选考,27,2分)生物利用的能源物质主要是糖类和油脂,油脂的氧原子含量较糖类中的少而氢的含量多。可用一定时间内生物产生CO2的摩尔数与消耗O2的摩尔数的比值来大致推测细胞呼吸底物的种类。下列叙述错误的是( )
A.将果蔬储藏于充满氮气的密闭容器中,上述比值低于1
B.严重的糖尿病患者与其正常时相比,上述比值会降低
C.富含油脂的种子在萌发初期,上述比值低于1
D.某动物以草为食,推测上述比值接近1
答案 A 本题考查糖类、油脂的氧化分解,考查考生根据题干信息进行分析、判断、推理的能力。题干中的“油脂的氧原子含量较糖类中的少而氢的含量多”是推理本题的关键信息,考生需要具备科学思维素养中的演绎与推理要素才能正确解答本题。将果蔬储藏于充满氮气的密闭容器中,进行厌氧呼吸,一定时间内果蔬产生CO2的物质的量大于消耗O2的物质的量,A错误;严重的糖尿病患者糖代谢异常,与其正常时相比,严重的糖尿病患者更多地代谢油脂,油脂代谢需要消耗较多的氧气而释放较少的二氧化碳,因此题述比值会降低,B正确;富含油脂的种子在萌发初期,消耗较多的氧气释放较少的二氧化碳,题述比值低于1,C正确;某动物以草为食,摄入的多为纤维素(属于糖类),该动物以糖类代谢为主,推测题述比值接近1,D正确。
(2018课标全国Ⅲ,5,6分)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述,错误的是( )
A.植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B.食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C.有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D.植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
答案 C 本题主要考查细胞呼吸、光合作用和生态系统的能量流动的相关知识,考查了考生的识记、判断正误的能力。试题通过基础判断的形式考查了生命观念中的物质与能量观。影响植物细胞呼吸方式的主要因素是O2含量,细胞呼吸方式与光照强度无关,黑暗状态下植物可进行有氧呼吸,也可进行无氧呼吸,A正确;能量在食物链上传递的过程中,有一部分能量通过呼吸作用以热能的形式散失,B正确;有氧呼吸的产物是CO2和水,无氧呼吸的产物是CO2和乙醇或乳酸,C错误;植物在光合作用的光反应阶段有ATP合成,有氧呼吸的三个阶段和无氧呼吸的第一阶段均有ATP合成,D正确。
(2018天津理综,5,6分)为探究酵母菌的呼吸方式,在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中,加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液,密封后在最适温度下培养。培养液中的O2和CO2相对含量变化见图。有关分析错误的是( )
A.t1→t2,酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B.t3时,培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C.若降低10 ℃培养,O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D.实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
答案 C 本题主要考查酵母菌呼吸方式的相关知识,考查考生依据题干信息,正确分析曲线各段含义的能力。对培养液中的O2和CO2相对含量变化曲线的分析属于对科学思维素养中演绎与推理要素的考查。由题图可知,t1→t2,培养液中O2的下降速率变慢,说明O2的消耗速率降低,有氧呼吸速率不断下降,A正确;t1→t3,酵母菌产生CO2的速率基本不变,此时间段内,有氧呼吸强度逐渐减弱,无氧呼吸强度逐渐增强,所以在单位时间内要产生等量CO2,无氧呼吸需消耗更多的葡萄糖,B正确;由题干信息可知,酵母菌在最适温度下培养,若降低10 ℃培养,则会使酶的活性降低,从而引起酵母菌有氧呼吸速率变慢,致使培养液中O2相对含量达到稳定所需时间延长,C错误;因为实验后的培养液滤液中含有酵母菌无氧呼吸产生的乙醇,所以滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色,D正确。
方法技巧 酵母菌呼吸类型的判断(以葡萄糖为底物)
(1)不消耗O2,释放CO2⇒只进行无氧呼吸;
(2)CO2产生量等于O2消耗量⇒只进行有氧呼吸;
(3)CO2产生量大于O2消耗量⇒既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸,多余的CO2来自无氧呼吸;
(4)乙醇产生量小于CO2产生量⇒既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸,多余的CO2来自有氧呼吸。
(2018浙江4月选考,12,2分)以酵母菌和葡萄糖为材料进行“乙醇发酵实验”,装置图如图。下列关于该实验过程与结果的叙述,错误的是( )
A.将温水化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀
B.在甲试管内的混合液表面需滴加一薄层液体石蜡以制造富氧环境
C.乙试管中澄清的石灰水变混浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2
D.拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味
答案 B 本题通过乙醇发酵实验,考查了科学探究中的方案探讨和结果分析。温水有利于酵母菌酶活性提高,化开的酵母菌悬液加入盛有葡萄糖液的甲试管后需振荡混匀,目的是使酵母菌与底物充分接触,利于发生反应,A正确。在甲试管内的混合液表面滴加一薄层液体石蜡隔绝了空气,目的是制造无氧环境,利于乙醇发酵,B错误。乙试管中澄清的石灰水变混浊可推知酵母菌细胞呼吸产生了CO2,C正确。酵母菌厌(无)氧呼吸的产物有酒精和CO2,所以拔掉装有酵母菌与葡萄糖混合液的甲试管塞子后可闻到酒精的气味,D正确。故选B。
(2017海南单科,7,2分)下列有关植物细胞呼吸作用的叙述,正确的是( )
A.分生组织细胞的呼吸速率通常比成熟组织细胞的小
B.若细胞既不吸收O2也不放出CO2,说明细胞已停止无氧呼吸
C.适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗
D.利用葡萄糖进行有氧呼吸时,吸收O2与释放CO2的摩尔数不同
答案 C 分生组织细胞的代谢旺盛,呼吸速率通常比成熟组织细胞的大,A错误;若细胞既不吸收O2也不放出CO2,细胞可能进行产乳酸的无氧呼吸,B错误;影响有氧呼吸的因素有O2浓度和温度等,适当降低氧浓度可降低果实的有氧呼吸进而减少有机物的消耗,C正确;利用葡萄糖进行有氧呼吸时,吸收的O2与释放的CO2摩尔数相同,D错误。
易错警示 代谢越旺盛的细胞,呼吸速率越大;无氧呼吸有产生乳酸的无氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸两种,前者既不吸收O2也不放出CO2。
(2016江苏单科,23,3分)突变酵母的发酵效率高于野生型,常在酿酒工业发酵中使用。如图为呼吸链突变酵母呼吸过程,下列相关叙述错误的是(多选)( )
A.突变酵母乙醇代谢途径未变
B.突变酵母几乎不能产生[H]
C.氧气充足时,野生型酵母种群增殖速率大于突变体
D.通入氧气后,突变酵母产生ATP的主要部位是线粒体
答案 BD 图示中突变酵母呼吸链中断的部位为线粒体。氧气充足时,突变酵母不能进行有氧呼吸,只能在细胞质基质中进行产生少量ATP的无氧呼吸,故其增殖速率明显低于野生型酵母。突变酵母细胞质基质内的葡萄糖氧化过程正常,故突变酵母无氧呼吸途径未变,在无氧呼吸途径中有[H]产生,A、C正确,B、D错误。
解后反思 解读图示信息是解答该题的关键。从图示中找出呼吸链中断的部位这一关键信息,结合酵母菌有氧呼吸与无氧呼吸的差别,即可得出正确判断。
(2016海南单科,11,2分)下列有关植物细胞能量代谢的叙述,正确的是( )
A.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一
B.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少,ATP生成增加
C.无氧条件下,丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
D.光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
答案 D ATP去掉两个高能磷酸键后为腺嘌呤核糖核苷酸,其是构成RNA的基本单位之一,A错误;呼吸抑制剂会抑制细胞呼吸,使ATP生成减少,B错误;无氧呼吸第一阶段可以产生少量ATP,第二阶段不产生ATP,C错误;光下叶肉细胞既可以进行光合作用也可进行有氧呼吸,细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成,D正确。
易错警示 (1)ATP去掉两个高能磷酸键后的产物是RNA的基本组成单位之一。(2)无氧呼吸第一阶段产生少量ATP,第二阶段不产生ATP。
(2020江苏单科,30,8分)研究发现,线粒体内的部分代谢产物可参与调控核内基因的表达,进而调控细胞的功能。如图为T细胞中发生上述情况的示意图,请据图回答下列问题:
(1)丙酮酸进入线粒体后先经氧化脱羧形成乙酰辅酶A,再彻底分解成 和[H]。[H]经一系列复杂反应与 结合,产生水和大量的能量,同时产生自由基。
(2)线粒体中产生的乙酰辅酶A可以进入细胞核,使染色质中与 结合的蛋白质乙酰化,激活干扰素基因的转录。
(3)线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到 中,激活NFAT等调控转录的蛋白质分子,激活的NFAT可穿过 进入细胞核,促进白细胞介素基因的转录。转录后形成的 分子与核糖体结合,经 过程合成白细胞介素。
(4)T细胞内乙酰辅酶A和自由基调控核内基因的表达,其意义是 。
答案 (8分)(1)CO2 O2 (2)DNA (3)细胞质基质 核孔 mRNA 翻译 (4)提高机体的免疫能力
解析 (1)在线粒体基质中发生有氧呼吸第二阶段,该阶段中丙酮酸与H2O彻底分解成CO2和[H]。[H]经一系列化学反应与O2结合产生水和大量的能量,同时产生自由基。(2)分析题图,线粒体中产生的乙酰辅酶A可以进入细胞核,因细胞核中染色质主要由DNA与蛋白质构成,故乙酰辅酶A使染色质中与DNA结合的蛋白质乙酰化,激活干扰素基因的转录。(3)分析题图可知,线粒体内产生的自由基穿过线粒体膜到细胞质基质中,激活NFAT等调控转录的蛋白质分子。由于NFAT的化学本质是蛋白质,因此激活的NFAT需要穿过核孔进入细胞核。转录可产生mRNA,其与核糖体结合后开始翻译的过程。(4)T细胞内乙酰辅酶A进入细胞核后,使染色质中的蛋白质乙酰化,从而激活干扰素基因的转录,而自由基进入细胞核后,促进了白细胞介素基因的转录。由此可知,T细胞内乙酰辅酶A和自由基调控核内基因的表达,从而提高了机体的免疫能力。
细胞呼吸的影响因素及应用
(2024山东,16,3分)（不定项）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。下列说法正确的是( )
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 ABD 乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH相对值的曲线表示无氧呼吸速率,子叶耗氧量与被氧化的NADH相对值的曲线表示有氧呼吸速率。p点之后子叶耗氧量快速增加,乙醇脱氢酶活性快速下降,说明该点时种子内O2浓度增加,推测此时为种皮被突破的时间点,A正确;Ⅱ阶段种皮未被突破,O2浓度降低限制了有氧呼吸,导致子叶耗氧量减少,B正确;Ⅲ阶段乙醇脱氢酶活性逐渐降低,无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低,C错误;q处表示种子的无氧呼吸与有氧呼吸过程中被氧化的NADH的量相等,此时无氧呼吸消耗的葡萄糖更多,D正确。
(2024湖南,16,4分)（不定项）为研究CO2、O2和H+对呼吸运动的作用(以肺泡通气为检测指标)及其相互影响,进行了相关实验。动脉血中CO2分压(PCO2)、O2分压(PO2)和H+浓度三个因素中,一个改变而另两个保持正常时的肺泡通气效应如图a,一个改变而另两个不加控制时的肺泡通气效应如图b。下列叙述正确的是( )
A.一定范围内,增加PCO2、H+浓度和PO2均能增强呼吸运动
B.pH由7.4下降至7.1的过程中,PCO2逐渐降低
C.PO2由60 mmHg下降至40 mmHg的过程中,PCO2和H+浓度逐渐降低
D.CO2作用于相关感受器,通过体液调节对呼吸运动进行调控
答案 BC 分析图a,一定范围内,增加PCO2、H+浓度和降低PO2均能增大肺泡通气,呼吸运动增强,A错误;pH由7.4下降至7.1时,与图a相比,图b中pH曲线增加幅度减小,推测其原因是通过PCO2降低和PO2升高对肺泡通气进行了调节,B正确;PO2由60 mmHg下降至40 mmHg时,与图a相比,图b中PO2曲线增加幅度减小,推测其原因是通过PCO2降低和pH升高(H+浓度降低)对肺泡通气进行了调节,C正确;CO2是调节呼吸运动的重要体液因子,其作用于相关感受器,通过神经系统对呼吸运动进行调控,D错误。
(2023湖南,5,2分)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 水是微生物生长的必要条件,在缺水的情况下,微生物不易生长和繁殖,A正确;高渗环境可使微生物渗透失水,影响代谢,从而抑制微生物的生长和繁殖,B正确;温度过低会使蔬菜、水果等鲜活食品的细胞死亡,从而使其变质,C错误;高温可使蛋白质变性失活,杀死食品中绝大部分微生物的同时,也可破坏食品中的酶类,D正确。
知识拓展 不适合低温储存的食物
(1)部分热带水果不适宜放在冰箱。因为放入冰箱,反而会“冻伤”水果,导致表皮出现黑褐色的斑点。
(2)土豆是一种淀粉含量高的食物,低温会促进土豆里的淀粉转化为糖,影响到土豆品质。
(3)经过冰箱低温冷冻后,西红柿会变得软烂,味道失去成熟的鲜味或出现开裂现象,甚至腐烂。
(2023全国乙,3,6分)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 在无氧环境中植物幼苗进行无氧呼吸,根据CO2的产生与否可判断a点前只进行产乳酸的无氧呼吸,a点后逐渐由产乳酸的无氧呼吸转为产酒精和CO2的无氧呼吸,A、B正确;产酒精和产乳酸的无氧呼吸都只在第一阶段产生ATP,第二阶段不产生,而且二者第一阶段完全相同,所以产生的ATP一样多,C错误;酒精跨膜运输的方式是自由扩散,不消耗ATP,D正确。
知识拓展 某些植物如玉米幼苗,在低氧胁迫下,初期进行产乳酸的无氧呼吸,随着乳酸增多,pH下降,会抑制合成乳酸的相关酶活性,从而转为产酒精和CO2的无氧呼吸。
(2023北京,2,2分)运动强度越低,骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时,骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。
对这一结果正确的理解是( )
A.低强度运动时,主要利用脂肪酸供能
B.中等强度运动时,主要供能物质是血糖
C.高强度运动时,糖类中的能量全部转变为ATP
D.肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
答案 A 通过对柱形图的分析可知,低强度运动时,供能物质中脂肪酸所占比例较高,A正确;中等强度运动时,主要供能物质不是占比最低的血糖,B错误;高强度运动时,糖类在氧化分解时释放出的能量一部分储存在ATP中,一部分以热能形式散失,C错误;肌糖原存在于肌肉中,剧烈运动时肌糖原可分解产生乳酸,乳酸经血液循环进入肝脏,再转化成葡萄糖提供能量,在饥饿、寒冷等条件下,肌糖原也可以分解供能,有氧、无氧条件下肌糖原都能氧化分解提供能量,D错误。
(2023山东,17,3分)(不定项)某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下,单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖,下列说法正确的是( )
A.甲曲线表示O2吸收量
B.O2浓度为b时,该器官不进行无氧呼吸
C.O2浓度由0到b的过程中,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加
D.O2浓度为a时最适合保存该器官,该浓度下葡萄糖消耗速率最小
答案 BC O2浓度为零时只有CO2的释放,说明甲曲线表示CO2释放量,A错误;从b点开始,O2吸收量等于CO2释放量,说明从此时开始该器官只进行有氧呼吸,B正确;乙曲线表示O2吸收量,只有有氧呼吸消耗O2,无氧呼吸不消耗O2,故乙曲线也可以表示有氧呼吸消耗葡萄糖的速率,O2浓度由0到b的过程中,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加,C正确;O2浓度为a时单位时间内CO2释放相对值为0.6,消耗葡萄糖相对值为1.2/6,当O2浓度为6时单位时间内消耗葡萄糖相对值为0.7/6,说明a浓度下葡萄糖消耗速率不是最小,D错误。
(2022重庆,8,2分)如图为两种细胞代谢过程的示意图。转运到神经元的乳酸过多会导致其损伤。下列叙述错误的是( )
A.抑制MCT可降低神经元损伤
B.Rheb蛋白失活可降低神经元损伤
C.乳酸可作为神经元的能源物质
D.自由基累积可破坏细胞内的生物分子
答案 B 题图中,胶质细胞中的葡萄糖分解成丙酮酸后可在Rheb蛋白的作用下,进入线粒体彻底分解供能,也可在细胞质基质转变成乳酸,乳酸经MCT进入神经元,在神经元线粒体中分解产生自由基和ATP,结合题干“转运到神经元的乳酸过多会导致其损伤”,可推测自由基可攻击细胞内各种执行正常功能的分子导致细胞受损,故抑制MCT可降低神经元的损伤,A、D正确;若Rheb蛋白失活,则进入胶质细胞线粒体的丙酮酸会减少,丙酮酸会产生更多的乳酸进入神经元,使神经元损伤增加,B错误;乳酸可在神经元的线粒体中分解产生ATP,可作为神经元的能源物质,C正确。
(2022山东,16,3分)(不定项)在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法正确的是( )
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
答案 BCD 有氧呼吸第三阶段中,还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,4 ℃时细胞耗氧量升高,说明电子传递未受阻,A错误;与25 ℃时相比,4 ℃时细胞ATP生成量减少,耗氧量增多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量转化为热能的量增多,B正确;与25 ℃时相比,4 ℃时细胞耗氧量大,消耗葡萄糖的量多,C正确;DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶,这样会使电子传递过程中释放的能量更多地以热能的形式散失,故生成的ATP减少,D正确。
(2022江苏,8,2分)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 光照下的叶肉细胞既可进行光合作用,也可进行呼吸作用,两过程都产生ATP,光合作用产生的ATP来源于光能的直接转化,呼吸作用产生的ATP来源于有机物中的化学能,A错误;供氧不足时,酵母菌可在细胞质基质中进行无氧呼吸,将丙酮酸转化为乙醇和CO2,B正确;蓝细菌为原核生物,无线粒体,但体内含有与有氧呼吸相关的酶,可以进行有氧呼吸,C错误;供氧充足时,真核细胞在线粒体内膜上氧化[H]产生大量ATP,D错误。
(2024贵州,17,10分)农业生产中,旱粮地低洼处易积水,影响作物根细胞的呼吸作用。据研究,某作物根细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关,水淹过程中其活性变化如图所示。
回答下列问题:
(1)正常情况下,作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸,从物质和能量的角度分析,其代谢特点有 ;参与有氧呼吸的酶是 (选填“甲”或“乙”)。
(2)在水淹0~3 d阶段,影响呼吸作用强度的主要环境因素是 ;水淹第3 d时,经检测,作物根的CO2释放量为0.4 μml·g-1·min-1,O2吸收量为0.2 μml·g-1·min-1,若不考虑乳酸发酵,无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的 倍。
(3)若水淹3 d后排水,植株长势可在一定程度上得到恢复,从代谢角度分析,原因是 (答出2点即可)。
答案 (1)将有机物彻底氧化分解、释放能量多、合成的ATP多 乙 (2)氧气含量 3 (3)植物能耐受此时无氧呼吸产生的酒精,细胞呼吸产生的ATP基本能满足生命活动的需求
解析 (1)与无氧呼吸相比,有氧呼吸可将有机物彻底氧化分解,释放能量多,产生的ATP多。在一定范围内,随水淹天数的增加,有氧呼吸减弱,无氧呼吸增强,故可推知图中乙酶参与有氧呼吸,甲酶参与无氧呼吸。(2)水淹0~3 d阶段,影响呼吸作用强度的因素主要是含氧量。水淹第3 d时,作物根的CO2释放量为0.4 μml·g-1·min-1,O2吸收量为0.2 μml·g-1·min-1,由于有氧呼吸过程中O2吸收量与CO2释放量相等,因此根细胞无氧呼吸的CO2释放量为0.2 μml·g-1·min-1,则有氧呼吸消耗的葡萄糖量为0.2/6=1/30(μml·g-1·min-1),无氧呼吸消耗的葡萄糖量为0.2/2=1/10(μml·g-1·min-1),所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3倍。(3)水淹3 d后排水,若植物能耐受此时植物无氧呼吸积累的酒精,细胞呼吸产生的ATP基本能满足生命活动的需求,则植物长势可在一定程度上得到恢复。
(2024江西,21,12分)当某品种菠萝蜜成熟到一定程度,会出现呼吸速率迅速上升,再迅速下降的现象。研究人员以新采摘的该菠萝蜜为实验材料,测定了常温有氧贮藏条件下果实的呼吸速率和乙烯释放速率,变化趋势如图。回答下列问题:
(1)菠萝蜜在贮藏期间,细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的 ,其释放的能量一部分用于生成 ,另一部分以 的形式散失。
(2)据图可知,菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯,随后有大量乙烯生成,这体现了乙烯产生的调节方式为 。
(3)据图推测,菠萝蜜在贮藏5天内可溶性糖的含量变化趋势是 。为证实上述推测,拟设计实验进行验证。假设菠萝蜜中的可溶性糖均为葡萄糖,现有充足的新采摘菠萝蜜、仪器设备(如比色仪,可用于定量分析溶液中物质的浓度)、玻璃器皿和试剂(如DNS试剂,该试剂能够和葡萄糖在沸水浴中加热产生棕红色的可溶性物质)等。简要描述实验过程:
①
②分别制作匀浆,取等量匀浆液
③
④分别在沸水浴中加热
⑤
(4)综合上述发现,新采摘的菠萝蜜在贮藏过程中释放的乙烯能调控果实的呼吸速率上升,其原因是 。
答案 (1)内膜 ATP 热能 (2)(正)反馈调节 (3)先增加后减少 ①在贮藏期0~5天分别取等量的长势相同的菠萝蜜 ③分别加入等量DNS试剂 ⑤利用比色仪定量分析各组菠萝蜜匀浆中的葡萄糖的浓度 (4)乙烯能通过调节可溶性糖的上升来调控果实呼吸速率的上升
解析 (1)真核细胞有氧呼吸第三阶段,[H]与O2结合生成H2O,同时释放出大量的能量,这些能量一部分用于合成ATP,一部分以热能的形式散失,该过程发生的场所是线粒体内膜。(2)正反馈调节是指在一个系统中,系统工作的效果,反过来又作为信息调节该系统的工作,使该系统工作的效果增强。由题意知,菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯,随后有大量乙烯生成,这体现了乙烯产生的调节方式为正反馈调节。(3)细胞呼吸的底物主要是葡萄糖等可溶性糖,由题图的呼吸速率变化可推知,菠萝蜜贮藏5天内可溶性糖含量先增加后减少。要通过实验证实这一推测,可在贮藏期0~5天分别取等量的长势相同的菠萝蜜(共6组),分别制作匀浆后,取等量匀浆,各加入等量的DNS试剂,沸水浴加热,溶液呈棕红色(深浅有所不同),待冷却后,利用比色仪定量分析各组菠萝蜜匀浆中的葡萄糖的浓度。(4)由图可知,新采摘的菠萝蜜在贮藏过程中的呼吸速率变化趋势与乙烯释放速率的变化趋势相似(或呈正相关),且乙烯可使可溶性糖增多,乙烯释放速率与可溶性糖变化趋势呈正相关,故可推测乙烯能通过调节可溶性糖的变化趋势来调控果实的呼吸速率。
(2024北京,17,12分)啤酒经酵母菌发酵酿制而成。生产中,需从密闭的发酵罐中采集酵母菌用于再发酵,而直接开罐采集的传统方式会损失一些占比很低的独特菌种。研究者探究了不同氧气含量下酵母菌的生长繁殖及相关调控,以优化采集条件。
(1)酵母菌是兼性厌氧微生物,在密闭发酵罐中会产生 和CO2。有氧培养时,酵母菌增殖速度明显快于无氧培养,原因是酵母菌进行有氧呼吸,产生大量 。
(2)本实验中,采集是指取样并培养4天。在不同的气体条件下从发酵罐中采集酵母菌,统计菌落数(图1)。由结果可知,有利于保留占比很低菌种的采集条件是 。
(3)根据上述实验结果可知,采集酵母菌时O2浓度的陡然变化会导致部分菌体死亡。研究者推测,酵母菌接触O2的最初阶段,细胞产生的过氧化氢(H2O2)浓度会持续上升,使酵母菌受损。已知H2O2能扩散进出细胞。研究者在无氧条件下从发酵罐中取出酵母菌,分别接种至含不同浓度H2O2的培养基上,无氧培养后得到如图2所示结果。请判断该实验能否完全证实上述推测,并说明理由。
(4)上述推测经证实后,研究者在有氧条件下从发酵罐中取样并分为两组,A组菌液直接滴加到H2O2溶液中,无气泡产生;B组菌液有氧培养4天后,取与A组活菌数相同的菌液,滴加到H2O2溶液中,出现明显气泡。结果说明,酵母菌可通过产生 以抵抗H2O2的伤害。
答案 (1)酒精 能量 (2)无氧取样/无氧培养 (3)不能完全证实。图中存在H2O2的培养基,酵母菌数量少也可能是培养基的H2O2扩散进入细胞,对酵母菌细胞造成损伤导致。 (4)H2O2酶
解析 (1)密闭的发酵罐中,由于缺乏氧气,酵母菌会发生无氧呼吸,其产物是酒精和CO2。酵母菌有氧呼吸释放的能量远多于无氧呼吸,因此,有氧条件下酵母菌的繁殖速度更快。(2)据图1结果分析知,与其他采集条件相比,无氧取样/无氧培养的采集条件下,酵母菌的菌落数更多,说明在此采集条件下,菌种死亡率低,有利于保留占比很低的菌种。(3)图2结果表明,培养基H2O2浓度为0时,无H2O2分解产生O2,酵母菌没有接触到O2,细胞几乎不产生H2O2,酵母菌细胞没有损伤,所以培养基中生长的酵母菌数量最多,随着培养基H2O2浓度的增大,其分解产生的O2增多,酵母菌接触O2后产生H2O2,使酵母菌受损,所以培养基中生长的酵母菌数量减少,因此可以证实酵母菌接触O2的最初阶段,细胞产生的H2O2浓度会持续上升,使酵母菌受损的推测。但H2O2能扩散进出细胞,因此存在H2O2的培养基,酵母菌数量少也可能是由培养基的H2O2扩散进入细胞,对酵母菌细胞造成损伤所致的,不能完全证实相关推测。(4)正常情况下,发酵罐为密闭环境(无氧环境),当在有氧条件下取样得到菌液并分为A、B两组,A组菌液直接滴加到H2O2溶液中(此时A组菌体内未产生H2O2酶),细胞会损伤,但无气泡产生,说明H2O2未分解;B组菌液有氧培养4天,体内应已产生H2O2,滴加到H2O2溶液中,细胞破裂,出现明显气泡,说明B组菌产生了H2O2酶并随细胞破裂进入H2O2溶液中,推测酵母菌可通过产生H2O2酶以抵抗H2O2的伤害。
第5节 捕获光能的色素和光合作用的原理
(2024广东,3,2分)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
答案 C 应选择新鲜程度一致的叶片混合研磨,A错误;提取液是无水乙醇,加水补充会使乙醇浓度降低,不利于色素的提取,B错误;层析液中含有有毒的挥发性物质,应妥善处理,D错误。
(2024北京,12,2分)五彩缤纷的月季装点着美丽的京城,其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验,难以达成目的的是( )
A.用花瓣细胞观察质壁分离现象
B.用花瓣大量提取叶绿素
C.探索生长素促进其插条生根的最适浓度
D.利用幼嫩茎段进行植物组织培养
答案 B 成熟的花瓣细胞中含有中央液泡,可用于观察质壁分离现象;月季插条易生根,可用于探索生长素促进其插条生根的最适浓度;幼嫩茎段分裂能力强可作为外植体进行植物组织培养,A、C、D不符合题意。“光谱”月季花瓣细胞中不含叶绿素,B符合题意。
(2024贵州,3,3分)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
答案 D 叶绿素和类胡萝卜素均能吸收蓝紫光,故测定叶绿素的含量时不可使用蓝紫光波段,D错误。
(2023全国乙,2,6分)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
答案 D 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A正确;叶绿素和类胡萝卜素属于光合色素,均存在于叶绿体中类囊体的薄膜上,B正确;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,D错误。
易混易错 叶绿素由C、H、O、N、Mg组成,胡萝卜素由C、H组成,叶黄素由C、H、O组成;叶绿素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。
(2023江苏,12,2分)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
答案 B 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但会使滤液细线过宽,分离后滤纸上易出现色素带重叠,B正确;该实验分离色素后,滤纸条上色素带的宽窄只能比较各种色素相对含量的多少,但不能测定各种色素的具体含量,C错误;花青素易溶于水而不易溶于石油醚等有机溶剂,若得到5条色素带,距离滤液细线最近的应为花青素,即在叶绿素b的下方,D错误。
(2022浙江1月选考,2,2分)以黑藻为材料进行“观察叶绿体”活动。下列叙述正确的是( )
A.基部成熟叶片是最佳观察材料 B.叶绿体均匀分布于叶肉细胞中心
C.叶绿体形态呈扁平的椭球形或球形 D.不同条件下叶绿体的位置不变
答案 C 黑藻幼嫩叶片薄,适宜作为“观察叶绿体”活动的材料,A错误;黑藻叶肉细胞有中央液泡,叶绿体分布在液泡的周边,B错误;叶绿体的位置可随光照强度和方向的改变而改变,D错误。
(2022湖北,12,2分)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是( )
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
答案 D 两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性,但仍为同一物种,A错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断,突变体1比突变体2吸收红光的能力更强,B错误;根据题干信息可知,两种黄叶突变体的表现型相似,表中两种突变体的光合色素含量有差异,不能确定是由不同基因的突变所致,C错误;分析表中数据可知,与野生型相比,黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降,由此可推断,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色,D正确。
解题关键 解答本题的前提条件是要明确光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,前者主要吸收红光和蓝紫光,而后者主要吸收蓝紫光。
(2022江苏,5,2分)下列有关实验方法的描述合理的是( )
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝(水)溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
答案 B 胡萝卜素属于脂溶性物质,应用有机溶剂提取,而非用水提取,A错误;黑藻叶片含有叶绿体和中央液泡,用适当浓度蔗糖溶液处理,可以叶绿体的运动为标志观察到细胞质的流动,一段时间后可观察到质壁分离现象,B正确;双缩脲试剂与蛋白质发生紫色反应不需要加热,C错误;溴麝香草酚蓝溶液可用来检测CO2,检测酒精可用酸性重铬酸钾溶液,颜色变化为由橙色变为灰绿色,D错误。
(2021北京,13,2分)关于物质提取、分离或鉴定的高中生物学实验,叙述错误的是 ( )
A.研磨肝脏以破碎细胞用于获取含过氧化氢酶的粗提液
B.利用不同物质在酒精溶液中溶解性的差异粗提DNA
C.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离
D.利用与双缩脲试剂发生颜色变化的反应来鉴定蛋白质
答案 C 肝细胞里含过氧化氢酶,A正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,B正确;不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快,反之则慢,即依据溶解度的差异对光合色素进行纸层析分离,C错误;蛋白质含肽键,与双缩脲试剂反应呈紫色,D正确。
(2021天津,6,4分)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是( )
A.用洋葱鳞片叶表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
答案 C 紫色洋葱鳞片叶外表皮可以用来观察细胞的质壁分离和复原现象;洋葱鳞片叶可以用来粗提取DNA;洋葱根尖分生区可以用来观察植物细胞有丝分裂。由于洋葱鳞片叶没有叶绿体,因此不能用来提取和分离叶绿体中的色素,故选C。
(2021辽宁,5,2分)下列有关中学生物学实验中观察指标的描述,正确的是( )
答案 B 探究植物细胞的吸水和失水实验中,应观察原生质层与细胞壁的位置关系,A错误;探究酵母菌细胞呼吸的方式,应检测CO2和酒精,可观察石灰水的浑浊程度,C错误;观察有丝分裂实验,主要观察染色体的形态、数目和位置,观察的细胞是死细胞,看不到纺锤丝牵引染色体的运动,D错误。
(2020江苏单科,6,2分)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
答案 B 叶绿体色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入应CaCO3,其可以中和酸性物质,防止叶绿素被破坏,B错误;研磨时添加石英砂(SiO2)有助于对菠菜叶的充分研磨,易于提取色素,C正确;在滤纸条上画滤液细线时,要用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,吹干后,再重复画若干次,画滤液细线时要细且齐,若滤液扩散会导致细线不齐,可能出现色素带重叠现象,D正确。
(2019海南单科,9,2分)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
答案 B 本题通过对光合色素及其相关知识的考查体现了生命观念中的物质与能量观、结构与功能观。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,但需要利用光反应阶段产生的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。
(2017天津理综,5,6分)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是( )
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
答案 D 本题考查绿叶中色素的提取与分离、细胞有丝分裂等相关知识。叶绿体色素为脂溶性,可溶于有机溶剂如无水乙醇,A可达到目的;花青苷为水溶性,类比叶绿体色素的分离方法,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B 可达到目的;质壁分离和复原实验可用于探究细胞的吸水和失水,C可达到目的;细胞中的染色质只在有丝分裂或减数分裂过程中形成染色体,而表皮细胞无分裂能力,细胞中无染色体,D符合题意。
易错警示 染色质与染色体是同种物质在细胞不同时期的两种不同形态。在细胞分裂过程中,染色质丝螺旋缠绕,成为染色体;在细胞分裂末期,染色体解螺旋恢复为染色质状态,而无分裂能力的细胞中不出现染色体。
(2017课标全国Ⅲ,3,6分)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光基本不吸收红光,A错误;不同光合色素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B正确;光合作用光反应阶段色素对光的吸收会影响暗反应阶段对CO2的利用,所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C正确;640~660 nm波长的光属于红光区,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,所以叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的,D正确。
(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的
答案 C 叶绿体中的色素是有机物,可溶解在有机溶剂乙醇中,A正确;Mg2+是参与构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D正确。
(2016四川理综,3,6分)下列有关实验操作或方法所导致结果的描述,不正确的是( )
A.用纸层析法分离色素时,若滤液细线画得过粗可能会导致色素带出现重叠
B.用葡萄制作果醋时,若先通入空气再密封发酵可以增加醋酸含量提高品质
C.提取胡萝卜素时,若用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低
D.调查人群中色盲发病率时,若只在患者家系中调查将会导致所得结果偏高
答案 B 用纸层析法分离叶绿体色素时,滤液细线要画得细而直,若滤液细线画得过粗,可能会导致色素带出现重叠,A项正确;用葡萄制作果醋时,所用微生物为需氧型的醋酸杆菌,在发酵过程中装置不能密封,B项错误;酒精是水溶性有机溶剂,而石油醚为水不溶性有机溶剂,石油醚可充分溶解胡萝卜素,并且不与水混溶,所以用酒精代替石油醚萃取将会导致胡萝卜素提取率降低,C项正确;调查人群中色盲发病率时,应在人群中随机调查,若只在患者家系中调查,将会导致所得结果偏高,D项正确。
(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
答案 B 应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10 mL提取液而一次性加入10 mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失, D项错误。
易错警示 (1)叶绿体色素的提取和分离过程中加入的试剂的作用:①SiO2,为了研磨充分;②CaCO3,防止叶绿素被破坏;③无水乙醇,溶解色素;④层析液,用于分离各种色素。(2)叶绿体中的色素不会随层析液挥发。
(2015江苏单科,21,3分)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)( )
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
答案 ABC 分析正常光照和强光照下的不同色素带宽度可以发现,强光导致了叶绿素含量降低、类胡萝卜素含量升高,这可能与类胡萝卜素可以抵御强光照有关,A、B正确;叶绿素a的吸收波长更广一些,C正确;为增加色素带的色素含量,画滤液细线时,滤液应在点样线上重复画几次,D错误。
审题方法 本题的关键是对题图的分析,通过对图解的分析找出强光照下与正常光照下移栽幼苗光合色素滤纸层析结果的不同之处,理解色素带宽窄与色素的含量及强光照的关系;同时结合已学相关知识对各选项作出准确分析判断。
(2022辽宁,22,10分)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起,形成大量的“藻席”,造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系,进行如下实验:
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料,提取、分离色素,发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同,包括叶绿素和 。在细胞中,这些光合色素分布在 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量,结果见表。
数据表明,取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高,这是因为
。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现,浒苔细胞质基质中存在酶Y,参与CO2的转运过程,利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备:定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙,制备不同光照强度下样品的粗酶液,流程如图1。
图1
粗酶液制备过程保持低温,目的是防止酶降解和 。研磨时加入缓冲液的主要作用是 稳定。离心后的 为粗酶液。
(4)酶Y活性测定:取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测,结果如图2。
图2
在图2中,不考虑其他因素的影响,浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为 μml·m-2·s-1(填具体数字),强光照会 浒苔乙酶Y的活性。
答案 (1)类胡萝卜素 类囊体薄膜 (2)下层光照弱,浒苔通过增加叶绿素含量,以提高对光能的利用率 (3)高温变性 维持酸碱度(pH) 上清液 (4)1 800 抑制
解析 (1)高等植物的光合色素包括叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)。在细胞中,光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上。(2)“藻席”下层光照弱,弱光环境中的植物可通过增加叶绿素含量来提高对光能的利用率,以此来适应环境。(3)酶Y的化学本质为蛋白质,强酸、强碱及高温均会对其空间结构、活性产生影响,故粗酶液制备过程需保持低温(防止酶降解和高温变性),研磨时加缓冲液主要是为了维持酸碱度稳定。破碎后的细胞碎片质量大于蛋白质,离心处理后,蛋白质应分布在上清液。(4)图2显示浒苔甲酶Y在12:00时活性最高,对应的光照强度为1 800 μml·m-2·s-1。而浒苔乙酶Y的活性在弱光环境下更高,说明强光可抑制浒苔乙酶Y的活性。
(2020浙江7月选考,27,7分)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题:
(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生 现象来判断。
(2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏 色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的 不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的 。
(3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后, 有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂 期细胞的染色体,原因是 。
答案 (1)质壁分离 (2)黄 移动速率 吸收光谱 (3)轻压盖玻片 中 中期的染色体缩短到最小的程度,最便于观察和研究
解析 (1)分析本题中的信息可知,本小题考查的是质壁分离实验的应用,结合所学的质壁分离知识,可直接作答。当洋葱外表皮细胞浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中时,由于蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度,因此活细胞会失水而发生质壁分离,即原生质层与细胞壁分离,故可根据是否发生质壁分离来判断细胞死活。(2)由于碳酸钙可以防止叶绿素被破坏,因此未加碳酸钙的甲组的提取液中叶绿素会因破坏而减少,提取液因类胡萝卜素的含量相对增多而偏黄色。不同光合色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,因而随层析液在滤纸条上移动的速率不同,据此特点可将4种光合色素分离。叶绿素a对不同波长光的吸收率不同,因而可绘制出该色素的吸收光谱。(3)制作植物根尖细胞有丝分裂临时装片的流程是解离→漂洗→染色和制片,制片时在载玻片上加一盖玻片,用手指轻压盖玻片,有利于根尖细胞分散开。制作染色体组型图时,通常选择处于有丝分裂中期的细胞观察染色体的形态和数目,因为中期的染色体缩短到最小的程度,染色体形态稳定、数目清晰,最便于观察和研究。
(2019浙江4月选考,30,7分)回答与光合作用有关的问题:
(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸(C3)的含量会 。为3-磷酸甘油酸(C3)还原成三碳糖提供能量的物质是 。若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP(C5)的含量会 。研究发现Rubisc酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体 中。
(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为 。分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的 光。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与 抑制叶绿素的合成有关。
答案 (1)增加 ATP和NADPH 增加 基质 (2)类胡萝卜素 蓝紫光和红 低温
解析 通过对光合作用过程中相关物质的变化的考查,体现了生命观念中的物质与能量观要素。(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,光反应将减弱,ATP和NADPH的生成量减少,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸(即三碳酸,C3)的含量会增加。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是ATP和NADPH。若停止CO2供应,短期内RuBP(C5)的消耗量减少而合成量不变,因此短期内小球藻细胞中RuBP的含量会增加。Rubisc酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,CO2被固定的反应发生在叶绿体基质中,因此推测该酶存在于叶绿体基质中。(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素(胡萝卜素和叶黄素)合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。
第6节 光合作用的影响因素及应用
(2024北京,4,2分)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 题图曲线体现了光照强度对光合速率的影响,当氧气释放速率达到X时,氧气释放速率已不再随光照强度的增加而增大,要提高X,就需要考虑改变影响光合作用的其他因素,如可采取增加叶片周围环境CO2浓度,A正确;在4 ℃的冷室中,叶片中与光合作用有关的酶活性降低,光合速率下降,不能提高X,B错误;给光源加滤光片等同于降低光照强度,X可能降低,缩小冷光源与叶片的距离可增加光照强度,但对X无影响,C、D错误。
(2022湖南,13,4分)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是( )
A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低
D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降
答案 AD 叶片蒸腾作用强,植物体为防止失水过多,部分气孔关闭,影响了CO2的进入量,抑制了暗反应,A正确;在上述过程中,光反应不受影响,但是由于光反应产物的积累,会存在反馈机制,抑制叶片转化光能的能力,D正确;温度可影响光合酶和呼吸酶的活性,12时左右光合作用强度明显减弱,但不会小于呼吸作用强度,B错误;与光合作用有关的色素位于叶绿体类囊体薄膜上,C错误。
(2022海南,3,3分)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响,将四组等量菠菜叶圆片排气后,分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中,从烧杯底部给予适宜光照,记录叶圆片上浮所需时长,结果如图。下列有关叙述正确的是( )
A.本实验中,温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C.四组实验中,0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高
D.若在4 ℃条件下进行本实验,则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
答案 B 本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响,自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现),温度、光照等属于无关变量,应相同且适宜,A错误;实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理,叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大,叶圆片上浮所需时间越短,B正确;四组实验中,0.5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长,表明其光合速率最低,C错误;若从适宜温度降低到4 ℃,与光合作用相关的酶的活性降低,导致光合速率降低,则各组叶圆片上浮所需时长均会延长,D错误。
(2022北京,2,2分)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出( )
A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高
B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C. CO2浓度为200 μL·L-1时,温度对光合速率影响小
D. 10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
答案 D 由题图可知,当CO2浓度一定时,在一定温度范围内,光合速率随着温度的升高而升高,达到最适温度时,光合速率达到最大值,之后光合速率随温度的升高而降低,A不符合题意;由题图可知,当CO2浓度为200 μL∙L-1时,光合作用最适温度在20~30 ℃,当CO2浓度为370 μL∙L-1时,光合作用最适温度约为30 ℃,当CO2浓度为1 000 μL∙L-1时,光合作用最适温度大于30 ℃,故在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高,B不符合题意;当CO2浓度为200 μL∙L-1时,光合速率曲线随温度的升高变化幅度较小,即温度对光合速率影响小,C不符合题意;10 ℃时,CO2浓度从200 μL∙L-1上升到370 μL∙L-1时,光合速率有所提高,但当CO2浓度从370 μL∙L-1上升到1 000 μL∙L-1时,光合速率基本不变,故不能判断10 ℃条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高,D符合题意。
(2022福建,13,4分)曲线图是生物学研究中数学模型建构的一种表现形式。如图中的曲线可以表示相应生命活动变化关系的是( )
A.曲线a可表示自然状态下,某植物CO2吸收速率随环境CO2浓度变化的关系
B.曲线a可表示葡萄糖进入红细胞时,物质运输速率随膜两侧物质浓度差变化的关系
C.曲线b可表示自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化的关系
D.曲线b可表示在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度变化的关系
答案 C 自然状态下,随着环境CO2浓度升高,固定CO2的C5和相关酶达到饱和,CO2吸收速率不再增加,但一般不会出现曲线后段的下降,所以不能用曲线a表示,A错误;葡萄糖以协助扩散方式进入红细胞,膜两侧葡萄糖浓度差越大,运输速率越大,但最终受到细胞膜上葡萄糖载体数量的限制,故曲线达到最大值后维持相对稳定,不能用曲线a表示,B错误;自然状态下,某池塘草鱼种群增长速率随时间变化先上升后下降,关系如曲线b所示,C正确;在晴朗的白天,某作物净光合速率随光照强度的变化而变化,清晨或傍晚光强较弱时净光合速率可能小于零,不符合曲线b,D错误。
(2021辽宁,2,2分)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
答案 B 光的波长和光照强度影响光合作用,可以根据植物生长规律对二者进行调控,A选项正确;培养液的浓度应低于根细胞细胞液的浓度,以使植物根细胞能够正常吸收水分,B选项错误;温度通过影响酶的活性,从而影响光合速率与呼吸速率,白天最适温度条件下积累有机物多,夜晚温度低消耗有机物少,有利于提高作物产量,C选项正确;CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率,适当通风能提高CO2浓度,有利于提高光合作用,D选项正确。
(2021湖南,7,2分)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )
A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
答案 A 弱光条件下植物仍然可以进行光合作用,只不过光反应产生的氧气较少,被植物体全部用来进行有氧呼吸,最终表现为没有氧气释放,A错误;在暗反应阶段,CO2先与C5结合形成C3,C3再被还原成糖类和C5,故CO2不能直接被还原,B正确;禾谷类作物开花期光合作用的产物有一部分用来维持花穗的生长发育,剪掉部分花穗后,有机物的输出减少,会造成光合产物的短期积累,从而抑制光合作用,C正确;合理密植有利于充分利用光能,从而提高光合作用强度,有机肥富含有机物,能在微生物的分解作用下产生CO2和其他养分,利于植物进行光合作用,D正确。
(2021湖北,9,2分)短日照植物在日照时数小于一定值时才能开花。已知某短日照植物在光照10小时/天的条件下连续处理6天能开花(人工控光控温)。为了给某地(日照时数最长为16小时/天)引种该植物提供理论参考,探究诱导该植物在该地区开花的光照时数X(小时/天)的最大值,设计了以下四组实验方案,最合理的是( )
答案 C 已知该短日照植物在日照时数为10小时/天时,连续处理6天就能开花。若将该植物引种到每天光照时数最长为16 h的环境中,欲探究诱导该植物在该地区开花的光照时数的最大值,设计时,实验组的光照时数应大于对照组的光照时数,且小于或等于16小时/天。故选C。
(2021湖北,12,2分)酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,叶片嫩而多肉,深受大象喜爱。其枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株。白天马齿苋属植物会关闭气孔,在凉爽的夜晚吸收CO2并储存起来。针对上述现象,下列叙述错误的是( )
A.大象和马齿苋属植物之间存在共同进化
B.大象和马齿苋属植物存在互利共生关系
C.水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素
D.白天马齿苋属植物气孔关闭,仍能进行光合作用
答案 B 大象吃马齿苋属植物的叶片,马齿苋属植物的枝条在大象进食时常被折断掉到地上,遭到踩踏的枝条会长成新的植株,从而繁衍后代,这说明大象和马齿苋属植物之间存在共同进化,A正确;马齿苋属植物的叶片嫩而多肉,深受大象喜爱,说明大象和马齿苋属植物存在捕食关系,B错误;酷热干燥的某国家公园内生长有很多马齿苋属植物,说明水分是马齿苋属植物生长的主要限制因素,C正确;马齿苋属植物在凉爽的夜晚会吸收CO2并储存起来,所以虽然白天马齿苋属植物气孔关闭,但其仍可利用储存的CO2进行光合作用,D正确。
(2020浙江7月选考,25,2分)将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A.测得的该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
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B-C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A-B段对应的关系相似
答案 A 该植物叶片同时进行光合作用和呼吸作用,测得的该植物叶片的光合速率表示净光合速率,该叶片分离得到的叶绿体的光合速率表示总光合速率,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,A正确;若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,说明部分叶绿体被破坏无法进行光合作用,与无破碎叶绿体相比,光合速率偏小,B错误;若该植物长时间处于遮阴环境,光合速率慢,叶片内蔗糖不可能出现高浓度积累的现象,二者的关系不同于图中B-C段对应的关系,C错误;花朵为光合产物的贮存场所,若该植物处于开花期,摘除花朵后,蔗糖的贮存器官减少,叶片内蔗糖积累会抑制光合作用的正常进行,二者的关系与图中B-C段对应的关系相似,D错误。
(2019课标全国Ⅰ,3,6分)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自( )
A.水、矿质元素和空气
B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤
D.光、矿质元素和空气
答案 A 本题借助光合作用的原理与应用等知识,考查学生运用所学知识与观点,对生物学问题进行推理、判断的能力;试题融合了组成生物体的元素、化合物及光合作用等相关知识,体现了对生命观念素养中物质与能量观的考查。该黄瓜幼苗质量增加部分可分为干重的增加和含水量的增加,干重增加量来源于从土壤中吸收的矿质元素及利用CO2(空气)和H2O合成的有机物。故选A。
(2018江苏单科,18,2分)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度
B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度
D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
答案 D 本题通过对光合作用影响因素的分析探讨,考查了科学思维素养中的归纳与概括要素。由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,一定范围内CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。
方法技巧 坐标曲线图的分析方法
(1)横坐标是自变量,纵坐标是因变量。
(2)无关变量保持一致,结合图中信息,甲、乙两曲线的起点相同,温度相同时,呼吸速率相同。
(2017天津理综,6,6分)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D 本题考查影响光合作用的因素及光反应与暗反应的特点。光合作用的光反应与暗反应相互制约,相互影响。从图示可以看出,在曲线图P点以前,野生型水稻光合速率大于突变型,而P点后野生型水稻光合速率小于突变型,说明在P点前,野生型水稻光反应强度较高,P点后,突变型水稻暗反应强度较高,A、B正确;在P点前和P点后至光饱和点前,突变型水稻光合速率随光照强度增加而增加,即限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,当光照强度大于光饱和点时,限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度等,C正确,D错误。
(2016北京理综,5,6分)在正常与遮光条件下向不同发育时期的豌豆植株供应14CO2,48 h后测定植株营养器官和生殖器官中14C的量。两类器官各自所含14C量占植株14C总量的比例如图所示。
与本实验相关的错误叙述是( )
A.14CO2进入叶肉细胞的叶绿体基质后被转化为光合产物
B.生殖器官发育早期,光合产物大部分被分配到营养器官
C.遮光70%条件下,分配到生殖器官和营养器官中的光合产物量始终接近
D.实验研究了光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响
答案 C CO2被固定形成C3,进而被还原为光合产物,是在叶肉细胞的叶绿体基质中完成的,A正确;分析图示可知,该植物生殖器官发育早期,营养器官中含14C量的比例较高,说明此期光合产物大部分被分配到营养器官,B正确;由图示可知遮光70%条件下,在生殖器官发育早期,分配到营养器官的光合产物较多,只有在生殖器官发育晚期,分配到生殖器官和营养器官的光合产物量才较为接近,C错误;分析题干信息和图示均可看出本实验的目的是研究光强对不同发育期植株中光合产物在两类器官间分配的影响,D正确。
(2024江苏,20,11分)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:

(1)图1中,H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是 。碳反应中C3在 的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。
(2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是 (从“甲”“乙”中选填);据图判断,总光合速率最高时对应的温度是 (从“20 ℃”“ 25 ℃”“30 ℃”中选填),理由为 。
(3)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:


答案 (11分,特殊注明除外,每空1分)(1)选择透过性 ATP、NADPH(2分) 细胞质基质 (2)乙 30 ℃ 30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率二者之和最高 (3)①摇匀 ②将稀释样液离心,取下层沉淀物 ③提取叶绿素(溶解蓝细菌) ④防止叶绿素降解
解析 (1)类囊体膜允许某些物质通过,也会限制另一些物质通过,这体现了类囊体膜具有选择透过性。碳反应中,在有关酶的催化下,C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下,经过一系列生化反应,部分转变为糖类,部分形成C5,蓝细菌是原核生物,此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。(2)细胞呼吸的最适温度一般高于光合作用的最适温度,因此,当细胞呼吸处于最适温度时,细胞呼吸旺盛,而光合作用可能已经有所减弱,由此推测图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙,即净光合速率曲线。总光合速率=净光合速率+呼吸速率,结合图2曲线分析,在20 ℃~30 ℃,30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高,则总光合速率最高。(3)①用血球计数板对蓝细菌计数时,取样前需振荡摇匀,以保证计数的准确性。②为了浓缩蓝细菌,需将稀释样液离心,取下层沉淀物。③依据“无水乙醇等有机溶剂能溶解光合色素”推测,将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮是为了提取叶绿素a。④用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放,以防止叶绿素降解。

(2024甘肃,17,11分)类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μml·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μml·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。


(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ,加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为 。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;② 。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是 。
若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计:
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在 条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果: 。
答案 (1)无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成 (3)正常光照下纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求 (4)与野生型相比,正常光和弱光下纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量均极低 (5)脱落酸 ①弱光 ②气孔大小 ③B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同
解析 (5)由题干“干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量”“白色种子未完全成熟即可在母体上萌发”可推知,激素X为脱落酸,因为脱落酸可维持种子休眠,促进气孔关闭(气孔关闭可减少水分蒸发,利于其在干旱环境下生存)。①结合(3)知,正常光照下,纯合突变体无法生长,故萌发后应该在弱光条件下培养一周。②干旱处理能提高野生型植株中脱落酸的含量,但不影响纯合突变体中脱落酸含量,已知脱落酸可以促进气孔关闭,由题干知,取叶片在显微镜下观察、测量,故推知,测量指标是气孔大小。③干旱条件下,野生型植株脱落酸含量升高,脱落酸可促进气孔关闭,而纯合突变体存在脱落酸的合成缺陷,故预期结果为B组气孔明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同。

(2024浙江6月选考,24,14分)原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片绿色。回答下列问题:
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色后提出了问题:红叶是否具有光合作用能力?
②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法:先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加KI-I2溶液(或碘液),观察颜色变化。
③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设: 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。

⑤分析:检测叶片淀粉的方法中,叶片浸入沸水处理的目的是 。热甲醇处理的目的是 。
(2)对一品红研究发现,红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)·m-2和0.20 g(Chl)·m-2,红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力;ETR值反映光合膜上电子传递的速率,与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
甲乙

①分析图甲可知,在光强500~2 000 μml·m-2·s-1范围内,相对于绿叶,红叶的 能力较弱。分析图乙可知,在光强800~2 000 μml·m-2·s-1范围内,红叶并未出现类似绿叶的光合作用被 现象。结合图丙可知,强光下,贮藏于红叶细胞 内的花青素可通过 方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实,生长在高光强环境下的一品红,红叶叶面积大,颜色更红。综合上述研究结果可知,在强光环境下,红叶具有较高花青素含量和较大叶面积,其作用除了能进行光合作用外,还有保护 的功能。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引 ,完成传粉。
答案 (除特殊标注外,其余每空1分)(1)③答案一:若一品红的红色叶片具有光合作用的能力,则红色叶片内可检测到淀粉;答案二:若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力,则红色叶片内无法检测到淀粉
④答案一:
答案二:
(说明:④与③答案对应;ⅰ和ⅱ都正确得1分、ⅲ和ⅳ都正确得1分) ⑤增加细胞透性,使水溶性色素渗出(2分) 充分去除脂溶性色素(2分) (2)①叶绿体去除过剩光能 抑制 液泡 吸收光能 ②自身和下部绿叶(2分) 媒介生物
解析 (1)③光合作用的产物淀粉可通过碘液进行检测,因此可通过检测红叶中是否有淀粉来判断红叶是否具有光合作用能力。④根据前两个分组处理可推出后两个分组处理应为红叶+光照(ⅰ)、红叶+黑暗(ⅲ),若红叶可以进行光合作用,则可产生淀粉,ⅱ变蓝、ⅳ不变蓝(答案一),其中ⅳ不变蓝能证明红叶中的淀粉是通过光合作用产生的,而不是通过其他途径获得的;若红叶不可进行光合作用,则ⅱ、ⅳ均不变蓝(答案二)。⑤沸水处理可以使细胞死亡(透性增加),使水溶性色素渗出,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰;光合色素等脂溶性色素能溶解于有机溶剂中,用热甲醇处理可以溶解叶片中的光合色素,避免对碘液与淀粉的颜色反应造成干扰。(2)①分析图甲可知,自变量为光强和叶片颜色,因变量为qNP值,当光强为500~2 000 μml·m-2·s-1时,红叶qNP值较小,即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。分析图乙可知,随着光强的增加,绿叶的ETR值显著增大,但光照强度超过800 μml·m-2·s-1时,ETR值减小,即随着光照强度增加,绿叶光合速率先增大后减小,由此可推出光强800~2 000 μml·m-2·s-1时,绿叶的光合作用会被抑制;而在光强为800~2 000 μml·m-2·s-1时,红叶的光合作用强度可随光强增大而增大,并未出现光合作用被抑制的现象。结合图丙可知,花青素主要吸收400~600 nm波长的光,可推知储藏在细胞液泡中的花青素,可通过吸收光能的方式,保护叶绿体不受强光损伤。②综合上述研究结果可知,在强光环境下,富含花青素(可吸收光能)和有较大叶面积的红叶(可遮光)能有效保护自身和下部绿叶不受强光损伤。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引媒介生物(如蜜蜂、蝴蝶等),为其完成传粉工作。
(2024湖南,17,12分)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;Rubisc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Rubisc的编码基因发生突变所致。Rubisc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)减少 缺钾会使与叶绿素合成相关的酶的活性降低;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)①分别提取该叶片组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA ②根据编码Rubisc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 ⑤和已知基因序列进行比较
解析 (1)在光反应过程中,水的光解会产生O2和H+,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调节,缺钾会降低与叶绿素合成相关的酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞渗透压,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,因此长期缺钾会影响叶绿素的合成。(3)由题干信息知,Rubisc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Rubisc的编码基因的突变位点时,可利用PCR技术扩增突变体的相应基因,再进行电泳并与已知序列进行比较。步骤详见答案。
(2024山东,21,9分)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Lv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。
(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)NADPH、ATP 突变体类囊体膜蛋白的稳定性较高,叶绿素降解慢 (2)高 气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明光合作用消耗CO2的速度更快 (3)蔗糖转化酶的活性高,蔗糖分解成单糖的量更多,光合产物主要以蔗糖形式运往籽粒,所以运往籽粒的光合产物减少
解析 (1)光反应产生的NADPH和ATP驱动暗反应中C3的还原。叶绿素存在于类囊体薄膜上,由图知,与野生型相比,未处理组的突变体类囊体膜蛋白稳定性较高,叶绿素降解慢,故开花后突变体叶片不易变黄。(2)与野生型相比,开花14天后突变体气孔导度较大,吸收的CO2较多,但胞间CO2浓度较低,说明CO2用于CO2的固定的量较多,生成的C3较多,故需要更强的光反应产生较多的NADPH和ATP来驱动暗反应的进行,故开花14天后突变体光饱和点较高。(3)蔗糖转化酶可催化蔗糖分解为单糖,光合产物从叶片运往籽粒主要以蔗糖的形式运输,与野生型相比,突变体蔗糖转化酶的活性较高,故突变体叶片中以蔗糖形式存在的光合产物较少,最终运往籽粒的蔗糖较少,故其籽粒淀粉含量低。
(2024湖北,21,14分)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小,控制CO2进入和水分的散失,影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料,研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种,但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)进行了相关实验,结果如图2所示。
回答下列问题:
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致保卫细胞 (填“吸水”或“失水”),引起气孔关闭,进而使植物光合作用速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)图2中的wt组和r组对比,说明高浓度CO2时rhc1基因产物 (填“促进”或“抑制”)气孔关闭。
(3)由图1可知,短暂干旱环境中,植物体内脱落酸含量上升,这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断:编码蛋白甲的基因是 (填“ht1”或“rhc1”)。
答案 (1)失水 减小 (2)促进 (3)脱落酸含量上升会导致气孔关闭,蒸腾作用散失水分减少,有利于适应干旱环境 (4)rhc1
解析 (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,会使细胞液浓度降低,保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔关闭后,CO2吸收减少,光合速率减小。(2)图2中,比较wt组和r组,wt组有rhc1基因产物,r组无rhc1基因产物,高浓度CO2时wt组气孔开放程度低于r组,说明rhc1基因产物促进气孔关闭。(3)图1中,干旱时脱落酸含量升高,通过蛋白丙将保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外,导致气孔关闭,这样可以减少蒸腾作用散失水分,有利于适应干旱环境。(4)图2中,与h/r组相比,r组含ht1基因产物,高浓度CO2时r组气孔开放度高于h/r组,可推测ht1基因产物抑制蛋白丙对保卫细胞液泡的溶质的转运,从而抑制气孔关闭;wt组(含ht1基因产物和rhc1基因产物)高浓度CO2时气孔关闭,这说明rhc1基因产物可抑制ht1基因产物的作用,rhc1与ht1基因的作用关系如图所示:
故图1中的蛋白甲为rhc1基因产物。
(2023重庆,19,11分)水稻是我国重要的粮食作物,光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下,叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现,叶绿素含量降低的某一突变体水稻,在强光照条件下,其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因,有研究者在相同光照强度的强光条件下,测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。
[注]RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析,突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略),结果如表。
①在田间遮阴条件下,突变体水稻产量却明显低于野生型,造成这个结果的内因是 ,外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ,两者可以相互转化,后者是光合产物的主要运输形式,在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果,推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度),突变体水稻较野生型 (填“高”“低”或“相等”)。
答案 (1)①NADPH C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP) ②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 (2)①突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 ②蔗糖 ③高
解析 (1)①光反应中,水分解为氧和H+的同时,被色素分子夺去两个电子,电子经传递,用于NADP+与H+结合形成NADPH,故类囊体薄膜电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶催化CO2与C5(核酮糖-1,5-二磷酸;RuBP)结合生成C3,故RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②据题表可知,与野生型相比,突变体的光反应速率(光能转化效率和类囊体薄膜电子传递速率)和暗反应速率(RuBP羧化酶含量和RuBP羧化酶催化的最大速率)都快,故其光合速率高于野生型。(2)①由题意知,突变体因叶绿素含量降低(内因),在遮阴即光照强度低(外因)的情况下,水稻产量明显低于野生型。②光合作用的产物有淀粉和蔗糖,两者可以相互转化,其中蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处,在开花结实期则主要运往籽粒。③光补偿点是指光合速率和呼吸速率相等时的光照强度,由于在田间遮阴条件下突变体的光合产量较低,推测其在较低光照强度下光合速率较低,故突变体的光补偿点较野生型高。
(2023浙江1月选考,23,12分)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。
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”)。库源比升高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。
题图 表2
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)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇 (2)五碳糖(C5) ATP和NADPH CO2是光合作用的原料,13C可被仪器检测 (3)降低 增加 光合作用合成的有机物总量少,可提供给果实的有机物相应减少 (4)就近分配原则 (5)C
解析 (1)叶绿体色素为脂溶性物质,易溶于乙醇等有机溶剂,故可用乙醇提取叶绿体色素。(2)CO2与C5结合而被固定后形成三碳酸,三碳酸接受光反应产物ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原。植物可以利用13CO2合成有机物,同时合成的有机物具有放射性,可用于追踪13C的转移过程。(3)据表1信息知,随该植物库源比降低(即果实数量不变,叶片数量增多),叶净光合速率降低,果实中含13C光合产物的量增加。库源比升高导致为果实提供光合有机物的叶片减少,果实得到的光合有机物减少,故单果重随库源比升高而减小。(4)据表2信息,第1、2、3果距叶片渐远,而其单果重渐小,即遵循就近分配原则。(5)依据库源比与单果重的关系以及同枝条上不同果实的单果重对比可知,要提高单枝的合格果实产量,可采用疏果技术,即减少单枝果实数量,提高单果重。
(2023全国甲,29,10分)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是 (答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在 上,其中类胡萝卜素主要吸收 (填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下该悬浮液中不能产生糖,原因是 。
(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
答案 (1)差速离心法 类囊体薄膜 蓝紫光
(2)黑暗条件下不能进行光反应,不能生成ATP和NADPH,因此不能还原C3,不能生成糖类 (3)实验思路:将叶绿体用无水乙醇脱色,用适量碘液处理,观察叶绿体的颜色变化。预期结果:叶绿体变蓝色。
解析 (1)分离各种细胞器常用的方法是差速离心法,即将含各种细胞器的匀浆在不同的转速下进行离心处理,从而将细胞器分离。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上,叶绿体中含有四种色素,其中胡萝卜素和叶黄素属于类胡萝卜素,根据光合色素的吸收光谱分析,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)破坏叶绿体的内膜和外膜,类囊体薄膜上仍可进行光反应,但在黑暗条件下光反应不能进行,没有ATP和NADPH的生成,进而导致C3不能被还原,不能产生糖。(3)叶绿体本身有颜色,会干扰实验现象的观察,应先用无水乙醇将其脱去颜色。可以利用淀粉遇碘变蓝的原理,检测叶绿体中是否有淀粉存在。若用碘液处理后叶绿体变蓝,则说明叶绿体中有淀粉存在。
(2023山东,21,10分)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 。
答案 (1)有无光照、有无H基因或H蛋白 温度、CO2浓度、水 (2)不能 野生型PSⅡ损伤大但能修复;突变体PSⅡ损伤小但不能修复 (3)少 突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多
解析 (1)从图示可以看出有两个自变量,一是有无光照,二是拟南芥有无H基因或H蛋白。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有温度、CO2浓度、水等。(2)野生型PSⅡ损失大,但损失可被H蛋白修复;突变体PSⅡ损失小,无H蛋白修复损失,所以不能比较出强光照射下突变体和野生型的PSⅡ活性强弱。(3)强光照射下,突变体通过NPQ增加了光能的耗散,流向光合所用的能量减少。若测得突变体的暗反应强度增加,通过实验推测原因可能是突变体NPQ高,PSⅡ损伤小,虽无H蛋白修复但PSⅡ活性高,光反应产物多。
(2023全国乙,29,10分)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 (答出2点即可)等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是 。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片,气孔开度可进一步增大,因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是,蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应,用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 (填“能”或“不能”)维持一定的开度。
答案 (1)呼吸作用、光合作用 (2)保卫细胞在红光下进行光合作用合成蔗糖等有机物,使保卫细胞的渗透压增大,引起保卫细胞吸水,体积膨大,气孔打开 (3)蓝光作为一种信号促进保卫细胞逆浓度吸收K+,使保卫细胞内渗透压升高,保卫细胞吸水,体积膨大,气孔进一步打开 (4)能
解析 (1)气孔是植物体蒸腾失水的“门户”,也是植物体与外界进行气体交换的“窗口”,二氧化碳和氧气也通过气孔进出。所以,气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等。(2)保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含叶绿体,可以吸收红光进行光合作用,光合作用过程中合成的蔗糖等有机物使细胞渗透压增大,发生渗透吸水,体积膨大,气孔打开。(3)见答案。(4)阻断光反应,光合作用无法进行,有机物不能积累,但不影响蓝光信号下K+的逆浓度运输,故气孔能维持一定的开度。
(2023海南,16,10分)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 (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;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、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。(2)从柱形图可知:在不同的补光时间内,使用红光+蓝光的补光光源获得的平均花朵数均最多,促进火龙果成花的效果最好,当该光源补光时间为6小时/天时,获得的平均花朵数最多。(3)由实验目的可知,自变量是光照强度,由题干可知光照强度有三种,故可将实验分为3组;实验观测指标为火龙果产量,具体实验思路见答案。
(2023福建,17,10分)秸秆直接焚烧会造成空气污染等环境问题。秸秆还田是当前农业生产中常用措施,研究秸秆还田模式对秸秆在生产中合理利用有重要的指导意义。科研人员研究了秸秆还田与氮肥配施的模式对玉米光合作用的影响,测定相关指标,结果如图所示。

注:SR表示秸秆还田,NSR表示秸秆不还田;蒸腾速率是指单位时间内单位叶面积通过蒸腾作用散失的水量。
回答下列问题:
(1)玉米绿叶中的叶绿素主要吸收 光。据图1、2可推测,等量配施氮肥条件下,与NSR相比,SR的玉米叶肉细胞中光反应会产生更多的 。据图2可知,与NSR相比,SR显著提高了净光合速率,其净光合速率随着施氮量的增加呈 。
(2)根据图中实验结果,下列关于玉米光合作用的叙述正确的是 。(多选,填序号)
A.胞间CO2浓度与气孔开放程度及细胞对CO2的固定量有关
B.与SR相比,NSR会降低蒸腾速率,但有利于细胞对CO2的吸收
C.与SR相比,NSR的胞间CO2浓度更高,细胞对CO2的固定量更多
D.当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,细胞加大了对CO2的固定,导致胞间CO2浓度降低
E.与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量会使细胞吸收的CO2减少,最终导致叶绿素转化光能的效率下降
(3)结合上述实验结果,从经济效益和环境保护角度说明玉米种植不宜过量施用氮肥的原因 。
答案 (1)红光、蓝紫 ATP、NADPH和O2 先增加后减少 (2)ADE (3)过量施氮肥增加生产成本,反而可能减产;过量施氮肥会导致土壤污染、水体污染等环境问题
解析 (1)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;据图1、2可知,在等量配施氮肥条件下,与秸秆不还田(NSR)相比,秸秆还田(SR)的玉米叶绿素含量高、净光合速率大,所以SR的玉米叶肉细胞的光反应会产生更多的ATP、NADPH和O2;SR玉米的净光合速率随着施氮量的增加呈先增加后减少的趋势。(2)气孔的开放程度影响叶片的CO2吸收量,叶肉细胞对CO2的固定量也影响胞间CO2浓度,A正确;据图3可知,NSR的蒸腾速率低于SR,推测NSR气孔开放程度减小,不利于CO2的吸收,B错误;与SR相比,NSR从外界吸收的CO2减少,胞间CO2浓度却较高,说明NSR叶肉细胞固定的CO2减少,C错误;当配施氮肥量为180 kg·hm-2时,玉米的气孔开放程度最大,净光合速率也最大,而胞间CO2浓度却最低,说明细胞对CO2固定量增加,D正确;与配施氮肥量为180 kg·hm-2相比,过多的施氮量使气孔导度下降,但胞间CO2浓度却升高,说明细胞吸收的CO2减少,暗反应速率降低,制约了光反应,E正确。(3)从经济效益角度分析,过量施用氮肥降低了玉米的净光合速率而减产,同时增加了生产成本;从环境保护角度分析,过量施用氮肥会引发土壤污染、水体污染等。
(2022广东,18,14分)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。
图a
图b
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)升高 遮阴环境中,叶绿素合成增加或分解减少 (2)有机物 (3)株高(或叶片数) A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例,探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)由题图可知,C组与A组相比,遮阴环境中的玉米叶绿素含量较光照环境中的玉米叶绿素含量高,这是植物对弱光的一种适应,通过增加叶绿素合成或减少叶绿素分解来提高叶绿素含量,进而提高对光能的利用率。(2)净光合速率可反映植物单位时间积累的有机物的量,结合图b中B1照光区域与B2遮阴区域的数据可知,B组玉米植株的平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μml CO2·m-2·s-1),大于A组玉米植株的净光合速率(11.8 μml CO2·m-2·s-1),即B组的玉米植株有机物积累更多,生长更快。(3)探究B组处理方法是否能提高产量,需选用前期株高(或叶片数)一致、生长状态相似的玉米植株为材料,分组设置对照。据图a可知,该实验的自变量为遮阴比例,常态处理组(A组)为对照组,为控制单一变量,需保证除遮阴比例外其他环境条件一致。若已证明50%遮阴比例可以提高作物产量,则下一步可探究提高作物产量的最适遮阴比例,比如进一步探究25%、75%等遮阴比例时的作物产量。
(2022浙江6月选考,27,8分)通过研究遮阴对花生光合作用的影响,为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
注:光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题:
(1)从实验结果可知,花生可适应弱光环境,原因是在遮阴条件下,植株通过增加 ,提高吸收光的能力;结合光饱和点的变化趋势,说明植株在较低光强度下也能达到最大的 ;结合光补偿点的变化趋势,说明植株通过降低 ,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中 的指标可以判断,实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以 形式提供给各器官。根据相关指标的分析,表明较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至 中。
(3)与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均 。根据实验结果推测,在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间为 (A.4小时),才能获得较高的花生产量。
答案 (每空1分) (1)叶绿素含量 光合速率 呼吸速率 低于5 klx光合曲线的斜率 (2)蔗糖 叶 (3)降低 A
解析 (1)与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的叶绿素含量都有提高,故花生通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力来适应弱光环境。与不遮阴相比,遮阴2小时和4小时情况下,花生植株的光饱和点和光补偿点均降低,这说明植株在较低光强度下也能达到最大的光合速率,而植株通过降低呼吸速率,使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm-2·hr-1·klx-1)分别为1.22、1.23、1.46,这说明,在实验范围内,遮阴时间越长,植株利用弱光的效率越高。(2)植物的光合产物主要以蔗糖形式提供给各器官。对比表格中不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下的单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量可知,在较长遮阴处理下,植株优先将光合产物分配至叶中。(3)在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,花生植株的单株光合产量(g干重)分别为18.92、18.84、16.64,与不遮阴相比,两种遮阴处理的光合产量均降低。在不遮阴、遮阴2小时、遮阴4小时三种情况下,单株果实光合产量(g干重)分别为8.25、8.21、6.13,可判断在花生与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对花生的遮阴时间