2025屆高考生物二輪復(fù)習(xí)【第1部分•核心考點(diǎn)突破】專題2核心考點(diǎn)3光合作用和細(xì)胞呼吸的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化學(xué)案(新教材)

專題2細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝核心考點(diǎn)3光合作用和細(xì)胞呼吸的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化1．光合作用和細(xì)胞呼吸過(guò)程(1)物質(zhì)轉(zhuǎn)變過(guò)程圖中b～h表示的物質(zhì)依次是O2、ATP、ADP、NADPH、C5、CO2、C3。①～⑤表示的生理過(guò)程的具體場(chǎng)所依次是類囊體薄膜、葉綠體基質(zhì)、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)、線粒體內(nèi)膜。(2)相應(yīng)元素轉(zhuǎn)移過(guò)程元素轉(zhuǎn)移過(guò)程COeq\x(H2O)eq\o(――――――→,\s\up7(光反應(yīng)),\s\do15(類囊體薄膜))eq\x(O2)eq\o(――――――――――→,\s\up7(有氧呼吸第三階段),\s\do15(線粒體內(nèi)膜))eq\x(H2O)H(3)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程2．外界條件變化時(shí)，C5、C3、NADPH、ATP物質(zhì)的量的變化模式圖(1)光照強(qiáng)度變化(2)CO2濃度變化真題感悟常考題型一細(xì)胞呼吸的過(guò)程典例1(2023·廣東卷)在游泳過(guò)程中，參與呼吸作用并在線粒體內(nèi)膜上作為反應(yīng)物的是(A)A．還原型輔酶Ⅰ B．丙酮酸C．氧化型輔酶Ⅰ D．二氧化碳【解析】游泳過(guò)程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一階段和第二階段都產(chǎn)生了[H](還原型輔酶Ⅰ)，這兩個(gè)階段產(chǎn)生的[H](還原型輔酶Ⅰ)在第三階段經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)，在線粒體內(nèi)膜上與氧結(jié)合生成水。故選A。典例2(2022·全國(guó)甲卷)線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常運(yùn)動(dòng)的人肌細(xì)胞中線粒體數(shù)量通常比缺乏鍛煉的人多。下列與線粒體有關(guān)的敘述，錯(cuò)誤的是(C)A．有氧呼吸時(shí)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中都能產(chǎn)生ATPB．線粒體內(nèi)膜上的酶可以參與[H]和氧反應(yīng)形成水的過(guò)程C．線粒體中的丙酮酸分解成CO2和[H]的過(guò)程需要O2的直接參與D．線粒體中的DNA能夠通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯控制某些蛋白質(zhì)的合成【解析】有氧呼吸的第一階段場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，第二、三階段在線粒體，三個(gè)階段均可產(chǎn)生ATP，故有氧呼吸時(shí)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體都可產(chǎn)生ATP，A正確；線粒體內(nèi)膜是有氧呼吸第三階段的場(chǎng)所，該階段氧氣和[H]反應(yīng)生成水，該過(guò)程需要酶的催化，B正確；丙酮酸分解為CO2和[H]是有氧呼吸第二階段，場(chǎng)所是線粒體基質(zhì)，該過(guò)程需要水的參與，不需要氧氣的參與，C錯(cuò)誤；線粒體是半自主性細(xì)胞器，其中含有少量DNA，可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成，D正確。故選C。典例3(2023·全國(guó)乙卷)植物可通過(guò)呼吸代謝途徑的改變來(lái)適應(yīng)缺氧環(huán)境。在無(wú)氧條件下，某種植物幼苗的根細(xì)胞經(jīng)呼吸作用釋放CO2的速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(C)A．在時(shí)間a之前，植物根細(xì)胞無(wú)CO2釋放，只進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸B．a(chǎn)～b時(shí)間內(nèi)植物根細(xì)胞存在經(jīng)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2的過(guò)程C．每分子葡萄糖經(jīng)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精時(shí)生成的ATP比產(chǎn)生乳酸時(shí)的多D．植物根細(xì)胞無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的酒精跨膜運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程不需要消耗ATP【解析】植物進(jìn)行有氧呼吸或無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精時(shí)都有二氧化碳釋放，圖示在時(shí)間a之前，植物根細(xì)胞無(wú)CO2釋放，分析題意可知，植物可通過(guò)呼吸代謝途徑的改變來(lái)適應(yīng)缺氧環(huán)境，據(jù)此推知在時(shí)間a之前，只進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸，A正確；a階段無(wú)二氧化碳產(chǎn)生，b階段二氧化碳釋放較多，a～b時(shí)間內(nèi)植物根細(xì)胞存在經(jīng)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2的過(guò)程，是植物通過(guò)呼吸途徑改變來(lái)適應(yīng)缺氧環(huán)境的體現(xiàn)，B正確；無(wú)論是產(chǎn)生酒精還是產(chǎn)生乳酸的無(wú)氧呼吸，都只在第一階段釋放少量能量，第二階段無(wú)能量釋放，故每分子葡萄糖經(jīng)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精時(shí)生成的ATP和產(chǎn)生乳酸時(shí)相同，C錯(cuò)誤；酒精跨膜運(yùn)輸方式是自由擴(kuò)散，該過(guò)程不需要消耗ATP，D正確。故選C。典例4(2023·山東卷)水淹時(shí)，玉米根細(xì)胞由于較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行無(wú)氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，使液泡膜上的H＋轉(zhuǎn)運(yùn)減緩，引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H＋積累，無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸也使細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)pH降低。pH降低至一定程度會(huì)引起細(xì)胞酸中毒。細(xì)胞可通過(guò)將無(wú)氧呼吸過(guò)程中的丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑，延緩細(xì)胞酸中毒。下列說(shuō)法正確的是(B)A．正常玉米根細(xì)胞液泡內(nèi)pH高于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)B．檢測(cè)到水淹的玉米根有CO2的產(chǎn)生不能判斷是否有酒精生成C．轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)釋放的ATP增多以緩解能量供應(yīng)不足D．轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)消耗的[H]增多以緩解酸中毒【解析】玉米根細(xì)胞由于較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行無(wú)氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，使液泡膜上的H＋轉(zhuǎn)運(yùn)減緩，引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H＋積累，說(shuō)明細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H＋轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡需要消耗能量，為主動(dòng)運(yùn)輸，逆濃度梯度運(yùn)輸，液泡中H＋濃度高，正常玉米根細(xì)胞液泡內(nèi)pH低于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，A錯(cuò)誤；玉米根部短時(shí)間水淹，根部氧氣含量少，部分根細(xì)胞可以進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生CO2，檢測(cè)到水淹的玉米根有CO2的產(chǎn)生不能判斷是否有酒精生成，B正確；轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)，無(wú)ATP的產(chǎn)生，C錯(cuò)誤；丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時(shí)消耗的[H]與丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑時(shí)消耗的[H]含量相同，D錯(cuò)誤。故選B。歸納提升：對(duì)細(xì)胞呼吸的場(chǎng)所、過(guò)程、條件要精確把握(1)原核生物有氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上。真核生物有氧呼吸的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。(2)有氧呼吸的第一、二階段不需要O2，只有第三階段需要O2。(3)如果某生物無(wú)O2的吸收和CO2的釋放，則該生物只進(jìn)行無(wú)氧呼吸(產(chǎn)物為乳酸)或已死亡。(4)無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物中沒(méi)有水，如果細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物中有水，則一定是進(jìn)行了有氧呼吸。(5)由于酵母菌無(wú)氧呼吸和有氧呼吸均可以產(chǎn)生CO2，故不能依據(jù)有無(wú)CO2的產(chǎn)生來(lái)判斷酵母菌的細(xì)胞呼吸方式。(6)無(wú)線粒體的真核細(xì)胞(或生物)只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸，如哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞；原核細(xì)胞無(wú)線粒體，但大多數(shù)可進(jìn)行有氧呼吸。?？碱}型二光合作用的過(guò)程典例5(2023·湖北卷)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復(fù)合體，PSⅡ光復(fù)合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ，通過(guò)與PSⅡ結(jié)合或分離來(lái)增強(qiáng)或減弱對(duì)光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯(cuò)誤的是(C)A．葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng)B．Mg2＋含量減少會(huì)導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲減弱C．弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，不利于對(duì)光能的捕獲D．PSⅡ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H＋、電子和O2【解析】葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ分離減少，PSⅡ光復(fù)合體對(duì)光能的捕獲增強(qiáng)，A正確；Mg2＋是葉綠素的組成成分，其含量減少會(huì)導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體上的葉綠素含量減少，導(dǎo)致對(duì)光能的捕獲減弱，B正確；弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，增強(qiáng)對(duì)光能的捕獲，C錯(cuò)誤；PSⅡ光復(fù)合體能吸收光能，并分解水，水的光解產(chǎn)生H＋、電子和O2，D正確。故選C。典例6(2023·全國(guó)乙卷)植物葉片中的色素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述，錯(cuò)誤的是(D)A．氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素B．葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C．用不同波長(zhǎng)的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰D．葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得越慢【解析】葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素，A正確；光反應(yīng)的場(chǎng)所是類囊體的薄膜，需要光合色素吸收光能，葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，用不同波長(zhǎng)的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得越快，D錯(cuò)誤。故選D。典例7(2023·山東卷)當(dāng)植物吸收的光能過(guò)多時(shí)，過(guò)剩的光能會(huì)對(duì)光反應(yīng)階段的PSⅡ復(fù)合體(PSⅡ)造成損傷，使PSⅡ活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度減弱。細(xì)胞可通過(guò)非光化學(xué)淬滅(NPQ)將過(guò)剩的光能耗散，減少多余光能對(duì)PSⅡ的損傷。已知擬南芥的H蛋白有2個(gè)功能：①修復(fù)損傷的PSⅡ；②參與NPQ的調(diào)節(jié)?？蒲腥藛T以擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖所示。實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)光照射時(shí)對(duì)野生型和突變體光照的強(qiáng)度相同，且強(qiáng)光對(duì)二者的PSⅡ均造成了損傷。(1)該實(shí)驗(yàn)的自變量為_(kāi)擬南芥種類、光照強(qiáng)度__。該實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量中，影響光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素有_CO2濃度、溫度__(答出2個(gè)因素即可)。(2)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)，_不能__(填“能”或“不能”)比較出強(qiáng)光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強(qiáng)弱，理由是_強(qiáng)光照射下突變體的NPQ相對(duì)值比野生型的NPQ相對(duì)值高，能減少?gòu)?qiáng)光對(duì)PSⅡ復(fù)合體造成損傷。但是野生型含有H蛋白，能對(duì)損傷后的PSⅡ進(jìn)行修復(fù)，故不能確定強(qiáng)光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強(qiáng)弱__。(3)據(jù)圖分析，與野生型相比，強(qiáng)光照射下突變體中流向光合作用的能量_少__(填“多”或“少”)。若測(cè)得突變體的暗反應(yīng)強(qiáng)度高于野生型，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)推測(cè)，原因是_突變體的NPQ強(qiáng)度大，能夠減少?gòu)?qiáng)光對(duì)PSⅡ的損傷__?！窘馕觥?1)據(jù)題意擬南芥的野生型和H基因缺失突變體為材料進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合題圖分析實(shí)驗(yàn)的自變量有擬南芥種類和光照強(qiáng)度。影響光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素有CO2濃度、溫度、水分等。(2)據(jù)圖分析，強(qiáng)光照射下突變體的NPQ相對(duì)值比野生型的NPQ相對(duì)值高，能減少?gòu)?qiáng)光對(duì)PSⅡ復(fù)合體造成損傷。但是野生型含有H蛋白，能對(duì)損傷后的PSⅡ進(jìn)行修復(fù)，故不能確定強(qiáng)光照射下突變體與野生型的PSⅡ活性強(qiáng)弱。(3)據(jù)圖分析，強(qiáng)光照射下突變體中NPQ相對(duì)值較大，而NPQ能將過(guò)剩的光能耗散，從而使流向光合作用的能量減少；突變體的NPQ強(qiáng)度大，能夠減少?gòu)?qiáng)光對(duì)PSⅡ的損傷且減少作用大于野生型H蛋白的修復(fù)作用，這樣導(dǎo)致突變體的PSⅡ活性高，能為暗反應(yīng)提供較多的NADPH和ATP促進(jìn)暗反應(yīng)進(jìn)行，因此突變體的暗反應(yīng)強(qiáng)度高于野生型。典例8(2023·湖南卷)下圖是水稻和玉米的光合作用暗反應(yīng)示意圖?？栁难h(huán)的Rubisco酶對(duì)CO2的Km為450μmol·L－1(K越小，酶對(duì)底物的親和力越大)，該酶既可催化RuBP與CO2反應(yīng)，進(jìn)行卡爾文循環(huán)，又可催化RuBP與O2反應(yīng)，進(jìn)行光呼吸(綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應(yīng))。該酶的酶促反應(yīng)方向受CO2和O2相對(duì)濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細(xì)胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細(xì)胞葉綠體是水光解的主要場(chǎng)所，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體主要與ATP生成有關(guān)。玉米的暗反應(yīng)先在葉肉細(xì)胞中利用PEPC酶(PEPC對(duì)CO2的Km為7μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)與CO2反應(yīng)生成C4，固定產(chǎn)物C4轉(zhuǎn)運(yùn)到維管束鞘細(xì)胞后釋放CO2，再進(jìn)行卡爾文循環(huán)。回答下列問(wèn)題：(1)玉米的卡爾文循環(huán)中第一個(gè)光合還原產(chǎn)物是_3-磷酸甘油醛__(填具體名稱)，該產(chǎn)物跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)合成_蔗糖__(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通過(guò)_維管組織__長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)狡渌M織器官。(2)在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下，玉米的光合作用強(qiáng)度_高于__(填“高于”或“低于”)水稻。從光合作用機(jī)制及其調(diào)控分析，原因是_高光照條件下玉米可以將光合產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)移；玉米的PEPC酶對(duì)CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過(guò)PEPC酶生成C4，使維管束鞘內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境，抑制玉米的光呼吸__(答出三點(diǎn)即可)。(3)某研究將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強(qiáng)度無(wú)明顯變化。其原因可能是酶的活性達(dá)到最大，對(duì)CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物質(zhì)含量的限制；原核生物和真核生物光合作用機(jī)制有所不同(答出三點(diǎn)即可)。【解析】(1)玉米的光合作用過(guò)程與水稻相比，雖然CO2的固定過(guò)程不同，但其卡爾文循環(huán)的過(guò)程是相同的，結(jié)合水稻的卡爾文循環(huán)圖解，可以看出CO2固定的直接產(chǎn)物是3-磷酸甘油酸，然后直接被還原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在葉綠體中被轉(zhuǎn)化成淀粉，在葉綠體外被轉(zhuǎn)化成蔗糖，蔗糖是植物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕穷?，蔗糖在長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)通過(guò)維管組織。(2)干旱、高光強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，吸收的CO2減少，而玉米的PEPC酶對(duì)CO2的親和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通過(guò)PEPC酶生成C4，使維管束鞘內(nèi)的CO2濃度高于外界環(huán)境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能將葉綠體內(nèi)的光合產(chǎn)物通過(guò)維管組織及時(shí)轉(zhuǎn)移出細(xì)胞。因此在干旱、高光照強(qiáng)度環(huán)境下，玉米的光合作用強(qiáng)度高于水稻。(3)將藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機(jī)制導(dǎo)入水稻葉肉細(xì)胞，只是提高了葉肉細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度，而植物的光合作用強(qiáng)度受到很多因素的影響；在光飽和條件下如果光合作用強(qiáng)度沒(méi)有明顯提高，可能是水稻的酶活性達(dá)到最大，對(duì)CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物質(zhì)含量的限制，也可能是因?yàn)樗{(lán)細(xì)菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用機(jī)制有所不同。歸納提升：分析光合作用中