高中生物《高中全程學(xué)習(xí)方略》2025版第5章　微專題三　細(xì)胞呼吸方式的判斷及相關(guān)計(jì)算含答案

高中生物《高中全程學(xué)習(xí)方略》2025版第5章微專題三細(xì)胞呼吸方式的判斷及相關(guān)計(jì)算含答案微專題三細(xì)胞呼吸方式的判斷及相關(guān)計(jì)算一、根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物、物質(zhì)量的關(guān)系、場所判斷細(xì)胞呼吸方式典題例證1.酵母菌以葡萄糖作為呼吸底物,放出的CO2體積隨O2濃度的變化曲線如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.a點(diǎn)有酒精和CO2的生成B.a、b、c三點(diǎn)均有CO2和水的生成C.b點(diǎn)酵母菌既進(jìn)行了無氧呼吸,又進(jìn)行了有氧呼吸D.若c點(diǎn)酵母菌消耗O2的體積等于放出CO2的體積,則其只進(jìn)行有氧呼吸【解析】選B。a點(diǎn)時(shí)沒有O2,酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸,所以有酒精、CO2生成,A正確;a點(diǎn)酵母菌只進(jìn)行無氧呼吸,所以沒有水生成,B錯(cuò)誤;b點(diǎn)時(shí)O2濃度較低,此時(shí)酵母菌既進(jìn)行了無氧呼吸又進(jìn)行了有氧呼吸,C正確;因?yàn)榻湍妇臒o氧呼吸產(chǎn)生CO2,若c點(diǎn)酵母菌消耗O2的體積等于放出CO2的體積,則其只進(jìn)行有氧呼吸,D正確。2.(2023·全國乙卷)植物可通過呼吸代謝途徑的改變來適應(yīng)缺氧環(huán)境。在無氧條件下,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()A.在時(shí)間a之前,植物根細(xì)胞無CO2釋放,只進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸B.a~b時(shí)間內(nèi)植物根細(xì)胞存在經(jīng)無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2的過程C.每分子葡萄糖經(jīng)無氧呼吸產(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)胞無氧呼吸產(chǎn)生的酒精跨膜運(yùn)輸?shù)倪^程不需要消耗ATP【解析】選C。本題依托實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線,考查對(duì)植物根部細(xì)胞通過改變無氧呼吸類型以適應(yīng)缺氧環(huán)境的分析。據(jù)圖分析可知,在無氧條件下,a點(diǎn)之前該植物未釋放CO2,說明其只進(jìn)行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸,A正確;在a~b時(shí)間內(nèi),該植物有CO2釋放,說明其存在產(chǎn)生酒精和CO2的無氧呼吸,B正確;每分子的葡萄糖經(jīng)無氧呼吸產(chǎn)生酒精時(shí)生成的ATP與產(chǎn)生乳酸時(shí)的相同,C錯(cuò)誤;酒精跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞綖樽杂蓴U(kuò)散,不消耗ATP,D正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·全國Ⅰ卷)種子貯藏中需要控制呼吸作用以減少有機(jī)物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質(zhì)是淀粉分解產(chǎn)生的葡萄糖,下列關(guān)于種子呼吸作用的敘述,錯(cuò)誤的是()A.若產(chǎn)生的CO2與乙醇的分子數(shù)相等,則細(xì)胞只進(jìn)行無氧呼吸B.若細(xì)胞只進(jìn)行有氧呼吸,則吸收O2的分子數(shù)與釋放CO2的相等C.若細(xì)胞只進(jìn)行無氧呼吸且產(chǎn)物是乳酸,則無O2吸收也無CO2釋放D.若細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行有氧和無氧呼吸,則吸收O2的分子數(shù)比釋放CO2的多【解析】選D。本題主要考查有氧呼吸和無氧呼吸的過程及呼吸方式的判斷。種子以葡萄糖為呼吸底物,有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生乙醇的過程均產(chǎn)生CO2,但是無氧呼吸產(chǎn)生的CO2與乙醇分子數(shù)相等,A項(xiàng)正確;無氧呼吸只釋放CO2,不吸收O2,若細(xì)胞只進(jìn)行有氧呼吸,則吸收O2的分子數(shù)與釋放CO2的相等,B項(xiàng)正確;由于種子細(xì)胞進(jìn)行無氧呼吸時(shí),不吸收O2,產(chǎn)物是CO2和乙醇或乳酸,若產(chǎn)物是乳酸,則無O2吸收也無CO2釋放,C項(xiàng)正確;若細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生乳酸的過程,則吸收O2的分子數(shù)與釋放CO2的一樣多;若細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和產(chǎn)物為酒精的無氧呼吸,則消耗的O2量小于CO2的釋放量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷細(xì)胞呼吸方式1.裝置:2.實(shí)驗(yàn)原理:3.結(jié)果與分析:實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論裝置一紅墨水滴裝置二紅墨水滴不動(dòng)不動(dòng)只進(jìn)行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸不動(dòng)右移只進(jìn)行產(chǎn)生酒精和CO2的無氧呼吸左移右移進(jìn)行有氧呼吸和產(chǎn)生酒精、CO2的無氧呼吸左移不動(dòng)只進(jìn)行有氧呼吸或進(jìn)行有氧呼吸和產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸4.物理誤差的校正:為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差,設(shè)置如圖所示的裝置丙(除將裝置中生物材料換為殺死的等量同種生物材料外,其余均與乙裝置相同)。[特別提醒]探究細(xì)胞呼吸方式過程中的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)若所放材料為綠色植物,整個(gè)裝置必須遮光,因?yàn)橹参锏墓夂献饔脮?huì)干擾呼吸速率的測(cè)定。(2)為防止微生物呼吸對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,應(yīng)將裝置及所測(cè)材料進(jìn)行消毒處理。(3)如果實(shí)驗(yàn)材料是酵母菌,實(shí)驗(yàn)所用的葡萄糖溶液需煮沸,目的是滅菌,排除其他微生物的呼吸作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的干擾。典題例證3.如圖為探究水稻種子萌發(fā)時(shí)細(xì)胞呼吸類型的實(shí)驗(yàn)裝置,假設(shè)萌發(fā)種子僅以葡萄糖為呼吸底物,觀察到單位時(shí)間內(nèi)裝置1的紅色液滴左移了6個(gè)單位,裝置2的紅色液滴右移了2個(gè)單位。下列有關(guān)分析錯(cuò)誤的是()A.水稻種子萌發(fā)過程中有機(jī)物的總量減少,有機(jī)物種類增多B.水稻種子萌發(fā)時(shí)進(jìn)行細(xì)胞呼吸的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體C.水稻種子萌發(fā)時(shí)有氧呼吸和無氧呼吸消耗的葡萄糖之比為3∶1D.實(shí)驗(yàn)期間萌發(fā)的水稻種子細(xì)胞不會(huì)進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸【解析】選C。水稻種子萌發(fā)過程中由于呼吸作用消耗,有機(jī)物的總量減少;有機(jī)物的轉(zhuǎn)化使有機(jī)物種類增多,A正確。觀察到單位時(shí)間內(nèi)裝置1的紅色液滴左移了6個(gè)單位,裝置2的紅色液滴右移了2個(gè)單位,說明水稻種子萌發(fā)時(shí)既進(jìn)行有氧呼吸,又進(jìn)行無氧呼吸,故其呼吸場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體,B正確。裝置1的紅色液滴左移了6個(gè)單位,說明有氧呼吸消耗了6個(gè)單位的O2,對(duì)應(yīng)消耗1個(gè)單位的葡萄糖;裝置2的紅色液滴右移了2個(gè)單位,說明無氧呼吸產(chǎn)生了2個(gè)單位的CO2,說明無氧呼吸對(duì)應(yīng)消耗1個(gè)單位的葡萄糖。故水稻種子萌發(fā)時(shí)有氧呼吸和無氧呼吸消耗的葡萄糖之比為1∶1,C錯(cuò)誤。水稻種子無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2,D正確。三、細(xì)胞呼吸的相關(guān)計(jì)算1.反應(yīng)式:(1)有氧呼吸:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量。(2)無氧呼吸:C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量;C6H12O62C3H6O3+少量能量。2.以葡萄糖為呼吸底物,有氧呼吸和產(chǎn)生酒精的無氧呼吸各物質(zhì)間的關(guān)系比:(1)有氧呼吸中葡萄糖∶O2∶CO2=1∶6∶6。(2)產(chǎn)生酒精的無氧呼吸中葡萄糖∶CO2∶酒精=1∶2∶2。(3)消耗等量的葡萄糖時(shí),產(chǎn)生酒精的無氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的CO2摩爾數(shù)之比為1∶3。(4)消耗等量的葡萄糖時(shí),有氧呼吸消耗的O2摩爾數(shù)與有氧呼吸和產(chǎn)生酒精的無氧呼吸產(chǎn)生CO2摩爾數(shù)之和的比為3∶4。典題例證4.如圖表示某植物的非綠色器官在氧濃度為a、b、c、d時(shí),CO2釋放量和O2吸收量的變化。下列相關(guān)敘述正確的是()A.氧濃度為a時(shí),最適于貯藏該植物器官B.氧濃度為b時(shí),無氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C.氧濃度為c時(shí),無氧呼吸最弱D.氧濃度為d時(shí),有氧呼吸強(qiáng)度與無氧呼吸強(qiáng)度相等【解析】選B。分析題圖可知,氧濃度為a時(shí),CO2的釋放量較大,即細(xì)胞呼吸強(qiáng)度較大,不適合貯藏該植物器官,貯藏該植物器官應(yīng)選擇CO2釋放量最低的點(diǎn),A錯(cuò)誤;氧濃度為b時(shí),細(xì)胞有氧呼吸消耗的O2是3,產(chǎn)生的CO2是3,無氧呼吸釋放的CO2是8-3=5,因此無氧呼吸消耗的葡萄糖∶有氧呼吸消耗的葡萄糖為(5÷2)∶(3÷6)=5∶1,即無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍,B正確;氧濃度為c時(shí),細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2多于吸收的O2,細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸,氧濃度為d時(shí),細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2等于吸收的O2,說明細(xì)胞只進(jìn)行有氧呼吸,此時(shí)無氧呼吸最弱(為0),C、D錯(cuò)誤。5.在酵母菌和葡萄糖的混合液中通入不同濃度的O2,產(chǎn)生的酒精和CO2量如圖所示。當(dāng)氧氣濃度為a%時(shí),下列敘述正確的是()A.酵母菌無氧呼吸釋放9molCO2B.酵母菌有氧呼吸消耗15molO2C.用于無氧呼吸的葡萄糖量占總量的2/3D.有氧呼吸與無氧呼吸釋放能量的比是1∶1【解析】選C。酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生的酒精量與CO2量相等,酵母菌無氧呼吸釋放6molCO2,A錯(cuò)誤;酵母菌有氧呼吸消耗15-6=9molO2,B錯(cuò)誤;酵母菌無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖之比是(6÷2)∶(9÷6)=2∶1,因此用于無氧呼吸的葡萄糖的比例是2/3,C正確;由C項(xiàng)分析可知,有氧呼吸與無氧呼吸消耗的葡萄糖之比是1∶2,有氧呼吸釋放的能量遠(yuǎn)大于無氧呼吸,故有氧呼吸與無氧呼吸釋放能量的比例不是1∶1,D錯(cuò)誤。微專題四光系統(tǒng)Ⅰ、光系統(tǒng)Ⅱ、C4途徑、景天酸途徑一、光系統(tǒng)Ⅰ、光系統(tǒng)Ⅱ1.光系統(tǒng)Ⅰ:介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。2.光系統(tǒng)Ⅱ:水的光解,產(chǎn)生O2、H+和自由電子(e-)。3.光系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ作用:將質(zhì)子(H+)逆濃度梯度從類囊體的膜外側(cè)泵入囊腔側(cè),從而建立了質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度。4.ATP合成過程:類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子通過ATP合成酶順濃度梯度流出產(chǎn)生的能量合成ATP。典題例證1.(2023·湖北選擇考)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通過與PSⅡ結(jié)合或分離來增強(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()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】選C。本題考查植物光合作用中的光反應(yīng)階段。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。2.在決定小麥產(chǎn)量的灌漿期,若遭遇連續(xù)高溫和強(qiáng)光的雙重脅迫,會(huì)導(dǎo)致光合系統(tǒng)被破壞,造成產(chǎn)量下降。光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物,分布于葉綠體類囊體薄膜中,葉綠體psbA基因編碼的D1蛋白是PSⅡ反應(yīng)中心的重要蛋白。(1)推測(cè)PSⅠ和PSⅡ具有__吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能__的功能?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)一種碳納米熒光材料,能吸收紫外光并將其轉(zhuǎn)換為藍(lán)紫光,用該材料處理葉綠體后,極大地提高了光合作用效率,分析其原因是

__藍(lán)紫光更容易被葉綠體中的色素吸收,加快了光反應(yīng)速率,為暗反應(yīng)提供充足的NADPH和ATP_。

【解析】(1)光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物,分布于葉綠體類囊體薄膜上,而葉綠體類囊體薄膜是光反應(yīng)的場所,據(jù)此可推測(cè)PSⅠ和PSⅡ具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的功能?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)一種碳納米熒光材料,能吸收紫外光并將其轉(zhuǎn)換為藍(lán)紫光,藍(lán)紫光更容易被葉綠體中的色素吸收,加快了光反應(yīng)速率,為暗反應(yīng)提供充足的NADPH和ATP,因此,用該材料處理葉綠體后,極大地提高了光合作用效率。(2)科研人員以正常植株和突變植株(psbA基因過量表達(dá))為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在晴朗的夏季,兩種類型的植株都出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象,且突變植株的“光合午休”現(xiàn)象弱,分析其原因是_D1蛋白含量升高,PSⅡ活性升高,光反應(yīng)速率升高_(dá)。

【解析】(2)科研人員以正常植株和突變植株(psbA基因過量表達(dá))為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在晴朗的夏季,兩種類型的植株都出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象,且突變植株的“光合午休”現(xiàn)象弱,這是因?yàn)閜sbA基因編碼的D1蛋白是PSⅡ反應(yīng)中心的重要蛋白,而突變植株中psbA基因過量表達(dá),即D1蛋白含量升高,PSⅡ活性升高,吸收光能的能力更強(qiáng),因而光反應(yīng)速率升高,所以突變植株“光合午休”現(xiàn)象較弱。二、C4途徑、景天酸(CAM)途徑1.C4途徑:(1)概念:在綠色植物的光合作用中,CO2中的碳首先轉(zhuǎn)移到含有四個(gè)碳原子的有機(jī)物(C4)中,然后才轉(zhuǎn)移到C3中,科學(xué)家將這類植物叫作C4植物,將其固定CO2的途徑,叫作C4途徑。(2)圖示:(3)意義:PEP羧化酶提高了C4植物固定CO2的能力,使C4植物比C3植物具有較強(qiáng)的光合作用能力(特別是在高溫、光照強(qiáng)烈、干旱條件下),并且無光合午休現(xiàn)象。2.景天酸(CAM)途徑:(1)特點(diǎn):在晚上捕獲CO2,然后轉(zhuǎn)變成蘋果酸存儲(chǔ)在液泡中;到了白天,氣孔關(guān)閉,蘋果酸脫羧,使得葉綠體中Rubisco周圍CO2濃度升高。(2)圖示:特別提示:C3、C4和景天酸(CAM)途徑關(guān)系(1)C3途徑是碳同化的基本途徑(2)C4途徑和景天酸(CAM)途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成有機(jī)物。典題例證3.(2023·湖南選擇考)如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(Km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)?；卮鹣铝袉栴}:(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___維管組織____長距離運(yùn)輸?shù)狡渌M織器官。

【解析】本題考查光合作用的相關(guān)知識(shí),意在考查考生的理解能力和綜合應(yīng)用能力。(1)玉米的光合作用過程與水稻相比,雖然CO2的來源不同,但其卡爾文循環(huán)的過程是相同的,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,蔗糖是植物長距離運(yùn)輸?shù)闹饕穷?通過維管組織運(yùn)輸。(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