2024届高考二轮备考聚焦微专题2 细胞代谢实验探究巧突破 学案

角度1与酶有关的实验设计与分析近年高考生物试题对实验的考查越来越重视，实验考查的作用也越来越突出，它不仅能考查考生对知识的掌握情况，还能考查考生的动手能力、知识运用能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力等。实验考查的形式也在不断变化，除“写出实验思路并预期实验结果及结论”外，还有更灵活、更创新的考查方式，如以画图的形式表示实验结果、结合实验结果设计实验探究等。有关酶的实验的考查主要集中在酶的催化功能及酶的专一性、高效性、受pH和温度影响等方面，命题往往借助曲线、表格等形式，突出考查考生对实验数据的分析和推理能力。命题突出情境化，实验设计突出考查考生对自变量、因变量和无关变量的理解和运用能力。1．(2023·浙江卷)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、处理及结果如下表所示。组别甲中溶液(0.2mL)乙中溶液(2mL)不同时间测定的相对压强(kPa)0s50s100s150s200s250sⅠ肝脏提取液H2O2溶液09.09.69.810.010.0ⅡFeCl3H2O2溶液000.10.30.50.9Ⅲ蒸馏水H2O2溶液00000.10.1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．250s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解析：H2O2分解产物是H2O和O2，其中O2会导致压强改变，A正确；据表分析可知，甲中溶液为酶、无机催化剂或蒸馏水，乙中溶液是反应物，应从甲中溶液与乙中溶液混合时开始计时，B正确；三组中的H2O2溶液均为2mL，则最终产生的相对压强应相同，据表可知，250s之前(200s)Ⅰ组反应已结束，但Ⅱ组和Ⅲ组压强均未达到Ⅰ组的终止压强10.0kPa，故250s时Ⅱ组和Ⅲ组反应仍在进行，C错误；酶的高效性是指与无机催化剂相比，酶降低化学反应活化能的作用更显著，对比Ⅰ、Ⅱ组可知，在相同时间内Ⅰ组(含过氧化氢酶)相对压强变化更快，说明酶的催化作用具有高效性，D正确。答案：C2．(2023·天津卷)某种蜂将幼虫生产在某种寄主动物的身体里，研究人员发现幼虫羽化成功率与寄主肠道菌群有关，得到如下表结论。菌种123456醋酸杆菌A＋－＋＋＋＋芽孢杆菌B＋－－＋－－菌C＋－－－＋－菌D＋－－－－＋注：＋代表存在这种菌，－代表不存在这种菌(1)根据第________列，在有菌A的情况下，菌________会进一步促进提高幼蜂羽化率。(2)研究人员对幼蜂寄生可能造成的影响进行研究。(ⅰ)研究发现幼蜂会分泌一种物质，类似于人体内胰岛素的作用，则其作用可以是促进________物质转化为脂质。(ⅱ)研究还发现，幼蜂的存在会导致寄主体内脂肪酶活性降低，这是通过________________的方式使寄主积累脂质。(ⅲ)研究还需要知道幼蜂是否对寄主体内脂质合成量有影响，结合以上实验结果，请设计实验探究：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)结合题意可知，菌A是醋酸杆菌，表中第1、3、4、5和6列中均有A存在，与第3列对比，结合羽化率数据可知，在有菌A的情况下，菌B会进一步促进提高幼蜂羽化率。(2)(ⅰ)研究发现幼蜂会分泌一种物质，类似于人体内胰岛素的作用，由于胰岛素具有降血糖的作用，则其作用可以是促进糖类物质转化为脂质。(ⅱ)研究还发现，幼蜂的存在会导致寄主体内脂肪酶活性降低，这是通过减少脂肪的分解的方式使寄主积累脂质。(ⅲ)若要研究幼蜂是否对寄主体内脂质合成量有影响，自变量应为是否有幼蜂寄生，因变量为寄主体内脂质含量变化，可将生长状况相同的寄主动物随机分为两组，一组让幼蜂寄生，一组不做处理，并分别检测脂质含量；一段时间后，检测、比较两组寄主动物处理前后脂质含量的变化。答案：(1)1、3、4、5、6B(2)(ⅰ)糖类(ⅱ)减少脂肪的分解(ⅲ)将生长状况相同的寄主动物随机分为两组，一组让幼蜂寄生，一组不做处理，并分别检测脂质含量；一段时间后，检测、比较两组寄主动物处理前后脂质含量的变化eq\a\vs4\al(规律总结)(1)快速找到实验变量从实验目的中找：一般情况下，“验证、证明”或“探究、研究”等词后面跟自变量，“对”后面是因变量，如研究温度对酶活性的影响，其中温度是自变量，酶的活性是因变量；除自变量外，实验过程中存在的一些会对实验结果造成影响的可变因素叫作无关变量，无关变量可以从实验材料的选择、实验试剂的用量、实验时间的长短等方面寻找。(2)对照与对比的区分对照包括空白对照，即未进行任何处理的组别；自身对照，又称前后对照，是指施加自变量前后对照；相互对照，即施加自变量的实验组之间进行对照，如探究不同pH对酶活性影响的实验中，不同pH的实验组之间为相互对照，相互对照又被称作对比。1．某实验小组欲探究不同pH对过氧化氢酶活性的影响，分别量取等量、pH不同的缓冲液于试管中，其他条件相同且适宜，利用新鲜肝脏研磨液、H2O2溶液、注射器等进行实验，记录并计算气体产生的平均速率，结果如图所示。下列叙述正确的是()A．实验需要将肝脏研磨液和H2O2溶液混合后再加入pH不同的缓冲液中进行测定B．pH由5到7时气体产生速率上升较快，与pH为5～7时酶活性升高较快有关C.由图示实验结果可知，过氧化氢酶需要在最适pH条件下保存D．由图示结果推测，将某一试管中的pH由13调至7时，过氧化氢酶的活性会持续升高解析：实验需要先将每组的肝脏研磨液和H2O2溶液调至相同pH后，然后再混合，并将不同组设置不同的pH进行实验，A错误；据图可知，pH在5到7时气体产生速率上升较快，与pH为5～7时酶活性升高较快有关，B正确；该实验是探究不同pH对过氧化氢酶活性的影响，不能说明过氧化氢酶需要在最适pH条件下保存，C错误；据图可知，在pH为13时，平均反应速率为0，说明酶变性失活，则将某一试管的pH由13调至7时，过氧化氢酶的活性不变，D错误。答案：B2．(多选)明胶是胶原的水解产物。某小组以明胶为底物探究反应时间、pH和温度对蛋白酶K活性的影响，研究结果如图所示。下列相关叙述正确的是()A.蛋白酶K的酶活力可用单位时间内明胶的减少量表示B．甲组实验结果表明反应30h后蛋白酶K的活力几乎丧失C．较高或较低pH对蛋白酶K的活力影响的机理是相同的，最适pH为5.0左右D．蛋白酶K的耐热温度为70℃，低温与高温对蛋白酶K活力影响机理相同解析：酶活力表示酶的催化能力，可以用酶促反应速度表示，即蛋白酶K的酶活力可用单位时间内明胶的减少量表示，A正确；据甲组分析，蛋白酶K在反应初期，酶活力较大，随着反应时间的延长，酶活力降低，反应30h后蛋白酶K的活力几乎丧失，B正确；pH对蛋白酶K的活力影响的机理是相同的，分析图乙可知，最适pH为5.0左右，C正确；低温时酶活性较低，但酶的空间结构不变，高温时酶的空间结构被破坏，酶失去活性，D错误。答案：ABC3．草莓采摘后硬度降低，软化加剧。提高果实硬度对于延长草莓贮藏时间有重要意义。(1)脱落酸可提高相关酶活性，导致细胞壁解体，并促进________(激素)的生成，加速果实成熟软化。请据此分析，提出延缓果实软化的思路：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(至少写出一条)(2)已知真菌AMF侵染草莓根系后，逐渐形成菌丝网络，利于植物吸收矿质营养；糖醇螯合钙是植物可高效运输的钙剂。为探究AMF和糖醇螯合钙对草莓硬度的影响，研究者进行了相关实验。①对草莓植株进行不同处理后检测果实硬度，结果如下表。组别实验处理硬度(kg/cm2)1浇灌蒸馏水1.2820.2%糖醇螯合钙1.343接种AMF1.284接种AMF＋0.2%糖醇螯合钙1.38以上数据表明：AMF单独作用无法抑制果实软化，而与糖醇螯合钙联合使用时，AMF可以加强糖醇螯合钙抑制果实软化的效果，依据是________________________________________________________________________________。AMF加强糖醇螯合钙效果的原因可能是_______________________________。②进一步探究糖醇螯合钙对草莓硬度的影响机制，实验结果如图1，酶A和酶B参与相关代谢过程如图2。结合图1和图2，判断酶A、酶B分别是________________。(3)已知钙既是组成细胞壁的重要元素，也作为信息分子发挥调节作用。综上所述，完善AMF和糖醇螯合钙联合使用对草莓硬度的影响机制。请在图3方框中选填“AMF”“糖醇螯合钙”，在()中选填“＋”“－”(＋表示促进/提高，－表示抑制/降低)。解析：(1)促进果实成熟的植物激素是乙烯。延缓果实软化的思路有：增加细胞壁结构的稳定性；降低水解细胞壁成分相关酶(纤维素酶和果胶酶)的活性；降低脱落酸或乙烯含量。(2)组别3果实硬度与组别1相同，组别2硬度大于组别1，组别4硬度大于组别2，由此说明，AMF和糖醇螯合钙联合使用的效果比单独使用时，提高硬度效果好。据题意，可能是AMF促进植株吸收糖醇螯合钙，钙有利于提高果实硬度。根据图1，随着糖醇螯合钙浓度增加，酶B表达量逐渐降低、酶A表达量逐渐升高，果实硬度提高。根据图2，PG酶使果实软化，PME酶加上钙的处理，细胞壁稳定，果实硬度提高，可推知，酶A是PME酶，酶B是PG酶。(3)根据(2)实验结果，AMF促进植株吸收糖醇螯合钙，随着钙浓度提高，促进PME酶表达量增高、抑制PG酶表达，使PG酶量降低，从而提高细胞壁稳定性，抑制果实软化。答案：(1)乙烯增加细胞壁结构的稳定性，降低水解细胞壁成分相关酶(纤维素酶和果胶酶)的活性，降低脱落酸或乙烯含量(抑制脱落酸或乙烯活性)(2)①组别3果实硬度与组别1相同，组别2硬度大于组别1，组别4硬度大于组别2AMF促进植株吸收糖醇螯合钙②PME酶、PG酶(3)角度2光合作用与细胞呼吸相关的实验探究与光合作用和细胞呼吸相关的实验探究题涉及的知识比较广，课本基础实验和经典实验经常出现在选择题的某个选项或非选择题的前两个空。试题多以真实的科研实验为情境，考查实验结果分析、实验思路设计及结果预测等。3．(2023·海南卷)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)。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)火龙果中植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和叶绿素b，二者统称为叶绿素。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一条和第二条。(2)根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光＋蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多，所以最佳补光时间是6小时/天。(3)本实验要求对三种不同光照强度的白色光源，探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，所以将生长状况相同的火龙果分三组，分别用三种不同光照强度的白色光源对火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，一段时间后观察记录每组平均花朵数。答案：(1)叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)一和二(2)红光＋蓝光6不同的补光时间条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多(3)将生长状况相同的火龙果分三组，分别用三种不同光照强度的白色光源对火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，一段时间后观察记录每组平均花朵数【题后悟法】实验思路是设计实验的大致想法、总体思路，是总领性的。实验过程要求比实验思路更具体、更具操作性，更能考查考生接近真实情境的动手操作能力、空间想象能力等，也更能考查考生的学科素养。解决这类问题除多做类似的题加强训练外，更重要的是多总结提炼实验设计的方法规律，形成规律性的实验设计思路。4．(2022·福建卷)栅藻是一种真核微藻，具有生长繁殖快、光合效率高、可产油脂等特点。为提高栅藻的培养效率和油脂含量，科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养(如图1)对栅藻生长和产油量的影响，结果如图2。回答下列问题。(1)实验中，悬浮培养和膜培养装置应给予相同的________________(答出2点即可)。(2)为测定两种培养模式的栅藻光合速率，有人提出可以向装置中通入C18O2，培养一段时间后检测18O2释放量。你认为该方法________(填“可行”或“不可行”)，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)由图2的结果可知，膜培养的栅藻虽然叶绿素含量较低，但膜培养仍具一定的优势，体现在________________________。结合图1，从影响光合效率因素的角度分析，膜培养具有这种优势的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据图2的结果，对利用栅藻生产油脂的建议是__________________________。解析：(1)分析题意可知，本实验中科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养，实验的自变量是含水量等不同，实验除了自变量，其他的无关变量要保持相同且适宜，所以悬浮培养和膜培养装置应给予相同的光照强度、通气量、接种量。(2)要测定光合速率不宜用标记了18O的CO2，因为C18O2中的O2在暗反应中随C18O2转移到糖类等有机物中，光反应中释放的O2来自H2O，排出的气体中检测不到18O2。(3)由图2的结果可知，与悬浮培养相比，膜培养的栅藻生物量(产率)和油脂产率更高，可能是因为虽然膜培养的栅藻叶绿素含量较低，但栅藻能更充分利用光照和CO2。(4)比较图2各组膜培养的栅藻，2%琼脂浓度培养基培养的栅藻油脂产率最高，所以建议对栅藻采用2%琼脂浓度培养基对应的膜培养方式。答案：(1)光照强度、通气量、接种量(2)不可行光反应中释放的O2来自H2O，排出的气体中检测不到18O2(3)生物量(产率)和油脂产率较高膜培养时栅藻更充分利用光照和CO2(膜培养时栅藻对光照和CO2利用率更高)(4)使用2%琼脂浓度培养基对应的膜培养方式5．(2023·湖南岳阳高三统考阶段练习)科研人员发现植物的细胞呼吸除具有与动物细胞相同的途径外，还包含另一条借助交替氧化酶(AOX)的途径。(1)交替氧化酶(AOX)分布在植物细胞线粒体内膜上，它可以催化O2与[H]生成________，并使细胞呼吸释放的能量更多以热能形式散失，生成ATP所占的比例________。在寒冷早春，某些植物的花细胞中AOX基因的表达会________，利于提高花序温度，吸引昆虫传粉。(2)进一步研究表明，AOX途径可能与光合作用有关，科研人员对此进行深入研究。①光合作用过程中，光能被分布于叶绿体类囊体薄膜上的光合色素吸收，并转变为ATP中的化学能，经过暗反应，能量最终被储存在____________中。一般情况下，植物叶片的光合作用随光照强度的增强而增强，但光照强度过高时，光合作用减弱。②科研人员将正常光照下发育的叶片分为4组，用AOX途径抑制剂处理A组和C组叶片的左侧，然后将4组叶片离体，叶柄插入盛满水的试管中，左侧置于正常光照下，右侧置于正常光照或高光下(图1)，40分钟后测量叶片左侧光合色素的光能捕获效率(图2)。根据________组的实验数据可以推测，在夏季晴天，若树木中层叶片的部分区域被高光照射，叶面出现光斑，则可能会使邻近组织的光合作用减弱。实验说明，AOX途径可以________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)线粒体内膜可以发生有氧呼吸的第三阶段，即[H]与O2结合成水并释放大量能量，因此，交替氧化酶(AOX)分布在植物细胞线粒体内膜上，它可以催化O2与[H]生成水。由于该过程使细胞呼吸释放的能量更多以热能形式散失，所以生成ATP所占的比例下降。在寒冷早春，某些植物的花细胞中AOX基因的表达会增加，有氧呼吸增强会释放更多的热量利于提高花序温度，吸引昆虫传粉。(2)①光合作用的光反应中，光能被分布于叶绿体的类囊体薄膜上的光合色素吸收，并且转变为ATP中的活跃的化学能，经过暗反应，能量最终被储存在糖类等有机物中。②B、D组的变量为右侧叶片是否高光，由图2实验结果可知，D组在右侧叶片高光条件下，左侧叶片的光合色素捕获光能的效率降低，由此可以推测，在夏季晴天，若树木中层叶片的部分区域被高光照射，叶面出现光斑，则可能会使邻近组织的光合作用减弱。A、B组的单一变量是左侧叶片是否抑制AOX途径，B组未使用AOX途径抑制剂，实验结果显示B组左侧叶片光合色素捕获光能的效率高于A组，同理C、D组的单一变量是左侧叶片是否抑制AOX途径，D组未使用AOX途径抑制剂，实验结果显示D组左侧叶片光合色素捕获光能的效率高于C组，且二者的差值大于A、B组的差值，故可说明，AOX途径可以提高光合色素光能捕获效率，利于光合作用进行，在周围受到高光照射的叶片组织中作用更明显。答案：(1)水下降增加(2)①糖类/有机物②BD提高光合色素的光能捕获效率，利于光合作用进行，在周围受到高光照射的叶片组织中的作用更显著6．(2023·河北统考模拟预测)光合作用的气孔与非气孔限制理论认为，气孔限制值(Ls)和胞间CO2浓度(Ci)的变化是判断逆境条件下植物光合速率(Pn)下降的依据。玫瑰木槿是一种优良的水土保持灌木树种，科研人员以盆栽1年生玫瑰木槿幼苗为材料，通过测定其叶片在不同水分胁迫下(土壤含水量分别为82.5%、69.5%、57.8%和31.3%，分别用T1、T2、T3、T4表示)胞间CO2浓度、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)等指标，分析水分胁迫对玫瑰木槿幼苗光合作用效率的影响。请回答下列问题。(1)玫瑰木槿根细胞主要借助膜上的____________(填转运蛋白的类型)来吸收水分。水分被吸收后，在光合作用与细胞呼吸过程中参与的反应分别是________________。(2)水分胁迫由T1处理加剧至T2处理时，玫瑰木槿幼苗Pn呈现____________趋势。当水分胁迫梯度高于T3时，随着水分胁迫的加剧，玫瑰木槿幼苗Pn降低，从光反应和暗反应的角度分析，原因是___________________________________________________________，表现为________限制。(3)研究表明，随着水分胁迫继续加剧(T4之后)，玫瑰木槿幼苗的Gs随之降低，但Ci并未降低，有人推测Pn下降是由于水分胁迫导致叶绿体类囊体被破坏，且破坏后不能恢复，使叶肉细胞光合速率下降。请设计实验验证上述观点，简要写出实验思路及结论。______________________________