高考生物能量细胞利用专题真题

高考生物能量细胞利用专题真题在高中生物的知识体系中，“细胞的能量供应和利用”无疑是核心中的核心，也是历年高考的重点与难点。这部分内容不仅知识点密集，逻辑性强，更强调对生命活动本质的理解以及实际问题的分析能力。从ATP的分子结构到其在生命活动中的“能量通货”作用，从细胞呼吸的复杂过程到光合作用的精妙机制，再到影响这些生理过程的内外因素，每一个环节都可能成为高考命题的切入点。本文将结合近年来的高考真题，对这一专题进行深度剖析，旨在帮助同学们梳理知识脉络，掌握解题技巧，提升应试能力。一、核心知识精要回顾在深入真题之前，我们有必要先对本专题的核心知识点进行一次系统性的回顾，确保我们的解题建立在坚实的知识基础之上。1.ATP：细胞的能量“通货”*结构简式：A-P~P~P（腺苷-磷酸基团~高能磷酸键~磷酸基团）。其分子中远离腺苷的高能磷酸键易断裂也易形成，这一特性使其成为直接能源物质。*功能：为细胞的各项生命活动（如主动运输、肌肉收缩、物质合成、神经传导等）直接提供能量。*ATP与ADP的相互转化：这是一个动态平衡的过程，时刻进行。合成ATP所需的能量来源因生物类型而异：对于植物而言，能量可来自光合作用（光反应阶段）和细胞呼吸；对于动物、真菌和大多数细菌，则主要来自细胞呼吸。2.细胞呼吸：能量的释放与转化*本质：是细胞内有机物（主要是葡萄糖）氧化分解，并释放能量的过程。*类型：包括有氧呼吸和无氧呼吸。*有氧呼吸：是绝大多数生物的主要呼吸方式，分为三个阶段：第一阶段在细胞质基质中进行，葡萄糖分解为丙酮酸和少量[H]，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质中进行，丙酮酸和水彻底分解为CO₂和[H]，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜上进行，[H]与O₂结合生成水，释放大量能量。三个阶段均有ATP生成，第三阶段是ATP产生的主要阶段。*无氧呼吸：在无氧条件下进行，全过程均在细胞质基质中。第一阶段与有氧呼吸相同；第二阶段，丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和CO₂（如酵母菌、植物根细胞缺氧时），或转化为乳酸（如乳酸菌、动物肌肉细胞缺氧时），此阶段不产生ATP。*意义：为生命活动提供ATP；为体内其他化合物的合成提供原料。3.光合作用：光能的捕获与转化*场所：叶绿体（类囊体薄膜和基质）。*总反应式：CO₂+H₂O→(CH₂O)+O₂（条件：光能、叶绿体）。*过程：*光反应阶段：在类囊体薄膜上进行，需要光、色素和酶。利用光能将水光解为O₂和[H]（NADPH），同时将光能转化为ATP中活跃的化学能。*暗反应阶段：在叶绿体基质中进行，不需要光（但需要多种酶）。包括CO₂的固定（与C₅结合生成C₃）和C₃的还原（在[H]和ATP作用下生成糖类和C₅）。将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。*影响因素：光照强度、CO₂浓度、温度、水和矿质元素等。*意义：地球上绝大多数生物的物质和能量来源；维持大气中O₂和CO₂含量的相对稳定。4.细胞呼吸与光合作用的联系*光合作用为细胞呼吸提供有机物和O₂；细胞呼吸为光合作用提供CO₂（特别是夜间或光照不足时，线粒体产生的CO₂可用于叶绿体）。*ATP和[H]（NADPH/NADH）在两个过程中扮演重要角色，但注意其来源和去路的区别。二、典型真题深度剖析（一）ATP及其功能考查例1（多选题）下列关于ATP的叙述，正确的是（）A.ATP分子由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成B.细胞缺氧时，细胞质基质中不能合成ATPC.细胞代谢加快时，ATP与ADP之间的转化加快D.细胞中需要能量的生命活动都是由ATP直接供能答案与解析：本题选C。*A项错误：ATP分子中的五碳糖是核糖，而非脱氧核糖。腺苷是由腺嘌呤和核糖组成的。*B项错误：细胞缺氧时，可通过无氧呼吸在细胞质基质中产生ATP，例如人体肌肉细胞在剧烈运动时的无氧呼吸。*C项正确：细胞代谢加快，消耗的ATP增多，促使ATP水解为ADP和Pi，同时，为了维持ATP含量的相对稳定，ADP和Pi会迅速合成ATP，因此二者之间的转化会加快。*D项错误：ATP是细胞内的直接能源物质，但并非唯一的直接能源物质，如GTP、CTP等在某些生命活动中也可直接供能。命题立意：本题主要考查ATP的化学组成、合成场所以及功能特性。属于对基础知识的直接考查，但也涉及到对“直接能源”这一概念的准确理解，容易出错。（二）细胞呼吸方式的判断与计算例2将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是（）（此处假设有一个坐标图：横坐标为时间，纵坐标为原生质体体积相对值。曲线起点为1.0，先下降后稳定，稳定时体积略大于0.8）A.0~1h内，物质A没有通过细胞膜进入细胞B.0~1h内，细胞的呼吸速率逐渐降低C.2~3h内，物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压D.2~3h内，细胞液的浓度大于初始时刻的细胞液浓度答案与解析：本题选D。*A项错误：0~1h内，原生质体体积不断缩小，说明细胞失水，发生质壁分离。若物质A不能进入细胞，则细胞会持续失水，原生质体体积会一直缩小直至稳定。但图中1h后原生质体体积开始稳定且未持续缩小至最小，暗示可能物质A能缓慢进入细胞，或细胞在失水的同时有其他变化。但更直接的判断是A选项“没有通过”过于绝对。*B项错误：题目中没有直接给出与呼吸速率相关的信息（如CO₂产生量、O₂消耗量等）。原生质体体积变化主要反映的是细胞的吸水和失水，不能直接推断呼吸速率的变化。*C项错误：2~3h内，原生质体体积保持稳定，说明细胞既不失水也不吸水，此时细胞液的渗透压应等于物质A溶液的渗透压。*D项正确：0~1h内细胞失水，细胞液浓度升高。1h后体积稳定，若物质A能进入细胞，则细胞液浓度会进一步升高（因为溶质增多），导致细胞在高于初始细胞液浓度的情况下达到新的渗透平衡。因此，2~3h内细胞液的浓度应大于初始时刻的细胞液浓度。命题立意：本题巧妙地将质壁分离与复原（或稳定）现象与细胞吸水失水、物质跨膜运输结合起来，虽然未直接提及细胞呼吸的计算，但对理解细胞代谢状态与外界环境的关系有较高要求。更侧重于对实验现象的分析和逻辑推理能力。（三）光合作用过程及影响因素例3为研究某植物光合速率与光照强度的关系，将生长状态相同的该植物幼苗分成若干组，分别置于不同光照强度下培养。一段时间后，测定各组幼苗的净光合速率，结果如图所示。回答下列问题：（此处假设有一个坐标图：横坐标为光照强度，纵坐标为净光合速率。曲线起点在纵轴负半轴（表示呼吸速率），随光照强度增强，净光合速率先上升后趋于稳定（达到光饱和点）。）（1）光照强度为a时，叶肉细胞中产生ATP的细胞器有________。（2）光照强度大于b时，限制该植物净光合速率的主要环境因素是________（答出两种）。（3）若进一步提高实验温度，发现曲线的光饱和点显著下降，其原因可能是________。答案与解析：（1）线粒体。*解析：光照强度为a时，净光合速率为0，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度。但题目问的是“叶肉细胞中产生ATP的细胞器”。光合作用的光反应阶段在叶绿体类囊体薄膜上产生ATP，但此时光合产生的ATP用于暗反应，不向外输出。呼吸作用（有氧呼吸第二、三阶段）在线粒体中产生ATP。因此，叶肉细胞中产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体。但严格来说，此时叶肉细胞的光合作用产生的ATP仅供自身暗反应使用，而呼吸作用产生的ATP供细胞各项生命活动。若题目设问的是“产生ATP的场所”，则还应包括细胞质基质。但此处问“细胞器”，则线粒体和叶绿体均是。不过，在某些教辅资料的特定情境下，可能认为此时净光合为0，整体细胞的ATP由呼吸提供。此处更严谨的答案应为“线粒体和叶绿体”。但根据常见高考题的命制习惯，若a点为光补偿点，此时叶肉细胞的光合速率等于其呼吸速率，那么叶绿体产生的ATP等于其暗反应消耗的ATP，线粒体产生的ATP等于细胞其他生命活动消耗的ATP。因此，产生ATP的细胞器是线粒体和叶绿体。但原题图若a点是整个植株的光补偿点，则叶肉细胞的光合速率应大于其呼吸速率，以补偿非光合细胞的消耗。此处题目明确是“该植物幼苗”的“净光合速率”，故a点是幼苗整体的光补偿点。那么叶肉细胞的光合速率大于其呼吸速率，因此叶肉细胞中产生ATP的细胞器一定有叶绿体和线粒体。所以，（1）的答案应为“线粒体、叶绿体”。（注：此处原假设答案为线粒体，可能存在思考偏差，特此修正，高考中此类问题需仔细审题，明确是叶肉细胞还是整个植株。）（2）CO₂浓度、温度。*解析：光照强度大于b时，净光合速率不再随光照强度的增加而增加，说明此时光照强度已不是限制因素。在自然条件下，此时限制光合速率的主要环境因素通常是CO₂浓度和温度。温度通过影响酶的活性来影响光合作用。（3）温度升高，与光合作用有关的酶活性降低（或：温度超过酶的最适温度，酶活性下降）。*解析：光饱和点显著下降，意味着在较低的光照强度下光合作用就达到了最大值，说明光合作用能力下降。温度是影响酶活性的重要因素，若提高温度导致曲线光饱和点下降，最可能的原因是该温度已超过光合作用相关酶的最适温度，导致酶活性降低，从而限制了光合作用的进行，使得在较低光照下就达到了光饱和。命题立意：本题通过曲线图考查了光合作用与呼吸作用的关系、影响光合作用的环境因素等核心知识。要求考生具备读图能力、分析问题和阐述原因的能力，综合性较强。三、高考考查趋势与备考策略通过对上述真题的分析，我们可以看出高考对“细胞的能量供应和利用”这一专题的考查具有以下特点：1.注重基础，强调核心概念：ATP的结构与功能、细胞呼吸和光合作用的基本过程是每年必考的内容，考查形式既有直接的概念辨析，也有结合图形图表的理解与应用。2.联系实际，突出综合应用：题目常以实验探究、生产生活实际为背景，考查学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。例如，影响光合作用和呼吸作用的因素在农业生产中的应用（如合理密植、大棚蔬菜的管理等）。3.图文结合，考查信息获取能力：坐标曲线、柱状图、过程图、实验装置图等是本专题常见的信息呈现方式。要求考生能够准确解读图表信息，并与所学知识建立联系。4.关注实验，考查科学探究能力：光合作用和呼吸作用的发现过程、相关的经典实验以及实验设计与分析是高考的热点。考生需要掌握实验原理、方法步骤、变量控制、结果预测与分析等技能。针对以上趋势，同学们在备考时应采取以下策略：1.夯实基础，构建知识网络：务必吃透教材，理解ATP、细胞呼吸、光合作用的每一个细节，明确各过程的物质变化、能量变化、场所和条件。将零散的知识点串联起来，形成系统的知识网络，例如光合作用与细胞呼吸的联系与区别。2.强化图表分析能力：刻意练习解读各种生物图表的能力，学会从图表中提取有效信息，明确横纵坐标的含义，分析曲线的走势、拐点、特殊点的生物学意义。3.重视实验与探究：熟悉教材中的经典实验，理解实验设计的思路和原则。尝试对实验进行变式分析，如改变实验条件会产生什么结果，如何改进实验等。培养实验设计、结果预测