细胞的能量供应和利用（培优讲义）-2026年高考生物二轮复习原卷版

专题03细胞的能量供应和利用

目录

第一部分高考考情精析锁定靶心高效备考

第二部分思维建模突破一问一答扫清盲区

【突破01】细胞代谢深度解析

【突破02】有氧呼吸/无氧呼吸全过程

【突破03】光合作用光反应与暗反应物质能量转化

【突破04】跨模块能量应用

【突破05】主动运输的能量供应

【突破06】生态系统能量流动与细胞呼吸的联系

第三部分高考命题深研典例精析+方法提炼+变式巩回

【命题点01】抗逆生理（低氧、高温等逆境下细胞能量供应的调节机制）

【命题点02】农业实践（如光合作用增效技术、呼吸作用调控对农产品储存的影响）

主战场转移：从“基础过程记忆”转向细胞代谢深度解析（有氧呼吸/无氧呼吸

全过程、光合作用光反应与暗反应物质能量转化）与跨模块能量应用（如主动运

输的能量供应、生态系统能量流动与细胞呼吸的联系），是尖子生拉开分差的关键。

核心价值；凸显“生命观念（物质与能量观ATP作为直接能源物质实现能量'货

核心考向聚焦

币'功能、细胞呼吸与光合作用的能量转化）”“科学思维（模型认知一一构建呼

吸作用/光合作用过程模型；逻辑推理一一分析环境因素对能量代谢的影响路径）”

“社会责任（科技赋能农业一一如光合作用优化技术提升作物产量、芍能技术在细

胞代谢研究中的应用）“，对接高考“高阶能力考查”导向。

关键能力：精准推导代谢路径的“起点-中间环节-终点”（如有氧呼吸中葡萄

关键能力与思维瓶颈

糖f丙酮酸f[H]与CO2-*[H]与（）2生成水的全流程；光合作用中CO?固定~*C3

还原一糖类合成的物质变化）；将“科研论文情境”拆解为“教材机制模型”（如

把前沿光合作用机制研究成果转化为课本光反应、暗反应模型）等。

培优瓶颈：1.机制混淆，如混淆“有氯呼吸与无氧呼吸的场所、产物差异”“光

反应与暗反应的物质能量联系”；2.逻辑疏漏：推导“环境因素（如（）2浓度、CO

2浓度）对能量代谢的影响”时，忽略“后续代谢途径变化对前序步骤的反馈抑制/

促进”（如低氧时无氧呼吸增强对有氧呼吸原料消耗的竞争）。

预测：以抗逆生理（低氧、高温等逆境下细胞能量供应的调节机制）、农业实践

（如光合作用增效技术、呼吸作用调控对农产品储存的影响）为核心情境，辐射考

点；非选择题将融入“代谢中间产物含量变化曲线”“酶促反应能量变化的实验分

析“，考查“机制一数据一结论”的推导；设问增加“原因分析类长句应答”，要

求写出“3级以上逻辑链”（如“从叶线体结构f光反应效率一暗反应速率f作物

产量的因果链”）；

命题前瞻与备考策略

策略：溯源式学习：对每个机制画“推导逻辑图”（如梳理有氧呼吸三阶段的物质

变化、酶的种类、能量释放梯度的完整路径；光合作用光反应与喑反应的物质循环、

能量转化的关联逻辑），拒绝死记；模型化解题：对高频题型提炼解题模型（如“细

胞呼吸方式判断的4要素模型”“光合作用与呼吸作用综合计算的3步法模型”）；

靶向训练：多做“情境化+跨模块”题（如结合物质跨膜运输（主动运输需ATP）、

生态系统能量流动（细胞呼吸是能量散失的主要途径）等跨模块情境设题）。

N0.2

思维建模突破

◊突破01细胞代谢深度解析（有氧呼吸/无氧呼吸全过程、光合作用光反应与

暗反应物质能量转化）

物何为细胞呼吸?

对于绝大多数生物来说，细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二

氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸

两种类型：

有氧呼吸：需氧气参与,是细胞呼吸的主要方式,能★各有机物彻底氧化分解；

无氧呼吸：在无氧/缺氧条件下进行，有机物不彻底氧化分解，产物为酒精+C0?（如酵母菌、

多数植物细胞）或乳酸（如乳酸菌、动物细胞、马铃薯块茎等）。

以葡萄糖为例，有氧呼吸分三阶段进行：

第一阶段（细胞质基质）：葡萄糖分解为丙酮酸，产生少量［H］和少量能量；

第二阶段（线粒体基质）：丙酮酸和水彻底分解为002和［H］,释放少量能量；

第三阶段（线粒体内膜）：前两阶段产生的［H］与02结合生成水，释放大量能量。

无氧呼吸全过程在细胞质基质中进行：

第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同（葡萄糖一丙酮酸+［H］+少量能量）;

第二阶段中，丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精+C02（如酵母菌）或乳酸（如

乳酸菌），此阶段不产生能量。

需如何理解有氧呼吸的过程?

有氧呼吸是有机物彻底氧化分解的过程，通过“细胞质基质一线粒体基质一线粒体内膜”的三阶段酶促

反应，将葡萄糖中稳定的化学能逐步转化为：

•ATP中活跃的化学能（约40%能量储存于ATP）；

•热能（剩余能量以热能形式散失,维持体温等）.

现你如何理解无氧呼吸的过程?

无氧呼吸是有机物不彻底氧化分解的过程：

•因无氧气参与，电子传递链无法正常运转，能量释放少且大部分留存在酒精/乳酸中（仅第一阶段

产生少量ATP）；

•不同生物无氧呼吸产物不同的本质是：催化第二阶段的酶种类不同（如酵母菌含“产酒精相关酶”，

乳酸菌含“产乳酸相关酶”）。

需过程辨析（核心过程对比表）

对比维度有氧呼吸无氧呼吸（产酒精）无氧呼吸（产光反应暗反应

乳酸）

第二阶段产生不消耗CO2,产生不消耗CO2,不CO2固定消耗

co参与？不消耗co

2产生2

co2co2co2co2

无"固定"概念无"固定"概念（不彻无"固定''概念

固定后产物无C5与C5生成C3

（彻底分解）底分解）（不彻底分解）

细胞质基质、线叶绿体类囊体

反应场所细胞质基质细胞质基质叶绿体基质

粒体薄膜

葡萄糖葡萄糖T酒精水的光解、ATPCO2固定、C3还

主要物质变化葡萄糖T乳酸

乳酸和合成原

-CO2+H2O+co2/NADPH

稳定化学能一

稳定化学能T少量

稳定化学能T活少量活跃化学光能一活跃化学活跃化学能一稳

能量变化活跃化学能+大量

跃化学能+热能能+大量未释能定化学能

未释放化学能

放化学能

不需要（光能驱

0需求必需不需要不需要不需要

2动）

◊突破02跨模块能量应用（如主动运输的能量供应、生态系统能量流动与细

胞呼吸的联系）

需主动运输的能量从何而来?

物如何理解生态系统能量流动与细胞呼吸的联系?

I输入端：生产者通过光合作用“捕获”太阳能，光I传递端：消费者通过摄食获取有机物，细胞呼吸分解有机

1反应产ATP供暗反应固碳，而暗反应的CO?来源（分I।物释放能量,一部分转化为ATP供生命活动（含主动运输），

'解者/生产者呼吸）依赖细胞呼吸，体现“呼吸为能।|一部分传递给下一营养级；未被利用的有机物最终被分解

量输入兜底"。'I者呼吸分解，完成能量“代际传递”。

।I

|

|散失端：所有生物的细胞呼吸都会将能量以热能散I

能量藕合：细胞呼吸分解有机物（如葡萄糖）

|失，这是能量“单向流动”的核心（热能无法被生

।।量的同时，产生CO2、H。等产物；这些产物又可作夕

I产者重新捕获利用），也是“逐级递减”的主因（每'2

।者光合作用的原料,实现“物质循环”与“能量流动”

I级仅10%-20%能量传递到下一营养级）。।环，而细胞呼吸是连接二者的“代谢枢纽”。

物过程辨析（核心过程对比表）

能量应用类型能量来源能量转化/利用方式实例（主动运输/生态系统环节）

细胞呼吸产生的ATP-ADP+Pi,释放能量小肠上皮细胞吸收氨基酸（需

主动运输（直接供能）

ATP驱动载体蛋白ATP水解供能）

细胞呼吸维持的离离子顺浓度扩散的势能带Na.-K*泵建立Na*梯度，辅助

主动运输（间接供能）

子梯度动溶质逆浓度运输葡萄糖跨膜吸收

光反应：光能玉米叶肉细胞叶绿体光反应阶

生态系统能量输入太阳能

-ATP/NADPH化学能段，类囊体膜上的能量转换

细胞呼吸：有机物-ATP羊摄食青草后，细胞呼吸分解青

生态系统能量传递上一营养级有机物

化学能+热能草中的有机物供能

化学能一热能（不可逆散所有生物（生产者/消费者/分解

生态系统能量散失各营养级细胞呼吸

失）者）呼吸作用释放热量

NO.3

高考命题深研

◊命题点［01抗逆生理（低氧、高温等逆境下细胞能■供应的调节机制）情境

I典I例I精I析

典例1（2025・安徽・高考真题）为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响，科研小组测定了油菜的野生

型（WT）及NtPIP基因过量表达株（OE）在正常供氧（AT）和低氧（HT,模拟涝渍）条件二的根细胞呼

吸速率和氧浓度，结果见图Io

W1

A'l

回答下列问题。

(1)据图1分析，低氧胁迫下，NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸,原因是。有氧呼吸

第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为中储存的能景。

(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现，在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C

时，E增多并累积(图2a)；当加入F、G或H时，E也同样紧积(图2b)。根据此结果，针对有氧呼吸

第二阶段代谢路径提出假设：

加入AE枳累E枳累加入G

U畲.畲|0

(a)A—♦B-►C—♦D—*E■■»F—►G-H(b)A-*B—♦CD-F十F-G-H

丙二酸阳遏图2丙二酸阻遏

说明：字母A-H表示一系列分子。

(3)科研小组还发现，低氧条件下，NtPIP基因过晟表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合杈细胞呼吸速

率的变化分析，其原因是"

(4)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应，最终接受电子的物质(最终电子受体)是,而

最终提供电子的物质(最终电子供体)是。

变I式I巩I固

(2024・湖北•二模)水分胁迫是指由于植物水分散失超过水分吸收，导致植物组织含水量下降，正常

代谢失调的现象。这种现象可能由土壤干旱、淹水、冰冻、高温或盐渍等多种环境因素引起。现有科学家

设计实验研窕干旱和淹水两种条件引起的水分胁迫对宜昌楠幼苗期叶片光合特征的影响。完成下列问题：

(1)从细胞呼吸产生的能量和产物两个方面，分析长时间淹水引起水分胁迫的原因有

①O

②。

(2)选取生理状况相同的宜昌楠幼苗若干株均分为六组，采用双套法(陶盆外加套一个塑料桶，桶沿高于盆沿

10cm)进行湿度处理：WI-完全不浇水，W2-每天浇水，W3-隔天浇1次水，W4-水位维持在培养基质的30%,

W5.水位维持在培养基质的50%,W6-水位维持在培养基质的100%。请回答：

①据此推测，陶盆内的培养基质应为。

A.统一配方的完全培养液B.用蛭石、泥炭土等统一配土的固态基质

②科学家每天采集叶片，快速洗净擦干后称取0.1g剪碎后放入浸提液中，密封后置于黑暗低温处。待瓶中

叶肉组织完全变白后将浸提液用分光光度计测定叶绿素的光密度，计算出光合色素的含量。结果如下图：

0

5

54.

40

雷5

1

0

s•o

当32.5

、

嘲20

代L5

羽

0

假L

欧S5

古0

不同处理

浸提液相当于“绿叶中色素的提取和分离”实验中的试剂。从图中数据可知，当水分胁迫达到•定程

度，宜昌楠幼苗积极地进行自我调节以适应逆境，宜昌楠叶绿素含量的变化在条件下表现的更明显。

⑶宜昌楠幼苗净光合速率如下图，净光合速率、气孔导度的变化趋势基本上一致。综合分析与Id相比，4d

时W4-W5净光合速率下降的原因是o该实验对宜昌楠在栽培管理上的指导意义

□1d

□2d

□3d

□4d

W1W2W3W4W5W6

不同处理

变式2|（2025・山东•一模）在细胞生长和分裂的活跃期，线粒体通过中间分裂产生两个子线粒体，中间分裂

前后的线粒体生理状态并没有太大的差异（图1）。当细胞处于逆境胁迫下，线粒体内的Ca2+和活性氧自由

基（ROS）增加，通过外周分裂产生大小不一的子线粒体（图2）,其中较小的子线粒体不包含复制型DNA

（mtDNA）,最终被自噬体吞噬，而较大的子线粒体得以保全。图中DRP1是一种参与线粒体分裂调控的

关键蛋白。下列表述错误的是（）

低ROS、低Ca?+

图1图2

A.与成熟红细胞相比，胚胎干细胞中发生中间分裂的线粒体比例更高

B.若表达DRP1蛋白的基因突变，线粒体中间分裂和外周分裂均会受到抑制

C.当机体代谢旺盛时，心肌细胞中的线粒体会加快外周分裂以满足能量需求

D.逆境胁迫下，线粒体可通过外周分裂缓解较多ROS和CM+对细胞的损伤

变式3|（2022・山东泰安•一模）FOXO蛋白是哺乳动物抵抗逆境（寒冷、干旱、饥饿等）的“主控开关”。下

列生理活动中与FOXO蛋白发挥作用无关的是（）

A.有氧呼吸转换为无氧呼吸，提高葡萄糖的利用效率

B.促进细胞自噬作用，增加营养物质的供应

C.增加细胞抗氧化能力，减少自由基的产生

D.加强对脂肪的分解，增强细胞的能量供应

◊命题点02农业实践（如光合作用增效技术、呼吸作用调控对农产品储存的

影响）情境分桐

典I例I精I析

典例1|（2025・全国二卷・高考真题）自然界中的光强常在短时间内剧烈变化，影响植物的光合作用效率。科

研人员对拟南芥的叶绿体响应光强变化的机理进行了探究。

（1）类囊体膜上的蛋白复合物PSH催化水在光下分解，变化的光强会影响这一过程，从而影响光反应产

生—，最终影响暗反应过程有机物的合成。

（2）PSH复合物的主要部分延伸到类囊体腔中，科研人员推测类囊体腔中的蛋白参与PSII的组装。为此，利

用农杆菌转化拟南芥，由于农杆菌的一会随机整合到拟南芥的核基因组中，因而可得到类囊体腔内蛋白

基因发生突变的突变体。

（3）科研人员在所得突变体中观察到,B基因突变体无法编码类囊体腔内的蛋白B,该突变体表现为缺乏PSII

更合物。科研人员进行实验，处理及结果如图1。

b组d组

LAJ叫

05200520

一天中的时刻

组组组组

实验abCd

结果B基因突变体++++++++4-H-

野生型++-H-4-+-H-H-++-H-+

注：“+”数量多代表生长状况好。

图1

①据图分析，本'实验的自变量是一O

②依据实验结果推测，PSII复:合物的功能是一对变化光强的适应。

（4）进一步将b组植株的叶肉细胞置于电镜下观察，结果如图2。

野生型B基因突变体

图2

基于本实验结果推断，B基因参与PSII复合物的组装，PSH复合物帮助植物适应变化的光强。请对观察结

果能否证实该推断作出判断，并阐明理由—o

变I式I巩I固

变式1|（2025•安徽芜湖・模拟预测）近年来我国探索并推广玉米一大豆带状复合种植技术，通过大豆、玉米

高矮作物空间错位搭配（如图所示），最大限度发挥土地潜力，助农增产增收。表格为甲、乙两个品系的

大豆植株分别置于正常光和弱光下处理后相关光合作用参数。

玉米大豆玉米大豆玉米

品系甲品系乙

项目

正常正常

弱光弱光

光光

净光合速率(|xmolCO2/m2-s)11.3910.1811.646.25

叶绿素含量(mg/g)1.782.011.412.32

2

气孔导度(molH2O/m-s)0.050.110.120.04

胞间CCh浓度

111.8216.2274.2207.2

(pmolCO2/ni2-s)

回答下列问题：

(1)选择大豆这种植物与玉米复合种植的优点是(答出一点)：边行优势是指大田种植时，边行作物的

生长发育比中间行作物表现好，这种优势出现的原因可能是。

(2)玉米一大豆带状更合种植时若间距过小，大豆容易因玉米遮阳出现茎秆过度伸长的现象。大豆过度伸长

有利于吸收更多光能，但大豆收成却有所下降。原因是因为过度长高容易倒伏，其次是因为o

(3)依据上表数据可知，品系的大豆植株耐阴能力更强，判析依据是。从能量流动的角度分析,

玉米一大豆带状复合种植的意义是o

变式2|(2025・湖北十堰•三模)玉米又称棒子、苞米、苞谷等，是我国重要的粮食作物之一。研究玉米的光

合作用速率和培育玉米新品种均具有重要的意义。玉米在早期光合作用的过程中会产生大量可溶性糖，可

溶性糖在淀粉合成酶的作用下转化为淀粉，使下米籽粒呈糯性。研究发现，与野生型相比，不米的CST1

基因缺失突变体光合作用速率下降。回答下列问题：

(1)由题可知，若淀粉合成酶的合成受抑制，积累，籽粒就会呈甜味。玉米叶肉细胞光合作用合成的

有机物，一部分用于建造植物体本身，一部分用于作用。科研人员对玉米叶片的气孔开放程度进行检

测，结果如图1所示，据图分析，突变型玉米光合作用速率下降的原因可能是o

□野生型

■突变型

(2)科研人员培育出超量表达P蛋白的转基因玉米，以提高玉米的营养价值。利用Ti质粒构建的基因表达我

体如图2所示，其中强启动子能驱动基因的持续转录。将萌发的玉米种子的胚芽尖端割伤，有利于种子吸

收酚类化合物。

HindIII

潮霉素acI

ClaIBamHIHindIDEcoRIKpnISacI抗性基因