高三生物二轮复习课件专题二 第4讲 细胞代谢中的物质与能量转化

专题二

第4讲细胞代谢中的物质与能量转化1、“三种”元素的转移途径【提醒】光合作用与细胞呼吸过程的易错点(1)光合作用过程中产生的O2全部来自水。(2)葡萄糖不能直接进入线粒体被利用，需在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]，丙酮酸和[H]进入线粒体进一步被氧化分解。练习(2025·江苏南京市、盐城市模拟)放射性同位素在生物实验中被广泛应用，下列有关叙述错误的是(

)A.给水稻提供14CO2，根细胞在缺氧环境有可能出现14C2H5OHB.给小麦提供14CO2，则14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)C.用15N标记丙氨酸，内质网上核糖体将有放射性，而游离核糖体则无D.小白鼠吸入18O2，在尿液、呼出的二氧化碳中有可能分别检测到含有H218O、C18O2C

水的光解丙酮酸、[H]氧气(或O2)和二氧化碳(或CO2)《高考专题》T152.(2025·山东高考)高光强环境下,植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤,引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长,其部分光合过程如图所示。2、电子呼吸传递链与氧化磷酸化电子供体电子受体ATP合成的能量NADHO2线粒体内膜两侧H+浓度差图中增大膜两侧H+浓度差的生理过程有：

H+通过Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ由线粒体基质侧转运到膜间隙侧；线粒体基质侧H+与O2反应被消耗。3、光系统及电子传递链图中增大膜两侧H+浓度差的生理过程有：

类囊体腔侧水的光解产生H+，PQ蛋白将H+从基质侧运输到类囊体腔侧，基质侧合成NADPH消耗H+。电子供体电子受体ATP合成的能量H2ONADP+类囊体膜两侧H+浓度差T19【思维·发散】图1所示为线粒体内膜上发生的质子转运和ATP合成过程,图2所示为光合作用光合磷酸化过程,图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示蛋白质复合体。1.下列说法正确的是(

)电子传递链的结构基础(1)图1中的A侧是指线粒体内外膜的膜间隙;图2中的A侧、B侧分别是指类囊体腔侧和叶绿体基质侧。(2)图2中的PSⅠ和PSⅡ都含有色素。(3)图1、图2中都存在ATP合成酶,其作用只是催化ATP的合成。(4)图2中产生的NADPH在暗反应中的作用是作为还原剂和提供能量。电子传递链中的物质转化(5)图2中,PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2。(6)图1所示的电子传递链中,电子(e-)的最终受体是O2,图2所示的电子传递链中,电子(e-)的最终受体是NAD+。练习

下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图,PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,是叶绿素和蛋白质构成的复合体,能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质,其中PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程,虚线为H+的运输过程。以下说法错误的是(

)A.ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成,在进行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成B.图中电子传递的过程,最初提供电子的物质为水,最终接受电子的物质为NADP+C.类囊体两侧H+浓度差的建立仅由PQ主动运输H+进入类囊体腔而形成的D.光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸,且在线粒体内膜消耗C4、能量的转换过程5、影响细胞呼吸的主要外界因素6、影响光合作用的主要外界因素T1313.(2025·济宁一模)将动物细胞的完整线粒体悬浮于含有丙酮酸、氧气和无机磷酸的溶液中,并适时加入等量的ADP、DNP和DCCD三种化合物,测得氧气浓度的变化如图所示。下列叙述错误的是(

)A.DCCD可能破坏线粒体内膜上的ATP合成酶B.ADP和DNP都能促进细胞呼吸但促进效率不同C.加入DNP后,线粒体内膜上散失的热能将增加D.化合物DCCD与DNP对细胞呼吸影响机理相同√2,4-二硝基酚(DNP)是一种解偶联药剂，它能够使膜对质子的通透性增大，消除线粒体内膜两侧的H+浓度差，但不抑制NADH的分解过程。T1314.氧化磷酸化是细胞内合成ATP的一种重要方式。物质在氧化时释放的能量通过电子传递链建立膜两侧的H+浓度差,H+顺浓度的化学势能转化为合成ATP所需的能量。NADH作为氢的载体和电子供体,可通过氧化磷酸化将能量传递给ATP。下列叙述正确的是(

)A.氧化磷酸化可发生在线粒体基质中B.ATP的合成中有H+转运蛋白的参与C.有氧呼吸过程中NADH中的H均来自葡萄糖D.抑制氧化磷酸化的发生可能导致机体产热量降低√T1328.(10分)光通过光合作用过程和光形态的建成来影响绿色植物的生长发育。当光照过强时,叶肉细胞一方面通过调整叶绿体的姿态,减小受光面积;另一方面在叶黄素总量保持不变的情况下,通过叶黄素A促进叶黄素V向叶黄素Z转化,将吸收的过剩光能以热能的形式散失,避免叶绿体的损伤。回答下列问题:(1)(2分)光在植物的生长发育中的作用是____________________;能够吸收红光的色素主要包括__________________。

(2)(1分)当光照过强时,叶肉细胞中的叶绿体沿__________(填细胞结构)运动，该结构可调整并锚定叶绿体的姿态,减小受光面积。

提供能量，作为光信号叶绿素和光敏色素细胞骨架(3)(4分)图1为科研人员在夏季白天对某植物光合作用相关指标的测量结果,Pn表示净光合速率,Fv/Fm表示光合色素对光能的转化效率。①12~14时,叶肉细胞的热能增多导致叶片的温度升高,热能除了来自光辐射,还来自__________________________________________________,叶绿体中叶黄素种类和含量的变化是___________________________________。

②16~18时,Pn降低的主要原因是______________,Fv/Fm的值升高可能是_________(填“叶黄素A”“叶黄素V”或“叶黄素Z”)增多导致的。

叶黄素转化吸收的过剩光能过程和细胞呼吸释放的热能叶黄素Z增多,叶黄素V减少,总量不变光照强度降低叶黄素V(4)(3分)黑暗环境中形成的黄化植物移至光照环境时会出现去黄化现象,其细胞机制如图2(Phy蛋白、SPA1、COP1和HY5都是调节因子)。与黑暗环境相比,Phy蛋白在光照环境下会发生________________,经______进入细胞核,该蛋白的作用是________________________

________________,启动去黄化过程,维持绿色植物的生长发育。

空间结构的改变核孔与SPA1、COP1结合,阻止二者对HY5的降解T153.(2025·广东高考)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PILI5基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。回答下列问题:(1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1200μmol·mol-1范围时,红光下光合速率的限制因子是________________,推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是_______________________________________________________________。

光照强度、光质蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收的效率更高)

(2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是___________________________________________________________________________________________________________________。

突变体中PILI5基因功能缺失,阻断了脱落酸信号通路对气孔开放程度的调控,使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异3.(2025·广东高考)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PILI5基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。(3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为__________________。通路2中吸收光的物质②为__________。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关___________________________________________________________。

有机物中的化学能光敏色素素→(-)PILI5基因→(+)脱落酸信号通路→(-)气孔开放程度光敏色(4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式:____________________________________________________________________________________________________________。

通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物;通过光敏色素接收光信号调控基因表达,影响植物生理过程7、光补偿点、光饱和点的移动（1）光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析①A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。②B点与C点的变化（注：只有横坐标为自变量，其他条件不变）条件B点（补偿点）C点（饱和点）适当增大CO2浓度（或光照强度）左移右移适当减小CO2浓度（或光照强度）右移左移土壤缺Mg2＋右移左移T1295.(2025·济南一模)下列关于光合色素的说法正确的是(

)A.发菜中不仅含有叶绿素,还含有藻蓝素B.光合色素仅能捕获可见光,参与光合作用的调节过程C.缺Mg会影响绿色植物的光合作用,使其光补偿点和光饱和点均变大D.叶绿素b的分子量大于叶绿素a是其在纸层析后的滤纸条上更接近滤液细线的直接原因√T13510.(14分)(2025·泰安一模)小型黄瓜(也叫“水果黄瓜”)是经济效益颇高的温室栽培蔬菜品种,为科学施肥提质增产,某大棚生产基地研究了黄瓜开花结果期镁胁迫对生长和光合特性的影响机制:利用不同浓度的硫酸镁,分别设置适镁A1(2.5mol/L)、多镁A2(5mol/L)、缺镁A3(0mol/L)三组实验,营养液中其他元素按照黄瓜生长需求配制。幼苗期每2d浇营养液0.25L/株,开花结果期每2d浇营养液0.5L/株,每隔10d浇1次清水洗盐,其他条件相同。在开花结果期进行相关数据检测,结果如下表所示(羧化效率指植物叶片在单位时间单位面积固定的最大CO2摩尔数;光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光照强度;光饱和点指光合速率达到最大时的最低光照强度)。处理叶绿素a(mg·g-1)叶绿素b(mg·g-1)类胡萝卜素(mg·g-1)羧化效率(μmol·m-2·s-1)光饱和点(μmol·m-2·s-1)光补偿点(μmol·m-2·s-1)A12.1590.5390.4210.0734910.053.08A22.2590.5480.3630.0748952.550.51A31.7460.4060.3530.0678827.558.55(1)(4分)叶绿素a、b分布在叶绿体的____________上。为比较黄瓜幼苗叶片色素含量的差异,需用无水乙醇提取黄瓜幼苗叶片色素,提取的原理是__________________________________________,研磨时加碳酸钙的目的是________________________,最后再测定其含量。

类囊体薄膜绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中防止研磨中叶绿素被破坏处理叶绿素a(mg·g-1)叶绿素b(mg·g-1)类胡萝卜素(mg·g-1)羧化效率(μmol·m-2·s-1)光饱和点(μmol·m-2·s-1)光补偿点(μmol·m-2·s-1)A12.1590.5390.4210.0734910.053.08A22.2590.5480.3630.0748952.550.51A31.7460.4060.3530.0678827.558.55(2)(4分)A3处理下的光饱和点低于A1的原因是______________________________________________________________________________________，结合实验结果归纳Mg2+的功能是____

__________________________(答出2点)。

(3)(3分)CO2是光合作用的重要原料,从光能利用和适应的角度分析,CO2浓度升高时植物光补偿点和光饱和点发生的变化及所具有的生物学意义是_______________________________________________________________________________________。

缺镁导致叶绿素含量降低，吸收和利用的光能减少；另外缺镁导致羧化效率降低，导致暗反应需要的能量减少。合成叶绿素的原料；调节酶的活性CO2浓度升高，植物光补偿点降低，光饱和点提高，使植物叶片对光能的利用范围增大，提高了对光照强度变化的适应能力。2024年湖南卷17.钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶（催化CO2的固定反应）活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生________；光能转化为电能，再转化为________中储存的化学能，用于暗反应的过程。(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量________，从叶绿素的合成角度分析，原因是____。O2、H+、电子

ATP和NADPH减少①缺钾影响光合产物的运输和转化，叶绿素合成的底物供应不足；②缺钾影响叶绿素合成相关酶的活性；③缺钾影响细胞渗透调节从而影响植物细胞对Mg2+、K+等无机盐离子的吸收。高阶思维应用1细胞代谢与粮食增产(抗盐碱、干旱等逆境胁迫与植物激素)【思维·源点】提高农作物产量解决粮食问题1.原理：通过控制环境因素如光照、温度、二氧化碳、水、肥等，降低细胞呼吸消耗，增加光合积累，提高农作物产量。2.措施：(1)因地制宜，采用合适的耕种方式，如轮作、间作和套作等。(2)采用先进的育种技术、合理使用植物生长调节剂、科学防治害虫等。(3)研究开发人工光合系统，拓宽有机物的来源等。T20【思维·探究】【情境】人工光合作用技术是指仿效自然界的光合作用，利用纳米大小的光感应材料将光能转换成电能,由此产生氧化还原酶反应,该技术有望成为绿色生物工程研发的开端。如图所示为一半天然、一半合成的人造“叶绿体”,科研人员利用光和该系统实现了CO2的固定。该系统利用光能通过新途径——CETCH循环(该途径中的酶来自植物、动物、微生物等多个物种)把CO2固定成乙醛酸,乙醛酸能被体系中的NADPH还原为羟基乙酸,同时还将ADP磷酸化为ATP,从而成功地重建了重要的光合代谢途径。

【探究】(1)图中发光液滴即为人造“叶绿体”，推测其分隔内外油与水的结构可能是______________。

磷脂单分子层T1309、(4)(4分)“人工叶绿体”中的CETCH循环实现了无机物转化为有机物的过程。进行这一过程时，O2从人工叶绿体中释放出来经过

层磷脂分子。3(4)同等光照条件下,研究人员发现人造“叶绿体”比自然植物细胞积累有机物的效率更高，出现该现象可能的原因是__________________________

________________________________________________________________

____(答两点)。

人造“叶绿体”中的酶催化效率更高,固碳能力更强;植物细胞要进行呼吸作用消耗部分有机物,人造“叶绿体”不需要T201.(2025·青岛模拟)智慧农业常采用无土栽培结合各类技术手段对农作物生长环境进行精准调控,从而影响农作物的生长发育。下列相关叙述错误的是(

)A.采用补光等措施在温室中种植作物,可实现反季节生产B.向温室中持续通入高浓度CO2,实现作物产量的最大化C.实时调节培养液的pH,有利于植物吸收矿质元素D.利用控温设备调控温室中的温度,有利于有机物的积累√CO2浓度过高抑制光合作用的原因：①气孔关闭，减少CO2的吸收

②无氧呼吸对植物细胞产生毒害：无氧呼吸过程产生的酒精或乳酸对细胞的毒害作用③呼吸作用受抑制：影响光合细胞的正常能量供给，影响根细胞对无机盐的吸收④光合酶系统活力的下降情景1——根系腐烂、叶片黄化1、洪涝灾害出现时，稻田长期被水淹，造成水稻根系腐烂、叶片黄化。结合所学知识，你认为出现这种现象最可能的原因是什么？稻田长期被水淹，缺氧条件下，水稻根细胞有氧呼吸减弱，主要进行___________。①水稻根细胞无氧呼吸产生的_______对水稻根细胞有毒害作用，造成根系腐烂；②无氧呼吸能量转化效率较低，水稻根细胞能量供应不足，无机盐吸收受阻，Mg2+吸收量不足，叶绿素合成减少，叶片黄化。无氧呼吸酒精情景2——植株倒伏2、

研究表明，其他条件相同的前提下，稻田中的种植密度越高，水稻越容易倒伏，请你从光合作用及植株光形态建成的角度解释原因。种植密度大，水稻植株之间相互遮挡阳光（1）水稻植株光合速率下降，有机物积累量减少，茎秆机械强度下降、根系发育不良，易倒伏；（2）水稻为争夺阳光，茎秆伸长，稳定性变差，易倒伏。氮是组成叶绿素的重要元素，增施氮肥会增加叶绿素的含量，有利于提高光合作用速率。练习

土壤类型和氮肥的施用量均会影响蚕豆的产量。通过适当的措施减少氮肥的施用量，同时保证蚕豆高产是蚕豆种植业可持续发展的关键。对此科研人员进行了相关实验，实验中涉及的其他条件相同且适宜，结果如图。请回答下列问题：(1)适当增施氮肥能促进蚕豆增产的原因是

。(2)据图分析,氮肥施用量相同时，

土壤有利于提高蚕豆产量，原因是：

。透气性利于根部细胞进行有氧呼吸，为通过主动运输吸收无机盐离子供能(3)请结合以上信息提出农业生产中提高产量可采取的措施:

。中耕松土、合理施肥几种科学种植方式：练习

为探究不同施钾量对水稻倒伏能力的影响，科研人员对A、B、C三地同一品种的水稻开展研究，于水稻蜡熟期测定倒伏指数，成熟期测定植株中的纤维素、木质素含量，结果如图。A地B地C地A地B地C地纤维素含量（mg/kg）木质素含量（mg/kg）思考：倒伏指数T1＞T2＞T3，T3和T4之间差异不显著，由此可知，施钾肥的作用机制是：可通过增加水稻植株中纤维素和木质素的含量，以增强水稻的抗倒伏能力。注：施钾量处理为T1:K2O0kg·hm-2，T2:K2O64.2kg·hm-2T3:K2O128.25kg·hm-2T4:K2O153.9kg·hm-2T1348.(2025·吉林模拟)氧化石墨烯(GO)是一种纳米材料,被广泛应用于农业生产中。研究人员为探究GO是否会影响植物的生长发育,利用黑麦草进行相关实验,得到如下数据:组别GO浓度/(mg·g-1)总叶绿素/(mg·g-1)净光合速率/(μmolCO2·m-2·s-1)气孔导度/(μmolH2O·m-2·s-1)胞间二氧化碳浓度/(μmolCO2·s-1)103.3115.230.314185.252103.4715.700.324182.253203.1914.530.309191.504303.0213.850.288194.755402.8313.250.282201.756502.4513.000.280200.20组别GO浓度/(mg·g-1)总叶绿素/(mg·g-1)净光合速率/(μmolCO2·m-2·s-1)气孔导度/(μmolH2O·m-2·s-1)胞间二氧化碳浓度/(μmolCO2·s-1)103.3115.230.314185.252103.4715.700.324182.253203.1914.530.309191.504303.0213.850.288194.755402.8313.250.282201.756502.4513.000.280200.20下列叙述正确的是(

)A.净光合速率可用黑麦草单位时间内CO2的固定量表示B.第3~6组净光合速率降低是由GO引起黑麦草叶片气孔部分关闭C.推测20~50mg·g-1GO可能会破坏叶绿体结构,降低总叶绿素含量D.上述实验不能说明少量GO释放到土壤中就会抑制植物的生长√√高阶思维应用2

C4途径、CAM途径、蓝细菌羧化体、光呼吸、光抑制等特殊代谢类型【情境】科学家发现在玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内，CO2被一种叫磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的三碳化合物固定，形成一个四碳化合物——草酰乙酸(C4),催化该反应的酶为PEP羧化酶，其与CO2的亲和力特别强。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并形成一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2再被C5固定,继续进行卡尔文循环的途径。丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2，具体过程如图所示。这种以四碳化合物(C4)为光合最初产物的途径称为C4途径，而卡尔文循环这种以三碳化合物(C3)为光合最初产物的途径则称为C3途径。相应的植物被称为C4植物和C3植物。C3植物和C4植物最主要的差别就在于CO2固定的方式和场所。研究发现，C4植物和C3植物的光反应阶段完全相同。C4途径：特点：C4植物具有耐高温、耐光照强烈、耐干旱的能力。原因是PEP羧化酶与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无光合午休现象。C4途径：T1361.玉米的光合作用既有C4途径又有C3途径(如下图),PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析,下列说法正确的是(

)A.物质B为C3，它和PEP均可固定CO2B.卡尔文循环进行的场所是叶绿体基质C.为过程②提供能量的物质有ATP和NADHD.在炎热夏季中午，叶肉细胞还可以生成淀粉√CAM途径：T1362.(2025·乌海模拟)景天科植物的气孔在夜间开放吸收CO2,白天关闭。具有这种代谢途径的植物称为CAM植物。下图为某CAM植物叶肉细胞部分代谢过程示意图。下列叙述正确的是(

)A.由图可知,CAM植物白天和晚上均进行光合作用B.图中C可能是丙酮酸,RuBP存在于叶绿体的基质中C.CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质D.晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在叶绿体和液泡中√蓝细菌羧化体：(2025·齐齐哈尔模拟)提高光合作用效率一直是科学界关注的热点问题。研究人员对野生型蓝细菌(WT)进行改造,创建了只消耗NADPH而不消耗ATP的异丙醇生物合成途径,提高了改造后蓝细菌(SM7)的光合速率,有关代谢过程如图1所示,A~D代表不同的物质,羧化体具有蛋白质外壳,可限制气体扩散。回答下列问题:(1)据图分析,CO2依次以____________________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的光合片层膜上含________________(写出2种色素)及相关的酶,可进行光反应。

自由扩散、主动运输叶绿素和藻蓝素(2)蓝细菌光合作用过程中,NADPH的作用是___________________________。ATP合成酶除能催化合成物质B外,还具有___________________功能。A物质为____。

为C3的还原提供还原剂和能量物质运输(或运输H+)O2(3)水体中CO2浓度低,扩散速度慢,但蓝细菌能通过CO2浓缩机制高效进行光合作用,据图分析蓝细菌的CO2浓缩机制有_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出2点即可)。

可以通过主动运输的方式吸收CO2;羧化体的蛋白质外壳可避免CO2逃逸【知识拓展】光呼吸1.光呼吸的过程:光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物)在光照和高氧、低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物(C5)为底物,吸收氧气、释放二氧化碳。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争RuBP(C5)。在光下,当CO2与O2浓度比高时,Rubisco催化羧化反应加强;当CO2与O2浓度比低时,Rubisco催化