高考冲刺小卷3-细胞的代谢（专项练习）解析版

高考冲刺小卷3-细胞的代谢知识点专项练习

一、单选题

1.丙酮酸激酶（PK）可参与下图所示的生化反应。人体红细胞中缺乏PK会引起Na+积累，造成溶血，导

致丙酮酸激酶缺乏症（PKD）o

磷酸烯醇式丙酮酸+ADP/-丙酮酸+ATP

以下推测合理的是（）

A.该反应发生在红细胞的线粒体中

B.该反应与细胞内的吸能反应相联系

C.Na+枳累会引起红细胞渗透压升高

D.使用PK抑制剂能够有效治疗PKD

【答案】C

【分析】人体成熟的红细胞中缺乏线粒体，不能通过有氧呼吸合成ATP,但是可以通过无氧呼吸合成ATP。

【详解】A、人体成熟的红细胞中没有线粒体，A错误；

B、许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；许多放能反应与ATP的合成相联系,

释放的能量储存在ATP中，B错误；

C、Na+积累，导致细胞内离子的浓度增加，会引起红细胞渗透压升高，C正确；

D、人体红细胞中缺乏PK会引起PKD,使用PK抑制剂不能治疗PKD,D错误。

故选Co

2.2021年我国科学家首次将CO2人工转化为淀粉，对实现碳中和意义重大。下列相关叙述正确的是（）

A.将CO?人工转化为淀粉的过程不需要额外输入能量

B.生物群落与非生物环境之间的碳循环禽不开分解者

C.群落演替相对稳定后植物吸收与释放CCh速率大致相等

D.该技术应用将使我们不再需要植树造林和寻找清洁能源

【答案】B

【分析】碳元素在生物群落与无机环境之间以CO2的形式进行循环，通过光合作用进入生物群落，再通过

呼吸作用和分解作用从生物群落进入无机环境。

【详解】A、将CCh人工转化为淀粉的过程是吸能反应，需要额外输入能量，A错误；

B、分解者可以把有机物分解为无机物，所以生物群落与非生物环境之间的碳循环离不开分解者，B正确;

C、群落演替相对稳定后植物吸收CCh速率与所有生物释放的82大致相等，C错误；

D、该技术应用依然离不开我们的植树造林和寻找清洁能源实现碳中和，D错误。

故选B。

3.蓝细菌的光合作用过程需要较高浓度CO?,而空气中的CO?浓度一般较低，蓝细菌具有CO?浓缩机制如

下图所示。研究还发现，R酶能催化与C5结合形成C3和C2,02和CO2竞争性结合R酶同一位点。相

关叙述正确的是()

A.C02以协助犷散方式通过光合片层膜

B.R酶可抑制C02固定，减少有机物积累

C.浓缩机制可提高CO上与R酶的结合率

D.转入HCO；转运蛋白基因后光合速率减小

【答案】C

【分析】1、光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，

并且释放出氧气的过程。

2、光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。

(1)光反应阶段在叶绿体类囊体薄膜上进行，此过程必须有光、色素、光合作用有关的酶。具体反应步骤：

①水的光解，水在光下分解成氧气和NADPH。②ATP的合成，ADP与Pi接受光能形成ATP。

(2)暗反应在叶绿体基质中进行，有光或无光均可进行，反应步骤：①CO2的固定，CO2与C5结合生成两

个C3。②C3的还原，C3在NADPH、酶、ATP等作用下，生成C5和有机物。

【详解】A、依题意，图示为蓝细菌的CO2浓缩机制，据图可知，CO2进入光合片层膜要依赖C02转运蛋白，

同时消耗能量。因此，CO2以主动运输的方式通过光合片层膜，A错误；

B、依题意，02和CO2竞争性结合R酶同一位点，CCh浓缩机制可提高R酹周围CO2浓度。因此，当R酶

周laCCh浓度高时，C02与R酶的结合率高，促进C02固定，提高光合作用速率；当R酶周围02浓度高

时，02与R酶的结合率高，抑制CO?固定，降低光合作用速率，B错误；

C、依题意，02和CO?竞争性结合R酶同一位点，浓缩机制可提高R酶周围CO2浓度，提高CO?与R酶的

结合率，C正确；

D、转入HCO3-转运蛋白基因后，膜上HCO3-转运蛋白量增加，为暗反应提供的CO2增加，暗反应速率增

加，促使光反应速率增加，从而使光合速率增加，D错误。

故选C。

4.荔枝叶片发育过程中，净光合速率及相关指标的变化见下表。下列叙述第碌的是（）

总叶绿素净光合速

叶片发育时期相对叶面积（％）

含量（mg/g-fw）率(gmolCO2/m2-s)

a新叶展开前19—-2.8

b新叶展开中871.11.6

c新叶展开完成1002.92.7

d新叶已成熟10011.15.8

注，，—，，表示未测数据

A.a组置于光温恒定密闭容器中会进行无氧呼吸

B.b组净光合速率低的原因可能是叶绿素含量低

C.d组的叶肉细胞叶绿体中类囊体数量少于c组

D.叶面积逐渐增大是细胞分裂和细胞生长的结果

【答案】C

【分析】I、温度对光合作用的影响；在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温

度，光合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。2、二

氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强.当二氧化碳

浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用

强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。

【详解】A、表中信息表示，新叶展开前，叶片净光合速率为-2.舐molCCh/nF.s,没有叶绿素,即植物只进

行呼吸作用，由于是密闭的容器，导致容器内氧气越来越少而也行无氧呼吸，产生酒精，A正确：

B、表中信息表示，叶绿素含量低，光能吸收减少，导致光合速率较低，B正确；

C、叶绿素分布在叶绿体中的类囊体薄膜上，从表格中可推知，与c比较，d组中总叶绿素含量明显增多，

因此与c比较，d组叶肉细胞的叶绿体中的类囊体增加，C错误；

D、叶面积逐渐增大涉及到细胞数量和细胞种类增加，是细胞分裂和细胞生长的结果，D正确，

故选C。

5.高中生物实验中、下列实验操作能达成所述目标的是（）

A.选择生物实验材料时，只要含有丰富的葡萄糖就可直接用于还原性糖的鉴定

B.鉴定DNA时，将丝状物溶于2moi/LNaCI溶液，再加入二苯胺试剂即呈蓝色

C.使用显微镜观察洋葱根尖细胞有丝分裂时，视野中处于分裂中期的细胞最多

D.观察植物细胞吸水和失水时，可以使用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮

【答案】D

【分析】1、二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂，在DNA溶液中加入二苯胺试剂，混匀后在沸水浴条件下逐

渐变成蓝色。

2、观察植物细胞吸水和失水时，需要选择有颜色的成熟的植物细胞，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞符合条件。

【详解】A、选择生物实验材料时，并不是只要含有丰富的前萄野就可直接用于还原性糖的鉴定，还应选择

无色或白色的材料，A错误；

B、二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂，在DNA溶液中加入二苯胺试剂，混匀后在沸水浴条件下逐渐变成

蓝色，B错误；

C、细胞周期中间期远大于分裂期，因此使用显微镜观察洋葱根尖细胞有丝分裂时，视野中处于分裂间期的

细胞最多，C错误；

D、紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞是成熟的植物细胞，且液泡含有颜色，观察植物细胞吸水和失水时，可用较

高浓度的蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表，使其失水而发生质壁分离，D正确。

故选Do

6.研究发现果蝇复眼的•种感光细胞同时释放组胺和乙酰胆碱两种神经递质，其中组胺与精细的运动视觉

信号传递有关，乙酰胆碱则通过作用于伞形神经元来调节昼夜节律，其形成的突触结构及作用机理如下图。

据此分析不正确的是（）

・组胺

♦乙酰胆碱

V前膜组胺受体

M后膜组股受体

・乙酰胆碱受体

…抑制

A.伞形神经元、视神经元膜上的受体与不同的神经递质结合，可引发不同的生理效应

B.两种神经递质均以胞吐形式通过突触前膜释放

C.两种神经递质均只与突触后膜上的受体结合

D.感光细胞通过负反馈调节维持突触间隙适宜的组胺浓度

【答案】C

【分析】兴奋在神经纤维上的传导形式是电信号，在神经元之间是化学信号，兴奋在神经元之间的传递是

单方向的，兴奋在突触之间单向传递的原因是神经递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜。

【详解】A、根据题意可知，组胺与精细的运动视觉信号传递有关，乙酰胆碱则通过作用于伞彩神经元来调

节昼夜节律，则伞形神经元、视神经元膜上的受体与不同的神经递质结合，可引发不同的生理效应，A正

确；

B、据图分析可知，神经递质以胞吐形式通过突触前膜释放到突触间隙，B正确；

C、据图分析可知，组胺可以与突触后膜和突触前膜上的受体结合，乙酰胆碱可以与突触后膜上的受体结合，

C锌误；

D、据图分析可知，感光细胞释放的组胺，作用于后膜上的视神经元上的受体，又通过作用于前膜上的受体

来抑制感光细胞释放组胺，说明感光细胞通过负反馈调节维持突触间隙适宜的组胺浓度，D正确。

故选C。

7.环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CCh浓度,

结果如下图。下列叙述不正确的是（）

(24

?一O.

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二

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A.胞间CCh进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用

B.5℃时，胞间CCh浓度较高的原因可能是光合作用相关醐的活性较低

C.叶温在30℃〜40c时，净光合速率卜.降主要是叶片气孔关闭所致

D.30℃卜.单位时间内有机物的积累量最大

【答案】C

【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氯

气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。呼吸作用一般指机体将来自环境的或细胞自己储存的

有机营养物的分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过•步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧化

碳、乳酸、乙醇等）的过程。光合与呼吸的差值可用净光合速率来表示，具体指标可以是氧气释放量、二

氧化碳吸收量、有机物积累量等。

【详解】A、胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用，被C5固定为C3,A正确；

B、5c时，可能由于光合作用相关酶的活性较低，导致光合速率下降，胞间C02浓度较高，B正确；

C、叶温在30℃〜40℃时，气孔开放程度上升，胞间CO2上升，即C02充足，不是净光合速率下降的主要原

因，可能是由于高温导致酶部分失活，C错误；

D、30℃下净光合速率最大，单位时间内有机物的积累量最大，D正确。

故选C。

8.为检测黑曲毒蛋白酶的热稳定性，科研人员在不同温度下分别处理酶液10、60及90min,测定酶活力,

结果加下图.下列关于该酶的叙达不正确的是（）

4

00

350

00

s3

25o_

ffai

e20o_

'

m15o_

L

)10o_

_

5O

_

0

3O

温度（℃）

A.温度升高可改变其空间结构

B.若长期保存应置于60℃

C.可将蛋白质水解为氨基酸或多肽

D.置于70℃下60min后完全失活

【答案】B

【分析】题图分析：该实验中自变量为温度和酶处理的时间，因变量为酣活力，高温卜.保温时间越长，酶

的活性下降越快。

【详解】A、黑曲霉蛋白酶的化学本质是蛋白质，温度升高可改变其空间结构，进而导致酶活性下降，A正

确；

B、若长期保存酶制剂，应在低温、适宜pH条件下保存，B错误；

C、根据酶的专一性可推测，黑曲霉蛋白酶在适宜条件下可将蛋白质水解为氨基酸或多肽，C工确；

D、结合实验结果可以看出，该酶置于70c下60min后完全失活，D正确。

故选Bo

9.如图表示H+和蔗糖进出植物细胞的方式。据图分析，下列实脸处理中，可使蔗糖进入细胞速率加快的是

()

胞内_一胞外

0-0

蔗糖

%蔗糖协

转运蛋互

质子泵

A.降低细胞外蔗糖浓度

B.降低细胞质H+浓度

C.降低ATP合成前活性

D.降低膜上协同转运蛋白数量

【答案】B

【分析】小分子物质跨膜运输的方式包括：自由扩散、协助扩散、主动运输。自由扩散高浓度到低浓度，

不需要载体，不需要能量；协助扩散是从高浓度到低浓度，不需要能量，需要载体；主动运输从高浓度到

低浓度，需要载体，需要能量。大分子或颗粒物质进出细胞的方式是胞吞和胞吐，不需要载体，消耗能量。

【详解】AB、据图可知，H+通过质子泵运出细胞需要消耗ATP,说明是逆浓度梯度进行的，即H+分布是细

胞外浓度高于细胞内，而蔗糖的跨膜运输方式是借助H+浓度势能实现的，故降低细胞质H，浓度能够加大势

能，从而使蔗糖进入细胞速率加快，而降低细胞外蔗糖浓度不利于蔗糖运输，A错误，B正确：

C、降低ATP合成酶活性会影响，H+跨膜运输进而影响蔗糖运输，C错误；

D、蔗糖跨膜运输需要转运蛋白协助，降低膜上协同转运蛋白数量会导致蔗糖运输减慢，D错误。

故选Bo

10.肺炎克雷伯菌（Kpn）存在于某些人群的肠道中，可通过细胞呼吸不断产生大量乙醛，引起内源性酒精

性肝病。下列叙述正确的是（）

A.Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生大量ATP

B.Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能全部转化为活跃II勺化学能

C.乳酸菌、酵母菌、Kpn都可以引起内源性酒精性肝病

D.高糖饮食可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情

【答案】D

【分析】1、有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，

产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

2、在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。

【详解】A、Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生少量ATP,A错误；

13、Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能少部分技化为活跃的化学能，大部分储存在有机物中，B错误；

C、乳酸菌无氧呼吸产生酒精，不能引起内源性酒精性肝病，C错误；

D、高糖饮食会为无氧呼吸产生大量的能量，可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情，D正确。

故选D。

二、非选择题

11.为探究水稻分槃（分枝）的分子机制，科研人员开展了一系列研究。

⑴水稻细胞产生的细胞分裂素与受体结合，植株的分熊等生命活动.

（2）水稻细胞中的单糖转运蛋白0sSTP15影响着光合产物的运输和分配，进而影响水稻产量。现获得0sSTP15

功能缺失突变体水稻，统计生长及产量，结果如图1。推测0SSTP15蛋白的功能是。

分麋数

籽粒产量

野生型0sS7775突变体

图1水稻分麋情况及产量

（3）为研究0sSTPI5蛋白转运光合产物的种类及转运方向，实验过程如下:

图2OsSTPI5转运实验结果

①把相同浓度的无标记葡萄糖、果糖和甘露糖分别与"C-葡萄糖混合、进行竞争性转运检测、0sSTP15蛋白

的转运结果如图2、由此推测0SSTPI5蛋白转运六碳糖亲和力由大到小为o

②为验证0SSTPI5为外排葡萄糖的转运蛋白，请从下列选项中选取所需材料与试剂、实验组方案为。

a.野生水稻原生质体

b.非洲爪蟾卵母细胞（无其他膜蛋白）

c.转OsSTP15基因水稻原生质体

d.转OsSTP15因非洲爪蟾卵母细胞

e.细胞内外添加等量无标记葡萄糖

f和胞内外添加等量"C-葡萄糖

与结论相应的检测结果应是。

（4）与野生型相比，OsSTP15突变体中细胞分裂素含量显著升高，请推测0SSTP15蛋白对水稻产量影响的分

子通路o

【答案】（1）调控（或促进）

⑵抑制水稻分薨，导致水稻减产

（3）葡萄糖＞日露糖〉果糖df（或cf）细胞内的葡萄糖含量实验组低于对照组，细胞外的

实验组高于对照组

（4）0sSTP15蛋白促进葡萄糖外排，胞内葡萄糖含量降低，抑制细胞分裂素合成，水稻分篥减少，产显降低

【分析】分析图1可知，0sSTP15功能缺失突变体水稻的分艇数更多，籽粒产量更高；分析图2可知0SSTPI5

蛋白转运光合产物的种类及转运方向与对照组相比前萄糖组减少最多，甘露糖组次之，果糖组变化量最少。

【详解】（1）植物激素是信息分子，水稻细胞产生的细胞分裂素与受体结合，调控植株的分解等生命活动。

（2）由题意可•知，水稻细胞中的单糖转运蛋白0SSTP15影响着光合产物的运输和分配，进而影响水稻产量，

分析图I可知，0SSTP15功能缺失突变体水稻的分孽数更多，籽粒产量更高，因此单糖转运蛋白0SSTPI5

的功能是抑制水稻分蕤，导致水稻减产。

（3）分析图2可知OsSTP15蛋白转运光合产物的种类及转运方向与对照组相比葡萄糖组减少最多，甘露糖

组次之，果糖组变化量最少。因此由此推测OsSTP15蛋白转运六碳糖亲和力由大到小为葡萄糖,甘露糖＞果

糖；为验证OsSTP15为外排葡萄糖的转运蛋白，应选择转OsSTP15基因水稻原生质体或转OsSTP15因非洲

爪蟾卵母细胞作为实验组，并且细胞内外添加等晟Ue-葡萄糖。

（4）结合上述题意可知，与野生型相比，OsSTP15突变体中细胞分裂素含量显著升高，水稻细胞产生的细

胞分裂素与受体结合，又可•以调控植株的分篥等生命活动。推测0SSTP15蛋白促进葡萄糖外排，胞内陆萄

糖含量降低，抑制细胞分裂素合成，水稻分蔗减少，产量降低。

12.乳酸是一种需求量较大的工业原料，科研人员欲对酿酒酵母进行改造以进行乳酸生产。

（1）培养基中的葡萄糖可作为为酿酒酵母提供营养。如图1,酿酒酵母导入乳酸脱氢酶基因后，

无氧条件下发酵产物为，通过敲除丙酮酸脱竣酶基因获取高产乳酸的工程菌。该菌在有氧和无氧条件

下均可产乳酸。

图1

⑵为实现对菌体代谢的动态调控，研究人员设计了光感应系统，并导入绿色荧光蛋白（GFP）基因以检测

光感应系统的调控能力。

①如图2,系统1在酵母中表达由V、L和H组成的融合蛋白。光照下，融合蛋白空间结构改变，后

启动下游基因表达；在黑暗状态下，融合蛋白自发恢复到失活状态。

注：Pc120和PGAL为诱导型启动子，可分别被V-L-H二聚体和GAL4特异性激活。

图2

②分别检测黑暗和光照下系统1的荧光强度，结果如图3。府照组能持续激活GFP表达。实验结果显

示，可知系统1实现了光调控基因表达，但表达量较低。推测可能由于菌体密度高导致透光性

差，不利于V-L-H对光照的响应。进一步优化设计出系统2（如图2）,同等光照强度下，系统2荧光强度

绿

色

荧

光

强

度

对照组系统1

图3

③实验中发现黑暗条件下系统2的GFP基因有明显表达，为解决此问题，对系统2增加如图4所示组分，i、

ii、iii依次为（填字母序号）。

•••I•••

—।1iiIIII

图4

A.持续表达型启动子

B.Pc120

C.PGAL

D.G80基因（G80蛋白可结合并抑制GAL4）

E.GAL4基因（GAL4蛋白可结合并激活PGAL）

F.PSD基因（含有PSD的融合蛋白在光下降解.）

（3）商优化后的系统2中GFP基因替换为乳酸脱氢酶基因，应用于酵母菌合成乳酸的发酵生产。发现在“先

黑暗-后光照”的模式下乳酸产量显著高于全程光照的模式，请推测“先黑暗-后光照''模式下乳酸产量高的原

因____。

【答案】（1）碳源乳酸、乙醇

（2）①结合启动子PcI20系统1在黑暗中荧光强度极低，光照后荧光强度升高但显著低于对照组

系统2中光直接调节GAL4的表达，GAL4进一步调控GFP表达，分级调节具有放大效应ADF（或

AFD）

（3）发酵早期处于黑暗中，酵母菌不合成乳酸，物质和能量主要用于菌体生长繁殖，当菌体达到一定数量后，

照光启动乳酸合成，因此乳酸总产量高。全程光照时，持续合成乳酸，消耗物质和能量较多，影响酵母菌

生长繁殖，乳酸总产量低。

【分析】基因工程技术的基本步骤：

（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成；

（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记

基因等；

（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方

法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将

目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法；

（4）目的基因的检测与鉴定：

分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因-DNA分子杂交技术；②检测目的

基因是否转录出了mRNA-分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质-抗原•抗体杂交技术；

个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。

【详解】（1）培养基中的葡萄糖可作为碳源为酿酒酵母提供营养；由图1可知，酿酒酵母导入乳酸脱氢酹

基因后表达出乳酸脱氢酶，在无氧条件卜.将丙酮酸转化为乳酸，同时丙酮酸在丙酮酸脱粉酣催化作用卜转

化为乙醛，进而转化为乙醉，所以酿酒酵母无氧条件下发酵产物为乳酸、乙醇；

（2）①由图2可以看出，光照下融合蛋白空间结构改变，融合蛋白与P°2o启动子结合后启动下游基因表达：

②由图3可以看出，系统I在黑暗中荧光强度极低，光照后荧光强度升高但显著低于对照组，可知系统I

实现了光调控基因表达，但表达量较低；由图2可知系统2在同等光照强度下，系统2中光直接调节GAL4

的表达，GAL4进一步调控GFP表达，分级调节具有放大效应，所以系统2荧光强度显著高于系统卜

③实验中发现黑暗条件下系统2的GFP基因有明显表达，为解决此问题，对系统2增加如图4所示组分，i、

ii、ii依次为持续表达型启动子、G80基因（G80蛋白可结合并抑制GAL4）、PSD基因（含有PSD的融合

蛋白在光下降解）或持续表达型启动子、PSD基因（含有PSD的融合蛋白在光下降解）、G80基因（G80

蛋白可结合并抑制GAL4）,即选ADF或AFD；

（3）在“先黑暗•后光照”的模式下乳酸产量显著高于全程光照的模式，可能的原因是发酵早期处于黑暗中，

酵母菌不合成乳酸，物质和能量•主要用于菌体生长繁殖，当菌体达到一定数量后，照光启动乳酸合成，因

此乳酸总产最高。全程光照时，持续合成乳酸，消耗物质和能呈较多，影响酵母菌生长繁殖，乳酸总产量

低。

13.学习以下材料，回答问题。

植物的共生固氮调控：氮（N）元素在自然界中存在多种形式，包括NIL+、Nz、NO』-和NO./。植物氮同化

是指植物吸收环境里的NO3-或NHJ,合成氨基酸等含氮有机物的过程。大气中的N2是地球上最大的氨库，

但植物无法直接利用它，需要依赖固氮微生物将其转化为离子形式才能吸收。而共生固氮根瘤菌可以侵染

某些植物的根系，进行共生固氮。

固氮菌同化N2,形成NH4+并最终转化为有机物，是一个高耗能的还原反应过程。这个过程需要植物与固氮

菌的协同作用才能完成。以豆科植物和中华根瘤菌为例，光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的，光信

号是促进地下根瘤发育的关键因子。当根瘤菌侵染植物时，会释放化学物质诱导植物根瘤形成基因的表达，

植物细胞分裂并形成根瘤原基，最终形成包含类菌体的共生细胞（即根瘤细胞，如下图）。

根瘤菌是一类好氧细菌，它们在侵入植物后形成的类菌体进行呼吸作用时需要02来维持。然而，02会抑制

固氮酶的活性。根瘤外侧形成皮质层，一定程度上阻碍。2进入根瘤。同时，豆科植物合成豆血红蛋白（Lb）

与游离的结合，形成LbO?储存，再通过Lb（h将02传递给类菌体和根细胞的线粒体（如图）。这样，两

个相互矛盾的反应在共生系统中均得以正常进行。

注：…一表示运输；一表示化学反应

根瘤的固氮能力与豆科植物提供碳源和能量水平相协调，以平衡共生固氮和其它生命过程的碳消耗，保证

植物在不同环境下正常生长。最近，我国科学家发现大豆根瘤中的能量感受器蛋白S和P可通过调控根瘤

碳源的重新分配来调整根瘤的固氮能力。当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态，AMP含量降低，使得

蛋白S和P从与AMP结合形成的S-P异源二聚体状态，转变为S-S和P-P的同源二聚体。同源二聚体与转

录因子Y(Y可促进上图中PK酣基因的转录)结合，并将Y锚定到线粒体上，使其不能入核，减少了植

物细胞有氧呼吸对碳源的消耗，进而增强类菌体的碳源供应和根瘤固氮能力。

利用固氮生物提高土壤肥力可减少施用工.业氮肥带来的土壤、水体等污染，对发展绿色农业具有重要意义。

⑴植物利用吸收的N元素可合成的两类生物大分子是o

(2)据上述文字及图中信息分析，下列叙述不合型的是o

A.光合作用和呼吸作用均可为N同化过程提供还原剂

B.根通过主动运输从土壤中吸收NH4，N2、02、NOv

C.叶片合成的有机物主要以蔗糖的形式运输到根部

D.植物根细胞有氧呼吸释放的能量为固氮酶催化的反应供能

E.光合作用所固定的太阳能是生物固氮作用能量的根本来源

(3)结合文中图示信息，解释植物-类菌体共生系统保障固氮酶活性的原因：o

(4)据文中信息，从光合产物与光信号两方面，概括植物调控生物固氮的机制：o

(5)据文中信息结合图中植物根共生细胞代谢过程，从稳态与平衡的角度，分析植物调控高耗能生物固氮过

程的分子机制：植物通过能量感受器蛋白S和P感知自身能量状态，,使PEP更多转化为苹果酸供

应给类菌体，从而更高效利用植物光合作用合成的有机物作为碳源，实现碳-氮平衡。

(6)一些禾本科植物是重要的粮食作物，种植过程需要施加无机氮肥。有人尝试将固氮酶基因导入这些作物

以提升产量，但效果不佳。请结合上述研究，提出利用共生固氮菌进行改造以提高禾本科植物粮食产量的

思路。

【答案】(1)蛋白质和核酸

(2)BD

(3)阻碍O2进入；游离的Ch与Lb结合形成LbCh储存；02被呼吸作用消耗

(4)光合产物为固氮菌提供能量与碳源；光信号促进根瘤的发育

(5)当能量较高时，两者形成同源二聚体使转录因子Y不能进入细胞核，不能结合PK酶基因的启动子，不

促进PK基因转录，进而减少了PEP向丙酮酸的转化

(6)筛选、培育、施用与禾本科植物共生的固氮曲/改进禾本科植物与固氮菌之间的相互识别(合理即可)

【分析】根瘤菌从根瘤细胞中摄取它们生活所需要的水分和养料，根瘤菌则将空气中的N2转变成含氮物质

供植物利用，根瘤菌与豆科植物是互利共生的关系。

【详解】(1)生物大分子包括蛋白质、核酸和多糖。蛋白质的组成元素为C、H、O、N,有的含有S,核酸

的组成元素为C、H、0、N、P,多糖的组成元素是C、H、0,因此植物利用吸收的N元素可合成的两类

生物大分子是蛋白质和核酸。

(2)A、图中，光合作用为N同化过程提供NADPH,呼吸作用为N同化过程提供[H],A正确；B、根从

土壤中吸收02与N2的方式是自由扩散，B错误；C、图中，叶片合成的有机物主要以蔗糖的形式运输到根

部，C正确；D、图中，为固氮酶催化的反应供能是内菌体内进行有氧呼吸释放的能量，D错误；E、生物

固氮作用能量来源于蔗糖分解，蔗糖由光合作用产生，因此，光合作用所固定的太阳能是生物固氮作用能

量的根本来源，E正确，故选BD。

(3)02会抑制同氮睡的活性，植物-类菌体共生系统保障固氮於活性的机制是：根瘤外侧形成皮质层，一

定程度上阻碍02进入根瘤。同时，豆科植物合成豆血红蛋白(Lb)与游离的O2结合，形成LbCh储存，再

通过LbCh将02传递给类菌体和根细胞的线粒体被呼吸作用消耗。

(4)固氮菌同化N2,形成NK+并最终转化为有机物，是一个高耗能的还原反应过程。光合产物可以为根

瘤菌提供能量与碳源，促进根瘤菌侵染植物，光信号是促进地下根瘤发育的关键因子。

(5)当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态，AMP含量降低，使得蛋白S和P从与AMP结合形成的

S-P异源二聚体状态，转变为S-S和P-P的同源二聚体。同源二聚体与转录因子Y（Y可促进上图中PK酶

基因的转录）结合，并将Y锚定到线粒体上，使其不能入核，减少了植物细胞有氧呼吸对碳源的消耗，即

当能量较高时，两者形成同源二聚体使转录因子Y不能进入细胞核，不能结合PK酶基因的启动子，不促

进PK基因转录，进而减少了PEP向丙酮酸的转化。

（6）有人尝试将固氮酶基因导入这些作物以提升产量，但效果不佳，可以筛选、培育、施用与禾本科植物

共生的固氮菌，并从中筛选出符合要求的固氮酶基因导入农作物，也可以改进禾本科植物与固氮菌之间的

相互识别，来调整根瘤的固氮能力。

14.光照强度是影响水稻产量的主要因素之一，研究者对水稻适应弱光的调控机制进行了系列研究。

⑴弱光条件下，光反应产生的减少导致水稻减产。

（2）研究者推测RGA1基因与水稻对光的耐受性有关，用野生型（WT）、RGAI功能缺失突变体（dl）和RGAI

过表达（0E）株系进行实验，每天光照和黑暗各12h,第3d测量结果如图1和图2。

20•□模拟正常光照强度26「□模拟正常光照强度-口模拟正常光照强度

■模拟弱光照强度■模拟弱光照强度■模拟弱光照强度

瑶

诬90

攒60

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O

WTdlOE

U图11

①图I实验结果表明，在正常光照下RGAI基因,在弱光条件下RGAI基因。

②WT和dl对弱光耐受性的差异可能与能源物质消耗引起“碳饥饿”有关，据图2分析，请判断WT和dl“碳

饥饿”程度的高低并说明理由：。

（3）图3表示线粒体内膜上的电子传递链，电子经一系列蛋白-色素复合体传递，同时H+从线粒体基质运输到

内外膜间隙，最后H+通过复合体丫向内运输驱动ATP合成。在弱光条件下检测线粒体内膜上的AOX蛋白

含量，发现dl高于WT。请分析RGA1基因对呼吸作用的影响机制：（用关键词和箭头表示）。

Y线粒体内外膜间隙

注：1~丫为5种不同的蛋白质复合体B

图3

【答案】(l)ATP和NADPH

(2)对水稻存活率无显著影响“『显著提高水稻的存活率dl“碳饥饿”程度更高，原因是弱光条

件下WT和dl净光合速率降幅无显著差异，＜11的呼吸速率降低更小

RGA1表达|一AOXTf电子经AOX传递Tf电子传递给复合体山、Wj

'"fH+外流I—H+通过复合体V内流JfATPjf呼吸作用T一能源物质T

消耗

【分析】光合作用是在叶绿体上进行的，分为光反应和暗反应。光反应的场所是类囊体薄膜，光反应中吸

HU收光能的是4种色素，可以采用无水乙醇提取，利用纸层析法可以将它们分离；暗反应的场所是叶绿

体基质，暗反应需要光反应提供的ATP和NADPH,喑反应分为CO2的固定和C3的还原.

【详解】(1)光反应的产物是氧气、ATP和NADPH,而ATP和NADPH用于碳反应的三碳化物的还原，

弱光条件下，光反应产生的ATP和NADPH减少导致水稻减产。

(2)图I可知，正常光照强度下，野生型、RGA1功能缺失突变体和RGAI过表达三种株系存活率一样,

而弱光照强度下，野生型和RGAI过表达株系存活率一致，RGA1功能缺失突变体植株存活率最低；可见

在正常光照下RGA1基因对水稻存活率无显著影响，在弱光条件下RGA1基因可显著提高水稻的存活率。

图2可知，正常光照下，野生型净光合速率和RGA1功能缺失突变体植株差不多一致，RGA1功能缺失突

变体的呼吸速率略高于野生型植株，可见正常光照下，RGA1比能缺失突变体总光合速率高于野生型植株;

弱光照强度下，WT和dl净光合速率降幅无显著差异，dl的呼吸速率降低更小；可见RGA1功能缺失突变

体(dl)植株“碳饥饿”程度高。

(3)题图可知，AOX蛋白存在，导致e-绕过HI、IV,直接传递给02,将减少•条电子传递路径与02结合，

H+外流降低，H+通过复合体V内流降低，导致ATP含量减少，则呼吸作用增强，能源物质消耗增多：题干

信息dl植株中AOX蛋白含量图于WT植株，dl植株缺少RGA1基因表达的产物，AOX正常发挥作用，

而野生型植株（WT）含有RGA1基因，该基因正常表达抑制AOX蛋白的作用，导致野生型植株呼吸作用

低于dl,可见RGA1基因表达的产物可以通过抑制AOX蛋白发挥作用，从而影响呼吸作用（如图所示）。

RGA1表达I-AOXT一电子经AOX传递T-电子传递给复合体III、TV]

fH+外流IfH+通过复合体V内流JfATP1—呼吸作用[f能源物质T

消耗

15.科研人员为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，开展了一系列实验。请回答：

（l）Mg2+参与光合作用过程中_（物质）的合成，该物质直接参与的反应阶段可为暗反应一中（物质变化）

提供能量物质一o

（2）为研究Mg2+对光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给（+Mg2+）、缺乏（-Mg2+）条件，测

定水稻光合作用相关指标，如图1、2所示。

①图1结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2+浓度和固定CO2能力都存在“—”的节律性波动，且Mg2‘可以

显著—白天固定CO2的过程。

②进•步测定上述过程中酶R（催化C5与CO2的反应）的变化如图2,结果表明Mg?+很可能通过一，从

而促进CO2的固定。

（3）为探究叶绿体中Mg2+节律性波动的原因，科研人员又对多种突变体水稻进行实验。

图3

①已有研究证明，叶绿体膜上的MT3蛋白可以运输Mg2\通过检测野生型、突变体MT3（MT3基因缺失）

的叶绿体中Mg2’含量变化，如图3,结果表明，MT3蛋白主要负责节律性运输Mg2,至叶绿体内，但并不

是唯一的Mg2+转运蛋白，其依据是一。

②在另一株突变体OS（OS基因缺失）中，白天叶绿体中Mg2+含量显著升高。据此，对MT3蛋白、OS蛋

白的作用关系，科研人员提出如下假设：

假设1：OS蛋白抑制MT3蛋白，并调节其节律性运输Mg2.至叶绿体内。

假设2：MT3蛋白节律性运输MQ+至叶绿体内，而OS蛋白运出Mg2+。

通过检测野生型和多个突变体的Mg2+含量，如下表。

序号水稻植株叶绿体中Mg2+相对含量

1野生型2.5

2突变体MT31.5

3突变体os3.5

4双突变体0M①

（【注］双突变体0M指OS基因和MT3基因均缺失，且实验中不考虑Mg21的损耗）

若表中①为一（填字母），则说明假设一是正确的。

A.1.5B.2.5C.3D.3.5

（4）已有研究表明，光合作用产生的蔗糖会影响OS蛋白的相对含量，旦对光合作用进行负反馈调节。结合

本实验研究，完善下列白天水稻叶绿体中Mg2+调节光合作用及其节律性变化的模型［方框中填写物质名称,

（）中选填“十”表示促进、表示抑制］。

蔗糖

()催化，'卡尔文〉

2

MT3蛋白-------Mg+一\循环:

【答案】（1）叶绿素C3还原ATP和NADPH

（2）光照下（升）高、黑暗下（降）低增强提高酶R的活性

（3）与野生型相比，突变体（MT3）叶绿体中Mg2+相对含量明显低于野生型，且维持在一定值A

------------（十）|蔗糖|/，--“、、

OS蛋白.....

(4)；

运输催化，'卡尔文，

2+

MT3蛋白-------Mg一\循环:

T/

【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧

气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP和

NADPH的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本

上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH和ATP的提供，故称为暗反应阶段。

【详解】（1）叶绿素含C、H、0、N、Mg,故Mg2+参与光合作用过程中叶绿素的合成，叶绿素产于光反应

为暗反应C3的还原提供ATP和NADPH。

（2）①结合题1可知，叶肉细胞叶绿体中的Mg2+浓度和固定CO2能力都存在“光照下高、黑暗下低”的节

律性波动，有Mg2+组的叶绿体中的Mg2+相对含量、最大CCh固定速率、酶的相对活性都比无Mg2+组高•，

因此Mg2+显著增强白天固定C02的过程。

②由图②结果可知，Mg?+正常供给组酶R的相对活性较高，说明Mg2+通过提高随R的活性，从而促进CO2

的固定。

（3）①对比野生型，突变体的叶绿体中Mg2+相对含量明显低于野生型，且全天浓度均维持在一定数值，因

此MT3蛋白主要负责节律性运输Mg2+至叶绿体内，但并不是唯一的Mg2+转运蛋白。

②突变体MT3叶绿体中Mg2+相对含量为1.5,突变体OS叶绿体中Mg2+相对含量为3.5,若假设I正确，

即OS蛋白抑制MT3蛋白，并调节其节律性运输Mg2+至叶绿体内，则双突变体OM（OS基因和MT3基因

均缺失）中叶绿素中Mg2+相对含量在1~（3.5-1.5）之间，即处于1~2之间。

（4）MT3蛋白主要负责节律性运输Mg2+至叶绿体内，而Mg2+可以提高酶R的活性，酶R能催化Cs与CO?

的反应，进一步生成C3、三碳糖、蔗糖等，已知蔗糖会影响OS蛋白的相对含量，且对光合作用进行负反

馈调节，因此蔗糖促进OS蛋白的合成，OS蛋白抑制MT3蛋白的作用。如下图所示：

,OS蛋白------蔗糖

X_______、

（-）/--------\

/•

/，—

二7~1运输|〃2+IG）-£催化；卡尔文'

MT3蛋白------>Mg2--------►酶R循环；

-------------------------/

16.学习以下材料，回答(1)~(5)题。

碳同化途径的工程化改造

烟草是转基因研究的模式生物。烟草的光合速率受RuBP粉化-氧化酶(R酶)催化效率和胞内COZ浓度服

制。R酶由大亚基(RL)和小亚基(RS)组成，RL蛋白和RS蛋白分别由叶绿体rl基因和细胞核rs基因

编码,大小亚基在叶绿体中组装形成R酶。R酶既能催化C5叛化形成C3,也能催化C5氧化为C2,进入线

粒体分解为C02,R能催化的反应类型取决于其周围的CO