高考生物备考专题第1部分专题2命题新情境2

第一部分核心考点突破专题二细胞的物质和能量代谢热点情境直击高考方向命题新情境二电子传递链与逆境胁迫角度一电子传递链与化学渗透假说1．细胞呼吸与电子传递：在真核细胞有氧呼吸的第三阶段中，还原型辅酶Ⅰ(NADH)脱去氢并释放电子(e－)，电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙，从而建立H＋浓度梯度，随后H＋在ATP合成酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质，并生成大量ATP，过程如图所示。2．光合作用中光系统及电子传递链：(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。(2)电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧；光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)；在叶绿体基质侧NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。通过以上途径建立了质子浓度(电化学)梯度。(3)类囊体膜对质子(H＋)是高度不通透的，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。3．光合磷酸化和氧化磷酸化4．光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合成酶ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对H＋高度不通透，因此膜一侧高浓度的H＋只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶把H＋的电化学势能转化成ATP中的化学能。5．化学渗透假说1961年，米切尔(PeterMitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体薄膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。贾格道夫实验表明：类囊体薄膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。角度二逆境胁迫环境胁迫，也称为逆境，是对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。环境胁迫问题主要涉及环境条件对植物细胞代谢的影响，主要考查角度及原理分析如下：类型影响原理主要表现光照主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用影响植物叶绿素的合成；对类囊体薄膜造成损伤类型影响原理主要表现CO2CO2是光合作用的反应物，低于CO2补偿点的CO2浓度会通过影响暗反应速率而影响光合作用强度光合作用原料CO2不足导致暗反应速率下降温度低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；引起气孔关闭，影响CO2的吸收类型影响原理主要表现水分水分胁迫包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭，影响CO2的吸收而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害无机盐矿质元素对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg2＋)；②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性1．(2024·新课标卷)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(

)A．叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低B．干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少C．植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大D．干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输【答案】

A【解析】根冠和萎蔫的叶片是脱落酸的主要合成部位，叶片萎蔫时，叶片中的脱落酸(ABA)含量会增加，A错误；干旱缺水时，植物气孔开度减小，吸收的二氧化碳会减少，植物的光合速率会降低，B正确；植物细胞失水时主要失去自由水，自由水含量下降，结合水与自由水比值会增大，C正确；缺水会影响植物体内各种需要水分参与的生理反应，植物对营养物质的吸收和运输往往需要水分参与，缺水不利于该过程，D正确。故选A。2．(2024·甘肃卷)梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是(

)A．根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足B．根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足C．浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸D．根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加【答案】

B【解析】大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A正确；根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无氧呼吸的进行，C正确；根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。故选B。3．(2025·安庆模拟)米切尔的化学渗透假说提出：ATP的合成是由叶绿体类囊体内外H＋浓度差引起的。1963年，贾格道夫通过巧妙实验为ATP合成的化学渗透机制提供了早期证据。假说内容及实验过程如图所示，下列相关叙述错误的是(

)A．类囊体中的H＋通过被动运输的方式运至类囊体外侧B．第三步将类囊体置于pH＝8的缓冲介质中是为了类囊体膜内外形成H＋浓度梯度C．第四步在黑暗中进行的目的是避免光照产生O2D．该实验可证明ATP合成的直接动力来自H＋浓度梯度【答案】

C【解析】类囊体中的H＋通过H＋通道运至类囊体外侧，借助离子通道从高浓度到低浓度的运输属于被动运输中的协助扩散，A正确；经过第一步和第二步，类囊体内的pH被平衡到4，第三步将类囊体置于pH＝8的缓冲介质中，就会出现类囊体膜内pH＝4，类囊体膜外pH＝8，从而在类囊体膜内外形成H＋浓度梯度，B正确；第四步在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP产生的影响，排除光照的作用，用以证明实验中产生的ATP是由叶绿体类囊体内外H＋的浓度差引起的，C错误；该实验可证明ATP合成的直接动力来自H＋浓度梯度，即H＋顺浓度梯度由类囊体膜内流向膜外的同时驱动了ATP的合成，D正确。4．(2025·苏州模拟)番茄体内存在如图所示的两条电子传递途径，其中，PSⅠ、PSⅡ是由光合色素和蛋白质构成的复合体。RCA是Rubisco的激活酶，Rubisco催化CO2的固定。在高温胁迫下，RCA的活性被抑制，进而降低Rubisco活性，导致光反应吸收的过剩能量激发活性氧(ROS)过量合成，ROS能使PSⅡ失活。回答下列问题。(1)番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是____________。适宜环境温度下，PSⅡ受光激发将水分解为________________，同时产生电子(e－)；环式电子传递的发生会导致NADPH/ATP的值________(填“变大”“变小”或“基本不变”)。(2)科研人员利用野生型番茄植株进行了以下实验，在实验第3天时测得相关实验数据如下表所示：组别温度气孔导度净光合速率/(μmol·m－2·s－1)胞间CO2浓度/ppmRubisco酶活性/(U·mL－1)甲25℃99.211.8282172乙40℃30.81.140351从光合作用的过程分析，40℃时光合速率较低的原因是___________________________________________(答出两点即可)。(3)提出一个利用生物技术工程缓解高温胁迫对Rubisco活性影响的方案：_____________________________________________________。【答案】

(1)叶绿素b氧(O2)和H＋变小(2)Rubisco酶活性下降，暗反应速率降低；使PSⅡ失活，光反应速率降低(3)运用蛋白质工程技术提高RCA的热稳定性【解析】

(1)番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是叶绿素b。适宜环境温度下，PSⅡ受光激发将水分解为氧(O2)和H＋，同时产生电子(e－)；由图可知，环式电子传递会导致ATP量增加，使NADPH/ATP的值变小。(2)由表可知，与25℃时相比，40℃时Rubisco酶活性下降，暗反应速率下降；由题干信息可知，高温胁迫下，RCA的活性被抑制，光反应吸收的过剩能量会激发活性氧(ROS)过量合成，ROS能使PSⅡ失活，使光反应速率降低。(3)由题可知，Rubisco活性受到RCA的调节，RCA活性易受高温胁迫抑制。根据结构和功能相适应的观点，可运用蛋白质工程技术改变RCA的结构，从而提高其热稳定性，使其结构在高温环境中更具稳定性，从而缓解高温胁迫对光合能力和作物产量的影响。5．(2025·襄樊模拟)光系统Ⅱ(PSⅡ)是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是由叶绿体基因组中的psbA基因编码的蛋白质，该蛋白是PSⅡ的核心蛋白。高温高光尽管会造成D1的损伤，但损伤的D1在降解后又被新合成的D1取代，PSⅡ得以正常运行。(1)PSⅡ位于________________(填具体结构部位)，其吸收的光能可用于_________________________________________________(答出两个方面)。(2)为研究高温高光下，气孔导度的变化对植物光合作用的影响，研究者以番茄植株为材料，在不同环境下培养5d后，测得的相关指标如表所示。组别净光合速率/(μmol·m－2·s－1)气孔导度/(mmol·m－2·s－1)胞间CO2浓度/ppm适宜条件组12.1114.2308高温高光组1.831.2448据表分析，高温高光条件下净光合速率的下降________(填“是”或“不是”)气孔导度下降引起的，依据是_____________________。(3)为研究植物应对高温高光逆境时D1蛋白的变化机制，研究者利用番茄植株进行如下三组实验：①组在适宜温度、适宜光照下培养；③组在高温高光下培养并施加适量Sm(抑制D1蛋白合成的药物)。定期测定三组番茄植株的净光合速率(Pn)，结果如图。②组的处理方式是_______________________。根据实验结果分析植物缓解高温高光对光合作用抑制的机理是_____________________________。(4)如果采用基因工程技术使psbA基因过量表达，________(填“一定”或“不一定”)能提高植物在高温高光下的光合作用速率，依据是________________________________________________。【答案】

(1)类囊体薄膜(类囊体)一是将水分解为氧和H＋，形成NADPH；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应合成ATP(2)不是高温高光条件下，气孔导度下降，但胞间CO2浓度不降反升(3)在高温高光下培养番茄植株通过合成新的D1蛋白以缓解高温高光对光合作用的抑制(4)不一定psbA基因过量表达只能使D1蛋白的合成量增加，但高温高光损伤的D1蛋白降解速率不一定增加【解析】

(1)由题中信息可知，PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，故PSⅡ位于类囊体薄膜(类囊体)。叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途：一是将水分解为氧和H＋，氧直接以氧气的形式释放出来，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应合成ATP。(3)实验目的是研究植物应对高温高光逆境时D1