2023届高考生物二轮复习热点1细胞代谢在生产生活中的应用学案

热点1　细胞代谢在生产生活中的应用

[知识关联]

 [针对训练]

1.(2022·河北邯郸模拟)某科研小组对不同光照强度条件下生长的柑橘进行研究,如表为实验结果。下列相关叙述正确的是(　A　)

注:括号内的百分数以强光照的数据作为参考。

A.一定范围内,柑橘植株的有机物积累速率会随着光照强度的升高而增大

B.对强光下生长的柑橘突然遮光,短时间内叶片中C5的含量增多

C.一定范围内,随着光照强度的增大,气孔密度减少以免植株过度失水

D.在弱光下,叶片只能通过增加叶面积吸收更多光能以适应弱光环境

解析:对强光下生长的柑橘植株突然遮光,光反应阶段减弱,C3还原产生C5速率减慢,C5消耗速率不变,所以短时间内叶片中C5的含量减少;由题表分析可知,一定范围内,随着光照强度的增大,气孔密度增加以吸收更多的CO2进行光合作用;在弱光下,叶片还可通过增加叶绿素含量来吸收光能,以适应弱光环境。

2.2021年我国某研究所采用一种类似“搭积木”的方式在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。该技术由11个核心反应组成,使用了从自然界动物、植物、微生物等31种不同物种分离出来的62种生物酶催化剂。可分为三个阶段:阶段Ⅰ由CO2在一定的条件下生成甲醇等一碳化合物,再经过缩合反应依次生成DHA(二羟丙酮)、DHAP(磷酸二羟丙酮)、GAP等三碳化合物;阶段Ⅱ由GAP通过缩合反应生成六碳化合物;阶段Ⅲ由六碳化合物经过生物聚合反应生成淀粉。下列叙述错误的是(　D　)

A.构成淀粉的元素只有C、H、O三种

B.绿色植物叶肉细胞内类似于阶段Ⅰ的过程发生在叶绿体基质

C.人工合成淀粉同样需要CO2的固定,最终将C6合成淀粉

D.叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程需要相关酶以提供活化能

解析:酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物,其作用机理是降低化学反应活化能,不能提供活化能。

3.农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量的目的。

(1)轮作是指在同一田块上有顺序地在季节间和年度间轮换种植不同作物的种植方式。农民通常将玉米和大豆进行轮作。玉米对土壤中氮和硅的吸收量较多,而对钙的吸收量较少;豆科植物吸收大量的钙,而吸收硅的数量极少。玉米和大豆的根系吸收元素时,具有差异的直接原因是        　。 

根据题意可知,将玉米和大豆轮作的好处是       　(答出一点即可)。 

(2)农民有时也会进行玉米和大豆的间行种植,其生物学原理是         　。 

(3)很多植物不能混合种植,混合种植会导致产量下降。某生物兴趣小组欲通过一次实验进行如下两方面的研究:一是验证甲、乙两种植物混合种植,导致两种植物的单株平均干重均下降;二是探究两种植物根部竞争、茎叶竞争对单株平均干重的影响强度。完成如下实验步骤以及实验结果分析。

①实验步骤:

a.选择生长状况相似的健康甲、乙植株若干,分成适量且等量的几组备用。实验共分四组,编号为A、B、C、D。

b.A、B组的甲、乙植株　                     ,以此为对照;C组的甲、乙植株种植在同一土壤中但茎叶部分分开,以形成根部竞争;D组的甲、乙植株　                      ,以形成茎叶竞争。

c.在相同且适宜的条件下培养相同时间,测定各组植株的单株平均干重。

②实验结果分析:

若                   　,说明根部竞争的影响大; 

若                   　,说明茎叶竞争的影响大; 

若C、D组的单株平均干重比A、B组低,且两组下降量相当,说明根部竞争与茎叶竞争的影响强度相当。

解析:(1)物质运输离子的主要方式是主动运输,需要载体蛋白的协助,所以不同植物对离子的吸收具有差异性的直接原因是不同植物根系细胞膜上吸收离子的载体的种类和数量存在差异;玉米主要吸收氮和硅,而大豆主要吸收钙,所以二者轮作的好处是防止土壤养分失衡或充分利用土壤营养。

(2)玉米和大豆间行种植,可利用大豆根瘤菌的固氮作用增加土壤中氮的含量,同时玉米和大豆间行种植可充分利用光能(或提高光能利用率),提高单位土地面积的粮食产量。

(3)①b.实验设计时要注意单一变量原则和对照原则,A、B组的甲、乙植株单独种植,以此为对照;C组的甲、乙植株种植在同一土壤中但茎叶部分分离,以形成根部竞争;D组的甲、乙植株种植在隔离的土壤中但茎叶部分交织,以形成茎叶竞争。

②若C、D组的单株平均干重比A、B组低,且C组下降量大于D组,说明根部竞争的影响大;若C、D组的单株平均干重比A、B组低,且C组下降量小于D组,说明茎叶竞争的影响大;若C、D组的单株平均干重比A、B组低,且两组下降量相当,说明根部竞争与茎叶竞争的影响强度相当。

答案:(1)不同植物根系细胞膜上吸收离子的载体的种类和数量存在差异　防止土壤养分失衡(或充分利用土壤营养)　(2)利用大豆根瘤菌的固氮作用增加土壤中氮的含量,同时玉米和大豆间行种植可充分利用光能(或提高光能利用率),提高单位土地面积的粮食产量　(3)①单独种植　种植在隔离的土壤中但茎叶部分交织　②C、D组的单株平均干重比A、B组低,且C组下降量大于D组　C、D组的单株平均干重比A、B组低,且C组下降量小于D组

热点提升练

一、选择题

1.(2022·福建厦门模拟)甜瓜是一种喜光作物,在温室栽培中易遭受弱光的危害。为研究弱光胁迫下生长素(IAA)和赤霉素(GA)对甜瓜幼苗生长及光合特性的影响,科研人员做了相关实验,实验分组及结果如下(遮光率为自然光照的55%)。下列分析正确的是(　B　)

A.本实验的自变量是光照强弱、激素种类和气孔导度

B.该实验表明,喷施IAA和GA能提高弱光胁迫下甜瓜的产量

C.该实验表明,弱光胁迫下IAA和GA对于提高甜瓜的净光合速率存在协同作用

D.该实验表明,弱光胁迫下IAA和GA均可通过提高叶绿素含量来提高净光合速率

解析:本实验研究弱光胁迫下生长素(IAA)和赤霉素(GA)对甜瓜幼苗生长及光合特性的影响,自变量为光照强度、是否喷施IAA、GA,因变量为叶绿素含量、气孔导度、净光合速率;本实验只能证明喷施IAA和GA都能提高弱光胁迫下甜瓜的净光合速率,若要证明两者具有协同作用应该再增加一组实验,遮光下加入等量的IAA和等量的GA混合液;与T2组相对比,T4喷施GA后叶绿素含量降低,GA是通过增大气孔导度来增加叶肉细胞间二氧化碳的含量,从而提高净光合速率。

2.(2022·湖北黄冈模拟)CO2与诸多生命活动密切相关。下列有关叙述错误的是(　D　)

A.施用农家肥可以增加田间CO2浓度从而提高农作物产量

B.人在剧烈运动时,肌肉细胞只在线粒体基质中生成CO2

C.碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以CO2的形式进行的

D.培养动物细胞时,将其置于含95%氧气与5%CO2混合气体的培养箱中进行培养

解析:体外培养动物细胞时,需将其置于含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。

3.(2022·浙江绍兴二模)光照条件下,叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5,O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液,实验测得光合作用强度和光呼吸强度如表。(光合作用强度用固定CO2量表示;SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计;叶片吸收和放出CO2量相等时的光照强度称为光补偿点。)下列叙述错误的是(　D　)

A.光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的基质中

B.正常进行光合作用的水稻,若突然停止CO2供应,光呼吸释放CO2将增加

C.喷施100 mg·L-1SoBS的水稻叶片其光补偿点比未喷施SoBS的低

D.据表分析可知,农业生产中喷施200 mg·L-1 SoBS溶液最有利于水稻增产

解析:表中SoBS溶液浓度为200 mg·L-1时光合作用强度与光呼吸强度差值最大,即光合产量最大,故SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度应在100～300 mg·L-1。

4.(2022·山东烟台二模)水分胁迫是指由于植物水分散失超过水分吸收,使植物组织含水量下降,正常代谢失调的现象。植物发生水分胁迫时细胞合成过程减弱而水解过程加强,干旱、淹水等均能引起水分胁迫。下列说法错误的是(　C　)

A.水分胁迫可引起植物气孔开放程度下降,光合速率降低

B.水分胁迫可造成植物细胞内的膜结构破坏,引起代谢失调

C.水分胁迫时,植物细胞中水解过程加强,导致植物细胞渗透压下降

D.长时间淹水,植物根细胞无氧呼吸积累酒精使根细胞受损,吸水

减少

解析:水分胁迫时,植物细胞中水解过程加强,细胞质中溶质增多,导致植物细胞渗透压上升。

5.关于生物学原理在生产实践中的应用,下列叙述错误的是(　C　)

A.“一次施肥不能太多”,避免土壤溶液浓度过高,引起烧苗现象

B.农家肥在土壤中微生物的分解下产生CO2和无机盐,提高光合作用速率

C.选用透气的消毒纱布包扎伤口,促进伤口处细胞有氧呼吸,有利于伤口的愈合

D.“肥田之法,种绿豆最佳”,利用根瘤菌和绿豆的互利共生肥田

解析:由于氧气的存在能抑制厌氧病菌的繁殖,所以选用透气的消毒纱布包扎伤口,可以避免厌氧病菌的繁殖,从而有利于伤口的痊愈。

6.坚守耕地红线,提高作物产量和品质,把饭碗牢牢地端在自己的手中,确保粮食安全,已成为全国人民的共识。在千百年的劳作实践中,人们总结了很多农耕经验,下列有关分析错误的是(　D　)

A.合理密植有助于农作物叶片充分利用光能,减弱种内竞争

B.间作套种满足了不同作物对不同光强的需求,提高了光能利用率

C.中耕松土可以促进农作物根部细胞的有氧呼吸,有利于矿质营养的吸收

D.及时除草能减弱种间竞争,与施有机肥相似,有利于能量直接流向农作物

解析:施有机肥时,有机肥中的能量不能直接被农作物利用。

7.为提高草莓的产量,科研人员研究了大棚内不同条件对草莓植株光合速率的影响,结果如图所示,下列有关叙述错误的是(　B　)

A.A点数值可代表草莓植株的呼吸作用速率

B.在C、D两点相同时间草莓植株制造有机物的量相等

C.在B点草莓植株的光合作用速率等于呼吸作用速率

D.科研人员研究了光照强度和温度对草莓植株光合速率的影响

解析:据题图可知,植物在C点和D点的净光合速率相等,但D点对应的曲线条件下的呼吸速率大于C点曲线对应的呼吸速率,总光合速率=净光合速率+呼吸速率,因此植株在C点光合作用制造的有机物的量低于D点。

8.种质库是用来保存种质资源(一般为种子)的低温保存设施。入库保存前需对种子进行清洗、干燥脱水等处理,然后密封包装存入-18 ℃的冷库。下列分析正确的是(　D　)

A.入库前干燥脱水处理使种子中结合水与自由水的比值降低

B.冷库中-18 ℃的低温通过破坏部分呼吸酶来降低呼吸速率

C.储存时,氧气浓度越低,种子内有机物的消耗速率越小

D.建立种质库可以保存濒危生物的种子,保护物种的多样性

解析:入库前干燥脱水处理,使自由水含量减少,种子中结合水与自由水的比值增大;冷库中-18 ℃的低温通过抑制酶的活性来降低呼吸速率,不会破坏酶的结构;储存种子时,氧气浓度应适量降低,以降低有氧呼吸的速率,但是过低后,无氧呼吸会增加,种子内有机物的消耗速率不会减小;建立种质库可以保存濒危生物的种子,防止生物灭绝,可以保护物种的多样性。

9.(不定项)灌浆期是农作物开花后有机物储存在籽粒中的一个阶段,当有机物含量不再增加时,灌浆期结束。研究发现温度对小麦籽粒干重的影响与小麦灌浆期的长短有密切关系。某科研小组在温室条件下进行了相关实验,结果如图(图中15/10 ℃、21/16 ℃、30/25 ℃分别表示3组不同的昼夜温度组合)。据图分析,下列叙述正确的是(　ABC　)

A.昼夜温度组合为21/16 ℃的实验中,小麦灌浆期约为40天

B.若小麦在灌浆期遇到连续低温(15/10 ℃)天气,小麦灌浆期会延长

C.若小麦在灌浆期遇到连续高温(30/25 ℃)天气,小麦籽粒干重减小

D.昼夜温度组合为15/10 ℃的实验中,因温度偏低影响酶的活性,小麦籽粒干重偏小

解析:据题图可知,昼夜温度组合为15/10 ℃的实验中,小麦的灌浆期延长,小麦籽粒干重偏大。

10.(不定项)如图表示25 ℃时,葡萄和草莓在不同光照强度条件下CO2吸收量的变化曲线。下列叙述正确的是(　BC　)

A.M点时葡萄的净光合速率为10 mg·m-2·h-1

B.已知葡萄光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将环境温度改变为30 ℃,其他条件不变,则P点将右移

C.对草莓而言,若白天和黑夜的时间各为12 h,则平均光照强度在X klx以上才能正常生长

D.光照强度为Y klx时葡萄和草莓光合作用合成有机物的量相等

解析:M点时葡萄的净光合速率为8 mg·m-2·h-1;已知葡萄光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将环境温度改变为30 ℃,其他条件不变,则呼吸速率升高,光合速率下降,P点将右移;对草莓而言,光照强度在X klx时,净光合速率为1 mg·m-2·h-1,呼吸速率为1 mg·m-2·h-1,故若白天和黑夜的时间各为12 h,则平均光照强度在X klx以上才能正常生长;光照强度为Y klx时葡萄和草莓光合作用积累的有机物的量相等,由于呼吸速率不相同,故合成的有机物的量不相等。

二、非选择题

11.大豆是我国重要的粮油饲兼用作物,但国外进口量长期保持在80%以上,增加大豆种植面积是缓解我国大豆危机的有效途径。选育耐盐碱大豆,有效利用盐碱地资源,是提高我国大豆生产力的重要方向。请回答下列问题。

(1)耐盐碱大豆叶肉细胞吸收光能的色素有　　　　　　和　　　　两大类,其主要分布于叶绿体的　　　　　　　　上。 

(2)耐盐碱大豆虽对盐碱地有一定的耐受力,但当盐碱度过高时也会抑制光合速率。请从光合作用暗反应角度分析最可能的原因是    

　                                            。 

(3)大豆种植密度不宜过大,否则会造成减产,原因是            

　                                            。 

(4)研究表明:外源脱落酸(ABA)预处理植物能够提高植物对盐碱环境的抗性,且低浓度的ABA缓解效果更好。请以大豆幼苗为材料,选择蒸馏水、高盐溶液、10 μmol·L-1的ABA、50 μmol·L-1的ABA等试剂,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路并预期实验结果。

解析:(1)耐盐碱大豆叶肉细胞吸收光能的色素,即光合色素有叶绿素(包括叶绿素a和叶绿素b)和类胡萝卜素(包括叶黄素和胡萝卜素)两大类,其主要分布在叶绿体的类囊体的薄膜上。

(2)盐碱度过高会导致植物根系失水,蒸腾作用减弱,部分气孔关闭, CO2吸收减少,暗反应减弱,光合速率降低。

(3)若大豆种植密度过大,植物叶片相互遮挡,无法充分利用阳光,光合作用强度低,但呼吸作用却非常旺盛,消耗了大量的有机物,使得产量降低。

(4)要验证外源脱落酸(ABA)预处理植物能够提高植物对盐碱环境的抗性,且低浓度的ABA缓解效果更好,则实验的自变量为有无外源脱落酸(ABA)和外源脱落酸浓度,因变量为植物的生长情况。设计实验时应遵循单一变量原则和对照原则,并结合所给的实验材料,故设计实验思路为将长势基本相同的大豆幼苗均分为三组,分别用等量的清水、10 μmol·L-1 ABA溶液、50 μmol·L-1 ABA溶液进行预处理,然后将幼苗栽培在同浓度的高盐溶液的环境中,几天后,观察三组大豆幼苗的生长情况。因为是验证性实验,要符合“外源脱落酸(ABA)预处理植物能够提高植物对盐碱环境的抗性,且低浓度的ABA缓解效果更好”,故预期结果为10 μmol·L-1 ABA预处理过的大豆幼苗在高盐溶液中的长势比50 μmol·L-1 ABA溶液预处理过的大豆幼苗长势好,

50 μmol·L-1ABA 预处理过的大豆幼苗比清水预处理过的大豆幼苗长势好。

答案:(1)叶绿素　类胡萝卜素　类囊体的薄膜

(2)盐碱度过高会导致植物根系失水,蒸腾作用减弱,部分气孔关闭, CO2吸收减少,暗反应减弱,光合速率降低

(3)植物叶片相互遮挡,无法充分利用阳光,光合作用强度低,但呼吸作用却非常旺盛,消耗了大量的有机物,使得产量降低

(4)实验思路为将长势基本相同的大豆幼苗均分为三组,分别用等量的清水、10 μmol·L-1 ABA溶液、50 μmol·L-1 ABA溶液进行预处理,然后将幼苗栽培在同浓度的高盐溶液环境中,几天后,观察三组大豆幼苗的生长情况。

预期结果为10 μmol·L-1 ABA预处理过的大豆幼苗在高盐溶液中的长势比在50 μmol·L-1 ABA溶液中预处理过的大豆幼苗长势好,

50 μmol·L-1ABA 预处理过的大豆幼苗比清水预处理过的大豆幼苗长势好。

12.(2022·湖北襄阳一模)小麦是重要的粮食作物,小麦植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶(如图甲所示),其叶肉细胞的叶绿体内有更多的类囊体堆叠,对籽粒产量有重要贡献。分析并回答下列问题。

注:RuBP羧化酶(核酮糖1,5二磷酸羧化酶)和SBP酶(景天庚酮糖1,7二磷酸酶)是旗叶光合作用过程中的关键酶。

(1)在旗叶的叶肉细胞中存在着如图乙所示的代谢过程。

①下列关于图中的物质与过程的叙述,错误的是　　　　(多选)。 

A.RuBP羧化酶可以催化E物质的还原过程

B.CO2浓度可以影响Ⅱ过程中RuBP羧化酶和SBP酶的活性

C.小麦幼苗光合作用产生的有机物可以参与糖类、脂质等其他有机物的合成

D.光合作用过程中只消耗水分不产生水分

②研究发现,RuBP羧化酶还可催化C5与O2反应产生乙醇酸,乙醇酸中75%的碳又重新生成CO2和C3,即光呼吸过程。该过程　　　　(填“降低”“促进”或“不影响”)光合作用效率,同时使细胞内O2/CO2的值降低,有利于生物适应　　　　(填“高氧低碳”或“低氧高碳”)的环境。 

(2)为指导田间管理和育种,科研人员对某品种的小麦旗叶在不同时期的光合特性指标与籽粒产量的相关性进行了研究,结果如表所示。表中数值代表相关性,数值越大,表明该指标对籽粒产量的影响越大。

注:气孔导度表示气孔张开的程度。

①以上研究结果表明,旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大的时期是在　　　　　期。若在此时期干旱导致气孔开放程度下降,籽粒产量会明显降低,有效的增产干预措施是　　　　　　。 

②根据以上研究结果,在小麦的品种选育中,针对灌浆后期和末期,应优先选择进行培育旗叶　　　　　　　(填“叶绿素含量高”“水分含量多”“气孔导度大”或“胞间CO2浓度高”)的品种。 

(3)在植物体内,制造或输出有机物的组织、器官被称为“源”,接纳有机物用于生长或贮藏的组织、器官被称为“库”。欲研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,请写出简单的研究思路:          

　                                            。 

解析:(1)①RuBP羧化酶可以催化CO2的固定过程,而不是E(C3)的还原过程;CO2浓度不影响相关酶的活性;光合作用过程中既消耗水分也产生水分。

②根据题意分析,光呼吸过程中,C5与O2反应产生乙醇酸,抑制了CO2的固定过程,而乙醇酸中75%的碳又重新生成CO2和C3,说明该过程降低了光合作用效率,同时使细胞内O2/CO2的值降低,有利于生物适应高氧低碳的环境。

(2)①CO2是暗反应的原料,气孔导度表示气孔张开的程度,气孔导度越大,植物吸收的CO2越多,暗反应越有利,据表格数据可知,灌浆前期气孔导度最大,因此旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大的时期是在灌浆前期。因“干旱导致气孔开放程度下降”,故为避免产量下降,应合理灌溉。

②叶绿素能吸收、传递、转化光能,据表格可知,灌浆后期和末期,叶绿素含量指数最高,对于光合速率影响较大,所以应优先选择旗叶叶绿素含量高的品种进行进一步培育。

(3)本实验为研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系,由题意可知,“源”内的物质可转移至“库”,故可阻断旗叶有机物的输出,检测籽粒产量的变化(或阻断籽粒有机物的输入,检测旗叶光合速率的变化或给旗叶提供14CO2,检测籽粒中含14C的有机物的比例)。

答案:(1)①ABD　②降低　高氧低碳

(2)①灌浆前　合理灌溉　②叶绿素含量高

(3)阻断旗叶有机物的输出,检测籽粒产量的变化(或阻断籽粒有机物的输入,检测旗叶光合速率的变化或给旗叶提供14CO2,检测籽粒中含14C的有机物的比例)