三维设计通用版高考生物二轮复习 专题一 细胞系统教师用书 124页

第一部分 专题一 细胞系统 “万丈高楼平地起”，耸入云端的高楼离不开一砖一瓦的垒积，而细胞则是构筑生物体 大厦的基石。细胞作为一个复杂的生命系统，既有自身的组成要素，又会与外界环境发生物 质、能量和信息上的交流，因此，细胞是一个高度有序的开放系统。用系统的视角来理解细 胞的整体与局部的联系、细胞与周围环境间的关系，可将知识串珠成链，避免支离破碎地认 识细胞，有助于同学们建构细胞“活”的概念。下面，通过运用“系统分析法”将本专题内 容进行有效的组织和整合，以建立知识间的内在联系。 1．模型构建 2．模型分析 本专题可通过“细胞系统的组成→细胞系统的结构→细胞系统的功能→细胞系统的发 展变化”这一主线展开，运用“系统思想”对模型简析如下： ①细胞系统的组成对应“组成细胞的分子”；②细胞系统的结构对应“细胞的基本结 构”；③细胞系统的功能对应“细胞的物质输入和输出”及“细胞的能量供应和利用”；④ 细胞系统的发展变化对应“细胞的生命历程”。其中，①与②重在强调细胞的物质基础和结 构基础，即由元素构成化合物，再由化合物构成膜、质、核等基本结构进而构成细胞的完整 结构，从而揭示了细胞结构的有序性，为建立细胞整体性这一观点奠定了基础；②与③重在 强调细胞的结构与功能间的联系，同时也说明了细胞作为生命系统与外界环境间实现物质、 能量和信息交换的开放性；④重在强调细胞的动态性，即细胞时刻在发展变化，经历增殖、 生长、分化到衰老、凋亡等过程。 第 1 讲 细胞系统的组成——元素与化合物 考点一 水和无机盐的作用 1.下列有关水的叙述正确的是( ) A．葡萄糖、蛋白质、脂肪在其彻底氧化分解过程中都产生水 B．不同细胞的自由水与结合水的比值相同时，它们的代谢强度相同 C．衰老的细胞中水分减少、代谢缓慢、细胞核体积变小 D．动物细胞发生渗透吸水时，其细胞液浓度会逐渐减小 解析：选 A 葡萄糖、蛋白质、脂肪都可作为能源物质氧化供能，在彻底氧化分解后， 生成 CO2 和 H2O；细胞的自由水与结合水比值，是影响细胞代谢强度的原因之一，所以细胞 的自由水与结合水的比值相同时，它们的代谢强度不一定相同；衰老的细胞中水分减少、代 谢缓慢、细胞核体积变大；细胞液是指植物细胞液泡内的液体。 2．(2016·浙江高考)下列关于无机盐和其他化合物对人体与动物机能影响的叙述，正 确的是( ) A．摄入过多过咸食物后，会引起细胞内液的量增加 B．骨骼肌纤维内乳酸积累过多，会引起细胞体积增大 C．发生局部炎症反应时的肿胀，是由于组织中的 Na＋浓度增加所致 D．将蛙神经纤维置于适宜的溶液后再适当增加溶液的 KCl 浓度，其静息电位绝对值增 大 解析：选 B 摄入过多过咸的食物后，细胞外液渗透压升高，细胞失水，引起细胞内液 的量减少。骨骼肌纤维内乳酸积累过多，使细胞内液渗透压升高，细胞因吸水而体积增大。 发生局部炎症反应导致组织肿胀时，该部位毛细血管的通透性增强，会使正常情况下不能透 过的血浆蛋白渗出，进入组织液，引起组织液生成增多，回流减少，形成局部肿胀，不是由 组织中的 Na＋浓度增加引起的。静息电位的形成是由神经细胞内 K＋外流导致的，将蛙神经纤 维置于适宜的溶液后再适当增加溶液的 KCl 浓度，会增加神经纤维外 K＋的浓度，导致 K＋外 流减少，因此其静息电位绝对值减小。 3．在玉米种子发育到玉米幼苗的过程中，关于细胞内水和无机盐的叙述，正确的是 ( ) A．玉米种子在萌发过程中，主要以被动运输的方式从外界吸收水和无机盐 B．玉米幼苗从土壤中吸收的水分主要用于光合作用和呼吸作用 C．储存在玉米种子的细胞内，可用于细胞代谢的水主要是自由水 D．适宜环境中，玉米幼苗生长较快，每个细胞内无机物的积累量越来越多 解析：选 C 玉米种子在萌发过程中，水分和无机盐分别以自由扩散和主动运输的方式 进入细胞；玉米幼苗吸收的水分大部分(90%～95%)通过蒸腾作用散失；用于细胞代谢的水主 要是自由水；玉米幼苗生长过程中，幼苗无机物积累越来越多，但每个细胞内无机物含量变 化不大。 考点二 糖类和脂质的种类与作用 4.下列关于生物体内的化合物的说法错误的是( ) A．糖类不参与细胞识别 B．性激素的合成与生物膜有关 C．某些膜结构参与信号转换 D．某些脂质可能参与细胞间的信息传递 解析：选 A 细胞识别主要依赖于细胞膜表面的糖蛋白，糖蛋白由蛋白质和糖类结合形 成；性激素属于固醇，由内质网合成，内质网具有单层膜；兴奋在神经元之间传递时高尔基 体起作用，因为兴奋在突触处的传递需要突触小泡释放神经递质，突触小泡的形成需要高尔 基体的参与；脂质中有些物质也可作为信息分子传递信息，如性激素。 5．下列哪项不属于含磷化合物具有的生物学功能( ) A．构成各种生物膜的基本支架 B．催化基因转录出信使 RNA C．在蛋白质合成中转运氨基酸 D．为蛋白质分子合成提供能量 解析：选 B 细胞内的含磷化合物有磷脂、DNA 和 RNA、ADP 和 ATP 等。磷脂双分子层是 构成各种生物膜的基本支架；RNA 聚合酶催化基因转录出 RNA，RNA 聚合酶的化学本质是蛋 白质，不含有磷；tRNA 在蛋白质合成中转运氨基酸；ATP 为蛋白质分子合成提供能量。 6．我国将启动马铃薯主粮化战略，推进把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食，马 铃薯将成为除稻米、小麦、玉米外的又一主粮。请判断下列相关叙述，正确的是( ) A．构成马铃薯、稻米等主粮作物的化学元素的种类相差很大，但含量大体相同 B．马铃薯、稻米等主粮作物的储能物质主要是脂肪 C．马铃薯、水稻、小麦等主粮作物细胞中都含有 5 种碱基，8 种核苷酸 D．马铃薯、水稻、小麦等主粮作物进行无氧呼吸的产物相同 解析：选 C 构成马铃薯、稻米等主粮作物的化学元素的种类大体相同，但含量相差很 大。马铃薯、稻米这些主粮的主要储能物质是淀粉。马铃薯、水稻、小麦等主粮作物都是真 核生物，细胞内都含有 DNA 和 RNA，所以含有 A、G、C、T、U 5 种碱基和相应的 8 种核苷酸。 马铃薯块茎的无氧呼吸产物是乳酸，水稻和小麦等作物的无氧呼吸产物是酒精和 CO2。 7．(2016·郑州模拟)如图所示为糖的常见种类及其转化，下列相关叙述正确的是( ) A．核糖和脱氧核糖是核酸的基本组成单位 B．单糖→二糖→淀粉其中，单糖指的是葡萄糖 C．图中①可能是肌糖原，在人体内肌糖原水解可以补充血糖 D．图中②可能是纤维素，是植物细胞壁的主要成分之一，在叶绿体内合成 解析：选 B 核酸的基本组成单位是核苷酸，核糖和脱氧核糖是组成核苷酸的一部分； 淀粉的基本组成单位是葡萄糖；人体内的糖原主要是肝糖原和肌糖原，其中，肝糖原可以水 解补充血糖，肌糖原不能水解补充血糖；纤维素是细胞壁的主要成分之一，合成场所为高尔 基体。 考点三 蛋白质、核酸的结构和功能 8.组成蛋白质的氨基酸中有两种氨基酸含有 S 元素，已知某一蛋白质分子中含有一个 S 原子。则下列说法错误的是( ) A．该蛋白质分子除了含有 S 元素外，还含有 C、H、O、N B．该蛋白质分子完全水解后最多可以得到 20 种氨基酸 C．该蛋白质可能由一条、两条或多条肽链组成 D．该蛋白质分子中有“N—C—C—N—C—C—…”的重复结构 解析：选 B C、H、O、N 是组成蛋白质的基本元素；生物体内组成蛋白质的氨基酸约有 20 种，其中有两种氨基酸含有 S 元素，而该蛋白质分子中只含有一个 S 原子，说明该蛋白 质只有一种含 S 的氨基酸，故组成该蛋白质的氨基酸最多有 19 种；根据题干信息不能确定 该蛋白质所含的肽链数，故该蛋白质可能由一条、两条或多条多肽链组成；根据氨基酸的结 构和脱水缩合的过程可知，蛋白质分子中含有“N—C—C—N—C—C—…”的重复结构。 9．下列在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是( ) A．吸收 Mg2＋ B．O2 扩散 C．光能转换 D．DNA 复制 解析：选 B Mg2＋的吸收方式为主动运输，需要载体蛋白的参与；O2 扩散出叶绿体的方 式为自由扩散，O2 穿越磷脂双分子层，与蛋白质分子无关；光能转换需要多种酶的催化作用； DNA 复制时需解旋酶及 DNA 聚合酶等的催化作用。 10．G 蛋白偶联受体(GPCRs)是一大类膜蛋白受体的统称。气味分子可与嗅觉 GPCRs 结 合进而产生嗅觉，多种激素可与相应 GPCRs 结合进而发挥作用。下列相关叙述错误的是 ( ) A．GPCRs 可与双缩脲试剂发生紫色反应 B．通过 GPCRs 的作用，可实现细胞间的信息交流 C．细胞中合成 GPCRs 需经过转录、翻译等过程 D．GPCRs 可接受多种形式的信号，故没有特异性 解析：选 D GPCRs 是受体蛋白，与双缩脲试剂发生紫色反应，受体在细胞间的信息交 流中具有作用，蛋白质的合成需经转录、翻译过程。题干中说明，GPCRs 是一类膜蛋白受体， 激素与相应的 GPCRs 结合，故 GPCRs 具有特异性。 11．核酸是遗传信息的携带者，下列有关核酸的叙述，正确的是( ) A．DNA 与 RNA 由核苷酸组成，都可以储存遗传信息 B．相同的 DNA 分子转录出的 mRNA 是相同的 C．真核生物的 DNA 复制和基因的表达都在细胞核中进行 D．DNA 双螺旋结构解旋后不能表达遗传信息 解析：选 A DNA 和 RNA 都可作为遗传物质，都可以储存遗传信息；转录的基本单位是 基因，相同的 DNA 分子可以转录产生不同的 mRNA，即基因的选择性表达；真核生物 DNA 复 制的主要场所是细胞核，线粒体、叶绿体中也可发生 DNA 复制，基因表达的场所为细胞质； 转录过程中 DNA 双螺旋结构需解旋。 12.OMP(胰岛素样生长因子)是人体分泌的具有促进骨形成和蛋白质合成的一种蛋白质。 研究表明奶粉中过量添加 OMP 能增加患多种癌症的风险。下列叙述正确的是( ) A．OMP 可以在人体所有体细胞的核糖体上合成 B．OMP 中的氮主要存在于 R 基中 C．OMP 具有调节代谢的功能 D．OMP 导致细胞癌变，属于生物致癌因子 解析：选 C 由于基因的选择性表达，所以并不是人体所有体细胞的核糖体上都合成 OMP；蛋白质中的氮主要存在于肽键中；根据题干信息可知，OMP 具有调节功能；OMP 属于蛋 白质，不是生物致癌因子，属于化学致癌因子。 13．下列关于“多样性”的分析正确的是( ) A．蛋白质具有多样性的原因是其基本单位氨基酸的种类、数量和排列顺序不同 B．DNA 分子具有多样性的原因是其四种脱氧核苷酸排列顺序及其空间结构不同 C．变异和基因的选择性表达使细胞具有多样性 D．生物的多样性是生物与自然环境共同进化的结果 解析：选 C 蛋白质具有多样性的原因是其基本单位氨基酸的种类、数量和排列顺序不 同以及肽链盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同。四种脱氧核苷酸排列顺序的千变万化， 构成了 DNA 分子的多样性。变异和基因的选择性表达使细胞具有多样性。生物的多样性是不 同生物之间、生物与环境之间相互影响、共同进化的结果。 14．科学家发现蛋白质合成用到的供能物质有鸟苷三磷酸(GTP)，GTP 与 ATP 类似。下 图为与基因表达相关的三种分子的示意图，相关叙述错误的是( ) A．甲、乙、丙的组分中均有糖 B．乙的水解产物中含有丙 C．丙可能为乙的合成提供原料 D．甲、乙共由 8 种核苷酸组成 解析：选 B 甲表示 DNA 分子，乙表示 RNA 分子，丙表示 GTP。DNA 中含有脱氧核糖， RNA 和 GTP 中含有核糖；RNA 彻底水解可得到鸟嘌呤核糖核苷酸，不能得到鸟苷三磷酸；GTP 可能为 RNA 的合成提供鸟嘌呤核糖核苷酸；DNA 由 4 种脱氧核苷酸组成，RNA 由 4 种核糖核 苷酸组成。 15．高中生物学教材中多次以“骨架”或“支架”表述相关知识。下列有关生物学中 “骨架”或“支架”的描述，错误的是( ) A．细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构 B．细胞膜的基本支架是磷脂双分子层 C．DNA 分子以碱基对为基本骨架 D．生物有机大分子以碳链为骨架 解析：选 C 细胞骨架是指真核细胞中由微管、微丝及中间纤维构成的蛋白质纤维网架 体系；磷脂双分子层构成细胞膜的基本支架；磷酸和脱氧核糖交替连接构成 DNA 分子的基本 骨架；生物大分子如蛋白质、核酸、多糖等都以碳链为骨架。 16．如图表示构成细胞的元素、化合物及其作用，a、b、c、d 代表不同的小分子物质， A、B、C 代表不同的大分子物质，下列叙述错误的是( ) A．在动物细胞内，与物质 A 作用最相近的物质是糖原 B．若 B 代表的物质能降低血糖浓度，则与其合成、分泌密切相关的细胞器有核糖体和 高尔基体等 C．a、b、c、d 分别为葡萄糖、氨基酸、脱氧核苷酸和促性腺激素 D．b→B 的生理过程完成的场所为核糖体，且有水的产生 解析：选 C 染色体主要由 DNA 和蛋白质组成，其中 DNA 的组成元素是 C、H、O、N、P， 蛋白质的组成元素是 C、H、O、N，所以图中 b 是氨基酸、B 是蛋白质，c 是脱氧核苷酸、C 是 DNA；淀粉是植物体储能的大分子物质，所以 a 是葡萄糖、A 是淀粉；性激素能促进生殖 器官的发育和生殖细胞的形成，所以 d 是性激素。物质 A 是淀粉，在动物体内与物质 A 作用 相近的物质是糖原。据题意可知 B 是胰岛素，其化学本质为蛋白质，与其合成和分泌相关的 细胞器有核糖体、内质网和高尔基体等。a、b、c、d 分别为葡萄糖、氨基酸、脱氧核苷酸 和性激素。氨基酸脱水缩合成蛋白质的过程发生在核糖体上。 考点四 种子形成和萌发过程中的物质变化问题 17.如图所示为油料作物的种子在成熟过程中，四种有机物(可溶性糖、淀粉、含氮化合 物和脂肪)的变化情况。下列相关叙述，正确的是( ) A．图中 4 代表淀粉，可用碘液来检测 B．图中 1 和 2 代表的是糖，4 代表的是脂肪 C．随着种子的成熟，含氮化合物主要是磷脂、核酸等 D．向该类型种子的提取液中滴加苏丹Ⅲ染液，溶液将呈红色 解析：选 B 根据题图可知：曲线 4 表示油料作物种子中脂肪的含量随种子的成熟而增 加；随着种子的成熟，糖类含量逐渐降低，脂肪含量升高，故图中 1 和 2 代表糖，4 代表脂 肪；随着种子的成熟，含氮化合物主要是蛋白质等；向该类型种子的提取液中滴加苏丹Ⅲ染 液，溶液将呈橘黄色。 18．如图表示水稻种子在成熟过程中干物质量和呼吸速率的变化，请回答相关问题： (1)水稻种子中的主要储能物质是________，其中的碳元素主要来源于外界的________， 该化合物参与光合作用的____________过程。 (2)水稻种子呼吸速率最大的时间点是开花后第 20 天，此时水稻植株的呼吸速率 ________(填“大于”“等于”或“小于”)光合速率，依据是_______________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)开花后 10 至 30 天左右，种子的呼吸速率较高，原因是 ________________________________________________________________________。 (4)随干物质的积累，种子逐渐成熟，自由水与结合水的比值________，有利于 ________________________________________________________________________。 解析：(1)水稻种子的主要储能物质是淀粉，淀粉是光合作用的产物。(2)由图可知，开 花第 20 天时，干物质量继续增加，说明光合速率大于呼吸速率。(3)开花后 10 至 30 天左右， 干物质积累量迅速增加，物质合成旺盛，需消耗的能量多，故种子的呼吸速率较高。(4)随 着种子逐渐成熟，自由水含量下降，代谢减慢，有机物消耗减少。 答案：(1)淀粉 CO2 暗反应 (2)小于 此时水稻种子的干物质积累，说明水稻净光合速率大于零，净光合速率等于 总光合速率减去呼吸速率，说明总光合速率大于呼吸速率 (3)大分子有机物的合成，需要细胞呼吸提供能量 (4)降低 减少有机物质的消耗(降低呼吸速率) “细胞的分子组成”中的知识点比较零碎，在复习时可利用归纳法和比较法进行识记。 (1)对蛋白质和核酸的识记：一要按照“元素组成→单体→多聚体→蛋白质(或核酸)”的层次 进行知识梳理归纳；二要从结构与功能相适应的角度，即从“结构多样性→功能多样性”的层 次进行梳理归纳。 (2)对于糖类和脂质的识记要运用列表或做集合图的形式比较糖类和脂质的种类、分布和生理 功能，并结合种子萌发过程分析物质种类和含量的变化。 考点一|水和无机盐的作用 [明考向—不走弯路] 对于细胞中水的考查，常结合细胞代谢考查水的存在形式与代谢强度的关系，细胞中与 水有关的代谢过程等；而对于无机盐的考查，则主要结合实例考查其功能，如课前诊断卷 T2。 在解答有关“水”的问题时，常因不明确水与细胞代谢的关系而出错，如课前诊断卷 T1、T3。 [联知识—简洁串记] 1．理清水和细胞代谢的关系(填图) 2．熟记无机盐的吸收、存在形式和生理功能(填图) [防易错—无障通关] 判断下列叙述的正误 (1)在最基本的生命系统中，H2O 有自由水和结合水两种存在形式(√) (2)自由水可作为细胞内化学反应的反应物(√) (3)同种植物萌发种子的含水量与休眠种子的相同(×) (4)失去结合水的小麦种子，用水充分浸泡后仍能萌发(×) (5)有氧呼吸过程中既消耗水，又产生水(√) (6)有氧呼吸产生的 H2O 中的氢来自线粒体中丙酮酸的分解(×) (7)H2O 在光下分解，产生的[H]用于将固定的 CO2 还原成(CH2O)(√) (8)缺水时，人体通过正反馈调节能促使机体减少水的散失(×) (9)血浆 pH 能维持相对稳定，与其含有 HCO－ 3 、HPO 2－ 4 等离子有关(√) (10)血钙过低会出现抽搐，说明无机盐具有维持机体正常渗透压的作用(×) 考点二|糖类和脂质的种类与作用 [明考向—不走弯路] 高考对本部分内容主要结合细胞结构考查糖类和脂质的种类、分布、生理功能及合成。 考生常因不能将糖类、脂质与细胞结构和细胞代谢的有关知识有机整合而失误，如课前诊断 卷 T4、T6。 [联知识—简洁串记] 1．准确记忆糖类的种类及分布(填图) 2．理清脂质的种类、从属关系及功能(填图) [防易错—无障通关] 1．判断下列有关糖类叙述的正误 (1)纤维素由葡萄糖组成(√) (2)葡萄糖和麦芽糖可被水解(×) (3)棉、麻的主要成分是纤维素(√) (4)一分子蔗糖水解后能生成 1 分子葡萄糖和 1 分子半乳糖(×) (5)动物和植物所含单糖种类相同，但二糖和多糖的种类有所不同(×) (6)糖类都能为生命活动提供能量(×) (7)葡萄糖是二糖和多糖的单体(×) (8)葡萄糖在线粒体中氧化分解(×) (9)乳汁中的乳糖经水解可产生葡萄糖和半乳糖(√) (10)淀粉和脂肪水解的终产物都是 CO2 和水(×) (11)在麦芽糖溶液中加入斐林试剂即可生成砖红色沉淀(×) 2．通过连线记清脂质的种类和功能 考点三|蛋白质、核酸的结构和功能 [明考向—不走弯路] 蛋白质与核酸是高考命题的重点。考查内容多涉及蛋白质与核酸的元素组成、结构和功 能的多样性，以及结合基因表达考查蛋白质与核酸的合成过程中的有关内容。考生常因理不 清蛋白质与核酸的关系或不能熟练运用基因表达的有关知识而失误，如课前诊断卷 T13、T14、 T16。 [联知识—简洁串记] 1．熟记蛋白质多样性的四个原因及其五种功能(填图) 2.准确识记核酸结构多样性和功能多样性(填图) 3．理清核酸与蛋白质的三个层次及相互关系(填图) [析考法—命题扫描] 综合考查蛋白质与核酸的组成、合成及相互关系 [典例 1] 下列关于细胞内 DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的叙述，错误的是( ) A．DNA、RNA 和蛋白质的组成元素中都含有 C、H、O、N B．蛋白质的合成过程中 tRNA、rRNA 和 mRNA 都参与 C．细胞中可以 DNA 为模板合成 RNA D．DNA 复制时，需要 tRNA 作为运输原料的工具 [思路点拨] 本题属于正误判断类选择题，解答此类问题一般采用排除法： A 项 核酸的元素组成是 C、H、O、N、P，蛋白质中一定含有的元素是 C、H、O、N B 项 翻译过程的模板是 mRNA；氨基酸运输工具是 tRNA；蛋白质的合成场所是核糖体， 其物质组成是 rRNA 和蛋白质 C、D 项 转录的模板是 DNA 的一条链；复制的原料是 4 种脱氧核苷酸，不需要 tRNA 运输 [答案] D 以信息材料为载体，考查蛋白质的结构和功能 [典例 2] 课前诊断卷第 10 题 G 蛋白偶联受体(GPCRs)是一大类膜蛋白受体的统 称。气味分子可与嗅觉 GPCRs 结合进而产生嗅觉，多种激素可与相应 GPCRs 结合进而发挥作 用。下列相关叙述错误的是( ) A．GPCRs 可与双缩脲试剂发生紫色反应 B．通过 GPCRs 的作用，可实现细胞间的信息交流 C．细胞中合成 GPCRs 需经过转录、翻译等过程 D．GPCRs 可接受多种形式的信号，故没有特异性 [思路点拨] 本题属于情景信息类题目，解答此类问题一般采用信息转化法，即将题干 信息转换成与教材所学内容最为接近的信息，然后再对各选项进行判断： 题干信息 教材知识 对应选项 GPCRs 的化学本质是蛋白质 蛋白质的检测与合成过程 选项 A、C GPCRs 是膜蛋白受体，气味分子可引起 嗅觉 细胞间信息交流的结构基础与方式 选项 B GPCRs 是一类蛋白质统称，多种激素与 相应 GPCRs 结合 激素调节的特点 选项 D [答案] D 备考锦囊 谨记常见化合物的元素组成 [即时练—举一反三] 1．下列关于组成细胞的化合物的叙述，错误的是( ) A．构成 ATP、DNA、RNA 和蛋白质的元素不完全相同 B．RNA 与 DNA 分别由四种核苷酸组成，可以储存遗传信息 C．DNA 分子中碱基的特定排列顺序，决定了蛋白质分子的特异性 D．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变 解析：选 D 蛋白质的功能是由其结构决定的，蛋白质的结构发生改变，其功能一定发 生改变。 2．下面有关蛋白质的叙述正确的是( ) A．在高温下变性是因为高温能使蛋白质结构中的部分肽键断裂，从而使其空间结构改 变 B．生物体内酶的合成都需要经过转录和翻译这两个步骤 C．成熟的红细胞内没有核糖体，不能合成蛋白质，所以红细胞内没有蛋白质 D．蛋白质结构的多样性是生物多样性的直接原因 解析：选 D 高温下蛋白质的空间结构会被破坏，但肽键不断裂；少数酶的化学本质是 RNA，其合成不需要翻译过程；红细胞内含有血红蛋白。 考点四|种子形成和萌发过程中的物质变化问题 [明考向—不走弯路 以种子形成和萌发为素材，结合细胞呼吸考查有机物的检测、物质转化等内容是高考命 题的热点。考生常因不明确种子形成与萌发时物质转化的过程及细胞代谢特点而失误，如课 前诊断卷 T17、T18。 ] [深思维—纵引横连] 1．种子形成和萌发时的物质变化 种子形成 种子萌发 有机物 种类 可溶性糖→淀粉等 非蛋白质→蛋白质 糖类→脂肪 淀粉→葡萄糖 蛋白质→氨基酸 脂肪→甘油＋脂肪酸 干重 增加 减少(油料作物先增加后减少) 激素变化 脱落酸增加，赤霉素、生长素逐渐减 少 脱落酸下降，赤霉素、生长素逐渐增 加 2.种子成熟和萌发时细胞呼吸的变化 (1)种子成熟时呼吸速率的变化： 有机物积累迅速时，呼吸速率加快，但当种子接近成熟时，呼吸速率逐渐减慢。 (2)种子萌发时细胞呼吸方式的变化： 在胚根长出前，种子呼吸产生的 CO2 大大超过 O2 的消耗，而当胚根长出后，O2 的消耗速 率就高于 CO2 的释放速率，这说明种子萌发的初期主要是无氧呼吸，而随后是有氧呼吸。 [会迁移—题组练通] 题组一 种子成熟和萌发时的物质变化 1．(2014·广东高考)油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如下图所示。将不同成熟 阶段的种子匀浆后检测，结果正确的是( ) 选项 取样时间 检测试剂 检测结果 A 第 10 d 斐林试剂 不显色 B 第 20 d 双缩脲试剂 不显色 C 第 30 d 苏丹Ⅲ染液 橘黄色 D 第 40 d 碘液 蓝色 解析：选 C 第 10 d 有可溶性糖，不排除有还原糖的可能，故加入斐林试剂，水浴加 热后可能出现砖红色沉淀；种子中一定有蛋白质，加入双缩脲试剂后会出现紫色反应；第 30 d 种子中有脂肪，与苏丹Ⅲ染液发生反应，呈现橘黄色；第 40 d 种子中无淀粉，加入碘 液后不会呈现蓝色。 2．下列甲、乙两图分别表示某植物种子在吸水萌发过程中重量(干重与鲜重)、O2 和 CO2 的变化示意图。据图回答下列问题： (1)图甲表示萌发种子干重变化的曲线是________(填①或②)。 (2)图乙中，表示 O2 吸收量变化的曲线是________(填序号)，另一条曲线纵坐标表示 ________________。 (3)图甲中曲线 A→C 变化涉及的主要生理过程是________；曲线 C→D 变化的主要原因 是种子萌发成幼苗，光合作用________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用。 (4) 图 乙 中 e 点 以 前 ， 曲 线 ④ 低 于 ③ 的 原 因 是 ____________________________________________________，e 点以后两曲线重合，表明此 时种子呼吸作用的方式是________________。(底物只考虑葡萄糖) 解析：(1)种子萌发过程中吸水，鲜重增大，鲜重大于干重，分析题图甲可知，曲线① 表示种子萌发过程中鲜重的变化，曲线②表示干重的变化。(2)种子萌发过程中有氧呼吸的 产物是 CO2 和水，无氧呼吸的产物是酒精和 CO2，图乙中③、④表示种子萌发过程中 O2 和 CO2 的变化，其中③刚开始高于④，后来与④重合，因此③是 CO2 的释放量，④是 O2 的吸收量。 (3)图甲中 A→C 段，由于种子呼吸消耗有机物，使干重减少；C→D 段，种子萌发形成幼苗 后，幼苗进行光合作用，光合作用合成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，干重增加。(4) 图乙 e 点以前，CO2 的释放量多于 O2 的吸收量，底物只考虑葡萄糖，此时细胞既进行有氧呼 吸，也进行无氧呼吸，无氧呼吸不吸收 O2，但释放 CO2；e 点之后 CO2 的释放量与 O2 的吸收量 相等，表明此时细胞只进行有氧呼吸。 答案：(1)② (2)④ CO2 释放量 (3)细胞呼吸 大于 (4)种子进行了无氧呼吸，无氧呼吸不吸收 O2，但释放 CO2 有氧呼吸 题组二 种子萌发与细胞呼吸 3．(2014·海南卷改编)某豆科植物种子萌发过程中 CO2 释放和 O2 吸收速率的变化趋势 如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是( ) A．在 12～24 h 期间，呼吸作用的主要场所是线粒体 B．胚根长出后，萌发种子的干物质总量会增加 C．胚根长出后，萌发种子的有氧呼吸速率明显升高 D．由图可确定种子萌发时呼吸作用消耗的有机物是葡萄糖 解析：选 C 胚根长出前，种子主要进行无氧呼吸，而胚根长出后，种皮破裂，随 O2 进入，种子以有氧呼吸为主，48 h 后，O2 吸收速率大于 CO2，说明呼吸底物不只有葡萄糖。 4．(2012·全国卷改编)将玉米种子置于 25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天 定时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平 均干重，结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，据图判断，下列有 关叙述不．正确的是( ) A．胚乳提供的营养物质用于细胞呼吸和转化为幼苗组成物质 B．在 72～96 小时之间种子的呼吸速率最大 C．在 96～120 小时，胚乳中的营养物质转化为幼苗组成物质的速率相对最大 D．在保持实验条件下，120 小时后萌发种子的干重将增加 解析：选 D 呼吸速率越大，单位时间内种子干重减少越多，从图可知，72～96 小时之 间种子的呼吸速率最大。胚乳干重减少量与萌发种子干重减少量差值最大时，胚乳中的营养 物质转化为幼苗组成物质的速率最大，符合该特点的时间段为 96～120 小时。由于黑暗环境 中萌发的种子只能进行呼吸作用消耗有机物，不能进行光合作用合成有机物，故种子干重仍 呈下降的趋势。 一、练全国卷高考真题——知考查重点 1．(2015·全国卷Ⅰ)下列叙述错误的是( ) A．DNA 与 ATP 中所含元素的种类相同 B．一个 tRNA 分子中只有一个反密码子 C．T2 噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成 D．控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的 DNA 上 解析：选 D ATP 脱去两个磷酸基团后是构成 RNA 的基本单位之一，而 RNA 与 DNA 的组 成元素相同，因此 ATP 与 DNA 的组成元素相同。tRNA 是由一条 RNA 链经自身折叠形成的三 叶草状结构，其下端有能与 mRNA 上的密码子进行碱基配对的三个连续碱基，这三个连续碱 基构成了反密码子。T2 噬菌体的遗传物质是 DNA，组成 DNA 的基本单位是四种脱氧核糖核苷 酸。细菌是原核生物，其细胞内只有核糖体一种细胞器。 2．(2014·全国卷Ⅱ)关于核酸的叙述，错误的是( ) A．细胞核中发生的转录过程有 RNA 聚合酶的参与 B．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生 DNA 的复制 C．双链 DNA 分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的 D．用甲基绿和吡罗红染色可观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布 解析：选 C 细胞核中发生的转录过程是以 DNA 的一条链为模板合成 RNA 的过程，需要 RNA 聚合酶的参与。植物细胞中 DNA 复制的场所有细胞核(主要)、线粒体和叶绿体。DNA 中 含有的五碳糖是脱氧核糖，且双链 DNA 分子中一条链上的磷酸和脱氧核糖之间是通过碳原子 上的羟基与磷酸基团之间形成的共价键连接的。甲基绿和吡罗红两种染色剂对 DNA 和 RNA 的亲和力不同，甲基绿使 DNA 呈现绿色，吡罗红使 RNA 呈现红色，利用甲基绿、吡罗红混合 染色剂对细胞进行染色，可以观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布。 3．(2013·全国卷Ⅰ)某油料植物的种子中脂肪含量为种子干重的 70%。为探究该植物 种子萌发过程中干重及脂肪含量的变化，某研究小组将种子置于温度、水分(蒸馏水)、通气 等条件适宜的黑暗环境中培养，定期检测萌发种子(含幼苗)的脂肪含量和干重。结果表明： 脂肪含量逐渐减少，到第 11 d 时减少了 90%，干重变化如下图所示。 回答下列问题： (1)为了观察胚乳中的脂肪，常用________染液对种子胚乳切片染色，然后在显微镜下 观察，可见________色的脂肪颗粒。 (2)实验过程中，导致萌发种子干重增加的主要元素是______________(填“C ”“N” 或“O”)。 (3)实验第 11 d 后，如果要使萌发种子(含幼苗)的干重增加，必须提供的条件是________ 和________________________________________________________________________。 解析：(1)脂肪可被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色，或被苏丹Ⅳ染液染成红色。(2)该油料植物 种子萌发过程中脂肪会转变为糖类，与糖类相比，脂肪中氧含量较低，故导致萌发种子干重 增加的元素主要是 O。(3)由题中信息可知，到第 11 d 时，脂肪的含量减少了 90%，种子干 重继续下降，说明种子贮存的营养物质已经基本消耗殆尽，若要使其干重增加，必须为其提 供光合作用所需要的理想条件。由于研究小组将种子置于温度、水分(蒸馏水)、通气等条件 适宜的黑暗环境中培养，故要使萌发的种子(含幼苗)干重增加，必须提供的条件是光照和矿 质元素离子。 答案：(1)苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ) 橘黄(或红) (2)O (3)光照 所需的矿质元素离子 二、练各地市调研试题——知命题热点 1．海藻糖是由两个吡喃环葡萄糖分子脱水缩合而成的非还原性二糖。《自然》杂志曾指 出“对许多生命体而言，海藻糖的有与无，意味着生命或者死亡”。下列说法正确的是( ) A．海藻糖与斐林试剂在水浴加热条件下反应可产生砖红色沉淀 B．动物细胞中常见的二糖有蔗糖、麦芽糖和乳糖 C．脱水缩合反应还可发生在氨基酸形成蛋白质的过程中 D．组成海藻糖的化学元素与组成脂肪的化学元素不同 解析：选 C 由题意可知，海藻糖是非还原性二糖，非还原性糖不能与斐林试剂在水浴 加热条件下反应产生砖红色沉淀；植物细胞中常见的二糖是蔗糖和麦芽糖，而动物细胞中常 见的二糖是乳糖；脱水缩合反应还可发生在氨基酸形成蛋白质的过程中；海藻糖属于糖类， 其组成元素是 C、H、O，脂肪的组成元素也是 C、H、O。 2．Cd2＋对植物有毒害作用，如能诱发根尖细胞老化，并破坏核仁，导致 DNA 损伤等， 而 Ca2＋则有缓解 Cd2＋毒害的作用。具体机理可能为：①Ca2＋竞争细胞膜上 Cd2＋的吸收位点； ②Ca2＋通过稳定膜结构维持细胞内外离子平衡；③Ca2＋作为胞内的第二信使，启动一系列生 理生化过程，激活植物体内多种抗性机制。研究表明，Ca2＋通过 Ca 结合蛋白可调节靶细胞 的活动来影响 DNA 合成、修复及转录等过程。下列说法错误的是( ) A．Ca 结合蛋白可通过核孔进入细胞核中发挥作用 B．Ca2＋和 Cd2＋不可能通过细胞膜上同一通道进入细胞中 C．无机盐离子对维持生物体的生命活动具有重要作用 D．Cd2＋进入植物根尖细胞后可能影响其核糖体的形成 解析：选 B 由题意可知，Ca2＋通过 Ca 结合蛋白可调节靶细胞的活动来影响 DNA 合成、 修复及转录等，说明 Ca 结合蛋白可通过核孔进入细胞核中发挥作用；Ca2＋可能竞争细胞膜 上 Cd2＋的吸收位点，抑制 Cd2＋的吸收，因此 Ca2＋和 Cd2＋可能通过细胞膜上同一通道进入细胞 中；由 Ca2＋的作用可以推测，无机盐离子对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用； 核仁与核糖体的形成有关，Cd2＋破坏核仁，因此 Cd2＋进入植物根尖细胞后可能影响核糖体的 形成。 3．发绿色荧光的海蜇体内能合成绿色荧光蛋白，该蛋白由含有 5 170 个碱基对的绿色 荧光蛋白基因指导合成，下列有关说法错误的是( ) A．绿色荧光蛋白基因中碱基对的排列方式可能有 45 170 种 B．该实例可作为证明“基因是具有遗传效应的 DNA 片段”的证据 C．将该基因导入小白鼠体内并成功表达后，小白鼠也可能发出绿色荧光 D．将绿色荧光蛋白基因彻底水解后能得到 6 种小分子化合物 解析：选 A 绿色荧光蛋白基因中碱基对的排列顺序是特定的，碱基排列顺序改变后就 不是该基因了。绿色荧光蛋白基因能控制绿色荧光蛋白的合成，可作为证明“基因是具有遗 传效应的 DNA 片段”的证据。将该基因导入小白鼠体内并成功表达后，小白鼠也可能发出绿 色荧光。基因是具有遗传效应的 DNA 片段，初步水解得到 4 种脱氧核苷酸，彻底水解可以得 到 A、T、C、G 4 种碱基以及磷酸、脱氧核糖，共 6 种小分子化合物。 4．采摘后的香蕉果实在自然成熟过程中，淀粉、葡萄糖的含量变化如图所示，据此回 答以下问题： (1)简便区分淀粉溶液和葡萄糖溶液，选用的化学试剂是____________。香蕉细胞内的 葡 萄 糖 彻 底 氧 化 分 解 的 三 个 阶 段 依 次 发 生 在 ______________ 、 ________________ 、 ________________。 (2) 由 图 分 析 ， 香 蕉 果 实 采 摘 后 10 ～ 15 天 葡 萄 糖 含 量 增 加 的 原 因 是 ________________________________________________________________________。 通过添加乙烯利可加速香蕉果实____________。 (3)香蕉细胞中的 C 元素主要来源于外界的__________，该化合物参与光合作用的 ____________过程，该过程在夜间无法进行的原因是叶绿体中无法合成__________。 解析：(1)淀粉遇碘变蓝，可用碘液来区分淀粉溶液和葡萄糖溶液。葡萄糖通过有氧呼 吸彻底氧化分解，有氧呼吸的三个阶段依次发生在细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜。 (2)香蕉果实采摘后 10～15 天葡萄糖含量增加的原因是淀粉水解产生的葡萄糖的量多于葡 萄糖消耗的量，乙烯利分解释放出乙烯，乙烯可促进果实成熟。(3)香蕉细胞中的 C 元素主 要来源于光合作用中的 CO2，CO2 参与光合作用的暗反应过程。夜间无法进行暗反应的原因是 无光叶绿体中无法合成[H]和 ATP。 答案：(1)碘液 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 (2)淀粉水解产生的葡萄糖的量多于葡萄糖消耗的量 成熟 (3)CO2 暗反应 [H]和 ATP 第 2 讲 细胞系统的结构——细胞的亚显微结构 考点一 细胞的亚显微结构和功能 1.山羊支原体是一种原核生物。下列有关山羊支原体的叙述，正确的是( ) A．其细胞通过有丝分裂增殖 B．其生物膜系统由细胞膜与核糖体等共同构成 C．其遗传物质的单位种类只有 4 种 D．其与蓝藻的主要区别是有无成形的细胞核 解析：选 C 山羊支原体是原核生物，不能通过有丝分裂进行增殖。核糖体无膜结构。 原核细胞的遗传物质是 DNA，其单体为 4 种脱氧核苷酸。山羊支原体与蓝藻均为原核生物， 它们都无成形的细胞核。 2．下列有关真核细胞细胞核的说法，错误的是( ) A．蛋白质、DNA、磷脂等都是组成细胞核的成分 B．并不是所有物质都可以通过核孔进入细胞核 C．核仁与核糖体的形成无关 D．有的真核细胞内不含细胞核 解析：选 C 细胞核有核膜，核膜的主要成分是蛋白质和磷脂，细胞核内有染色质，染 色质的主要成分是蛋白质和 DNA。核孔具有选择透过性，并不是所有物质都可通过核孔进入 细胞核。核仁与某种 RNA 的合成以及核糖体的形成有关。有的真核细胞内不含细胞核，如哺 乳动物的成熟红细胞。 3．下列有关细胞中“一定”的说法正确的是( ) ①光合作用一定在叶绿体中进行 ②有氧呼吸一定在线粒体中进行，有 H2O 生成一定不 是无氧呼吸，产生 CO2 一定不是无氧呼吸产生乳酸的过程 ③没有细胞结构的生物一定是原 核生物 ④以 RNA 为遗传物质的生物一定是原核生物 ⑤所有生物的蛋白质一定是在核糖 体上合成的 ⑥有中心体的生物一定不是高等植物 A．①③⑤⑥ B．②④⑥ C．④⑤ D．⑤⑥ 解析：选 D 原核生物没有叶绿体，也能进行光合作用；原核生物没有线粒体，也能进 行有氧呼吸，无氧呼吸不产生 H2O，产生乳酸的无氧呼吸不产生 CO2；病毒没有细胞结构，但 不是原核生物；原核生物的遗传物质是 DNA；所有生物的蛋白质一定是在核糖体上合成的(病 毒的蛋白质在宿主细胞的核糖体上合成)；动物和低等植物细胞中有中心体，高等植物细胞 中没有中心体。 4．下列所述生理现象不应发生在生物膜上的是( ) A．神经递质与特异性受体结合并传递信息 B．叶肉细胞内水被光解成氧气和[H] C．大肠杆菌细胞内氨基酸脱水缩合形成多肽 D．酵母菌细胞内[H]与氧气结合生成水 解析：选 C 神经递质的特异性受体位于突触后膜上，可见神经递质与特异性受体结合 应发生在生物膜上。叶肉细胞内水被光解发生在叶绿体的类囊体薄膜上。氨基酸脱水缩合形 成多肽的场所是核糖体，而核糖体是一种没有膜结构的细胞器。酵母菌为真核细胞，[H]与 氧气结合生成水属于有氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜上进行。 5．结构与功能相统一是生物学的基本观点之一。下列叙述不能说明这一观点的是( ) A．叶绿体内类囊体膜堆叠使膜面积增大，利于光能充分利用 B．神经细胞轴突末梢有大量突起，有利于附着更多的神经递质受体蛋白 C．低等植物细胞中心体的存在，利于其有丝分裂的正常进行 D．线粒体内膜向内突起形成嵴，有利于附着更多的有氧呼吸酶 解析：选 B 叶绿体内类囊体膜堆叠使膜面积增大，利于光能充分利用；神经细胞轴突 为突触前膜，突触前膜释放神经递质，而没有神经递质受体蛋白，神经细胞树突或胞体有受 体蛋白；中心体在有丝分裂中形成纺锤体，故低等植物细胞中心体的存在，利于其有丝分裂 的正常进行；线粒体内膜向内突起形成嵴，增加膜面积，有利于附着更多的有氧呼吸酶。 6．下表中人体细胞与其内进行的生命活动对应一致的是( ) 选项 细胞名称 生理活动 A 浆细胞 合成抗体、核 DNA 进行复制 B 成熟红细胞 合成血红蛋白、进行物质运输 C 甲状腺细胞 合成甲状腺激素、进行有氧呼吸 D 骨骼肌细胞 合成 RNA 聚合酶，对传入信息进行 分析和综合 解析：选 C 浆细胞能合成抗体，但是浆细胞没有分裂能力，因此核 DNA 不能进行复制。 人体成熟的红细胞无细胞核与核糖体，因此不能合成蛋白质。甲状腺细胞既能合成甲状腺激 素，又能进行有氧呼吸。骨骼肌细胞能进行基因表达，因此能合成转录所需的 RNA 聚合酶， 但对传入信息的分析和综合是神经中枢完成的。 考点二 细胞膜的功能与物质出入细胞的方式 7.下列有关细胞膜的结构和功能的叙述，正确的是( ) A．兴奋在神经纤维上的传导过程不能体现细胞膜的选择透过性 B．精子与卵细胞之间的识别和结合过程体现了细胞膜具有信息交流的功能 C．甘油分子进入小肠上皮细胞与细胞膜上的载体蛋白有关 D．肝细胞表面有识别胰岛素的受体，但没有识别胰高血糖素的受体 解析：选 B 兴奋在神经纤维上的传导过程中存在离子通过细胞膜的现象，体现了细胞 膜的选择透过性。精子与卵细胞之间的识别和结合过程体现了细胞膜具有信息交流的功能。 甘油分子通过自由扩散的方式进入小肠上皮细胞，与载体蛋白无关。胰岛素和胰高血糖素都 能被肝细胞识别，即肝细胞表面既有识别胰岛素的受体，也有识别胰高血糖素的受体。 8．科学家对哺乳动物红细胞膜上不同种类的磷脂(SM、PC、PS、PE、PI、CI)进行了研 究，分析结果如图所示。下列相关叙述错误的是( ) A．组成细胞膜的磷脂分子在磷脂双分子层中是不对称分布的 B．糖被只分布于细胞膜的 A 侧，B 侧没有 C．水分子的跨膜运输与磷脂双分子层相关，也与某些蛋白质相关 D．O2、CO2、甘油和葡萄糖可以自由通过多种磷脂组成的膜结构 解析：选 D 题图显示，各种磷脂分子在细胞膜两侧的含量不同，说明组成细胞膜的磷 脂分子在磷脂双分子层中是不对称分布的；A 侧是血浆，即红细胞膜的外侧，糖被只分布于 细胞膜的外侧；水分子的跨膜运输方式是自由扩散时，与磷脂双分子层有关，非自由扩散时， 还与某些水通道蛋白有关；O2、CO2、甘油是通过自由扩散方式运输的，它们都能自由通过由 多种磷脂组成的膜结构，葡萄糖分子通过细胞膜的方式为协助扩散或主动运输，需要载体蛋 白的协助。 9.右图是小肠上皮细胞吸收葡萄糖、钠离子的过程和将葡萄糖运出 细胞的过程示意图，其中“●、▲”的个数代表分子(或离子)的浓度。 下列相关叙述正确的是( ) A．Na＋通过主动运输的方式进入该细胞，需要消耗 ATP B．葡萄糖与有关载体结合后被运出该细胞，需要消耗 ATP C．小肠上皮细胞吸收肠腔中的葡萄糖和 Na＋时使用的载体一定不同 D．葡萄糖被运进该细胞的速率受氧气浓度的影响 解析：选 D 由图可知，Na＋进入细胞是协助扩散；葡萄糖以主动运输方式进入细胞， 而以协助扩散方式运出细胞；细胞从小肠中吸收 Na＋和葡萄糖的载体相同。 10．洋葱根尖细胞在不同条件下对 Cl－的吸收速率不同，如图所示。下列相关叙述错误 的是( ) A．由图 1 可知，氧浓度为零时洋葱根尖细胞不可以吸收 Cl－ B．由图 2 可知，温度可影响洋葱根尖细胞对 Cl－的吸收速率 C．由图 3 可知，光照强度对洋葱根尖细胞吸收 Cl－无影响 D．由图 4 可知，载体数量可以是限制洋葱根尖细胞吸收 Cl－的因素 解析：选 A 由图 1 可知，氧浓度为零时洋葱根尖细胞对 Cl－的吸收速率不为零。由图 2 的曲线变化情况可知，温度可影响洋葱根尖细胞对 Cl－的吸收速率。由图 3 可知，光照强 度对洋葱根尖细胞吸收 Cl－无影响。由图 4 可知，当载体数量较少时，载体数量是洋葱根尖 细胞吸收 Cl－的限制因素。 11．将人的红细胞移入低渗溶液后，其很快吸水膨胀，而水生动物非洲爪蟾的卵母细胞 在低渗溶液中不膨胀。将控制人的红细胞膜上 CHIP28 蛋白(一种水通道蛋白)合成的 mRNA 注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，非洲爪蟾的卵母细胞迅速膨胀，并于 5 min 内破裂。下列说法错误的是( ) A．CHIP28 蛋白的加工、运输需要内质网和高尔基体的参与 B．非洲爪蟾的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因是细胞膜上无类似于 CHIP28 蛋白的 蛋白质 C．人的红细胞在低渗溶液中涨破的原因是过多的水通过自由扩散进入细胞 D．肾小管和集合管在抗利尿激素作用下重吸收水可能与 CHIP28 蛋白有关 解析：选 C CHIP28 蛋白是一种通道蛋白(膜蛋白)，其加工和运输需要内质网、高尔基 体的参与；由题意可知，非洲爪蟾的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀的原因是细胞膜上无类似 于 CHIP28 蛋白的蛋白质；人的红细胞在低渗溶液中膨胀的原因是 CHIP28 蛋白的作用；肾小 管和集合管大量重吸收水可能与 GHIP28 蛋白有关。 考点三 分泌蛋白与囊泡运输 12.细胞的各种膜结构间相互联系和转移的现象称为膜流。下列关于“膜流”的叙述正 确的是( ) A．神经递质的释放、植物细胞质壁分离和吞噬细胞摄取抗原都体现了膜流 B．大肠杆菌和酵母菌均能发生膜流现象 C．膜流的方向只能是内质网→高尔基体→细胞膜 D．膜流可参与细胞不同结构间或细胞内外的物质转运 解析：选 D 神经细胞以胞吐的方式释放神经递质、吞噬细胞以胞吞的形式摄取抗原的 过程都有细胞的膜结构间相互联系和转移现象，能体现膜流；植物细胞发生质壁分离时原生 质体与细胞壁分离，不能体现膜流。大肠杆菌不能发生膜流现象，因为大肠杆菌除细胞膜之 外无其他膜结构。膜流的方向有多种，如突触小体膜→细胞膜等。 13．下图表示信号肽在分泌蛋白的合成与分泌过程中所起的作用，据图分析，下列有关 说法错误的是( ) A．信号肽可以引导新合成的多肽链穿过内质网膜进入腔内 B．切下信号肽的酶不会破坏新合成的蛋白质分子，体现了酶的专一性 C．进入到内质网腔内的蛋白质会形成一定的空间结构 D．内质网以“出芽”的方式形成包裹着新合成的蛋白质分子的囊泡，然后将其直接运 输到细胞膜 解析：选 D 由图可知，信号肽可以引导新合成的多肽链穿过内质网膜进入腔内。切下 信号肽的酶不会破坏新合成的蛋白质分子，这体现了酶的专一性。合成的肽链进入内质网进 行加工，形成具有一定空间结构的蛋白质。内质网形成包裹着蛋白质的囊泡，并将该蛋白质 运输到高尔基体，高尔基体对蛋白质做进一步的加工修饰，然后形成包裹着蛋白质的囊泡， 囊泡移动到细胞膜，与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外，故内质网形成的囊泡不能直接 将蛋白质运输到细胞膜。 14．科学研究表明，囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，主要司职细胞内不同膜性细胞 器之间的物质运输，称之为囊泡运输，一般包括出芽、锚定和融合等过程(如图所示)。下列 有关说法正确的是( ) A．囊泡运输需要载体蛋白和 ATP B．囊泡中物质运输需要跨过多层生物膜，才能“锚定” C．囊泡运输会导致某些生物膜成分更新 D．“出芽”和“融合”体现了细胞膜具有的功能特性流动性 解析：选 C 囊泡运输消耗 ATP，但不需要载体蛋白；“出芽”、“融合”过程体现了 细胞膜具有流动性的结构特点。 15．核基因编码的蛋白质在细胞内的运输取决于自身的氨基酸序列中是否包含了信号序 列以及信号序列的差异，如下图所示。 (1)研究发现，经②过程进入内质网的多肽，在内质网中折叠成为具有一定____________ 的 蛋 白 质 ， ③ 过 程 输 出 的 蛋 白 质 并 不 包 含 信 号 序 列 ， 推 测 其 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________。经②③过程形成的蛋白质经过④途径送往溶酶体、成为膜蛋白或 ____________。 (2)在内质网中未折叠或错误折叠的蛋白质，会在内质网中大量堆积，此时细胞通过改 变基因表达减少新蛋白质的合成，或增加识别并降解错误折叠蛋白质的相关分子，进行细胞 水平的________调节。 (3)某些蛋白质经⑥、⑦过程进入线粒体、叶绿体时，需要膜上________的协助。线粒 体 和 叶 绿 体 所 需 的 蛋 白 质 部 分 来 自 ⑥ 、 ⑦ 过 程 ， 部 分 在 ________________________________________________________________________ 的指导下合成。 (4)某些蛋白质经⑧过程进入细胞核需要通过________(结构)，这一过程具有________ 性。 (5)除了图中⑤以外，送往不同细胞结构的蛋白质具有__________________________， 这是细胞内蛋白质定向运输所必需的。 解析：(1)研究发现，经②过程进入内质网的多肽，在内质网中折叠成为具有一定空间 结构的蛋白质；③过程输出的蛋白质并不包含信号序列，其原因可能是信号序列在内质网中 被(酶)切除(水解)。由图可知，经②③过程形成的蛋白质经过④途径送往溶酶体、成为膜蛋 白或分泌蛋白。(2)在内质网中未折叠或错误折叠的蛋白质，会在内质网中大量堆积，此时 细胞通过改变基因表达减少新蛋白质的合成，或增加识别并降解错误折叠蛋白质的相关分 子，进行细胞水平的反馈调节。(3)某些蛋白质经⑥、⑦过程进入线粒体、叶绿体时，需要 膜上蛋白质的协助。线粒体和叶绿体也含有少量的 DNA 分子，因此线粒体和叶绿体所需的蛋 白质部分来自⑥、⑦过程，还有部分在线粒体或叶绿体基因(DNA)的指导下合成。(4)核孔是 生物大分子进出细胞核的通道，对进出细胞核的物质具有选择性。(5)由图可知，图中除了 ⑤以外，送往不同细胞结构的蛋白质具有不同的信号序列，这是细胞内蛋白质定向运输所必 需的。 答案：(1)空间结构 信号序列在内质网中被(酶)切除(水解) 分泌蛋白(或“分泌至细 胞外”) (2)反馈 (3)蛋白质(或“膜蛋白”) 线粒体或叶绿体基因(DNA) (4)核孔 选择 (5)不同的 信号序列 16．下图甲为某细胞部分结构示意图，图乙表示细胞核中某部分结构及其成分。据图回 答问题： (1)从图甲中可看出，能够通过囊泡形式进行转化的生物膜有____________________。 若将图甲所示活细胞放在含 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的细胞培养液中培养，则 ________(填“能”或“不能”)在细胞核中检测到具有放射性的 DNA。 (2)若图甲表示人的胰腺腺泡细胞，④所代表的物质可能是________________，该物质 分泌到细胞外的方式是 ____________。 (3)图甲所示的结构应使用____________才能观察到。鉴定图乙中成分⑤的试剂为 ____________，图乙中基因 1 和基因 2 差异的实质是__________________________与 ________________________。 (4)核孔是细胞核与细胞质进行物质交换的通道。下列物质经核孔向细胞核方向运输的 有________(多选)。 A．tRNA B．RNA 聚合酶 C．DNA 聚合酶 D．mRNA 解析：(1)甲图中①是内质网、②是高尔基体、③是囊泡、④是分泌物，内质网膜、高 尔基体膜和细胞膜间可通过囊泡转化。只有分裂的细胞才能进行 DNA 复制，才需要胸腺嘧啶 脱氧核苷酸。(2)胰腺的腺泡细胞分泌消化酶，属于分泌蛋白，分泌蛋白以胞吐形式排出细 胞。(3)图乙中⑤是蛋白质，⑥是 DNA。(4)tRNA、mRNA 在细胞核内合成，运往细胞质发挥作 用。 答案：(1)内质网膜、高尔基体膜和细胞膜 不能 (2)分泌蛋白(或胰淀粉酶、胰脂肪酶、胰蛋白酶原等) 胞吐 (3)电子显微镜 双缩脲 试剂 脱氧核糖核苷酸的排列顺序 脱氧核糖核苷酸的数目 (4)BC 本讲在高考中主要考查细胞器的种类和功能、细胞的生物膜系统及物质出入细胞的方式等内 容，复习时要注意以下几点： (1)依据结构与功能相适应的观点，从结构、功能、成分等角度归纳识记主要细胞器的结构与 功能。 (2)通过模式图、过程示意图等，理解分泌蛋白的合成、加工、运输过程。 (3)归纳总结各种物质跨膜运输方式的特点、判断方法及其在曲线图、模式图的应用。 考点一|细胞的亚显微结构和功能 [明考向—不走弯路] 对本部分内容，高考主要以选择题形式考查细胞膜、细胞核和主要细胞器的结构和功能， 以及原核细胞与真核细胞结构的异同。考生常因不能准确识记细胞结构的普遍性和特殊性而 失分，如课前诊断卷 T3、T6。 [联知识—简洁串记] 1．归类识记八种细胞器的结构和功能(填图) 2.归纳识记五类物质的合成场所(填图) 3．“六例”感悟生物膜组成、结构与功能的统一性(填图) (4)核膜上的核孔数目多→RNA、蛋白质等物质运输快→蛋白质合成旺盛→细胞代谢快。 (5)癌细胞膜上糖蛋白减少→细胞间黏着性下降，易于扩散和转移。 (6)衰老细胞膜的通透性改变，物质运输功能降低。 [防易错—无障通关] 1．判断下列有关“一定”叙述的正误 (1)有细胞壁的细胞一定是植物细胞(×) (2)植物细胞一定含有叶绿体和大液泡(×) (3)有中心体的细胞一定是动物细胞(×) (4)能进行光合作用的细胞一定有叶绿体(×) 2．判断下列有关细胞结构与功能叙述的正误 (1)线粒体是蓝藻进行有氧呼吸的主要场所(×) (2)细胞骨架的成分是蛋白质(√) (3)各种细胞器中都含有磷脂和蛋白质(×) (4)线粒体内膜中蛋白质种类和数量比外膜多(√) (5)细胞壁是植物细胞的边界(×) (6)细胞间的信息交流均依赖于细胞膜上的受体(×) (7)核仁是细胞代谢和遗传的控制中心(×) (8)浆细胞中核糖体、内质网的数量较汗腺细胞多(√) (9)胰岛细胞中核孔的数量多于口腔上皮细胞(√) 考点二|细胞膜的功能与物质出入细胞的方式 [明考向—不走弯路] 物质出入细胞体现了细胞膜控制物质进出的功能，物质运输方式的判断和影响物质运输 的因素是高考命题的主要采分点，除此之外，高考还会以实验分析题形式考查物质跨膜运输 的特点和条件。不能结合模式图判断物质运输方式及不能分析相关实验是考生最易出错的地 方，如课前诊断卷 T9、T11。 [联知识—简洁串记] 1．判断五类模型图中物质运输的方式(填空) 2．判断曲线图中三种物质跨膜运输的方式(填空) (1)物质浓度(在一定浓度范围内)： (2)O2 浓度及温度： 3．设计实验探究物质运输的方式(填空) (1)探究是主动运输还是被动运输： (2)探究是自由扩散还是协助扩散： [析考法—命题扫描] 借助模式图，考查物质的运输方式 [典例 1] 课前诊断卷第 9 题 右图是小肠上皮细胞吸收葡萄 糖、钠离子的过程和将葡萄糖运出细胞的过程示意图，其中“●、▲” 的个数代表分子(或离子)的浓度。下列相关叙述正确的是( ) A．Na＋通过主动运输的方式进入该细胞，需要消耗 ATP B．葡萄糖与有关载体结合后被运出该细胞，需要消耗 ATP C．小肠上皮细胞吸收肠腔中的葡萄糖和 Na＋时使用的载体一定不同 D．葡萄糖被运进该细胞的速率受氧气浓度的影响 [思路点拨] 本题属于图表分析类选择题，解答此类问题应用信息转化法，即将图表信 息转化为文字信息： [答案] D 备考锦囊 巧用“四看法”判断物质出入细胞的方式 以曲线图为载体，考查影响物质跨膜运输的因素 [典例 2] 一种哺乳动物的细胞，其细胞内不含有细胞核和各种细胞器，下列各图能正 确表示在一定 O2 浓度范围内，Fe2＋进入该细胞的速率与 O2 浓度关系的是( ) [思路点拨] [答案] A [即时练—举一反三] 1.将洋葱表皮细胞放置在一定浓度的 KNO3 溶液中，隔一定时间 观察一次，发现洋葱表皮细胞先发生质壁分离，后又出现质壁分离 自动复原现象。如图所示为这一过程中某物质出入细胞的方式，下 列相关叙述正确的是( ) A．上述“自动复原现象”的出现是由图中甲进入细胞所致的 B．图中的糖蛋白能协助物质甲进入细胞 C．图中甲可表示 H2O、K＋、NO－ 3 ，它们通过主动运输进入细胞 D．去除细胞膜中的蛋白质，会阻碍质壁分离和复原现象的发生 解析：选 A 由题干信息可知，洋葱表皮细胞发生了质壁分离后，又自动复原，说明溶 质(如 K＋、NO－ 3 )进入细胞液导致其浓度增大，从而引起自动复原；糖蛋白与细胞间的信息交 流、识别有关，它不是载体蛋白，不能协助物质甲进入细胞；H2O 进出细胞的方式为自由扩 散，而图中物质甲的运输需要载体蛋白和能量，属于主动运输；去除细胞膜上的蛋白质不会 影响水分子进出细胞，但会影响 K＋、NO － 3 进入细胞液，从而影响质壁分离复原。 2．(2016·辽宁六校联考)甲、乙分别为物质进出细胞的坐标图和模式图，下列相关说 法正确的是( ) A．甲、乙所代表的物质运输方式没有共同点 B．甲、乙代表的物质运输方式体现了细胞膜的结构特点 C．图乙中运输的物质可能是葡萄糖 D．婴幼儿肠道吸收乳汁中抗体的过程可用图乙中的跨膜运输方式表示 解析：选 C 据图分析，甲所代表的物质跨膜运输方式与 O2 浓度有关，即需要消耗能量， 为主动运输；乙所代表的运输方式是从高浓度到低浓度，且需要载体协助，为协助扩散。主 动运输和协助扩散都需要载体；甲、乙所代表的物质运输方式体现了细胞膜的功能特点—— 选择透过性；红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散；婴幼儿肠道吸收乳汁中抗体的过程为胞 吞，是大分子物质进入细胞的方式，不需要跨膜。 考点三|分泌蛋白与囊泡运输 [明考向—不走弯路] 分泌蛋白的运输是囊泡运输，该过程与生物膜系统的结构和功能密切相关。以此为素材， 考查蛋白质的合成、加工、运输以及囊泡运输的类型和过程是高考命题的热点。考生常因不 能动态的观点掌握该部分知识而失分，如课前诊断卷 T13、T15。 [深思维—纵引横连] 1．“四幅图”全解分泌蛋白合成、加工、运输过程 (1)过程示意图： 图 1 (2)膜面积变化模型图： 2．“三个角度”透析囊泡类问题 [会迁移—题组练通] 题组一 分泌蛋白的合成、加工与运输过程 1．图中 a、b、c、d 为细胞器，3H亮氨酸参与图示过程合成 3HX。据图分析，下列叙 述正确的是( ) A．3HX 可能为小分子神经递质、淋巴因子，图中 a、b、d 的膜面积会产生变化 B．图中缺少 ATP 由 c 到细胞膜的箭头，DNA 聚合酶可从 d 运输至细胞膜 C．3HX 分泌到细胞外与膜的流动性有关 D．c 中有多种酶，它们分子结构不同的根本原因是指导酶合成的 mRNA 模板不同 解析：选 C 图示过程为 3H 亮氨酸参与合成 3HX 蛋白质并将其分泌到细胞外的过程，图 中 a 是核糖体，b 是内质网，c 是线粒体，d 是高尔基体。由图示信息可知，3HX 为蛋白质， 而小分子神经递质一般为单胺类或乙酰胆碱类物质，其本质不是蛋白质，且图中 a(核糖体) 没有膜。图中缺少 3HX 分泌到细胞外由线粒体 c 供能的箭头，DNA 聚合酶不是分泌蛋白，不 能分泌到细胞外。3HX 以胞吐的方式分泌到细胞外，该过程与膜的流动性有关。c 是线粒体， 其中的多种酶分子结构不同的根本原因是指导酶合成的基因不同。 2.如图表示细胞通过“自噬作用”及时清除受损线粒体的过程，下列 相关叙述错误的是( ) A．图中②所含水解酶的合成需经过④→③→⑤ B．图中②与⑥相互融合说明生物膜具有一定的流动性 C．图示过程体现了生物膜之间既有分工，又有密切的联系 D．线粒体均遭“损伤”的细胞不能产生 ATP 解析：选 D 据图分析，②是溶酶体，溶酶体中有许多水解酶，其合成需要核糖体、内 质网和高尔基体等细胞器的参与；②与⑥的膜结构可以相互融合，说明生物膜具有一定的流 动性；据图分析，图示过程体现了细胞中各种生物膜在功能上的关系是既有明确的分工，又 有密切的联系；线粒体均遭“损伤”的细胞也可通过细胞质基质产生 ATP。 题组二 囊泡的产生及运输 3．(2014·山东高考)有关细胞内囊泡运输的描述，正确的是( ) A．细胞核内的 RNA 通过囊泡运输到细胞质 B．蛋白质类激素经囊泡运输分泌到细胞外 C．细胞器之间都能通过囊泡进行物质运输 D．囊泡运输依赖膜的流动性且不消耗能量 解析：选 B 细胞核内的 RNA 通过核孔运输到细胞质中，不需要通过囊泡运输。蛋白质 类激素经内质网和高尔基体加工后由囊泡运输至细胞膜，由细胞膜分泌到细胞外。没有生物 膜的细胞器之间不能通过囊泡进行物质运输。囊泡运输依赖于膜的流动性，也需要消耗能量。 4．(2016·豫南九校联考)科学家发现了囊泡运输调控机制。如图是囊泡膜与靶膜融合 过程示意图，囊泡上有一个特殊的 VSNARE 蛋白，它与靶膜上的 TSNARE 蛋白结合形成稳定 的结构后，囊泡膜和靶膜才能融合，从而将物质准确地运送到相应的位点。下列叙述错误的 是( ) A．囊泡膜与细胞膜、细胞器膜和核膜等共同构成生物膜系统 B．内质网、高尔基体、细胞膜依次参与 RNA 聚合酶分泌过程 C．分泌蛋白的运输需要囊泡的参与，该过程中高尔基体的膜面积先增大后减小 D．图中 TSNARE 与 VSNARE 的结合存在特异性 解析：选 B 生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜、核膜，同时也包括囊泡膜；RNA 聚合 酶是在细胞内发挥作用的酶，不会分泌到细胞外；分泌蛋白的运输过程中先由内质网形成囊 泡运至高尔基体，再由高尔基体形成囊泡运至细胞膜，该过程中高尔基体的膜面积先增大后 减少恢复到原来大小；囊泡上有一个特殊的 VSNARE 蛋白，它与靶膜上的 TSNARE 蛋白结合 形成稳定的结构后，囊泡膜和靶膜才能融合，从而将物质准确地运送到相应的位点，故 TSNARE 与 VSWARE 结合具有特异性。 ———[易误提醒]———————————————————————————— (1)需要核糖体、内质网、高尔基体和线粒体共同协调配合合成的蛋白质除了分泌蛋白 外，还有膜蛋白和溶酶体蛋白等。 (2)囊泡运输不需要载体，但需要消耗能量。 (3) 囊 泡 运 输 过 程 存 在 识 别 作 用 ， 以 保 证 精 确 运 输 。 —————————————————————————————————————— 一、练全国卷高考真题——知考查重点 1．(2016·全国乙卷)下列与细胞相关的叙述，正确的是( ) A．核糖体、溶酶体都是具有膜结构的细胞器 B．酵母菌的细胞核内含有 DNA 和 RNA 两类核酸 C．蓝藻细胞的能量来源于其线粒体有氧呼吸过程 D．在叶绿体中可进行 CO2 的固定但不能合成 ATP 解析：选 B 核糖体不具有膜结构，溶酶体具有膜结构。酵母菌是真核生物，其细胞核 内含有 DNA，是遗传物质，在细胞核内可转录形成 RNA。蓝藻属于原核生物，细胞内只有核 糖体一种细胞器，无线粒体。叶绿体内进行的光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反 应过程中能合成 ATP，暗反应过程中进行 CO2 的固定。 2．(2016·全国丙卷)下列有关细胞膜的叙述，正确的是( ) A．细胞膜两侧的离子浓度差是通过自由扩散实现的 B．细胞膜与线粒体膜、核膜中所含蛋白质的功能相同 C．分泌蛋白分泌到细胞外的过程存在膜脂的流动现象 D．膜中的磷脂分子是由胆固醇、脂肪酸和磷酸组成的 解析：选 C 细胞膜两侧的离子浓度差主要是通过主动运输实现的。蛋白质是生命活动 的主要承担者，细胞膜、线粒体膜和核膜的功能各不相同的原因是它们所含有的蛋白质功能 不同。分泌蛋白分泌到细胞外涉及内质网和高尔基体参与的囊泡转运过程以及囊泡与细胞膜 的融合过程等，这些过程与膜脂的流动性有关。膜中的磷脂是由甘油、脂肪酸和磷酸等所组 成的，不含胆固醇。 3．(2015·全国卷Ⅱ)下列过程中，不属于胞吐作用的是( ) A．浆细胞分泌抗体到细胞外的过程 B．mRNA 从细胞核到细胞质的过程 C．分泌蛋白从胰腺的腺泡细胞到胞外的过程 D．突触小泡中的神经递质释放到突触间隙的过程 解析：选 B 浆细胞分泌抗体、胰腺的腺泡细胞向胞外分泌蛋白、突触小泡向突触间隙 释放神经递质都属于胞吐。mRNA 是通过核孔从细胞核到细胞质的，不属于胞吐。 4．(2014·全国卷Ⅰ)关于细胞膜结构和功能的叙述，错误的是( ) A．脂质和蛋白质是组成细胞膜的主要物质 B．当细胞衰老时，其细胞膜的通透性会发生改变 C．甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜 D．细胞产生的激素与靶细胞膜上相应受体的结合可实现细胞间的信息传递 解析：选 C 磷脂以双分子层的形式构成细胞膜的基本支架，蛋白质镶嵌、贯穿于磷脂 双分子层中，磷脂和蛋白质是组成细胞膜的主要物质。细胞衰老时，细胞膜通透性改变，使 物质运输能力降低。甘油属于脂质，可以通过自由扩散的方式通过细胞膜。细胞产生的激素 与靶细胞膜上的相应受体结合，从而调节细胞的代谢，实现细胞之间的信息传递。 5．(2014·全国卷Ⅱ)将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为 a、b、c、d、e 和 f 组(每组的细条数相等)，取上述 6 组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时 间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换， 则( ) A．实验后，a 组液泡中的溶质浓度比 b 组的高 B．浸泡导致 f 组细胞中液泡的失水量小于 b 组的 C．a 组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗 ATP 大于 b 组 D．使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于 0.4～0.5 mol·L－1 之间 解析：选 D 通过图示可以看出，a 组和 b 组实验前长度/实验后长度的值都小于 1，表 明细胞吸水导致细条变长；由于 a 组实验前长度/实验后长度的值小于 b 组实验前长度/实验 后长度的值，说明 a 组吸水较多，b 组吸水较少，所以实验后 a 组液泡中的溶质浓度比 b 组 的低。分析柱状图可知，f 组细胞失水，而 b 组细胞吸水，因此浸泡导致 f 组细胞中液泡的 失水量大于 b 组的。水分进出细胞的方式是自由扩散，不消耗 ATP。根据柱状图可知，在浓 度为 0.4 mol·L－1 的蔗糖溶液中的 c 组细胞吸水，而在浓度为 0.5 mol·L－1 的蔗糖溶液中 的 d 组细胞失水，所以使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于 0.4～0.5 mol·L－1 之 间。 二、练各地市调研试题——知命题热点 1．下列关于细胞结构和功能的叙述，正确的是( ) A．原核生物的细胞中没有线粒体，只能通过厌氧呼吸获得能量 B．细胞分化、衰老和癌变都会导致细胞形态、结构和功能发生变化 C．核糖体是细胞内蛋白质的“装配机器”，主要由蛋白质和 tRNA 组成 D．蓝藻有丝分裂前后，染色体数目一般不发生改变 解析：选 B 原核生物的细胞中没有线粒体，但有的可以通过有氧呼吸获得能量，如硝 化细菌。核糖体是细胞内蛋白质的“装配机器”，主要由蛋白质和 rRNA 组成。蓝藻为原核 生物，其细胞中没有染色体，不能进行有丝分裂。 2．如图所示，某种化合物与细胞膜表面受体识别并结合后，受体便通过 G 蛋白调控并 打开离子通道，离子的跨膜流动导致膜电位的改变。下列相关叙述，错误的是( ) A．Na＋内流是产生静息电位的基础 B．该过程体现了细胞膜具有信息交流的功能 C．构成细胞膜的基本支架是磷脂双分子层 D．Na＋通过协助扩散的方式进入细胞内 解析：选 A Na＋内流是产生动作电位的基础，K＋外流才是产生静息电位的基础；某种 化合物与细胞膜表面受体识别并结合后，调节细胞的生命活动，体现了细胞膜具有信息交流 的功能；细胞膜的基本支架是磷脂双分子层；Na＋通过离子通道进入细胞内，不消耗能量， 属于协助扩散。 3．GLUT1 是人体中重要的葡萄糖转运蛋白。癌细胞需要消耗超量葡萄糖才能维持其生 长扩增，如果限制体内谷氨酰胺的含量，癌细胞无法正常吸收葡萄糖，可达到“饿死”癌细 胞的目的。下列相关推断错误的是( ) A．癌细胞膜上的 GLUT1 比正常细胞多 B．谷氨酰胺可能是合成 GLUT1 的原料 C．ATP 是癌细胞生长的直接能源物质 D．可通过口服大剂量 GLUT1 抑制剂来治疗癌症 解析：选 D 癌细胞代谢旺盛，消耗超量葡萄糖，癌细胞膜上的 GLUT1 应比正常细胞的 多；限制体内谷氨酰胺的含量，癌细胞无法正常吸收葡萄糖，推测谷氨酰胺可能是合成 GLUT1 的原料；癌细胞生长的直接能源物质是 ATP；由于不知道 GLUT1 抑制剂的成分，所以口服后 可能会被消化分解而失效。 4．线粒体蛋白的转运与细胞核密切相关(如图)，用某种抑制性药物处理细胞后，发现 细胞质基质中的 T 蛋白明显增多。下列相关叙述正确的是( ) A．观察线粒体时可用甲基绿染液进行染色 B．过程①②都需要 DNA 聚合酶参与 C．M 蛋白可能与有氧呼吸第三阶段关系密切 D．据图推测该药物最可能抑制了③过程 解析：选 C 观察线粒体时用健那绿染液进行染色；过程①是转录，过程②是 RNA 运出 细胞核，转录需要 RNA 聚合酶的参与，RNA 运出细胞核不需要 DNA 聚合酶的参与；在 TOM 复 合体的协助下，M 蛋白可通过线粒体外膜嵌合在线粒体内膜上，推测该蛋白可能与有氧呼吸 的第三阶段关系密切；用某种抑制性药物处理细胞后，发现细胞质基质中的 T 蛋白明显增多， 推测该药物最可能抑制了④过程，即抑制 T 蛋白和线粒体外膜上的载体蛋白结合，若抑制③ 过程会使 T 蛋白减少。 5．图甲为植物细胞的部分结构示意图，当 RNA 经过核孔运出细胞核时，需要核孔蛋白 协助且消耗能量，图乙为一个细胞周期中 RNA 的含量变化。下列有关叙述错误的是( ) A．内质网②与核膜直接相连，其上附着有与分泌蛋白合成有关的核糖体① B．RNA 通过核孔的运输方式相当于物质跨膜运输方式的主动运输 C．若图甲中基因 A 在所有细胞中都能转录，则每次转录的模板链不同 D．图乙中 RNA 相对含量出现两个高峰期，其变化主要由 mRNA 含量增加所致 解析：选 C ②是内质网，其与核膜、细胞膜直接相连，分泌蛋白的合成与附着在内质 网上的核糖体①有关。RNA 经过核孔运出细胞核时，需要核孔蛋白协助且消耗能量，相当于 主动运输。若基因 A 在所有细胞中都能转录，则每次转录的模板链应相同，因为只有这样才 能合成相同的蛋白质。图乙中 RNA 相对含量出现两个高峰期，其变化主要由 mRNA 含量明显 增加所致。 6．内质网在真核细胞生命活动中具有广泛作用。 (1)内质网是蛋白质、糖类和________的合成与加工场所。 (2)内质网等细胞器膜与核膜、细胞膜等共同构成细胞的________，为多种酶提供附着 位点。 (3)肌肉细胞受到刺激后，内质网腔内的 Ca2＋释放到________中，使内质网膜内外 Ca2＋ 浓 度 发 生 变 化 。 Ca2 ＋ 与 相 应 蛋 白 结 合 后 ， 导 致 肌 肉 收 缩 ， 这 表 明 Ca2 ＋ 能 起 到 ________________(填“物质运输”“能量转换”或“信息传递”)的作用。 (4)在病毒侵染等多种损伤因素的作用下，内质网腔内错误折叠或未折叠蛋白会聚集， 引起如图所示的一系列应激过程：________与错误折叠或未折叠蛋白结合，后者被运出内质 网降解。内质网膜上的 IRE1 蛋白被激活，激活的 IRE1 蛋白________Hac1 mRNA 的剪接反应。 剪 接 的 Hac1 mRNA________ 的 Hac1 蛋 白 作 为 转 录 因 子 通 过 ________ 进 入 细 胞 核 ， ________(填“增强”或“减弱”)Bip 基因的表达，以恢复内质网的功能。 (5)当细胞内 Ca2＋浓度失衡或错误折叠、未折叠蛋白过多，无法恢复内质网正常功能时， 引起细胞膜皱缩内陷，形成凋亡小体，凋亡小体被临近的吞噬细胞吞噬，在____________ 内被消化分解。 解析：(1)内质网是蛋白质、糖类和脂质的合成或加工场所。(2)细胞器膜和细胞膜、核 膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。(3)内质网周围是细胞质基质，肌肉细胞受到刺激 后，内质网腔内的 Ca2＋会释放到细胞质基质中，使内质网膜内外 Ca2＋浓度发生变化；Ca2＋与 相应蛋白结合后，导致肌肉收缩，体现的是信息传递的功能。(4)据图分析可知，Bip 与错 误折叠或未折叠蛋白结合；IRE1 蛋白使未剪接的 Hac1 mRNA 形成剪接的 Hac1 mRNA，可知 IRE1 蛋白在这一过程起催化作用；剪接的 Hac1 mRNA 形成 Hac1 蛋白的过程指的就是翻译过 程；图示中，Hac1 蛋白通过核孔进入细胞核；由于 Bip 离开了内质网，故需增强 Bip 基因 的表达，才能恢复内质网的功能。(5)细胞内分解衰老、损伤的细胞器依靠溶酶体，因为溶 酶体内有多种水解酶。 答案：(1)脂质 (2)生物膜系统 (3)细胞质基质 信息传递 (4)Bip 催化 翻译 核孔 增强 (5)溶酶体 第 3 讲 细胞系统的功能——能量的供应和利用 第 1 课时 酶和 ATP 考点一 ATP 在细胞代谢中的作用 1.ATP 是直接给细胞的生命活动提供能量的一种有机物。下列相关叙述正确的是( ) A．乳酸菌生命活动所需能量由乳酸分解提供 B．人在剧烈运动时，肌细胞产生 ATP 的速率增大 C．线粒体内膜上和叶绿体基质中都能合成 ATP D．叶肉细胞光反应产生的 ATP 可用于植物体的各项生理活动 解析：选 B 乳酸菌进行无氧呼吸分解葡萄糖产生乳酸，因此乳酸菌生命活动所需能量 由葡萄糖分解提供；人剧烈运动时需要消耗大量能量，此时肌细胞产生 ATP 的速率将增大； 线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段发生的场所，此阶段可产生大量 ATP，而叶绿体基质消耗光 反应阶段产生的 ATP；光反应产生的 ATP 只用于暗反应。 2．如图为 ATP 与 ADP 相互转化的关系式，下列说法正确的是( ) A．ATP 经 DNA 酶水解后的产物是合成 RNA 的原料之一 B．细胞内基因的选择性表达过程伴随着 ATP 的水解 C．酶 1 和酶 2 的功能不同的根本原因是组成二者基本单位的种类、数量和排列顺序不 同 D．ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制发生在所有生物体内，体现了生物界的统一性 解析：选 B DNA 酶可将 DNA 分子水解为脱氧核苷酸，但不能水解 ATP。细胞内基因的 选择性表达过程中需要 ATP 提供能量。酶 1 和酶 2 的本质是蛋白质，二者功能不同的根本原 因是控制这两种酶合成的基因不同。病毒是专营寄生性生物，没有独立的能量代谢体系，其 体内不能发生 ATP 与 ADP 的相互转化。 3．下列过程能使细胞中 ADP 含量增加的是( ) A．甘油通过细胞膜进入细胞 B．叶绿体基质中三碳化合物合成葡萄糖 C．线粒体中还原氢与氧结合生成水 D．细胞质基质中葡萄糖分解成丙酮酸 解析：选 B 使 ADP 含量增加的过程即 ATP 水解供能的过程，叶绿体中 C3 的还原需要消 耗 ATP。 4．如图 1 表示三磷酸核苷的结构，图 2 表示 ATP 在能量代谢中的作用。据图判断下列 有关叙述错误的是( ) A．图 1 中①表示含氮碱基，若①为鸟嘌呤，则可表示 GTP B．ATP 中的能量可以来源于光能和化学能，也可以转化为光能和化学能 C．UTP、GTP 分子中的高能磷酸键是直接由物质氧化获能产生的 D．人体成熟红细胞没有线粒体，但能产生 ATP 解析：选 C 图 1 中①表示含氮碱基，若①为 A，则表示 ATP；若①为 G，则表示 GTP； 若①为 U，则表示 UTP。由图 2 可知，UTP 和 GTP 分子中的高能磷酸键不是由物质氧化获能 产生的，而是由 ATP 将高能磷酸基转移给 UDP 或 GDP，进而生成 UTP 或 GTP。 考点二 酶在细胞代谢中的作用 5.关于生物体产生的酶的叙述，错误的是( ) A．酶的化学本质是蛋白质或 RNA B．脲酶能够将尿素分解成氨和 CO2 C．蛋白酶和淀粉酶都属于水解酶 D．纤维素酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁 解析：选 D 酶的化学本质是蛋白质或 RNA；脲酶能够将尿素分解成氨和 CO2；蛋白酶和 淀粉酶都属于水解酶；纤维素酶能够降解植物细胞壁，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，需用肽 聚糖酶降解。 6．如图为反应物 A 生成产物 P 的化学反应在无酶和有酶催化条件下的能量变化过程， 假设酶所处的环境条件最适，对于图中曲线分析正确的是( ) A．ad 段表示无酶催化时该反应的活化能 B．bc 段表示酶为底物提供的活化能 C．若把酶改成无机催化剂，则图中 b 点位置会下移 D．有酶催化时，该反应更易进行 解析：选 D 分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化 能，所以，在没有催化剂时 ac 段表示该反应的活化能；在有酶催化时 bc 段表示该反应的活 化能，酶降低了化学反应的活化能；酶具有高效性，与无机催化剂相比，其降低化学反应的 活化能更显著，所以若将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则 b 点将向上移动；酶是催化 剂，能降低反应的活化能，使反应更易进行。 7．下图是生物体内常见的一种生理作用图示，下列叙述错误的是( ) A．②的成分有可能是蛋白质 B．图中显示①具有高效性，反应完成后，①的性质未发生改变 C．③或④的生成速率可以表示酶促反应的速率 D．如果探究底物浓度对酶促反应速度的影响，②的数量就是实验的自变量 解析：选 B ①是酶，②是底物，底物可能是蛋白质；图中显示①具有专一性，反应完 成后，①的性质未发生改变；③或④的生成速率可以表示酶促反应的速率；如果探究底物浓 度对酶促反应速率的影响，②的数量就是实验的自变量。 8．如图是研究物质甲和物质乙对某种酶活性影响的变化曲线，下列叙述正确的是( ) A．物质甲能提高该化学反应的活化能 B．物质乙能提高该种酶的催化活性 C．减小底物浓度可以消除物质甲对该种酶的影响 D．增大底物浓度可以消除物质乙对该种酶的影响 解析：选 D 在同一底物浓度下，加入酶和物质甲后反应速率比只加酶的反应速率大， 说明物质甲提高了酶的催化活性，即降低了该化学反应的活化能；在底物浓度较低的情况下， 同一底物浓度下，加入酶和物质乙后反应速率比只加酶的反应速率小，说明物质乙降低了酶 的催化活性；当底物浓度较小时，加入酶和物质甲后反应速率比只加酶的反应速率大，说明 减小底物浓度并不能消除物质甲对该种酶的影响；从图中可以看出，当底物浓度较大时，加 入物质乙和酶时与只加酶的反应速率一样，说明增大底物浓度可以消除物质乙对该种酶的影 响。 9.向装有 5 mL 体积分数为 3%的 H2O2 溶液的密闭容器中加入 2 滴 新鲜的肝脏研磨液，每隔一段时间测定容器中 O2 浓度，得到如图中 曲线 a(实线)所示结果。下列相关叙述错误的是( ) A．曲线 a 表明，随着时间的推移，H2O2 分解速率呈现由快转慢 直到停止的特点 B．在 t1 时，向容器内再加入 2 滴新鲜肝脏研磨液，可以得到曲线 b 所示结果 C．在 t1 时，向容器内再加入 2 滴质量分数为 3.5%的 FeCl3 溶液，可以得到曲线 c 所示 结果 D．在 t2 时，向容器内再加入 5 mL 体积分数为 3%的 H2O2 溶液，可以得到曲线 d 所示结 果 解析：选 C 在 t1 时，向容器内再加入 2 滴新鲜肝脏研磨液，提高了反应速率，但没有 改变反应底物的量，最终生成的 O2 浓度不变，得到曲线 b 所示结果。在 t1 时，向容器内再 加入 2 滴质量分数为 3.5%的 FeCl3 溶液，没有改变反应底物的量，最终生成的 O2 浓度不变， 不可能得到曲线 c 所示结果。在 t2 时，向容器内再加入 5 mL 体积分数为 3%的 H2O2 溶液，增 加了反应底物的量，最终生成的 O2 浓度增加，得到曲线 d 所示结果。 10．除了温度和 pH 对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果。下图 1 为 酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图 2 为相同酶溶液在无抑制剂、添加不 同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列说法错误的是( ) A．非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理相同 B．据图可推测，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点 C．底物浓度相对值大于 15 时，限制曲线甲酶促反应速率的主要因素是酶浓度 D．曲线乙和曲线丙分别是在酶中添加了竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂的结果 解析：选 A 非竞争性抑制剂降低酶活性的机理是改变酶的空间结构，与高温相似；而 低温是抑制酶的活性，并未改变酶的空间结构。 考点三 与酶有关的实验设计与分析 11.为了探究温度、pH 对酶活性的影响，下列实验设计合理的是( ) 实验 编号 探究课题 选用材料与试剂 ① 温度对酶活性的影响 过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液 ② 温度对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液 ③ pH 对酶活性的影响 新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液 ④ pH 对酶活性的影响 新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、斐林试剂 A．实验① B．实验② C．实验③ D．实验④ 解析：选 B 结合题意进行分析：实验①，过氧化氢受热会加快分解，不宜用于探究温 度对酶活性的影响。实验③④，溶液的 pH 会影响淀粉的水解，实验③中蔗糖酶不会分解淀 粉，并且碘液可与碱反应；实验④中斐林试剂可与酸反应。因此，一般用过氧化氢酶探究 pH 对酶活性的影响，用淀粉酶探究温度对酶活性的影响。 12．下表所示分别是某兴趣小组探究温度对酶活性影响的实验步骤(已知淀粉酶的最适 温度为 60 ℃)和探究某种过氧化氢酶的最适 pH 的实验结果。据此回答问题： 探究温度对酶活性影响的实验(实验一) 实验步 骤 分组 甲组 乙组 丙组 ①淀粉酶溶液 1 mL 1 mL 1 mL ②可溶性淀粉溶液 5 mL 5 mL 5 mL ③控制温度 0 ℃ 60 ℃ 90 ℃ ④将新鲜淀粉酶溶液与可溶性淀粉溶液混合后分别恒温 ⑤检测单位时间内________ 探究某种过氧化氢酶的最适 pH 的实验(实验二) 组别 A 组 B 组 C 组 D 组 E 组 pH 5 6 7 8 9 H2O2 溶液完全分解所需时间(s) 300 180 90 192 284 (1)pH 在实验一中属于________变量，而在实验二中属于________变量。 (2)实验一中的对照组为________。 (3) 实 验 一 的 ①②③ 步 骤 为 错 误 操 作 ， 正 确 的 操 作 应 该 是 ________________________________________________________________________。 实验一的第⑤步最好选用________(试剂)检测单位时间内________________。 (4) 分 析 实 验 二 的 结 果 ， 可 得 到 的 结 论 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适 pH，可在 pH 为________之间设 置梯度进行研究。 解析：(1)实验一探究的是温度对酶活性的影响，因此自变量是温度，因变量是酶活性， pH 属于无关变量。实验二探究的是某种过氧化氢酶的最适 pH，因此自变量是 pH。(2)探究 温度对酶活性影响的实验中，60 ℃是淀粉酶作用的最适温度，是实验前已知的，其实验结 果可作为另外两组的参照，故乙组为对照组。(3)探究温度对酶活性影响的实验中，应该先 设置好酶溶液和淀粉溶液的温度，然后再将相应温度的淀粉溶液和酶溶液混合进行恒温反 应，否则会影响实验结果的准确性。因此，实验一的①②③步骤为错误操作。淀粉遇碘液变 蓝，因此实验一的第⑤步最好选用碘液检测单位时间内淀粉的剩余量，淀粉的剩余量越多， 说明酶活性越低。不用斐林试剂测定单位时间内生成物的量，是因为斐林试剂在使用时有加 热过程，会影响自变量(温度)的作用。(4)由实验二的结果可知：该过氧化氢酶的最适 pH 约为 7；在该预实验的基础上要进一步探究该过氧化氢酶的最适 pH，可在 pH 为 6～8 之间设 置梯度进行研究。 答案：(1)无关 自 (2)乙组 (3)将新鲜淀粉酶溶液和可溶性淀粉溶液分别恒温后再 混合 碘液 淀粉的剩余量 (4)该过氧化氢酶的最适 pH 约为 7 6～8 13．某研究性学习小组利用 A 酶和 B 酶(A 酶和 B 酶分别是两种微生物分泌的纤维素酶) 进行相关实验，实验结果如图所示，请回答下列问题： (1)与无机催化剂相比，A 酶可通过____________________________来提高催化反应效 率。 (2)该实验的目的是____________________________。在 80 ℃条件下，B 酶活性为 0， 试解释原因：________________________。 (3)如果要探究 pH 对 A 酶和 B 酶活性的影响，应将温度控制在________ ℃左右，其中 因变量为______________________。 (4)适宜条件下，取一支试管加入 A 酶和蛋白酶溶液并摇匀，一段时间后加入纤维素， 几分钟后加入新配制的斐林试剂并水浴加热，结果试管中没有产生砖红色沉淀，原因是 ________________________________________________________________________。 解析：(1)与无机催化剂相比，酶具有高效性的原因是能显著降低化学反应的活化能。 (2)根据图中横坐标和纵坐标的含义，可知本实验的目的是探究(研究)温度对 A 酶和 B 酶活 性的影响。高温条件下，酶容易失活，原因是高温使酶的空间结构遭到破坏。(3)要探究 pH 对 A 酶和 B 酶活性的影响，应在最适温度即 50 ℃条件下进行，自变量是 pH，因变量为 A 酶和 B 酶的活性。(4)A 酶(纤维素酶)的化学本质是蛋白质，能被蛋白酶催化分解。 答案：(1)显著降低化学反应的活化能 (2)探究(研究)温度对 A 酶和 B 酶活性的影响 高温使酶的空间结构遭到破坏 (3)50 A 酶和 B 酶的活性 (4)A 酶(纤维素酶)已被蛋白酶催化分解 在高考中对本课时酶的考查主要侧重于酶的本质、作用及特性，对于 ATP 的考查常 结合细胞代谢知识进行综合命题。在复习时，要注意以下几点： (1)学会通过分析曲线图理解酶的作用原理和特性。 (2)通过设计和分析实验掌握酶的特性及应用。 (3)结合光合作用与细胞呼吸，识记 ATP 的结构及在能量代谢中的作用。 考点一|ATP 在细胞代谢中的作用 [明考向—不走弯路] 本部分内容主要以选择题形式考查 ATP 的结构、合成及利用，如课前诊断卷 T2、T3；但有时 也会以信息题的形式考查，考生常因不能正确进行知识迁移而失分，如课前诊断卷 T4。 [联知识—简洁串记] 1．记牢 ATP 的结构与能量转换(填图) 2．记清细胞内产生与消耗 ATP 的六种结构(填表) 转化场所 常见的生理过程 细胞膜 消耗 ATP： 主动运输、胞吞、 胞吐 细胞质基质 产生 ATP：细胞呼吸 第一阶段 叶绿体 产生 ATP： 光反应 消耗 ATP： 暗反应和自身 DNA 复制、转录，蛋白质合成等 线粒体 产生 ATP：有氧呼吸 第二、三阶段 消耗 ATP：自身 DNA 复制、转录，蛋白质合成等 核糖体 消耗 ATP： 蛋白质的合成 细胞核 消耗 ATP： DNA 复制、转录等 [防易错—无障通关] 判断下列叙述的正误 (1)ATP 和 ADP 都是高能磷酸化合物(√) (2)ATP、DNA、RNA 中的“A”表示的含义相同(×) (3)ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性(√) (4)活细胞内 ATP 与 ADP 的转化只能单向进行(×) (5)ATP 可以水解为一个核苷酸和两个磷酸，而其合成所需能量由磷酸提供(×) (6)细胞质中消耗的 ATP 均来源于线粒体和叶绿体(×) (7)无氧条件下，光合作用是细胞 ATP 的唯一来源(×) (8)主动运输过程中，需要载体蛋白协助和 ATP 提供能量(√) (9)人在饥饿时，细胞中 ATP 与 ADP 的含量难以达到动态平衡(×) (10)1 个 ATP 分子中含有一个腺嘌呤和 3 个磷酸基团(×) 考点二|酶在细胞代谢中的作用 [明考向—不走弯路] 酶的本质、作用原理、特性、影响酶促反应的因素及其曲线分析是高考命题的主要内容。 结合曲线图分析影响酶促反应的因素是考生知识掌握的短板，如课前诊断卷 T8、T10。 [联知识—简洁串记] 1．熟知酶的“一来源、一作用、二本质和三特性”(填图) 2．把握与酶有关的三类曲线(填空) (1)酶的作用原理： ①由右图可知，酶的作用原理是降低反应的活化能。 ②若将酶变为无机催化剂，则 b 在纵轴上向上移动。用加热的方法不能降低活化能，但 会提供活化能。 (2)酶的特性： ①图 1 中加酶的曲线和加无机催化剂的曲线比较，表明酶具有高效性。 ②图 2 中两曲线比较，表明酶具有专一性。 (3)影响酶促反应速率的因素： ①分析图 3 和图 4：温度和 pH 通过影响酶的活性来影响酶促反应速率。 ②分析图 5：OP 段的限制因素是底物浓度，P 点以后的限制因素则是酶浓度。 [析考法—命题扫描] 直接考查酶的本质、作用及特性 [典例 1] 下列有关酶的叙述，正确的是( ) A．酶是活细胞产生的在细胞内外均可起调节作用的微量有机物 B．检测蛋白酶的催化作用可用双缩脲试剂检验反应物是否完全水解 C．较弱光照条件下，因与光反应有关的酶的活性降低，光合作用的速率会减小 D．淀粉酶经高温烘干制成药剂后会因空间结构遭到破坏而失活 [思路点拨] 本题属于正误判断类选择题，可用排除法解答： [答案] D 以曲线图为载体，考查影响酶活性的因素 [典例 2] 课前诊断卷第 10 题 除了温度和 pH 对酶活性有影响外，一些抑制剂也会 降低酶的催化效果。下图 1 为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图 2 为相 同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下 列说法错误的是( ) A．非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与高温、低温对酶活性抑制的机理相同 B．据图可推测，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点 C．底物浓度相对值大于 15 时，限制曲线甲酶促反应速率的主要因素是酶浓度 D．曲线乙和曲线丙分别是在酶中添加了竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂的结果 [思路点拨] 本题属于图表信息类选择题，解题的关键是准确理解题干模式图信息，再 逐项排除： [答案] A 备考锦囊 妙用“四看”法解答坐标曲线题 在认识和解答坐标曲线型试题时，应注意以下“四看”： “一看”两坐标轴的含义，了解两个变量的关系。 “二看”曲线的变化，掌握变量增减快慢的生物学意义。 “三看”五点，即起点、终点、顶点、转折点、交叉点，理解特殊点的意义。 “四看”不同曲线的变化，理解曲线之间的内在联系。 考点三|与酶有关的实验设计与分析 [明考向—不走弯路] 有关酶的实验设计类题目主要从实验材料和检测指标的选择、变量和结果分析及实验步 骤设计三个角度进行考查。考生往往不能根据实验目的选取合理的实验材料和检测试剂，如 课前诊断卷 T11；实验步骤的书写与评价也是考生容易出错的地方，如课前诊断卷 T12。 [深思维—纵引横连] 1．依据实验目的准确选取实验材料和检测指标 实验目的 实验材料 检测指标(试剂) 备注 高效性 过氧化氢与过氧化氢酶 O2 产生的快慢与多少 与无机催化剂对比 专一性 淀粉、蔗糖与淀粉酶 斐林试剂 不能用碘液 温度对酶 活性影响 淀粉和淀粉酶 碘液 不能用斐林试剂 pH 对酶活 性的影响 过氧化氢与过氧化氢酶 O2 产生的多少与快慢 不选用淀粉和淀粉酶 2．掌握探究酶的最适温度或最适 pH 的实验设计程序 [会迁移—题组练通] 题组一 考查实验材料与检测试剂的选取 1．某同学用可溶性淀粉溶液、麦芽糖、斐林试剂、淀粉酶为实验材料，来验证酶具有 专一性。下列有关分析错误的是( ) A．用上述实验材料进行实验不能达到实验目的 B．若将麦芽糖换成蔗糖进行实验可以达到实验目的 C．淀粉酶能够降低麦芽糖水解反应的活化能，但降低幅度很小 D．将斐林试剂换为碘液利用淀粉和淀粉酶可以探究“温度对淀粉酶活性的影响” 解析：选 C 麦芽糖是还原糖，其水解产物(葡萄糖)也是还原糖，无论麦芽糖是否水解， 该试管中的溶液与斐林试剂混合加热后，均会呈现砖红色沉淀，故无法确定淀粉酶能否催化 麦芽糖水解，也就不能达到实验目的。蔗糖是非还原糖，其水解产物(葡萄糖和果糖)是还原 糖，因此将麦芽糖换成蔗糖进行实验可以达到实验目的。由于酶具有专一性，因此，淀粉酶 不能降低麦芽糖水解反应的活化能。以可溶性淀粉溶液、淀粉酶为实验材料，设置一系列不 同温度的装置，用碘液检测相同时间内不同温度的装置中反应物的剩余量，可以探究温度对 淀粉酶活性的影响。 2．为了证明酶的作用具有专一性，某同学设计了如下 5 组实验，分别选择一定的试剂 进行检测，下列有关实验方案和检测结果的叙述，正确的是( ) 组别 ① ② ③ ④ ⑤ 酶 淀粉酶 蛋白酶 淀粉酶 淀粉酶 淀粉酶 反应物 蔗糖 淀粉 蛋白质 淀粉 麦芽糖 A．②和③对比，用双缩脲试剂检测；②中不变紫色，③中呈现紫色 B．③和④对比，用斐林试剂检测；水浴加热下③中不出现砖红色沉淀，④中出现砖红 色沉淀 C．①和④对比，用斐林试剂检测；水浴加热下①中不出现砖红色沉淀，④中出现砖红 色沉淀 D．④和⑤对比，用斐林试剂检测；水浴加热下④和⑤中均出现砖红色沉淀 解析：选 C 蛋白酶和淀粉酶都是蛋白质，都能与双缩脲试剂反应呈现紫色；斐林试剂 可以用来判断淀粉是否水解，但不能用来判断蛋白质是否水解；淀粉和蔗糖都是非还原糖， 它们的水解产物都是还原糖，淀粉酶能催化淀粉水解而不能催化蔗糖水解，用斐林试剂可以 判断淀粉和蔗糖是否水解；麦芽糖是还原糖，麦芽糖的水解产物也是还原糖，用斐林试剂不 能判断麦芽糖是否水解。 题组二 考查实验的变量控制与步骤设计及分析 3．在甲、乙、丙三支试管中加入下列物质并保温一段时间后，有关分析错误的是( ) 编号 甲 乙 丙 步骤 1 2 mL 可溶 性淀粉溶液 2 mL 可溶 性淀粉溶液 2 mL 可溶 性淀粉溶液 步骤 2 1 mL 淀粉酶溶液 1 mL 麦芽 糖酶制剂 0.5 mL 淀粉酶 溶液 0.5 mL 麦芽糖 酶制剂 步骤 3 适宜温度下保温至反应完成 A.温度、pH 在本实验中均属于无关变量 B．加入碘液后，溶液变蓝的只有乙试管 C．加入斐林试剂后水浴加热，溶液呈现砖红色的有甲试管和丙试管 D．加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均变蓝色 解析：选 D 本实验的自变量是酶的种类，可验证酶的专一性，温度、pH 在本实验中均 属于无关变量；甲试管淀粉在淀粉酶的作用下水解产生还原糖，加入斐林试剂后水浴加热， 会出现砖红色沉淀，乙试管加入的麦芽糖酶不能水解淀粉，不能产生砖红色沉淀，丙发生和 甲一样的过程；加入双缩脲试剂后，三支试管中的溶液均出现紫色现象。 4．受损伤的马铃薯细胞内酚氧化酶(PPO)和底物(酚类物质)直接接触，可引起马铃薯褐 变，为探究温度对 PPO 活性的影响，实验小组进行了如下实验： (1)PPO 粗提取液的提取：低温下将新鲜马铃薯用蒸馏水洗净、去皮，取 20 g 样品放入 含 50 mL 磷酸缓冲液(pH 为 5.5)的研钵中，同时加入少量石英砂，研磨、离心，上清液即 PPO 的粗提液，加缓冲液研磨的目的是_______________________。 (2)不同温度下 PPO 活性的测定： 步骤 试管 1 试管 2 试管 3 试管 4 试管 5 试管 6 试管 7 试管 8 PPO 粗 提液 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 酚类底 物 2 mL 2 mL 2 mL 2 mL 反应 混合振荡 温度预 处理 0 ℃ 15 ℃ 30 ℃ 45 ℃ 保温时 间 5 min 记录结 果 ＋ ＋＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋ ① 实 验 步 骤 顺 序 有 不 妥 之 处 ， 请 改 正 ： ________________________________________________________________________ 。 ②实验结果表明：15 ℃和 30 ℃条件下，PPO 具有相同的活性，从酶的特性分析，其原 因是____________________________________________________________________。 ③为进一步探究 PPO 的最适温度，应在 范围内设置温度梯度。 解析：(1)过酸、过碱都会使酶失活，加缓冲液使溶液的 pH 保持相对稳定，从而保持 PPO 的活性。(2)①“温度预处理”之后进行“反应”，才能保证各个试管是在相应的不同 温度下起反应，从而保证实验结果的准确性，使测定的 PPO 活性更准确可信。②③15 ℃和 30 ℃条件下，PPO 具有相同的活性，从酶的特性分析，其原因是在酶的最适温度前后，可 以有两个不同的温度对应相同的催化效率。所以，要探究 PPO 的最适温度，应在 15～30 ℃ 范围内设置温度梯度。 答案：(1)保持 PPO 的活性(防止 PPO 失活) (2)①“反应”步骤改在“温度预处理”之 后 ②在酶的最适温度前后，可以有相同的催化效率 ③15～30 ℃ 备考锦囊 从八个方面分析实验方案评价类问题 (1)重要原则是否遵守，如科学性原则、对照原则、单一变量原则、平行重复原则等。 (2)干扰因素是否排除。 (3)实验步骤是否完整、顺序是否合理。 (4)生物材料、实验器材选择是否恰当。 (5)药剂选择、使用、用量是否准确。 (6)检验手段是否合理。 (7)实验结果的验证目标是否明确。 (8)实验结论描述是否科学准确。 一、练全国卷高考真题——知考查重点 1．(2016·全国乙卷)若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操 作顺序合理的是( ) A．加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量 B．加入底物→加入酶→计时→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 C．加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量 D．加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量 解析：选 C 在测定酶活力的实验中，需要保证 pH 和温度均相同且适宜，故缓冲液应 在加入底物和酶之前加入，只有 C 项符合要求。 2．(2013·全国卷Ⅱ)关于酶的叙述，错误的是( ) A．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中 B．低温能降低酶活性的原因是其破坏了酶的空间结构 C．酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速度 D．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物 解析：选 B 细胞生命活动所必需的酶，如呼吸氧化酶，会存在于分化程度不同的各类 细胞中；低温只是抑制酶的活性，在一定范围内，当温度回升后，酶的活性可以恢复，但酶 的空间结构一旦被破坏，其活性将无法恢复，因此低温并没有破坏酶的空间结构；酶提高化 学反应速度是通过降低化学反应的活化能实现的；酶在化学反应中充当催化剂，也可以作为 另一个反应的底物。 3.(2016·全国甲卷)为了研究温度对某种酶活性的影响，设置 三个实验组：A 组(20 ℃)、B 组(40 ℃)和 C 组(60 ℃)，测定各 组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。回答 下列问题： (1)三个温度条件下，该酶活性最高的是________组。 (2)在时间 t1 之前，如果 A 组温度提高 10 ℃，那么 A 组酶催化反应的速度会________。 (3)如果在时间 t2 时，向 C 组反应体系中增加 2 倍量的底物，其他条件保持不变，那么 在 t3 时 ， C 组 产 物 总 量 ________ ， 原 因 是 ________________________________________________________________________。 (4)生物体内酶的化学本质是__________________________________，其特性有 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答 出两点即可)。 解析：(1)在 60 ℃条件下，反应的最终产物浓度比 20 ℃和 40 ℃条件下小很多， 说明酶在 60 ℃条件下最终失活。20 ℃与 40 ℃条件下相比，40 ℃时酶促反应到达反 应平衡的时间短，说明 40 ℃条件下酶活性较高。(2)在时间 t1 前，如果 A 组温度提高 10 ℃ 变成 30 ℃，由该酶活性随温度的变化规律可知，30 ℃条件下的该酶活性大于 20 ℃条 件下的，因此 A 组酶催化反应的速度会加快。(3)t2 时 C 组的产物浓度已不再增加，但由 A 和 B 组 t2 时的产物浓度可知，t2 时 C 组底物并未全部被分解，C 组产物浓度不再增加是由于 C 组温度过高导致 t2 时酶已经变性失活。因此如果在时间 t2 时，向 C 组增加 2 倍量的底物， 在其他条件不变的情况下，t3 时产物的总量也不会再增加。(4)生物体内酶的化学本质绝大 多数是蛋白质，极少数是 RNA。酶具有高效性、专一性等特性，并且需要适宜的温度和 pH 等。 答案：(1)B (2)加快 (3)不变 60 ℃条件下，t2 时酶已失活，即使增加底物，反应 产物总量也不会增加 (4)蛋白质或 RNA 高效性和专一性(其他合理答案也可) 4．(2016·全国乙卷)在有关 DNA 分子的研究中，常用 32P 来标记 DNA 分子。用α、β和 γ表示 ATP 或 dATP(d 表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或 dA—Pα～P β～Pγ)。回答下列问题： (1)某种酶可以催化 ATP 的一个磷酸基团转移到 DNA 末端上，同时产生 ADP。若要用该 酶把 32P 标记到 DNA 末端上，那么带有 32P 的磷酸基团应在 ATP 的________(填“α”“β” 或“γ”)位上。 (2)若用带有 32P 的 dATP 作为 DNA 生物合成的原料，将 32P 标记到新合成的 DNA 分子上， 则带有 32P 的磷酸基团应在 dATP 的________(填“α”“β”或“γ”)位上。 (3)将一个某种噬菌体 DNA 分子的两条链用 32P 进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含 有 32P 的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链 DNA 分子都装配成噬菌体(n 个) 并 释 放 ， 则 其 中 含 有 32P 的 噬 菌 体 所 占 比 例 为 2/n ， 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)根据题干信息可知，该酶能将 ATP 水解成 ADP 和磷酸基团(即 Pγ)，同时将 P γ基团转移到 DNA 末端上。因此需用 32P 标记到 ATP 的γ位上。(2)DNA 生物合成的原料为脱 氧核苷酸。将 dATP 两个高能磷酸键都水解后产物为 dA—Pα(腺嘌呤脱氧核苷酸)，为合成 DNA 的原料。因此需将 32P 标记到 dATP 的α位上。(3)一个含有 32P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经 半保留复制后，标记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链 DNA 分子中，因此在得到的 n 个噬菌体中只有 2 个带有标记。 答案：(1)γ (2)α (3)一个含有 32P 标记的噬菌体双链 DNA 分子经半保留复制后，标 记的两条单链只能分配到两个噬菌体的双链 DNA 分子中，因此在得到的 n 个噬菌体中只有 2 个带有标记 二、练各地市调研试题——知命题热点 1．酶在酶促反应中能催化特定的底物反应，与酶的活性中心有关。酶的活性中心往往 与底物分子在空间结构上具有特殊的匹配关系，当酶与底物结合时，启动化学反应的发生。 下列与图示反应类型相符的生理过程是( ) A．核糖体上多肽链的合成 B．肌细胞中糖原的合成 C．线粒体内[H]的还原 D．肝细胞内过氧化氢的分解 解析：选 D 图示为酶催化的分解反应。核糖体内将氨基酸脱水缩合形成多肽链，属于 合成反应；肌细胞中糖原的合成属于合成反应；线粒体内[H]的还原，即 24[H]＋6O2―→12H2O ＋能量，属于合成反应；肝细胞内含有过氧化氢酶，将过氧化氢分解成氧气和水，属于分解 反应。 2．下图为在酶 1 和酶 2 的催化作用下 ATP 和 ADP 相互转化的关系式。下列生理过程中， 会使酶 2 发挥较大作用的是( ) A．叶绿体基质中三碳化合物的还原 B．线粒体内膜上水的合成 C．神经细胞从组织液中吸收 K＋ D．胰岛 B 细胞合成和分泌胰岛素 解析：选 B 在酶 2 的作用下 ADP 和 Pi 反应生成 ATP。光合作用暗反应阶段中三碳化合 物的还原需要消耗光反应产生的 ATP；线粒体内膜上水的合成发生于有氧呼吸的第三阶段， 此时释放大量能量，合成 ATP；神经细胞从组织液中吸收 K＋属于主动运输过程，需要消耗能 量；胰岛 B 细胞合成和分泌胰岛素需要消耗 ATP。 3.科学家在研究重金属离子对鲫鱼生长繁殖的影响时，发现从鲫 鱼组织中提取的酸性磷酸酶(酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶)活性较 低。如图所示为科学家利用某种方法分离出溶酶体，将该细胞器分别 置于蒸馏水和等渗蔗糖溶液中，并检测溶液中酸性磷酸酶的含量所得 到的结果。下列相关叙述错误的是( ) A．酸性磷酸酶存在于溶酶体中，溶酶体可参与分解衰老、损伤的细胞器 B．分离细胞器的方法是差速离心法，不同 pH 条件下酸性磷酸酶的活性一定不同 C．从鲫鱼组织中提取的酸性磷酸酶活性较低是因为重金属可破坏酶的空间结构使酶失 活 D．甲曲线酸性磷酸酶含量在 0～1.5 h 增加是溶酶体在蒸馏水中逐渐破裂的结果 解析：选 B 根据题干信息可知，酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶，说明其存在于溶酶体 中，另外，溶酶体是“消化车间”，可参与分解衰老、损伤的细胞器；分离细胞器的方法是 差速离心法，在最适 pH 下酶的活性最高，在最适 pH 两侧，存在酶的活性相同的两个不同的 pH；酸性磷酸酶的化学本质是蛋白质，重金属可使酶的空间结构遭到破坏从而使酶失活；把 溶酶体置于蒸馏水中，溶酶体会吸水膨胀破裂，释放所含的酶，故在 0～1.5 h 酸性磷酸酶 含量逐渐增加。 4．某同学为了验证酶的相关特性及其作用底物情况进行了三组实验：实验一，某大分 子物质甲与酶 1 混合，可得到中间产物乙；实验二，某大分子物质甲与酶 1 和酶 2 混合，可 得到小分子物质 a；实验三，某大分子物质甲与酶 2 混合，不能得到中间产物乙及小分子物 质 a。下列相关推理，错误的是( ) A．小分子 a 可能是大分子物质甲的基本组成单位 B．酶 2 的作用底物很可能是中间产物乙 C．由实验一和实验三可得出酶 1 具有专一性 D．由实验一、实验二和实验三不能得出酶具有高效性和温和性 解析：选 C 分析实验一和实验二可知，小分子物质 a 可能是大分子物质甲的基本组成 单位。结合实验一、实验二和实验三进行分析，酶 1 的作用底物是大分子物质甲，而酶 2 的作用底物不是大分子物质甲，酶 2 的作用底物很可能是中间产物乙。结合实验一和实验三 进行分析可知，酶 1 的作用底物是大分子物质甲，但未涉及酶 1 对应的第二种底物，故不能 推测酶 1 具有专一性。三组实验均未涉及无机催化剂，以及温度和 pH 等影响酶活性的因素， 故不能得出酶具有高效性和温和性的结论。 5．酶是具有生物催化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为 底物，底物通过酶的催化转化为其他分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提 高效率。请回答下列问题： (1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放，是因为细胞内具有 系统， 组成该系统的结构具有的功能特性是 。茶叶细胞中也存在众多种类的酚类物质 与 酚 氧 化 酶 。 绿 茶 制 取 过 程 中 必 须 先 进 行 热 锅 高 温 炒 制 ， 这 一 过 程 的 目 的 是 ________________________________________________________________________。 (2)茶树的 Rubicon 酶在 CO2 浓度较高时催化 C2 与 CO2 反应，Rubicon 酶的存在场所 为 ；该酶具有“两面性”，在 O2 浓度较高时催化 C2 与 O2 反应，产物经一系 列变化后到线粒体中会产生 CO2，其“两面性”与酶的 (特性)相矛盾。 (3)如图曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时间，再在酶活性最高的温度下测其残 余酶活性，由图可得出： ________________________________________________________________________。 为了验证这一结论，请以耐高温的纤维素分解酶为实验材料，比较在低温和最适温度下 储 存 对 酶 活 性 的 影 响 ， 写 出 实 验 设 计 思 路 ： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)酚氧化酶与酚类底物在细胞中能实现分类存放，是因为细胞内具有生物膜系 统，生物膜的功能特性是选择透过性。绿茶制取过程中必须先进行热锅高温炒制，这一过程 的目的是高温使酚氧化酶失活。(2)茶树的 Rubicon 酶在 CO2 浓度较高时催化 C2 与 CO2 反应， 该反应属于暗反应中的物质变化，因此 Rubicon 酶的存在场所为叶绿体基质；该酶具有“两 面性”，在 O2 浓度较高时，该酶催化 C2 与 O2 反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生 CO2，其“两面性”与酶的专一性相矛盾。(3)题图曲线表示将酶在不同温度下保温足够长时 间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，由图可得出酶在较低温度下储存活性受影响 小，在较高温度下储存活性受影响大。为了验证这一结论，可以将耐高温的纤维素分解酶分 别在低温和最适温度下储存足够长时间后，再在最适温度下测量其活性。 答案：(1)生物膜 选择透过性 高温使酚氧化酶失活 (2)叶绿体基质 专一性 (3)酶在较低温度下储存活性受影响小，在较高温度下储存活性受影响大 将耐高温的 纤维素分解酶分别在低温和最适温度下储存足够长时间后，再在最适温度下测量其活性 第 2 课时 光合作用与细胞呼吸(难点增分课) 一、选择题 1．(2016·四川高考)叶肉细胞内的下列生理过程，一定在生物膜上进行的是( ) A．O2 的产生 B．H2O 的生成 C．[H]的消耗 D．ATP 的合成 解析：选 A 叶肉细胞中 O2 的产生只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上；叶肉细胞中 H2O 的产生可以发生在线粒体内膜、核糖体、高尔基体等处；叶肉细胞中[H]的消耗可以发生在 线粒体内膜、叶绿体基质等处；叶肉细胞中 ATP 的合成可以发生在细胞质基质、线粒体基质、 线粒体内膜 、叶绿体类囊体薄膜上。 2．(2016·全国卷甲)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( ) A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中 B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用 D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的 解析：选 C 提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂如无水乙醇 中。叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物根细胞通过主动运输方式从土壤中吸收， 也可以在叶面施肥后由叶片吸收。叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用，其中吸收的主 要是可见光中的红光和蓝紫光，红外光和紫外光不属于可见光。叶绿素的合成需要光，在黑 暗条件下叶绿素不能合成，故黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡 萝卜素)的颜色，即幼苗叶片表现为黄色。 3．(2015·安徽高考)右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意 图。下列叙述正确的是( ) A．CO2 的固定实质上是将 ATP 中的化学能转变为 C3 中的化学能 B．CO2 可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类 C．被还原的 C3 在有关酶的催化作用下，可再形成 C5 D．光照强度由强变弱时，短时间内 C5 含量会升高 解析：选 C ATP 为 C3 的还原提供能量，并将能量转移到(CH2O)等有机物中，CO2 的固定 不需要能量。暗反应中，必须经过 CO2 的固定和 C3 的还原才能形成有机物。在暗反应中，一 部分 C3 经过一系列变化形成 C5，一部分 C3 被还原成(CH2O)等有机物。在 CO2 供应不变的情况 下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP 减少，导致 C3 的还原过程减弱，但此时 CO2 的固定仍在进行，故短时间内 C3 含量上升，C5 含量下降。 4．(2014·全国卷Ⅰ)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩 上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( ) A．O2 的产生停止 B．CO2 的固定加快 C．ATP/ADP 比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降 解析：选 B 黑暗处理后，光反应停止，O2 的产生停止。ATP 和 NADPH 是光反应的产物， 同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP 和 NADPH 的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产 生的 ADP 和 NADP＋增多。光反应产生的 ATP 和 NADPH 减少，使得暗反应产生的 C5 减少，CO2 的固定减慢。 5．(2016·天津高考)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后， 突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合 正确的是( ) A．红光，ATP 下降 B．红光，未被还原的 C3 上升 C．绿光，[H]下降 D．绿光，C5 上升 解析：选 C 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少。因此当突然 改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强，ATP、[H]、C5 含量上升，ADP、C3 含 量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱，ATP、[H]、C5 含量减 少，ADP、C3 含量增多。 6．(2015·福建高考)在光合作用中，RuBP 羧化酶能催化 CO2＋C5(即 RuBP)→2C3。为测 定 RuBP 羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化 C5 与 14CO2 的反应，并检 测产物 14C3 的放射性强度。下列分析错误的是( ) A．菠菜叶肉细胞内 RuBP 羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质 B．RuBP 羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行 C．测定 RuBP 羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法 D．单位时间内 14C3 生成量越多说明 RuBP 羧化酶活性越高 解析：选 B CO2＋C5(RuBP)―→2C3 为 CO2 的固定，属于光合作用中的暗反应过程。RuBP 羧化酶催化 CO2 的固定过程，发生的场所为叶绿体基质。CO2 的固定在有光和无光条件下都能 进行，所以 RuBP 羧化酶催化该过程在有光和无光条件下都可进行。对 CO2 中的 C 用同位素 14C 标记，可以追踪 C 元素的转移途径，这种方法是同位素标记法。单位时间内 14C3 生成量越 多，说明反应速率越快，即 RuBP 羧化酶的活性越高。 7．(2014·全国卷Ⅱ)关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是( ) A．磷酸是光反应中合成 ATP 所需的反应物 B．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与 C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供 D．病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量 解析：选 C 光合作用的光反应中有 ATP 的合成，需要原料 ADP 和磷酸。光合作用中叶 绿素吸收光能的过程与酶的催化作用无关。乳酸是无氧呼吸的产物，人体在剧烈运动时所需 的能量主要是由有氧呼吸提供的，因此人体在剧烈运动时所需要的能量由葡萄糖分解提供。 病毒无独立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。 8．(2014·天津高考)下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是 ( ) A．过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行 B．过程①产生的能量全部储存在 ATP 中 C．过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自 H2O D．过程①和②中均能产生[H]，二者还原的物质不同 解析：选 D 过程①②分别表示有氧呼吸和光合作用。若题中所述细胞为真核细胞，则 过程①进行的场所是细胞质基质和线粒体，过程②只发生在叶绿体中；若题中所述细胞为原 核细胞，则过程①②均发生在细胞质中；过程①通过有氧呼吸氧化分解有机物释放的能量大 部分以热能的形式散失，只有小部分储存在 ATP 中；过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自 CO2， 而不是 H2O；过程②通过光反应产生的[H]，用于暗反应还原 C3，而有氧呼吸第一、二阶段产 生的[H]，用于第三阶段还原 O2，生成 H2O，因此二者还原的物质不同。 9．(2015·重庆高考)将下图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下，细胞 内外的 CO2 和 O2 浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( ) A．黑暗条件下，①增大、④减小 B．光强低于光补偿点时，①、③增大 C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变 D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大 解析：选 B 图示细胞为水稻叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器中，该细胞不进行光 合作用，只进行细胞呼吸，吸收 O2，放出 CO2，因此①增大、④减小。光强低于光补偿点时， 光合作用和细胞呼吸同时进行，但细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞吸收 O2，放出 CO2， 此时在密闭容器中①增大、③减小。光强等于光补偿点时，细胞呼吸强度等于光合作用强度， 因此细胞吸收 O2 速度等于放出 CO2 速度，即②、③保持不变。光强等于光饱和点时，光合作 用强度最大，细胞光合作用吸收 CO2 速度大于细胞呼吸作用吸收 O2 的速度，因此②减小、④ 增大。 10．(2016·四川高考)三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。下图是三倍体 西瓜叶片净光合速率(Pn，以 CO2 吸收速率表示)与胞间 CO2 浓度(Ci)的日变化曲线，以下分 析正确的是( ) A．与 11：00 时相比，13：00 时叶绿体中合成 C3 的速率相对较高 B．14：00 后叶片的 Pn 下降，导致植株积累有机物的量开始减少 C．17：00 后叶片的 Ci 快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率 D．叶片的 Pn 先后两次下降，主要限制因素分别是 CO2 浓度和光照强度 解析：选 D 与 11：00 时相比，13：00 时 CO2 浓度低，叶绿体中合成 C3 的速率和 C3 含 量均相对较低。14：00 后叶片的 Pn(净光合速率)下降，但仍然大于 0，故植株积累有机物 的量继续增加。17：00 后叶片的 Ci(胞间 CO2 浓度)快速上升，但光照减弱，光反应为暗反 应提供的[H]和 ATP 减少，导致暗反应速率降低。叶片的 Pn(净光合速率)先后两次下降，第 一次下降的主要原因是叶片气孔关闭，CO2 浓度降低，导致暗反应受阻；第二次下降的主要 原因是光照强度减弱，使光反应减弱。 二、非选择题 11．(2016·浙江高考)下面是关于植物光合作用的问题。请回答： (1)光反应发生在叶绿体的____________中，H2O 在光反应中裂解为________________。 (2)若以 14CO2 作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含 14C 的三碳化合物 是 。该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的 等物质存在的情况下， 被还原为三碳糖磷酸。 (3) 给 某 植 物 提 供 C18O2 和 H2O ， 释 放 的 氧 气 中 含 有 18O 。 氧 气 中 含 有 18O 是 由 于 ________________________________________________________________________， H18 2 O 又作为原料参与了光合作用之故。 (4)植物光合作用光饱和点可通过测定不同 下的光合速率来确定。在一定条 件下，某植物在温度由 25 ℃降为 5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充 足时的光合作用最适温度 (填“＜”“≤”“＝”“≥”或“＞”)25 ℃。 解析：(1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜中，H2O 在光反应中裂解为 H＋、O2 和电子。 (2)卡尔文循环中首先是 1 分子 CO2 在酶的催化作用下与 1 分子五碳糖(RuBP)结合，形成 1 个六碳分子，这个六碳分子随即分解成 2 个三碳酸分子(即 3磷酸甘油酸)。然后每个三碳 酸分子接受来自 NADPH 的氢和 ATP 的磷酸基团形成三碳糖磷酸。(3)给某植物提供 C18O2 和 H2O， 光合作用过程中 18O 的去路是 6C18O2＋12H2O―→C6H18 12O6＋6O2＋6H18 2 O，其中产物 H18 2 O 又作为光反 应的原料，在水的光解中产生 18O2。(4)光饱和点是指达到最大光合速率时的最低光强度，因 此测定光饱和点时需要测定在不同光强度下的光合速率。在一定条件下，某植物在温度由 25 ℃降为 5 ℃的过程中，光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时光合作用的最适 温度应该不低于 25 ℃。 答案：(1)类囊体膜 H＋、O2 和电子 (2)三碳酸 磷酸基团 (3)C18O2 中的部分氧转移 到 H18 2 O 中 (4)光强度 ≥ 12．(2016·全国乙卷)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种 植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照， 其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光 照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收 CO2 的量)，光合作用强度随 光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题： (1) 据 图 判 断 ， 光 照 强 度 低 于 a 时 ， 影 响 甲 组 植 物 光 合 作 用 的 限 制 因 子 是 。 (2)b 光 照 强 度 下 ， 要 使 甲 组 的 光 合 作 用 强 度 升 高 ， 可 以 考 虑 的 措 施 是 提 高 (填“CO2 浓度”或“O2 浓度”)。 (3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养 T 时间后，再测定植 株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到 的初步结论是______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于 a 时，随光照强度的增 加，光合作用强度逐渐升高，说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据图 示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于 b 时，随光照强度的增加，光合作用强度不变， 说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的 CO2，故提高 CO2 浓度可 使 b 光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物， 只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在 模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环 境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的。 答案：(1)光照强度 (2)CO2 浓度 (3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低 光照引起的，而非遗传物质的改变造成的 13．(2016·全国丙卷)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对 A 品种小麦光合 作用的影响，某研究小组将生长状态一致的 A 品种小麦植株分为 5 组，1 组在田间生长作为 对照组，另 4 组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和 CO2 浓度等条件与对照组 相同。于中午 12：30 测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示： 对照组 实验组一 实验组二 实验组三 实验组四 实验 处理 温度( ℃) 36 36 36 31 25 相对湿度(%) 17 27 52 52 52 实验 结果 光合速率(mg CO 2·dm－2·h－1) 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 回答下列问题： (1) 根 据 本 实 验 结 果 ， 可 以 推 测 中 午 时 对 小 麦 光 合 速 率 影 响 较 大 的 环 境 因 素 是 ，其依据是 ；并可推测， (填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。 (2)在实验组中，若适当提高第 组的环境温度能提高小麦的光合速率，其 原因是 。 (3)小麦叶片气孔开放时，CO2 进入叶肉细胞的过程 (填“需要”或“不 需要”)载体蛋白， (填“需要”或“不需要”)消耗 ATP。 解析：(1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对 湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度 的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿 度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午 休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高 6 ℃，光合速率有所提高，说明实 验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的 光合速率。(3)CO2 进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗 ATP。 答案：(1)湿度(或相对湿度) 在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大 (其他合理答案可酌情给分) 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温 度(其他合理答案可酌情给分) (3)不需要 不需要 [第一步 掌握原理、准确析图，提高图文转换能力——明确是什么] 1．光合作用与细胞呼吸过程图解(填空) (1)物质转变过程： ①物质名称：a：叶绿素，b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h： C3。 ②生理过程及场所： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 生理 过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段 场所 叶绿体类 囊体薄膜 叶绿体 基质 细胞质 基质 线粒体 基质 线粒体 内膜 (2)相应元素转移过程分析： (3)能量转换过程： 2．外界条件变化时，C5、C3、[H]、ATP 等物质的量的变化模式图(填空) (1)光照强度变化： (2)CO2 浓度变化： 3.影响光合作用的三大因素曲线分析(填空) (1)光照强度：(如图 1) ①原理：主要影响光反应阶段 ATP 和[H]的产生。 ②分析 P 点后的限制因素： 外因：温度、CO2 浓度 内因：色素的含量、酶的数量和活性 (2)CO2 的浓度：(如图 2) ①原理：影响暗反应阶段 C3 的生成。 ②分析 P 点后的限制因素： 外因：温度、光照强度 内因：酶的数量和活性 (3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图 3)。 4．自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析(填空) (1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线： ①开始进行光合作用的点：b。 ②光合作用与呼吸作用相等的点：c、e。 ③开始积累有机物的点：c。 ④有机物积累量最大的点：e。 (2)密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线： ①光合作用强度与呼吸作用强度相等的点：D、H。 ②该植物一昼夜表现为生长，其原因是Ⅰ点低于 A 点，说明一昼夜密闭容器中 CO2 浓度 减小，即光合作用>呼吸作用，植物生长。 5．液滴移动法测定光合速率与呼吸速率(填空) (1)测定装置： (2)测定方法及解读： ①测定呼 吸速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度 NaOH 溶液用于吸收 CO2 b.玻璃钟罩暗处理，以排除光合作用干扰 c.置于适宜温度环境中 d.红色液滴单位时间向左移动的距离 代表呼吸速率 ②测定净 光合速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度的 NaHCO3 溶液， 用于保证容器内 CO2 含量满足光合作用需求 b.必须给予光照处理，且温度适宜 c.红色液滴单位时间向右移动的距离 代表净光合速率 [第二步 明辨角度、掌握路径，找准解题切入点——知道为什么] 1．从[H]的角度掌握光合作用与细胞呼吸的关系 (1)[H]的来源、去路过程图解： (2)列表比较[H]的来源和去向： 生理过程 [H] 光合作用 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 来源 H2O 光解产生 第一、二阶段 第一阶段 去向 还原 C3 还原 O2，生成 H2O 还原丙酮酸 [典例 1] 右图表示生物细胞内[H]的转移过程，下列分析正确的是 ( ) A．①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着 ADP 的产生 B．②过程一定发生在叶绿体基质中，且必须在光下才能进行 C．真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与 D．无氧条件下④过程产生的[H]会在细胞中积累 [解析] ①过程表示光反应，可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着 ATP 的产生；②过程 通常表示光合作用的暗反应，故光不是必须条件，并且也可发生在没有叶绿体的原核细胞中， 此外，还有一些细菌通过化能合成作用可将二氧化碳和水合成(CH2O)，此过程既不需要光， 也没有叶绿体参与；真核细胞的③过程表示有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，且 必须有氧气参与；④过程表示呼吸作用第一阶段，无氧呼吸产生的[H]还原丙酮酸生成乳酸 或酒精和二氧化碳，不会造成细胞内[H]的积累。 [答案] C 2．从能量变化角度掌握光合作用与细胞呼吸的关系 (1)ATP 的来源、去向过程图解： (2)列表比较 ATP 的来源与去路： 生理过程 ATP 光合作用 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 来源 光反应产生 三个阶段都产生 只在第一阶段产生 去路 用于 C3 的还原 用于各项生命活动(植物的 C3 还原除外) [典例 2] 下面是 ATP 合成的相关过程，与此有关的说法正确的是( ) A．过程 1 是光合作用的光反应，过程 2 是细胞呼吸 B．过程 1 和过程 2 都有[H]的生成和消耗 C．ATP 在生物体内的能量来源不同，去向相同 D．ATP 在代谢旺盛的细胞中含量很高，以保证生命活动需要 [解析] 分析图解可以看出，过程 1 是光合作用的光反应，过程 2 是细胞呼吸；过程 1 中有[H]的生成但无[H]的消耗，光反应产生的[H]用于暗反应中三碳化合物的还原；ATP 在 生物体内的能量来源不同，可以来自光能，还可以来自有机物氧化分解释放的化学能，去向 不同，ATP 中活跃的化学能可以转换为光能、机械能、电能和主动运输的渗透能等；ATP 在 生物体中含量很少，在代谢旺盛的细胞中转化速度非常快，以保证生命活动需要。 [答案] A 3．从元素转移角度掌握光合作用与细胞呼吸的联系 (1)光合作用与细胞呼吸过程图解： (2)较强光照下，放射性元素示踪情况总结： 提供的标记物 最先出现放射性的物质 最终出现放射性的物质 18O2 水(①途径) ①→水→②→二氧化碳 →⑧→⑤→三碳化合物→葡 萄糖等有机物→③→丙酮酸 H18 2 O 氧气(④途径) 水(蒸腾作用) ④→氧气→⑦→①→水 →②→二氧化碳→⑧→⑤→ 三碳化合物→葡萄糖等有机 物→③→丙酮酸 C18O2 三碳化合物(⑤途径) (一)⑤→三碳化合物→葡萄 糖等有机物→③→丙酮酸； (二)⑤→水→⑥→④→氧气 14CO2 三碳化合物(⑤途径) ⑤→三碳化合物→葡萄糖等 有机物→③→丙酮酸 注意：对 18O 的示踪分析要特别注意题目中的要求。如果分析“首先出现在”“短时间 出现在”，一般是要求我们分析第一步反应，不必沿箭头所指路线过多分析；如果是分析“在 哪些物质中出现”，则需要我们沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来。 [典例 3] 下列是几个放射性同位素示踪实验，对其结果的叙述错误的是( ) A．提供 15N 标记的氨基酸给细胞，粗面内质网上的核糖体和游离核糖体均将出现放射性 B．给水稻提供 14CO2，则 14C 的转移途径大致是：14CO2→14C3→(14CH2O) C．给水稻提供 C18O2，则产生 18O2 必须依次经历光合作用、有氧呼吸、再一次光合作用 D．小白鼠吸入 18O2，则在其尿液中可以检测到 H18 2 O，呼出的二氧化碳也可能含有 18O [解析] 粗面内质网上的核糖体和游离的核糖体都是将氨基酸合成蛋白质的场所；光合 作用暗反应中 C 原子的转移途径是 CO2→C3→(CH2O)；给水稻提供 C18O2，经光合作用会产生 H18 2 O，H18 2 O 再参与光反应即可产生 18O2；小白鼠只能进行呼吸作用，吸入 18O2 后，经有氧呼吸 第三阶段可产生 H18 2 O，H18 2 O 参与有氧呼吸第二阶段，可以产生 C18O2。 [答案] C 4．从温度变化对光合作用和细胞呼吸的影响角度分析 (1)如右图所示，在一定温度范围内(A 点之前)，适当升高温度， 与光合作用有关的酶活性增加较快，而与细胞呼吸有关的酶活性增 加较慢，故有利于光合作用的进行。当温度较高时(A 点之后到细胞 呼吸酶的最适温度之前)，与细胞呼吸有关的酶活性增加较明显，而 与光合作用有关的酶活性反而会下降。一般地说，同种植物光合作用的最适温度要低于细胞 呼吸的最适温度。此外，图中两条曲线的交点处净光合速率为 0。 (2)适当增加昼夜温差，提高植物白天的光合速率，降低晚上的呼吸速率，则一天内有 机物积累量增加，有利于植物的生长。 [典例 4] 在其他条件均适宜的情况下，不同温度条件下某植物的净光合速率和呼吸速 率变化如图所示。下列相关叙述错误的是( ) A．40 ℃时，该植物的光合速率与呼吸速率相等 B．该植物呼吸作用的最适温度高于光合作用的最适温度 C．20 ℃时因某种原因部分气孔突然关闭，则三碳化合物的含量增大 D．20 ℃与 37 ℃条件下单位时间内有机物积累量相等，37 ℃时光反应产生的[H]多于 20 ℃ [解析] 40 ℃时有机物的积累量为 0，光合速率与呼吸速率相等。图中在 40 ℃左右时， 呼吸作用消耗的有机物最多，则呼吸作用的最适温度为 40 ℃左右；30 ℃时，净光合作用 速率(单位时间内有机物积累量)＋呼吸作用速率(单位时间内有机物消耗量)的值最大，故光 合作用的最适温度为 30 ℃。20 ℃时因某种原因部分气孔突然关闭，影响了二氧化碳的固 定过程，则三碳化合物的生成量减少，但其还原过程正常进行，故三碳化合物的含量减少。 20 ℃与 37 ℃条件下单位时间内有机物积累量相等，由于 20 ℃时的细胞呼吸强度小于 37 ℃， 因此 37 ℃时的光合作用强度大于 20 ℃，则 37 ℃时单位时间内光反应产生的[H]多于 20 ℃。 [答案] C 5．从光合速率与呼吸速率之间的关系角度分析 (1)图解光合速率与呼吸速率的关系： 图 1 图 2 (2)图示分析： ①图 1 中三种速率的表示方法和测定方法： 项目 表示方法 测定方法 净光合速率(又称表观光合速 率) 单位时间 O2 的释放量、CO2 的 吸收量、有机物的积累量 光照下测定植物吸收 CO2 或释 放 O2 量 真正光合速率(又称实际光合 速率) 单位时间 O2 的产生量、CO2 的 固定量、有机物的制造量 — 呼吸速率(黑暗中测量) 单位时间 CO2 的释放量、O2 的 吸收量、有机物的消耗量 黑暗下测定植物 CO2 释放量或 O2 吸收量 ②图 2 中面积与合成、消耗有机物的关系： S1＋S3：呼吸作用消耗有机物量； S2＋S3：光合作用产生有机物总量； S2－S1：O－D 时，光合作用净积累有机物量。 [典例 5] 如图表示一株生长迅速的植物在夏季 24 h 内 CO2 的吸收量和释放量，光合速 率和呼吸速率用单位时间内 CO2 的吸收量和 CO2 的释放量表示(图中 A、B、C 表示相应图形的 面积)。下列表述不合理的是( ) A．在 18：00 和 6：00 时，该植物光合强度与呼吸强度相等 B．假设该植物在 24 h 内呼吸速率不变，最大光合速率为 85 mg/h C．该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为 A＋C－B D．中午 12：00 左右，叶片上部分气孔关闭，光合速率下降，与植物光合速率最大时相 比，此时该植物叶绿体内 C5 的含量下降 [解析] 由图可知，在 18 时和 6 时，植物表现为既不吸收 CO2，也不释放 CO2，即光合 强度与呼吸强度相等；黑暗状态下 CO2 释放量为呼吸速率，约为 10 mg/h，净光合速率最大 为 75 mg/h，故最大光合速率为 85 mg/h；一昼夜的有机物积累量为 A＋C－B；中午 12 时， 气孔关闭导致 CO2 供应不足，CO2 固定减弱，C5 消耗减少，故 C5 含量相对上升。 [答案] D [第三步 全析题型、点拨技巧，高考百变难离其宗——学会怎么做] 对应学生用书 P21 光补偿点、光饱和点及其移动问题 1．光补偿点的两种生理状态 (1)整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。 (2)叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。 2．环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系 (1)光补偿点的移动： ①呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。 ②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。 (2)光饱和点的移动：相关条件的改变(如增大 CO2 浓度)使光合速率增大时，光饱和点 C 应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。 [例 1] 已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为 25 ℃ 和 30 ℃，右图表示 30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到 25 ℃(原光照强度和 CO2 浓度不变)，理论上图中相应点 a、b、d 的移动 方向分别是( ) A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移 C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移 [分析] 图中 a、b、d 三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作 用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为 25 ℃和 30 ℃”可知，当温度从 30 ℃降到 25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a 点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d 点)时吸收的 CO2 增多，d 点上移。b 点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在 25 ℃时细胞 呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然 与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即 b 点左移。 [答案] C 光合速率的测定问题 1．叶圆片称重法 [实验原理] 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化 量测定光合速率(S 为叶圆片面积)。 净光合速率＝(z－y)/2S； 呼吸速率＝(x－y)/2S； 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 [例 2] 某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环 剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为 1 cm2 的叶圆片烘干后称其重量，M 处的实验条件是下午 16 时后将整个实验装置遮光 3 小时， 则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的 影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)( ) A．(3y－2z－x)/6 B．(3y－2z－x)/3 C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3 [分析] 分析题意可知，上午 10 时到下午 16 时之间的 6 个小时，植物既进行光合作用， 也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率＝净光合作用量/6 ＝(y－x)/6；而 M 处的实验条件是下午 16 时后将整个实验装置遮光 3 小时，此时叶片只进 行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此总光合速率＝净光合速率＋呼吸速 率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。 [答案] A 2．半叶法 [实验原理] 将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光 下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间 后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为 MA、MB，开始时 二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为 光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。 [例 3] 某研究小组采用“半叶法”对番茄叶的光合速率进行测 定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当 的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射 6 小时后，在 A、B 的对应部位截 取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为 MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合 速率，其单位是 mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题： (1)MA 表示 6 小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB 表示 6 小时后 (________)＋(__________)－呼吸作用有机物的消耗量。 (2)若 M＝MB－MA，则 M 表示______________________________________________。 (3)总光合速率的计算方法是_________________________________________。 (4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。 [分析] 叶片 A 部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片 B 部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB 表示 6 小时后 叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA 表示 6 小时后叶片 初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则 MB－MA 就是光合作用 6 小时干物质的生成量(B 叶 片被截取部分在 6 小时内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算总光合速率，即 M 值除 以时间再除以面积。 [答案] (1)叶片初始质量 光合作用有机物的总产量 (2)B 叶片被截取部分在 6 小时 内光合作用合成的有机物总量 (3)M 值除以时间再除以面积，即 M/(截取面积×时间) (4) 将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中 保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率 3．黑白瓶法 [实验原理] “黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合 作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的 是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： 规律 1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量； 白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 规律 2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光 合作用量。 [例 4] 下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水 体中，初始平均 O2 浓度与 24 小时后平均 O2 浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是( ) 水深(m) 1 2 3 4 白瓶中 O2 浓度(g/m2) ＋3 ＋1.5 0 －1 黑瓶中 O2 浓度(g/m2) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5 A．水深 1 m 处白瓶中水生植物 24 小时产生的 O2 为 3 g/m2 B．水深 2 m 处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率 C．水深 3 m 处白瓶中水生植物不进行光合作用 D．水深 4 m 处白瓶中藻类植物产生 ATP 的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体 [分析] 根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行 光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的 呼吸消耗量。由表中数据可知，在水深 1 m 处白瓶中水生植物产生的 O2 量＝3＋1.5＝ 4.5(g/m2)。水深 2 m 处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/(m2·d)]，呼吸速率为 1.5 g/(m2·d)。水深 3 m 处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量，即 1.5 g/m2。水 深 4 m 处白瓶中藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生 ATP 的场所是 叶绿体、细胞质基质和线粒体。 [答案] D 连续光照与交替光照类问题 1．光合作用中的光反应和暗反应是在不同酶的催化作用下相对独立进行的。一般情况 下，光反应的速率比暗反应快，在连续光照条件下，光反应产生的[H]和 ATP 不能及时被暗 反应消耗，暗反应抑制了光反应的进行，限制了光合作用的速率，降低了光能利用率。 2．在光照和黑暗交替进行的条件下，光反应刚停止时暗反应仍可进行一段时间，光反 应产生的[H]和 ATP 可以被暗反应充分利用，从而提高了光能利用率。 [例 5] (2015·全国卷Ⅰ)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生 长状态相同的某种植物为材料设计了 A、B、C、D 四组实验。各组实验的温度、光照强度和 CO2 浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为 135 s，处理结束时测定各组材 料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A 组：先光照后黑暗，时间各为 67.5 s；光合作用产物的相对含量为 50%。 B 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 7.5 s；光合作 用产物的相对含量为 70%。 C 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 3.75 ms(毫秒)； 光合作用产物的相对含量为 94%。 D 组(对照组)：光照时间为 135 s；光合作用产物的相对含量为 100%。 回答下列问题： (1)单位光照时间内，C 组植物合成有机物的量______(填“高于”“等于”或“低 于”)D 组植物合成有机物的量，依据是_________________________________________； C 组和 D 组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要____________，这些反应发生 的部位是叶绿体的__________________________________________________________。 (2)A 、 B 、 C 三 组 处 理 相 比 ， 随 着 __________________ 的 增 加 ， 使 光 下 产 生 的 ____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中 CO2 的同化量。 [分析] (1)C 组与 D 组相比，C 组的光照总时间为 D 组的一半，而光合作用产物接近 D 组的光合作用产物，说明 C 组在单位光照时间内合成有机物的量高于 D 组，从而也说明光合 作用的有些过程不需要光照，这些过程属于暗反应，发生在叶绿体基质中。(2)A、B、C 三 组中光照与黑暗交替频率依次增加，而三组的光合作用产物也依次增加，说明随着光照与黑 暗交替频率的增加，光反应产生的还原型辅酶Ⅱ和 ATP 能被充分利用与及时再生，从而产生 了更多的有机物。 [答案] (1)高于 C 组只用了 D 组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是 D 组的 94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP 和还原型辅酶Ⅱ 有关光合作用计算的问题 1．物质的量换算法 根据光合作用总化学方程式：6CO2＋12H2O――→叶绿体 光照 C6H12O6＋6O2＋6H2O，可知： 绿叶吸收 CO2 的量∶释放 O2 的量∶合成 C6H12O6 的量＝6∶6∶1，因此，已知绿叶吸收的 CO2 的量(m)或释放的 O2 的量(n)，就可以迅速求出 C6H12O6 的量(w)或质量(G)。即：w＝m/6＝ n/6，G＝(m/6)×180＝30m。 注：此处的“量”指的是“物质的量”。 2．线段分析计算法 在绿叶圆片的称干重实验或黑白瓶实验中，有时会出现总光合速率与净光合速率相混淆 的情况，极易出错，如果使用线段分析计算的方法，问题就变得简单多了。 [例 6] 将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干，分组进行如下实验。已知叶片实验 前，在不同温度下分别暗处理 1 h，测其质量变化，立即再光照 1 h(光照强度相同)，再测 其质量变化，得到如下结果： 组别 甲 乙 丙 丁 温度(℃) 27 28 29 30 暗处理后质量变化(mg) －1 －2 －3 －1 光照后与暗处理前质量变化(mg) ＋3 ＋3 ＋3 ＋1 参与光合作用的酶的最适温度约为________，温度为 30 ℃时叶片总光合速率为 ________。 [分析] 解答本题的关键是明白光照后的净光合作用量是从 暗处理之后开始积累的，而题目已知的条件是光照后与暗处理前 质量的变化，直接计算总光合速率时很容易错把净光合作用量当成总光合作用量。而用线段 分析计算法就不会犯此错误了。假设暗处理前(A 点)叶圆片的质量为 W，暗处理 1 h 后(AB 段)的质量变化为 M，即呼吸速率；再给 1 h 光照(CE 段)叶圆片积累的总量是 N，即净光合 速率，则光照后与暗处理前(DE 段)的质量变化为 X＝N－M，线段关系如上图所示，所以净光 合速率(N)＝X＋M，总光合速率＝X＋2M。上图可以转换成： 组别 甲 乙 丙 丁 温度(℃) 27 28 29 30 净光合速率(mg/h) 4 5 6 2 总光合速率(mg/h) 5 7 9 3 因此，参与光合作用的酶的最适温度约为 29 ℃；温度为 30 ℃时叶片总光合速率为 3 mg/h。 [答案] 29 ℃ 3 mg/h 3．利用坐标曲线计算 在已知光合速率与自变量的关系表格的情况下，要求我们计算出未列出表格内的数据。 这时我们可以利用表格数据作坐标曲线，然后再根据曲线的变化规律求出未列入表格中的数 据。 [例 7] 在一定浓度的 CO2 和适当的温度条件下，测定某双子叶植物叶片在不同光照条 件下的光合速率，结果见下表。表中负值表示 CO2 释放量，正值表示 CO2 吸收量。 光照强度(klx) 1.0 3.0 5.0 7.0 8.0 10.0 光合速率[CO2 mg/ (100 cm2 叶·h)] －2.0 ＋2.0 ＋6.0 ＋10.0 ＋12.0 ＋12.0 回答下列问题： (1)该植物叶片的呼吸速率是__________[CO2 mg/(100 cm2 叶·h)]。 (2)在光照强度为________klx 时，该植物叶片光合作用合成量和呼吸作用消耗量相等。 [分析] 在回答绿叶呼吸速率时，首先要根据表格中的数据绘制坐标曲线，然后将曲线 延长至与纵轴相交，交点所代表的值即呼吸速率；另外，曲线在 2 klx 时与横轴相交，说明 此时的呼吸速率与光合速率相等。 [答案] (1)4 (2)2 4．还原光合作用或细胞呼吸曲线进行计算 在只给定了曲线的情况下，要根据图示条件去计算时，往往可以通过还原未知问题的曲 线来回答。 [例 8] 以测定的 CO2 吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞 呼吸的影响，结果如下图所示。下列分析正确的是( ) A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与 30 ℃时的相等 B．光照相同时间，在 20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多 C．温度高于 25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等 [分析] 在此题中只提供了绿叶在光照下的净光合速率和黑暗下的呼吸速率，如题图 所示。如何知道绿叶在不同温度下的总光合速率呢？我们可以利用总光合速率＝呼吸速率＋ 净光合速率还原出总光合速率的曲线(如右图所示)，再来回答题中问题就非常容易了。当然， 在只提供了总光合速率和净光合速率曲线的情况下，同样可以利用此方法还原出呼吸速率的 曲线。依此类推，在已知总光合速率和呼吸速率曲线的情况下可还原出净光合速率曲线，然 后依照题目所提出的问题进行解答、计算。 [答案] A [课后加餐训练(一)] 一、选择题 1．下列关于细胞呼吸的叙述，正确的是( ) A．细胞质基质中的[H]最终都被氧化释放大量能量 B．细胞中 ATP/ADP 的值下降可促进细胞呼吸 C．细胞呼吸过程中释放的能量大部分用于合成 ATP D．检测是否产生 CO2 可判断酵母菌是否进行有氧呼吸 解析：选 B 在无氧呼吸过程中，细胞质基质中的[H]与丙酮酸反应不释放能量；ATP/ADP 的值下降说明 ATP 含量相对减少，可促进细胞呼吸；细胞呼吸过程中产生的能量大部分以热 能形式散失；酵母菌无氧呼吸和有氧呼吸都产生 CO2。 2．下图表示生物体内的部分物质代谢过程。对这一示意图的解释正确的是( ) A．在人体内，①、②过程可在同一细胞中完成 B．在人的细胞质基质中含有③、⑤过程所需的酶 C．在乳酸菌体内，当④过程加强时，⑤过程会减弱 D．在细胞内发生的④过程不需要 H2O 作反应物 解析：选 B 在人体内，①过程发生在消化道中，②过程主要发生在肝细胞中；人的细 胞质基质中可完成无氧呼吸生成乳酸的过程；乳酸菌是厌氧菌，只能进行无氧呼吸，不发生 ④过程；④过程的发生需要 H2O 作反应物。 3．下列关于呼吸作用原理的应用，正确的是( ) A．在夜间适当降低温度，可以提高温室蔬菜的产量 B．水果贮存时，充入 N2 和 CO2 的目的是抑制无氧呼吸，延长水果的贮存时间 C．包扎伤口时，需选用松软的创可贴，否则破伤风杆菌容易感染伤口表面并大量繁殖 D．提倡慢跑等有氧运动的原因之一是体内不会因剧烈运动产生大量酒精对细胞造成伤 害 解析：选 A 蔬菜在夜间只进行呼吸作用不进行光合作用，适当降低温度能减少细胞呼 吸对有机物的消耗，从而提高蔬菜产量。水果贮存时充入 N2 和 CO2 的目的是抑制有氧呼吸， 从而延长贮存时间。破伤风杆菌属于厌氧型细菌，容易在伤口深处繁殖。慢跑可以使细胞进 行有氧呼吸，人体细胞无氧呼吸会产生乳酸而不是酒精。 4．下列关于高等植物光合作用中 C3 和 C5 的叙述，错误的是( ) A．C5 固定 CO2 形成 C3 的场所是叶绿体类囊体薄膜 B．一个 CO2 分子被 C5 固定后会形成两个 C3 分子 C．外界条件改变使 C3 增多时，短时间内 C5 会减少 D．被还原的 C3 可在酶的作用下再形成 C5 解析：选 A C5 固定 CO2 形成 C3 的场所不是叶绿体类囊体薄膜，而是叶绿体基质。一个 CO2 分子被 C5 固定后，很快形成两个 C3 分子。外界条件改变使 C3 增多，则短时间内 C5 会减少。 一些接受能量并被还原的 C3 经过一系列变化形成糖类，另一些接受能量并被还原的 C3 则经 过一系列的化学变化，又形成 C5。 5．将一组小麦培养于含 C18O2 的空气中，将另一组小麦培养于含 18O2 的空气中，正常生 长一段时间，两组最先出现含放射性氧的化合物依次是( ) A．葡萄糖和 CO2 B．C3 和水 C．C5 和水 D．C3 和丙酮酸 解析：选 B C18O2 首先与 C5 结合，形成 C3；而 18O2 首先与[H]结合生成水，所以两组的放 射性分别最先出现于 C3 和水中。 6．进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中 ADP 的含量相对稳定，在 a 点时突然停止 光照，下列能表示叶绿体中 ADP 含量变化的曲线是( ) 解析：选 B 突然停止光照，则光反应停止，ADP 和 Pi 生成 ATP 的过程受阻，ADP 的含 量先上升，上升至一定程度后保持相对稳定。 7．如图甲为 25 ℃时小麦光合作用速率随光照强度变化的曲线，图乙为小麦细胞内光 合作用和呼吸作用相关酶的活性与温度的关系，下列说法错误的是( ) A．A 点可代表小麦呼吸作用的强度 B．C 点时限制光合速率的因素不再是光照强度，很可能是 CO2 浓度 C．光合作用酶的最适温度与呼吸作用酶的最适温度不相同 D．当温度从 25 ℃升高到 30 ℃时，B 点将左移 解析：选 D A 点时光照强度为 0，小麦只进行呼吸作用，故 A 点可代表小麦呼吸作用 的强度。C 点为光饱和点，限制因素可能是温度和 CO2 浓度，由于此时温度为光合作用的最 适温度，故限制因素应该是 CO2 浓度。由图乙可知，光合作用的最适温度为 25 ℃，呼吸作 用的最适温度为 30 ℃。B 点时，光合速率＝呼吸速率，当温度从 25 ℃升高到 30 ℃时，呼 吸速率加快，而光合速率减弱，故只有提高光照强度光合速率才能与呼吸速率相等，B 点将 右移。 8．玉米与其他植物间行种植称为间作，单独种植称为单作。玉米与大豆间作可增产(已 知玉米株高大于大豆)。下图是玉米与大豆间作和玉米单作在不同光照强度下测得的玉米吸 收 CO2 的速率(假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同)。下列说法正确的是( ) A．光照强度为 a，玉米叶肉细胞中没有还原氢生成 B．光照强度为 b，影响两曲线的主要因素是 CO2 浓度 C．光照强度为 c，单作时玉米固定 CO2 的速率为 10 μmol·m－2·s－1 D．实验表明，超过一定光照强度，间作时玉米能更有效地利用光能增加产量 解析：选 D 分析曲线可知，光照强度为 a 时，叶肉细胞光合作用强度和细胞呼吸作用 强度相等，两者均产生还原氢；光照强度为 b，影响两曲线的主要因素是光照强度；光照强 度为 c，单作时玉米固定 CO2 的速率为 10＋5＝15 μmol·m－2·s－1；曲线表明超过 c 点光照 强度后，间作时玉米能更有效地利用光能增加产量。 9．有学者欲研究影响玉米根尖细胞线粒体耗氧速率的因素，按图示顺序依次向测定仪 中加入线粒体及相应物质，测定氧气浓度的变化，结果如图(注：图中呼吸底物是指在呼吸 过程中被氧化的物质)。下列分析正确的是( ) A．实验中加入的呼吸底物是葡萄糖 B．过程①没有进行有氧呼吸第三阶段 C．过程②比过程⑤耗氧速率低的原因可能是[H]不足 D．过程④比过程③耗氧速率低的主要原因是呼吸底物不足 解析：选 C 实验研究的是影响线粒体耗氧速率的因素，因此实验中加入的呼吸底物是 丙酮酸。过程①有氧气消耗，因此进行了有氧呼吸的第三阶段。加入呼吸底物后耗氧速率加 快，说明过程②耗氧速率低的原因可能是[H]不足。加入 ADP 后耗氧速率加快，说明过程④ 比③耗氧速率低的主要原因是 ADP 不足。 10．(2016·广州二模)下表是在适宜条件下测得某植物叶绿体色素吸收光能的情况，有 关分析错误的是( ) 波长(nm) 400 450 500 550 600 670 700 吸收光 能百分 比(%) 叶绿素 a 40 68 5 15 16 40 16 全部色素 75 93 50 35 45 75 35 A．O2 的释放速率变化与全部色素吸收光能百分比变化基本一致 B．由 550 nm 波长的光转为 670 nm 波长的光时，叶绿体中 C3 的量会增加 C．该植物缺乏 Mg 时，叶绿素 a 吸收的光能百分比的减少幅度更大 D．环境温度降低，该植物对光能的利用能力降低 解析：选 B 植物进行光合作用时，光反应阶段能吸收光能并产生[H]和 ATP，释放出 O2，因此在一定范围内，色素吸收利用光能越多，O2 释放量越大；当光波长由 550 nm 波长 的光转为 670 nm 波长的光时，植物吸收光能的百分比增加，光反应阶段加快，[H]和 ATP 增多，C3 的还原加快，因此 C3 的含量会减少；当植物缺乏 Mg 时，叶绿素 a 不能合成，因此 叶绿素 a 吸收光能的减少幅度更大；当环境温度降低时，酶的活性降低，植物对光能的利用 能力降低。 二、非选择题 11．某研究小组探究酸雨对大豆种子萌发时能量代谢的影响，实验在其他条件适宜的黑 暗环境中进行，种子中 ATP 含量和细胞呼吸速率的变化如下图所示。请回答： (1)ATP 是 细 胞 生 命 活 动 的 ________ 能 源 物 质 。 大 豆 种 子 萌 发 过 程 中 ， 通 过 ________________产生 ATP，满足其生命活动对能量的需求。 (2)酸雨会导致大豆种子萌发受阻。由图 1 可知，酸雨可能通过__________________阻 碍大豆种子萌发。由图 2 可知，总体上酸雨可能通过____________________阻碍大豆种子萌 发。 (3)结合图 1、图 2 分析，在实验开始的前 5 天，模拟酸雨________(填“促进”或“抑 制”)ATP 的合成。通过检测 ATP 的含量________(填“能”或“不能”)判断种子呼吸作用 的强度。 (4)为进一步探究种子萌发过程中是否进行了无氧呼吸，可用________试剂进行检测。 解析：(1)ATP 是细胞生命活动的直接能源物质，大豆种子可通过呼吸作用产生 ATP，以 满足其生命活动对能量的需求。(2)由图 1 可知，与 pH 为 7.0 相比，酸雨使 ATP 含量下降； 由图 2 可知，与 pH 为 7.0 相比，酸雨使细胞呼吸速率下降。(3)由图可知，5～7 天，ATP 含量下降，而细胞呼吸速率上升，可能的原因是 ATP 消耗量增加。(4)酒精的鉴别可用酸性 的重铬酸钾溶液，溶液颜色由橙色变为灰绿色。 答案：(1)直接 细胞呼吸(呼吸作用) (2)降低 ATP 含量 降低呼吸速率 (3)抑制 不能 (4)酸性的重铬酸钾 12.铁皮石斛为药用草本植物，图 1 为其叶肉细胞内的部分代谢过程；图 2 为某科研小 组测定的其在光照和黑暗条件下的 CO2 吸收速率，请回答下列问题： 图 1 图 2 (1)据图 1 分析，铁皮石斛进行光反应的场所是__________________，此过程把光能转 化为储存在________中的化学能。研究发现铁皮石斛叶片变黄过程中叶绿素的含量明显减 少，类胡萝卜素的含量基本不变，但黄叶基本不转化光能，由此推测________(色素)参与光 反应中能量的转化。 (2)铁皮石斛由光下进入暗处的短时间内叶肉细胞中 C5 的含量变化是________(填“增 加 ” 或 “ 减 少 ”) 。 据 图 2 分 析 ， 铁 皮 石 斛 不 同 于 一 般 植 物 的 特 点 是 ________________________ ； 但 其 在 黑 暗 中 并 不 能 产 生 糖 类 等 光 合 产 物 的 原 因 是 ________________________________________________________________________。 (3)实验人员研究发现铁皮石斛的气孔在暗处开放。综合题图和上述结果推测，铁皮石 斛在光照下吸收 CO2 不足，而暗处可以____________________________________________， 进而提高光合速率。 解析：(1)铁皮石斛在叶绿体的类囊体薄膜上进行光反应，此过程把光能转化为储存在 ATP 中的化学能。(2)铁皮石斛由光下进入暗处，光反应提供的[H]和 ATP 减少，则短时间内 生成 C5 的量减少而消耗量不变，故其含量减少。在黑暗中铁皮石斛仍从外界吸收 CO2，但在 黑暗中不能进行光反应，导致缺乏由光反应提供的 ATP 和[H]，使暗反应不能进行，故铁皮 石斛在黑暗中不能产生糖类等光合产物。(3)结合铁皮石斛在暗处气孔开放和图 2，可推测 铁皮石斛在光照下吸收 CO2 不足，而暗处可以吸收 CO2 并储存起来，为光照下进行光合作用 提供充足的 CO2，进而提高光合速率。 答案：(1)(叶绿体)类囊体薄膜 ATP 叶绿素 (2)减少 CO2 吸收速率始终大于零 黑 暗中没有光反应提供的 ATP 和[H] (3)吸收 CO2 并储存起来，为光照下进行光合作用提供充 足的 CO2 13.图甲表示在一定的光照强度和温度下，植物光合作用增长速率随 CO2 浓度变化的情 况。请回答下列问题： 甲 (1)图甲中在________点时光合速率达到最大值，此时限制光合速率的主要环境因素是 ________________________________________________________________________。 与 D 点相比，C 点叶绿体中[H]的含量________(填“较低”“相等”或“较高”)。 (2)从生长状况、部位相同的棉花叶片上剪出大小相同的若干叶圆片，均分成若干份。 抽取叶片细胞内的气体，然后置于不同浓度的 NaHCO3 溶液中，给予相同且适宜的光照等条 件(如乙图)。叶圆片进行光合作用释放氧气，部分氧气存在于叶肉细胞内和细胞间隙中，导 致叶圆片上浮。测量叶圆片上浮至液面所需时间，将记录结果绘成丙图。 ①该实验的目的是_____________________________________________________。 ② 分 析 图 丙 可 知 ， b 点 比 a 点 细 胞 内 的 C5 含 量 ________________________________________________________________________， c 点以后曲线上行，原因是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 乙 丙 (3)另取相同的叶圆片若干，平均分成甲、乙、丙三组。甲组立即烘干处理并测得叶圆 片干重为 A，乙组保持湿润且置于黑暗密闭装置内，丙组保持湿润且置于有适宜光照强度的 密闭装置内，一小时后，测得乙组叶圆片干重为 B，丙组叶圆片干重为 C。则叶片净光合速 率为________，实际光合速率为________(用 A、B、C)表示。 解析：(1)图甲中 A 点至 D 点光合速率一直增大，D 点时达到最大值。在 D 点时，限制 光合速率的因素不再是 CO2 浓度，而可能是光照强度或温度。与 D 点相比，C 点时 CO2 浓度较 低，消耗光反应产生的[H]较少，故[H]含量较高。(2)培养皿中的 NaHCO3 溶液可提供 CO2， 叶圆片上浮至液面的时间代表光合作用强度，上浮至液面时间越短，光合作用强度越大。实 验中的自变量是 NaHCO3 的浓度，因变量是叶圆片上浮到液面的时间，故此实验的目的是探 究 CO2 浓度对光合作用的影响。与 a 点相比，b 点 NaHCO3 浓度高，即 CO2 浓度高，消耗 C5 多， 此条件下 C5 含量较低。当 NaHCO3 浓度过高时，可能导致细胞失水，影响光合作用。(3)A－B 代表呼吸作用速率；C－A 代表一小时净积累有机物量，即净光合作用速率；实际光合作用 速率为(C－A)＋(A－B)＝C－B。 答案：(1)D 光照强度或温度 较高 (2)①探究 CO2 的浓度对光合作用的影响 ②低 NaHCO3 溶液浓度过大，导致细胞失水过 多，影响光合作用 (3)C－A C－B [课后加餐训练(二)] 一、选择题 1．下列有关细胞呼吸和光合作用的叙述，正确的是( ) A．酵母菌细胞的呼吸方式不同，产生 CO2 的场所也不同 B．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短 C．离体的叶绿体基质中添加 ATP、NADPH 和 CO2 后，不能完成暗反应 D．密闭玻璃容器中降低 CO2 供应，植物光反应不受影响但暗反应速率降低 解析：选 A 酵母菌细胞可以进行有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸产生 CO2 的场所是线 粒体基质，无氧呼吸产生 CO2 的场所是细胞质基质；与夏季相比，植物在冬季光合速率低的 主要原因是温度低；在叶绿体的基质中进行光合作用的暗反应，暗反应需要光反应的产物 ATP 和[H](即 NADPH)参与，因此，给离体的叶绿体基质提供 CO2，同时提供 ATP 和[H]，就能 完成暗反应；密闭容器中降低 CO2 供应，会引起 CO2 固定形成 C3 的速率降低，则 C3 的还原中 消耗光反应产物 ATP 和[H]的速率也降低，从而使光反应也受到影响。 2．微生物菌种常常在 0～4 ℃的低温下保藏。下列与微生物菌种保藏有关的说法，错 误的是( ) A．低温保藏有利于减少菌体内有机物的消耗 B．低温保藏可以减慢菌体繁殖的速度，减少变异的发生 C．低温保藏时菌体内酶蛋白分子的结构可能会受到破坏 D．低温保藏时菌体内 ATP 与 ADP 相互转化的速度会减慢 解析：选 C 低温抑制酶活性，呼吸作用速率下降，有机物的消耗减慢，ATP 与 ADP 的 相互转化速度也减慢；低温保藏可以减慢菌体的繁殖速度，菌体分裂次数减少，DNA 复制次 数下降，减少了变异的发生；低温时，酶蛋白活性受到抑制，但分子结构不会被破坏。 3．提取鼠肝脏细胞的线粒体为实验材料，向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸时，测得 氧的消耗量较大；当注入葡萄糖时，测得氧的消耗量较小；同时注入细胞质基质和葡萄糖时， 氧消耗量又较大。下列叙述中与实验结果不符合的是( ) A．有氧呼吸中，线粒体内进行的是第二、三阶段 B．线粒体内能分解丙酮酸，不能分解葡萄糖 C．葡萄糖能在细胞质基质内被分解成丙酮酸 D．水是在细胞质基质中生成的 解析：选 D 有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行， 第三阶段[H]与氧气结合生成水。 4．下列关于比值的说法正确的是( ) A．基因型为 Aa 的豌豆种群不断自交，A 基因频率与 a 基因频率的比值不断减小 B．人体剧烈运动时，机体的产热量/散热量不变 C．小麦根尖细胞进行呼吸作用时，O2 消耗量/CO2 产生量＝1 D．正在进行质壁分离的细胞，细胞内浓度/外界溶液浓度减小 解析：选 B 基因型为 Aa 的豌豆种群不断自交，正常情况下，A 基因频率与 a 基因频率 均不变，两者的比值始终为 1；无论是剧烈运动还是安静状态下，机体的产热量与散热量都 保持动态平衡；小麦根尖细胞只进行有氧呼吸时，O2 消耗量/CO2 产生量＝1，小麦根尖细胞 存在无氧呼吸时，O2 消耗量/CO2 产生量＜1；正在进行质壁分离的细胞，细胞内浓度因失水 而增大，外界溶液浓度因吸水而减小。 5．在某装置中加入葡萄糖以培养酵母菌，在适宜温度下培养一段时间后，经检测，装 置中葡萄糖减少了 X 摩尔，气体的体积总量增加了 Y 摩尔，下列分析正确的是( ) A．此过程中葡萄糖分解成丙酮酸的场所有细胞质基质和线粒体 B．此过程酵母菌在线粒体基质中产生的 CO2 量为(6X－3Y)摩尔 C．X 摩尔葡萄糖分解后，其中的能量的去路是形成 ATP D．反应结束后向装置中加入酸性重铬酸钾溶液，则装置内溶液会变黄 解析：选 B 葡萄糖分解成丙酮酸发生在细胞质基质中。据题干信息可知，此过程中酵 母菌无氧呼吸产生的 CO2 量为 Y 摩尔，无氧呼吸消耗葡萄糖的量为 Y/2 摩尔，则有氧呼吸消 耗葡萄糖的量为(X－Y/2)摩尔，故此过程中酵母菌在线粒体基质中产生的 CO2 量为(6X－3Y) 摩尔。X 摩尔葡萄糖分解后，其中的能量的去路包括以热能形式散失、形成 ATP 和存留在酒 精中等。酒精与酸性重铬酸钾溶液反应呈灰绿色。 6．研究表明，癌细胞和正常细胞在有氧条件下产生的 ATP 总量没有明显差异，但癌细 胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖是正常细胞的若干倍。下列相关叙述错误的是 ( ) A．细胞癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生了突变 B．在有氧条件下，癌细胞可能同时进行有氧呼吸和无氧呼吸 C．癌细胞从内环境中摄取葡萄糖需要借助载体蛋白的作用 D．细胞进行有氧呼吸时，葡萄糖在线粒体内分解产生大量 ATP 解析：选 D 细胞癌变是原癌基因和抑癌基因发生突变的结果。由题干信息可推知，癌 细胞从内环境中摄取并用于细胞呼吸的葡萄糖中，可能有一部分是通过有氧呼吸消耗掉的， 有一部分是通过无氧呼吸消耗掉的。葡萄糖不能自由地通过细胞膜，需要借助相应的载体蛋 白进行跨膜运输。细胞进行有氧呼吸时，葡萄糖在细胞质基质内发生分解，产生少量 ATP。 7．如图表示植物细胞代谢的过程，下列有关叙述正确的是( ) A．过程①表示渗透吸水，对④⑤⑥⑦⑧⑨过程研究，发现产生的能量全部储存于 ATP 中 B．过程④发生在细胞质基质，过程②产生的能量可用于根对矿质离子的吸收过程 C．过程③产生的 C6H12O6 中的氧来自水和 CO2，过程⑧可在根尖细胞中发生 D．就整个植株来说，若过程②O2 的释放量小于过程⑨O2 的吸收量，则该植物体内有机 物的量将减少 解析：选 D ①表示细胞渗透作用吸水，⑤⑥表示无氧呼吸的第二阶段，⑦⑧⑨表示有 氧呼吸的第二、第三阶段，对④⑤⑥⑦⑧⑨过程研究，发现产生的能量一部分储存于 ATP 中，一部分储存在 C2H5OH 和 C3H6O3 中，其余以热能形式散失；④表示有氧呼吸和无氧呼吸的 第一阶段，发生在细胞质基质，②表示光反应阶段，光反应产生的 ATP 只能用于暗反应，不 能用于根对矿质离子的吸收；过程③产生的 C6H12O6 中的氧全部来自 CO2，过程⑧(有氧呼吸的 第二阶段)可在根尖细胞中发生；若图中过程②(光反应阶段)O2 的释放量小于过程⑨(有氧呼 吸的第三阶段)O2 的吸收量，即净光合作用量＜0，则该植物体内有机物的量将减少。 8．下面为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意简图。结合所学知识分析下列 相关叙述中正确的有( ) ①在高 O2 含量环境中，植物不能进行光合作用 ②卡尔文循环的具体场所应为叶绿体 类囊体膜 ③将植物突然置于黑暗环境中，C5 与 C3 之间的转化不受影响 ④C2 和葡萄糖均可 在线粒体内被彻底分解成 CO2 和 H2O A．零项 B．一项 C．二项 D．三项 解析：选 A 从图中信息可知，在高 O2 含量环境中，产生的 C3 也可用于卡尔文循环，进 而生成糖，①错误；根据所学知识可知，卡尔文循环的具体场所应为叶绿体基质，②错误； 光合作用的暗反应的进行，需要光反应提供[H]和 ATP，黑暗条件下，不能生成[H]和 ATP， 故而 C5 与 C3 之间的转化将受到影响，③错误；线粒体不能直接利用葡萄糖，④错误。 9．将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内 CO2 和 O2 浓度相等(气体含 量相对值为 1)，在天气晴朗时的早 6 时移至阳光下，日落后移到暗室中继续测量两种气体 的相对含量，变化情况如下图所示。下列对此过程的分析正确的是( ) A．只有在 8 时光合作用强度与呼吸作用强度相等 B．在 9～16 时之间，光合速率>呼吸速率，O2 浓度不断上升 C．该植物体内 17 时有机物积累量小于 19 时的有机物积累量 D．该植物从 20 时开始进行无氧呼吸 解析：选 B 8 时和 17 时，光合作用强度都与呼吸作用强度相等；17 时光合速率＝呼 吸速率，植物体内积累有机物最多；最终 CO2 释放量大于 O2 吸收量，说明植物进行了无氧呼 吸，但并非从 20 时开始进行无氧呼吸。 10．科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况， 并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是( ) A．光照强度增大是导致 ab 段、lm 段 Pn 增加的主要原因 B．致使 bc 段、mn 段 Pn 下降的原因是气孔关闭 C．致使 ef 段、op 段 Pn 下降的原因是光照逐渐减弱 D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 解析：选 B 早晨日出后光照强度不断增大，使得露地栽培的和大棚栽培的油桃的光合 速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在 bc 段 Pn 下降，主要原因是日出后旺盛的光合作用 消耗大量 CO2，使大棚内密闭环境中 CO2 浓度迅速下降；而露地栽培的油桃在 mn 段 Pn 下降， 是因环境温度过高导致部分气孔关闭，吸收少量 CO2。15 时以后，两种栽培条件下的光合速 率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家 肥从而增加土壤中 CO2 浓度是提高大田作物产量的重要措施。 二、非选择题 11.科研人员从小鼠细胞中分离出线粒体，并将其放入测定仪 内的生理盐水中保持活性，然后按图示顺序向生理盐水中依次加 入相应物质，其中 X 物质不包括还原氢，从加入线粒体开始测定 O2 消耗速率，结果如上图。请据图分析： (1)线粒体内与有氧呼吸有关的高能磷酸化合物是________________。 (2)图中 X 物质表示________。 (3)③区间内，线粒体中进行的化学反应属于有氧呼吸的第________阶段。 (4)图示 4 个区间(①～④)中，线粒体内有水生成的区间是________，一定有 CO2 产生 的区间是________。 解析：①区间，线粒体内存留的[H]消耗 O2，随 ADP 量减少，O2 消耗速率减小，此时线 粒体中不一定发生丙酮酸分解产生 CO2 的反应。②区间，加入 ADP 和 Pi，O2 消耗速率增大， 随[H]量减少，O2 消耗速率减小，此时线粒体中不一定发生丙酮酸分解产生 CO2 的反应。分析 ②区间结束时加入 X 物质后，O2 消耗速率增大，得出 X 物质可提供[H]，应为丙酮酸。③区 间，丙酮酸分解产生 CO2 和[H](有氧呼吸第二阶段)，随[H]量增多，O2 消耗速率增大(第三阶 段)。④区间，同②区间。4 个区间中，O2 消耗过程都有水产生。 答案：(1)ATP、ADP (2)丙酮酸 (3)二和三 (4)①②③④ ③ 12．图 1 是将适量的小麦种子置于密封的、有适量水的广口瓶内，在 25 ℃条件下，瓶 内 CO2 和 O2 含量变化示意图。图 2 是不同遮光处理对红掌(半阴生高等植物)净光合速率及其 他指标的影响结果示意图。请回答下列问题： (1)提取红掌中的色素使用的试剂是________；叶绿素主要吸收________________光， 用于光合作用。 (2)图 1 中，在 O～t1 期间，小麦种子的细胞呼吸方式是________________，在此过程 中产生的某种代谢产物用酸性重铬酸钾溶液检测呈________色。在 t1～t2 期间，瓶内 O2 含量 降 低 主 要 是 由 种 子 细 胞 进 行 ________ 引 起 的 ， 该 过 程 释 放 大 量 的 CO2 是 在 __________________(具体部位)中产生的。 (3)图 2 中，当遮光比例达到 10%以上时，随着遮光比例增加，叶绿素含量增大，其中 ____________含量增加更多，以适应弱光环境。当遮光比例达到 90%时，就植物体内能进行 光合作用的细胞来说，叶绿体同化的 CO2 量________(填“大于”“等于”“小于”或“无 法判断”)线粒体释放的 CO2 量。 (4) 根 据 遮 光 比 例 与 红 掌 的 植 株 干 重 关 系 可 得 出 的 结 论 是 ________________________________。 解析：(1)由于叶绿体中的色素可溶于有机溶剂，因此常用有机溶剂(如无水乙醇或丙酮) 提取红掌中的色素。叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫 光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)分析题图 1 可知，O～t1 期间，密封广口瓶中 O2 含量没 有变化，广口瓶内的 CO2 有少量增加，说明小麦种子细胞进行无氧呼吸产生了 CO2，此外， 还产生了酒精，酒精与酸性重铬酸钾溶液反应呈现灰绿色。在 t1～t2 期间，瓶内 O2 含量降低， 减少的 O2 主要用于种子细胞的有氧呼吸。有氧呼吸的第二阶段产生 CO2，发生在线粒体基质 中。(3)图 2 中当遮光比例达到 10%以上时，随着遮光比例增大，叶绿素含量增加，但叶绿 素 a 与叶绿素 b 含量之比下降，说明叶绿素 b 含量增加更多。当遮光比例达到 90%时，由于 植物个体净光合速率等于 0，对于该植物体内所有能进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗 的 CO2 量大于细胞呼吸产生的 CO2 量。(4)根据题图曲线可得出适当遮光处理可提高植株干重 的结论。 答案：(1)无水乙醇(或丙酮或有机溶剂) 红光和蓝紫 (2)无氧呼吸 灰绿 有氧呼吸 线粒体基质 (3)叶绿素 b 大于 (4)适当遮光处 理，可提高植株干重 13．请回答下列与光合作用和细胞呼吸有关的实验问题： (1)实验一：研究小组利用某植物进行如下实验，如图 1 表示全光照和不同程度遮光对 该植物叶片中叶绿素含量的影响。据图分析可知，该植物可通过____________以增强对弱光 的适应能力。实验过程中若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中 C3 含量会________。 (2)实验二：通过通气管向密闭容器中通入 14CO2，密闭容器周围有充足且适宜的光源， 如图 2 所示，当反应进行到 0.5 s 时，发现 14C 出现在一种三碳化合物(C3)中，当反应进行 到 5 s 时，发现 14C 还出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，该实验是通过控制 ____________来探究 CO2 中碳原子转移路径的。在该实验中，如果发现 0.5 s 时 C5 的含量较 高，若要降低其含量，可改变的实验条件是____________________________________。 (3)实验三：假如用伊乐藻作实验材料来证明光合作用产生的 O2 来自 H2O 而不是 CO2，请 写 出 该 实 验 的 设 计 思 路 及 结 果 ： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)实验四：为探究某病毒对大豆细胞呼吸是否有影响，请补充完成以下实验思路。将 健 康 大 豆 与 被 该 病 毒 侵 染 的 大 豆 分 别 置 于 相 同 体 积 的 密 闭 装 置 中 ， ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)分析柱形图可知，遮光的百分比增大，叶绿素含量增加，因此可以判断该植 物可通过增加叶绿素含量以增强对弱光的适应能力。去除遮光物后光照强度突然增强，光反 应产生的[H]和 ATP 数量增加，C3 的还原加快，而 CO2 的固定速率不变，因此，短时间内 C3 含量降低。(2)由题中信息可以看出，实验二是通过控制反应时间来探究 CO2 中碳原子的转 移路径的。若要降低光合作用过程中 C5 的含量，可以采用减弱光照或适当增加 CO2 的供应等 措施。(3)若要证明光合作用产生的 O2 来自 H2O 而不是 CO2，可使用同位素标记法分别标记 CO2 和 H2O，然后进行两组实验，一组向伊乐藻供应 C18O2 和 H2O，一组向伊乐藻供应 CO2 和 H18 2 O， 然后检测光合作用释放的 O2。(4)要探究某病毒对大豆细胞呼吸是否有影响，自变量是大豆 是否受该病毒感染，因变量是细胞呼吸速率，故在实验过程中应排除光合作用的影响，即需 在黑暗、密闭条件下进行，且需测定健康大豆和病毒侵染大豆的细胞呼吸速率(可通过测定 CO2、O2 的量来表示)，并比较二者的区别。 答案：(1)增加叶绿素含量 减少 (2)反应时间 减弱光照或适当增加 CO2 的供应 (3) 用 18O 分别标记 CO2 和 H2O，并将 C18O2 和 H2O、CO2 和 H18 2 O 分别提供给两组伊乐藻，然后分别检 测两组伊乐藻光合作用释放的 O2，发现 18O2 只出现在用 H18 2 O 组的伊乐藻中 (4)在黑暗(或遮 光或无光)的条件下培养，每隔一段时间测定装置中的 CO2(或 O2)的量，计算并比较二者的区 别第 4 讲 细胞系统的发展变化——细胞的生命历程 第 1 课时 细胞分裂 考点一 细胞生长与增殖的周期性 1.参天大树和小草在细胞大小上并无差异，鲸的细胞也不一定比蚂蚁的细胞大，以下解 释正确的是( ) A．细胞体积大，相对表面积小，有利于细胞接受外界信息和与外界交换物质 B．细胞体积大，相对表面积也大，有利于细胞接受外界信息和与外界交换物质 C．细胞体积小，相对表面积大，有利于细胞接受外界信息和与外界交换物质 D．细胞体积小，相对表面积也小，有利于细胞接受外界信息和与外界交换物质 解析：选 C 细胞是生物体结构和功能的基本单位，为了保证机体代谢的顺利进行，细 胞必须与外界迅速而有效地进行物质交换和信息交流，当细胞体积较小时，相对表面积较大， 有利于细胞接受外界信息和与外界交换物质。 2．实验室培养甲、乙、丙、丁四种不同类型细胞，测得分裂间期占细胞周期的比例如 图所示，有关说法正确的是( ) A．四种细胞中丙分裂间期持续的时间最长 B．加入 DNA 复制抑制剂，停留在分裂间期细胞数量最少的是丁 C．不同温度下培养以上四种细胞，细胞周期持续的时间都会发生变化 D．正常情况下四种细胞在分裂间期可发生染色体数目变化 解析：选 C 不同细胞的细胞周期长短可能不同，因此，无法确定甲、乙、丙、丁细胞 分裂间期的时间长短；细胞总数未知，因此，不能确定停留在分裂间期的细胞数量最少的是 丁；温度会影响与细胞分裂有关的酶的活性，从而影响细胞周期的长短；正常情况下，四种 细胞在分裂间期染色体数目不变，染色体数目变化通常发生在分裂期的后期。 3．细胞周期包括 G1 期、S 期、G2 期和 M 期。抑素是细胞释放的、能抑制细胞分裂的物 质，主要作用于细胞周期的 G2 期。M 期细胞的细胞质中含有一种促进染色质凝集为染色体的 物质。下列有关叙述正确的是( ) A．S 期时间较长的细胞更适合作“观察细胞有丝分裂”实验的材料 B．如果缺少氨基酸的供应，动物细胞一般会停留在细胞周期的 S 期 C．抑素抑制 DNA 复制所需蛋白质的合成，从而阻断细胞分裂 D．M 期细胞与 G1 期细胞融合，可能不利于 G1 期细胞核中的 DNA 表达 解析：选 D “观察细胞有丝分裂”实验的材料应选择 M 期时间长的细胞；氨基酸是合 成蛋白质的原料，如果缺少一般会停留在细胞周期的 G1 期或 G2 期；G2 期主要进行有关蛋白 质的形成，不进行 DNA 复制；M 期细胞与 G1 期细胞融合，因 M 期细胞的细胞质中含有一种促 进染色质凝集为染色体的物质，则该物质会使 G1 期中的染色质高度螺旋化变成染色体，不 利于 G1 期细胞核中的 DNA 表达。 4．下图中实线表示小鼠细胞分裂过程中染色体与核 DNA 的数量比例关系，虚线表示细 胞质中 mRNA 相对含量的变化，下列有关叙述错误的是( ) A．图示细胞分裂方式既可以是有丝分裂也可以是减数分裂 B．c 阶段有大量蛋白质的合成 C．细胞中不发生转录的阶段只有 d 阶段 D．b 阶段核 DNA 含量加倍 解析：选 C c 阶段 mRNA 含量较高，表示正在进行大量蛋白质的合成；d、e 阶段细胞 中染色体高度螺旋化，不发生转录过程； b 阶段进行了核 DNA 分子的复制，染色体和核 DNA 数量的比例由 1∶1 变为 1∶2。 考点二 细胞的有丝分裂与减数分裂 5.(2016·深圳调研)人体细胞处于有丝分裂或减数分裂后期时，染色体会向两极移动。 正常情况下，下列对处于分裂后期细胞某一极染色体组成情况的描述，正确的是( ) A．2 个染色体组，46 条染色单体 B．1 个染色体组，46 条染色体 C．无同源染色体，23 条染色单体 D．无同源染色体，23 条染色体 解析：选 D 人体细胞处于减数第一次分裂后期某一极有 1 个染色体组、46 条染色单体， 23 条染色体，有丝分裂后期某一极有 2 个染色体组，0 条染色单体，46 条染色体；而在减 数第二次分裂后期，无同源染色体，某一极有 0 条染色单体、23 条染色体。 6．(2016·浙江高考)下列关于高等动物细胞增殖的叙述，错误的是( ) A．有丝分裂前的间期和减数分裂前的间期，都进行 1 次染色质 DNA 的复制 B．细胞周期的 G2 期已经形成了 1 对中心体，在有丝分裂前期形成纺锤体 C．染色体数为 2n＝24 的性原细胞进行减数分裂，中期Ⅱ染色体数和染色体 DNA 分子数 分别为 12 和 24 D．若在 G2 期某染色质的 1 个 DNA 分子发生片段缺失，则该细胞有丝分裂产生的 2 个子 细胞均含有该异常 DNA 解析：选 D 有丝分裂前的间期与减数分裂前的间期，都进行 1 次 DNA 复制。动物细胞 中心体的复制发生在分裂间期的 G2 期，有丝分裂前期从细胞两极发出纺锤丝，形成纺锤体。 染色体数为 24 的性原细胞在减数第二次分裂中期(中期Ⅱ)时，染色体数为 12，染色体 DNA 分子数为 24。分裂间期的 G2 期 DNA 已经完成复制，若此时某染色质的 1 个 DNA 分子发生片 段缺失，说明该染色质的一个 DNA 分子正常、另一个 DNA 分子异常，则该细胞经有丝分裂产 生的 2 个子细胞，一个含有正常 DNA，另一个含有异常的 DNA。 7．如图所示为来自某二倍体动物体内的细胞，下列相关叙述错误的是( ) A．细胞①处于细胞分裂中期，该时期着丝点排列在细胞板上 B．细胞②处于细胞分裂间期，该时期有基因的复制与表达 C．细胞①与③中，染色单体数目不同，但核 DNA 数目相同 D．细胞①所处时期的前一时期，核膜消失，核仁逐渐解体 解析：选 A 细胞①中着丝点排列在细胞中央，此时应为细胞分裂中期，而细胞板出现 在植物细胞有丝分裂末期；间期的主要特点是 DNA 的复制和有关蛋白质的合成；细胞①中有 8 条染色单体，8 条核 DNA，而细胞③中无染色单体，核 DNA 数目为 8 条；细胞①所处时期 的前一时期应为前期，而前期的特点有核膜逐渐消失和核仁逐渐解体。 8．下面的图甲、乙、丙是一些二倍体生物的细胞中染色体组成和分裂的相关图示。有 关分析正确的是( ) A．图甲中，正处于有丝分裂过程中的细胞是①②，只含有 1 个染色体组的细胞是④⑤ B．图丙中(一)―→(二)，完成图乙中 CD 段的变化 C．图甲⑤中存在等位基因 B、b，出现这一结果的原因只能是基因突变 D．图甲中的①③可以对应图乙中的 BC 段和图丙中(二) 解析：选 D 图甲中①②处于有丝分裂，只有细胞④含 1 个染色体组，图乙中 CD 段为 着丝点分裂，姐妹染色单体分开，图丙中(一)→(二)应为染色体复制；图甲⑤出现等位基因 的原因是基因突变或交叉互换。 9．下图 1 是某同学观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂各时期的局部显微照片，图 2 是该同学绘制的细胞分裂过程中细胞内同源染色体对数的变化情况，下列分析正确的是 ( ) A．图 1 中细胞①所处时期对应图 2 的 CD 段，而细胞②所处时期对应图 2 的 AB 段 B．图 1 细胞③中能观察到染色体 C．图 1 细胞②中每条染色体的着丝点排列在细胞板上 D．图 1 中只有少数细胞处于图 2 的 HI 段 解析：选 A 图 1 中细胞①处于有丝分裂后期，对应图 2 的 CD 段，细胞②处于有丝分 裂中期，对应图 2 中的 AB 段。细胞③中有明显的细胞核，处于分裂间期，此时观察不到染 色体。细胞②中每条染色体的着丝点排列在赤道板上。洋葱根尖分生组织细胞进行的是有丝 分裂，HI 段表示细胞处于减数第二次分裂时期，所以图 1 中没有细胞处于图 2 的 HI 段。 考点三 细胞分裂与生物的变异 10.如图为某细胞正在进行减数分裂的过程(仅画出部分染色 体)，图中的现象是什么？若该细胞产生的配子参与受精，会发生何种情况( ) A．交叉互换 囊性纤维病 B．有一对同源染色体不分离 先天性愚型 C．基因突变 镰刀型细胞贫血症 D．姐妹染色单体不分离 性腺发育不良 解析：选 B 由题图可知，图中染色体含有姐妹染色单体且正在发生同源染色体分离， 细胞质均等分配，故该图是精原细胞减数第一次分裂后期图像，其中有一对同源染色体未分 离，导致形成的精子染色体数目异常，该精子参与受精，可能会形成三体(某对同源染色体 多一条)。 11．现在发现人群中有极少数 XXYY 个体，其主要临床症状是男性不育。一患者父母正 常，非近亲婚配，其他子女完全正常，无类似异常。假设所有个体有丝分裂均正常进行，则 该病在家庭中发病的原因一定离不开哪种细胞中染色体的变化( ) A．初级卵母细胞 B．次级精母细胞 C．次级卵母细胞 D．初级精母细胞 解析：选 B 据题意分析可知，XXYY 个体的出现可能有两种情况：一种是母亲减数分裂 正常，而父亲两次减数分裂均不正常，即母亲产生含 X 染色体的卵细胞，父亲产生含 XYY 染色体的精子(减Ⅰ和减Ⅱ均不正常)；另一种是父亲和母亲减数分裂均不正常，即母亲减数 分裂产生含 XX 染色体的卵细胞(可发生于减Ⅰ，也可发生于减Ⅱ)，父亲减数分裂产生含 YY 染色体的精子(减Ⅰ正常，减Ⅱ不正常)；结合以上分析可知，该病在家庭中发病的原因一定 离不开次级精母细胞中染色体的变化。 12．图 1、图 2 表示某基因型为 AaBb 的二倍体动物在生殖发育过程中正在分裂的两个 细胞。下列相关叙述错误的是( ) A．图 1 所示细胞中①处染色体上出现 a 基因的原因是基因突变 B．图 2 所示细胞中②处染色体上出现 a 基因的原因很可能是交叉互换 C．图 1 所示细胞与图 2 所示细胞均具有四对同源染色体 D．选该动物的睾丸制作切片可同时观察到图 1、图 2 所示细胞图像 解析：选 C 图 1 所示细胞处于有丝分裂后期，所以①处染色体上出现 a 基因的原因是 基因突变。图 2 所示细胞处于减数第一次分裂后期，②处染色体上出现 a 基因的原因很可能 是四分体中非姐妹染色单体之间发生交叉互换。图 1 所示细胞具有四对同源染色体，图 2 所示细胞具有两对同源染色体。由于图 2 中细胞质均等分裂，所以该细胞为初级精母细胞， 想在一个装片中同时观察到图 1、图 2 所示细胞图像，应选该动物的睾丸制作切片。 13．“染色体破碎”是剧烈的染色体事件，涉及巨大的染色体断裂和重排，一般只限于 一个细胞的一个或少数几个染色体，已在各种癌症和先天性疾病中被发现。 (1)染色体由________和________组成，染色体能够被醋酸洋红等________(填“酸”或 “碱”)性染料染成深色。 (2)分析材料可知“染色体破碎”属于染色体变异中的________________变异，这种变 异会导致染色体上的____________________________发生改变，进而造成性状的变异。 (3)若“染色体破碎”发生于动物体细胞中，则该种变异________(填“能”或“不能”) 遗传给子代。在细菌细胞内________(填“能”或“不能”)发生“染色体破碎”现象。 (4)可遗传的生物变异，除了染色体变异之外，还包括________和生物变异的根本来源 ——__________，前者一般发生在减数分裂形成________时期和同源染色体分离、非同源染 色体自由组合的时期。 解析：(1)染色体由 DNA 和蛋白质组成，染色体能够被醋酸洋红等碱性染料染成深色。 (2)“染色体破碎”涉及巨大的染色体断裂和重排，“染色体破碎”属于染色体结构变异， 染色体结构变异会导致染色体上基因的数目或排列顺序发生改变，进而造成性状的变异。(3) 若染色体变异发生在动物体细胞内，这种变异不能遗传给下一代。细菌是原核生物，细胞内 没有染色体，所以不能发生“染色体破碎”现象。(4)生物变异的根本来源是基因突变，基 因重组一般发生在减数分裂形成四分体时期和同源染色体分离、非同源染色体自由组合的时 期。 答案：(1)DNA 蛋白质(这两个空可以颠倒) 碱 (2)染色体结构 基因的数目或排列顺序 (3)不能 不能 (4)基因重组 基因突变 四分体 14．(2016·江苏高考)研究人员对珍珠贝(2n)有丝分裂和减数分裂细胞中染色体形态、 数目和分布进行了观察分析，图 1 为其细胞分裂一个时期的示意图(仅示部分染色体)。图 2 中细胞类型是依据不同时期细胞中染色体数和核 DNA 分子数的数量关系而划分的。请回答下 列问题： (1)图 1 中细胞分裂的方式和时期是______________，它属于图 2 中类型________的细 胞。 (2)若某细胞属于类型 c，取自精巢，没有同源染色体，那么该细胞的名称是 ________________。 (3)若类型 b、d、e 的细胞属于同一次减数分裂，那么三者出现的先后顺序是 ________________。 (4)在图 2 的 5 种细胞类型中，一定具有同源染色体的细胞类型有________。 (5)着丝点分裂导致图 2 中一种细胞类型转变为另一种细胞类型，其转变的具体情况有 ________________________________________________________________________ (用图中字母表述)。 (6)珍珠贝卵母细胞分裂一般停留在减数第一次分裂中期，待精子入卵后完成后续过程。 细胞松弛素 B 能阻滞细胞分裂而导致染色体数加倍，可用于诱导三倍体。现有 3 组实验：用 细胞松弛素 B 分别阻滞卵母细胞的减数第一次分裂、减数第二次分裂和受精卵的第一次卵 裂。请预测三倍体出现率最低的是____________________________________， 理由是______________________________________________________________ ________________________。 解析：(1)图 1 中细胞发生了着丝点分裂，且含有同源染色体，故细胞分裂的方式和时 期是有丝分裂后期，细胞中染色体数和核 DNA 数均为 4n，因此它属于图 2 中类型 a 的细胞。 (2)若某细胞属于类型 c，取自精巢，没有同源染色体，则其可能为处于减数第二次分裂后 期的细胞，该细胞的名称是次级精母细胞。(3)若类型 b、d、e 的细胞属于同一次减数分裂， b 处于减数第一次分裂时期，d 处于减数第二次分裂着丝点分裂之前，e 处于减数第二次分 裂结束时，那么三者出现的先后顺序是 b、d、e。(4)在图 2 的 5 种细胞类型中，一定具有 同源染色体的细胞类型为 a 和 b，c 可能表示未复制的体细胞或处于减数第二次分裂后期的 细胞，不一定含有同源染色体，d 是处于减数第二次分裂着丝点分裂前的细胞，e 是减数第 二次分裂结束后的细胞，d、e 肯定不含同源染色体。(5)b 类型细胞着丝点分裂，染色体数 目暂时加倍，核 DNA 数不变，形成 a 类型的细胞。d 类型细胞着丝点分裂，染色体数目暂时 加倍，核 DNA 数目不变，形成 c 类型的细胞。(6)细胞松弛素 B 能阻滞细胞分裂而导致染色 体数加倍，可用于诱导三倍体的形成，其功能类似于秋水仙素。用细胞松弛素 B 分别阻滞卵 母细胞的减数第一次分裂(减数第一次分裂同源染色体未分离，减数第二次分裂正常进行)、 减数第二次分裂(减数第一次分裂正常，减数第二次分裂着丝点分开后移向同一极)时形成的 是染色体数加倍的配子，但是处理受精卵(2n)的第一次卵裂(有丝分裂)时形成的是四倍体， 故阻滞受精卵的第一次卵裂后三倍体出现率最低。 答案：(1)有丝分裂后期 a (2)次级精母细胞 (3)b、d、e (4)a、b (5)b→a；d→c (6)阻滞第一次卵裂 受精卵含二个染色体组，染色体数加倍后形成的个体是四倍体而不是 三 倍 体 本课时主要借助细胞分裂图像、细胞分裂过程中 DNA 或染色体等物质数量变化的曲线图、 柱状图、表格等对相关知识进行考查，复习时要注意以下三点： (1)通过归纳比较，识记细胞周期及其表示方法。 (2)理解细胞分裂过程，学会细胞分裂图像的判断和染色体、DNA 数量变化曲线的分析方法。 (3)关注减数分裂过程中染色体行为和数目的变化与遗传、变异的关系。 考点一|细胞生长与增殖的周期性 [明考向—不走弯路] 细胞周期的概念、特点及影响因素是高考考查的主要内容。通过加入影响细胞分裂的药 物影响细胞周期，进而考查细胞周期各时期的特点是常考的一种题型，如课前诊断卷 T3。除 此之外，利用模式图考查细胞周期的表示方式也是常考的命题形式，如课前诊断卷 T2、T4。 [联知识—简洁串记] 1．明辨细胞不能无限长大的两个原因(填图) 2．读懂细胞周期的四种表示图示(填表) 名称 图示 说明 扇形图 A→B→C→A 为一个细胞周期 坐标图 a＋b＋c＋d＋e 为一个细胞周期 柱状图 A：DNA 合成前期(G1 期) B：DNA 合成期(S 期) C：DNA 合成后期(G2 期)及分裂期(M 期) 直线图 a＋b 或 c＋d 为一个细胞周期 [防易错—无障通关] 判断下列叙述的正误 (1)细胞分裂间期，随着细胞长大，物质运输效率逐渐提高(×) (2)减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂(√) (3)有丝分裂、无丝分裂和减数分裂中都会发生 DNA 复制(√) (4)所有细胞都具有细胞周期(×) (5)进行减数分裂的细胞无细胞周期(√) (6)细胞分裂产生的子细胞都将继续分裂(×) 考点二|细胞的有丝分裂与减数分裂 [明考向—不走弯路] 细胞有丝分裂与减数分裂的过程、染色体及 DNA 数量变化、细胞分裂图像的辨析是高考 命题的重点。结合曲线分析染色体、DNA 数量变化是难点，也是易失分点，如课前诊断卷 T8、 T9。 [联知识—简洁串记] 1．妙用“三结合”法图析细胞分裂的方式及特点(填空) (1)结合不同分裂时期特点判断细胞分裂方式及时期： (2)结合染色体的奇、偶数识别细胞分裂方式： (3)结合细胞质的分裂情况作出判断： 2．细胞分裂中相关物质或结构变化规律及成因分析 [析考法—命题扫描] 利用曲线、图像、柱状图考查细胞分裂过程 [典例 1] 课前诊断卷第 8 题 下面的图甲、乙、丙是一些二倍体生物的细胞中染色 体组成和分裂的相关图示。有关分析正确的是( ) A．图甲中，正处于有丝分裂过程中的细胞是①②，只含有 1 个染色体组的细胞是④⑤ B．图丙中(一)―→(二)，完成图乙中 CD 段的变化 C．图甲⑤中存在等位基因 B、b，出现这一结果的原因只能是基因突变 D．图甲中的①③可以对应图乙中的 BC 段和图丙中(二) [思路点拨] 解答此类问题的关键是准确掌握细胞分裂方式的特点及细胞分裂过程中 各种量的变化，再结合图示逐项分析： [答案] D 根据配子类型判断配子的来源 [典例 2] 某种生物三对等位基因分布在三对同源染色体上，下图表示该生物的精细 胞，试根据细胞内基因的类型，判断这些精细胞至少来自几个精原细胞(不考虑交叉互 换)( ) A．2 个 B．3 个 C．4 个 D．5 个 [思路点拨] 解答本题的关键是根据配子中染色体的组成，结合减数分裂过程判断配子 的来源： [答案] C 备考锦囊 巧借染色体组成判断配子的来源 [即时练—举一反三] 1.右图表示某 XY 型性别决定类型的哺乳动物中一个正在进行分裂的细胞 中的部分染色体的行为，下列叙述正确的是( ) A．该细胞存在于动物的卵巢中 B．该细胞可能发生了交叉互换 C．该生物的细胞中最多含有 8 条染色体 D．图示细胞分裂完毕后产生两种类型的配子 解析：选 B 图中右侧上下分离的同源染色体的形态大小不同，推测为性染色体 X 和 Y， 则该动物为雄性动物。根据题干信息，图中含有的染色体为该生物的部分染色体，因此该生 物细胞中的染色体条数大于 4，在有丝分裂后期细胞中染色体条数最多，大于 8。该细胞分 裂结束能产生四种类型的配子。 2.如图所示为洋葱根尖分生区细胞有丝分裂过程中，每条染色 体上染色单体的数量变化，下列叙述正确的是( ) A．AB 段对应的时期有 DNA 复制，无蛋白质合成 B．用含 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液在 O 时期对细胞 进行培养，则 E 时期染色体均被标记 C．用低温和秋水仙素处理该细胞，都会抑制纺锤体形成，使细胞停留在 BC 段对应的时 期 D．观察根尖分生区细胞有丝分裂实验中，观察过程中用药物抑制 DNA 合成，所有细胞 停留在 A 时期 解析：选 B 图中 AB 段对应的时期有 DNA 的复制，但也会有 mRNA 指导的蛋白质合成； 培养细胞时如果用含 3H 标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸为原料，则合成的 DNA 分子均含有放射 性，所以 E 时期生成的子细胞中所有染色体都被标记；BC 段对应的时期为有丝分裂前期和 中期，低温和秋水仙素均可抑制纺锤体形成，进而实现染色体的加倍，但细胞不会停留在前 期或中期；观察根尖分生区细胞有丝分裂实验中，解离后细胞已经死亡。 3．如图是某生物的精细胞，可能来自同一个初级精母细胞的是( ) A．①②⑤ B．②④⑤ C．①③④ D．①④⑤ 解析：选 A 根据减数分裂各时期的特点来确定细胞分裂图像的时期，是解答此类试题 的正确方法之一。精细胞如果来自同一个次级精母细胞，则两个细胞中染色体是相同的(可 能发生交叉互换)，由图判断②⑤最可能来自同一个次级精母细胞。①⑤两精细胞染色体互 补，可来自同一初级精母细胞形成的两个次级精母细胞。 考点三|细胞分裂与生物的变异 [明考向—不走弯路] 细胞分裂中会发生基因突变、基因重组和染色体变异，依托细胞分裂考查生物变异的知 识是高考命题的重点。异常配子的来源和产生过程类问题是易失分点，如课前诊断卷 T11、T12。 [深思维—纵引横连] 1．根据配子类型判断变异原因(假设亲代为 AaXBY) (1)若配子中出现同源染色体(如 A、a 或 X、Y)在一起时，则一定是减Ⅰ分裂异常。 (2)若配子中出现分开后的姐妹染色单体(如 AA/aa 或 XX/YY)在一起，则一定是减Ⅱ分 裂异常。 (3)若出现 AAa 或 Aaa 或 XXY 或 XYY 的配子时，则一定是减Ⅰ和减Ⅱ分裂均异常。 (4)若配子中无 A 和 a 或无 XB 和 Y 时，则可能是减Ⅰ或减Ⅱ分裂异常。 2．细胞分裂图中变异类型的判断 (1)先看亲子代基因型： ①如果亲代基因型为 BB 或 bb，则引起姐妹染色单体上 B 与 b 不同的原因是基因突变。 ②如果亲代基因型为 Bb，则引起姐妹染色单体上 B 与 b 不同的原因是基因突变或交叉 互换。 (2)再看细胞分裂图： ①如果是有丝分裂后期图像，两条子染色体上的两基因不同，则为基因突变的结果，如 图甲。 ②如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(同白或同黑)上的两基因不同，则为 基因突变的结果，如图乙。 ③如果是减数第二次分裂后期图像，两条子染色体(颜色不一致)上的两基因不同，则为 交叉互换(基因重组)的结果，如图丙。 [会迁移—题组练通] 题组一 据异常配子基因组成判断变异来源 1．(2016·合肥模拟)基因型为 AaXbY 的果蝇在产生精子的过程中，某一初级精母细胞 产生了一个基因型为 AaXb 的精子，则相关描述正确的是( ) A．该精母细胞产生的精子一半正常，一半异常 B．Xb 与 Xb、Y 与 Y 的分离发生在减数第一次分裂后期 C．该果蝇产生的基因型为 AaXb 的精子与卵细胞结合的概率是 1/2 D．该果蝇的一个精原细胞可能产生 AXb、aXb、AY、aY 四种精子 解析：选 D 结合体细胞和配子的基因型可知，如果是该精母细胞减数第一次分裂后期 两条同源染色体未发生分离，则该精母细胞产生的精子全部异常；Xb 与 Xb、Y 与 Y 的分离发 生在减数第二次分裂后期，即着丝点分裂导致姐妹染色单体分离；该果蝇产生的各种基因型 的精子占精子总数的比例无法确定，因此无法判断基因型为 AaXb 的精子与卵细胞结合的概 率；若在四分体时期，A、a 所在的非姐妹染色单体发生交叉互换，则一个精原细胞可以产 生 AXb、aXb、AY、aY 四种精子。 2.图示为某哺乳动物减数分裂过程简图，其中 A～G 表示相关细胞， ①～④表示过程。若图中精原细胞的基因型是 AaXbY，且在减数分裂过程 中仅发生过一次异常(无基因突变)。下列说法错误的是( ) A．过程①发生 DNA 的复制 B．若产生的某配子基因组成为 aaXb，则减数第一次分裂异常 C．若产生的 G 细胞基因组成为 aaXb，则 E、F 细胞的基因组成依次为 AY、Xb D．减数分裂某时期的一个细胞中可能存在两个 Y 染色体 解析：选 B 过程①表示从精原细胞到初级精母细胞的过程，在此过程中发生 DNA 的复 制。若产生 aaXb 的配子，由于已知减数分裂过程中只发生过一次异常，则配子中 aa 存在的 原因是次级精母细胞中的姐妹染色单体分开后进入同一极，即减数第二次分裂异常。若 G 细胞基因组成为 aaXb，则由减数第一次分裂正常而减数第二次分裂时两个含 a 的染色体移向 同一极进入同一个细胞中所致，因此与该细胞对应于同一次级精母细胞分裂的另一细胞 F 的基因组成为 Xb。另一个次级精母细胞的基因组成为 AAYY，产生的两个细胞基因组成都是 AY。含有 Y 染色体的次级精母细胞在减数第二次分裂后期可以含有两个 Y 染色体。 题组二 据细胞分裂图像判断变异来源 3.右图是基因型为 aaBb 的某动物细胞分裂的示意图。由原始性母细胞形 成该细胞的过程中，下列现象没有发生的是( ) A．基因突变 B．姐妹染色单体分开 C．同源染色体中非姐妹染色单体间的交叉互换 D．同源染色体分离，非同源染色体自由组合 解析：选 B 该动物的基因型为 aaBb，由图可知，左边染色体上的两条姐妹染色单体上 的基因为 A 和 a，正常情况下两条姐妹染色单体上的基因都为 a，所以 A 的出现是基因突变 的结果。图中染色体的两条姐妹染色单体仍在一个着丝点上，没有分开。基因 B 和 b 位于姐 妹染色单体上，这是同源染色体上非姐妹染色单体发生交叉互换造成的。图为次级性母细胞， 在减数第一次分裂后期，发生同源染色体分离、非同源染色体自由组合。 4.观察到的某生物(2n＝6)减数第二次分裂后期细胞如右图所示。下列解 释合理的是( ) A．减数第一次分裂中有一对同源染色体没有相互分离 B．减数第二次分裂中有一对染色单体没有相互分离 C．减数第一次分裂前有一条染色体多复制一次 D．减数第二次分裂前有一条染色体多复制一次 解析：选 A 根据题干中某生物 2n＝6 可知，在减Ⅱ后期两极均应有 3 条染色体，图像 显示两极均为 4 条染色体，说明减Ⅰ后期有一对同源染色体没有相互分离，减Ⅱ后期姐妹染 色单体分离。 一、练全国卷高考真题——知考查重点 1．(2013·全国卷Ⅰ)关于同一个体中细胞有丝分裂和减数第一次分裂的叙述，正确的 是( ) A．两者前期染色体数目相同，染色体行为和 DNA 分子数目不同 B．两者中期染色体数目不同，染色体行为和 DNA 分子数目相同 C．两者后期染色体数目和染色体行为不同，DNA 分子数目相同 D．两者末期染色体数目和染色体行为相同，DNA 分子数目不同 解析：选 C 有丝分裂和减数第一次分裂前、中期，两者染色体数、DNA 分子数相同； 有丝分裂后期姐妹染色单体分离，染色体数目加倍，DNA 分子数目不变，减数第一次分裂后 期同源染色体分离，染色单体并没有分开，染色体数目不变，DNA 分子数目也不变，因此， 两者后期染色体数目和染色体行为不同，但 DNA 分子数目相同；正常情况下有丝分裂末期染 色体数目是减数第一次分裂末期的 2 倍。 2．(2014·全国卷Ⅰ)回答下列问题： (1)在观察大蒜根尖细胞有丝分裂的实验中，常用盐酸酒精混合液处理根尖，用龙胆紫 溶液染色。实验中，盐酸酒精混合液的作用是____________________；龙胆紫溶液属于 ________性染料，能够使细胞中的________着色。 (2) 用 光 学 显 微 镜 观 察 细 胞 ， 可 以 看 到 细 胞 核 。 细 胞 核 的 功 能 可 概 括 为 ： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)在观察植物细胞有丝分裂实验中，染色体能够被碱性染料龙胆紫溶液染成深 色，从而便于在光学显微镜下进行观察。实验中盐酸和酒精混合液的作用是将组织中的细胞 相互分离。(2)细胞核内含有遗传物质 DNA，细胞核是细胞内遗传物质储存、复制和转录的 主要场所，是细胞代谢和遗传的控制中心。 答案：(1)使组织中的细胞相互分离 碱 染色体 (2)细胞核是细胞内遗传物质储存、复制和转录的主要场所，是细胞代谢和遗传的控制 中心 二、练各地市调研试题——知命题热点 1．豌豆花粉被涂抹到雌蕊柱头上时，会长出花粉管，最终进入胚珠内。这一过程中 1 个花粉粒通过细胞分裂会形成 2 个精子，且染色体数目未发生变化。这一过程中一定会出现 的现象是( ) A．DNA 复制一次，细胞分裂一次 B．性染色体复制后平均分配到两个子细胞中 C．同源染色体联会和分离 D．中心体发出星射线形成纺锤体 解析：选 A 所有的细胞分裂过程都会有 DNA 复制，题中说明产生的 2 个精子中的染色 体数目与亲本花粉粒中的相同，所以确定细胞分裂方式是有丝分裂，即 DNA 复制一次，细胞 分裂一次；豌豆是雌雄同株植物，无性染色体；因为进行的是有丝分裂，且精子中无同源染 色体；高等植物没有中心体。 2.某二倍体生物(染色体数为 2N)染色体上的 DNA 用 3H 充分标 记，再置于不含 3H 的培养基中培养。其有丝分裂过程中细胞局部结 构变化过程如右图所示。下列有关叙述错误的是( ) A．图甲中 DNA 解旋酶可从①进入，与③直接相连的具膜细胞器 是内质网 B．图乙所处时期核 DNA 数∶染色单体数∶同源染色体对数＝4∶4∶1 C．图丙表示细胞处于有丝分裂末期，其判断依据是核膜正在重新构建 D．若经 3H 充分标记的细胞经过两次连续的有丝分裂，则子细胞中含 3H 的染色体数目为 N/2 解析：选 D DNA 复制需要的解旋酶和 DNA 聚合酶是由细胞质中的核糖体合成的，并通 过①核孔运入细胞核参与 DNA 的复制，内质网内连③核膜、外连细胞膜；图乙中核膜逐渐解 体，出现染色体，应该为有丝分裂前期，因此细胞中 DNA 数∶染色单体数∶染色体数∶同源 染色体对数＝4∶4∶2∶1；图丙中核膜小泡逐渐融合变成核膜，且染色体逐渐解旋变细为染 色质，故该图表示有丝分裂末期；有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体成为子染色体 后，子染色体的分离具有随机性，因此，含 3H 的染色体数进入同一个子细胞的数量为 0～2N。 3．假设一个精原细胞(含 4 条染色体，基因组成为 AaBb)进行有丝分裂时，有一条染色 体的着丝点分裂后产生的两条染色体移向同一极，分裂完成时产生了 A1 和 A2 两个细胞。另 一精原细胞进行减数第一次分裂时(不考虑交叉互换)，有一对同源染色体未分离，形成的次 级精母细胞为 B1 和 B2，B1 完成正常的减数第二次分裂并产生 C1 和 C2 两个细胞，B2 也完成正 常的减数第二次分裂，产生 D1 和 D2 两个细胞。下列叙述正确的是( ) A．A1、A2、B1、B2 四个细胞染色体组成均不正常，但其中 A1 和 A2、B1 和 B2 细胞中 DNA 数 和染色体数相同 B．A1 和 A2、C1 和 C2、D1 和 D2 这三组细胞两两遗传信息相同 C．若 A1 基因组成为 AaB，则 A2 基因组成为 AaBbb，且两对基因位于非同源染色体上 D．若 C1 基因组成为 AB，则两对基因位于非同源染色体上 解析：选 C 有丝分裂过程染色体分离异常会使产生的子细胞异常，减数分裂过程减数 第一次分裂异常，则产生的所有细胞均异常，如果只是减数第二次分裂异常，则只有 50%的 细胞异常。因为精原细胞中有 4 条染色体，所以进行题中所述异常有丝分裂产生的子细胞(A1 和 A2)中染色体数和 DNA 数相同，即一个细胞中的染色体数和 DNA 数都为 3，另一个细胞中 的染色体数和 DNA 数都为 5；减数第一次分裂产生的次级精母细胞(B1 和 B2)中染色体数分别 为 1 和 3，DNA 数分别为 2 和 6。这两种分裂最终产生的细胞中 A1 和 A2 遗传信息不同。精原 细胞染色体复制后，基因组成为 AAaaBBbb，有丝分裂产生的子细胞中如果出现 AaB 的基因 组成，说明含有 bb 的染色体移向同一极，所以产生的另一个子细胞基因组成为 AaBbb，基 因位于两对同源染色体上。如果减数分裂完成后，生成的一个子细胞中只含有 AB 基因，说 明等位基因分离了，如果基因位于两对同源染色体上，则减数分裂是正常的，与题干信息不 符，所以 A 与 B 是在同一条染色体上的。 4．图 1 为某一果蝇(2n＝8)体内细胞分裂过程中染色体组数目变化示意图，图 2 所示为 该果蝇体内某一细胞分裂图像中部分染色体的情况。下列叙述错误的是( ) A．正常情况下，AB 段发生同源染色体联会、分离，BC、FG 和 LM 段染色体组数目减半 的原因相同 B．图 2 代表的细胞为极体，出现在图 1 的 EF 段，产生的子细胞全部异常 C．观察 100 个图 2 细胞所示时期的细胞，发现 5 个出现了图 2 所示情况，则异常细胞 比例为 5% D．图 1 中 AB、EF 和 IJ 段细胞含 DNA 分子数目相同 解析：选 D 图 1 是“某一果蝇”体内细胞分裂过程中染色体组数目变化曲线图，只有 雌性果蝇体内会同时出现减数分裂和受精作用，所以该果蝇只能代表雌性果蝇，图 2 所示细 胞无同源染色体，加之细胞均等分裂，所以只能是极体，产生的子细胞染色体全部异常。图 1 中 AB 段代表减数第一次分裂间期、前期、中期和后期，该阶段可发生同源染色体的联会 和分离，染色体组数目减半的原因一定是细胞一分为二。100 个极体正常分裂后会产生 200 个正常的子细胞，有 5 个细胞异常分裂后会产生 10 个异常的子细胞，所以异常细胞的比例 为(10/200)×100%＝5%。AB 段细胞中含有 16 个 DNA 分子，EF 段细胞中含有 8 个 DNA 分子， IJ 段细胞中含有 16 个 DNA 分子。 5．研究发现，细胞中染色体的正确排列与分离依赖于染色单体之间的粘连。动物细胞 内存在有一种 SGO 蛋白，对细胞分裂有调控作用，其主要集中在染色体的着丝点位置，在染 色体的其他位置也有分布，如图所示。请回答下列问题： (1) 图 1 所 示 的 变 化 过 程 中 ， 染 色 体 的 行 为 变 化 主 要 是 ____________________________________，图 1 所示的过程发生在细胞有丝分裂的________ 期。 (2)在细胞分裂过程中，细胞会产生水解酶将粘连蛋白分解，而染色体上的其他蛋白质 不受影响，这体现了酶的________。科学家发现，这种酶在有丝分裂中期已经开始大量起作 用，而各着丝点却要到后期才几乎同时断裂。据图推测，SGO 蛋白在细胞分裂中的作用主要 是________________________________，如果阻断正在分裂的动物体细胞内 SGO 蛋白的合 成，细胞最可能出现的可遗传变异类型是____________。 (3)与图 1 相比，图 2 中粘连蛋白还具有__________的功能。基因型 为 AaBbCc 的卵原细胞，其基因在染色体上的位置如图，正常情况下，产 生卵细胞的基因型最多有________种，如果在________时期之前破坏 ________，则产生配子的基因型种类会减少。 解析：(1)分析图 1 可知，染色体的行为变化主要是着丝点断裂，姐妹染色单体分离， 可以发生在有丝分裂后期。(2)在细胞分裂过程中，细胞会产生水解酶将粘连蛋白分解，而 染色体上的其他蛋白质不受影响，这体现了酶作用的专一性。根据水解酶出现、着丝点分裂 的时期存在时间差，可推测 SGO 蛋白在细胞分裂中的作用主要是保护粘连蛋白不被水解酶破 坏。如果阻断正在分裂的动物体细胞内 SGO 蛋白的合成，则粘连蛋白被破坏，则染色体数目 会加倍，产生染色体数目的变异。(3)与图 1 相比，图 2 中粘连蛋白还具有连接同源染色体 内的非姐妹染色单体(或促进交叉互换)的作用。由于 A 和 b 在一条染色体上，a 和 B 在一条 染色体上，故基因型为 AaBbCc 的卵原细胞，正常情况下，产生卵细胞的基因型最多有 4 种。 如果在联会时期之前破坏粘连蛋白，则细胞不能正常分裂，产生配子的基因型种类会减少。 答案：(1)着丝点断裂，姐妹染色单体分离 分裂(分裂期后) (2)专一性 保护粘连蛋白不被水解酶破坏 染色体(数目)变异 (3)连接同源染色体 内的非姐妹染色单体(或促进交叉互换) 4 联会 粘连蛋白 第 2 课时 细胞的分化、衰老、凋亡和癌变 考点一 细胞分化与细胞的全能性 1.(2016·北京海淀区模拟)来自同一人体的 B 淋巴细胞、造血干细胞、口腔上皮细胞和 卵细胞( ) A．细胞的全能性大小相同 B．mRNA 的种类不同 C．细胞膜表面受体种类相同 D．O2 的跨膜运输方式不同 解析：选 B 来自同一个体的不同细胞，由于分化程度不同，细胞的全能性大小不同； 不同类型的细胞中基因选择性表达，故 mRNA 的种类不同，蛋白质种类不同；O2 在任何细胞 中的跨膜运输方式都是自由扩散。 2．在个体发育过程中，生物体内的细胞不能表现出全能性，而是分化为不同的组织细 胞，其原因是( ) A．在个体发育过程中，细胞丧失了全能性 B．不同组织细胞中遗传信息的执行情况不同 C．不同组织细胞中的遗传信息存在较大差异 D．不同组织细胞中不会有相同的基因处于活跃状态 解析：选 B 理论上，不同的组织细胞是经有丝分裂、分化形成的，这些细胞中含有相 同的、全套的遗传物质，都应该具有全能性，但细胞的全能性随细胞分化程度的增加逐渐受 到抑制，而不是丧失。在个体发育过程中，不同组织细胞中的基因选择性表达(即遗传信息 的执行情况不同)。不同组织细胞中会有相同的基因处于活跃状态，如与呼吸酶合成相关的 基因。 3．下列能说明细胞已经发生分化的依据是( ) A．细胞中有胰岛素的 mRNA B．缺氧条件下进行无氧呼吸 C．具有天花病毒抗体的基因 D．RNA 聚合酶结合到 DNA 上 解析：选 A 只有胰岛 B 细胞能合成胰岛素，其他细胞不合成胰岛素，细胞中有胰岛素 的 mRNA，说明细胞已经发生了分化。几乎所有细胞在缺氧条件下都能进行无氧呼吸，与细 胞分化无关。同一生物体所有细胞都含有相同的遗传物质，且都含有该个体的全部基因，具 有天花病毒抗体的基因，不能说明细胞是否已经发生分化。转录时 RNA 聚合酶结合到 DNA 上，不能说明细胞是否已经发生分化。 4．离体的胡萝卜韧皮部细胞可以重新发育成一个完整幼苗，下列有关这一过程的叙述 错误的是( ) A．已分化的细胞可以重新分裂和分化 B．这一发育过程中伴随着细胞的衰老和凋亡 C．细胞生长过程中，核糖体的数量增加，物质交换效率增强 D．该过程说明细胞分化是可逆的 解析：选 C 胡萝卜韧皮部细胞是已经分化的细胞，在重新发育过程中，细胞会恢复分 裂和分化能力；个体发育过程中会出现细胞衰老和凋亡；随着细胞体积增大，细胞表面积与 体积比值变小，所以物质交换效率降低；离体的细胞重新发育成一个完整幼苗，意味着分化 是可逆的。 5．研究发现小鼠气管上皮中分化的分泌细胞具有“去分化”的能力。该项研究成果表 明，定型细胞的“去分化”对于高等脊椎动物在不同器官中和受伤情形下的再生能力可能具 有更为普遍的贡献。下列相关叙述正确的是( ) A．干细胞内遗传物质的改变是导致分泌细胞形成的根本原因 B．受伤的细胞死亡与细胞的衰老死亡均属于细胞凋亡的范畴 C．分泌细胞“去分化”时，细胞内有些蛋白质的合成将会中断 D．小鼠的骨髓瘤细胞和气管上皮细胞都具有无限增殖的能力 解析：选 C 细胞分化过程中，遗传物质并没有改变，其根本原因是基因的选择性表达； 因损伤导致的细胞死亡属于细胞坏死；分泌细胞“去分化”时，有些基因不能表达，因而相 应的蛋白质合成就会中断；小鼠的气管上皮细胞属于正常体细胞，不具有无限增殖的能力。 6．干细胞是一种未充分分化，具有再生出各种组织或器官的潜在功能的“万能细胞”。 如图是干细胞发育过程中的三个途径，下列说法正确的是( ) A．干细胞经诱导分裂、分化形成组织或器官是其细胞全能性的体现 B．同一个体不同组织细胞形态结构不同，原因是它们各自的遗传物质不同 C．组织细胞的衰老受基因调控，但细胞的结构不发生改变 D．组织细胞的凋亡也受到基因的调控 解析：选 D 由离体的细胞(或组织)发育成完整的个体才能体现出细胞的全能性，发育 成组织或器官，不能体现出细胞的全能性；同一个体不同组织或器官的细胞内的遗传物质相 同，其形态结构不同的原因是基因的选择性表达；衰老细胞的形态结构会发生改变，细胞会 发生皱缩；根据细胞凋亡的定义可知，它是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，故受到 基因的调控。 考点二 细胞的衰老、凋亡和癌变 7.(2016·四川高考)研究发现，直肠癌患者体内存在癌细胞和肿瘤干细胞。用姜黄素治 疗，会引起癌细胞内 BAX 等凋亡蛋白高表达，诱发癌细胞凋亡；而肿瘤干细胞因膜上具有高 水平的 ABCG2 蛋白，能有效排出姜黄素，从而逃避凋亡，并增殖分化形成癌细胞。下列说法 不．正确的是( ) A．肿瘤干细胞与癌细胞中基因的执行情况不同 B．肿瘤干细胞的增殖及姜黄素的排出都需要消耗 ATP C．编码 BAX 蛋白和 ABCG2 蛋白的基因都属于原癌基因 D．用 ABCG2 抑制剂与姜黄素联合治疗，可促进肿瘤干细胞凋亡 解析：选 C 肿瘤干细胞与癌细胞不同的根本原因是基因的执行情况不同，即基因选择 性表达；细胞的增殖需要消耗能量，用姜黄素治疗癌症时，细胞外的姜黄素浓度大于细胞内， 因而在 ABCG2 蛋白的作用下排出姜黄素为主动运输，需要消耗能量，ATP 为直接供能物质； 编码 BAX 蛋白的基因为凋亡基因，编码 ABCG2 蛋白的基因为载体蛋白基因，两者都不属于原 癌基因；用 ABCG2 抑制剂与姜黄素联合治疗，可阻止肿瘤干细胞排出姜黄素，进而促进肿瘤 干细胞凋亡。 8．研究发现过度刺激癌细胞，会导致癌细胞在应激边缘“不堪重负”而死。下列有关 癌细胞的说法，错误的是( ) A．致癌因子引起相关基因发生突变导致细胞癌变 B．癌细胞表面发生改变，糖蛋白减少，细胞黏着性降低 C．癌变细胞的细胞周期变长 D．使用过度刺激癌细胞生长的药物或将作为治疗癌症的新方法 解析：选 C 原癌基因与抑癌基因在致癌因子的作用下，发生基因突变，导致细胞癌变。 癌细胞易扩散的原因是癌细胞表面发生改变，糖蛋白减少，细胞黏着性降低。癌细胞能够无 限增殖，细胞周期变短。通过题干信息可知 D 项所述方法是可行的。 9．下列关于细胞衰老的叙述，正确的是( ) A．细胞膜通透性提高，物质运输功能提高 B．人体各细胞中酪氨酸酶活性降低导致产生白发 C．人体成熟红细胞的细胞核增大，核膜内折 D．色素积累会妨碍细胞内物质的交流和传递 解析：选 D 衰老细胞细胞膜通透性改变，物质运输功能降低；头发基部黑色素细胞衰 老，酪氨酸酶活性降低，导致黑色素合成减少，产生白发；哺乳动物成熟红细胞无细胞核； 衰老细胞色素积累，会妨碍细胞内物质的交流和传递，影响细胞正常的生理功能。 10．HER 基因编码的 HER 是细胞膜上的一种受体蛋白。当外界因子导致 HER 基因过量表 达会持续激活细胞内的信号传导，启动 DNA 复制，导致细胞异常增殖而形成癌细胞。下列叙 述错误的是( ) A．辐射、病毒等可能是激活 HER 基因过量表达的外界因子 B．癌细胞的细胞膜上糖蛋白减少，细胞之间的黏着性降低 C．癌细胞因 DNA 复制方式不同而不受机体控制，连续分裂 D．诱导癌细胞的凋亡或正常分化是癌症治疗的一种策略 解析：选 C 由题意可知外界因子会导致 HER 基因过量表达最终形成癌细胞，而癌变的 外界因素可以是物理、化学或病毒因子。癌细胞的细胞膜上糖蛋白减少，细胞之间的黏着性 降低，所以容易扩散和转移。癌细胞的 DNA 复制方式和正常细胞是相同的。诱导癌细胞的凋 亡或者使其重新正常分化是癌症治疗的一种策略。 11．结肠癌在我国的发病率有增高的趋势，诱发内因如表所示。下列相关叙述，正确的 是( ) 基因种类 基因所在染色体 基因状态 结果 抑癌基因 APC 5 号染色体 失活 细胞中遗传物质突变 原癌基因 Kran 12 号染色体 活化 细胞快速增殖 抑癌基因 DCC 18 号染色体 失活 癌细胞形变 抑癌基因 p53 17 号染色体 失活 肿瘤扩大 其他基因 其他染色体 异常 癌细胞转移 A.原癌基因和抑癌基因只存在于癌症患者的染色体上 B．原癌基因失活或抑癌基因活化是导致癌症的内因 C．从细胞中遗传物质突变到癌细胞转移受多种基因的共同影响 D．癌细胞易转移的根本原因是细胞膜上糖蛋白减少 解析：选 C 原癌基因和抑癌基因在正常人所有完整体细胞内都有；从表中信息可知， 从细胞中遗传物质突变至癌细胞转移，是第 5、12、17、18 号等染色体上的有关基因异常所 致，尤其是原癌基因活化和抑癌基因失活；细胞膜上糖蛋白减少是癌细胞易转移的直接原因， 根本原因是遗传物质改变。 12．最新研究表明，决定细胞“命运”的内因是基因的选择性表达，而外因则取决于细 胞对细胞外信号的特异性组合所进行的程序性反应，下面为部分信号决定细胞“命运”的示 意图，图中字母分别代表不同的胞外信号，则下列有关细胞外信号的说法正确的是( ) A．只要有胞外信号 D 和 E，细胞就一定会进行分裂 B．对于癌细胞而言，细胞外信号 A～E 可能会持续起作用 C．只有细胞外信号 F 和 G 能诱导细胞内的基因选择性表达 D．由于细胞凋亡无胞外信号作用，可证明细胞凋亡与基因无关 解析：选 B 由图可知，细胞分裂需要的信号组合为 A、B、C、D 和 E，缺一不可；与细 胞存活相比，当信号 D 和 E 存在时，与细胞分裂有关的基因可以表达，这也属于基因选择性 表达的范畴；图中只给出了决定细胞“命运”的部分信号，根据教材知识可知，细胞凋亡又 称细胞编程性死亡，该过程受遗传物质(基因)控制。 13．细胞凋亡是细胞自动结束生命的过程，下图表示细胞凋亡的过程，图中 Dnase 为核 酸内切酶，能够切割 DNA 形成 DNA 片段；Caspase 是一类蛋白质水解酶，负责选择性地切割 某些蛋白质。请据图回答下列问题： (1)细 胞膜 上 受体 的化 学 本质 是 ____________ ， 受体 的 存在 体现 了 细胞 膜 具有 ____________的功能。 (2)凋亡基因的表达最终通过__________(填细胞器名称)来实现。 (3)Dnase 破坏 DNA 分子的____________，从而形成 DNA 片段，使正常基因失去功能。 Caspase 能够破坏特定蛋白质中的________，从而形成多肽片段，导致蛋白质失活。 (4)吞噬细胞以________形式吞噬凋亡细胞，与凋亡细胞分解密切相关的细胞器是 __________。 解析：(1)细胞膜上受体的化学本质是糖蛋白，受体的存在体现了细胞膜具有信息交流 的功能。(2)基因的表达包括转录和翻译两个阶段，其中翻译过程在核糖体上进行。(3)Dnase 破坏 DNA 分子的磷酸二酯键。Caspase 能够破坏蛋白质中的肽键。(4)吞噬细胞以胞吞形式 吞噬凋亡细胞，与凋亡细胞分解密切相关的细胞器是溶酶体。 答案：(1)糖蛋白 信息交流 (2)核糖体 (3)磷酸二酯键 肽键 (4)胞吞 溶酶体 14．人类各种癌症中的关键基因之一是原癌基因，其突变后表达的产物是 G 蛋白。当细 胞膜表面的酪氨酸激酶受体与生长因子结合后，G 蛋白将信号经下图中的过程①形成转录激 活剂，激活剂激活、启动过程②③，形成大量物质 D，导致细胞周期启动并过度分裂，如下 图所示(图中字母表示物质，数字表示生理过程)。请据此回答下列问题： (1) 癌 细 胞 的 重 要 特 点 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)G 蛋白与 GTP 作用后获取能量，变为转录激活剂。GTP 与 ATP 都是能源物质，参照 ATP 的命名方法，请写出 GTP 的中文名称：____________。 (3) 原 癌 基 因 在 细 胞 分 裂 过 程 中 的 作 用 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4) 根 据 图 中 的 信 息 ， 从 信 息 传 递 的 角 度 提 出 一 种 抑 制 癌 细 胞 产 生 的 方 法 ： ________________________________________________________________________。 解析：(1)癌细胞的特点是细胞表面的糖蛋白减少，黏着性降低，易转移；无限增殖。 (2)ATP 为三磷酸腺苷，其中 A 为腺苷，参照 ATP 的命名方法，GTP 的中文名称为三磷酸鸟苷。 (3)原癌基因在细胞分裂过程中的作用是调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。(4) 根据题干信息，癌细胞产生的诱导因素为“细胞膜表面的酪氨酸激酶受体与生长因子结 合”，可以从“细胞膜表面的酪氨酸激酶受体”和“生长因子”两方面考虑抑制癌细胞产生 的方法。 答案：(1)细胞表面的糖蛋白减少，黏着性降低，易转移；无限增殖 (2)三磷酸鸟苷 (3) 调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程 (4)破坏细胞膜表面的酪氨酸激酶受体(或服用 破坏生长因子的物质) 15．研究者将乳腺细胞 M 诱导成为乳腺癌细胞(记为 Mc)，研究细胞癌变后的代谢水平变 化。 (1)细胞癌变后，细胞表面的________减少，使细胞黏着性降低，但增加了一些癌细胞 特有的蛋白成分，所以可用________________的方法来鉴定细胞是否癌变。 (2)实验一：研究者测定了 M 及 Mc 的葡萄糖摄取量，结果如图 1。由图可知，Mc 对葡萄 糖的摄取量大约是 M 的________倍。 (3)实验二：研究者将一种作用于线粒体内膜的呼吸抑制剂加入到 M 和 Mc 细胞的培养液 中，与____________________细胞相比，计算获得图 2 所示数据。结果说明________________ 对该抑制剂更为敏感。由于该抑制剂抑制________________阶段，为确定癌变细胞的呼吸方 式，研究者测定了乳酸在细胞培养液中的含量，发现 Mc 组的乳酸含量明显升高，可确定 ________________________________________________________________________ ________________。 (4)为了探究癌细胞发生这一代谢变化的原因，研究者测定了 M 和 Mc 中某种葡萄糖转运 蛋 白 mRNA 的 量 ， 结 果 见 图 3 ， 这 说 明 癌 细 胞 通 过 ________________________________________________________________________ 来提高葡萄糖摄取量。 解析：(1)细胞癌变后，细胞表面的糖蛋白减少，使细胞黏着性降低。对癌细胞特有的 蛋白可用抗原—抗体杂交技术来检验。(2)据图得知，Mc 对葡萄糖的摄取量大约是 M 的 1.4 倍。(3)实验中应与对照组(不加该抑制剂的 M 和 Mc)进行对照，结果说明 M 的变化比较大，M 细胞对该抑制剂更为敏感。线粒体内膜中进行的是有氧呼吸第三阶段，Mc 组的乳酸含量明显 升高，可确定细胞癌变后代谢所需能量可来自无氧呼吸。(4)据图得知，Mc 的葡萄糖转运蛋 白 mRNA 的量更多，则说明癌细胞通过提高葡萄糖转运蛋白的合成量来提高葡萄糖摄取量。 答案：(1)糖蛋白 抗原—抗体杂交 (2)1.4(注：1.3～1.5 均可) (3)不加该抑制剂 的 M 和 Mc M 细胞(或“乳腺细胞 M”或“癌变前细胞”) 有氧呼吸第三 细胞癌变后代谢 所 需 能 量 可 来 自 无 氧 呼 吸 ( 或 “ 糖 酵 解 ”) (4) 提 高 葡 萄 糖 转 运 蛋 白 的 合 成 量 本课时内容主要通过识记来掌握，在复习时应做到以下几点： (1)能准确说出细胞分化、衰老、凋亡和癌变的含义、发生机理和主要特征，可通过列表 比较法进行识记。 (2)关注人类健康和当前的科技成果及最新的社会热点问题。 考点一|细胞的分化与细胞的全能性 [明考向—不走弯路] 细胞分化的原理、表现形式及与细胞全能性的关系是高考的主要命题点，如课前诊断卷 T1、T2。考生常不能根据细胞的结构、功能判断细胞的分化而出错，如课前诊断卷 T3。 [联知识—简洁串记] 1．明确细胞分化的机理和结果(填图) (1)细胞分化的机理： (2)细胞分化的“变”与“不变”： ①不变 DNA、tRNA、rRNA 细胞的数目 ②改变 mRNA、蛋白质的种类 细胞的形态、结构和功能 2．比较细胞分化与细胞的全能性(填表) 项目 细胞的分化 细胞的全能性 原理 细胞内基因的 选择性表达 含有 本物种全套遗传物质 结果 形成 形态、结构和功能不同的细胞 形成 新的个体 大小 比较 分化程度：体细胞 ＞生殖细胞 ＞受精卵 全能性大小：体细胞 ＜生殖细 胞 ＜受精卵 联系 ①两过程遗传物质都 不发生(填“发生”或“不发生”)变化 ②一般来说，细胞的分化程度越高，全能性□10越小 [防易错—无障通关] 判断下列叙述的正误 (1)所有干细胞都要发生分化(×) (2)未脱离植物体的细胞不能表现出全能性(√) (3)同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强(√) (4)不同分化细胞的遗传信息相同(√) (5)断尾壁虎长出新尾巴过程中发生了细胞分化(√) (6)玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性(×) (7)ATP 合成酶基因属于奢侈基因，在不同细胞中选择性表达(×) (8)细胞分裂使细胞数目增多，细胞类型不变(√) (9)细胞分化使细胞类型增多，数目不变(√) (10)细胞分裂是细胞分化的基础，细胞分化导致遗传物质改变(×) (11)目前，动物细胞的全能性还没有实现(×) 考点二|细胞的衰老、凋亡和癌变 [明考向—不走弯路] 健康与疾病是社会关注的热点，也是高考命题的热点，细胞衰老的特征和原理、细胞凋 亡和癌变的机理、特征及相互关系是命题的重点，常以信息题形式考查，考生常因不能准确 理解信息而失误，如课前诊断卷 T10、T11。 [联知识—简洁串记] 1．熟记细胞衰老的特征(填空) ①细胞核体积增大 ②细胞核体积减小 ③细胞内色素积累 ④细胞膜物质运输功能 增强 ⑤细胞内多种酶活性降低 (1)上面叙述属于一般细胞衰老特征的是：①③⑤。 (2)上面叙述属于人体红细胞衰老特征的是：③⑤。 2．辨别细胞凋亡与细胞坏死(填空) (1)细胞的凋亡： ①细胞自动结束生命的决定因素：基因。 ②细胞凋亡类型： a．个体发育中细胞编程性死亡。 b．成熟个体细胞的自然更新。 c．被病原体感染的细胞的清除。 ③与细胞凋亡关系密切的细胞器是溶酶体。 (2)细胞坏死： ①不受基因控制 ②对机体有利 ③细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和 死亡 ④受电、热、冷、机械等不利因素影响 ⑤细胞外形出现规则变化 上述对细胞坏死的描述，正确的是：①③④。 3．明确细胞癌变的机理(填图) [防易错—无障通关] 1．判断有关细胞衰老和凋亡叙述的正误 (1)细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动(×) (2)细胞普遍衰老会导致个体衰老(√) (3)衰老细胞内染色质固缩影响 DNA 复制和转录(√) (4)细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡(×) (5)细胞凋亡受基因调控，不利于个体生长发育(×) 2．判断有关细胞癌变叙述的正误 (1)原癌基因和抑癌基因发生多次变异累积可导致癌症，因此癌症可遗传(×) (2)癌细胞在条件适宜时可无限增殖(√) (3)癌变前后，细胞的形态和结构有明显差异(√) (4)原癌基因的主要功能是阻止细胞发生异常增殖(×) (5)人的精神状态和情绪与细胞癌变有关(√) 一、练全国卷高考真题——知考查重点 1．(2016·全国卷甲)在细胞的生命历程中，会出现分裂、分化等现象。下列叙述错误 的是( ) A．细胞的有丝分裂对生物性状的遗传有贡献 B．哺乳动物的造血干细胞是未经分化的细胞 C．细胞分化是细胞内基因选择性表达的结果 D．通过组织培养可将植物叶肉细胞培育成新的植株 解析：选 B 有丝分裂使细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性，对生物性状 的遗传有很大贡献。哺乳动物的受精卵是未经分化的细胞，而哺乳动物的造血干细胞是由受 精卵分化形成的，属于已分化的细胞，只是分化程度不高，仍保留分裂和分化的能力。细胞 分化的根本原因是在个体发育的过程中，同一生物的不同细胞中遗传信息的执行情况不同， 即基因的选择性表达。高度分化的植物细胞仍具有全能性，故通过植物组织培养技术可将离 体的植物叶肉细胞培育成新的植株。 2．(2014·全国卷Ⅱ)同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上是不同的，造成这种 差异的主要原因是( ) A．二者所处的细胞周期不同 B．二者合成的特定蛋白不同 C．二者所含有的基因组不同 D．二者核 DNA 的复制方式不同 解析：选 B 神经细胞与肌细胞都是高度分化的细胞，不再进行分裂，不存在细胞周期。 同一动物个体的神经细胞与肌细胞在功能上不同，源于基因的选择性表达，即在不同的时间 和空间条件下合成了不同的蛋白质，因此二者合成的特定蛋白不同。同一动物个体的所有细 胞都是通过受精卵的分裂和分化形成的，因此所含的基因组相同。DNA 的复制方式是半保留 复制，因此二者核 DNA 的复制方式相同。 二、练各地市调研试题——知命题热点 1．自由基学说是大家普遍接受的解释细胞衰老的假说之一，如图表示了这一学说的内 容，下列有关叙述错误的是( ) A．自由基会使细胞膜受损进而影响物质进出、能量转换和信息交流 B．自由基会影响转录、翻译过程，还会引起原癌基因和抑癌基因等基因发生突变 C．细胞衰老过程中也会有基因选择性表达过程，且部分酶的活性会增加 D．人的受精卵发育到胚胎过程中不会产生衰老的细胞 解析：选 D 细胞膜的功能有控制物质进出、能量转换和信息交流，由图可知，自由基 可以使细胞膜受损。由图可知，自由基可以损伤细胞核，所以会影响转录和翻译过程；据题 图可知，自由基会引起原癌基因和抑癌基因等基因发生突变。细胞衰老是细胞正常的生命历 程，与基因控制有关，衰老时细胞内多种酶的活性会降低，但部分酶的活性会增加。细胞的 衰老是个体生长发育过程中的正常现象，人体内的细胞总是在不断更新着，总有一部分细胞 处于衰老或走向死亡的状态。 2．p53 基因与肿瘤的形成有关，其表达产生 p53 蛋白，当 DNA 受到损伤时，p53 蛋白会 阻止 DNA 复制，以提供足够的时间使损伤 DNA 修复，如果修复失败，p53 蛋白会引发细胞凋 亡，阻止细胞进行不正常的增殖。则下列叙述正确的是( ) A．p53 基因是一种抑癌基因，能抑制细胞癌变 B．p53 基因突变后，就会引起细胞癌变 C．癌细胞的细胞膜上糖蛋白减少是因为细胞中核糖体数量减少 D．已分化和衰老的细胞均不会发生癌变 解析：选 A 由题中信息可知，p53 基因表达产生的 p53 蛋白会引发细胞凋亡，阻止细 胞进行不正常的增殖，故 p53 基因是一种抑癌基因，能抑制细胞癌变；细胞癌变并不是单一 基因突变的结果；癌细胞的细胞膜上糖蛋白减少，但细胞中核糖体数量并不减少，癌细胞代 谢旺盛，需要合成更多的蛋白质；已分化和衰老的细胞也可能发生基因突变，进而引起癌变。 3．《PNAS》杂志最近在线发表了中国科学院生物物理研究所研究人员在肿瘤药物靶向输 送领域的最新成果(如图所示)。下列叙述正确的是( ) A．恶性肿瘤内有大量癌细胞，和正常细胞相比，癌细胞水分含量少，细胞呼吸速率快 B．细胞癌变后，位于细胞膜上的糖蛋白等物质会减少，使癌细胞容易在体内分散和转 移 C．细胞癌变与细胞凋亡都是基因选择性表达的结果，前者是异常表达，后者是正常表 达 D．要控制肿瘤细胞的过度增殖，肿瘤药物作用的时间最好是细胞分裂前期纺锤体形成 时 解析：选 B 恶性肿瘤内有大量癌细胞，与正常细胞相比，癌细胞水分含量高，细胞呼 吸速率快；细胞癌变后，位于细胞膜上的糖蛋白等物质会减少，使癌细胞容易在体内分散和 转移；细胞癌变是基因突变的结果，细胞凋亡是基因选择性表达的结果；要控制肿瘤细胞的 过度增殖，肿瘤药物作用的时间最好是细胞分裂间期 DNA 复制时。 4．科学研究发现，有 3 个基因在所有细胞凋亡中都起作用，它们是基因 ced3、ced4、 ced9，三者的功能及关系如图所示(“＋”表示促进，“－”表示抑制)。据图分析下列相关 叙述，错误的是( ) A．基因 ced9 与抑癌基因的功能相同 B．基因 ced3、基因 ced4 中的一个基因突变失活，细胞凋亡可能受到影响 C．基因 ced9 对基因 ced3、基因 ced4 起调控作用 D．基因 ced9 突变丧失功能时，会引起细胞凋亡 解析：选 A 抑癌基因的功能主要是阻止细胞不正常的增殖，依题图可知，基因 ced9 无此功能；由图乙可知，基因 ced3、基因 ced4 同时发挥作用引起细胞凋亡，两者中的一个 失活，细胞凋亡可能受到影响；基因 ced9 对基因 ced3、ced4 起调控作用；基因 ced9 开启 时可抑制基因 ced3、基因 ced4 的表达，进而抑制细胞凋亡，关闭时(功能丧失)细胞凋亡。 5．ACC 合成酶是植物体内乙烯合成的限速酶，下表是科学家以番茄 ACC 合成酶基因为 探针，研究番茄果实不同成熟阶段及不同组织中该基因的表达情况。下列分析正确的是 ( ) 果实成熟的不同阶段 叶片 雌蕊 雄蕊 根 绿果 变红 桃红 橙红 亮红 红透 － ＋ ＋＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋ ＋＋ ＋＋＋ － － ＋ － 注：－表示该基因不表达，＋表示该基因表达，＋的数目越多表示表达水平越高。 A．该基因的表达水平在不同的组织和果实成熟的不同阶段无差异 B．橙红和亮红的果实细胞中该基因转录产物可能相对较多 C．绿果、雌蕊、叶片和根中无该基因及其转录产物，体现了细胞的基因选择性表达 D．果实中该基因表达水平高于叶片，说明前者的分化程度高于后者 解析：选 B 根据表中信息可知，番茄的不同组织以及果实成熟的不同阶段 ACC 合成酶 基因的表达水平存在明显差异。橙红和亮红的果实中，ACC 合成酶基因表达水平最高，故其 细胞中 ACC 合成酶基因的转录产物可能相对较多。番茄不同的组织和果实成熟的不同阶段该 基因的表达水平不同，体现了不同细胞的基因选择性表达，而不是绿果、雌蕊、根和叶片无 该基因。果实中该基因的表达水平高于叶片，说明该基因进行了选择性表达，但不能说明果 实的分化程度高于叶片。