文档内容
大题优练 2 细胞代谢及其应用
优 选 例 题
例1：如何提高植物对CO 的同化力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题，根据以下有关研究过程回
2
答问题：
（1）卡尔文及其同事研究植物对CO 的固定过程如下：首先为了探明碳的转移途径，将_____标记的CO
2 2
注入培养藻的密闭容器，定时取样，每次将藻浸入热的乙醇中，杀死细胞，提取细胞中的有机物。然后应用
双向纸层析法使得提取物_____，再通过放射自显影分析放射性物质的斑点，并与已知化学成分进行比较。其
次按反应顺序找到生成的各种化合物；不断缩短时间取样，若依次测定出的化合物种类为 ABC—AB—A，找
到含有放射性的化合物C 、C 和C 等。你认为字母A表示以上哪种化合物？_____。
3 5 6
（2）在生产实践中，增施CO 是提高温室作物产量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现：
2
增施CO 时间过长，作物的光合作用反而会减弱。原因在于：一方面是淀粉积累会_____光合作用，另一方面
2
是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的____（至少答出两点）等含氮
化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温增强了植物的_____。请根据本研
究的结果，对解决“长时间增施CO 抑制光合作用”这一问题，提出合理化建议：_________________。（至
2
少答出两点）
【答案】（1）14C 分离 C
3
（2）抑制 ATP、ADP、酶、NADPH 细胞呼吸 适当升温、控制增施CO 的时间（或间断供给
2
CO）、加强对植物氮素营养的补充
2
【解析】（1）为研究CO 中C的转移途径，可将14C标记的CO 注入培养藻的密闭容器，定时取样，并
2 2
检测出现放射性的产物；细胞内的提取物在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，
可依据此原理用双向纸层析法使得提取物分离开来；随着取样时间缩短，若依次测定出的化合物种类为
ABC—AB—A，出现放射性的物质种类减少，根据光合作用暗反应过程分析可知，最先出现的放射性物质应
为C ；（2）增施CO 时间过长，植物光合作用反而减弱，可能的原因：一方面是淀粉积累会抑制光合作用，
3 2另一方面是有限的氮元素营养会被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的 ATP、ADP、酶、
NADPH等含氮化合物合成不足；提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温增强了植物的细
胞呼吸，提高了细胞对糖的利用率（细胞呼吸）；通过以上分析，要解决“长时间增施 CO 抑制光合作用”
2
这一问题，可适当升温以降低淀粉含量、控制增施CO 的时间（或间断供给CO ）以及加强对植物氮素营养
2 2
的补充等。
例2：为研究叶面施肥对花生光合作用的影响，科研人员用适宜浓度的氮肥（尿素）、硼肥（硼酸）、钾肥
（硫酸钾）和磷肥（过磷酸钙）分别喷施于花针期的花生叶片进行实验，结果见下表。请回答下列问题：
叶绿素含量 净光合速率 胞间CO 浓度
2
处理方式
（mg·g−1） （μmol·m−2·s−1） （μmol·mol−1）
对照组 3.41 16.3 252
尿素 3.45 17.6 254
硫酸钾 3.50 18.2 255
过磷酸钙 3.99 19.4 285
硼酸 4.07 20.1 274
（1）对照组花生植株的叶面应作的处理是_____。
（2）若预实验过程中喷施肥料浓度过高，致使部分细胞处于_____状态，植株会出现“烧苗”现象。
（3）由表可知，使用适宜浓度的硼肥对提高花生叶片光合效率的效果更佳。请依据光合作用原理结合上
表数据进行解释说明原因：_____，使光反应增强；同时，_____，使暗反应也增强
（4）喷施磷肥对提高花生光合效率的效果也不错，请从磷元素作用角度说明原因_____。
【答案】（1）喷施等量的蒸馏水
（2）质壁分离（或渗透作用失水、失水）
（3）能提高叶绿素的含量，对光能的吸收、传递、转化能力增强 提高胞间CO 浓度，CO 吸收量增多
2 2
（4）磷是组成叶绿体类囊体等生物膜、ATP及ADP等的重要元素，喷施磷肥可以增强光反应【解析】本实验目的是研究叶面施肥对花生植株光合作用的影响，自变量是叶面施肥的种类，其它对实验
结果有影响的因素均为无关变量，各组应控制相同且适宜。所设置的五组实验中，除对照组外，其余均为实
验组。围绕题意和实验设计遵循的原则、光合作用过程及其影响因素等相关知识，对比分析表中各项数据的
变化规律，对相关问题进行解答。（1）据表分析可知，该实验的自变量是叶面肥的种类，叶面施肥的量为无
关变量，依据实验设计遵循的等量原则应控制相同，即实验过程中对对照组的处理要求是喷施等量的蒸馏水。
（2）喷施溶液的浓度过高时，出现“烧苗”现象的主要原因是：喷施溶液的浓度大于细胞液浓度，导致叶片
细胞因渗透失水而发生质壁分离，最终因失去过多水分而死亡。（3）据表分析可知：与对照组和使用适宜浓
度的氮肥、钾肥的实验组相比，使用适宜浓度的磷肥、硼肥的实验组，其叶绿素含量增多，色素分子吸收的
光能多，对光能的转化能力增强，导致光反应增强；同时，胞间 CO 浓度升高，CO 吸收量增多，致使暗反
2 2
应增强。（4）喷施磷肥对提高花生光合效率的效果最佳的原因是：磷是组成叶绿体类囊体等生物膜、ATP及
ADP等的重要元素，喷施磷肥可以增强光反应。
模 拟 优 练
1．植物甲为常见阳生植物，植物乙为常见阴生植物，阳生植物的光补偿点（光合速率与呼吸速率相等时环境
中的光照强度）一般大于阴生植物，回答下列问题：
（1）叶绿素分布于植物乙叶绿体基粒的___薄膜上，光反应阶段产生的ATP和NADPH将直接参与暗反
应阶段中的____过程。
（2）实验过程中，给植物甲浇灌Hl8O，发现叶肉细胞中出现了（CH18O）。分析其最可能的转化途径是
2 2
_________________________，植物乙净光合速率为0时，植物甲净光合速率_____________（填大于0、等
于0、小于0）。
（3）若将植物甲密闭在无O 、但其他条件适宜的小室中，遮光培养一段时间后，发现该植物细胞无氧呼
2
吸过程中除第一阶段有少量ATP生成外，第二阶段并未有ATP生成，原因是___________________________。
【答案】（1）类囊体 三碳化合物的还原
（2）有氧呼吸（第二阶段）生成二氧化碳（Cl8O ），二氧化碳（Cl8O ）再参与暗反应（光合作用）生成
2 2
有机物(CH18O) 小于0
2
（3）ATP的合成需要原料ADP、Pi及能量。植物细胞中有ADP、Pi，无氧呼吸第一阶段有少量能量释放
出来，所以可以合成少量ATP，无氧呼吸第二阶段没有能量产生，因此没有ATP生成【解析】本题考查了光合作用发生的场所、光合作用过程中物质的转移、光合作用和呼吸作用的关系及无
氧呼吸的有关知识。光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段：（1）光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，
此过程必须有光、色素、化合作用的酶。具体反应步骤：①水的光解，水在光下分解成氧气和还原氢．
②ATP生成，ADP与Pi接受光能变成ATP。此过程将光能变为ATP活跃的化学能。（2）暗反应在叶绿体基
质中进行，有光或无光均可进行，反应步骤：①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳
化合物．②二氧化碳的还原，三碳化合物接受还原氢、酶、ATP生成有机物。此过程中ATP活跃的化学能转
变成化合物中稳定的化学能。光反应为暗反应提供了 NADPH和ATP，NADPH和ATP能够将三碳化合物还
原形成有机物。（1）叶绿素分布于真核细胞叶绿体类囊体的薄膜上，光反应阶段产生的ATP和NADPH将
直接参与暗反应阶段中的三碳化合物的还原过程。（2）Hl8O先进行有氧呼吸（第二阶段）生成二氧化碳
2
（Cl8O ），二氧化碳（Cl8O ）再参与暗反应（光合作用）生成有机物(CH18O)。由于阳生植物的光补偿点大
2 2 2
于阴生植物，因此植物乙净光合速率为0时，植物甲净光合速率小于0。（3）植物甲密闭在无O、遮光培养
2
的环境中，其进行无氧呼吸，无氧呼吸第一阶段有少量能量的释放，而植物细胞中有ADP、Pi，则可以少量
合成ATP，但无氧呼吸的第二阶段无能量的释放，因此没有ATP的生成。
2．下图表示某温带植物在生活状态下光合作用强度和呼吸作用强度（用单位时间内有机物的合成量或分解量
表示）与温度的关系。据图回答下列问题：
(1)温度影响光合作用强度与呼吸作用强度，其原因是________________。从图中可看出，光合作用与呼
吸作用的最适温度分别是________________。
(2)深秋时节，随气温逐渐降低，植物已开始落叶进入冬眠状态，据图分析其理由是_______。
(3)光合作用固定的CO 中的C元素在暗反应中的途径是____，而释放的O 中的O元素直接来自于_____。
2 2
【答案】(1)温度可影响光合作用与呼吸作用酶的活性 t 和t
3 5
(2)当温度低于t时，植物的光合作用强度低于呼吸作用强度，无法正常生活
l(3) 或C H O
5 2
【解析】分析题图：随着温度的递增，某温带植物在生活状态下的光合作用强度和呼吸作用强度均呈现先
增加后减少的变化趋势，但二者在温度分别为t 和t 时达到最大值，说明t 和t 分别是光合作用强度和呼吸作
3 5 3 5
用强度的最适温度。(1)温度能够影响酶的活性。温度影响光合作用强度与呼吸作用强度的原因是：可影响光
合作用与呼吸作用酶的活性。在温度分别为t 和t 时，光合作用强度和呼吸作用强度分别达到最大值，说明
3 5
光合作用强度和呼吸作用强度的最适温度分别是t 和t 。(2)题图显示：当温度低于t 时，植物的光合作用强
3 5 l
度低于呼吸作用强度，没有有机物积累，无法正常生活，这是“深秋时节，随气温逐渐降低，植物已开始落
叶进入冬眠状态”的原因。(3)在光合作用的暗反应阶段，在特定酶的催化下，CO 与C 结合形成两个C 分子，
2 5 3
C 接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原为糖类与C ，可见，光合作用固定的CO 中的C元
3 5 2
素在暗反应中的途径是CO→C →（CHO）或C 。在光合作用的光反应阶段，叶绿体中光合色素吸收的光能，
2 3 2 5
其用途之一是：将HO分解为氧和H+，氧直接以分子（O）形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结
2 2
合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。
3．在光合作用研究过程中，陆续发现以下事实：
事实1：在人们对光合作用的认识达到一定程度时，以反应式6CO+6H O→C H O+6O 表示光合作用。
2 2 6 12 6 2
事实2：1937年，植物生理学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中，制备成
叶绿体悬浮液若在试管中加入适当的“电子受体”，给予叶绿体一定强度的光照，在没有 CO 时就能放出
2
O，同时电子受体被还原。希尔反应式是HO+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O 。
2 2 2
事实3：在希尔反应的基础上，Amon又发现，处于光下的叶绿体在不供给CO 时，既能积累还原态电子
2
受体也能积累ATP；若撤去光照，供给CO ，则还原态电子受体和ATP被消耗，并有有机物(CHO)产生。根
2 2
据以上事实，回答下列相关问题。
（1）基于以上三个事实推测，光合作用反应式中的C H O 中的O可能来自___________。
6 12 6
（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中__________阶段的部分变化,该阶段中电子受体由氧化态变成还原
态的________________ (填物质名称)，希尔实验中配制叶绿体悬浮液时加入一定浓度的蔗糖溶液的目的是
_______________________________________________________。
（3）Amon的实验说明(CHO)的生成可以不需要光，但需要___________________(不考虑水)。
2
（4）若向叶绿休悬浮液中加入C 且提供光照、不提供CO 则短时间内ATP和[H]_______(填“会”或
3 2
“不会”)出现积累。【答案】（1）CO
2
（2）光反应 NADPH 形成等渗溶液，维持叶绿体的正常形态和功能
（3）CO、ATP、NADPH
2
（4）不会
【解析】事实1为光合作用的反应式；事实2是希尔反应的发现过程；事实3为在有光和无光条件下还原
态电子受体和ATP的含量变化情况。（1）根据事实2和事实3可知，植物在没有二氧化碳的条件下就能放出
氧气，参考化学式可知，水中的 O全部转化成了氧气中的O，则光合作用产物C H O 中的O来自CO ；
6 12 6 2
（2）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，电子受体由氧化态变为还原态的[H]；为维
持叶绿体的正常形态和功能，需保持细胞液内外的渗透压平衡，即需要形成等渗溶液，故配制叶绿体悬浮液
时应加入一定浓度的蔗糖溶液；（3）由事实3可以推测暗反应的进行可以不需要光，但需要有光反应阶段的
产物[H]和ATP以及外界提供的CO ；（4）因光反应产物NADPH和ATP可用于暗反应中C 的还原，故在提
2 3
供了C 的前提下，NADPH和ATP不断被利用，短时间内不会出现积累。
3
4．如图甲为研究光照强度对某植物光合作用强度影响实验示意图，图乙表示其叶肉细胞气体交换情况，图丙
表示光照强度与光合速率的关系，图丁表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O 吸收和释放速
2
率的变化示意图(单位：mg/h，A、B点对应时刻分别为6点和19点。请据图同答：
（1）若要测定图甲中植物的净光合速率，可供选择的测定指标有_________。
（2）叶肉细胞处于图乙状态时，对应图丙中的区段是___________________。
（3）图丙中限制A-C段光合速率的主要因素是__________，若适当提高CO 的浓度，B点将_________移。
2
（4）提取绿叶中的色素加入__________可防止色素被破坏，叶绿体中含量最多的色素主要吸收
_______________ 光 。 为 分 离 绿 叶 中 的 色 素 ， 常 使 用 _______ 法 ， 其 原 理 是
________________________________。（5）丁图中测得该植物一昼夜的O 净释放量为300mg，假设该植物在24小时内呼吸速率不变，则该植
2
物一天通过光合作用产生的O 总量是___________，光合速率最高时，光合作用每小时利用CO 的量是
2 2
__________。
【答案】（1）单位时间内容器中O 的增加量、单位时间内容器中CO 的增加量、单位时间内植株有机物
2 2
的积累量
（2）B点以后
（3）光照强度 左移
（4）CaCO 蓝紫光和红光 纸层析法 不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸
3
条上扩散得快，反之则慢
（5）588mg 77mg
【解析】乙图a表示类囊体、b表示叶绿体基质、c表示线粒体，其中①表示吸收氧气进行有氧呼吸、②
表示吸收二氧化碳进行光合作用，该图表示光合速率大于呼吸速率；丙图 A点表示只有呼吸作用；AB段表
示光合速率小于呼吸速率；B点表示光合速率和呼吸速率相等即光补偿点；BC段表示光合速率大于呼吸速率；
图丁A、B点对应时刻分别为6点和19点，0-5只进行呼吸作用、5-6呼吸作用大于光合作用、6-19光合作用
大于呼吸作用、19-20呼吸作用大于光合作用和20-24（或20-5）进行呼吸作用；图中阴影部分所表示的O 白
2
天光合作用释放量。（1）净光合速率的测定指标有单位时间内O 的释放量（光照下）或单位时间内CO 的
2 2
吸收量（光照下）或单位时间内有机物的积累量；（2）图乙中表示光合速率大于呼吸速率，对应图丙中的区
段是B点以后；（3）图丙中曲线表示在一定范围内，光合速率随光照强度的增加而增加，但超过一定的范
围（光饱和点）后，光合速率不再增加，说明在AC段限制光合作用强度的因素是光照强度；若适当提高
CO 的浓度，暗反应增强，光合速率增大，要使光合速率=呼吸速率（B），要适当降低光照强度，B点左移；
2
（4）为防止色素被破坏，可在色素提取时加入碳酸钙；光合作用的色素中叶绿素a的含量最多，叶绿素a主
要吸收红光和蓝紫光；不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则
慢，故常用纸层析法分离绿叶中的色素；（5）该植物一昼夜的O 净释放量为300mg=白天光合作用量一昼夜
2
呼吸作用量，据图可知该植物呼吸速率为 12，故24小时呼吸量为288mg，实际光合量=净光合量+呼吸量
=300+288=588mg；光合作用速率最高时，光合作用每小时产生的氧气量是 44+12=56mg，据光合作用反应式
关系6CO～6O，每小时利用CO 的量是则消耗的二氧化碳的量是（56÷32）×44=77mg。
2 2 2
5．将某植物置于密闭玻璃罩内，在25℃恒温条件下，测定该植物对某气体的吸收量或释放量随光照强度的
变化，实验结果如图所示。据图回答下列问题：（1）实验所测的气体应为________。
（2）若适当增加二氧化碳浓度，则短时间内叶肉细胞内C 的含量将________。
5
（3）植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃，若将温度从25℃提高到30℃时，A点将
________移。
（4）D 点时，该植物产生氧气的量为 _________________，叶绿体释放的氧气的去向是
____________________________________。
（5）光照条件下若玻璃罩内低氧高二氧化碳时，细胞内的 Rubisco酶催化C 与CO 反应，完成光合作用；
5 2
在高氧低二氧化碳情况下，该酶却催化C 与O 反应，经一系列变化后生成CO ，这种植物在光下吸收O 产
5 2 2 2
生CO 的现象称为光呼吸。由此推测，Rubisco酶的存在场所为________。在北方夏季晴朗的中午，细胞内
2
O/CO 值较高，此时有利于________（填“光呼吸”或“光合作用”）过程。
2 2
【答案】（1）O
2
（2）减少
（3）上
（4）V+V 进入线粒体和释放到外界环境中
1 2
（5）叶绿体基质 光呼吸
【解析】分析曲线图：A点时只进行呼吸作用；AB段光合速率小于呼吸速率；B点为光补偿点，此时光
合速率等于呼吸速率；B点之后，光合速率大于呼吸速率；D点时光合速率达到最大值。（1）光照强度为0
时只有呼吸作用，吸收氧气释放二氧化碳，因此实验所测的气体应为氧气。（2）若适当增加二氧化碳浓度，
生成的C 增多，则短时间内叶肉细胞内C 的含量将减少。（3）植物的光合作用和细胞呼吸最适温度分别为
3 5
25℃和30℃，若将温度从25℃提高到30℃时，呼吸作用加强，光合作用减弱，A点将上移。（4）D点时，
该植物产生氧气的量为总光合，为V+V ，叶绿体释放的氧气的去向是进入线粒体参与有氧呼吸和释放到外
1 2界环境中。（5）由于Rubisco酶催化C 与CO 反应，而C 与CO 反应是暗反应，发生在叶绿体基质中；在
5 2 5 2
北方夏季晴朗的中午，由于部分气孔关闭导致CO 减少，O/CO 值升高，因而有利于光呼吸。
2 2 2
6．沙棘耐干旱、耐盐碱、抗风沙能力强，被广泛用于水土保持。科研人员利用“间隙光”（光照 20秒、黑
暗20秒交替进行）处理沙棘叶肉细胞一段时间，部分实验结果如图所示。请回答下列问题：
（1）沙棘叶肉细胞中可将其他形式的能量转化为ATP中活跃的化学能的场所有________，可消耗[H]的
过程有_______________________。
（2）B点光合速率_______（填“大于”等于”或“小于”）呼吸速率。据图可知，黑暗开始后DE段保
持稳定的主要原因是_________________________。
（3）与连续光照 6 小时，再连续暗处理 6 小时相比，“间隙光”处理 12 小时的光合产物
_______________（填“较多”“相等”或“较少”）。
（4）研究发现，沙棘细胞内可溶性蛋白、可溶性糖等物质的含量较多，其意义是_____________________。
【答案】（1）细胞质基质、线粒体、叶绿体 光合作用的暗反应、有氧呼吸的第三阶段（和无氧呼吸的
第二阶段）
（2）大于 光反应产生的ATP和[H]在黑暗开始后还能维持一段时间的暗反应
（3）较多
（4）增大细胞内渗透压，增强植物细胞的吸水能力（和防止细胞脱水）
【解析】据图可知，虚线表示O 释放速率，实线表示CO 吸收速率，由于光反应产生的ATP和[H]，在黑
2 2
暗开始后还能维持一段时间的暗反应，所以黑暗开始后CO，吸收速率保持短时间稳定。（1）沙棘叶肉细胞
2
中可将其他形式的能量转化为ATP中活跃的化学能的生理活动有光合作用和呼吸作用，故场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体；可消耗[H]的过程有光合作用的暗反应、有氧呼吸的第三阶段（和无氧呼吸的第二阶段）。
（2）B点氧气的释放速率大于0，说明光合速率大于呼吸速率。吸收的CO 用于光合作用暗反应阶段，黑暗
2
开始后DE段CO 吸收速率保持稳定，主要原因是光反应产生的ATP和[H]在黑暗开始后还能维持一段时间的
2
暗反应。（3）“间隙光”处理12小时与连续光照6小时、再连续暗处理6小时相比，光反应时间相同，但
暗反应时间则是“间隙光”处理的长，由图可知，如果连续光照和连续黑暗，就不会出现光合速率突然增大
的情况，所以“间隙光”处理的光合产物大于连续处理的光合产物。（4）研究发现，沙棘细胞内可溶性蛋白、
可溶性糖等物质的含量较多，有利于增大细胞内渗透压，增强植物细胞的吸水能力，防止细胞脱水。
