文档文本内容
1.细胞代谢
[分值：60 分]
1．(14 分)(2025·常德二模)绿色硫细菌(厌氧菌)因缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧的
光合作用，如图1 所示。在绝大部分生物体内，三羧酸循环(TCA 循环)是能量代谢的主要途
径，糖类等物质分解生成的丙酮酸在一系列酶的作用下生成乙酰辅酶A，进入TCA 循环，
但在绿色硫细菌体内这一过程可以反向进行，即逆向TCA 循环，如图2 所示。回答下列问
题：
(1)绿色硫细菌在__________(填场所)上将光能转化为__________中的化学能，用于暗反应。
H＋以__________方式通过ATP 合酶，并利用其浓度差合成ATP，H＋浓度差形成的原因有
________________________________。
(2)下列关于逆向TCA 循环的叙述，合理的是________(选填下列序号)。
①逆向TCA 循环除合成糖类外，还可为其他合成代谢提供原料 ②绿色硫细菌的光合作用
可为逆向TCA 循环提供能量 ③地球上早期微生物可能具有逆向TCA 循环的能力 ④逆向
TCA 循环所产生的ATP 多于TCA 循环
(3)绿色硫细菌光合作用的光解底物是H2S 而非H2O，这对地球生命系统演变的意义是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)光合片层 NADPH 和ATP 协助扩散 高能电子(或e－)提供能量进行H＋的跨膜
运输；内腔中H2S 分解产生H＋；细胞质基质中合成NADPH 消耗H＋ (2)①②③ (3)绿色
硫细菌利用H2S 进行光合作用，能够在这种特殊的环境条件下合成有机物质，为早期生命的
存在和发展提供了物质基础；使得生命在氧气稀缺的环境中得以延续和发展，避免了因氧气
缺乏而导致生命难以生存；通过利用H2S 中的化学能进行光合作用，将其转化为有机物质中
的化学能，为早期生命的生存和繁衍提供了能量支持；绿色硫细菌的存在及其代谢方式，为
地球生命系统的多样性增添了色彩
解析 (1)据图可知，在光合作用中，光能转化为化学能的场所是光合片层。ATP 和NADPH
是光合作用暗反应的能量和还原剂，所以光能转化为ATP 和NADPH 中的化学能。H＋通过
ATP 合酶的方式是协助扩散，因为ATP 合酶是一种跨膜蛋白，能够利用H＋浓度差推动ATP
的合成。绿色硫细菌光合作用光解底物是H2S，产生H＋、电子和S；高能电子(或e－)提供能
量进行H＋的跨膜运输；同时细胞质基质中合成NADPH 消耗H＋，导致H＋在光合片层两侧
形成浓度差。(2)逆向TCA 循环不仅能合成糖类，还能为其他合成代谢提供原料，如中间产
物可参与其他物质的合成，①合理。绿色硫细菌进行不产氧的光合作用，也能产生ATP 和
NADPH，能为逆向TCA 循环提供能量，②合理。早期地球环境中氧气含量较低，早期微生
物可能具有适应低氧环境的逆向TCA 循环能力，③合理。逆向TCA 循环是在特定条件下进
行的合成糖类的反应，主要是耗能反应，TCA 循环是有氧呼吸过程中的氧化放能反应，④
不合理。故选①②③。(3)在早期地球大气中氧气含量较低的情况下，绿色硫细菌利用H2S
进行光合作用，能够在这种特殊的环境条件下合成有机物质，为早期生命的存在和发展提供
了物质基础；使得生命在氧气稀缺的环境中得以延续和发展，避免了因氧气缺乏而导致生命
难以生存；通过利用H2S 中的化学能进行光合作用，将其转化为有机物质中的化学能，为早
期生命的生存和繁衍提供了能量支持；绿色硫细菌的存在及其代谢方式，为地球生命系统的
多样性增添了色彩。
2．(16 分)仙人掌是典型的旱生植物，其在长期干旱条件下进化出的光合作用模式，与C3、
C4类植物光合作用存在明显区别；如图1 为仙人掌光合作用CO2同化途径，图2 为磷酸烯醇
式丙酮酸(PEP)羧化酶活性昼夜转换机制，据图回答相关问题：
(1)白天仙人掌可将____________________过程产生的CO2运入叶绿体参与__________循环
完成光合作用过程。
(2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，将吸收的CO2与__________结合
被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中，据图分析这种存储的生理学意
义在于__________________________；与C4植物将CO2固定和暗反应(分别在叶肉细胞和维
管束鞘细胞中进行)在空间上分开相比，仙人掌将CO2固定和暗反应选择在______________，
因而更加适应干旱环境。
(3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成，根据图1 和图2 分析其原因是
______________________________________。
(4)某生物兴趣小组欲利用“密闭透明容器”验证仙人掌“夜间吸收CO2”的特性，请设计
实验，简要写出实验思路和预期实验结果：_______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)细胞呼吸和苹果酸分解 卡尔文
(2)PEP(磷酸烯醇式丙酮酸) 避免苹果酸降低细胞质基质的pH，影响细胞质基质内的反应，
同时避免苹果酸在细胞质基质内积累，促进CO2的吸收 时间上分开(夜晚固定CO2，白天
还原CO2) (3)夜晚细胞呼吸减弱，生成的ATP 减少，影响了PEPC 的活化，使草酰乙酸生
成量减少，影响CO2固定，同时为苹果酸合成提供的NADH 减少，从而影响苹果酸的生成
(4)实验思路：将仙人掌置于密闭透明容器中，分别在白天和夜间测定容器内CO2浓度变化。
预期实验结果：夜间容器内CO2浓度显著下降，白天CO2浓度基本不变
解析 (1)据图1 可知，夜晚时，仙人掌叶肉细胞气孔开放，吸收CO2，CO2被PEP(磷酸烯醇
式丙酮酸)固定形成苹果酸，苹果酸储存在液泡中；白天，苹果酸从液泡中释放出来，分解
产生CO2，同时还有细胞呼吸产生CO2，CO2进入叶绿体参与卡尔文循环(暗反应)，完成光
合作用。(2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，将吸收的CO2与PEP(磷
酸烯醇式丙酮酸)结合被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中。这种存
储的生理学意义在于维持细胞内pH 稳定，避免酸中毒，同时避免苹果酸在细胞质基质内积
累，促进CO2 的吸收。与C4 植物将CO2 固定和暗反应在空间上分开相比，仙人掌选择将
CO2固定和暗反应在时间上分开(昼夜不同阶段)，减少了白天气孔开放导致的水分蒸发，从
而更加适应干旱环境。(4)利用“密闭透明容器”验证仙人掌“夜间吸收CO2”，需将该仙
人掌置于密闭透明容器中，分别在白天和夜间测定容器内CO2浓度变化。预期实验结果：夜
间容器内CO2浓度显著下降，白天CO2浓度基本不变。
3．(16 分)为探究低钾胁迫对水稻光合作用的影响，科研团队设置对照组和缺钾组两个组，
分别用正常(不缺钾)和缺钾的土壤培养两组长势相同的水稻，培养一段时间后检测水稻叶片
光合作用各个指标，结果如图1 所示。据图回答下列问题：
注：气孔导度表示气孔开放的程度；图中为各个指标的相对值。
(1)在使用光合作用速率测定仪测量水稻叶片光合作用速率时，测量的是叶片CO2的吸收和
O2释放速率，该值________(填“能”或“不能”)代表真实的光合作用速率。据图1 分析，
缺钾组植物对______________(填“红光”“蓝光”或“红光和蓝紫光”)的吸收减少。
(2)通过图1 中数据可知，缺钾会导致水稻光合作用速率下降，气孔导度________(填“是”
或“不是”)影响光合作用速率的因素，依据是________________________________。
(3)暗反应中CO2的固定是由Rubisco(核酮糖1,5二磷酸羧化酶)催化进行的。但O2也能与CO2
竞争Rubisco ，使该酶催化C5 和O2 反应，生成C3 和CO2 ，此反应过程消耗ATP 和
NADPH，被称为光呼吸。研究者将缺钾的土壤分成若干组，分别添加不同含量的钾肥，培
养长势相同的水稻，培养一段时间后检测水稻叶片CO2固定速率及光呼吸与CO2固定速率的
比值如图2 所示。光呼吸过程中，C5和O2反应的场所为__________。若光反应速率降低，
光呼吸速率会________( 填“ 升高” “ 降低” 或“ 不变” ) ，原因是
________________________________
________________________________________________________________________。
(4)根据图2 实验的结果，推测缺钾导致水稻产量下降的原因可能有_______________。
答案 (1)不能 红光和蓝紫光 (2)不是 缺钾组气孔导度小，但胞间CO2浓度高 (3)叶绿
体基质 降低 光反应速率降低，生成的O2、ATP 和NADPH 减少 (4)缺钾抑制CO2固定
速率，使暗反应变慢，合成的有机物减少；同时缺钾提高了光呼吸与CO2固定速率的比值，
抑制了暗反应，导致水稻光合作用被抑制，产量下降
解析 (1)叶片CO2的吸收和O2释放速率代表的是净光合速率，真正光合速率＝净光合速率
＋细胞呼吸速率，因此在使用光合作用速率测定仪测量的叶片CO2的吸收和O2释放速率，
不能代表真实的光合作用速率。据图1 分析可知，缺钾组叶绿素含量降低，叶绿素主要吸收
红光和蓝紫光，因此缺钾组植物对红光和蓝紫光的吸收减少。(2)与对照组相比，缺钾组气
孔导度下降，但胞间CO2浓度增大，说明气孔导度不是影响光合作用速率的因素。(3)暗反
应中CO2的固定是由Rubisco 催化进行的，C5和O2反应也由该酶催化，暗反应的场所是叶
绿体基质，说明光呼吸过程中，C5 和O2 反应的场所也为叶绿体基质。O2 与CO2 竞争
Rubisco，若光反应速率降低，生成的O2、ATP 和NADPH 减少，O2的竞争能力减弱，从而
使光呼吸速率下降。(4)结合图2 分析，随钾肥含量增加，光呼吸与CO2固定速率的比值下
降，而CO2固定速率上升，说明缺钾导致水稻产量下降的原因可能有缺钾抑制CO2固定速率，
使暗反应变慢，合成的有机物减少；同时缺钾提高了光呼吸与CO2固定速率的比值，抑制了
暗反应，导致水稻光合作用被抑制，产量下降。
4．(14 分)随着全球气温变暖，高温胁迫影响着植物的生长发育。研究人员对切花菊的三个
品种(威尼斯、紫精灵和凯撒红)分别进行常温(25 ℃)和高温(45 ℃)处理，12 h 后，检测完全
展开叶光合作用的部分指标，结果如图所示。回答下列问题：
(1)高温处理后，威尼斯、紫精灵和凯撒红这三个品种中，光合速率小于呼吸速率的是
________________。高温处理会改变这三个品种的光合速率，此时，影响光合速率的是
__________(填“气孔”或“非气孔”)限制因素。
(2)胞间CO2 浓度是指叶肉细胞间的CO2 浓度。高温处理后，紫精灵的胞间CO2 浓度
__________，主要原因是______________________。
(3)D1 蛋白是位于光反应中心的跨膜蛋白，参与光反应中的电子传递。在叶肉细胞中，D1
蛋白的分布场所是______________。电子经过传递，可用于________________结合形成
NADPH。高光强和高温均会损伤D1 蛋白，受损的D1 蛋白会被剪切成两段，一部分被关键
酶FtsH2 降解，另一部分被重新利用并装配成新的D1 蛋白。检测发现，高温条件下威尼斯
的FtsH2 活性最高，有利于__________，从而维持较高的光合速率以抵御高温胁迫。
答案 (1)紫精灵、凯撒红 非气孔 (2)上升 高温使紫精灵的光合速率降低，对CO2的利
用减少 (3)类囊体薄膜 NADP＋和H＋ 降解损伤的D1 蛋白，使新合成的D1 蛋白替换损
伤的D1 蛋白
解析 (1)净光合速率＝光合速率－呼吸速率，当净光合速率小于0 时，光合速率小于呼吸
速率。从图中可知，高温处理后紫精灵和凯撒红的净光合速率为负值，即光合速率小于呼吸
速率。高温处理后紫精灵和凯撒红的气孔导度下降程度不明显，且威尼斯的气孔导度增大，
但胞间CO2的含量都升高，可推测此时影响光合速率的是非气孔限制因素。(3)光反应的场
所是类囊体薄膜，D1 蛋白参与光反应中的电子传递，所以D1 蛋白的分布场所是类囊体薄
膜。 光反应中，电子经过传递，可用于NADP＋和 H＋结合形成NADPH。 高温条件下威尼
斯的 FtsH2 活性最高，FtsH2 能降解损伤的D1 蛋白，使新合成的D1 蛋白替换损伤的D1 蛋
白，从而维持较高的光合速率以抵御高温胁迫。
