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高考冲刺小卷3-细胞的代谢 知识点专项练习
一、单选题
1．丙酮酸激酶（PK）可参与下图所示的生化反应。人体红细胞中缺乏PK 会引起Na+积累，造成溶血，导
致丙酮酸激酶缺乏症（PKD）。
以下推测合理的是（ ）
A．该反应发生在红细胞的线粒体中
B．该反应与细胞内的吸能反应相联系
C．Na+积累会引起红细胞渗透压升高
D．使用PK 抑制剂能够有效治疗PKD
2．2021 年我国科学家首次将CO2人工转化为淀粉，对实现碳中和意义重大。下列相关叙述正确的是（
）
A．将CO2人工转化为淀粉的过程不需要额外输入能量
B．生物群落与非生物环境之间的碳循环离不开分解者
C．群落演替相对稳定后植物吸收与释放CO2速率大致相等
D．该技术应用将使我们不再需要植树造林和寻找清洁能源
3．蓝细菌的光合作用过程需要较高浓度CO2，而空气中的CO2浓度一般较低，蓝细菌具有CO2浓缩机制如
下图所示。研究还发现，R 酶能催化O2与C5结合形成C3和C2，O2和CO2竞争性结合R 酶同一位点。相关
叙述正确的是（ ）
A．CO2以协助扩散方式通过光合片层膜
B．R 酶可抑制CO2固定，减少有机物积累
C．浓缩机制可提高CO2与R 酶的结合率
D．转入
转运蛋白基因后光合速率减小
4．荔枝叶片发育过程中，净光合速率及相关指标的变化见下表。下列叙述错误的是（ ）
叶片
发育时期
相对叶面积（%）
总叶绿素
净光合速
1
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含量（mg/g·fw）
率（μmolCO2/m2·s）
a
新叶展开前
19
—
-2.8
b
新叶展开中
87
1.1
1.6
c
新叶展开完
成
100
2.9
2.7
d
新叶已成熟
100
11.1
5.8
注“—”表示未测数据
A．a 组置于光温恒定密闭容器中会进行无氧呼吸
B．b 组净光合速率低的原因可能是叶绿素含量低
C．d 组的叶肉细胞叶绿体中类囊体数量少于c 组
D．叶面积逐渐增大是细胞分裂和细胞生长的结果
5．高中生物实验中、下列实验操作能达成所述目标的是（ ）
A．选择生物实验材料时，只要含有丰富的葡萄糖就可直接用于还原性糖的鉴定
B．鉴定DNA 时，将丝状物溶于2mol/LNaCl 溶液，再加入二苯胺试剂即呈蓝色
C．使用显微镜观察洋葱根尖细胞有丝分裂时，视野中处于分裂中期的细胞最多
D．观察植物细胞吸水和失水时，可以使用蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮
6．研究发现果蝇复眼的一种感光细胞同时释放组胺和乙酰胆碱两种神经递质，其中组胺与精细的运动视
觉信号传递有关，乙酰胆碱则通过作用于伞形神经元来调节昼夜节律，其形成的突触结构及作用机理如下
图。据此分析不正确的是（ ）
A．伞形神经元、视神经元膜上的受体与不同的神经递质结合，可引发不同的生理效应
B．两种神经递质均以胞吐形式通过突触前膜释放
C．两种神经递质均只与突触后膜上的受体结合
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D．感光细胞通过负反馈调节维持突触间隙适宜的组胺浓度
7．环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CO2浓度，
结果如下图。下列叙述不正确的是（ ）
A．胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用
B．5℃时，胞间CO2浓度较高的原因可能是光合作用相关酶的活性较低
C．叶温在30℃~40℃时，净光合速率下降主要是叶片气孔关闭所致
D．30℃下单位时间内有机物的积累量最大
8．为检测黑曲霉蛋白酶的热稳定性，科研人员在不同温度下分别处理酶液10、60 及90min，测定酶活力，
结果如下图。下列关于该酶的叙述不正确的是（ ）
A．温度升高可改变其空间结构
B．若长期保存应置于60℃
C．可将蛋白质水解为氨基酸或多肽
D．置于70℃下60min 后完全失活
9．如图表示H+和蔗糖进出植物细胞的方式。据图分析，下列实验处理中，可使蔗糖进入细胞速率加快的
是（ ）
3
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A．降低细胞外蔗糖浓度
B．降低细胞质H+浓度
C．降低ATP 合成酶活性
D．降低膜上协同转运蛋白数量
10．肺炎克雷伯菌（Kpn）存在于某些人群的肠道中，可通过细胞呼吸不断产生大量乙醇，引起内源性酒
精性肝病。下列叙述正确的是（ ）
A．Kpn 在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生大量ATP
B．Kpn 无氧呼吸使有机物中稳定的化学能全部转化为活跃的化学能
C．乳酸菌、酵母菌、Kpn 都可以引起内源性酒精性肝病
D．高糖饮食可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情
二、非选择题
11．为探究水稻分蘖（分枝）的分子机制，科研人员开展了一系列研究。
(1)水稻细胞产生的细胞分裂素与受体结合， 植株的分蘖等生命活动。
(2)水稻细胞中的单糖转运蛋白0sSTP15 影响着光合产物的运输和分配，进而影响水稻产量。现获得
0sSTP15 功能缺失突变体水稻，统计生长及产量，结果如图1。推测0sSTP15 蛋白的功能是
。
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(3)为研究0sSTP15 蛋白转运光合产物的种类及转运方向，实验过程如下：
①把相同浓度的无标记葡萄糖、果糖和甘露糖分别与
13C-葡萄糖混合、进行竞争性转运检测、0sSTP15 蛋
白的转运结果如图2、由此推测0sSTP15 蛋白转运六碳糖亲和力由大到小为 。
②为验证0sSTP15 为外排葡萄糖的转运蛋白，请从下列选项中选取所需材料与试剂、实验组方案为
。
a.野生水稻原生质体
b.非洲爪蟾卵母细胞（无其他膜蛋白）
c.转0sSTP15 基因水稻原生质体
d.转0sSTP15 因非洲爪蟾卵母细胞
e.细胞内外添加等量无标记葡萄糖
f.细胞内外添加等量
13C-葡萄糖
与结论相应的检测结果应是 。
(4)与野生型相比，0sSTP15 突变体中细胞分裂素含量显著升高，请推测0sSTP15 蛋白对水稻产量影响的分
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子通路 。
12．乳酸是一种需求量较大的工业原料，科研人员欲对酿酒酵母进行改造以进行乳酸生产。
(1)培养基中的葡萄糖可作为 为酿酒酵母提供营养。如图1，酿酒酵母导入乳酸脱氢酶基因后，
无氧条件下发酵产物为 ，通过敲除丙酮酸脱羧酶基因获取高产乳酸的工程菌。该菌在有氧和无氧
条件下均可产乳酸。
(2)为实现对菌体代谢的动态调控，研究人员设计了光感应系统，并导入绿色荧光蛋白（GFP）基因以检测
光感应系统的调控能力。
①如图2，系统1 在酵母中表达由V、L 和H 组成的融合蛋白。光照下，融合蛋白空间结构改变，
后启动下游基因表达；在黑暗状态下，融合蛋白自发恢复到失活状态。
②分别检测黑暗和光照下系统1 的荧光强度，结果如图3。对照组能持续激活GFP 表达。实验结果显示
，可知系统1 实现了光调控基因表达，但表达量较低。推测可能由于菌体密度高导致透光性差，不利于V-
L-H 对光照的响应。进一步优化设计出系统2（如图2），同等光照强度下，系统2 荧光强度显著高于系统
1，分析原因是 。
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③实验中发现黑暗条件下系统2 的GFP 基因有明显表达，为解决此问题，对系统2 增加如图4 所示组分，
i、ii、iii 依次为 （填字母序号）。
A．持续表达型启动子
B．Pc120
C．PGAL
D．G80 基因（G80 蛋白可结合并抑制GAL4）
E．GAL4 基因（GAL4 蛋白可结合并激活PGAL）
F．PSD 基因（含有PSD 的融合蛋白在光下降解）
(3)将优化后的系统2 中GFP 基因替换为乳酸脱氢酶基因，应用于酵母菌合成乳酸的发酵生产。发现在“先
黑暗-后光照”的模式下乳酸产量显著高于全程光照的模式，请推测“先黑暗-后光照”模式下乳酸产量高
的原因 。
13．学习以下材料，回答问题。
植物的共生固氮调控：氮（N）元素在自然界中存在多种形式，包括NH4
+、N2、NO2
-和NO3
-。植物氮同化
是指植物吸收环境里的NO3
-或NH4
+，合成氨基酸等含氮有机物的过程。大气中的N2是地球上最大的氨库，
但植物无法直接利用它，需要依赖固氮微生物将其转化为离子形式才能吸收。而共生固氮根瘤菌可以侵染
某些植物的根系，进行共生固氮。
固氮菌同化N2，形成NH4
+并最终转化为有机物，是一个高耗能的还原反应过程。这个过程需要植物与固
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氮菌的协同作用才能完成。以豆科植物和中华根瘤菌为例，光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的，光
信号是促进地下根瘤发育的关键因子。当根瘤菌侵染植物时，会释放化学物质诱导植物根瘤形成基因的表
达，植物细胞分裂并形成根瘤原基，最终形成包含类菌体的共生细胞（即根瘤细胞，如下图）。
根瘤菌是一类好氧细菌，它们在侵入植物后形成的类菌体进行呼吸作用时需要O2来维持。然而，O2会抑制
固氮酶的活性。根瘤外侧形成皮质层，一定程度上阻碍O2进入根瘤。同时，豆科植物合成豆血红蛋白
（Lb）与游离的O2结合，形成LbO2储存，再通过LbO2将O2传递给类菌体和根细胞的线粒体（如图）。
这样，两个相互矛盾的反应在共生系统中均得以正常进行。
注：…→表示运输；→表示化学反应
根瘤的固氮能力与豆科植物提供碳源和能量水平相协调，以平衡共生固氮和其它生命过程的碳消耗，保证
植物在不同环境下正常生长。最近，我国科学家发现大豆根瘤中的能量感受器蛋白S 和P 可通过调控根瘤
碳源的重新分配来调整根瘤的固氮能力。当根瘤细胞处于碳源供应上升的高能状态，AMP 含量降低，使得
蛋白S 和P 从与AMP 结合形成的S-P 异源二聚体状态，转变为S-S 和P-P 的同源二聚体。同源二聚体与转
录因子Y（Y 可促进上图中PK 酶基因的转录）结合，并将Y 锚定到线粒体上，使其不能入核，减少了植
物细胞有氧呼吸对碳源的消耗，进而增强类菌体的碳源供应和根瘤固氮能力。
利用固氮生物提高土壤肥力可减少施用工业氮肥带来的土壤、水体等污染，对发展绿色农业具有重要意义。
(1)植物利用吸收的N 元素可合成的两类生物大分子是 。
(2)据上述文字及图中信息分析，下列叙述不合理的是______。
A．光合作用和呼吸作用均可为N 同化过程提供还原剂
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B．根通过主动运输从土壤中吸收NH4
+、N2、O2、NO3
-
C．叶片合成的有机物主要以蔗糖的形式运输到根部
D．植物根细胞有氧呼吸释放的能量为固氮酶催化的反应供能
E．光合作用所固定的太阳能是生物固氮作用能量的根本来源
(3)结合文中图示信息，解释植物-类菌体共生系统保障固氮酶活性的原因： 。
(4)据文中信息，从光合产物与光信号两方面，概括植物调控生物固氮的机制： 。
(5)据文中信息结合图中植物根共生细胞代谢过程，从稳态与平衡的角度，分析植物调控高耗能生物固氮过
程的分子机制：植物通过能量感受器蛋白S 和P 感知自身能量状态， ，使PEP 更多转化为苹果酸
供应给类菌体，从而更高效利用植物光合作用合成的有机物作为碳源，实现碳-氮平衡。
(6)一些禾本科植物是重要的粮食作物，种植过程需要施加无机氮肥。有人尝试将固氮酶基因导入这些作物
以提升产量，但效果不佳。请结合上述研究，提出利用共生固氮菌进行改造以提高禾本科植物粮食产量的
思路 。
14．光照强度是影响水稻产量的主要因素之一，研究者对水稻适应弱光的调控机制进行了系列研究。
(1)弱光条件下，光反应产生的 减少导致水稻减产。
(2)研究者推测RGA1 基因与水稻对光的耐受性有关，用野生型（WT）、RGA1 功能缺失突变体（d1）和
RGA1 过表达（OE）株系进行实验，每天光照和黑暗各12h，第3d 测量结果如图1 和图2。
①图1 实验结果表明，在正常光照下RGA1 基因 ，在弱光条件下RGA1 基因 。
WT
②
和d1 对弱光耐受性的差异可能与能源物质消耗引起“碳饥饿”有关，据图2 分析，请判断WT 和
dl“碳饥饿”程度的高低并说明理由： 。
(3)图3 表示线粒体内膜上的电子传递链，电子经一系列蛋白-色素复合体传递，同时H+从线粒体基质运输
到内外膜间隙，最后H+通过复合体Ⅴ向内运输驱动ATP 合成。在弱光条件下检测 线粒体内膜上的AOX
蛋白含量，发现d1 高于WT。请分析RGA1 基因对呼吸作用的影响机制： （用关键词和箭头表示）。
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15．科研人员为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，开展了一系列实验。请回答：
(1)Mg2+参与光合作用过程中 （物质）的合成，该物质直接参与的反应阶段可为暗反应 中（物质变
化）提供能量物质 。
(2)为研究Mg2＋对光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给( + Mg2+)、缺乏(-Mg2+)条件，
测定水稻光合作用相关指标，如图1、2 所示。
①图1 结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2＋浓度和固定CO2能力都存在“ ”的节律性波动，且Mg2＋
可以显著 白天固定CO2的过程。
②进一步测定上述过程中酶R（催化C5与CO2的反应）的变化如图2，结果表明Mg2＋很可能通过 ，从
而促进CO2的固定。
(3)为探究叶绿体中Mg2＋节律性波动的原因，科研人员又对多种突变体水稻进行实验。
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①已有研究证明，叶绿体膜上的MT3 蛋白可以运输Mg2＋。通过检测野生型、突变体MT3（MT3 基因缺
失）的叶绿体中Mg2＋含量变化，如图3，结果表明，MT3 蛋白主要负责节律性运输Mg2＋至叶绿体内，但
并不是唯一的Mg2＋转运蛋白，其依据是 。
②在另一株突变体OS（OS 基因缺失）中，白天叶绿体中Mg2＋含量显著升高。据此，对MT3 蛋白、OS 蛋
白的作用关系，科研人员提出如下假设：
假设1：OS 蛋白抑制MT3 蛋白，并调节其节律性运输Mg2＋至叶绿体内。
假设2：MT3 蛋白节律性运输Mg2＋至叶绿体内，而OS 蛋白运出Mg2＋。
通过检测野生型和多个突变体的Mg2＋含量，如下表。
序
号
水稻植株
叶绿体中Mg2＋相对含量
1
野生型
2.5
2
突变体MT3
1.5
3
突变体OS
3.5
4
双突变体OM
①
（【注】：双突变体OM 指OS 基因和MT3 基因均缺失，且实验中不考虑Mg2＋的损耗）
若表中①为 （填字母），则说明假设一是正确的。
A．1.5 B．2.5 C．3 D．3.5
(4)已有研究表明，光合作用产生的蔗糖会影响OS 蛋白的相对含量，且对光合作用进行负反馈调节。结合
本实验研究，完善下列白天水稻叶绿体中Mg2＋调节光合作用及其节律性变化的模型［方框中填写物质名
称，（ ）中选填“＋”表示促进、“-”表示抑制］。
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16．学习以下材料，回答（1）~（5）题。
碳同化途径的工程化改造
烟草是转基因研究的模式生物。烟草的光合速率受RuBP 羧化-氧化酶（R 酶）催化效率和胞内CO2浓度服
制。R 酶由大亚基（RL）和小亚基（RS）组成，RL 蛋白和RS 蛋白分别由叶绿体rl 基因和细胞核rs 基因
编码，大小亚基在叶绿体中组装形成R 酶。R 酶既能催化C5羧化形成C3，也能催化C5氧化为C2，进入线
粒体分解为CO2，R 酶催化的反应类型取决于其周围的CO2和O2浓度。玉米等植物已经进化出CCM 机制，
叶绿体中R 酶周围积累CO2以增强羧化和抑制氧化。研究人员尝试在烟草中替换R 酶，并构建CCM 途径。
H+菌是一种自养型细菌。H+菌的羧基体由多种蛋白构成，蛋白外壳包裹着R 酶和碳酸酐酶（CA）。H 菌
的R 酶由大亚基（CL）和小亚基（CS）组成，催化效率高，CA 可维持CO2和HCO3
-的平衡。科研人员构
建了含有H +菌羧基体基因的表达载体，将其导入烟草叶绿体中，通过同源重组的方式将原有的rl 基因替
换。通过透射显微镜观察到转基因烟草叶绿体中存在完整的羧基体。提取烟草叶绿体总蛋白，电泳结果如
图1。
进一步检测转基因烟草的光合速率远低于野生型。为寻找原因，科研人员检测了转基因烟草的离体羧基体
的羧化效率和CO2亲和力，发现二者均与H 菌无显著差异。基于上述研究，科研人员推测需要构建有效的
CO2浓缩途径，进一步完善烟草CCM 机制，为提高农作物产量奠定基础。
(1)基于文中信息，解释当氧气浓度高时，烟草光合速率低的原因 。
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(2)请结合文中信息，完善羧基体中的反应式，写出酶①和酶②的名称: 、 。
(3)结合文中信息，分析图1 结果，下列推测错误的是___。
A．转基因烟草叶绿体中rl 基因全部被表达载体上的基因替换
B．导入含羧基体基因的表达载体可导致叶绿体中RS 蛋白含量减少
C．RL 和CL 蛋白大小相同，可使用特异性抗体区分
D．转基因烟草羧基体中R 酶的大小亚基分别是CL 和CS
(4)CA 还可催化CO2和水形成H2CO3产生H+和HCO3
-，科研人员进行羧基体CA 活性的测定实验：在反应
体系中加入缓冲液（pH=8）并通入CO2，两组实验分别加入羧基体、CA，并设置空白对照，测定pH 值，
计算各组pH 值变化速率。实验结果是 ，证明羧基体中CA 活性不是限制转基因烟草光合速率的原因。
(5)二氧化碳不易通过扩散作用穿过羧基体蛋白外壳。对图2 中转基因烟草的叶绿体进行改造，实现提升羧
基体中CO2浓度的目的。请写出改造方案 。
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