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高考生物大概念升華課
2細胞的生命活動需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖
從物質與能量的視角，理解光合作用和呼吸作用，并能綜合分析細胞生命活動過程中的物質和能量的變化。
1．(2021·青島實驗中學檢測)下圖1是某植物葉肉細胞在白天與夜晚糖類代謝途徑的簡圖，圖2枝條上的葉片生長狀況相同，其形態學上、下端均保持完整，枝條尖端生長需要消耗韌皮部運輸來的大量有機物。回答下列問題：
圖1
圖2
(1)丙糖磷酸(TP)是卡爾文循環最初合成的糖類，CO2合成TP的反應主要包括__________________________(填反應的名稱)，合成TP的具體場所是________。據圖分析，寫出 TP在葉肉細胞內合成淀粉的兩種途徑____________________________，____________________________。
(2)白天在葉綠體中常見顆粒狀的大淀粉粒，而夜間則會消失，原因是____________________________。
(3)有研究發現該植物光合產物的積累會抑制光合作用，環割枝條的韌皮部可阻斷葉片中有機物的運輸。欲對這一結論進行驗證，以上圖的甲、乙葉片為實驗材料(甲為對照組、乙為實驗組)，應選擇________(填“A”“B”或“C”)進行韌皮部環割處理，實驗測量的指標包括________________________________
_________________(答出兩種即可)。
[解析]　(1)由圖可知：丙糖磷酸(TP)是卡爾文循環最初合成的糖類，CO2合成 TP的反應主要包括CO2的固定和C3的還原，合成TP的具體場所是葉綠體基質。據圖分析，TP在葉肉細胞內合成淀粉的兩種途徑分別為①在葉綠體內轉化為ADPG合成淀粉，②運出葉綠體合成蔗糖后再轉化為ADPG再轉入葉綠體合成淀粉。
(2)由于白天葉綠體進行光合作用合成與積累淀粉；夜間葉綠體不能進行光合作用合成淀粉，且淀粉會分解運出葉綠體，所以白天在葉綠體中常見顆粒狀的大淀粉粒，而夜間則會消失。
(3)要想驗證植物光合產物的積累會抑制光合作用，可以環割枝條的韌皮部來阻斷葉片中有機物的運輸。若甲、乙葉片為實驗材料，其中甲為對照組、乙為實驗組。由于枝條尖端生長需要消耗韌皮部運輸來的大量有機物，故選擇B進行韌皮部環割處理，這樣甲合成的有機物可以運輸，而乙葉片的有機物不可運輸，作為實驗組，最后測量葉片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量，來驗證植物光合產物的積累是否會抑制光合作用。
[答案]　(1)CO2的固定和C3的還原　葉綠體基質　在葉綠體內轉化為ADPG合成淀粉　運出葉綠體合成蔗糖后再轉化為ADPG再轉入葉綠體合成淀粉　(2)白天葉綠體進行光合作用合成與積累淀粉；夜間葉綠體不能進行光合作用合成淀粉，且淀粉會分解運出葉綠體　(3)B　葉片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量
2．(2021·衡水中學檢測)研究發現，綠色植物中RuBP羧化酶具有雙重活性，催化如圖甲所示的兩個方向的反應，反應的相對速度取決于O2和CO2的相對濃度。淀粉和蔗糖是光合作用的兩個主要末端產物。淀粉和蔗糖生物合成的兩條途徑會競爭共同底物磷酸丙糖(如圖乙)。磷酸轉運器將1分子磷酸丙糖運出葉綠體的同時，將1分子Pi運回葉綠體，是調控磷酸丙糖運輸的關鍵結構。分析回答下列問題：
　
甲　　　　　　　　　　　　　　乙
(1)圖甲所示的RuBP羧化酶參與圖乙中的________過程，它的作用原理是______________________________。
(2)在RuBP羧化酶催化下，C5與O2反應形成的C2進入線粒體放出CO2，稱之為光呼吸。據圖推斷，O2與CO2比值________(填“高”或“低”)時，利于光呼吸而不利于光合作用，理由是____________________________________。請據此提出兩條提高大棚蔬菜生產量的具體措施：____________________和______________________。
(3)分析圖乙可知，在農業生產上采取適量施加磷肥的措施，有利于提高水果的甜度，理由是____________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)圖甲CO2在RuBP羧化酶作用下與C5結合生成C3，對應圖乙光合作用的暗反應階段；其原理是一種不斷消耗ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖的循環反應。
(2)據圖分析：在高氧氣濃度下，在葉綠體中RuBP羧化酶催化氧氣與C5結合生成C2，C2進入線粒體參與有氧呼吸放出二氧化碳；故當O2與CO2比值高時，有利于光呼吸而不利于光合作用；據此推測，CO2濃度倍增可以使光合產物的積累增加，原因是高濃度二氧化碳可減少RuBP羧化酶與氧氣結合，減少光呼吸；此外也可適當降低O2濃度以提高光合作用。
(3)據圖可知，施用磷肥有利于磷酸轉運器將更多的磷酸丙糖從葉綠體運出，用于合成蔗糖，提高水果甜度。
[答案]　(1)暗反應　不斷消耗ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖　(2)高　高氧氣濃度下，在葉綠體中RuBP羧化酶催化氧氣與五碳化合物結合生成C2，C2進入線粒體參與有氧呼吸放出二氧化碳　提高二氧化碳濃度　適當降低氧氣濃度　(3)施用磷肥有利于磷酸轉運器將更多的磷酸丙糖從葉綠體運出，用于合成蔗糖，提高水果甜度
3．(2021·南京模擬)植物的有氧呼吸除主呼吸鏈外，還存在其他分支途徑，如交替氧化酶(AOX)參與的交替呼吸途徑，部分機理如圖1所示。請回答下列問題：
圖1
(1)圖1所示生物膜的結構名稱是________，主呼吸鏈中，膜蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的功能除了作為電子(e－)傳遞外，還都作為________；參與電子傳遞的膜蛋白還有__________________等。
(2)電子的最終受體是________，合成ATP的能量直接來源于________。
(3)研究表明，交替呼吸途徑不發生H＋跨膜運輸(“泵”出質子)過程，故不能形成驅動ATP合成的膜質子(H＋)勢差。據此推測，交替氧化酶(AOX)可使細胞呼吸釋放的能量更多以________形式散失。在寒冷早春，某些植物的花細胞中AOX基因的表達能力________利于提高花序溫度，使花粉散發芳香，吸引昆蟲傳粉。
(4)一般情況下，植物葉片的光合作用隨光照強度的增強而增強，但光照強度過高時，光合作用減弱。進一步研究表明，AOX途徑可能與此有關。科研人員通過如下實驗進行深入研究：將正常光照下發育的葉片分為4組，用AOX途徑抑制劑處理A組和C組葉片的左側，然后將4組葉片的左側置于正常光照下，右側置于正常光照或高光下(如圖2)，40分鐘后測量葉片左側光合色素的光能捕獲效率(如圖3)，根據________組的實驗數據比較，可以推測，植物葉片的部分區域被高光照射，可能會使鄰近組織的光合作用減弱。實驗結果說明，AOX途徑可以提高________利于光合作用進行，在________的葉片組織中作用更明顯。
圖2
圖3
[解析]　(1)圖示生物膜進行電子傳遞鏈過程，NADH被分解生成NAD＋和H＋，其膜為線粒體內膜。膜蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有兩個作用，一是傳遞電子，二是跨膜運輸H＋。分析圖可知，參與電子傳遞的膜蛋白依次為Ⅰ、CoQ、Ⅲ、Cytc、Ⅳ。
(2)電子經過傳遞與O2結合生成水，同時將H＋運輸到膜另一側，形成H＋濃度梯度。H＋順濃度梯度跨膜運輸驅動ATP合成。故合成ATP的直接能量來源為H＋電化學勢能。
(3)在細胞呼吸過程中，有機物氧化分解釋放的能量，一部分儲存在ATP中，一部分以熱能的形式散式。分布在植物細胞線粒體內膜上的交替氧化酶(AOX)直接催化O2與H＋生成水，不跨膜運輸H＋形成濃度差，導致生成ATP所占的比例下降，說明該酶使細胞呼吸釋放的能量更多地轉化為熱能。在寒冷早春，某些植物的花細胞中AOX基因的表達有利于花序溫度升高，說明產生的熱能增多，進而推知這些植物的花細胞中AOX基因的表達會加強。
(4)圖3顯示：在光照強度相同的條件下，用AOX途徑抑制劑處理的A組和C組葉片的左側，其光合色素的光能捕獲效率分別低于B組和D組，但A組和B組的光合色素的光能捕獲效率的差值明顯低于C組和D組的光合色素的光能捕獲效率的差值。由此說明，AOX途徑的作用是提高光合色素的光能捕獲效率，在周圍受到高光照射的葉片組織中作用更明顯。
[答案]　(1)線粒體內膜　H＋跨膜運輸的載體　CoQ、Cytc　(2)O2　H＋電化學勢能(或“H＋順濃度梯度跨膜運輸釋放的能量或質子勢差”)　(3)熱能　強　(4)B、D　光合色素光能捕獲效率　周圍受到高光照射
觀察處于細胞周期不同階段的細胞，利用有絲分裂模型，描述細胞增殖的主要特征，通過實例說明細胞的分化、衰老、死亡的原因、意義及與人體健康的關系。
1．(2021·菏澤檢測)如圖是某同學實驗時拍攝的洋蔥根尖分生區細胞分裂圖，①～⑤表示不同的細胞分裂時期。下列敘述正確的是(　　)
A．①時期整個細胞的DNA與染色體數量之比等于1
B．②時期染色體的著絲粒都排列在細胞中央的細胞板上
C．④時期細胞內兩組中心粒發出紡錘絲構成紡錘體
D．細胞周期中各時期的順序是⑤→④→②→①→③
D　[據圖分析，①時期為有絲分裂后期，細胞核中的DNA與染色體數量之比等于1，A錯誤；②時期為有絲分裂中期，所有染色體的著絲粒都排列在細胞中央的赤道板上，B錯誤；洋蔥屬于高等植物，細胞中沒有中心粒，C錯誤；圖中的①～⑤分別表示后期、中期、末期、前期和間期，因此細胞周期中各時期的順序是⑤→④→②→①→③，D正確。]
2．如圖是某生物體的細胞處于有絲分裂不同時期的圖像，對圖像的描述正確的是(　　)
甲　　　　　乙　　　　　　丙
A．該生物可能是低等植物
B．甲、乙、丙三個細胞內染色體數、染色單體數與核DNA分子數的比例都為1∶2∶2
C．甲細胞進行中心體復制，發出星射線，形成了紡錘體
D．甲、乙、丙三個細胞分別處于有絲分裂的前期、后期和中期
D　[圖中細胞沒有細胞壁、含有中心體，應是動物細胞，A錯誤；乙細胞中沒有染色單體，B錯誤；甲細胞中中心體已經完成了復制，C錯誤；甲細胞中染色體散亂排布，且有紡錘體，處于有絲分裂前期，乙細胞中著絲粒分裂，染色體數目加倍，處于有絲分裂后期，丙細胞中染色體的著絲粒排列在一個平面上，處于有絲分裂中期，D正確。]
3．(2021·衡水模擬)活細胞與生物一樣都要經歷出生、生長、成熟、繁殖、衰老直至最后死亡的生命歷程。下列關于細胞生命活動的敘述，錯誤的是(　　)
A．高等動物胚胎干細胞分裂過程中，中心體的復制和染色體組數的加倍發生在不同時期
B．細胞分化是基因選擇性表達的結果，分化前后的細胞具有相同的核酸
C．細胞衰老后，細胞核內的染色質收縮，會影響DNA的轉錄過程
D．細胞凋亡受基因控制，有利于維持機體自身的穩定
B　[高等動物胚胎干細胞進行有絲分裂，其中心體的復制發生在分裂間期，染色體組數的加倍發生在有絲分裂后期著絲粒分裂后，A正確；細胞分化是基因選擇性表達的結果，一般情況下，分化前后的細胞具有相同的DNA，但mRNA的種類不完全相同，故分化前后的細胞具有的核酸不完全相同，B錯誤；衰老細胞的細胞核內染色質收縮，會影響DNA的轉錄過程，C正確；細胞凋亡是由基因決定的細胞自動結束生命的過程，對生物體生長、發育和維持自身穩定是有利的，D正確。]
4．(2021·南京模擬)人的成熟紅細胞經過幾個階段發育而來，各階段細胞特征如下表。下列有關敘述錯誤的是(　　)
階段 階段1 階段2 階段3 階段4
特征 無血紅蛋白，有較強的分裂能力 核糖體豐富，開始合成血紅蛋白，有分裂能力 核糖體等細胞器逐漸減少， 分裂逐漸減弱 無細胞核、核糖體、線粒體等，血紅蛋白含量高，無分裂能力
A．核糖體增多有利于紅細胞大量合成血紅蛋白
B．不同階段的紅細胞均通過有氧呼吸合成ATP
B．紅細胞不同階段的特征是基因選擇性表達的結果
D．失去細胞核有利于紅細胞更好地執行運輸O2的功能
B　[血紅蛋白的合成場所是核糖體，核糖體增多有利于紅細胞大量合成血紅蛋白，A正確；階段4紅細胞中無線粒體，只能通過無氧呼吸產生ATP，B錯誤；人的成熟紅細胞的形成分為4個階段，不同階段的特征是基因選擇性表達的結果，C正確；失去細胞核、核糖體、線粒體等，騰出更多空間，容納更多血紅蛋白，有利于紅細胞更好地執行運輸O2的功能，D正確。]
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