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(共32张PPT)
第三单元　细胞的能量供应和利用
大题突破(一) 与细胞代谢有关的物质变化及生理过程分析
模块一 分子与细胞
2027高考生物一轮总复习
典题引领
(2025·安徽卷)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响，科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT，模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度，结果见图1。
回答下列问题：
(1)据图1分析，低氧胁迫下，NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸①____，原因是②__________________________________________________
__________________________________。有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为③________中储存的能量。
增强
在低氧胁迫下，NtPIP基因的过量表达株(OE)的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT组
NADH
解析：(1)据图1分析，低氧条件下，与野生型组相比，NtPIP基因过量表达株(OE)组氧浓度升高且呼吸速率增加，故低氧胁迫下，NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳、NADH(储存大量能量)并释放出少量的能量(绝大部分以热能形式散失，少量用于合成ATP)，其中的化学能大部分被转化为NADH中储存的能量。
(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现，在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时，E增多并累积(图2a)；当加入F、G或H时，E也同样累积(图2b)。根据此结果，针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设：④________________。
物质H能转化为A
解析：(2)在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时，E增多并累积；当加入F、G或H时，E也同样累积，再结合图2中显示的代谢路径，可知分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E，表明有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性，故提出假设：物质H能转化为A。
(3)科研小组还发现，低氧条件下，NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析，其原因是⑤_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
低氧条件下，NtPIP基因过量表达株的根细胞有氧呼吸增强，因而主动运输吸收更多无机盐，为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料，因而提高了净光合速率
解析：(3)由(1)可知，低氧条件下，与野生型相比，NtPIP基因过量表达株的根细胞有氧呼吸增强，因而主动运输吸收更多无机盐，为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料，因而提高了净光合速率。
(4)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应，最终接受电子的物质(最终电子受体)是⑥______________，而最终提供电子的物质(最终电子供体)是⑦_______。
NADP＋
解析：(4)光反应中水在光下分解为H＋、O2和e－，e－经传递最终与H＋和NADP＋结合生成NADPH，因此，光反应中最终的电子供体是H2O，最终的电子受体是NADP＋。
H2O
高效解题
①②链接图示信息：在低氧胁迫下，NtPIP基因的过量表达株(OE)的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT组。
③链接教材必修1 P93图59有氧呼吸过程示意图。
④链接图示信息：在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C以及加入F、G或H时均会导致E积累；分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E，表明有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性，故提出假设：物质H能转化为A。
⑤链接教材必修1 P105旁栏思考题：光合作用与呼吸作用的关系，低氧条件下，与野生型相比，NtPIP基因过量表达株的根细胞有氧呼吸增强，因而主动运输吸收更多无机盐，为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料，因而提高了净光合速率。
⑥⑦链接教材必修1 P103相关信息：光反应中水在光下分解为H＋、O2和
e－，e－经传递最终与H＋和NADP＋结合生成NADPH。
1．试题类型与特点
此类题目属于非选择题中的“科学思维”的特征设问，其在语言表达题型中所占比例很高，其设问方式一般有以下几种：“……合理的解释是________”“……判断的依据是________”“……其原因是________”等。常常是对关键能力和学科素养进行考查，是真正素质考查的体现。
技法总结
2．解题策略(因—桥—果法)
强化训练
1．(2025·甘肃卷)波长为400～700 nm的光属于光合有效辐射(PAR)，其中400～500 nm为蓝光(B)，600～700 nm为红光(R)。远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A(高)和B(低)两个位置的PAR、红光/远红光比例(R/FR)和叶片指标(厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸)，并分析了施氮肥对以上指标的影响，结果如表。回答下列问题：
(1)植物叶片中______可吸收红光用于光合作用，________可吸收少量的红光和远红光作为光信号，导致B位置PAR和R/FR较A位置低；__________虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B位置PAR降低。
冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度(μm) 叶绿素含量(μg·g－1) 线粒体暗呼吸
A 0.90 3.40 160 0.15 1.08
B 0.20 0.29 100 0.20 1.08
A(施氮肥) 0.70 1.75 150 0.28 1.08
B(施氮肥) 0.02 0.01 — — —
叶绿素
光敏色素
类胡萝卜素
解析：(1)叶绿素(主要是叶绿素a和叶绿素b)是光合作用中的主要色素，能吸收红光(600～700 nm)用于光反应。光敏色素是一种光受体蛋白，能吸收红光(R，600～700 nm)和远红光(FR，700～750 nm)，并通过构象变化传递光信号，调节植物生长发育。在冠层中，B位置(低处)的R/FR较低，这是因为上层叶片吸收了更多红光，导致下层红光减少、远红光相对增多，从而降低了R/FR比例。类胡萝卜素(如胡萝卜素、叶黄素)主要吸收蓝光(400～500 nm)，不吸收红光；在冠层中，上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光，减少了透射到下层的蓝光，导致B位置PAR降低。
(2)由表中数据可知，施氮肥____(填“提高”或“降低”)了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是______________________________________
______________________________________________________________________________________。
冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度(μm) 叶绿素含量(μg·g－1) 线粒体暗呼吸
A 0.90 3.40 160 0.15 1.08
B 0.20 0.29 100 0.20 1.08
A(施氮肥) 0.70 1.75 150 0.28 1.08
B(施氮肥) 0.02 0.01 — — —
提高
施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少
解析：(2)由表中数据可知，施氮肥提高了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少。
(3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片(未施氮肥)在不同光照强度下的净光合作用速率(如图)，发现冠层__位置的叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是__________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________。
B
B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点
解析：(3)据表可知，B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点。
2．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见表。回答下列问题：
项目 净光合速率 (μmol·m－2·s－1) 叶绿素含量
(mg·g－1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖－1，5－二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3－磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3－磷酸甘油酸接受__________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为_______________________________________。
ATP和NADPH
解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3 磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖- 1，5 二磷酸(C5)和淀粉等。
核酮糖 -1，5 二磷酸和淀粉等
(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的________、________(填科学方法)。
减法原理
解析：(2)与某品种水稻的野生型(WT)相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。
加法原理
(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率____。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
增大
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①_________________________________________________________
_____________________________________________；②_______________
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶的光合作用
与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，可以及时将更多的光合产物(如蔗糖)向外运出，从而提高旗叶的光合作用速率
解析：(3)题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。原因可能是①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶的光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，可以及时将更多的光合产物(如蔗糖)向外运出，从而提高旗叶的光合作用速率。
3．(2023·浙江6月选考节选)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图1所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图2所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。
回答下列问题：
(2)由图2可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是___________________
_____________。由图1、图2可知，选用红、蓝光配比为________，最有利于生菜产量的提高，原因是_______________
____________________________。
光合色素主要吸收
红光和蓝紫光
3∶2
叶绿素含量和氮
含量最高，光合作用最强
(3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图3所示。由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是________________________。
光合速率最大且增加值最大
(2)O2浓度大于a时作物乙吸收速率不再增加，推测其原因是_______________________________
_______________________________________________________________________。
4．(2022·全国乙卷节选)农业生产中，农作物生长所需的氮素可以的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题：
主动运输需要载体蛋白和能量，O2
浓度大于a时能量充足，而吸收速率不再增加，说明载体蛋白达到饱和
(3)作物甲和作物乙各自在最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于作物乙，判断依据是________________________________________
______________________。
达到最大吸收速率时，作物甲消耗的O2量大于作物乙
本课结束
模块一 分子与细胞

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