2026届高三生物二轮专题复习课件第1部分专题2细胞的物质和能量代谢命题新情境2

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专题二　细胞的物质和能量代谢
热点情境　直击高考方向命题新情境二　电子传递链与逆境胁迫
角度一　电子传递链与化学渗透假说1．细胞呼吸与电子传递：在真核细胞有氧呼吸的第三阶段中，还原型辅酶Ⅰ(NADH)脱去氢并释放电子(e－)，电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙，从而建立H＋浓度梯度，随后H＋在ATP合成酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质，并生成大量ATP，过程如图所示。
2．光合作用中光系统及电子传递链：(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。(2)电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体基质侧泵入类囊体囊腔侧；光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)；在叶绿体基质侧NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。通过以上途径建立了质子浓度(电化学)梯度。(3)类囊体膜对质子(H＋)是高度不通透的，类囊体内的高
浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。
3．光合磷酸化和氧化磷酸化
4．光合作用和有氧呼吸的结构基础——ATP合成酶ATP产生机制：线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜的磷脂双分子层对H＋高度不通透，因此膜一侧高浓度的H＋只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶把H＋的电化学势能转化成ATP中的化学能。
5．化学渗透假说1961年，米切尔(Peter Mitchell)提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体薄膜)不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度回流释放能量合成ATP。
1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。
贾格道夫实验表明：类囊体薄膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。
角度二　逆境胁迫环境胁迫，也称为逆境，是对植物生存生长不利的各种环境因素的总称。环境胁迫问题主要涉及环境条件对植物细胞代谢的影响，主要考查角度及原理分析如下：
1．(2024·新课标卷)干旱缺水条件下，植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是(　　)A．叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低B．干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少C．植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大D．干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
【答案】　A【解析】　根冠和萎蔫的叶片是脱落酸的主要合成部位，叶片萎蔫时，叶片中的脱落酸(ABA)含量会增加，A错误；干旱缺水时，植物气孔开度减小，吸收的二氧化碳会减少，植物的光合速率会降低，B正确；植物细胞失水时主要失去自由水，自由水含量下降，结合水与自由水比值会增大，C正确；缺水会影响植物体内各种需要水分参与的生理反应，植物对营养物质的吸收和运输往往需要水分参与，缺水不利于该过程，D正确。故选A。
2．(2024·甘肃卷)梅兰竹菊为花中四君子，很多人喜欢在室内或庭院种植。花卉需要科学养护，养护不当会影响花卉的生长，如兰花会因浇水过多而死亡，关于此现象，下列叙述错误的是(　　)A．根系呼吸产生的能量减少使养分吸收所需的能量不足B．根系呼吸产生的能量减少使水分吸收所需的能量不足C．浇水过多抑制了根系细胞有氧呼吸但促进了无氧呼吸D．根系细胞质基质中无氧呼吸产生的有害物质含量增加
【答案】　B【解析】　大多数营养元素的吸收是与植物根系代谢活动密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸产生的能量，浇水过多会使根系呼吸产生的能量减少，使养分吸收所需的能量不足，A正确；根系吸收水分是被动运输，不消耗能量，B错误；浇水过多使土壤含氧量减少，抑制了根细胞的有氧呼吸，但促进了无氧呼吸的进行，C正确；根细胞无氧呼吸整个过程都发生在细胞质基质中，会产生酒精或乳酸等有害物质，D正确。故选B。
3．(2025·安庆模拟)米切尔的化学渗透假说提出：ATP的合成是由叶绿体类囊体内外H＋浓度差引起的。1963年，贾格道夫通过巧妙实验为ATP合成的化学渗透机制提供了早期证据。假说内容及实验过程如图所示，下列相关叙述错误的是(　　)
A．类囊体中的H＋通过被动运输的方式运至类囊体外侧B．第三步将类囊体置于pH＝8的缓冲介质中是为了类囊体膜内外形成H＋浓度梯度C．第四步在黑暗中进行的目的是避免光照产生O2D．该实验可证明ATP合成的直接动力来自H＋浓度梯度【答案】　C
【解析】　类囊体中的H＋通过H＋通道运至类囊体外侧，借助离子通道从高浓度到低浓度的运输属于被动运输中的协助扩散，A正确；经过第一步和第二步，类囊体内的pH被平衡到4，第三步将类囊体置于pH＝8的缓冲介质中，就会出现类囊体膜内pH＝4，类囊体膜外pH＝8，从而在类囊体膜内外形成H＋浓度梯度，B正确；第四步在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP产生的影响，排除光照的作用，用以证明实验中产生的ATP是由叶绿体类囊体内外H＋的浓度差引起的，C错误；该实验可证明ATP合成的直接动力来自H＋浓度梯度，即H＋顺浓度梯度由类囊体膜内流向膜外的同时驱动了ATP的合成，D正确。
4．(2025·苏州模拟)番茄体内存在如图所示的两条电子传递途径，其中，PSⅠ、PSⅡ是由光合色素和蛋白质构成的复合体。RCA是Rubisc的激活酶，Rubisc催化CO2的固定。在高温胁迫下，RCA的活性被抑制，进而降低Rubisc活性，导致光反应吸收的过剩能量激发活性氧(ROS)过量合成，ROS能使PSⅡ失活。回答下列问题。
(1)番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是____________。适宜环境温度下，PSⅡ受光激发将水分解为________________，同时产生电子(e－)；环式电子传递的发生会导致NADPH/ATP的值________(填“变大”“变小”或“基本不变”)。(2)科研人员利用野生型番茄植株进行了以下实验，在实验第3天时测得相关实验数据如下表所示：
从光合作用的过程分析，40 ℃时光合速率较低的原因是__________ _________________________________(答出两点即可)。(3)提出一个利用生物技术工程缓解高温胁迫对Rubisc活性影响的方案：_____________________________________________________。【答案】　(1)叶绿素b　氧(O2)和H＋　变小(2)Rubisc酶活性下降，暗反应速率降低；使PSⅡ失活，光反应速率降低(3)运用蛋白质工程技术提高RCA的热稳定性
【解析】　(1)番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是叶绿素b。适宜环境温度下，PSⅡ受光激发将水分解为氧(O2)和H＋，同时产生电子(e－)；由图可知，环式电子传递会导致ATP量增加，使NADPH/ATP的值变小。(2)由表可知，与25 ℃时相比，40 ℃时Rubisc酶活性下降，暗反应速率下降；由题干信息可知，高温胁迫下，RCA的活性被抑制，光反应吸收的过剩能量会激发活性氧(ROS)过量合成，ROS能使PSⅡ失活，使光反应速率降低。(3)由题可知，Rubisc活性受到RCA的调节，RCA活性易受高温胁迫抑制。根据结构和功能相适应的观点，可运用蛋白质工程技术改变RCA的结构，从而提高其热稳定性，使其结构在高温环境中更具稳定性，从而缓解高温胁迫对光合能力和作物产量的影响。
5．(2025·襄樊模拟)光系统Ⅱ(PSⅡ)是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1是由叶绿体基因组中的psbA基因编码的蛋白质，该蛋白是PSⅡ的核心蛋白。高温高光尽管会造成D1的损伤，但损伤的D1在降解后又被新合成的D1取代，PSⅡ得以正常运行。(1)PSⅡ位于________________(填具体结构部位)，其吸收的光能可用于_________________________________________________(答出两个方面)。
(2)为研究高温高光下，气孔导度的变化对植物光合作用的影响，研究者以番茄植株为材料，在不同环境下培养5d后，测得的相关指标如表所示。
据表分析，高温高光条件下净光合速率的下降________(填“是”或“不是”)气孔导度下降引起的，依据是_____________________。
(3)为研究植物应对高温高光逆境时D1蛋白的变化机制，研究者利用番茄植株进行如下三组实验：①组在适宜温度、适宜光照下培养；③组在高温高光下培养并施加适量Sm(抑制D1蛋白合成的药物)。定期测定三组番茄植株的净光合速率(Pn)，结果如图。
②组的处理方式是_______________________。根据实验结果分析植物缓解高温高光对光合作用抑制的机理是_____________________________。
(4)如果采用基因工程技术使psbA基因过量表达，________(填“一定”或“不一定”)能提高植物在高温高光下的光合作用速率，依据是________________________________________________。
【答案】　(1)类囊体薄膜(类囊体)　一是将水分解为氧和H＋，形成NADPH；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应合成ATP(2)不是　高温高光条件下，气孔导度下降，但胞间CO2浓度不降反升(3)在高温高光下培养　番茄植株通过合成新的D1蛋白以缓解高温高光对光合作用的抑制(4)不一定　psbA基因过量表达只能使D1蛋白的合成量增加，但高温高光损伤的D1蛋白降解速率不一定增加
【解析】　(1)由题中信息可知，PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，故PSⅡ位于类囊体薄膜(类囊体)。叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途：一是将水分解为氧和H＋，氧直接以氧气的形式释放出来，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应合成ATP。
(3)实验目的是研究植物应对高温高光逆境时D1蛋白的变化机制。再结合①、③组的实验处理可知，②组应在高温高光下培养。由实验结果可知，②、③组的净光合速率均低于①组，②组的净光合速率高于③组。再结合题中信息可知，高温高光尽管会造成D1的损伤，但损伤的D1在降解后又被新合成的D1取代，故植物缓解高温高光对光合作用抑制的机理是通过合成新的D1蛋白以缓解高温高光对光合作用的抑制。(4)psbA基因过量表达只能使D1蛋白的合成量增加，但高温高光损伤的D1蛋白降解速率不一定增加，故如果采用基因工程技术使psbA基因过量表达，不一定能提高植物在高温高光下的光合作用速率。