1选择题
某湿地自然保护区为治理水体富营养化，引入一种沉水植物并定期监测其生理指标。研究人员发现：在晴朗白天，该植物叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上不断合成ATP；夜间无光时，细胞主要通过线粒体分解有机物供能。下列关于该植物细胞中ATP与能量供应的叙述，错误的是（ ）
- A. ATP的结构简式可表示为A-P~P~P，其中A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成）
- B. 白天类囊体薄膜上合成ATP所需的能量来自光能，该过程属于光反应阶段
- C. 夜间线粒体中进行的有氧呼吸可为ATP的合成提供能量，线粒体是有氧呼吸的主要场所
- D. 该植物细胞中所有需要能量的生命活动都由ATP直接供能，ATP是细胞内唯一的能源物质
答案：D
解析：ATP的结构简式为A-P~P~P，其中A是腺苷（腺嘌呤＋核糖），而非腺嘌呤，A项正确；光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上进行，将光能转化为ATP中活跃的化学能，B项正确；有氧呼吸的主要场所是线粒体，能释放大量能量用于合成ATP，C项正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动由ATP直接供能，但并非全部（如蛋白质合成中部分能量由GTP等提供），且ATP并非细胞内唯一的能源物质（糖类、脂肪也是能源物质），D项错误。易错点：把ATP中的A当作腺嘌呤；把ATP误认为是唯一的能源物质；混淆光反应与有氧呼吸的能量来源和场所。故选D。
2选择题
为修复某受轻度有机物污染的河道，环保部门引入水生植物并增设曝气装置。下列关于该河道中生物体内酶与细胞呼吸的叙述，正确的是（ ）
- A. 河道中所有酶的化学本质都是蛋白质，且在反应前后会被消耗
- B. 过氧化氢酶能催化H₂O₂分解，也能催化淀粉水解，体现了酶的高效性
- C. 水生植物根细胞有氧呼吸的主要场所是线粒体，曝气充足时根细胞只进行有氧呼吸
- D. 曝气装置增加水中溶氧量，可促进水生植物根细胞的有氧呼吸，减少因无氧呼吸产生酒精对根细胞的毒害
答案：D
解析：逐项分析：A错误，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA；且酶在反应前后数量和性质不变，不会被消耗。B错误，一种酶只能催化一种或一类化学反应，过氧化氢酶不能催化淀粉水解，这体现的是酶的专一性，而非高效性；高效性是与无机催化剂相比催化效率更高。C错误，线粒体是有氧呼吸的主要场所，但即使氧气充足，植物细胞仍可进行少量无氧呼吸，
3填空题
某生态修复团队在治理退化湿地时，测得一组沉水植物在不同条件下的生理数据：
已知信息：
① 在25 ℃、光照充足条件下，该植物叶肉细胞每小时从外界吸收CO₂ 12 mg，同时向外界释放O₂ 8 mg；
② 在相同温度、完全黑暗条件下，该植物每小时向外界释放CO₂ 4 mg；
③ 该植物叶绿体中色素经纸层析分离后，从扩散最快到最慢依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
请回答下列问题：
（1）在25 ℃、光照充足条件下，该植物叶肉细胞每小时通过光合作用实际（总）消耗CO₂ ______ mg；此时光合作用强度______（填“大于”“等于”或“小于”）呼吸作用强度。
（2）完全黑暗条件下，该植物细胞产生ATP的场所是______（填细胞结构），此时合成ATP所需能量来自______。
（3）纸层析分离色素的原理是不同色素在层析液中的______不同；四种色素中，主要吸收红光和蓝紫光的是______（写出色素名称）。
（4）若将该植物长期置于低温环境中，其光合作用相关酶的活性会降低，说明酶的作用条件______；酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是______。
答案：（1）16；大于。（2）细胞质基质和线粒体；有机物（葡萄糖等）中稳定的化学能。（3）溶解度；叶绿素a和叶绿素b。（4）温和；蛋白质。
【详细解答】（1）黑暗条件下每小时释放CO₂ 4 mg，即呼吸速率（以CO₂释放量计）为4 mg/h。光照下净吸收CO₂ 12 mg/h，则实际光合作用消耗CO₂ = 净光合（12）＋ 呼吸（4）= 16 mg/h。净光合速率大于0，说明光合作用强度大于呼吸作用强度。（2）完全黑暗条件下只进行细胞呼吸，有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP，场所是细胞质基质和线粒体；无氧呼吸在细胞质基质中也产生少量ATP，故填细胞质基质和线粒体。合成ATP的能量来自有机物（葡萄糖等）氧化分解释放的化学能。（3）纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快。四种色素中主要吸收红光和蓝紫光的是叶绿素a和叶绿素b（类胡萝卜素主要吸收蓝紫光）。（4）低温使酶活性降低，说明酶的作用条件较温和；酶的本质是活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数是蛋白质，少数是RNA。
解析：本题把光合作用、细胞呼吸、酶和色素知识放入湿地生态修复的真实监测情境，考查知识迁移。（1）易错点：把“净光合吸收CO₂ 12 mg”直接当作实际光合量，忽略呼吸释放的4 mg；实际光合＝净光合＋呼吸，即12＋4＝16 mg/h。判断光合与呼吸强弱应看净光合速率是否大于0。（2）易错点：只填“线粒体”，漏掉细胞质基质（有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸均在细胞质基质中进行）；把能量来源误写成光能（黑暗中无光能）。（3）易错点：混淆“溶解度”与“含量”——溶解度决定扩散快慢（色素带位置），含量决定色素带宽窄；吸收光谱记忆混淆，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。（4）易错点：把酶的本质误记为“RNA”或“无机物”；应牢记绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA，且酶的作用条件温和，高温、过酸、过碱都会使其失活。
4填空题
为探究温度对某种湿地挺水植物根细胞吸收无机盐离子速率的影响，研究人员在其他条件相同且适宜的情况下，分别在不同温度下测定单位时间内根细胞对K⁺的吸收量，结果如下：10 ℃时吸收量较少，25 ℃时吸收量最多，40 ℃时吸收量明显下降。请回答下列问题：
（1）根细胞吸收K⁺的方式是________，判断依据是________________________。
（2）与10 ℃相比，25 ℃时吸收速率更快，主要原因是________________________（答出一点即可）。
（3）40 ℃时吸收速率明显下降，可能的原因是________________________。
（4）若将该植物根细胞置于缺氧环境中，K⁺的吸收速率会________，这说明该运输方式需要________。
答案：（1）主动运输；根细胞从土壤溶液中逆浓度梯度吸收K⁺（土壤溶液中K⁺浓度通常低于细胞液中K⁺浓度），需要载体蛋白协助并消耗能量（ATP）。
（2）25 ℃更接近该植物根细胞中与主动运输有关的酶（呼吸酶等）的最适温度，细胞呼吸速率较高，产生的ATP较多，为主动运输提供充足能量（也可答：温度适宜，载体蛋白活性较高）。
（3）温度过高使酶（蛋白质）的空间结构遭到破坏而变性失活，细胞呼吸速率下降，ATP供应不足；同时高温也会降低载体蛋白的活性，故K⁺吸收速率下降。
（4）下降；能量（ATP）。
解析：本题把跨膜运输方式放进湿地植物吸收矿质元素的生态情境中，考查主动运输的方向、载体与能量三个要素，以及温度通过影响酶活性进而影响细胞呼吸与ATP供应的迁移应用。易错点：①把K⁺吸收误认为自由扩散或协助扩散——只看浓度而不看是否逆浓度梯度、是否耗能；②只答「温度影响酶活性」而不指出具体影响的是呼吸酶活性与ATP生成，链条不完整；③把高温导致的下降解释为「载体蛋白数量减少」，实际上高温首先使蛋白质变性失活；④第（4）问只答「需要氧气」，未点明本质是需要呼吸作用提供的能量（ATP）。
5解答题
某自然保护区为治理生活污水，引入一种沉水植物对污水进行净化。研究人员测得该植物在不同光照强度下的相关数据（适宜温度、CO₂浓度等其他条件相同且适宜）：光照强度为0时，单位时间单位叶面积释放CO₂ 2 mg；光照强度为E₁时，该植物既不吸收也不释放CO₂；光照强度为E₂时，单位时间单位叶面积吸收CO₂ 10 mg；光照强度继续增大到E₃后，CO₂吸收速率不再随光照强度增加而增大。回答下列问题：
（1）光照强度为0时，该植物只进行________，释放的CO₂来自________________（填具体场所与过程）。
（2）E₁称为________，此时叶肉细胞的光合速率________（填「大于」「等于」或「小于」）呼吸速率，原因是________________________。
（3）光照强度为E₂时，该植物的真正（总）光合速率是________mg CO₂/（单位叶面积·单位时间）。
（4）光照强度达到E₃后，限制光合速率进一步提高的外界因素主要是________________（答出一点即可）。
（5）为提高该沉水植物对污水的净化效果（即提高其有机物积累量），请提出一条合理措施并说明依据。
答案：（1）细胞呼吸（有氧呼吸）；线粒体基质中丙酮酸与水反应生成CO₂（有氧呼吸第二阶段）。
（2）光补偿点；大于；此时整株植物（所有细胞）的光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞是进行光合作用的细胞，其光合速率必须大于自身呼吸速率，才能抵消根等非光合细胞只进行呼吸作用而释放的CO₂。
（3）12 mg CO₂/（单位叶面积·单位时间）（净光合10 mg ＋ 呼吸2 mg）。
（4）CO₂浓度（或温度、水体中无机盐供应等，答出一点即可）。
（5）示例一：适当增加光照强度——在低于光饱和点的范围内，光合速率随光照增强而提高，有机物积累增多，净化能力增强；示例二：在污水中适当补充CO₂（如增设增氧、搅动装置或补充碳酸氢盐）——提高CO₂浓度可加快暗反应中CO₂的固定，从而提高光合速率；示例三：控制水温在适宜范围内——酶活性较高，光合速率较快。（任答一条合理措施并说明依据即可）
解析：本题以污水净化中沉水植物的光合数据为情境，把「光照强度—光合速率」曲线的关键点（起点、光补偿点、光饱和点）转化为文字数据，考查净光合与总光合的关系及生产应用，属中档迁移题。易错点：①把E₁点叶肉细胞光合速率也答成「等于呼吸速率」——补偿点是对整株植物而言，非光合细胞只消耗不合成，故叶肉细胞光合速率必须大于其呼吸速率；②第（3）问漏加呼吸速率2 mg，只答10 mg，混淆净光合与真正光合（真正光合＝净光合＋呼吸）；③把光照强度为0时释放的CO₂误答为「来自叶绿体」或「有氧呼吸第一阶段」，实际来自线粒体（有氧呼吸第二阶段丙酮酸与水反应）；④误认为光照越强光合速率越高，忽略达到光饱和点后受CO₂浓度、温度等限制；⑤措施与依据脱节，只写「增加光照」而不说明其提高光合速率、增加有机物积累的原理。
6解答题
某科研小组为探究某沉水植物在不同水温下的代谢特点，将其叶片置于密闭透明容器中进行测定，其他条件（光照强度、CO₂浓度等）均适宜且相同。已知信息：每小时测得的数据如下表所示（CO₂吸收量为负值时表示释放CO₂；假设呼吸速率在光照下与黑暗中相同）。
水温/℃ 光照下CO₂吸收量/mg 黑暗中CO₂释放量/mg
------ ------------------ ------------------
15 2.2 1.0
25 3.0 1.5
35 1.8 2.4
回答下列问题：
（1）该实验的自变量是________，因变量是________。
（2）由表中数据可知，25℃时该叶片的真正（总）光合速率为每小时吸收CO₂________mg，判断依据是________。
（3）若该沉水植物每天光照12小时、黑暗12小时，则在水温________℃下有机物（以葡萄糖计）的净积累量最多，一天净积累葡萄糖约________mg（CO₂相对分子质量为44，葡萄糖相对分子质量为180，保留两位小数）。
（4）结合光合作用与细胞呼吸的过程，解释35℃时该植物有机物净积累量明显下降的原因。
答案：（1）自变量是水温；因变量是CO₂吸收量（净光合速率）和CO₂释放量（呼吸速率）。
（2）4.5 mg。真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝3.0＋1.5＝4.5（mg/h）。
（3）25℃。一天净吸收CO₂量：15℃时 2.2×12−1.0×12＝14.4 mg；25℃时 3.0×12−1.5×12＝18.0 mg；35℃时 1.8×12−2.4×12＝−7.2 mg（净消耗）。故25℃净积累最多。按光合作用总反应式 6CO₂→C₆H₁₂O₆，葡萄糖净积累量＝18.0×180÷（6×44）≈6.14 mg。
（4）35℃时呼吸速率（2.4 mg/h）明显升高，而净光合速率下降，说明温度升高使与呼吸作用有关的酶活性增强、有机物消耗加快；同时较高温度可能使部分光合作用相关酶活性降低或气孔因素导致CO₂供应不足，使真正光合速率增加幅度小于呼吸速率增加幅度，因而有机物净积累量下降。
解析：本题将光合作用与细胞呼吸的速率关系置于水体生态与环境保护情境中，考查知识迁移与计算。易错点：①把净光合速率误当作真正光合速率，忘记真正光合＝净光合＋呼吸；②计算一天净积累量时只算白天、忽略夜间呼吸消耗，或把光照12小时的净吸收直接当作全天积累；③35℃时净光合为正但一天净积累为负，学生易只看单个数值不作累计；④换算葡萄糖时比例关系记错，应由 6CO₂→C₆H₁₂O₆ 得质量比 264∶180，而不是1∶1。
7解答题
某湿地自然保护区为治理水体富营养化，在湖滨带引种了沉水植物苦草和轮叶黑藻。研究人员取两种植物的新鲜叶片，剪成大小相同的叶圆片，抽去叶片内气体后分别置于含 NaHCO₃（提供 CO₂）的缓冲液中，在不同光照强度下测定单位时间内叶圆片上浮的数量（上浮数量与光合作用产生 O₂ 的速率呈正相关），结果如下：
已知信息：光照强度为 0 klx 时，苦草叶圆片上浮数为 0 个，轮叶黑藻叶圆片上浮数为 0 个；光照强度为 2 klx 时，苦草上浮数为 2 个，轮叶黑藻上浮数为 6 个；光照强度为 5 klx 时，苦草上浮数为 8 个，轮叶黑藻上浮数为 14 个；光照强度为 10 klx 时，苦草上浮数为 16 个，轮叶黑藻上浮数为 18 个；光照强度为 15 klx 时，苦草上浮数为 18 个，轮叶黑藻上浮数为 18 个。
回答下列问题：
（1）叶圆片上浮的直接原因是光合作用产生了某种气体。写出光合作用产生该气体的阶段名称及其在该阶段中的来源，并说明该阶段为暗反应提供的两种物质。
（2）光照强度为 0 klx 时叶圆片不上浮，但叶片仍在进行细胞呼吸。此时叶肉细胞中产生 ATP 的场所有哪些？与有氧呼吸相比，无氧呼吸释放能量较少的主要原因是什么？
（3）光照强度由 5 klx 提高到 10 klx 时，苦草上浮数增加的幅度大于轮叶黑藻。请从光反应与暗反应联系的角度解释：在该光强变化过程中，短时间内叶肉细胞中 C₃ 与 C₅ 的含量如何变化？
（4）若在缓冲液中加入适量能专一性抑制暗反应中 CO₂ 固定的物质，其他条件不变，请预测叶圆片上浮数的变化并说明理由。
答案：（1）该气体是 O₂，产生于光合作用的光反应阶段；O₂ 来自叶绿体类囊体薄膜上水的光解（H₂O → [H] + O₂）。光反应为暗反应提供的两种物质是 ATP 和 [H]（NADPH）。
（2）产生 ATP 的场所：细胞质基质、线粒体（线粒体基质和线粒体内膜）。无氧呼吸释放能量少的主要原因：葡萄糖氧化分解不彻底，大部分能量仍存留在乳酸或酒精等有机物（未彻底氧化的产物）中，只有第一阶段释放少量能量。
（3）光照增强后，光反应加快，产生的 ATP 和 [H] 增多，C₃ 的还原加快、消耗增多；短时间内 CO₂ 的固定速率基本不变，故 C₃ 含量下降、C₅ 含量上升；随着 C₃ 还原加快，C₅ 的再生增多，CO₂ 固定也随之加快，最终达到新的平衡。苦草上浮数增加幅度更大，说明其在原光强下受光反应限制更明显，光强提高后光反应与暗反应的协调增益更大。
（4）叶圆片上浮数减少（直至接近 0）。理由：CO₂ 固定被抑制后，C₅ 不能与 CO₂ 结合生成 C₃，C₃ 来源中断，暗反应受阻；暗反应消耗的 ATP 和 [H] 减少，光反应产物积累，使水的光解放慢、O₂ 释放量下降，叶圆片上浮数减少。
解析：本题以湿地生态治理为情境，迁移考查光合作用两阶段的物质与能量联系。易错点：① 误认为 O₂ 来自 CO₂ 的分解，实际来自水的光解；② 混淆光反应与暗反应的产物，把 [H] 与 O₂ 的来源记反；③ 不理解 C₃ 与 C₅ 的相互转化（CO₂+C₅→C₃→(CH₂O)+C₅），导致含量变化方向判断错误；④ 认为抑制 CO₂ 固定后光合作用不受影响，忽略了光反应与暗反应之间的动态联系。答题时应先定位阶段，再分析物质去向与动态平衡。
8解答题
某乡村利用废弃的板栗壳、枯枝落叶和人畜粪便发展"无废弃物农业"，并建有小型沼气池。为探究酵母菌在不同氧气条件下的呼吸方式及其在沼气发酵中的作用，某兴趣小组进行了如下实验：
已知信息：取三个相同的锥形瓶，编号为甲、乙、丙。甲瓶加入 200 mL 煮沸后迅速冷却的质量分数为 5% 的葡萄糖溶液和 5 g 酵母菌，立即用带有导管的塞子密封，导管另一端插入澄清石灰水中；乙瓶加入等量未煮沸的质量分数为 5% 的葡萄糖溶液和 5 g 酵母菌，用带有导管的塞子密封，导管另一端插入澄清石灰水中；丙瓶加入与甲瓶相同的煮沸后冷却的葡萄糖溶液和 5 g 酵母菌，密封后通过充气泵持续通入无菌空气，排出的气体通入澄清石灰水中。三瓶均置于 25 ℃ 恒温箱中培养。
回答下列问题：
（1）该实验的自变量是什么？甲、乙、丙三瓶的设置中存在明显设计缺陷的是哪一瓶？请指出缺陷并写出改进措施。
（2）预测培养一段时间后三瓶澄清石灰水浑浊程度的差异，并写出乙瓶中酵母菌呼吸作用的总反应式（反应物、生成物用化学式表示，条件可省略）。
（3）若在甲瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，溶液颜色会发生什么变化？该检测结果说明酵母菌无氧呼吸产生了什么物质？
（4）研究发现，沼气池中酵母菌产生的有机物可被产甲烷菌进一步分解。从能量流动的角度分析，沼气池的建立对当地生态系统中能量的利用有何意义？
答案：（1）自变量是氧气的有无（有氧/无氧条件）。设计缺陷在甲瓶：甲瓶虽加入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，但瓶内仍残留空气（O₂），未创造严格无氧环境，酵母菌先进行有氧呼吸。改进措施：先向甲瓶中通入一段时间无菌氮气（或 CO₂）排出瓶内空气，或将葡萄糖溶液煮沸后冷却并加石蜡油液封液面，再密封培养。
（2）浑浊程度：丙瓶（持续通入空气，有氧呼吸强）> 乙瓶（有氧、无氧并存）> 甲瓶（若改进后为无氧，则甲瓶浑浊最慢、最轻）。乙瓶中酵母菌主要进行有氧呼吸，总反应式：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂O + 能量。
（3）溶液由橙色变为灰绿色。说明酵母菌无氧呼吸产生了酒精（C₂H₅OH）。
（4）沼气池实现了废弃物中能量的多级利用，提高了能量的利用率，使原本流向分解者或散失的能量部分流向对人类有益的产品（沼气、有机肥），减少了环境污染，但并未提高能量传递效率，也未增加生态系统总能量。
解析：本题以"无废弃物农业"与沼气发酵为情境，迁移考查探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计与评价。易错点：① 忽略对照实验的严谨性，认为煮沸葡萄糖溶液就等于无氧环境，忽略了瓶内残留 O₂；② 混淆自变量（氧气）与无关变量（温度、培养液量、酵母菌量）；③ 对石灰水浑浊程度的解释不准确，误以为无氧呼吸不产生 CO₂（酵母菌无氧呼吸产生酒精和 CO₂）；④ 有氧呼吸总反应式配平错误，或把反应物中的 H₂O 遗漏；⑤ 混淆"能量利用率"与"能量传递效率"两个概念。答题时应紧扣实验目的，逐一核查对照设置与变量控制。