資源簡介 高考二輪專題綜合復習第4講 光合作用與細胞呼吸1.下列關于細胞呼吸與光合作用的說法,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)光合作用過程中光能轉變為化學能,細胞呼吸過程中化學能轉變為熱能和ATP。 ( × )(2)線粒體將葡萄糖氧化分解產生二氧化碳和水。 ( × )(3)無氧呼吸不需要O2參與,最終有[H]的積累。 ( × )(4)放置時間過長的牛奶發生脹袋,是乳酸菌污染導致的。 ( × )(5)無水乙醇在色素的提取和分離實驗中起到分離色素的作用。 ( × )(6)暗反應中14C的轉移途徑是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 ( × )(7)夏季晴天,植物光合作用的“午休”現象的主要原因是環境中CO2濃度過低。 ( × )[解析] (1)細胞呼吸過程中有機物中的化學能轉變為熱能和ATP中的能量,ATP是直接能源物質,不是能量。(2)葡萄糖的初步分解發生在細胞質基質中。(3)無氧呼吸第二階段消耗[H],無[H]的積累。(4)乳酸菌無氧呼吸產生乳酸,不能產生氣體,所以脹袋不是乳酸菌污染導致的。(5)無水乙醇在色素的提取和分離實驗中起到提取色素的作用,層析液起分離色素的作用。(6)暗反應中14C的轉移途徑是14CO2→14C3→(14CH2O)。(7)出現光合“午休”現象是因為夏季中午溫度高,氣孔關閉,二氧化碳吸收減少。2.細讀教材,查缺補漏(1)無氧呼吸都只在第一階段釋放出少量的能量,生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量則存留在酒精或乳酸中。(教材必修1 P94)(2)一般來說,線粒體均勻地分布在細胞質中。但是,活細胞中的線粒體往往可以定向地運動到代謝比較旺盛的部位。(教材必修1 P93)(3)肌細胞內的肌質體是由大量變形的線粒體組成的,肌質體顯然有利于對肌細胞的能量供應。(教材必修1 P93)(4)細胞呼吸中產生的[H]是氧化型輔酶Ⅰ(NAD+)轉化成的還原型輔酶Ⅰ(NADH)。(教材必修1 P94相關信息)(5)一般情況下,光合作用所利用的光都是可見光。(教材必修1 P99學科交叉)(6)光反應產生的[H]是輔酶Ⅱ(NADP+)與電子和質子(H+)結合,形成的還原型輔酶Ⅱ(NADPH)。(教材必修1 P103相關信息)(7)硝化細菌能利用氧化無機物釋放出的化學能,將二氧化碳和水合成為糖類,這些糖類可供硝化細菌維持自身的生命活動。(教材必修1 P105)3.規范答題訓練(1)在農業生產中為避免出現光合“午休”現象,應采取的措施是 適時進行合理灌溉 。 (2)“正其行,通其風”提高作物產量的原理是 增大田間CO2濃度;使植株分布均勻,有利于充分接受光照;降低田間溫度,減少呼吸作用對有機物的消耗 。 (3)施用農家肥可以促進植物生長的原理是 ①農家肥中的有機物被微生物分解成無機鹽,為植物提供養分;②有機肥被微生物分解釋放CO2,為光合作用提供原料,使生成的有機物增多 。 (4)秋天,植物葉片變黃,光合速率下降的原因是 葉綠素含量減少使光反應速率減小,導致光反應供給暗反應的NADPH和ATP減少,光合速率降低 。 (5)短暫無光期間,植物體內依舊能生成(CH2O)的原因是 無光期間,光反應已經產生的[H]和ATP還能繼續用于C3的還原 。 (6)夏季連續陰天,應采取哪些措施來提高大棚中作物的產量 白天適當補充光照,夜晚適當降溫 。 (7)將小球藻細胞中的葉綠體和線粒體采用一定方法分離后,進行了如下實驗:將葉綠體和線粒體分別加入甲、乙兩支試管中,甲中盛有適宜濃度的NaHCO3溶液,乙中盛有適宜濃度的丙酮酸溶液,當處于充足光照且其他條件適宜的環境中,兩支試管內都會產生氣泡。若原實驗在黑暗且其他條件相同的環境中進行,則甲、乙兩支試管內的實驗現象分別是 甲試管中無氣泡產生,乙試管中有氣泡產生 ,原因是 黑暗條件下甲試管中不能進行光合作用(光反應),而乙試管中線粒體基質中丙酮酸和水反應產生CO2 。 考點一 光合作用與細胞呼吸的過程及內在關系1.圖解有氧呼吸與無氧呼吸的聯系圖4-12.注意無氧呼吸的3點提醒(1)不同生物無氧呼吸的產物無氧呼吸產物不同的直接原因是 參與催化的酶 不同,根本原因是 控制酶合成的基因 不同。 (2)無氧呼吸只釋放少量能量的原因:大部分能量儲存在 酒精或乳酸 中。 (3)水稻等植物長期水淹后爛根的原因:無氧呼吸產生的 酒精 對細胞有毒害作用。 3.C3和C5含量變化的分析方法(1)據卡爾文循環,葉綠體基質中C3的含量通常是C5的2倍。(2)當光照強度或CO2濃度改變后,短時間內C3和C5的含量均會發生變化。無論分析哪種物質的含量變化,都要從生成和消耗兩個角度分析。C3產生于CO2的固定過程,消耗于C3的還原過程,C5產生于C3的還原過程,消耗于CO2的固定過程。條件 光照強度 二氧化碳濃度強→弱 弱→強 高→低 低→高C3 增加 減少 減少 增加C5 減少 增加 增加 減少ATP、[H] 減少 增加 增加 減少4.綜合分析光合作用與有氧呼吸過程圖4-2(1)元素轉移途徑C:CO2C3(CH2O)丙酮酸CO2O:H2OO2H2OH:H2O[H](CH2O)[H](2)能量轉化關系圖4-3考法一 綜合考查光合作用與細胞呼吸的關系1.呼吸作用和光合作用是植物體內兩種重要的細胞代謝過程,下列說法錯誤的是 ( D )A.兩種代謝反應的強度都受到生物含水量的影響B.兩種代謝過程中都有還原性物質的產生和消耗C.兩種代謝過程中產生的ATP都可用于淀粉的合成D.兩種代謝過程中CO2的產生或消耗都在細胞器中進行[解析] 呼吸作用和光合作用均需要水參與,故均受生物含水量的影響,A正確;有氧呼吸的第一、二階段會產生[H],第三階段消耗[H],光合作用的光反應階段會產生[H],暗反應階段消耗[H],B正確;呼吸作用和光合作用產生的ATP都可以用于淀粉的合成,C正確;有氧呼吸中二氧化碳的產生場所是線粒體,無氧呼吸產生二氧化碳的場所是細胞質基質,光合作用CO2的消耗發生在葉綠體內,D錯誤。2.圖4-4表示植物葉肉細胞光合作用和細胞呼吸過程中氫元素的轉移途徑,相關敘述不正確的是 ( B )H2O[H](CH2O)[H]H2O圖4-4A.過程①④在生物膜上進行B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次經過①②③④轉移到細胞呼吸的產物H2O中C.植物光補償點時,葉肉細胞內過程③④中合成的ATP少于過程①合成的ATPD.過程①②③④都有能量的轉化[解析] 過程①光反應階段在葉綠體的類囊體薄膜上進行,④有氧呼吸第三階段在線粒體內膜上進行,A正確;光合作用的原料H2O中的氧可以經過①光反應釋放到環境中,環境中的氧可通過④有氧呼吸第三階段轉移到細胞呼吸的產物H2O中,B錯誤;光補償點時,植株整體的光合作用等于呼吸作用,但植物的非綠色組織只能進行呼吸作用不能進行光合作用,故葉肉細胞的光合作用速率應大于自身的呼吸作用速率,即③④中合成的ATP少于過程①合成的ATP,C正確;過程①②③④不僅有物質的變化過程也伴有能量的轉化,D正確。考法二 考查光合色素和光合作用的過程3.通常情況下,光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光中的光能,用于光合作用。研究發現某些藍藻在近紅外光環境下生長時,含有葉綠素a的光合系統會失效,而含有葉綠素f的光合系統會啟動。進一步研究發現,葉綠素f能吸收、轉化紅外光,用于光合作用。下列有關敘述正確的是 ( C )A.培養藍藻研究光合作用時,需提供葡萄糖作為碳源B.葉綠素f主要分布在藍藻葉綠體類囊體薄膜上C.葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光,體現了藍藻對環境的適應D.在正常光照條件下,藍藻會同時吸收可見光和紅外光進行光合作用[解析] 藍藻是自養生物,培養藍藻研究光合作用時,不需提供葡萄糖作為碳源,A錯誤;藍藻是原核生物,沒有葉綠體,B錯誤;某些藍藻在近紅外光環境下生長時,含有葉綠素f的光合系統會啟動。進一步研究發現,葉綠素f能吸收、轉化紅外光,用于光合作用。葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光,體現了藍藻對環境的適應,C正確;在正常光照條件下,藍藻光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光,用于光合作用,不能吸收紅外光進行光合作用,D錯誤。4.某同學為研究光反應和暗反應,將離體的葉綠體置于低滲溶液中漲破后分裝在A、B兩支試管中,并在兩支試管中加入等量的ADP、NADP+、Pi和其他的一些輔助因子,A試管在20 ℃的氬氣(一種惰性氣體)中照光30 min,B試管在20 ℃的空氣中照光30 min,然后對A、B兩支試管進行離心處理并分離出非綠色部分,向非綠色部分液體中通入被14C標記的CO2,測定兩支試管中CO2的固定速率。回答下列問題:(1)葉綠體固定CO2的場所是 葉綠體基質 ,請寫出被標記的14C在光合作用過程中的轉移途徑: 14CO2→14C3→(14CH2O) 。 (2)向A、B兩支試管中加入ADP、NADP+和Pi的作用是 為光反應中合成ATP和NADPH提供原料 。 (3)根據處理方式,預測結果: A試管中CO2固定速率比B試管快 ;并說明理由: A、B兩支試管在光照下都能合成ATP和NADPH,但是A試管處于氬氣中,不會發生暗反應,從而積累更多的ATP和NADPH,通入CO2后能加快C3的還原,使CO2的固定速率加快 。 [解析] (1)葉綠體固定CO2的場所是葉綠體基質。在暗反應中,二氧化碳經二氧化碳的固定和C3的還原,最終形成糖類等有機物。若用14C標記二氧化碳,14C的轉移途徑為14CO2→14C3→(14CH2O)。(2)據光反應和暗反應的關系可知,光反應為暗反應提供ATP和NADPH,用于C3的還原;暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP+,用于生成ATP和NADPH。故向A、B兩支試管中加入ADP、NADP+和Pi的作用是為光反應中合成ATP和NADPH提供原料。(3)根據題干信息,結合光反應條件(光照、葉綠素、ADP、NADP+、Pi、酶等)可知,A、B兩支試管在光照下都能合成ATP和NADPH。但是A試管處于氬氣中,不會發生暗反應,從而積累了更多的ATP和NADPH。B試管處于空氣中,會發生暗反應,沒有ATP和NADPH的積累。在照光30 min,然后對A、B兩支試管進行離心處理并分離出非綠色部分,向非綠色部分液體中通入被14C標記的CO2,由于A試管有更多的ATP和NADPH,通入CO2后能加快C3的還原,使A試管CO2的固定速率比B試管快。考點二 光合作用與細胞呼吸的影響因素及應用1.把握與細胞呼吸影響因素相關的“四類”曲線圖4-5(1)甲圖:溫度通過影響與細胞呼吸有關的 酶的活性 來影響呼吸速率。 (2)乙圖(酵母菌群體、大多數植物等):①O2濃度=0時,只進行 無氧呼吸 。 ②0③O2濃度≥10%時,只進行 有氧呼吸 。 ④O2濃度=5%時,有機物消耗 最少 。 (3)丙圖:自由水含量較高時呼吸作用旺盛。(4)丁圖:CO2是細胞呼吸的產物,對細胞呼吸具有 抑制 作用。 2.把握與光合作用影響因素相關的3類曲線影響因素 原理 圖像 圖像解讀光照強度 影響 光反應 階段ATP、[H]的產生 P點的限制因素: ①外因: 溫度、CO2濃度 等 ②內因:色素含量、酶的數量和活性、C5的含量CO2濃度 影響 暗反應 階段C3的生成 P點的限制因素: ①外因: 溫度、光照強度 等 ②內因:酶的數量和活性、色素含量、C5的含量溫度 通過影響 酶的活性 來影響光合作用 P點對應的溫度為進行光合作用的 最適溫度 3.光合作用曲線中特殊點含義及移動情況分析圖4-6(1)A點:只進行細胞呼吸。AB段:光合速率 小于 呼吸速率。B點以后: 光合速率大于呼吸速率 。 (2)B點: 光合速率等于呼吸速率 ,B點的光照強度稱為光補償點;C點的光照強度稱為光飽和點。 (3)增加CO2濃度,B點 左移 ,C點 右移 ,D點向右上方移動。 (4)若適當提高溫度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,則補償點B應相應地向 右 移,通過增加光照強度來提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率。若適當減少CO2濃度,則補償點B應相應地向 右 移,飽和點C應相應地向 左 移。4.圖示法理解光合速率與呼吸速率的關系圖4-7(1)各種速率的表示方法及相互關系①呼吸速率:有機物或O2消耗量、CO2產生量。②凈光合速率:有機物積累量、O2釋放量、CO2吸收量。③總(真正)光合速率:有機物或O2產生量、CO2消耗量。④總(真正)光合速率:凈光合速率+呼吸速率。(2)凈光合速率和總(真)光合速率的判定方法①若為坐標曲線形式,當光照強度為0時,CO2吸收值為0,則該曲線表示總(真)光合速率,若CO2吸收值為負值,則該曲線表示凈光合速率。②若所給數值為有光條件下綠色植物的測定值,則為凈光合速率。③有機物積累量表示凈光合速率,制造量表示總(真正)光合速率。(3)光合速率與植物生長的判斷①當凈光合速率>0時,植物因積累有機物而生長。②當凈光合速率=0時,植物不能生長。③當凈光合速率<0時,植物不能生長,長時間處于此種狀態,植物將死亡。考法一 考查影響光合速率與呼吸速率的因素1.圖4-8表示蘋果果實在一段時間內,隨著環境中O2濃度的提高,其O2吸收量和CO2釋放量的曲線,結合此圖分析下列說法錯誤的是 ( C )圖4-8A.O2濃度達到b以后,果實基本上靠有氧呼吸提供能量B.只根據放出的氣體使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃,無法確定蘋果果實的呼吸方式C.O2濃度為a時,若cd=ca,則無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖量相等D.O2濃度為a時,若da與ca的比值為x,當1[解析] 氧氣濃度達到b以后,氧氣吸收量與二氧化碳釋放量相等,果實基本上靠有氧呼吸提供能量,A正確;用溴麝香草酚藍水溶液檢測CO2時,溶液顏色由藍變綠再變黃,而有氧呼吸和無氧呼吸都可能產生CO2,所以根據放出的氣體使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃,仍無法確定蘋果果實的呼吸方式,B正確;氧氣濃度為a時,若cd=ca,有氧呼吸產生的二氧化碳量與無氧呼吸產生的二氧化碳量相等,根據方程式推算,無氧呼吸消耗的葡萄糖量與有氧呼吸消耗的葡萄糖量的比例為3∶1,C錯誤;當da與ca的比值為1時,只進行有氧呼吸;當da與ca的比值為4/3 時,無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖相等,則當12.某研究小組研究光照強度、pH、NaHCO3對金魚藻凈光合速率的影響,研究結果如圖4-9所示(圖中凈光合速率是指總光合速率與呼吸速率之差,以每克鮮重每小時釋放O2的微摩爾數表示)。圖4-9據圖分析下列說法錯誤的是 ( D )A.本實驗中的自變量是光照強度、pH、NaHCO3濃度B.pH對凈光合速率的影響主要是通過對酶活性的影響實現的C.光照強度達到飽和點時,金魚藻的真正光合作用速率為33 μmol·g-1·h-1D.NaHCO3濃度主要影響光合作用光反應[解析] 橫坐標代表的因素為自變量,本實驗中的自變量是光照強度、pH、NaHCO3濃度,A正確;pH對凈光合速率的影響主要是通過對酶活性的影響實現的,B正確;光照強度為0時,金魚藻只進行呼吸作用,根據第一個坐標曲線圖可知,呼吸速率為8 μmol·g-1·h-1,根據第二個坐標曲線圖可知,光照強度達到飽和點時,金魚藻的凈光合作用速率為25 μmol·g-1·h-1,總光合速率等于呼吸速率與凈光合速率之和,為33 μmol·g-1·h-1,C正確;NaHCO3為光合作用提供CO2,主要影響光合作用暗反應,D錯誤。考法二 考查光(或CO2)補償點、飽和點及其移動3.[2021·廣東卷] 與野生型擬南芥WT相比,突變體t1和t2在正常光照條件下,葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同(如圖a),造成葉綠體相對受光面積的不同(如圖b),進而引起光合速率差異,但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下,下列敘述錯誤的是 ( D )圖4-10A.t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)B.t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關D.三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大[解析] 由圖可知,與WT相比,t1的葉綠體主要分布在葉肉細胞的照光部位,t2的葉綠體主要分布在葉肉細胞的非光照直射部位,從而導致t1中葉綠體相對受光面積較大,t2中葉綠體相對受光面積較小。根據以上分析推斷,t2比t1具有更高的光飽和點,A項正確;根據圖a可知與t2相比,t1在更弱的光下,其光合作用吸收的CO2量與呼吸釋放的CO2量就可以相等,即其光補償點會更低,B項正確;通過題干信息可知,三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致,由此推測,三者光合速率的高低與葉綠素含量無關,C項正確;三者光合速率的差異在一定范圍內會隨光照強度的增大而增加,D項錯誤。4.紅松(陽生)和人參(陰生)均為我國北方地區的植物。如圖4-11為兩種植物在溫度、水分均適宜的條件下,光合速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強度變化的曲線圖,下列敘述正確的是 ( D )圖4-11A.光照強度為a時,每日光照12小時,一晝夜后人參干重不變,紅松干重減少B.光照強度在b點之后,限制紅松P/R值增大的主要外界因素是CO2濃度C.光照強度為c時,紅松和人參的凈光合速率相等D.若適當增加土壤中無機鹽鎂的含量,可能在一段時間后B植物的a點左移[解析] 光照強度為a時,對于人參(曲線B)而言,光合速率與呼吸速率的比值(P/R)為1,白天12小時沒有積累有機物,晚上進行呼吸作用消耗有機物,一晝夜干重減少,A錯誤;光照強度在b點之后,限制紅松(對應曲線A)P/R值增大的主要外界因素仍然是光照強度,在d點之后,限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2濃度,B錯誤;光強為c時,二者的P/R值相同,但呼吸速率不一定相同,故凈光合速率不一定相同,C錯誤;對于人參(曲線B)而言,a點光合速率與呼吸速率的比值(P/R)為1,對應的光照強度為光補償點;若適當增加土壤中無機鹽鎂的含量,可能B植物合成的葉綠素增多,達到光補償點需要的光照強度變小,故一段時間后B植物的a點左移,D正確。考法三 總光合速率、凈光合速率與呼吸速率的關系5.研究人員將獼猴桃的綠色果肉薄片與一定濃度的NaHCO3溶液混合置于密閉反應室,提供一定的光照,水浴加熱保持恒溫,測定反應室中O2濃度,結果如圖4-12所示。下列相關敘述錯誤的是 ( B )圖4-12A.光照強度和溫度均會影響反應室中O2濃度的變化B.若提高NaHCO3溶液濃度,果肉放氧速率增大C.15~20 min時光合作用強度與呼吸作用強度相等D.若在20 min后停止光照,則20~25 min曲線的斜率為負值[解析] 光照強度和溫度均會影響光合速率,而氧氣濃度的變化可表示光合速率的變化,因此,光照強度和溫度均會影響反應室中O2濃度的變化,A正確;NaHCO3分解產生的CO2,能作為光合作用的原料,但提高NaHCO3溶液濃度,即增加了二氧化碳的濃度,未必會使果肉放氧速率增大,當NaHCO3溶液濃度過高時,細胞可能會失水死亡,B錯誤;15~20 min O2濃度不變,原因是光合產氧量與呼吸耗氧量相等,即光合作用產生的氧氣正好滿足細胞呼吸對氧氣的消耗,C正確;若在20 min后停止光照,光合作用產生氧氣速率減慢直到停止,而呼吸速率消耗氧氣速率不受影響,因此氧氣不斷減少,曲線斜率為負值,D正確。6.圖甲表示水稻的葉肉細胞在光照強度分別為A、B、C、D時,單位時間內CO2釋放量和O2產生總量的變化。圖乙表示藍藻光合速率與光照強度的關系,下列說法正確的是 ( B )圖4-13A.圖甲中,光照強度為B時,光合速率等于呼吸速率B.圖甲中,光照強度為D時,單位時間內細胞從周圍吸收2個單位的CO2C.圖乙中,當光照強度為X時,細胞中產生ATP的細胞器有細胞質基質、線粒體和葉綠體D.圖乙中,限制G點光合速率的因素主要是光照強度[解析] 圖甲中,光照強度為B時,CO2釋放量大于0,說明光合速率小于呼吸速率,A錯誤;光照強度為D時,O2產生總量為8個單位,則光合作用總吸收二氧化碳為8個單位,呼吸作用釋放6個單位的CO2,因而單位時間內細胞從周圍吸收2個單位的CO2,B正確;圖乙所示生物為藍藻,藍藻不含線粒體和葉綠體,C錯誤;圖乙中,G點時光合速率達到最大值,此時限制光合速率的因素不再是光照強度,可能是溫度或二氧化碳濃度,D錯誤。考法四 自然環境和密閉環境中一晝夜CO2和O2含量的變化7.加那利海棗是一種棕櫚科植物,如圖4-14為某研究小組在夏季水分充足的晴朗天氣下測得的加那利海棗24小時內光合速率的變化情況,下列有關曲線的描述錯誤的是 ( C )圖4-14A.曲線a表示總光合速率,曲線b表示凈光合速率B.14:00以后曲線a、b均下降的原因是光照強度減弱C.10:00~12:00該植物的呼吸速率降低D.大約18:00時有機物積累量最大[解析] 分析坐標曲線可知,曲線a表示二氧化碳的消耗量,此指標可以代表總光合作用強度,曲線b表示的是CO2吸收量,即代表的是凈光合作用強度,A正確;14:00以后a、b均下降的原因是隨著時間推移,光照強度減弱導致光反應減弱,進而影響暗反應中二氧化碳的利用,B正確;10:00~12:00圖中曲線b吸收CO2量下降,是中午氣孔關閉,CO2無法進入細胞造成的,但是二氧化碳的消耗量增加,所以植物的呼吸速率沒有降低,C錯誤;識圖分析可知,到大約18:00時CO2吸收量為0,即光合速率等于呼吸速率,以后光合速率小于呼吸速率,故大約18:00時有機物積累量最大,D正確。8.如圖4-15中甲、乙、丙、丁表示環境因素對植物光合作用的影響示意圖,對圖中曲線描述正確的是 ( B )圖4-15A.若植物長期處于圖甲所示環境中,則該植物能正常生長B.從圖乙中可看出,在25 ℃左右時該植物生長最快C.圖丙中曲線ab段形成是由于光照強度降低所致D.圖丁中b點時,甲、乙兩植物的總光合速率相等[解析] 從圖甲看出,經過一晝夜后,玻璃罩內CO2濃度升高,若植物長期處在圖甲的環境中,無法生長,A錯誤;從圖乙看出,25 ℃左右植物的凈光合速率(總光合速率-呼吸速率)最大,所以生長最快,B正確;圖丙中ab段是由于外界溫度過高,植物關閉氣孔,導致吸收的CO2減少所致,C錯誤;圖中b點植物甲和乙的凈光合速率相等,但由于不知道二者的呼吸速率大小,所以兩者總光合速率不一定相等,D錯誤。【題后歸納】 1.自然環境中一晝夜植物光合作用曲線圖4-16(1)a點:夜溫降低,細胞呼吸減弱,CO2釋放減少。(2)開始進行光合作用的點:b;結束光合作用的點:m。(3)光合速率與呼吸速率相等的點:c、h;有機物積累量最大的點:h。(4)de段下降的原因是氣孔關閉,CO2吸收減少;fh段下降的原因是光照減弱。2.密閉環境中一晝夜CO2和O2含量的變化圖4-17(1)光合速率等于呼吸速率的點:C、E。(2)圖甲中N點低于虛線,該植物一晝夜表現為生長,其原因是N點低于M點,說明一晝夜密閉容器中CO2含量減少,即總光合量大于總呼吸量,該植物生長。(3)圖乙中N點低于虛線,該植物一晝夜不能生長,其原因是N點低于M點,說明一晝夜密閉容器中O2含量減少,即總光合量小于總呼吸量,植物不能生長。考點三 光合作用與細胞呼吸實驗探究及結果分析1.光合作用與細胞呼吸相關實驗設計的方法總結(1)葉圓片浮起法驗證光合速率:在適宜濃度的CO2溶液中,不同光照強度下,統計單位時間內葉圓片浮起的數目。(2)自變量的控制手段,如光照強度的大小可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡,但與植物的距離不同)進行控制,不同溫度可用不同恒溫裝置控制,若要確認CO2是光合作用的原料,應以CO2有無(如添加CO2緩沖液,還是添加NaOH設置對照實驗)為自變量,若要確認CO2濃度對光合速率的影響,則應以不同濃度的CO2緩沖液為自變量。2.利用液滴移動測定光合速率(1)實驗裝置圖4-18(2)測定原理①在黑暗條件下,甲裝置中的植物只進行細胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產生的CO2,所以單位時間內紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率。②在光照條件下,乙裝置中的植物進行光合作用和細胞呼吸,由于CO2緩沖液保證了容器內CO2濃度的恒定,所以單位時間內紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率,可代表凈光合速率。(3)測定方法①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間,記錄紅色液滴移動的距離,計算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間,記錄紅色液滴移動的距離,計算凈光合速率。③根據呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。(4)物理誤差的校正:為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差,應設置對照實驗,即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗,根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。3.“黑白瓶”法“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的試題,其中“黑瓶”不透光,測定的是有氧呼吸量;“白瓶”給予光照,測定的是凈光合作用量,可分為有初始值與沒有初始值兩種情況,規律如下:規律①:有初始值的情況下,黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量;白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量;二者之和為總光合作用量。規律②:沒有初始值的情況下,白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差為總光合作用量。4.厘清光合作用與呼吸作用實驗設計中實驗條件的控制方法(1)增加水中氧氣——泵入空氣或放入綠色水生植物。(2)減少水中氧氣——容器密封或油膜覆蓋。(3)除去容器中的二氧化碳——氫氧化鈉溶液。(4)保持容器中二氧化碳濃度不變——CO2緩沖液。(5)除去葉片中原有的淀粉——置于黑暗環境中一段時間。(6)除去光合作用對呼吸作用的干擾——給植株遮光。(7)消除種子表面微生物對種子細胞呼吸速率測定的影響——消毒。(8)探究酵母菌的呼吸方式,檢測產生的CO2情況——用澄清石灰水或溴麝香草酚藍水溶液。(9)除去葉中葉綠素——酒精隔水加熱。(10)如何得到單色光——棱鏡色散或薄膜濾光。考法一 考查有關光合作用和呼吸作用的實驗分析1.當呼吸底物不是糖時,有氧呼吸消耗的O2和產生的CO2的量并不相等。利用如圖4-19所示裝置兩套,設為甲、乙,測定單位質量小麥種子呼吸時CO2釋放量與O2消耗量的比值,下列構思可以達到實驗目的的是 ( C )圖4-19A.甲裝置燒杯中盛放清水,在光照下測定O2釋放量,乙裝置在黑暗下測定CO2釋放量B.甲裝置燒杯中盛放清水,測定CO2釋放量,乙裝置換成CO2吸收劑,測定O2消耗量C.甲裝置燒杯中盛放清水,測定氣體體積變化量,乙裝置換成CO2吸收劑,測定O2消耗量D.甲裝置燒杯中盛放CO2緩沖劑(可吸收和放出CO2),測定氧氣消耗量,乙裝置放死亡種子作對照[解析] 種子的呼吸作用不會有氧氣的釋放,A錯誤;甲裝置燒杯中盛放清水,測定的是CO2釋放量和O2消耗量的差值,B錯誤;甲裝置燒杯中盛放清水,測定氣體體積變化量,即CO2釋放量和O2消耗量的差值;乙裝置換成CO2吸收劑,測定的是O2消耗量,結合甲裝置測定的結果可以計算出小麥種子呼吸時CO2釋放量與O2消耗量的比值,故C正確;由于種子只進行呼吸作用,因此甲裝置燒杯中只能用NaOH作吸收劑來吸收二氧化碳,再測定氣體體積變化量,則該變化量為有氧呼吸氧氣的消耗量,乙裝置為死亡的種子,不進行呼吸作用,無法測出呼吸作用釋放的二氧化碳的量,D錯誤。2.卡爾文給小球藻提供14CO2和適宜的光照,研究光合作用暗反應過程中C的轉移路徑。某同學根據卡爾文的實驗資料,提出了一些推論,下列推論不合理的是 ( A )資料 推論 (1)將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒,發現90%的放射性物質是一種C3 ① (2)經過5 s光照后,檢測到含有放射性的葡萄糖 ② (3)在適宜光照和CO2充足的條件下,C3和C5的含量很快達到穩定狀態,含有放射性的糖類不斷增加 ③ (4)當停止光照時,C3明顯增加,C5明顯下降 ④A.推論①:C3是CO2被還原得到的第一個產物B.推論②:C3進一步反應會生成葡萄糖C.推論③:C3是暗反應的中間產物,糖類是終產物D.推論④:C3轉化為C5需要依賴光反應的產物[解析] 根據光照時間縮短至幾分之一秒后的結果可知,C3是CO2被固定得到的第一個產物,A錯誤;結合(1)(2)可知,推論②應該是C3進一步反應生成葡萄糖,B正確;根據C3和C5的含量維持穩定而含放射性的糖類不斷增加可知,推論③應該是C3是暗反應的種間產物,糖類是終產物,C正確;根據光照停止時,C3明顯增加,C5明顯下降可知,光照與C3和C5的轉化有關,推論④應該是C3轉化為C5需要依賴光反應的產物,D正確。考法二 考查光合速率和呼吸速率的測定方法3.如圖4-20表示測定金魚藻光合作用強度的密閉實驗裝置,氧氣傳感器可監測O2 量的變化。已知光飽和點是指植物光合速率達到最大時的最小光照強度。下列敘述錯誤的是 ( C )圖4-20A.NaHCO3溶液可以為金魚藻光合作用提供CO2B.單色光照射時,相同光照強度下一定時間內用紅光比用綠光測到的O2量多C.氧氣傳感器測到的O2量就是金魚藻總光合作用產生的O2量D.拆去濾光片,改變光照強度,并將所得數據繪制成曲 線可推知其光飽和點[解析] 加入NaHCO3溶液是為了給光合作用提供CO2,A正確;色素主要吸收紅光和藍紫光,對綠光吸收最少,因此單色光照射時,相同光照強度下一定時間內用紅光比用綠光測到的O2量多,B正確;氧氣傳感器測到的O2量就是金魚藻凈光合作用產生的O2量,即總光合作用產生的O2量與呼吸作用消耗的O2量的差值,C錯誤;拆去濾光片,改變光照強度,并將所得數據繪制成曲線可推知其光飽和點,D正確。4.[2019·全國卷Ⅱ,節選] 通常,對于一個水生生態系統來說,可根據水體中含氧量的變化計算出生態系統中浮游植物的總初級生產量(生產者所制造的有機物總量)。若要測定某一水生生態系統中浮游植物的總初級生產量,可在該水生生態系統中的某一水深處取水樣,將水樣分成三等份,一份直接測定O2含量(A);另兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個玻璃瓶中,密閉后放回取樣處,若干小時后測定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。據此回答下列問題。在甲、乙瓶中生產者呼吸作用相同且瓶中只有生產者的條件下,本實驗中C與A的差值表示這段時間內 生產者凈光合作用的放氧量 ;C與B的差值表示這段時間內 生產者光合作用的總放氧量 ;A與B的差值表示這段時間內 生產者呼吸作用的耗氧量 。 [解析] 在實驗中,測得的數值A是水體中的含氧量,以此為對照。甲瓶不透光,一定時間后瓶內氧氣的含量因細胞呼吸的消耗而下降,乙瓶在有光的條件下,其內浮游植物可進行光合作用,一定時間后,乙瓶中的氧氣含量增加。若甲、乙瓶中只有生產者且呼吸作用相同,C與A的差值表示在光下進行一定時間的光合作用后,凈積累的氧氣的量,即生產者凈光合作用的放氧量;C與B的差值表示生產者通過光合作用產生的氧氣的總量;A與B的差值表示生產者呼吸作用消耗的氧氣的量。1.[2021·全國甲卷] 某同學將酵母菌接種在馬鈴薯培養液中進行實驗,不可能得到的結果是 ( B )A.該菌在有氧條件下能夠繁殖B.該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產生C.該菌在無氧條件下能夠產生乙醇D.該菌在有氧和無氧條件下都能產生CO2[解析] 酵母菌是兼性厭氧菌,可以在有氧條件下進行有氧呼吸消耗葡萄糖產生水和CO2并繁殖子代,在無氧條件下進行無氧呼吸消耗葡萄糖產生乙醇和CO2,故A、C、D正確。有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段完全相同,在細胞質基質中進行,在酶的作用下將葡萄糖分解形成丙酮酸、[H]并產生少量ATP,B錯誤。2.[2021·湖南卷] 綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是 ( A )A.弱光條件下植物沒有O2的釋放,說明未進行光合作用B.在暗反應階段,CO2不能直接被還原C.在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗,葉片的光合速率會暫時下降D.合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度[解析] 弱光條件下,當植物的光合速率小于呼吸速率或光合速率等于呼吸速率時,均表現為沒有氧氣的釋放,但此時植物進行光合作用,A錯誤;暗反應階段,CO2先與C5在酶的催化下固定形成C3,而后C3被還原,B正確;禾谷類作物開花期的花穗是光合產物的儲藏器官,葉片光合作用產生的有機物主要運輸到花穗儲藏,若開花期剪掉部分花穗,葉片中的光合產物會積累,從而降低光合速率,C正確;合理密植有利于農作物吸收更多的光能,提高光能利用率,增施有機肥,能夠增加土壤微生物的活動,增加土壤通氣性,有利于根細胞的有氧呼吸,從而充分吸收土壤中的礦質元素,同時增加CO2的濃度,二者均能提高農作物的光合作用強度,D正確。3.[2021·廣東卷] 秸稈的纖維素經酶水解后可作為生產生物燃料乙醇的原料。生物興趣小組利用自制的纖維素水解液(含5%葡萄糖)培養酵母菌并探究其細胞呼吸(圖4-21)。下列敘述正確的是 ( D )圖4-21A.培養開始時向甲瓶中加入重鉻酸鉀以便檢測乙醇生成B.乙瓶的溶液由藍色變成紅色,表明酵母菌已產生了CO2C.用甲基綠溶液染色后可觀察到酵母菌中線粒體的分布D.實驗中增加甲瓶的酵母菌數量不能提高乙醇最大產量[解析] 培養開始時,裝置中并沒有乙醇產生,向甲瓶加入重鉻酸鉀無法檢測到乙醇,應在一段時間后取甲瓶中液體與酸性重鉻酸鉀溶液混合來檢測是否產生乙醇,A項錯誤;通入CO2,溴麝香草酚藍水溶液會從藍色變成綠色再變成黃色,B項錯誤;使用健那綠染液能檢測酵母菌中線粒體的分布,C項錯誤;由于裝置中的自制纖維素水解液的量是固定的,所以裝置中乙醇的最大產量不會發生變化,D項正確。4.[2020·全國卷Ⅰ] 種子貯藏中需要控制呼吸作用以減少有機物的消耗。若作物種子呼吸作用所利用的物質是淀粉分解產生的葡萄糖,下列關于種子呼吸作用的敘述,錯誤的是 ( D )A.若產生的CO2與乙醇的分子數相等,則細胞只進行無氧呼吸B.若細胞只進行有氧呼吸,則吸收O2的分子數與釋放CO2的相等C.若細胞只進行無氧呼吸且產物是乳酸,則無O2吸收也無CO2釋放D.若細胞同時進行有氧和無氧呼吸,則吸收O2的分子數比釋放CO2的多[解析] 當種子呼吸作用的底物是葡萄糖且只進行無氧呼吸時,生成的CO2和乙醇的分子數相等,A正確;只進行有氧呼吸時,吸收O2的分子數和釋放CO2的分子數相等,B正確;只進行無氧呼吸且產物是乳酸時,無O2吸收,也無CO2釋放,C正確;若同時進行有氧呼吸和無氧呼吸,則吸收O2的分子數可能小于或等于釋放的CO2的分子數,D錯誤。5.[2021·全國乙卷] 生活在干旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中;白天氣孔關閉,液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題:(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有 細胞質基質、線粒體、葉綠體 。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和 細胞呼吸 釋放的CO2。 (2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式, 這種方式既能防止 白天蒸騰作用過強失水過多 ,又能保證 白天光合作用 正常進行。 (3)若以pH作為檢測指標,請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)[答案] 實驗思路:選取生理狀況相同的植物甲若干,均分為兩組,編號為A、B,A組種植在干旱條件下,B組種植在水分充足的條件下,分別在白天和夜晚檢測A、B兩組葉肉細胞研磨液的pH,比較各組pH平均值。預期結果:A組葉肉細胞白天的pH大于夜晚,且B組葉肉細胞的白天pH與夜晚大致相等且大于A組夜晚的平均pH。[解析] (1)白天葉肉細胞既進行呼吸作用又進行光合作用,其產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體。根據題干信息可知,生活在干旱地區的一些植物,晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中;白天氣孔關閉,液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。所以光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸釋放的CO2。(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式,這種方式既能防止白天因氣孔開放導致蒸騰作用過強,水分散失過多,又能保證白天光合作用正常進行。(3)該實驗的自變量是影響氣孔開閉的因素:是否干旱。因變量是該植物細胞液pH,無關變量有植株生理狀態等,為保證實驗結果的準確性,應取平均值。實驗思路:選取生理狀況相同的植物甲若干,均分為兩組,編號為A、B,A組種植在干旱條件下,B組種植在水分充足的條件下,分別在白天和夜晚檢測A、B兩組葉肉細胞研磨液的pH,比較各組pH平均值。預期結果:A組葉肉細胞白天的pH大于夜晚,且B組葉肉細胞的白天pH與夜晚大致相等且大于A組夜晚的平均pH。1.生長在低寒地帶的沼澤植物臭菘,其花序在成熟時溫度可達30 ℃。臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上,但單位質量葡萄糖生成ATP的量卻只有其他細胞的40%。下列相關推斷不合理的是 ( B )A.臭菘花序細胞主要通過有氧呼吸生成ATPB.臭菘花序細胞呼吸作用產生的熱量很少C.臭菘花序細胞中含有更多數量的線粒體D.臭菘花序細胞的呼吸作用特點有利于花序的發育[解析] 據題干信息“臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上”,可知其細胞呼吸方式為有氧呼吸,A正確;據題干信息“但單位質量葡萄糖生成ATP的量卻只有其他細胞的40%”,說明細胞呼吸產生的能量中以熱能形式散失的能量更多,B錯誤;據題干“臭菘花序細胞耗氧速率是其他細胞的100倍以上”,則在結構上,其細胞中含有更多數量的線粒體,C正確;臭菘花序細胞的呼吸作用特點有利于花序發育,D正確。2.某實驗中,二氧化碳濃度倍增時,光合作用速率并未倍增。該實驗中限制光合作用速率增加的因素一定不包括 ( C )A.光反應太弱,NADPH和ATP的供應受到限制B.葉綠體基質中固定二氧化碳的酶活性太低C.葉綠體中固定二氧化碳的C3再生速率不足D.有機物在葉綠體中積累過多,限制暗反應[解析] 二氧化碳濃度倍增時,光合作用速率并未倍增,可能是二氧化碳已經達到飽和點,此時可能由于光反應太弱,NADPH和ATP的供應受到限制,使得光合速率不能進一步增加,A不符合題意;二氧化碳濃度倍增時,光合作用速率并未倍增,可能是葉綠體基質中固定二氧化碳的酶活性太低,導致光合速率受到限制,B不符合題意;暗反應過程中,二氧化碳的固定是指二氧化碳與C5結合生成C3的過程,因此二氧化碳濃度倍增時,光合作用速率并未倍增,可能是由于固定CO2的C5的再生速率不足,C符合題意;二氧化碳濃度倍增時,光合作用速率并未倍增,可能是由于有機物在葉綠體中積累過多,限制暗反應的進行,因此光合速率受到限制,D不符合題意。3.研究人員測定了低溫脅迫條件下,不同處理對黃瓜幼苗光合作用的影響,結果如圖。據此分析,下列相關推斷錯誤的是( D )A.低溫脅迫會減弱黃瓜幼苗的光合作用能力B.硫化氫可提高黃瓜幼苗光合速率C.黃瓜幼苗自身可能產生硫化氫D.硫化氫通過促進暗反應影響光合作用[解析] 實驗結果表明,低溫脅迫下黃瓜幼苗光合速率下降,說明低溫脅迫減弱了黃瓜幼苗的光合作用能力,A正確;實驗結果說明:與對照組相比,施加硫化氫可提高黃瓜幼苗的光合速率,B正確;實驗結果說明:在不施加硫化氫釋放劑的情況下,如果施加硫化氫清除劑,黃瓜幼苗的光合速率比對照組還低,說明黃瓜幼苗自身可能產生硫化氫,C正確;該實驗不能說明硫化氫通過促進暗反應影響光合作用,D錯誤。4.自工業革命以來,全球環境中的O3濃度增加了一倍多。科學家研究了增加O3對玉米光合作用的影響,結果如下表所示。凈光合速率 /(μmol·m-2·s-1) 氣孔導度/ (mol·m-2·s-1) 葉綠素含量 /(g·m-2) 胞間CO2濃度 /(μmol·mol-1) 百粒 重/g 每穗籽粒 數量未添加O3組 28 0.14 0.5 1.0 30.3 391添加O3組 22 0.1 0.52 1.3 27.3 417下列說法不正確的是 ( B )A.O3可能通過影響玉米光合作用的暗反應,使玉米產量下降B.氣孔導度主要通過影響細胞水分含量來影響光合作用的強度C.環境CO2濃度、氣孔導度會影響CO2的供應而影響光合作用D.O3導致的玉米減產主要通過減少籽粒重量,而不是籽粒的數量[解析] 添加O3組氣孔導度和百粒重量小于未添加O3組,胞間二氧化碳濃度大于未添加O3組,而光合作用的暗反應消耗二氧化碳生成有機物,所以O3可能通過影響暗反應而影響光合作用,A正確;氣孔導度主要通過影響細胞內二氧化碳含量來影響光合作用的強度,B錯誤;環境中CO2濃度、氣孔導度都會影響細胞內CO2的供應量,從而影響光合作用,C正確;添加O3組的百粒重小于未添加O3組,而每穗籽粒數量大于未添加O3組,所以O3是通過減少籽粒重量導致玉米減產的,D正確。5.芥菜是在我國各地廣泛種植的一種蔬菜,大多為綠葉,少數為紫葉。下表和圖是對紫葉芥菜(PL)和綠葉芥菜(GL)植株中的花青素、葉綠素含量及光合作用特性的相關研究結果。回答下列問題:紫葉單株和綠葉單株的花青素、葉綠素含量單株類型 花青素/(mg·kg-1) 總葉綠素/(mg·g-1)PL 165.40 1.17GL 24.20 1.13(1)由圖可以看出,光照強度為P時,對綠葉芥菜(GL)苗所有能進行光合作用的細胞來說,葉綠體消耗的CO2量 大于 (填“大于”“等于”或“小于”)細胞呼吸產生的CO2量。光照強度大于M時,兩種芥菜中對光能的利用率較高的是 綠葉芥菜(GL) 。 (2)據圖分析,兩種芥菜單獨種植時,如果種植密度過大,凈光合速率下降幅度較大的是 綠葉芥菜(GL) ,判斷的依據是 種植密度過大時, 植株接受的光照強度減弱,在低光照強度下綠葉芥菜(GL)的凈光合速率下降幅度大于紫葉芥菜(PL) 。 [解析] (1)圖中光照強度為P時,植物的光合速率=呼吸速率,由于植物中存在部分只進行細胞呼吸但不進行光合作用的細胞,所以對綠葉芥菜(GL)苗所有能進行光合作用的細胞來說,葉綠體消耗的CO2量大于細胞呼吸產生的CO2量。由圖可看出,當光照強度大于M時,GL的凈光合速率大于PL,所以兩種芥菜中對光能的利用率較高的是綠葉芥菜(GL)。(2)據圖分析,在低光照強度下綠葉芥菜(GL)的凈光合速率下降幅度大于紫葉芥菜(PL),故兩種芥菜單獨種植時,如果種植密度過大,凈光合速率下降幅度較大的是綠葉芥菜(GL)。 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫