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光合作用與細胞呼吸的綜合分析
易錯歸因
不能正確辨析呼吸速率、凈光合速率和真正光合速率的關系；不能準確分析光合作用和細胞呼吸的綜合曲線。
典型易錯題
例1（2022·山東菏澤·一模）菏澤牡丹歷史悠久，具有較高的科研價值。科研人員利用密閉玻璃容器探究光照強度對牡丹光合作用速率的影響，甲乙兩圖是在溫度、CO2濃度均適宜的條件下測得的相關曲線。請回答下列問題：
（1）圖甲中B點時葉肉細胞中產生ATP的細胞器是_______，在葉綠體中為C3的還原提供能量的物質是__________________，分離葉綠體中色素所用試劑是___________。
（2）據圖乙曲線分析，給植株光照時間共有_______h，其中有光照且光照強度一定保持不變的時間段有________________（用字母回答）。
（3）若在圖甲實驗的環境條件下，每天光照12h，則光照強度至少要大于______klx時，植株才能夠正常生長。
（4）你認為圖丙裝置______（填“能”或“不能”）準確測出圖甲中A點的數值，并說明理由_________________________________________________________________________。
【答案】（1）葉綠體和線粒體 ATP和NADPH 層析液
（2）14 AB段和CD段
（3）4
（4）不能 該裝置缺乏對照，不能排除外界環境條件對紅色液滴移動的影響
【解析】圖甲的橫坐標是光照強度，當光照強度為0時，所對應的縱坐標是呼吸作用消耗的氧氣量，甲圖的縱坐標氧氣的釋放速率是代表凈光合作用速率，乙圖的縱坐標也是代表凈光合作用速率，丙圖中的氫氧化鈉是用來吸收二氧化碳的，所以液滴的移動代表了在黑暗條件下氧氣的消耗。
（1）圖甲的B點是凈光合速率為0的點，此時的葉肉細胞在進行光合作用和呼吸作用，所以B點時葉肉細胞中產生ATP的細胞器是葉綠體和線粒體；在光合作用的暗反應中為C3的還原提供能量的物質是ATP和NADPH；提取和分離葉綠體中色素所用試劑分別是無水乙醇和層析液。
（2）對比甲、乙兩圖可知，圖乙中A點時開始進行光合作用，G點時光合作用消失，所以圖乙曲線的實驗中，給植株光照時間有14 h；圖乙中的AB段和CD段，氧氣的產生速率分別為-1 mmol/h和1 mmol/h，結合圖甲可確定它們所對應的光照強度非常弱，分別為1 klx和3 klx，所以有光照且光照強度一定保持不變的時間段有AB段和CD段；EF已經達到光合速率的最大值，所以限制EF段光合速率的因素主要是CO2濃度，由于是在密閉容器中，CO2濃度不斷下降，要維持最大光合速率，所以推測EF段的光照強度是偏大的。
（3）在圖甲實驗的環境條件下，每天在光照的8小時內，光合作用實際合成的有機物的量大于一晝夜呼吸作用消耗的有機物的量，植株才能夠正常生長。分析圖甲可知，縱坐標表示凈光合速率，每小時呼吸作用消耗氧氣的量即呼吸速率為2 mmol/h，則一晝夜呼吸作用消耗氧氣量為2×24=48 mmol。若每天光照12小時，則平均每小時氧氣的實際產生量即實際光合速率應大于48÷12=4 mmol/h時，植株才能夠正常生長。依據凈光合速率=實際光合速率－呼吸速率，可解得凈光合速率=2 mmol/h，所對應的光照強度為4 klx。
（4）丙裝置缺乏相應的對照組，無法排除外界環境條件對紅色液滴移動的影響，因此不能準確測出A點數值。
解題技巧
1．植物的呼吸速率、凈光合速率和真正光合速率
（1）呼吸速率（黑暗條件）：單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
（2）凈光合速率（光照條件）：單位時間內一定量組織的CO2吸收量或O2釋放量。
（3）真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。
（4）曲線解讀：
①A點：只呼吸不光合，植物釋放CO2，吸收O2。
②AB段：光合速率＜呼吸速率，植物釋放CO2，吸收O2。
③B點：光合速率=呼吸速率，植物表觀上不與外界發生氣體交換。
④B點之后：光合速率＞呼吸速率，植物吸收CO2，釋放O2。
2．自然環境及密閉容器中CO2含量變化分析
（1）自然環境中一晝夜植物光合作用曲線及分析
圖1 曲線分析 圖2 曲線分析
a點：凌晨2時～4時，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少。 b點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。 bc段：光合作用＜呼吸作用。 c點：光合作用=呼吸作用，c點后開始積累有機物。 ce段：光合作用＞呼吸作用。 d點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現“午休”現象。 e點：光合作用等于呼吸作用，有機物積累量最大的點。 ef段：光合作用＜呼吸作用。 fg段：沒有光照，停止光合作用，只進行呼吸作用。 AB段：無光照，植物只進行呼吸作用。 BC段：溫度降低，呼吸作用減弱。 CD段：4時后，微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度<呼吸作用強度。 D點：隨光照增強，光合作用強度＝呼吸作用強度。 DH段：光照繼續增強，光合作用強度>呼吸作用強度。其中FG段表示“光合午休”現象。 H點：隨光照減弱，光合作用強度下降，光合作用強度＝呼吸作用強度。 HI段：光照繼續減弱，光合作用強度<呼吸作用強度，直至光合作用完全停止。
同類題練習
1．（2022·全國·高考真題）某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養，發現容器內CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩定。關于這一實驗現象，下列解釋合理的是（　　）
A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
2．（2022·北京房山·二模）研究者測定了野生型和氣孔發育不良突變體擬南芥在不同光強下CO2吸收速率，結果如圖所示。下列敘述不正確的是（ ）
A．無光照時突變體呼吸速率與野生型基本相同
B．野生型和突變體均在光強為Р時開始進行光合作用
C．光強度大于250 μmol·m-2·s-1時，單位時間內突變體有機物的積累量小于野生型
D．光強為Q時，二者光合速率的差異可能主要是由于二氧化碳濃度引起的
3．（2022·湖北·黃岡中學模擬預測）下圖表示夏季時某植物體在不同程度遮光條件下凈光合速率的部分日變化曲線，據圖分析有關敘述正確的是（ ）
A．一天中適當遮光均會顯著增強凈光合速率
B．b-M段葉肉細胞內合成ATP的場所只有細胞質基質和線粒體
C．M點時葉肉細胞消耗的CO2量一般等于呼吸產生的CO2量
D．e-f段凈光合速率降低的原因是CO2吸收量減少影響暗反應所致
4．（2022·天津·模擬預測）圖甲是測定溫度與某綠色植物光合作用、呼吸作用變化關系的曲線。圖乙是測定該植物相關生理過程的實驗裝置。下列敘述正確的是（ ）
A．全天光照，則在25℃條件下植物制造的有機物的量最多
B．測凈光合速率時，一段時間后若液滴不移動，此時該植物葉肉細胞凈光合速率一定為0
C．若將乙裝置中NaHCO3溶液換成蒸餾水，則在黑暗條件下可測得B曲線
D．交替進行12h光照、12h黑暗，24h后植物體內有機物含量，在30℃條件下增加，在35℃條件下減少
5．（2022·廣東惠州·一模）科研人員將某綠色植物置于密閉透明裝置內，根據O2傳感器獲得一天（24小時）的數據，并繪制曲線如圖所示。下列相關敘述正確的是（ ）
A．C點對應的時刻的光照強度為光飽和點
B．B、C兩點分別表示該植物一天干重最低與最高的點
C．B點對應的時刻，植株肯定不進行光合作用
D．裝置內CO2的相對含量A時刻高于D時刻
6．（2022·山東·東營市第一中學模擬預測）連續48h測定溫室內CO2濃度及植物CO2吸收（或釋放）速率，得到下圖所示曲線（整個過程中呼吸作用強度恒定）。下列有關敘述正確的是（ ）
A．實驗的前3小時葉肉細胞產生ATP的場所是線粒體內膜和線粒體基質
B．如改用相同強度綠光進行實驗，c點的位置將下移，48小時凈積累量為負值
C．由圖可知在植物葉肉細胞中，呼吸速率與光合速率相等的時刻為第6、18、30、42小時
D．實驗中該植物前24小時有機物積累量小于后24小時有機物積累量
7．（2022·江西·模擬預測）將某株植物置于CO2濃度適宜、水分充足、光照強度合適的環境中，測定其在不同溫度下光合作用強度（總強度）和呼吸作用強度，得到下圖的結果。下列敘述錯誤的是（ ）
A．由圖可知，該植物光合作用的最適溫度介于15℃-25℃之間
B．由圖可知，隨著溫度的逐漸升高，該植物細胞呼吸強度也一直在逐漸升高
C．若每天的日照時間為12h，則該植物在15℃左右的環境中生長速度最快
D．若每天的日照時間為12h，則該植物在5℃環境中與25℃環境中生長速度基本相同
8．（2022·廣東·模擬預測）圖甲、乙分別表示置于透明玻璃罩內的兩棵相同的植物。在自然條件下，測得一晝夜中植物氧氣釋放速率分別如圖丙、丁曲線所示，下列說法正確的是（ ）
A．b點時，甲玻璃罩內二氧化碳濃度高于a點
B．e點時，氣孔關閉導致光合作用基本停止
C．c點時，植物葉綠體產生的氧氣會進入線粒體以及釋放到空氣中
D．丁圖中積累有機物最多的時間點是d點對應的時間
9．（2022·河北·模擬預測）如圖甲表示某種植物光合作用強度與光照強度的關系（D點對應的光照強度是C點對應光照強度的2倍），圖乙表示該植物葉肉細胞的部分結構（M和N分別表示某種氣體，m和n表示氣體的交換路徑），據此回答下列有關問題（不考慮無氧呼吸）。
（1）圖乙中，產生M和N的具體場所分別是________________________。
（2）當該植物處于圖甲中的C點時，理論上圖乙中發生的氣體交換路徑有_____________（用圖中字母表示）。
（3）若圖甲是在最適溫度和最適CO2濃度下測得的結果，那么E點后隨著光照強度的增大，光合作用強度不再改變的原因最可能是__________________________________。
（4）若在缺鎂的環境下培養該植物，則達到圖甲中C點時對應的光照強度會___________（填“增大”或“減小”）。
（5）假設一天中白天和夜晚均為12h且該植物細胞呼吸速率不變。只有當白天的平均光照強度大于圖甲中D點對應的光照強度時，該植物才能長高。請根據所學知識進行解釋：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
10．（2022·陜西西安·三模）蕨麻也叫“人參果”，具有很高的營養價值和藥用價值。科研工作者為了研究高原寒冷地區蕨麻的光合作用效率和外界影響因素，選擇若爾蓋高原（位于青藏高原東部，年平均氣溫1.7℃）中高寒草地和高寒濕地兩個典型生態系統對植物的光合速率進行了實驗，結果如下圖所示。回答下列有關問題：
（1）若要獲取蕨麻的總光合速率的數據，還需測量______________數據。
（2）上圖是根據在晴朗的天氣下測得的數據繪制的曲線，分析兩條曲線：從總體趨勢上來看，兩種植物的凈光合速率均呈現_____________________的趨勢。濕地蕨麻比草地蕨麻在08：00～18：00之間的凈光合速率要______________（填“高”或“低”）。
（3）兩種植物均出現“光合午休”現象，圖中曲線出現c1、c2的原因可能是____________
_____________________________________________________________________________。
（4）有人認為，限制高寒地區植物光合作用的因素主要為溫度，若將溫度上升為20℃，蕨麻的光合速率會有大幅度的提高，為了駁斥這種觀點，你的理由是_____________________
_____________________________________________________________________________。
同類題練習參考答案
1．D 【解析】光合作用會吸收密閉容器中的CO2，而呼吸作用會釋放CO2，在溫度和光照均適宜且恒定的情況下，兩者速率主要受容器中CO2和O2的變化影響。初期容器內CO2濃度較大，光合作用強于呼吸作用，植物吸收CO2釋放O2，使密閉容器內的CO2濃度下降，O2濃度上升，A錯誤；根據分析由于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下，容器內的CO2濃度下降，所以說明植物光合作用大于呼吸作用，但由于CO2含量逐漸降低，從而使植物光合速率逐漸降低，直到光合作用與呼吸作用相等，容器中氣體趨于穩定，B錯誤；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C錯誤，D正確。故選D。
2．B 【解析】由曲線圖可以看出無光照時，兩曲線合成一條曲線，表明無光照時突變體呼吸速率與野生型基本相同，A正確；P點是野生型和突變體光合作用強度和呼吸作用強度相等的點，野生型和突變體在光照強度為P點前就已開始進行光合作用，B錯誤；從圖中可以看出，光照強度大于250 μmol m-2 s-1時，突變型凈光合作用小于野生型，所以單位時間內有機物的積累量突變體小于野生型，C正確；由于突變體的氣孔發育不良，影響了植物對CO2的吸收。結合圖像所給信息可知，光照強度為Q時，野生型的光合作用強度比突變型的大，可能是由于突變體的氣孔小于野生型，造成突變型對外界CO2的吸收量不足引起的，D正確。故選B。
3．D 【解析】分析題文和圖形：該實驗的自變量是時間和遮光程度，因變量是凈光合速率，據此分析作答。據圖分析，在5：30至7：30間，30%遮光時的凈光合速率較不遮光的低，A錯誤；b-M段光合作用強度小于呼吸作用強度，結合題圖可知，此時該植物能進行光合作用，故b-M段葉肉細胞內合成ATP的場所不僅有細胞質基質和線粒體，還有葉綠體，B錯誤；M點80%遮光時該植物體凈光合速率等于0，也就是植物體內所有能進行光合作用的細胞消耗的CO2量等于所有細胞呼吸產生的CO2量，但是就葉肉細胞來說，其光合作用消耗的CO2量一般大于該細胞呼吸作用產生的CO2量，C錯誤；圖示為夏季時某植物體在不同程度遮光條件下凈光合速率，不遮光條件下，e-f段凈光合速率降低，原因是該時間內氣孔關閉，CO2吸收量減少，影響暗反應所致，D正確。故選D。
4．D 【解析】利用種子探究呼吸速率時，有光無光均可以；利用植物探究呼吸速率時，需要在黑暗條件下進行。甲圖中，實線表示呼吸速率，虛線表示凈光合速率，乙圖中液滴是否移動取決于是否產生或者消耗氧氣。在全天光照的情況下，30℃時CO2吸收量與25℃時比下降的不多，但呼吸作用增加的更多，故制造的有機物更多，A錯誤；測量光合速率時，一段時間后若液滴對應的數據保持不變，植物光合速率等于呼吸速率，但植物非綠色部分只能進行呼吸作用，植物葉肉細胞的光合作用大于呼吸作用，B錯誤；將乙裝置中NaHCO3溶液換成氫氧化鈉溶液，才可在黑暗條件下可測得B曲線，C錯誤；由于12 h光照、12 h黑暗，30℃時和35℃時的凈光合作用分別大于和小于呼吸作用，所以30℃時有機物增加，35℃時有機物減少，D正確。故選D。
5．B 【解析】由圖可知，B點和C點時光合速率等于呼吸速率，AB段呼吸速率大于光合速率，BC段光合速率大于呼吸速率。C點的光合速率=呼吸速率，此時不是光飽和點，A錯誤；據圖可知，B點之前密閉裝置內氧氣的含量降低，證明此前植物的呼吸速率＞光合速率，B點干重最低；B-C段密閉容器中氧氣含量增加，證明該時間內呼吸速率＜光合速率，植物干重一直在積累，C點時干重最多，B正確；B點之前植物的呼吸速率＞光合速率，B點之后植物的光合速率＞呼吸速率，則B點時植物的光合速率=呼吸速率，即植物也進行光合作用，C錯誤；據圖可知，A點O2含量高于D點，說明AD階段呼吸作用強于光合作用，因此CO2增加，則裝置內CO2的相對含量A時刻低于D時刻，D錯誤。故選B。
6．D 【解析】分析題圖可知，實線表示室內CO2濃度變化，虛線表示CO2吸收或釋放速率；若植物只進行呼吸作用或光合作用速率小于呼吸作用速率，則植物會向外界釋放CO2，故室內CO2濃度升高；若植物光合作用速率大于呼吸作用速率，則植物會從外界吸收CO2，故室內CO2濃度降低。實驗的前3小時CO2釋放速率不變，說明葉肉細胞只進行呼吸作用，故葉肉細胞產生ATP的場所是細胞質基質、線粒體內膜和線粒體基質，A錯誤；如改用相同強度綠光進行實驗，光合作用減弱，吸收的CO2減少，c點的位置將升高，B錯誤；由圖可知在植物呼吸速率與光合速率相等的時刻為第6、18、30、42小時， 但由于植物還有很多不進行光合作用的部位，故在這4個時刻，葉肉細胞光合作用速率大于呼吸作用速率，C錯誤；分析曲線可知，在24時，室內CO2濃度高于0時，48時室內CO2濃度低于24時，故該植物前24小時有機物積累量小于后24小時有機物積累量，D正確。故選D。
7．B 【解析】圖中的光合作用強度指的是總光合作用強度，減去細胞呼吸強度后，可以得到凈光合作用強度。由圖可知，在15℃和25℃該植物光合作用強度最大（均為6），故可以推測該植物光合作用的最適溫度介于15℃~25℃之間，A正確；由圖可知，在5℃和15℃植物細胞呼吸強度相等，故在5℃-15℃隨著溫度的逐漸升高，該植物細胞呼吸強度基本沒變，B錯誤；由圖可知，在圖示4種溫度條件下，若每天的日照時間為12 h，則該植物在在5℃環境中與25℃環境中積累有機物的量相等，在15℃的環境中積累有機物的量最多，據此可以推測：該植物在5℃環境中與25℃環境中生長速度基本相同，在15℃左右的環境中生長速度最快，C、D正確。故選B。
8．C 【解析】ab段氧氣釋放速率下降，下降的原因是二氧化碳供應不足，所以b點時，甲玻璃罩內二氧化碳濃度低于a點，A錯誤；e點時，氣孔部分關閉導致二氧化碳吸收減少，使光合作用下降但并沒有停止，B錯誤；c點時植物的凈光合速率大于0，光合作用大于呼吸作用，植物葉綠體產生的氧氣會進入線粒體以及釋放到空氣中，C正確；丁圖中與橫軸相交的兩個點是植物乙的補償點，即光合速率等于呼吸速率，所以一晝夜中，裝置乙中植物積累的有機物最多的時刻應在d點之后，D錯誤。故選C。
9．（1）線粒體基質、類囊體薄膜
（2）m1、m3、m4、n1、n3、n4
（3）植物細胞中含有的光合色素和與光合作用相關的酶的數量是有限的
（4）增大
（5）D點時，該植物的CO2吸收速率與細胞呼吸釋放CO2的速率相等，而CO2吸收速率相當于光合產物的積累速率，所以白天和夜晚的時長均為12 h的情況下，欲使該植物長高，白天光合產物的積累量需要大于夜晚細胞呼吸的消耗量，即光照強度要大于D點對應的光照強度（合理即可）
【解析】據圖甲分析：表示某種植物光合作用強度與光照強度的關系，A表示的是呼吸作用的強度，因為當光照為0時沒有光合作用，釋放出的二氧化碳由線粒體產生；B表示光合作用強度＜呼吸作用強度，此時線粒體還需從外界環境中吸收氧氣；C為光補償點，此時呼吸作用強度=光合作用強度；D時刻光合作用強度大于呼吸作用的強度，需從外界環境中吸收二氧化碳；e為光的飽和點。
據圖乙分析：表示該植物葉肉細胞的部分結構，m1是指呼吸作用產生的二氧化碳；m2是指釋放到外界環境的二氧化碳；m3是從外界環境中吸收的二氧化碳；m4是指光合作用利用的二氧化碳；n1是指呼吸作用利用的氧氣；n2是指從外界環境中吸收的氧氣；n3是指釋放的外界環境中的氧氣；n4是指光合作用產生的氧氣。M為CO2，N為O2。
（1）M為CO2，N為O2，圖乙中產生CO2的具體場所是線粒體基質，產生O2的具體場所是葉綠體的類囊體薄膜。
（2）當該植物處于圖甲中的C點時，植物的光合速率等于呼吸速率，但因植物還存在不能進行光合作用的細胞，故葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率，即光合作用利用的CO2大于呼吸作用產生的CO2（還有一部分CO2需要從外界環境吸收），光合作用產生的O2大于呼吸作用吸收的O2（還有一部分O2會排出葉肉細胞），理論上此時葉肉細胞不需要從外界環境中吸收O2，也不會將CO2排出細胞，故此時圖乙中發生的氣體交換路徑有呼吸作用產生CO2的路徑m1，從外界環境吸收CO2的路徑m3，CO2進入葉綠體的路徑m4，呼吸作用消耗O2的路徑n1，將O2釋放到細胞外的路徑n3，葉綠體產生O2的路徑n4。
（3）若圖甲是在最適溫度和最適CO2濃度下測得的結果，那么E點后光合速率最可能的限制因素是內部因素，即植物細胞中含有的光合色素和有關酶的數量是有限的。
（4）若在缺鎂的環境下培養該植物，則植物的光合色素含量會減少，若想達到C點則需要更大的光照強度，需要增大光照強度。
（5）題干信息顯示，D點對應的光照強度是C點對應光照強度的2倍，故D點對應的光照強度下光合產物的積累速率等于細胞呼吸的消耗速率，該植物經過一晝夜（白天和夜晚均為12h），光合產物積累量為0。欲使該植物長高，該植物在白天光合產物的積累量需要大于夜晚細胞呼吸的消耗量，即光照強度要大于D點對應的光照強度。
10．（1）蕨麻的呼吸作用速率
（2）先上升后下降 高
（3）中午光照增強，氣溫上升，引起部分氣孔關閉，植物吸收CO2的能力減弱，暗反應速率減弱，凈光合速率降低
（4）生物和環境具有適應性，蕨麻是適應高寒環境的生物，將溫度提高到20℃可能導致酶活性降低甚至失活，會出現光合速率降低甚至光合作用不能進行的情況
【解析】（1）總光合速率等于凈光合速率與呼吸速率之和，圖中呈現了凈光合速率隨時間的變化情況，因此需在黑暗條件下測定蕨麻細胞的呼吸作用速率，然后計算得到總光合速率。
（2）分析兩條曲線可知，從總體趨勢上來看，兩種植物的凈光合速率呈現先上升后下降趨勢，且兩者差異變化不大；濕地蕨麻比草地蕨麻在08：00～18：00之間的凈光合速率要高。
（3）由圖可知，c1、c2對應的時間大概是中午十二點左右，該時間段光照增強，氣溫上升，引起部分氣孔關閉，植物吸收CO2的能力減弱，暗反應速率減弱，凈光合速率降低，出現c1、c2的“光合午休”現象。
（4）由于自然選擇的作用，生物和環境具有適應性，蕨麻具有適應高寒環境的能力，將溫度提高到20℃可能導致酶活性降低甚至失活，會出現光合速率降低甚至光合作用不能進行的情況，因此不會出現光合速率升高的情況。
答案第1頁，共2頁
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