資源簡介

專題2　細胞代謝
微專題3光合作用與細胞呼吸的影響因素及實驗設計
1.掌握影響細胞呼吸的4類曲線
　①不同生物無氧呼吸的產物不同，其直接原因在于催化反應的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。
②線粒體能分解丙酮酸，但不能分解葡萄糖，葡萄糖需在細胞質基質中分解。
③對于細胞呼吸來說，有H2O生成一定在進行有氧呼吸，有CO2生成一定不是產生乳酸的無氧呼吸。有酒精生成的一定在進行無氧呼吸，動物細胞無氧呼吸不會產生酒精。
2.掌握影響光合作用因素的3類曲線
3.光補償點、光飽和點的移動
(1)光補償點對應的兩種生理狀態
①整個植株：光合作用強度＝細胞呼吸強度。
②葉肉細胞：光合作用強度>細胞呼吸強度。
(2)B點與C點的變化(注：只有橫坐標為自變量，其他條件不變)
條件 B點(補償點) C點(飽和點)
適當增大CO2濃度(光照強度) 左移 右移
適當減小CO2濃度(光照強度) 右移 左移
土壤缺Mg2＋ 右移 左移
注：細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
(3)D點：代表最大光合速率，若增大光照強度或增大CO2濃度使光合速率增大時，D點向右上方移動；反之，移動方向相反。
4.呼吸速率和凈光合速率測定的常用方法
(1)液滴移動法(氣體體積變化法)
　①在測定了凈光合速率和呼吸速率的基礎上可計算得出二者之和，即“總光合速率”。
②物理誤差的校正：為使實驗結果精確，除減少無關變量的干擾外，還應設置對照裝置。對照裝置與兩裝置相比，不同點是用“死亡的綠色植物”代替“綠色植物”，其余均相同。
(2)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，題中“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：
經典考題重現
農作物增產的本質就是充分利用光能，提高植物的光合作用。下列關于光合作用和細胞呼吸影響因素的表述正確的有①②③。
①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。(2021·湖南卷，7C)
②合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量。(2021·遼寧卷，2C)
③油料作物種子播種時宜淺播，原因是萌發時呼吸作用需要大量氧氣。(2021·湖南卷，12C)
④馬鈴薯塊莖儲藏庫中氧氣濃度的升高會增加酸味的產生。(2019·全國卷Ⅱ，2D)
⑤色素提取與分離實驗中，研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞。(2020·江蘇卷，6B)
高考重點訓練
考向1　圍繞光合作用的影響因素，考查科學思維能力
1.(2022·江蘇揚州一模)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.a～b段葉肉細胞內合成ATP的場所只有細胞質基質和線粒體
C.80%遮光情況下，M點時該植物體內葉肉細胞消耗的二氧化碳量一般大于該細胞呼吸產生的二氧化碳量
D.6：30左右在不遮光的條件下限制該植物光合速率的主要環境因素是二氧化碳濃度
答案　C
解析　分析題圖可知，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；a～b段位于圖中80%遮光曲線上，此時凈光合速率小于0，即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a～b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正確；6：30左右在不遮光的條件下該植物凈光合速率隨光照強度的提高而提高，說明此時限制該植物光合速率的主要因素是光照強度，而非CO2濃度，D錯誤。
2.(2022·江蘇揚州月考)下圖表示在光照充足、CO2濃度適宜的條件下，溫度對某植物光合速率和呼吸速率的影響結果。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A.該植物在30 ℃時生長速度最快
B.該植物細胞呼吸的最適溫度大于光合作用的最適溫度
C.溫度大于40 ℃時，該植物不能正常生長
D.在15～35 ℃范圍內，隨著溫度的升高，該植物的生長速度逐漸變快
答案　D
解析　由題圖可知圖中實線代表實際光合速率，虛線表示呼吸速率。植物的生長速度取決于凈光合速率，凈光合速率＝實際光合速率－呼吸速率，由題圖可知，該植物在30 ℃時凈光合速率最大，所以該溫度下植物生長速度最快，A正確；題圖中兩條曲線的頂點對應的溫度是最適溫度，因此呼吸作用的最適溫度明顯大于光合作用的最適溫度，B正確；大于40 ℃時該植物的呼吸速率大于實際光合速率，所以植物不能正常生長，C正確；在15～35 ℃范圍內，隨著溫度的升高，該植物的生長速度先由慢變快，再由快變慢，D錯誤。
考向2　圍繞細胞呼吸與光合作用有關的實驗，考查科學探究能力
3.(2022·江蘇常州一模)黑藻是一種常見的沉水高等植物，某實驗小組利用黑藻進行如下實驗，請分析并回答下列相關問題：
(1)實驗步驟：
①取若干盛有一定量濃度為1%的________溶液的玻璃瓶，將玻璃瓶均分為甲、乙、丙、丁四組，每個玻璃瓶中均放入等量、新鮮的黑藻葉片，用橡膠塞密封；
②甲，乙、丙三組玻璃瓶雙側各等距離放置1個18 W的LED燈，分別控制燈距為10 cm、15 cm、20 cm。作為對照，對丁組玻璃瓶進行________處理。其他條件________，培養一段時間。
實驗數據：
組別 甲 乙 丙 丁
瓶內氧氣的變化速率/(mg·h－1 ) 6.47 4.22 1.98 2.14
(2)結果分析：
甲到丙瓶內氧氣的釋放速率表示這段時間內黑藻的________。丁瓶內氧氣的變化速率表示這段時間內黑藻的________。
(3)實驗結論：____________________________________________________。
可以推測，該實驗的實驗目的是_____________________________________，
而玻璃瓶中的溶液的主要作用是______________________________________，
以確保該實驗順利進行。
答案　(1)①NaHCO3?、谡诠狻∠嗤疫m宜　(2)凈光合速率　呼吸速率　(3)在一定范圍內，隨光照強度的增加，光合作用速率逐漸增強　探究光照強度對光合作用強度的影響　維持玻璃瓶中二氧化碳濃度穩定
解析　(1)①需要用1%的NaHCO3維持瓶中的CO2濃度穩定，讓黑藻進行光合作用。②該實驗自變量是光照強度，通過控制不同的燈距實現對自變量的控制。對照組丁組玻璃瓶進行遮光處理，其他條件都屬于無關變量，保持相同且適宜。(2)甲到丙瓶中的黑藻同時進行了光合作用和有氧呼吸，光合作用速率大于呼吸速率時，黑藻向外釋放氧氣，故甲到丙瓶內氧氣的釋放速率表示這段時間內黑藻的凈光合速率。丁瓶無光，只能進行呼吸作用，所以丁瓶內氧氣的變化速率表示這段時間內黑藻的呼吸速率。(3)由表格數據可知，甲到丙瓶，燈距逐漸增大，光合作用逐漸減弱，氧氣釋放速率隨之下降，故實驗結論為：在一定范圍內，隨光照強度的增加，光合作用速率逐漸增強?？梢酝茰y，該實驗的實驗目的是探究光照強度對光合作用強度的影響，玻璃瓶中的1%的NaHCO3的主要作用是維持玻璃瓶中二氧化碳濃度穩定。
4.(2022·江蘇南師附中期初)下圖 1是某同學為了研究植物的光合作用而設計的實驗裝置，裝置中的緩沖液能維持密閉空間內的CO2濃度穩定，通過液滴移動的距離可以直接讀出密閉空間內的氣體變化情況。利用圖1裝置在溫度為20 ℃條件下測定A、B兩植物光合速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強度變化的關系，得到如圖2所示曲線。請回答：
(1)為了矯正實驗中因光照、溫度、大氣壓等其他因素造成的誤差，同時還需要設計一個對照實驗裝置，該對照實驗裝置與上述實驗裝置的區別是___________________________________________________________________。
在光照條件下，單位時間內測得的數據代表的是________，要得到圖2結果，還需增加1個組，該組處理是________，其他條件與圖1裝置相同。
(2)培養大豆苗的裝置內用培養液比用土壤更好，除了能更好地控制營養物質之外，還因為土壤中有大量的微生物，其________作用會對實驗結果造成影響，從而影響了實驗結果的準確性。有人認為將該實驗裝置中的白熾燈換成LED燈，結果更準確，原因是__________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)根據圖2結果判斷，A、B兩植物中________植物更適合在樹林中陰處生存， 判斷的理由是_____________________________________________________。
(4)當光照強度大于________時，A植物開始釋放 O2，此時葉肉細胞中產生ATP的場所有________________________________________________________。
(5)已知B植物光合作用的最適溫度是28 ℃，呼吸作用的最適溫度是30 ℃。若將實驗時的溫度由20 ℃上升到25 ℃，發現B植物凈光合速率增加，但P/R值卻下降，合理的解釋是___________________________________________________。
答案　(1)將大豆苗換成形態大小相似的死亡大豆苗(或去除大豆幼苗)　 凈光合作用速率　遮光　(2)呼吸　白熾燈產熱更多，對環境溫度的影響更大　(3)B　B植物的光補償點小于A植物　(4)b　細胞質基質、線粒體、葉綠體　(5)光合速率增長百分比小于呼吸速率增長百分比，光合速率增加值大于呼吸速率增加值
解析　分析題圖可知圖1中緩沖液可以吸收呼吸作用產生的二氧化碳并為光合作用提供二氧化碳，因此液滴移動的距離代表氧氣的變化情況，可以表示凈光合速率。(1)為了矯正實驗中因光照、溫度、大氣壓等其他因素造成的誤差，同時還需要設計一個對照實驗裝置，該對照實驗裝置與上述實驗裝置的區別是將大豆苗換成形態大小相似的死亡大豆苗(或去除大豆幼苗)。圖1裝置在密閉環境下，由于緩沖液能維持密閉空間內的 CO2濃度穩定，密閉空間內的氣體變化是由氧氣變化引起的，則氣體改變的體積為O2釋放量，故所測數據代表凈光合作用；圖2為光合速率與呼吸速率的比值相關曲線，要得到圖2結果，還需要測量植物的呼吸作用速率，故需要設置其他條件與圖1相同，但進行遮光處理的一組實驗。(2)土壤中有大量的微生物，微生物的呼吸作用會產生二氧化碳，從而影響實驗結果。白熾燈會產生大量熱量，改變局部環境溫度，影響實驗結果，而LED 燈產生的熱量較小，將該實驗裝置中的白熾燈換成 LED 燈，結果更準確。(3)圖2中P/R值為1時，所對應的光照強度為光補償點，B植物的光補償點小于A植物，而適合在陰處生長的植物光補償點所對應的光照強度更小，因此B植物更適合在陰處生存。(4)圖2中P/R值為1時，光合作用等于呼吸作用，也就是光照強度大于B時，光合作用大于等于呼吸作用，A植物開始釋放氧氣，此時產生ATP的有呼吸作用和光合作用，因此其場所為細胞質基質、線粒體、葉綠體。(5)溫度由20 ℃上升到25 ℃，由于光合作用與呼吸作用有關酶的最適溫度都高于20 ℃，二者速率都會增大，但凈光合作用速率也增加，所以二者的差值增大，又因為P/R值下降，說明光合速率增長百分比小于呼吸速率增長百分比，光合速率增加值大于呼吸速度增加值。

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