資源簡介

(共62張PPT)
第三單元　細胞的能量供應和利用
高頻考點進階課　1.光合作用與細胞呼吸的綜合應用
類型1 光合作用和細胞呼吸之間的物質和能量關系
01
典題引領
歸納總結
素養訓練
(2021·全國卷Ⅰ)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_____________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和________________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________________________，又能保證______________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)。
解析：(1)白天葉肉細胞既能進行光合作用，又能進行呼吸作用，因此葉肉細胞能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣，反之，細胞呼吸產生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應，故光合作用所需的CO2可來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸釋放的CO2。(2)由于環境干旱，植物吸收的水分較少，為了維持機體的平衡，氣孔白天關閉能防止白天因溫度較高、蒸騰作用較強，導致植物體水分散失過多，晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定，以保證光合作用等生命活動的正常進行。(3)該實驗自變量是植物甲所處的生存環境是否干旱，由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳，生成蘋果酸儲存在液泡中，會導致液泡pH降低，故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式，即因變量檢測指標是液泡中的pH。
答案：(1)細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜　細胞呼吸(或呼吸作用)
(2)蒸騰作用過強導致水分散失過多　光合作用　(3)實驗思路：取生長狀態相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組；A組在(濕度適宜的)正常環境中培養，B組在干旱環境中培養，其他條件相同且適宜，一段時間后，分別檢測兩組植株夜晚同一時間液泡中的pH，并求平均值。預期結果：A組pH平均值高于B組
1．圖解法理清光合作用與細胞呼吸中NADH、NADPH和ATP的來源及去路
(1)NADH、NADPH的來源和去路比較。
(2)ATP的來源與去路比較。
2．流程法理清兩個聯系
(1)物質聯系。
①C元素：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O元素：H2OO2H2O
③H元素：H2ONADPH(CH2O)
[H]H2O
(2)能量聯系。
1．將生長狀況相同的某種植物的葉片分成4等份，在不同溫度下分別暗處理1 h，再光照1 h(光照強度相同)，測其重量變化，得到如下數據。由此可以得出的結論是(　　)
組別 一 二 三 四
溫度/℃ 27 28 29 30
暗處理后重量變化/mg －1 －2 －3 －1
光照后與暗處理前重量變化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋1
A．27 ℃是該植物光合作用的最適溫度
B．29 ℃時該植物呼吸作用消耗有機物最多
C．27～29 ℃凈光合速率相等
D．30 ℃下實際光合速率為6 mg/h
B　解析：光合速率＝光照后與暗處理前重量變化＋2×暗處理后重量變化，經過計算可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃、30 ℃的光合速率依次是：3＋1＋1＝5(mg/h)、3＋2＋2＝7(mg/h)、3＋3＋3＝9(mg/h)、1＋1＋1＝3(mg/h)，故給出的實驗條件下29 ℃時光合速率最快，植物光合作用的最適溫度是29 ℃，A、D錯誤；結合表中數據可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃、30 ℃的呼吸速率依次是：1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h，故29 ℃時植物呼吸速率最快，植物呼吸作用消耗有機物最多，B正確；凈光合速率＝光照后與暗處理前重量變化＋暗處理后重量變化，經過計算可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃的凈光合速率依次是：4 mg/h、5 mg/h和6 mg/h，C錯誤。
2．(2022·河北邯鄲模擬)下圖為植物細胞代謝的部分過程簡圖，①～⑦為相關生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．若植物缺鎂，則首先會受到顯著影響的是③
B．②的進行與⑤⑥密切相關
C．藍細菌細胞中④發生在葉綠體基質中
D．葉肉細胞③中O2的產生量小于⑥中O2的吸收量，則該細胞內有機物的總量將減少
C　解析：鎂是合成葉綠素的必需成分，光反應階段需要葉綠素吸收光能，若植物缺鎂則葉綠素的合成受到影響，首先會受到顯著影響的生理過程是③光反應過程，A正確；②是植物細胞通過主動運輸吸收無機鹽離子的過程，需要消耗能量，故與⑤⑥過程密切相關，B正確；藍細菌細胞是原核細胞，沒有葉綠體，C錯誤；圖中③光反應過程O2的產生量小于⑥有氧呼吸過程O2的吸收量，則凈光合作用量小于0，該植物體內有機物的量將減少，D正確。
類型2　光合作用和細胞呼吸的綜合曲線分析
02
典題引領
歸納總結
素養訓練
(2018·全國卷Ⅲ)回答下列問題：
(1)高等植物光合作用中捕獲光能的物質分布在葉綠體的____________上，該物質主要捕獲可見光中的________________。
(2)植物的葉面積與產量關系密切。葉面積系數(單位土地面積上的葉面積總和)與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質積累速率之間的關系如圖所示。由圖可知：當葉面積系數小于a時，隨葉面積系數增加，群體光合速率和干物質積累速率均________。當葉面積系數超過b時，群體干物質積累速率降低，其原因是_________________________________。
(3)通常，與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時所需要的光照強度________(填“高”或“低”)。
解析：(1)高等植物進行光合作用捕獲光能的物質是光合色素，該物質分布在葉綠體的類囊體薄膜上，其捕獲的光主要是藍紫光和紅光。(2)由題圖中曲線可以看出，當葉面積系數小于a時，隨葉面積系數增加，群體光合速率和干物質積累速率都在增加；當葉面積系數超過b時，群體光合速率不變，但群體呼吸速率增加，兩者差值減小，故群體干物質積累速率降低。(3)通常，陰生植物的光合速率和呼吸速率都比陽生植物低，因此與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時所需要的光照強度低。
答案：(1)類囊體(薄)膜　藍紫光和紅光　(2)增加　群體光合速率不變，但群體呼吸速率仍在增加，故群體干物質積累速率降低　(3)低
1．曲線辨析真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的關系
(1)綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織
測得的數值為呼吸速率(A點)。
(2)綠色組織在有光條件下光合作用與細胞
呼吸同時進行，測得的數據為凈光合速率。
(3)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
(4)植物“三率”的判斷方法。
①根據坐標曲線判定：當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，該值絕對值代表呼吸速率，該曲線代表凈光合速率；當光照強度為0時，若CO2吸收值為0，該曲線代表真正光合速率。
②根據關鍵詞判定。
檢測指標 呼吸速率 凈光合速率 真正(總)光合速率
CO2 釋放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 釋放量 產生量
有機物 消耗量(黑暗) 積累量 制造量、產生量
2．微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系(以光合速率大于呼吸速率為例)
項目 表示方法 呼吸 速率 線粒體釋放CO2量(m1)；黑暗條件下細胞(植物體)釋放CO2量(葡萄糖消耗量) 線粒體吸收O2量(n1)；黑暗條件下細胞(植物體)吸收O2量
凈光合 速率 細胞(植物體)吸收的CO2量(m2)；植物(葉片)積累葡萄糖量 細胞(植物體)釋放的O2量(n2)
真正光 合速率 葉綠體固定CO2量[m3(或m1＋m2)]；植物(葉綠體)產生葡萄糖量 葉綠體產生O2量[n3(或n1＋n2)]
3．常考曲線分析
(1)葉面積指數對光合作用和細胞呼吸的影響。
交點D對應E，此時凈光合量為“0”，B點為植物生長最快點。
(2)溫度對光合作用和細胞呼吸的影響。
ab間差(a－b)：凈光合強度或干物質量。
交點F：光合強度＝呼吸強度(此時凈光合
速率＝0，植物不能生長)。
提醒：總光合速率與呼吸速率曲線交點處表示此時光合速率＝呼吸速率，不要認為凈光合速率曲線與呼吸速率曲線交點處也表示光合速率＝呼吸速率，此時總光合速率是呼吸速率的2倍。
4．光合速率與植物生長的關系
(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。
5．自然環境及密閉容器中植物光合作用曲線及分析
(1)自然環境中一晝夜植物光合作用曲線(a點溫度最低)。
①開始進行光合作用的點：b。
②光合作用與呼吸作用相等的點：c、e。
③開始積累有機物的點：c。
④有機物積累量最大的點：e。
(2)密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線。
①光合作用強度與呼吸作用強度相等的點：D、H。
②該植物一晝夜表現為生長，其原因是I點CO2濃度低于A點CO2濃度，說明一晝夜密閉容器中CO2濃度減小，即植物光合作用>呼吸作用，植物生長。
提醒：a．光照強度為“0”意味著光合作用不能進行，此時氣體變化量全由細胞呼吸引起，可作為呼吸強度指標。
b．光照下吸收CO2量應為凈光合量。
c．光照培養階段，密閉裝置中CO2濃度變化量應為光合作用強度與呼吸作用強度間的“差值”，切不可僅答成“光合作用消耗”導致裝置中CO2濃度下降。
1．(2021·北京卷)將某種植物置于高溫環境(HT)下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率，結果如圖。由圖不能得出的結論是(　　)
A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等
C．50 ℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能
D．HT植株表現出對高溫環境的適應性
B　解析：由題圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 mmol·cm-2·s-1，A正確；CO2吸收速率代表凈光合速率，而真正(總)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。35 ℃時，兩組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率無法比較，B錯誤；50 ℃時，HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機物，而CT植株的凈光合速率等于零，說明不能積累有機物，C正確；在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機物進行生長發育，體現了HT植株對高溫環境較適應，D正確。
2．圖甲為研究光照強度對某植物光合作用強度影響的實驗示意圖，圖乙表示其細胞氣體交換情況，圖丙表示光照強度與光合速率的關系，圖丁表示夏季晴朗的一天，某種綠色植物在24小時內O2吸收速率的變化示意圖(單位：mg/h)。A、B點對應時刻分別為6時和19時。請回答下列問題：
(1)圖乙中光反應的具體部位是[　　]__________(填字母及名稱)，反應中的能量變化是______________________________________。
(2)圖丙中限制A～C段光合速率的主要因素是________________。若提高溫度，曲線的變化是________(填“上移”“下移”“不動”或“無法確定”)。
(3)圖丁中24小時內不進行光合作用的時段是________。
(4)圖丁中測得該植物一晝夜的O2凈釋放量為300 mg，假設該植物在24小時內呼吸速率不變，則該植物一天通過光合作用產生的O2總量是________mg。圖丁中陰影部分所表示的O2釋放量________(填“大于”“等于”或“小于”)300 mg。
解析：(1)光合作用光反應的場所在a類囊體薄膜上，能量變化為光能轉變為ATP和NADPH中活躍的化學能。(2)圖丙中曲線表示在一定范圍內，光合速率隨光照強度的增加而增加，但超過一定的范圍(光飽和點)后，光合速率不再增加，在A～C段限制光合作用強度的因素主要是光照強度。由于題干中未提及實驗溫度是否為最適溫度，因此若提高溫度，曲線中C點的變化將無法確定。
(3)圖丁表示夏季晴朗的一天，某種綠色植物在24小時內O2吸收和釋放速率的變化，24小時內不進行光合作用時，O2的吸收速率最大，所以0～5和20～24(或20～5)時段不進行光合作用。(4)該植物一晝夜的O2凈釋放量為300 mg(白天光合作用量－一晝夜呼吸作用量)，呼吸速率為12，故24小時呼吸量為288 mg，實際(總)光合量＝凈光合量＋呼吸量＝300＋288＝588(mg)。圖丁中陰影部分表示的是O2釋放量，即白天(AB段)光合作用的積累量，由于夜晚只進行呼吸作用，因此陰影部分所表示的O2釋放量大于300 mg。
答案：(1)a　類囊體薄膜　光能轉化為ATP和NADPH中活躍的化學能　(2)光照強度　無法確定　(3)0～5和20～24(或20～5)　(4)588　大于
類型3　光合速率和呼吸速率的測定方法
03
典題引領
歸納總結
素養訓練
(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______________________________；C與B的差值表示這段時間內________________________；A與B的差值表示這段時間內__________________。
解析：依題意可知，甲、乙兩瓶中只有生產者，A值表示甲、乙兩瓶中水樣的初始O2含量；甲瓶O2含量的變化反映的是呼吸作用耗氧量，因此B＝A－呼吸作用耗氧量；乙瓶O2含量變化反映的是凈光合作用放氧量，所以C＝A＋光合作用總放氧量－呼吸作用耗氧量。綜上分析，本實驗中，C－A＝光合作用總放氧量－呼吸作用耗氧量＝凈光合作用的放氧量，即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－B＝光合作用總放氧量，即 C與B的差值表示這段時間內生產者的光合作用的總放氧量；A－B＝呼吸作用耗氧量，即 A與B的差值表示這段時間內生產者的呼吸作用耗氧量。
答案：生產者凈光合作用的放氧量　生產者光合作用的總放氧量　生產者呼吸作用的耗氧量
1．細胞呼吸的測定
(1)實驗裝置。
(2)實驗原理。
①裝置甲中NaOH溶液的作用是吸收細胞呼吸所產生的CO2，紅墨水滴移動的距離代表生物材料有氧呼吸吸收O2的量。
②裝置乙中紅墨水滴移動的距離與生物材料無氧呼吸產生CO2的量有關。
(3)實驗現象與結論。
實驗現象(紅墨水滴移動方向) 結論
裝置甲 裝置乙 不動 不動 只進行產生乳酸的無氧呼吸或生物材料已死亡
不動 右移 只進行產生酒精的無氧呼吸
左移 右移 進行有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸
左移 不動 只進行有氧呼吸或同時進行產生乳酸的無氧呼吸
(4)誤差校正：為防止氣壓、溫度等物理因素的干擾，減少誤差，設置下圖所示的裝置(除將裝置中生物材料換為死亡的等量同種生物材料外，其余均與裝置乙相同)。
(5)注意事項。
①若所放材料為綠色植物，整個裝置必須遮光處理，否則植物組織的光合作用會干擾呼吸速率的測定。
②為防止微生物呼吸對實驗結果的干擾，應將裝置及所測材料進行消毒處理。
③如果實驗材料是酵母菌，實驗所用的葡萄糖溶液需煮沸，目的是滅菌，排除其他微生物的細胞呼吸對實驗結果的干擾。
2．光合速率的測定
(1)有色液滴移動法。
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。
(2)葉圓片稱重法。
測定單位時間、單位面積葉片中有機物的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
①凈光合速率＝(z－y)/2S；
②呼吸速率＝(x－y)/2S；
③總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(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。
1．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實驗：在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，并于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為的葉圓片烘干后稱其重量，測得葉片葉綠體的總光合速率是[(3y－2z－x)/6] g·cm-2·h-1(不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)，則M處的實驗條件是(　　)
A．下午4時后在陽光下照射3小時再遮光3小時
B．下午4時后將整個實驗裝置遮光6小時
C．下午4時后在陽光下照射6小時
D．下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時
D　解析：依題意，總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，凈光合速率為[(y－x)/6] g·cm-2·h-1，還需測定呼吸速率，所以遮光3小時，呼吸速率為[(y－z)/3]g·cm-2·h-1，總光合速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6(g·cm-2·h-1)。
2．某生物科研小組，從鴨綠江的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得初始溶解氧的含量為10 mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下(a光照強度/klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3
A．黑瓶中的生物呼吸消耗氧氣，但沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧
B．光照強度為a時，白瓶中溶解氧的含量與初始溶解氧量相等，說明此光照強度下植物仍然不能進行光合作用
C．當光照強度為c時，白瓶中植物產生的氧氣量為21 mg/L
D．當光照強度為d時，再增加光照強度，白瓶中植物的光合速率不再增加
B　解析：黑瓶中的生物呼吸消耗氧氣，但沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧；光照強度為a時，白瓶中溶解氧的含量與初始溶解氧量相等，說明植物光合作用產生的氧剛好用于瓶內生物的呼吸作用消耗；當光照強度為c時，白瓶中植物光合作用產生的氧氣量為總光合作用量＝凈光合作用量＋呼吸作用消耗量＝24－10＋7＝21(mg·L-1)；由d、e兩組數據可知，當光照強度為d時，再增加光照強度，瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加。
3．下圖是探究光照強度對黑藻光合作用影響的實驗裝置簡圖，將該裝置置于不同光照強度但溫度適宜且恒定、氣壓穩定的條件下得到下表實驗數據，其中每小格刻度對應氣體變化量是10 μmol。整個過程中呼吸速率保持不變，回答下列問題：
光照強度/ (μmol·m-2·s-1) 右側液面刻度變化/
(格·h-1)
0 2
50 6
100 12
150 18
200 18
(1)如果光照強度是0 μmol·m-2·s-1，U形管右側液面降低，原因是___________________________________________________________
___________________________________；此時葉肉細胞中產生ATP最多的部位是______________。
(2)光照強度在0～100 μmol·m-2·s-1范圍內時，限制光合速率的主要環境因素是__________。當光照強度大于150 μmol·m-2·s-1時，限制光合速率的主要環境因素是______________，此時可通過______________________來解決。
(3)如果給予錐形瓶光照且要保持U形管右側有色液體不動，則光照強度應控制在表格中的____________范圍內的某一強度，此光照強度下，葉肉細胞中光合速率和呼吸速率的大小關系是__________。
解析：(1)沒有光照，題圖錐形瓶中的黑藻只進行細胞呼吸消耗O2，且釋放的CO2被CO2緩沖液吸收，因此錐形瓶內的氣壓降低，U形管右側液面會下降。細胞呼吸過程中，有氧呼吸的第三階段產生ATP最多，場所是線粒體內膜。(2)光照強度在0～100 μmol·m-2·s-1范圍內時，隨著光照強度的增大，光合速率也在增大，所以此時限制光合速率的主要環境因素是光照強度。當光照強度大于 150 μmol·m-2·s-1時，隨著光照強度的增大，光合速率不再增大，溫度條件適宜，所以此時限制光合速率的主要環境因素是CO2濃度，可通過適當提高CO2緩沖液濃度的方法來解決這個問題。
(3)如果給予錐形瓶光照且保持U形管右側有色液體不動，說明植株的光合速率等于呼吸速率。由表格實驗數據可知，細胞呼吸速率為20 μmol·h-1。當光照強度為50 μmol·m-2·s-1時，植株的凈光合速率等于60 μmol·h-1，則植株凈光合速率等于0對應的光照強度應在0～50 μmol·m-2·s-1范圍內，此時植株的光合速率等于呼吸速率，葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率。
答案：(1)此時黑藻只進行細胞呼吸消耗O2，且細胞呼吸產生的CO2被CO2緩沖液吸收，導致錐形瓶中氣壓下降　線粒體內膜　(2)光照強度　CO2濃度　適當提高CO2緩沖液的濃度　(3)0～50 μmol·m-2·s-1　光合速率大于呼吸速率高頻考點進階課 1.光合作用與細胞呼吸的綜合應用
光合作用和細胞呼吸之間的物質和能量關系
(2021·全國卷Ⅰ)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______________________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和________________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________________________，又能保證______________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)。
解析：(1)白天葉肉細胞既能進行光合作用，又能進行呼吸作用，因此葉肉細胞能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣，反之，細胞呼吸產生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應，故光合作用所需的CO2可來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸釋放的CO2。(2)由于環境干旱，植物吸收的水分較少，為了維持機體的平衡，氣孔白天關閉能防止白天因溫度較高、蒸騰作用較強，導致植物體水分散失過多，晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定，以保證光合作用等生命活動的正常進行。(3)該實驗自變量是植物甲所處的生存環境是否干旱，由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳，生成蘋果酸儲存在液泡中，會導致液泡pH降低，故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式，即因變量檢測指標是液泡中的pH。
答案：(1)細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體薄膜　細胞呼吸(或呼吸作用)
(2)蒸騰作用過強導致水分散失過多　光合作用　(3)實驗思路：取生長狀態相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組；A組在(濕度適宜的)正常環境中培養，B組在干旱環境中培養，其他條件相同且適宜，一段時間后，分別檢測兩組植株夜晚同一時間液泡中的pH，并求平均值。預期結果：A組pH平均值高于B組
1．圖解法理清光合作用與細胞呼吸中NADH、NADPH和ATP的來源及去路
(1)NADH、NADPH的來源和去路比較。
(2)ATP的來源與去路比較。
2．流程法理清兩個聯系
(1)物質聯系。
①C元素：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O元素：H2OO2H2O
③H元素：H2ONADPH(CH2O)
[H]H2O
(2)能量聯系。
1．將生長狀況相同的某種植物的葉片分成4等份，在不同溫度下分別暗處理1 h，再光照1 h(光照強度相同)，測其重量變化，得到如下數據。由此可以得出的結論是(　　)
組別 一 二 三 四
溫度/℃ 27 28 29 30
暗處理后重量變化/mg －1 －2 －3 －1
光照后與暗處理前重量變化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋1
A．27 ℃是該植物光合作用的最適溫度
B．29 ℃時該植物呼吸作用消耗有機物最多
C．27～29 ℃凈光合速率相等
D．30 ℃下實際光合速率為6 mg/h
B　解析：光合速率＝光照后與暗處理前重量變化＋2×暗處理后重量變化，經過計算可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃、30 ℃的光合速率依次是：3＋1＋1＝5(mg/h)、3＋2＋2＝7(mg/h)、3＋3＋3＝9(mg/h)、1＋1＋1＝3(mg/h)，故給出的實驗條件下29 ℃時光合速率最快，植物光合作用的最適溫度是29 ℃，A、D錯誤；結合表中數據可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃、30 ℃的呼吸速率依次是：1 mg/h、2 mg/h、3 mg/h、1 mg/h，故29 ℃時植物呼吸速率最快，植物呼吸作用消耗有機物最多，B正確；凈光合速率＝光照后與暗處理前重量變化＋暗處理后重量變化，經過計算可知，27 ℃、28 ℃、29 ℃的凈光合速率依次是：4 mg/h、5 mg/h和6 mg/h，C錯誤。
2．(2022·河北邯鄲模擬)下圖為植物細胞代謝的部分過程簡圖，①～⑦為相關生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．若植物缺鎂，則首先會受到顯著影響的是③
B．②的進行與⑤⑥密切相關
C．藍細菌細胞中④發生在葉綠體基質中
D．葉肉細胞③中O2的產生量小于⑥中O2的吸收量，則該細胞內有機物的總量將減少
C　解析：鎂是合成葉綠素的必需成分，光反應階段需要葉綠素吸收光能，若植物缺鎂則葉綠素的合成受到影響，首先會受到顯著影響的生理過程是③光反應過程，A正確；②是植物細胞通過主動運輸吸收無機鹽離子的過程，需要消耗能量，故與⑤⑥過程密切相關，B正確；藍細菌細胞是原核細胞，沒有葉綠體，C錯誤；圖中③光反應過程O2的產生量小于⑥有氧呼吸過程O2的吸收量，則凈光合作用量小于0，該植物體內有機物的量將減少，D正確。
光合作用和細胞呼吸的綜合曲線分析
(2018·全國卷Ⅲ)回答下列問題：
(1)高等植物光合作用中捕獲光能的物質分布在葉綠體的________________上，該物質主要捕獲可見光中的________________。
(2)植物的葉面積與產量關系密切。葉面積系數(單位土地面積上的葉面積總和)與植物群體光合速率、呼吸速率及干物質積累速率之間的關系如圖所示。由圖可知：當葉面積系數小于a時，隨葉面積系數增加，群體光合速率和干物質積累速率均________。當葉面積系數超過b時，群體干物質積累速率降低，其原因是___________________________________________________________________。
(3)通常，與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時所需要的光照強度________(填“高”或“低”)。
解析：(1)高等植物進行光合作用捕獲光能的物質是光合色素，該物質分布在葉綠體的類囊體薄膜上，其捕獲的光主要是藍紫光和紅光。(2)由題圖中曲線可以看出，當葉面積系數小于a時，隨葉面積系數增加，群體光合速率和干物質積累速率都在增加；當葉面積系數超過b時，群體光合速率不變，但群體呼吸速率增加，兩者差值減小，故群體干物質積累速率降低。(3)通常，陰生植物的光合速率和呼吸速率都比陽生植物低，因此與陽生植物相比，陰生植物光合作用吸收與呼吸作用放出的CO2量相等時所需要的光照強度低。
答案：(1)類囊體(薄)膜　藍紫光和紅光　(2)增加　群體光合速率不變，但群體呼吸速率仍在增加，故群體干物質積累速率降低　(3)低
1．曲線辨析真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的關系
(1)綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數值為呼吸速率(A點)。
(2)綠色組織在有光條件下光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數據為凈光合速率。
(3)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
(4)植物“三率”的判斷方法。
①根據坐標曲線判定：當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，該值絕對值代表呼吸速率，該曲線代表凈光合速率；當光照強度為0時，若CO2吸收值為0，該曲線代表真正光合速率。
②根據關鍵詞判定。
檢測指標 呼吸速率 凈光合速率 真正(總)光合速率
CO2 釋放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 釋放量 產生量
有機物 消耗量(黑暗) 積累量 制造量、產生量
2．微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系(以光合速率大于呼吸速率為例)
項目 表示方法
呼吸 速率 線粒體釋放CO2量(m1)；黑暗條件下細胞(植物體)釋放CO2量(葡萄糖消耗量) 線粒體吸收O2量(n1)；黑暗條件下細胞(植物體)吸收O2量
凈光合 速率 細胞(植物體)吸收的CO2量(m2)；植物(葉片)積累葡萄糖量 細胞(植物體)釋放的O2量(n2)
真正光 合速率 葉綠體固定CO2量[m3(或m1＋m2)]；植物(葉綠體)產生葡萄糖量 葉綠體產生O2量[n3(或n1＋n2)]
3．常考曲線分析
(1)葉面積指數對光合作用和細胞呼吸的影響。
交點D對應E，此時凈光合量為“0”，B點為植物生長最快點。
(2)溫度對光合作用和細胞呼吸的影響。
ab間差(a－b)：凈光合強度或干物質量。
交點F：光合強度＝呼吸強度(此時凈光合速率＝0，植物不能生長)。
提醒：總光合速率與呼吸速率曲線交點處表示此時光合速率＝呼吸速率，不要認為凈光合速率曲線與呼吸速率曲線交點處也表示光合速率＝呼吸速率，此時總光合速率是呼吸速率的2倍。
4．光合速率與植物生長的關系
(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。
5．自然環境及密閉容器中植物光合作用曲線及分析
(1)自然環境中一晝夜植物光合作用曲線(a點溫度最低)。
①開始進行光合作用的點：b。
②光合作用與呼吸作用相等的點：c、e。
③開始積累有機物的點：c。
④有機物積累量最大的點：e。
(2)密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線。
①光合作用強度與呼吸作用強度相等的點：D、H。
②該植物一晝夜表現為生長，其原因是I點CO2濃度低于A點CO2濃度，說明一晝夜密閉容器中CO2濃度減小，即植物光合作用>呼吸作用，植物生長。
提醒：a．光照強度為“0”意味著光合作用不能進行，此時氣體變化量全由細胞呼吸引起，可作為呼吸強度指標。
b．光照下吸收CO2量應為凈光合量。
c．光照培養階段，密閉裝置中CO2濃度變化量應為光合作用強度與呼吸作用強度間的“差值”，切不可僅答成“光合作用消耗”導致裝置中CO2濃度下降。
1．(2021·北京卷)將某種植物置于高溫環境(HT)下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率，結果如圖。由圖不能得出的結論是(　　)
A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等
C．50 ℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能
D．HT植株表現出對高溫環境的適應性
B　解析：由題圖可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 mmol·cm-2·s-1，A正確；CO2吸收速率代表凈光合速率，而真正(總)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。35 ℃時，兩組植株的凈光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃時兩組植株的真正(總)光合速率無法比較，B錯誤；50 ℃時，HT植株的凈光合速率大于零，說明能積累有機物，而CT植株的凈光合速率等于零，說明不能積累有機物，C正確；在較高的溫度下HT植株的凈光合速率仍大于零，能積累有機物進行生長發育，體現了HT植株對高溫環境較適應，D正確。
2．圖甲為研究光照強度對某植物光合作用強度影響的實驗示意圖，圖乙表示其細胞氣體交換情況，圖丙表示光照強度與光合速率的關系，圖丁表示夏季晴朗的一天，某種綠色植物在24小時內O2吸收速率的變化示意圖(單位：mg/h)。A、B點對應時刻分別為6時和19時。請回答下列問題：
(1)圖乙中光反應的具體部位是[　　]__________(填字母及名稱)，反應中的能量變化是________________________________________________________。
(2)圖丙中限制A～C段光合速率的主要因素是________________。若提高溫度，曲線的變化是________(填“上移”“下移”“不動”或“無法確定”)。
(3)圖丁中24小時內不進行光合作用的時段是________。
(4)圖丁中測得該植物一晝夜的O2凈釋放量為300 mg，假設該植物在24小時內呼吸速率不變，則該植物一天通過光合作用產生的O2總量是________mg。圖丁中陰影部分所表示的O2釋放量________(填“大于”“等于”或“小于”)300 mg。
解析：(1)光合作用光反應的場所在a類囊體薄膜上，能量變化為光能轉變為ATP和NADPH中活躍的化學能。(2)圖丙中曲線表示在一定范圍內，光合速率隨光照強度的增加而增加，但超過一定的范圍(光飽和點)后，光合速率不再增加，在A～C段限制光合作用強度的因素主要是光照強度。由于題干中未提及實驗溫度是否為最適溫度，因此若提高溫度，曲線中C點的變化將無法確定。(3)圖丁表示夏季晴朗的一天，某種綠色植物在24小時內O2吸收和釋放速率的變化，24小時內不進行光合作用時，O2的吸收速率最大，所以0～5和20～24(或20～5)時段不進行光合作用。(4)該植物一晝夜的O2凈釋放量為300 mg(白天光合作用量－一晝夜呼吸作用量)，呼吸速率為12，故24小時呼吸量為288 mg，實際(總)光合量＝凈光合量＋呼吸量＝300＋288＝588(mg)。圖丁中陰影部分表示的是O2釋放量，即白天(AB段)光合作用的積累量，由于夜晚只進行呼吸作用，因此陰影部分所表示的O2釋放量大于300 mg。
答案：(1)a　類囊體薄膜　光能轉化為ATP和NADPH中活躍的化學能　(2)光照強度　無法確定　(3)0～5和20～24(或20～5)　(4)588　大于
光合速率和呼吸速率的測定方法
(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______________________________；C與B的差值表示這段時間內________________________；A與B的差值表示這段時間內__________________。
解析：依題意可知，甲、乙兩瓶中只有生產者，A值表示甲、乙兩瓶中水樣的初始O2含量；甲瓶O2含量的變化反映的是呼吸作用耗氧量，因此B＝A－呼吸作用耗氧量；乙瓶O2含量變化反映的是凈光合作用放氧量，所以C＝A＋光合作用總放氧量－呼吸作用耗氧量。綜上分析，本實驗中，C－A＝光合作用總放氧量－呼吸作用耗氧量＝凈光合作用的放氧量，即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－B＝光合作用總放氧量，即 C與B的差值表示這段時間內生產者的光合作用的總放氧量；A－B＝呼吸作用耗氧量，即 A與B的差值表示這段時間內生產者的呼吸作用耗氧量。
答案：生產者凈光合作用的放氧量　生產者光合作用的總放氧量　生產者呼吸作用的耗氧量
1．細胞呼吸的測定
(1)實驗裝置。
(2)實驗原理。
①裝置甲中NaOH溶液的作用是吸收細胞呼吸所產生的CO2，紅墨水滴移動的距離代表生物材料有氧呼吸吸收O2的量。
②裝置乙中紅墨水滴移動的距離與生物材料無氧呼吸產生CO2的量有關。
(3)實驗現象與結論。
實驗現象(紅墨水滴移動方向) 結論
裝置甲 裝置乙
不動 不動 只進行產生乳酸的無氧呼吸或生物材料已死亡
不動 右移 只進行產生酒精的無氧呼吸
左移 右移 進行有氧呼吸和產生酒精的無氧呼吸
左移 不動 只進行有氧呼吸或同時進行產生乳酸的無氧呼吸
(4)誤差校正：為防止氣壓、溫度等物理因素的干擾，減少誤差，設置下圖所示的裝置(除將裝置中生物材料換為死亡的等量同種生物材料外，其余均與裝置乙相同)。
(5)注意事項。
①若所放材料為綠色植物，整個裝置必須遮光處理，否則植物組織的光合作用會干擾呼吸速率的測定。
②為防止微生物呼吸對實驗結果的干擾，應將裝置及所測材料進行消毒處理。
③如果實驗材料是酵母菌，實驗所用的葡萄糖溶液需煮沸，目的是滅菌，排除其他微生物的細胞呼吸對實驗結果的干擾。
2．光合速率的測定
(1)有色液滴移動法。
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。
(2)葉圓片稱重法。
測定單位時間、單位面積葉片中有機物的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
①凈光合速率＝(z－y)/2S；
②呼吸速率＝(x－y)/2S；
③總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
(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。
1．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做如圖所示實驗：在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，并于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為的葉圓片烘干后稱其重量，測得葉片葉綠體的總光合速率是[(3y－2z－x)/6] g·cm-2·h-1(不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)，則M處的實驗條件是(　　)
A．下午4時后在陽光下照射3小時再遮光3小時
B．下午4時后將整個實驗裝置遮光6小時
C．下午4時后在陽光下照射6小時
D．下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時
D　解析：依題意，總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，凈光合速率為[(y－x)/6] g·cm-2·h-1，還需測定呼吸速率，所以遮光3小時，呼吸速率為[(y－z)/3]g·cm-2·h-1，總光合速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6(g·cm-2·h-1)。
2．某生物科研小組，從鴨綠江的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得初始溶解氧的含量為10 mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下(a光照強度/klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3
A．黑瓶中的生物呼吸消耗氧氣，但沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧
B．光照強度為a時，白瓶中溶解氧的含量與初始溶解氧量相等，說明此光照強度下植物仍然不能進行光合作用
C．當光照強度為c時，白瓶中植物產生的氧氣量為21 mg/L
D．當光照強度為d時，再增加光照強度，白瓶中植物的光合速率不再增加
B　解析：黑瓶中的生物呼吸消耗氧氣，但沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧；光照強度為a時，白瓶中溶解氧的含量與初始溶解氧量相等，說明植物光合作用產生的氧剛好用于瓶內生物的呼吸作用消耗；當光照強度為c時，白瓶中植物光合作用產生的氧氣量為總光合作用量＝凈光合作用量＋呼吸作用消耗量＝24－10＋7＝21(mg·L-1)；由d、e兩組數據可知，當光照強度為d時，再增加光照強度，瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加。
3．下圖是探究光照強度對黑藻光合作用影響的實驗裝置簡圖，將該裝置置于不同光照強度但溫度適宜且恒定、氣壓穩定的條件下得到下表實驗數據，其中每小格刻度對應氣體變化量是10 μmol。整個過程中呼吸速率保持不變，回答下列問題：
光照強度/(μmol·m-2·s-1) 右側液面刻度變化/(格·h-1)
0 2
50 6
100 12
150 18
200 18
(1)如果光照強度是0 μmol·m-2·s-1，U形管右側液面降低，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________；此時葉肉細胞中產生ATP最多的部位是______________。
(2)光照強度在0～100 μmol·m-2·s-1范圍內時，限制光合速率的主要環境因素是__________。當光照強度大于150 μmol·m-2·s-1時，限制光合速率的主要環境因素是______________，此時可通過______________________來解決。
(3)如果給予錐形瓶光照且要保持U形管右側有色液體不動，則光照強度應控制在表格中的____________范圍內的某一強度，此光照強度下，葉肉細胞中光合速率和呼吸速率的大小關系是______________________。
解析：(1)沒有光照，題圖錐形瓶中的黑藻只進行細胞呼吸消耗O2，且釋放的CO2被CO2緩沖液吸收，因此錐形瓶內的氣壓降低，U形管右側液面會下降。細胞呼吸過程中，有氧呼吸的第三階段產生ATP最多，場所是線粒體內膜。(2)光照強度在0～100 μmol·m-2·s-1范圍內時，隨著光照強度的增大，光合速率也在增大，所以此時限制光合速率的主要環境因素是光照強度。當光照強度大于 150 μmol·m-2·s-1時，隨著光照強度的增大，光合速率不再增大，溫度條件適宜，所以此時限制光合速率的主要環境因素是CO2濃度，可通過適當提高CO2緩沖液濃度的方法來解決這個問題。(3)如果給予錐形瓶光照且保持U形管右側有色液體不動，說明植株的光合速率等于呼吸速率。由表格實驗數據可知，細胞呼吸速率為20 μmol·h-1。當光照強度為50 μmol·m-2·s-1時，植株的凈光合速率等于60 μmol·h-1，則植株凈光合速率等于0對應的光照強度應在0～50 μmol·m-2·s-1范圍內，此時植株的光合速率等于呼吸速率，葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率。
答案：(1)此時黑藻只進行細胞呼吸消耗O2，且細胞呼吸產生的CO2被CO2緩沖液吸收，導致錐形瓶中氣壓下降　線粒體內膜　(2)光照強度　CO2濃度　適當提高CO2緩沖液的濃度　(3)0～50 μmol·m-2·s-1　光合速率大于呼吸速率

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