资源简介

高考二轮专题综合复习
第4讲　光合作用与细胞呼吸
1.下列关于细胞呼吸与光合作用的说法,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)光合作用过程中光能转变为化学能,细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP。 (　×　)
(2)线粒体将葡萄糖氧化分解产生二氧化碳和水。 (　×　)
(3)无氧呼吸不需要O2参与,最终有[H]的积累。 (　×　)
(4)放置时间过长的牛奶发生胀袋,是乳酸菌污染导致的。 (　×　)
(5)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到分离色素的作用。 (　×　)
(6)暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 (　×　)
(7)夏季晴天,植物光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 (　×　)
[解析] (1)细胞呼吸过程中有机物中的化学能转变为热能和ATP中的能量,ATP是直接能源物质,不是能量。
(2)葡萄糖的初步分解发生在细胞质基质中。
(3)无氧呼吸第二阶段消耗[H],无[H]的积累。
(4)乳酸菌无氧呼吸产生乳酸,不能产生气体,所以胀袋不是乳酸菌污染导致的。
(5)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到提取色素的作用,层析液起分离色素的作用。
(6)暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。
(7)出现光合“午休”现象是因为夏季中午温度高,气孔关闭,二氧化碳吸收减少。
2.细读教材,查缺补漏
(1)无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。(教材必修1 P94)
(2)一般来说,线粒体均匀地分布在细胞质中。但是,活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。(教材必修1 P93)
(3)肌细胞内的肌质体是由大量变形的线粒体组成的,肌质体显然有利于对肌细胞的能量供应。(教材必修1 P93)
(4)细胞呼吸中产生的[H]是氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)转化成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(教材必修1 P94相关信息)
(5)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。(教材必修1 P99学科交叉)
(6)光反应产生的[H]是辅酶Ⅱ(NADP+)与电子和质子(H+)结合,形成的还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。(教材必修1 P103相关信息)
(7)硝化细菌能利用氧化无机物释放出的化学能,将二氧化碳和水合成为糖类,这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。(教材必修1 P105)
3.规范答题训练
(1)在农业生产中为避免出现光合“午休”现象,应采取的措施是　适时进行合理灌溉　。
(2)“正其行,通其风”提高作物产量的原理是　增大田间CO2浓度;使植株分布均匀,有利于充分接受光照;降低田间温度,减少呼吸作用对有机物的消耗　。
(3)施用农家肥可以促进植物生长的原理是　①农家肥中的有机物被微生物分解成无机盐,为植物提供养分;②有机肥被微生物分解释放CO2,为光合作用提供原料,使生成的有机物增多　。
(4)秋天,植物叶片变黄,光合速率下降的原因是　叶绿素含量减少使光反应速率减小,导致光反应供给暗反应的NADPH和ATP减少,光合速率降低　。
(5)短暂无光期间,植物体内依旧能生成(CH2O)的原因是　无光期间,光反应已经产生的[H]和ATP还能继续用于C3的还原　。
(6)夏季连续阴天,应采取哪些措施来提高大棚中作物的产量 　白天适当补充光照,夜晚适当降温　。
(7)将小球藻细胞中的叶绿体和线粒体采用一定方法分离后,进行了如下实验:将叶绿体和线粒体分别加入甲、乙两支试管中,甲中盛有适宜浓度的NaHCO3溶液,乙中盛有适宜浓度的丙酮酸溶液,当处于充足光照且其他条件适宜的环境中,两支试管内都会产生气泡。若原实验在黑暗且其他条件相同的环境中进行,则甲、乙两支试管内的实验现象分别是　甲试管中无气泡产生,乙试管中有气泡产生　,原因是　黑暗条件下甲试管中不能进行光合作用(光反应),而乙试管中线粒体基质中丙酮酸和水反应产生CO2　。
考点一　光合作用与细胞呼吸的过程及内在关系
1.图解有氧呼吸与无氧呼吸的联系
图4-1
2.注意无氧呼吸的3点提醒
(1)不同生物无氧呼吸的产物
无氧呼吸
产物不同的直接原因是　参与催化的酶　不同,根本原因是　控制酶合成的基因　不同。
(2)无氧呼吸只释放少量能量的原因:大部分能量储存在　酒精或乳酸　中。
(3)水稻等植物长期水淹后烂根的原因:无氧呼吸产生的　酒精　对细胞有毒害作用。
3.C3和C5含量变化的分析方法
(1)据卡尔文循环,叶绿体基质中C3的含量通常是C5的2倍。
(2)当光照强度或CO2浓度改变后,短时间内C3和C5的含量均会发生变化。无论分析哪种物质的含量变化,都要从生成和消耗两个角度分析。C3产生于CO2的固定过程,消耗于C3的还原过程,C5产生于C3的还原过程,消耗于CO2的固定过程。
条件 光照强度 二氧化碳浓度
强→弱 弱→强 高→低 低→高
C3 增加 减少 减少 增加
C5 减少 增加 增加 减少
ATP、[H] 减少 增加 增加 减少
4.综合分析光合作用与有氧呼吸过程
图4-2
(1)元素转移途径
C:CO2C3(CH2O)丙酮酸CO2
O:H2OO2H2O
H:H2O[H](CH2O)[H]
(2)能量转化关系
图4-3
考法一　综合考查光合作用与细胞呼吸的关系
1.呼吸作用和光合作用是植物体内两种重要的细胞代谢过程,下列说法错误的是 (　D　)
A.两种代谢反应的强度都受到生物含水量的影响
B.两种代谢过程中都有还原性物质的产生和消耗
C.两种代谢过程中产生的ATP都可用于淀粉的合成
D.两种代谢过程中CO2的产生或消耗都在细胞器中进行
[解析] 呼吸作用和光合作用均需要水参与,故均受生物含水量的影响,A正确;有氧呼吸的第一、二阶段会产生[H],第三阶段消耗[H],光合作用的光反应阶段会产生[H],暗反应阶段消耗[H],B正确;呼吸作用和光合作用产生的ATP都可以用于淀粉的合成,C正确;有氧呼吸中二氧化碳的产生场所是线粒体,无氧呼吸产生二氧化碳的场所是细胞质基质,光合作用CO2的消耗发生在叶绿体内,D错误。
2.图4-4表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径,相关叙述不正确的是 (　B　)
H2O[H](CH2O)[H]H2O
图4-4
A.过程①④在生物膜上进行
B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①②③④转移到细胞呼吸的产物H2O中
C.植物光补偿点时,叶肉细胞内过程③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP
D.过程①②③④都有能量的转化
[解析] 过程①光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行,④有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,A正确;光合作用的原料H2O中的氧可以经过①光反应释放到环境中,环境中的氧可通过④有氧呼吸第三阶段转移到细胞呼吸的产物H2O中,B错误;光补偿点时,植株整体的光合作用等于呼吸作用,但植物的非绿色组织只能进行呼吸作用不能进行光合作用,故叶肉细胞的光合作用速率应大于自身的呼吸作用速率,即③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP,C正确;过程①②③④不仅有物质的变化过程也伴有能量的转化,D正确。
考法二　考查光合色素和光合作用的过程
3.通常情况下,光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光中的光能,用于光合作用。研究发现某些蓝藻在近红外光环境下生长时,含有叶绿素a的光合系统会失效,而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现,叶绿素f能吸收、转化红外光,用于光合作用。下列有关叙述正确的是 (　C　)
A.培养蓝藻研究光合作用时,需提供葡萄糖作为碳源
B.叶绿素f主要分布在蓝藻叶绿体类囊体薄膜上
C.叶绿素f能够吸收、转化红外光,体现了蓝藻对环境的适应
D.在正常光照条件下,蓝藻会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
[解析] 蓝藻是自养生物,培养蓝藻研究光合作用时,不需提供葡萄糖作为碳源,A错误;蓝藻是原核生物,没有叶绿体,B错误;某些蓝藻在近红外光环境下生长时,含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现,叶绿素f能吸收、转化红外光,用于光合作用。叶绿素f能够吸收、转化红外光,体现了蓝藻对环境的适应,C正确;在正常光照条件下,蓝藻光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光,用于光合作用,不能吸收红外光进行光合作用,D错误。
4.某同学为研究光反应和暗反应,将离体的叶绿体置于低渗溶液中涨破后分装在A、B两支试管中,并在两支试管中加入等量的ADP、NADP+、Pi和其他的一些辅助因子,A试管在20 ℃的氩气(一种惰性气体)中照光30 min,B试管在20 ℃的空气中照光30 min,然后对A、B两支试管进行离心处理并分离出非绿色部分,向非绿色部分液体中通入被14C标记的CO2,测定两支试管中CO2的固定速率。回答下列问题:
(1)叶绿体固定CO2的场所是　叶绿体基质　,请写出被标记的14C在光合作用过程中的转移途径:　14CO2→14C3→(14CH2O)　。
(2)向A、B两支试管中加入ADP、NADP+和Pi的作用是　为光反应中合成ATP和NADPH提供原料　。
(3)根据处理方式,预测结果:　A试管中CO2固定速率比B试管快　;并说明理由:　A、B两支试管在光照下都能合成ATP和NADPH,但是A试管处于氩气中,不会发生暗反应,从而积累更多的ATP和NADPH,通入CO2后能加快C3的还原,使CO2的固定速率加快　。
[解析] (1)叶绿体固定CO2的场所是叶绿体基质。在暗反应中,二氧化碳经二氧化碳的固定和C3的还原,最终形成糖类等有机物。若用14C标记二氧化碳,14C的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。(2)据光反应和暗反应的关系可知,光反应为暗反应提供ATP和NADPH,用于C3的还原;暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+,用于生成ATP和NADPH。故向A、B两支试管中加入ADP、NADP+和Pi的作用是为光反应中合成ATP和NADPH提供原料。(3)根据题干信息,结合光反应条件(光照、叶绿素、ADP、NADP+、Pi、酶等)可知,A、B两支试管在光照下都能合成ATP和NADPH。但是A试管处于氩气中,不会发生暗反应,从而积累了更多的ATP和NADPH。B试管处于空气中,会发生暗反应,没有ATP和NADPH的积累。在照光30 min,然后对A、B两支试管进行离心处理并分离出非绿色部分,向非绿色部分液体中通入被14C标记的CO2,由于A试管有更多的ATP和NADPH,通入CO2后能加快C3的还原,使A试管CO2的固定速率比B试管快。
考点二　光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用
1.把握与细胞呼吸影响因素相关的“四类”曲线
图4-5
(1)甲图:温度通过影响与细胞呼吸有关的　酶的活性　来影响呼吸速率。
(2)乙图(酵母菌群体、大多数植物等):
①O2浓度=0时,只进行　无氧呼吸　。
②0③O2浓度≥10%时,只进行　有氧呼吸　。
④O2浓度=5%时,有机物消耗　最少　。
(3)丙图:自由水含量较高时呼吸作用旺盛。
(4)丁图:CO2是细胞呼吸的产物,对细胞呼吸具有　抑制　作用。
2.把握与光合作用影响因素相关的3类曲线
影响因素 原理 图像 图像解读
光照强度 　影响　光反应　阶段ATP、[H]的产生 　P点的限制因素: 　①外因:　温度、CO2浓度　等 　②内因:色素含量、酶的数量和活性、C5的含量
CO2浓度 　影响　暗反应　阶段C3的生成 　P点的限制因素: 　①外因:　温度、光照强度　等 　②内因:酶的数量和活性、色素含量、C5的含量
温度 　通过影响　酶的活性　来影响光合作用 　P点对应的温度为进行光合作用的　最适温度　
3.光合作用曲线中特殊点含义及移动情况分析
图4-6
(1)A点:只进行细胞呼吸。AB段:光合速率　小于　呼吸速率。B点以后:　光合速率大于呼吸速率　。
(2)B点:　光合速率等于呼吸速率　,B点的光照强度称为光补偿点;C点的光照强度称为光饱和点。
(3)增加CO2浓度,B点　左移　,C点　右移　,D点向右上方移动。
(4)若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向　右　移,通过增加光照强度来提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率。若适当减少CO2浓度,则补偿点B应相应地向　右　移,饱和点C应相应地向　左　移。
4.图示法理解光合速率与呼吸速率的关系
图4-7
(1)各种速率的表示方法及相互关系
①呼吸速率:有机物或O2消耗量、CO2产生量。
②净光合速率:有机物积累量、O2释放量、CO2吸收量。
③总(真正)光合速率:有机物或O2产生量、CO2消耗量。
④总(真正)光合速率:净光合速率+呼吸速率。
(2)净光合速率和总(真)光合速率的判定方法
①若为坐标曲线形式,当光照强度为0时,CO2吸收值为0,则该曲线表示总(真)光合速率,若CO2吸收值为负值,则该曲线表示净光合速率。
②若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值,则为净光合速率。
③有机物积累量表示净光合速率,制造量表示总(真正)光合速率。
(3)光合速率与植物生长的判断
①当净光合速率>0时,植物因积累有机物而生长。
②当净光合速率=0时,植物不能生长。
③当净光合速率<0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。
考法一　考查影响光合速率与呼吸速率的因素
1.图4-8表示苹果果实在一段时间内,随着环境中O2浓度的提高,其O2吸收量和CO2释放量的曲线,结合此图分析下列说法错误的是 (　C　)
图4-8
A.O2浓度达到b以后,果实基本上靠有氧呼吸提供能量
B.只根据放出的气体使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,无法确定苹果果实的呼吸方式
C.O2浓度为a时,若cd=ca,则无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖量相等
D.O2浓度为a时,若da与ca的比值为x,当1[解析] 氧气浓度达到b以后,氧气吸收量与二氧化碳释放量相等,果实基本上靠有氧呼吸提供能量,A正确;用溴麝香草酚蓝水溶液检测CO2时,溶液颜色由蓝变绿再变黄,而有氧呼吸和无氧呼吸都可能产生CO2,所以根据放出的气体使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄,仍无法确定苹果果实的呼吸方式,B正确;氧气浓度为a时,若cd=ca,有氧呼吸产生的二氧化碳量与无氧呼吸产生的二氧化碳量相等,根据方程式推算,无氧呼吸消耗的葡萄糖量与有氧呼吸消耗的葡萄糖量的比例为3∶1,C错误;当da与ca的比值为1时,只进行有氧呼吸;当da与ca的比值为4/3 时,无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖相等,则当12.某研究小组研究光照强度、pH、NaHCO3对金鱼藻净光合速率的影响,研究结果如图4-9所示(图中净光合速率是指总光合速率与呼吸速率之差,以每克鲜重每小时释放O2的微摩尔数表示)。
图4-9
据图分析下列说法错误的是 (　D　)
A.本实验中的自变量是光照强度、pH、NaHCO3浓度
B.pH对净光合速率的影响主要是通过对酶活性的影响实现的
C.光照强度达到饱和点时,金鱼藻的真正光合作用速率为33 μmol·g-1·h-1
D.NaHCO3浓度主要影响光合作用光反应
[解析] 横坐标代表的因素为自变量,本实验中的自变量是光照强度、pH、NaHCO3浓度,A正确;pH对净光合速率的影响主要是通过对酶活性的影响实现的,B正确;光照强度为0时,金鱼藻只进行呼吸作用,根据第一个坐标曲线图可知,呼吸速率为8 μmol·g-1·h-1,根据第二个坐标曲线图可知,光照强度达到饱和点时,金鱼藻的净光合作用速率为25 μmol·g-1·h-1,总光合速率等于呼吸速率与净光合速率之和,为33 μmol·g-1·h-1,C正确;NaHCO3为光合作用提供CO2,主要影响光合作用暗反应,D错误。
考法二　考查光(或CO2)补偿点、饱和点及其移动
3.[2021·广东卷] 与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(如图a),造成叶绿体相对受光面积的不同(如图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是 (　D　)
图4-10
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
[解析] 由图可知,与WT相比,t1的叶绿体主要分布在叶肉细胞的照光部位,t2的叶绿体主要分布在叶肉细胞的非光照直射部位,从而导致t1中叶绿体相对受光面积较大,t2中叶绿体相对受光面积较小。根据以上分析推断,t2比t1具有更高的光饱和点,A项正确;根据图a可知与t2相比,t1在更弱的光下,其光合作用吸收的CO2量与呼吸释放的CO2量就可以相等,即其光补偿点会更低,B项正确;通过题干信息可知,三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,由此推测,三者光合速率的高低与叶绿素含量无关,C项正确;三者光合速率的差异在一定范围内会随光照强度的增大而增加,D项错误。
4.红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图4-11为两种植物在温度、水分均适宜的条件下,光合速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图,下列叙述正确的是 (　D　)
图4-11
A.光照强度为a时,每日光照12小时,一昼夜后人参干重不变,红松干重减少
B.光照强度在b点之后,限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C.光照强度为c时,红松和人参的净光合速率相等
D.若适当增加土壤中无机盐镁的含量,可能在一段时间后B植物的a点左移
[解析] 光照强度为a时,对于人参(曲线B)而言,光合速率与呼吸速率的比值(P/R)为1,白天12小时没有积累有机物,晚上进行呼吸作用消耗有机物,一昼夜干重减少,A错误;光照强度在b点之后,限制红松(对应曲线A)P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度,在d点之后,限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2浓度,B错误;光强为c时,二者的P/R值相同,但呼吸速率不一定相同,故净光合速率不一定相同,C错误;对于人参(曲线B)而言,a点光合速率与呼吸速率的比值(P/R)为1,对应的光照强度为光补偿点;若适当增加土壤中无机盐镁的含量,可能B植物合成的叶绿素增多,达到光补偿点需要的光照强度变小,故一段时间后B植物的a点左移,D正确。
考法三　总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系
5.研究人员将猕猴桃的绿色果肉薄片与一定浓度的NaHCO3溶液混合置于密闭反应室,提供一定的光照,水浴加热保持恒温,测定反应室中O2浓度,结果如图4-12所示。下列相关叙述错误的是 (　B　)
图4-12
A.光照强度和温度均会影响反应室中O2浓度的变化
B.若提高NaHCO3溶液浓度,果肉放氧速率增大
C.15~20 min时光合作用强度与呼吸作用强度相等
D.若在20 min后停止光照,则20~25 min曲线的斜率为负值
[解析] 光照强度和温度均会影响光合速率,而氧气浓度的变化可表示光合速率的变化,因此,光照强度和温度均会影响反应室中O2浓度的变化,A正确;NaHCO3分解产生的CO2,能作为光合作用的原料,但提高NaHCO3溶液浓度,即增加了二氧化碳的浓度,未必会使果肉放氧速率增大,当NaHCO3溶液浓度过高时,细胞可能会失水死亡,B错误;15~20 min O2浓度不变,原因是光合产氧量与呼吸耗氧量相等,即光合作用产生的氧气正好满足细胞呼吸对氧气的消耗,C正确;若在20 min后停止光照,光合作用产生氧气速率减慢直到停止,而呼吸速率消耗氧气速率不受影响,因此氧气不断减少,曲线斜率为负值,D正确。
6.图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为A、B、C、D时,单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是 (　B　)
图4-13
A.图甲中,光照强度为B时,光合速率等于呼吸速率
B.图甲中,光照强度为D时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C.图乙中,当光照强度为X时,细胞中产生ATP的细胞器有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中,限制G点光合速率的因素主要是光照强度
[解析] 图甲中,光照强度为B时,CO2释放量大于0,说明光合速率小于呼吸速率,A错误;光照强度为D时,O2产生总量为8个单位,则光合作用总吸收二氧化碳为8个单位,呼吸作用释放6个单位的CO2,因而单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2,B正确;图乙所示生物为蓝藻,蓝藻不含线粒体和叶绿体,C错误;图乙中,G点时光合速率达到最大值,此时限制光合速率的因素不再是光照强度,可能是温度或二氧化碳浓度,D错误。
考法四　自然环境和密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化
7.加那利海枣是一种棕榈科植物,如图4-14为某研究小组在夏季水分充足的晴朗天气下测得的加那利海枣24小时内光合速率的变化情况,下列有关曲线的描述错误的是 (　C　)
图4-14
A.曲线a表示总光合速率,曲线b表示净光合速率
B.14:00以后曲线a、b均下降的原因是光照强度减弱
C.10:00~12:00该植物的呼吸速率降低
D.大约18:00时有机物积累量最大
[解析] 分析坐标曲线可知,曲线a表示二氧化碳的消耗量,此指标可以代表总光合作用强度,曲线b表示的是CO2吸收量,即代表的是净光合作用强度,A正确;14:00以后a、b均下降的原因是随着时间推移,光照强度减弱导致光反应减弱,进而影响暗反应中二氧化碳的利用,B正确;10:00~12:00图中曲线b吸收CO2量下降,是中午气孔关闭,CO2无法进入细胞造成的,但是二氧化碳的消耗量增加,所以植物的呼吸速率没有降低,C错误;识图分析可知,到大约18:00时CO2吸收量为0,即光合速率等于呼吸速率,以后光合速率小于呼吸速率,故大约18:00时有机物积累量最大,D正确。
8.如图4-15中甲、乙、丙、丁表示环境因素对植物光合作用的影响示意图,对图中曲线描述正确的是 (　B　)
图4-15
A.若植物长期处于图甲所示环境中,则该植物能正常生长
B.从图乙中可看出,在25 ℃左右时该植物生长最快
C.图丙中曲线ab段形成是由于光照强度降低所致
D.图丁中b点时,甲、乙两植物的总光合速率相等
[解析] 从图甲看出,经过一昼夜后,玻璃罩内CO2浓度升高,若植物长期处在图甲的环境中,无法生长,A错误;从图乙看出,25 ℃左右植物的净光合速率(总光合速率-呼吸速率)最大,所以生长最快,B正确;图丙中ab段是由于外界温度过高,植物关闭气孔,导致吸收的CO2减少所致,C错误;图中b点植物甲和乙的净光合速率相等,但由于不知道二者的呼吸速率大小,所以两者总光合速率不一定相等,D错误。
【题后归纳】 1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
图4-16
(1)a点:夜温降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。
(2)开始进行光合作用的点:b;结束光合作用的点:m。
(3)光合速率与呼吸速率相等的点:c、h;有机物积累量最大的点:h。
(4)de段下降的原因是气孔关闭,CO2吸收减少;fh段下降的原因是光照减弱。
2.密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化
图4-17
(1)光合速率等于呼吸速率的点:C、E。
(2)图甲中N点低于虚线,该植物一昼夜表现为生长,其原因是N点低于M点,说明一昼夜密闭容器中CO2含量减少,即总光合量大于总呼吸量,该植物生长。
(3)图乙中N点低于虚线,该植物一昼夜不能生长,其原因是N点低于M点,说明一昼夜密闭容器中O2含量减少,即总光合量小于总呼吸量,植物不能生长。
考点三　光合作用与细胞呼吸实验探究及结果分析
1.光合作用与细胞呼吸相关实验设计的方法总结
(1)叶圆片浮起法验证光合速率:在适宜浓度的CO2溶液中,不同光照强度下,统计单位时间内叶圆片浮起的数目。
(2)自变量的控制手段,如光照强度的大小可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡,但与植物的距离不同)进行控制,不同温度可用不同恒温装置控制,若要确认CO2是光合作用的原料,应以CO2有无(如添加CO2缓冲液,还是添加NaOH设置对照实验)为自变量,若要确认CO2浓度对光合速率的影响,则应以不同浓度的CO2缓冲液为自变量。
2.利用液滴移动测定光合速率
(1)实验装置
图4-18
(2)测定原理
①在黑暗条件下,甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率。
②在光照条件下,乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于CO2缓冲液保证了容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
3.“黑白瓶”法
“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题,其中“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量,可分为有初始值与没有初始值两种情况,规律如下:
规律①:有初始值的情况下,黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。
规律②:没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差为总光合作用量。
4.厘清光合作用与呼吸作用实验设计中实验条件的控制方法
(1)增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
(2)减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖。
(3)除去容器中的二氧化碳——氢氧化钠溶液。
(4)保持容器中二氧化碳浓度不变——CO2缓冲液。
(5)除去叶片中原有的淀粉——置于黑暗环境中一段时间。
(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
(7)消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。
(8)探究酵母菌的呼吸方式,检测产生的CO2情况——用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。
(9)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。
(10)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
考法一　考查有关光合作用和呼吸作用的实验分析
1.当呼吸底物不是糖时,有氧呼吸消耗的O2和产生的CO2的量并不相等。利用如图4-19所示装置两套,设为甲、乙,测定单位质量小麦种子呼吸时CO2释放量与O2消耗量的比值,下列构思可以达到实验目的的是 (　C　)
图4-19
A.甲装置烧杯中盛放清水,在光照下测定O2释放量,乙装置在黑暗下测定CO2释放量
B.甲装置烧杯中盛放清水,测定CO2释放量,乙装置换成CO2吸收剂,测定O2消耗量
C.甲装置烧杯中盛放清水,测定气体体积变化量,乙装置换成CO2吸收剂,测定O2消耗量
D.甲装置烧杯中盛放CO2缓冲剂(可吸收和放出CO2),测定氧气消耗量,乙装置放死亡种子作对照
[解析] 种子的呼吸作用不会有氧气的释放,A错误;甲装置烧杯中盛放清水,测定的是CO2释放量和O2消耗量的差值,B错误;甲装置烧杯中盛放清水,测定气体体积变化量,即CO2释放量和O2消耗量的差值;乙装置换成CO2吸收剂,测定的是O2消耗量,结合甲装置测定的结果可以计算出小麦种子呼吸时CO2释放量与O2消耗量的比值,故C正确;由于种子只进行呼吸作用,因此甲装置烧杯中只能用NaOH作吸收剂来吸收二氧化碳,再测定气体体积变化量,则该变化量为有氧呼吸氧气的消耗量,乙装置为死亡的种子,不进行呼吸作用,无法测出呼吸作用释放的二氧化碳的量,D错误。
2.卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照,研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料,提出了一些推论,下列推论不合理的是 (　A　)
资料 推论
　(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒,发现90%的放射性物质是一种C3 ①
　(2)经过5 s光照后,检测到含有放射性的葡萄糖 ②
　(3)在适宜光照和CO2充足的条件下,C3和C5的含量很快达到稳定状态,含有放射性的糖类不断增加 ③
　(4)当停止光照时,C3明显增加,C5明显下降 ④
A.推论①:C3是CO2被还原得到的第一个产物
B.推论②:C3进一步反应会生成葡萄糖
C.推论③:C3是暗反应的中间产物,糖类是终产物
D.推论④:C3转化为C5需要依赖光反应的产物
[解析] 根据光照时间缩短至几分之一秒后的结果可知,C3是CO2被固定得到的第一个产物,A错误;结合(1)(2)可知,推论②应该是C3进一步反应生成葡萄糖,B正确;根据C3和C5的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知,推论③应该是C3是暗反应的种间产物,糖类是终产物,C正确;根据光照停止时,C3明显增加,C5明显下降可知,光照与C3和C5的转化有关,推论④应该是C3转化为C5需要依赖光反应的产物,D正确。
考法二　考查光合速率和呼吸速率的测定方法
3.如图4-20表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置,氧气传感器可监测O2 量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是 (　C　)
图4-20
A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2
B.单色光照射时,相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多
C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻总光合作用产生的O2量
D.拆去滤光片,改变光照强度,并将所得数据绘制成曲 线可推知其光饱和点
[解析] 加入NaHCO3溶液是为了给光合作用提供CO2,A正确;色素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光吸收最少,因此单色光照射时,相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多,B正确;氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻净光合作用产生的O2量,即总光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值,C错误;拆去滤光片,改变光照强度,并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点,D正确。
4.[2019·全国卷Ⅱ,节选] 通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内　生产者净光合作用的放氧量　;C与B的差值表示这段时间内　生产者光合作用的总放氧量　;A与B的差值表示这段时间内　生产者呼吸作用的耗氧量　。
[解析] 在实验中,测得的数值A是水体中的含氧量,以此为对照。甲瓶不透光,一定时间后瓶内氧气的含量因细胞呼吸的消耗而下降,乙瓶在有光的条件下,其内浮游植物可进行光合作用,一定时间后,乙瓶中的氧气含量增加。若甲、乙瓶中只有生产者且呼吸作用相同,C与A的差值表示在光下进行一定时间的光合作用后,净积累的氧气的量,即生产者净光合作用的放氧量;C与B的差值表示生产者通过光合作用产生的氧气的总量;A与B的差值表示生产者呼吸作用消耗的氧气的量。
1.[2021·全国甲卷] 某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验,不可能得到的结果是 (　B　)
A.该菌在有氧条件下能够繁殖
B.该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C.该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D.该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
[解析] 酵母菌是兼性厌氧菌,可以在有氧条件下进行有氧呼吸消耗葡萄糖产生水和CO2并繁殖子代,在无氧条件下进行无氧呼吸消耗葡萄糖产生乙醇和CO2,故A、C、D正确。有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同,在细胞质基质中进行,在酶的作用下将葡萄糖分解形成丙酮酸、[H]并产生少量ATP,B错误。
2.[2021·湖南卷] 绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是 (　A　)
A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
[解析] 弱光条件下,当植物的光合速率小于呼吸速率或光合速率等于呼吸速率时,均表现为没有氧气的释放,但此时植物进行光合作用,A错误;暗反应阶段,CO2先与C5在酶的催化下固定形成C3,而后C3被还原,B正确;禾谷类作物开花期的花穗是光合产物的储藏器官,叶片光合作用产生的有机物主要运输到花穗储藏,若开花期剪掉部分花穗,叶片中的光合产物会积累,从而降低光合速率,C正确;合理密植有利于农作物吸收更多的光能,提高光能利用率,增施有机肥,能够增加土壤微生物的活动,增加土壤通气性,有利于根细胞的有氧呼吸,从而充分吸收土壤中的矿质元素,同时增加CO2的浓度,二者均能提高农作物的光合作用强度,D正确。
3.[2021·广东卷] 秸秆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料。生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液(含5%葡萄糖)培养酵母菌并探究其细胞呼吸(图4-21)。下列叙述正确的是 (　D　)
图4-21
A.培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B.乙瓶的溶液由蓝色变成红色,表明酵母菌已产生了CO2
C.用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D.实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
[解析] 培养开始时,装置中并没有乙醇产生,向甲瓶加入重铬酸钾无法检测到乙醇,应在一段时间后取甲瓶中液体与酸性重铬酸钾溶液混合来检测是否产生乙醇,A项错误;通入CO2,溴麝香草酚蓝水溶液会从蓝色变成绿色再变成黄色,B项错误;使用健那绿染液能检测酵母菌中线粒体的分布,C项错误;由于装置中的自制纤维素水解液的量是固定的,所以装置中乙醇的最大产量不会发生变化,D项正确。
4.[2020·全国卷Ⅰ] 种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖,下列关于种子呼吸作用的叙述,错误的是 (　D　)
A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸
B.若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放
D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
[解析] 当种子呼吸作用的底物是葡萄糖且只进行无氧呼吸时,生成的CO2和乙醇的分子数相等,A正确;只进行有氧呼吸时,吸收O2的分子数和释放CO2的分子数相等,B正确;只进行无氧呼吸且产物是乳酸时,无O2吸收,也无CO2释放,C正确;若同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,则吸收O2的分子数可能小于或等于释放的CO2的分子数,D错误。
5.[2021·全国乙卷] 生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有　细胞质基质、线粒体、叶绿体　。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和　细胞呼吸　释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式, 这种方式既能防止　白天蒸腾作用过强失水过多　,又能保证　白天光合作用　正常进行。
(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
[答案] 实验思路:选取生理状况相同的植物甲若干,均分为两组,编号为A、B,A组种植在干旱条件下,B组种植在水分充足的条件下,分别在白天和夜晚检测A、B两组叶肉细胞研磨液的pH,比较各组pH平均值。预期结果:A组叶肉细胞白天的pH大于夜晚,且B组叶肉细胞的白天pH与夜晚大致相等且大于A组夜晚的平均pH。
[解析] (1)白天叶肉细胞既进行呼吸作用又进行光合作用,其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。根据题干信息可知,生活在干旱地区的一些植物,晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。所以光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止白天因气孔开放导致蒸腾作用过强,水分散失过多,又能保证白天光合作用正常进行。(3)该实验的自变量是影响气孔开闭的因素:是否干旱。因变量是该植物细胞液pH,无关变量有植株生理状态等,为保证实验结果的准确性,应取平均值。实验思路:选取生理状况相同的植物甲若干,均分为两组,编号为A、B,A组种植在干旱条件下,B组种植在水分充足的条件下,分别在白天和夜晚检测A、B两组叶肉细胞研磨液的pH,比较各组pH平均值。预期结果:A组叶肉细胞白天的pH大于夜晚,且B组叶肉细胞的白天pH与夜晚大致相等且大于A组夜晚的平均pH。
1.生长在低寒地带的沼泽植物臭菘,其花序在成熟时温度可达30 ℃。臭菘花序细胞耗氧速率是其他细胞的100倍以上,但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其他细胞的40%。下列相关推断不合理的是 (　B　)
A.臭菘花序细胞主要通过有氧呼吸生成ATP
B.臭菘花序细胞呼吸作用产生的热量很少
C.臭菘花序细胞中含有更多数量的线粒体
D.臭菘花序细胞的呼吸作用特点有利于花序的发育
[解析] 据题干信息“臭菘花序细胞耗氧速率是其他细胞的100倍以上”,可知其细胞呼吸方式为有氧呼吸,A正确;据题干信息“但单位质量葡萄糖生成ATP的量却只有其他细胞的40%”,说明细胞呼吸产生的能量中以热能形式散失的能量更多,B错误;据题干“臭菘花序细胞耗氧速率是其他细胞的100倍以上”,则在结构上,其细胞中含有更多数量的线粒体,C正确;臭菘花序细胞的呼吸作用特点有利于花序发育,D正确。
2.某实验中,二氧化碳浓度倍增时,光合作用速率并未倍增。该实验中限制光合作用速率增加的因素一定不包括 (　C　)
A.光反应太弱,NADPH和ATP的供应受到限制
B.叶绿体基质中固定二氧化碳的酶活性太低
C.叶绿体中固定二氧化碳的C3再生速率不足
D.有机物在叶绿体中积累过多,限制暗反应
[解析] 二氧化碳浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,可能是二氧化碳已经达到饱和点,此时可能由于光反应太弱,NADPH和ATP的供应受到限制,使得光合速率不能进一步增加,A不符合题意;二氧化碳浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,可能是叶绿体基质中固定二氧化碳的酶活性太低,导致光合速率受到限制,B不符合题意;暗反应过程中,二氧化碳的固定是指二氧化碳与C5结合生成C3的过程,因此二氧化碳浓度倍增时,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符合题意;二氧化碳浓度倍增时,光合作用速率并未倍增,可能是由于有机物在叶绿体中积累过多,限制暗反应的进行,因此光合速率受到限制,D不符合题意。
3.研究人员测定了低温胁迫条件下,不同处理对黄瓜幼苗光合作用的影响,结果如图。据此分析,下列相关推断错误的是(　D　)
A.低温胁迫会减弱黄瓜幼苗的光合作用能力
B.硫化氢可提高黄瓜幼苗光合速率
C.黄瓜幼苗自身可能产生硫化氢
D.硫化氢通过促进暗反应影响光合作用
[解析] 实验结果表明,低温胁迫下黄瓜幼苗光合速率下降,说明低温胁迫减弱了黄瓜幼苗的光合作用能力,A正确;实验结果说明:与对照组相比,施加硫化氢可提高黄瓜幼苗的光合速率,B正确;实验结果说明:在不施加硫化氢释放剂的情况下,如果施加硫化氢清除剂,黄瓜幼苗的光合速率比对照组还低,说明黄瓜幼苗自身可能产生硫化氢,C正确;该实验不能说明硫化氢通过促进暗反应影响光合作用,D错误。
4.自工业革命以来,全球环境中的O3浓度增加了一倍多。科学家研究了增加O3对玉米光合作用的影响,结果如下表所示。
净光合速率 /(μmol·m-2·s-1) 气孔导度/ (mol·m-2·s-1) 叶绿素含量 /(g·m-2) 胞间CO2浓度 /(μmol·mol-1) 百粒 重/g 每穗籽粒 数量
未添加O3组 28 0.14 0.5 1.0 30.3 391
添加O3组 22 0.1 0.52 1.3 27.3 417
下列说法不正确的是 (　B　)
A.O3可能通过影响玉米光合作用的暗反应,使玉米产量下降
B.气孔导度主要通过影响细胞水分含量来影响光合作用的强度
C.环境CO2浓度、气孔导度会影响CO2的供应而影响光合作用
D.O3导致的玉米减产主要通过减少籽粒重量,而不是籽粒的数量
[解析] 添加O3组气孔导度和百粒重量小于未添加O3组,胞间二氧化碳浓度大于未添加O3组,而光合作用的暗反应消耗二氧化碳生成有机物,所以O3可能通过影响暗反应而影响光合作用,A正确;气孔导度主要通过影响细胞内二氧化碳含量来影响光合作用的强度,B错误;环境中CO2浓度、气孔导度都会影响细胞内CO2的供应量,从而影响光合作用,C正确;添加O3组的百粒重小于未添加O3组,而每穗籽粒数量大于未添加O3组,所以O3是通过减少籽粒重量导致玉米减产的,D正确。
5.芥菜是在我国各地广泛种植的一种蔬菜,大多为绿叶,少数为紫叶。下表和图是对紫叶芥菜(PL)和绿叶芥菜(GL)植株中的花青素、叶绿素含量及光合作用特性的相关研究结果。回答下列问题:
紫叶单株和绿叶单株的花青素、叶绿素含量
单株类型 花青素/(mg·kg-1) 总叶绿素/(mg·g-1)
PL 165.40 1.17
GL 24.20 1.13
(1)由图可以看出,光照强度为P时,对绿叶芥菜(GL)苗所有能进行光合作用的细胞来说,叶绿体消耗的CO2量　大于　(填“大于”“等于”或“小于”)细胞呼吸产生的CO2量。光照强度大于M时,两种芥菜中对光能的利用率较高的是　绿叶芥菜(GL)　。
(2)据图分析,两种芥菜单独种植时,如果种植密度过大,净光合速率下降幅度较大的是　绿叶芥菜(GL)　,判断的依据是　种植密度过大时, 植株接受的光照强度减弱,在低光照强度下绿叶芥菜(GL)的净光合速率下降幅度大于紫叶芥菜(PL)　。
[解析] (1)图中光照强度为P时,植物的光合速率=呼吸速率,由于植物中存在部分只进行细胞呼吸但不进行光合作用的细胞,所以对绿叶芥菜(GL)苗所有能进行光合作用的细胞来说,叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量。由图可看出,当光照强度大于M时,GL的净光合速率大于PL,所以两种芥菜中对光能的利用率较高的是绿叶芥菜(GL)。(2)据图分析,在低光照强度下绿叶芥菜(GL)的净光合速率下降幅度大于紫叶芥菜(PL),故两种芥菜单独种植时,如果种植密度过大,净光合速率下降幅度较大的是绿叶芥菜(GL)。

展开更多......

收起↑