高考生物大二轮专题复习与增分策略专题4细胞呼吸与光合作用

高考生物大二轮专题复习与增分策略专题4细胞呼吸与光合作用

专题 4 细胞呼吸与光合作用 [重温考纲要求] 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.细 胞呼吸(Ⅱ)。 1.有关细胞呼吸的正误判断 (1)高等生物都进行有氧呼吸，低等生物都进行无氧呼吸( × ) (2)有氧呼吸的三个阶段都有 ATP 产生，但第三阶段产生的 ATP 最多( √ ) (3)水是有氧呼吸的产物，也是有氧呼吸的反应物( √ ) (4)各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体( × ) (5)细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸( √ ) (6)人体剧烈运动时，CO2/O2>1，即 CO2 既可在线粒体又可在细胞质基质中产生( × ) (7)及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害( √ ) (8)无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜( × ) 2.有关光合作用的正误判断 (1)叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收红光和蓝紫光( √ ) (2)用纸层析法提取菠菜绿叶中的色素( × ) (3)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢( × ) (4)真核生物中，光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，暗反应是在叶绿体基质中进行的 ( √ ) (5)光反应为暗反应提供[H]和 H2O( × ) (6)离体的叶绿体基质中添加 ATP、[H]和 CO2 后，可完成暗反应( √ ) (7)适宜条件下光合作用过程中 C5/C3 的比值，停止供应 CO2 后比停止前高( √ ) (8)降低光照将直接影响到光反应的进行，从而影响暗反应；改变 CO2 浓度则直接影响暗反应 的进行( √ ) 3.有关光合作用与细胞呼吸综合应用的正误判断 (1)CO2 的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6 分解成 CO2 的过程发生在线粒体中( × ) (2)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成热能和 ATP( × ) (3)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量( √ ) (4)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长( √ ) (5)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间 的延长，玻璃容器内 CO2 浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定( √ ) 一、“生命不息”的细胞呼吸 1.(2013·新课标全国Ⅱ，3)下列与微生物呼吸有关的叙述，错误的是( ) A.肺炎双球菌无线粒体，但能进行有氧呼吸 B.与细菌呼吸有关的酶由拟核中的基因编码 C.破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中 D.有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用产物不同 答案 C 解析 破伤风芽孢杆菌的代谢类型是异养厌氧型，在有氧的环境中，破伤风芽孢杆菌的代谢 要受到抑制，C 错。 2.(2012·新课标全国，29)将玉米种子置于 25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天定 时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平均 干重，结果如下图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，据图回答下列问题。 (1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成__________，再通过__________作用为种子萌发提 供能量。 (2)萌发过程中在__________小时之间种子的呼吸速率最大，在该时间段内每粒种子呼吸消耗 的平均干重为__________mg。 (3) 萌 发 过 程 中 胚 乳 的 部 分 营 养 物 质 转 化 成 幼 苗 的 组 成 物 质 ， 其 最 大 转 化 速 率 为 _______mg·粒－1·d－1。 (4)若保持实验条件不变，120 小时后萌发种子的干重变化趋势是______，原因是_______。 答案 (1)葡萄糖 呼吸(或生物氧化) (2)72～96 26.5 (3)22 (4)持续下降 幼苗呼吸 作用消耗有机物，且不能进行光合作用 解析 解答本题的突破点：①正确分析坐标曲线的生物学含义：随着时间的延续，胚乳干重 逐渐减少，种子的干重也逐渐减少。②两条曲线变化趋势不一致的原因：第(3)小问提到的“胚 乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质”。(1)淀粉被水解成葡萄糖后才能被细胞通过呼吸 作用利用，为种子萌发提供能量。(2)因为胚乳减少的干重中有一部分转化成幼苗的组成物质， 所以衡量种子的呼吸速率应以种子的干重减少量为指标。由图示曲线可以看出，在 72～96 h 之间，单位时间内种子的干重减少量最大，该时间段(24 h)内每粒种子呼吸消耗的平均干重 为 204.2－177.7＝26.5(mg)。(3)转化速率＝(胚乳的减少量－种子的干重减少量)/单位时 间。在 72～96 h 内，转化速率为(161.7－118.1)－(204.2－177.7)＝17.1(mg·粒－1·d－1)， 96～120 h 内，转化速率为(118.1－91.1)－(177.7－172.7)＝22(mg·粒－1·d－1)，因此最大 转化速率为 22 mg·粒－1·d－1。(4)黑暗条件下，萌发种子只能进行细胞呼吸而不能进行光合 作用，因而种子干重持续下降。 悟规律 细胞呼吸一般借助图、表、线等形式考查，常与光合作用联系在一起，常 以实验分析为主，题型以非选择题为主。 1.判断细胞呼吸类型的五大方法(以葡萄糖为底物) (1)产生 CO2 量＝消耗 O2 量→有氧呼吸。 (2)不消耗 O2，产生 CO2→无氧呼吸(酒精发酵)。 (3)释放 CO2 量>吸收 O2 量→同时进行有氧呼吸和无氧呼吸(酒精发酵)。 (4)不吸收 O2，不释放 CO2→乳酸发酵或细胞已经死亡。 (5)有水生成一定是有氧呼吸，有二氧化碳生成一定不是乳酸发酵。 2.把握影响细胞呼吸的“四类”曲线 (1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。 (2)乙图：①O2 浓度＝0 时，只进行无氧呼吸。 ②0B>C， 因此，在单位时间内与氧结合的[H]最多的是 A 点。(2)分析题图可知，淹水时 KNO3 对甜樱桃 根有氧呼吸速率降低有减缓作用；其中 30 mmol·L－1 的 KNO3 溶液处理的曲线处于其他曲线之 上，所以该浓度的 KNO3 溶液作用效果最好。(3)根系缺氧会导致根细胞进行无氧呼吸，而根 细胞无氧呼吸能产生 CO2，所以实验过程中不能改用 CO2 作为检测有氧呼吸速率的指标。 题型三 细胞呼吸方式的探究与呼吸速率的测定 6.下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( ) A.煮沸葡萄糖溶液是为了灭菌和去除溶液中的 O2 B.实验过程中，泵入的空气应去除 CO2 C.实验中的无关变量有温度、pH、培养液浓度等 D.通过观察澄清石灰水是否变混浊来判断酵母菌的呼吸方式 答案 D 解析 酵母菌既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸，不管是哪种呼吸方式都会产生二氧 化碳，均会使澄清的石灰水变混浊，所以不能通过观察石灰水的变化来判断酵母菌的呼吸方 式，故 D 选项错误，A、B 和 C 选项均是为了排除无关变量对实验结果的干扰。 7.呼吸熵(RQ＝释放二氧化碳体积/消耗的氧气体积)表示生物用于有氧呼吸的能源物质的不 同。测定发芽种子呼吸熵的装置如图。关闭活塞，在 25 ℃下经 20 分钟读出刻度管中着色液 滴移动距离。设装置 1 和装置 2 的着色液滴分别向左移动 x mm 和 y mm。下列说法错误的是 ( ) A.若测得 x＝180 mm，y＝50 mm，则该发芽种子的呼吸熵是 0.72(保留两位小数) B.若发芽种子仅进行有氧呼吸，且呼吸熵小于 1，则分解的有机物可能为脂肪 C.为使测得的 x 和 y 值更精确，还应再设置对照装置 D.若呼吸底物是葡萄糖，且测得 x＝300 mm，y＝－100 mm(向右移动了 100 mm)，则可推断有 氧呼吸消耗的葡萄糖与无氧呼吸消耗的葡萄糖的摩尔比值是 1∶2 答案 D 解析 若测得 x＝180 mm，y＝50 mm，则细胞呼吸产生的二氧化碳是 180－50＝130 (mm)，呼 吸熵是 130÷180≈0.72，A 正确；由于脂肪中的碳氢比例高，若发芽种子仅进行有氧呼吸， 且呼吸熵小于 1，则分解的有机物可能为脂肪，B 正确；为使测得的 x 和 y 值更精确，还应再 设置对照装置，排除无关因素对实验结果的影响，C 正确；若呼吸底物为葡萄糖，且测得 x ＝300 mm，y＝－100 mm，说明消耗氧气 300，总共产生二氧化碳 400，其中有氧呼吸消耗氧 气 300，产生二氧化碳 300，消耗葡萄糖 50，无氧呼吸产二氧化碳 400－300＝100，消耗葡萄 糖 50，因此有氧呼吸消耗葡萄糖与无氧呼吸消耗葡萄糖的摩尔比值是 1∶1，D 错误。 8.科研人员探究了不同温度(25 ℃和 0.5 ℃)条件下密闭容器内蓝莓果实的 CO2 生成速率的变 化，结果见图 1 和图 2。 (1)由图可知，与 25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的 CO2 生成速率较低，主要原因是__________； 随着果实储存时间的增加，密闭容器内的_____________________浓度越来越高，抑制了果实 的细胞呼吸。该实验还可以通过检测______________________浓度的变化来计算呼吸速率。 (2)某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案： ①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。 ②将甲、乙瓶分别置于 25 ℃和 0.5 ℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的 CO2 浓度。 ③记录实验数据并计算 CO2 生成速率。 为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。 a.________________________________________________________________________； b.________________________________________________________________________。 答案 (1)低温降低了细胞呼吸相关酶的活性 CO2 O2 (2)a.选取的果实成熟度应一致 b. 每个温度条件下至少有 3 个平行重复实验 解析 (1)由图可知，与 25 ℃相比，0.5 ℃条件下的 CO2 生成速率较低，主要原因是温度较 低，导致酶的活性较低，呼吸速率较慢，所以其主要原因是：低温降低了细胞呼吸相关酶的 活性；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的 CO2 浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸， 该实验还可以通过检测 O2 浓度变化来计算呼吸速率。(2)根据单一变量原则，要控制唯一变 量而排除其他无关变量的干扰，从而验证唯一变量的作用，所以，选取的果实成熟度应一致； 根据可重复性原则，同一处理在实验中出现的次数称为重复。重复的作用有二：一是降低实 验误差，扩大实验的代表性；二是估计实验误差的大小，判断实验可靠程度，所以，每个温 度条件下至少有 3 个平行重复实验。 技法提炼 1.酵母菌呼吸方式探究题解法 对于判断酵母菌呼吸方式的实验分析题，若遇到装置图，应首先分析装置图中各部分的作用， 再结合有氧呼吸和无氧呼吸的反应式进行分析，若呼吸底物是葡萄糖，则有氧呼吸消耗的 O2 量与释放的 CO2 量相等，无氧呼吸不消耗 O2，但释放 CO2。 若遇到实验步骤，则解答的关键是分析变量，自变量是 O2 的有无，可设置通入无菌 O2 和密封 (如用石蜡油铺满液面)对照；因变量是酵母菌呼吸方式，可通过检测 CO2 释放量、酒精的有 无或热量产生的多少来判断，其中 CO2 释放量可通过澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液判断， 酒精的有无可利用酸性重铬酸钾溶液来判断，产生热量的多少可通过温度计测量；无关变量 有温度、pH、培养液量、培养液浓度等。 2.测定组织细胞呼吸速率的装置与原理 (1)装置(如图所示) (2)指标：细胞呼吸速率常用单位时间 CO2 释放量或 O2 吸收量来表示。 (3)原理：组织细胞有氧呼吸吸收 O2，释放 CO2，CO2 被 NaOH 溶液吸收，使容器内气体压强减 小，刻度管内的有色液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示呼吸速率。 (4)误差校正 ①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的 测定。 ②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消 毒处理。 ③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，将所测的生物材料灭活(如 将种子煮熟)，其他条件均不变。 二、“食物源泉”的光合作用 1.(2016·全国Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( ) A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中 B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用 D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的 答案 C 解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A 正确；镁作为细胞中的无 机盐，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B 正确；一般情况 下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C 错误；叶绿素的合 成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜 色显现出来，因而叶片呈黄色，D 正确。 2.(2013·新课标全国Ⅱ，2)关于叶绿素的叙述，错误的是( ) A.叶绿素 a 和叶绿素 b 都含有镁元素 B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用 C.叶绿素 a 和叶绿素 b 在红光区的吸收峰值不同 D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 答案 D 解析 叶绿素的中心元素是镁离子，A 项正确；色素的作用是吸收、传递、转化光能，进行 光合作用，B 项正确；叶绿素 a 比叶绿素 b 在红光区的吸收峰值高，C 项正确；植物主要的吸 收峰在蓝紫光区和红光区，绿光吸收最少，反射多，所以叶片呈现绿色，D 项错误。 3.(2014·新课标全国Ⅰ，2)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩 上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( ) A.O2 的产生停止 B.CO2 的固定加快 C.ATP/ADP 比值下降 D.NADPH/NADP＋比值下降 答案 B 解析 正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光 后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物 O2、ATP 和[H](即 NADPH)停止产生，所以 A、C、D 项所叙述现象会发生；光照停止，暗反应中 C3 还原受影响， C5 减少，CO2 的固定减慢，B 项所叙述现象不会发生。 4.(2016·全国乙，30)为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物 的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他 培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度 (即单位时间、单位叶面积吸收 CO2 的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。 回答下列问题： (1)据图判断，光照强度低于 a 时，影响甲组植物光合作用的限制因子是________。 (2)b 光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高_________(填“CO2 浓度”或“O2 浓度”)。 (3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养 T 时间后，再测定植株叶片 随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步 结论是___________________________________________________________________。 答案 (1)光照强度 (2)CO2 浓度 (3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照 引起的，而非遗传物质的改变造成的 解析 (1)甲组在 a 点条件下，增加光照强度，光合作用强度继续增加，故光合作用的限制因 子是光照强度。(2)甲组在 b 点条件下，光照强度不再是光合作用的限制因子，要增加光合作 用强度，需增加光合作用原料，而 O2 是光合作用产物，CO2 才是光合作用的原料，故应该增加 CO2 浓度。(3)个体的表现型受遗传因素与环境因素共同影响。若乙组的光合作用强度变化受 遗传因素影响，则在甲组的光照条件下，乙组的子代光合作用强度随光照强度变化情况应与 甲组不同，此与题干矛盾，故可排除遗传因素影响，因此乙组光合作用强度的变化应由环境 因素(即低光照)引起，并非遗传物质改变所致。 5.(2016·全国丙，29 节选)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对 A 品种小麦光合 作用的影响，某研究小组将生长状态一致的 A 品种小麦植株分为 5 组，1 组在田间生长作为 对照组，另 4 组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和 CO2 浓度等条件与对照组 相同，于中午 12：30 测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示： 对照组 实验 组一 实验 组二 实验 组三 实验 组四 实验 处理 温度/℃ 36 36 36 31 25 相对湿度/% 17 27 52 52 52 实验 结果 光合速率/ mg CO2·dm－2·h－1 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 回答下列问题： (1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是___________， 其依据是_______________________________________； 并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午 休”的程度。 (2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是 ________________________________________________________________________。 答案 (1)相对湿度 相同温度条件下，相对湿度改变时，光合速率变化较大 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 解析 (1)根据本实验结果可知，相同温度条件下，小麦光合速率随相对湿度的增加而明显加 快，但相对湿度相同时，小麦光合速率随温度的变化不明显，由此可推知中午时对小麦光合 作用速率影响较大的环境因素是相对湿度；并可推测，增加麦田环境的相对湿度可降低小麦 光合作用“午休”的程度。(2)比较实验组二、三、四可知小麦光合速率在 31 ℃时高于另两 组，而第四组的 25 ℃低于 31 ℃，所以在实验组中，若适当提高第四组的环境温度能提高小 麦的光合速率。 6.(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相 同的某种植物为材料设计了 A、B、C、D 四组实验。各组实验的温度、光照强度和 CO2 浓度等 条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为 135 s，处理结束时测定各组材料中光合作 用产物的含量。处理方法和实验结果如下： A 组：先光照后黑暗，时间各为 67.5 s；光合作用产物的相对含量为 50%。 B 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 7.5 s；光合作用产物 的相对含量为 70%。 C 组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为 3.75 ms(毫秒)；光合 作用产物的相对含量为 94%。 D 组(对照组)：光照时间为 135 s；光合作用产物的相对含量为 100%。 回答下列问题： (1)单位光照时间内，C 组植物合成有机物的量_____(填“高于”“等于”或“低于”)D 组植 物合成有机物的量，依据是________________________________________________； C 组和 D 组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是 叶绿体的________。 (2)A、B、C 三组处理相比，随着______________________________________________的增加， 使光下产生的_________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中 CO2 的同化量。 答案 (1)高于 C 组只用了 D 组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是 D 组的 94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP 和[H] 解析 (1)C 组只用了 D 组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是 D 组的 94%，说 明 C 组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了 ATP 和[H]，为下一次的光照时间内光 反应提供了充足的原料 ADP、Pi 和 NADP＋等，所以 C 组单位光照时间内，合成有机物的量较 高。光合作用暗反应在叶绿体基质中进行。(2)A、B、C 三组实验中光照时间之和均为 67.5 s， 但是处理方法不同，结果也不一样，并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用 产物相对量越高，可知光照时产生的 ATP 和[H]在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用， 还原 C3 化合物生成糖类等有机物及 C5 化合物，C5 化合物继续与 CO2 结合，因此提高了光合作 用中 CO2 的同化量。 悟规律 对光合作用的考查常以实验分析的形式出现，是历年来高考的重点，常考 题型为非选择题。 1.理清外界条件变化时，C5、C3、[H]、ATP 等物质的量变化的 4 种模型分析 (1)光照强度变化 (2)CO2 浓度变化： 2.把握影响光合作用因素的 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 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 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 题型一 光合作用的过程分析 1.下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( ) A.CO2 的固定实质上是将 ATP 中的化学能转变为 C3 中的化学能 B.CO2 可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类 C.被还原的 C3 在相关酶的催化作用下，可再形成 C5 D.光照强度由强变弱时，短时间内 C5 含量会升高 答案 C 解析 ATP 中的能量转化到有机物中，成为稳定的化学能，不参与 CO2 的固定，A 错误；CO2 必须先与 C5 反应形成 C3 方可被[H]还原，B 错误；C3 化合物被[H]还原后可再形成 C5，此过程 中需要酶参与，C 正确；光照强度由强变弱时，会造成[H]和 ATP 在短时间内减少，C5 的生成 速率下降，而其利用速率不变，所以 C5 的含量会下降，D 错误。 2.下图表示某植物叶片暗反应中 C3 和 C5 微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环 境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低 CO2 浓度中的某一项。下列分析 正确的是( ) A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的 ATP B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和 ATP 的积累 D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 答案 D 解析 因为暗反应中 1 mol C5＋1 mol CO2 生成 2 mol C3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内 C3 是 C5 的 2 倍，因此图中甲是 C5，乙是 C3。图中物质甲与 CO2 结合形成乙，该过程只需要酶 的催化，不需要消耗 ATP，A 错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环 境条件是降低光照强度，那么 C3 将增加，C5 减少，与图形的走势不符，而如果改变的条件是 降低 CO2 浓度，那么 C3 将减少，C5 增加，与图形走势符合，所以本题改变的条件是降低 CO2 浓度，B 错误；CO2 浓度降低，由于 CO2 供应量减少，C5 消耗减少，而 C3 还原正常，所以 C5(甲) 含量会上升，C 错误；低 CO2 浓度下的光的饱和点也低，D 正确。 题型二 影响光合作用因素的曲线分析 3.植物的光合作用受温度和光照强度的影响，下图表示植物在三种不同光照强度下消耗 CO2 的情况。下列分析正确的是( ) A.在－5～0 ℃时，温度和光照强度都是限制光合作用的因素 B.在 10～30 ℃时，温度是限制光合作用的主要因素 C.在光照强度相同的情况下，0 ℃时的光合作用强度一定小于 15 ℃时的光合作用强度 D.在温度相同的情况下，4 倍光照强度时的光合作用强度一定大于 1 倍光照强度时的光合作 用强度 答案 C 解析 由图可知，在－5～0 ℃时，温度是限制光合作用的因素；在 10～30 ℃时，光照强度 是限制光合作用的主要因素；光照强度相同，0 ℃时植物体内光合作用酶的活性低于 15 ℃ 时酶的活性，所以 0 ℃时的光合作用强度一定小于 15 ℃时的光合作用强度；由图可知，在 较低温度时，相同温度条件下，4 倍光照强度和 1 倍光照强度下，光合作用强度相同，另外 如果温度较高，蒸腾作用增强，植物会出现气孔关闭的现象，所以在温度相同的情况下，4 倍光照强度时的光合作用强度不一定大于 1 倍光照强度时的光合作用强度。 4.下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述，正 确的是( ) A.t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2 释放增多 B.t2→t3，暗反应限制光合作用。若在 t2 时刻增加光照，光合速率将再提高 C.t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果 D.t4 后短暂时间内，叶绿体中 ADP 和 Pi 含量升高，C3 化合物还原后的直接产物含量降低 答案 D 解析 水的光解、O2 释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A 项错误；t2→t3， 限制光合速率的因素为 CO2 浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B 项错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快 ATP 和 ADP 的相互转化，同时促进了光反应， C 项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上 ATP 合成受阻，ATP 含量减少， ADP 和 Pi 含量升高，被还原的 C3 化合物减少，直接产物含量降低，D 项正确。 5.某科研小组于夏季一晴天在一个大棚中以某桃树为实验材料，探究不同光照强度对叶片光 合速率的影响，得到的变化曲线如图所示。实验期间分别于 11 时和 15 时打开和关闭通风口， 请据图回答： (1)上述实验中，大棚覆盖的塑料薄膜应选用________(颜色)；通过改变________________ 来设置不同的弱光环境。 (2)图中 10 时到 11 时的时间段内，限制各组光合速率的主要因素是________________；各组 光合速率分别于 12 时、13 时、14 时又下降的原因可能是________________________。 (3)如表所示为用不同光照强度处理该桃树和某种栎树后得到的数据： 光合参数 (μmol·m－2·s －1) CK 组 T1 组 T2 组 桃树 栎树 桃树 栎树 桃树 栎树 光补偿点 29.7 32.8 20.7 31.4 18.2 31.2 光饱和点 752.5 1 188.2 522 1 164.5 417.5 1 133.5 ①分析表中数据可知，____________更适应弱光环境。 ②Rubisco 酶是植物光合作用过程中的一个关键酶，它所催化的反应是无机碳进入生物群落 的主要途径，由此可知它应存在的场所是____________，它参与催化的是__________。 答案 (1)无色透明 黑色遮阳网的层数 (2)CO2 浓度(或 CO2 含量) 大棚内温度升高，引起 气孔关闭(气孔导度下降)，光合速率下降 (3)①桃树 ②叶绿体基质 CO2 的固定 解析 (1)由题干和题图可知，该探究实验的自变量是光照强度，改变黑色遮阳网的层数是改 变自变量的手段。(2)由 CO2 浓度曲线可知，10 时到 11 时，CO2 浓度迅速下降到低点，成为限 制各组光合速率的主要因素；12 时、13 时、14 时各组的光合速率分别又下降，而 CO2 浓度并 不低，可推测其原因最可能是大棚内温度升高引起气孔关闭，从而使光合速率下降。(3)①各 组桃树的光补偿点和饱和点都比栎树的低，说明桃树更适应弱光环境。②由题意可知，Rubisco 酶是参与 CO2 固定的关键酶，而 CO2 固定发生在叶绿体基质中，所以 Rubisco 酶应存在的场所 是叶绿体基质。 技法提炼 深入认识影响光合作用的“限制因素” (1)限制因素在曲线图中一般为横轴所示因素，即相关实验的自变量。 (2)限制因素可变，如“饱和点”的出现会改变限制因素，总结如下： a 点前限制因素为光照强度，之后为其他因素，外因如 CO2 浓度、温度等，内因如酶的活性、 色素的含量等。b 点前限制因素为 CO2 浓度，之后为其他因素，外因如光照强度、温度等，内 因如酶的活性等。a、b 点之后只有改变其他限制因素才能提高光合作用强度。 三、“共同担当”的呼吸与光合 1.(2014·新课标全国Ⅱ，6)关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是( ) A.磷酸是光反应中合成 ATP 所需的反应物 B.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与 C.人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供 D.病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量 答案 C 解析 A 项，光合作用的光反应中有 ATP 的合成，需要原料 ADP 和磷酸。B 项，光合作用中叶 绿素吸收并转化光能的过程与酶的催化作用无关。C 项，乳酸是无氧呼吸的产物，在人体内 不能继续分解供能，人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的。D 项，病毒无独 立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。 2.(2016·全国甲，31)BTB 是一种酸碱指示剂，BTB 的弱碱性溶液颜色可随其中 CO2 浓度的增 高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用 少量的 NaHCO3 和 BTB 加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的 CO2 使溶液变成浅绿色， 之后将等量的浅绿色溶液分别加入到 7 支试管中，其中 6 支加入生长状况一致的等量水草， 另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。 试管编号 1 2 3 4 5 6 7 水草 无 有 有 有 有 有 有 距日光灯 的距离(cm) 20 遮光* 100 80 60 40 20 50 min 后 试管中溶 浅绿色 X 浅黄色 黄 绿 浅 绿 浅 蓝 蓝 色 液的颜色 色 色 色 注：*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯 100 cm 的地方。 若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题： (1)本实验中，50 min 后 1 号试管的溶液是浅绿色，则说明 2 至 7 号试管的实验结果是由 __________________________________引起的；若 1 号试管的溶液是蓝色，则说明 2 至 7 号 试管的实验结果是________(填“可靠的”或“不可靠的”)。 (2)表中 X 代表的颜色应为________(填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”)，判断依据是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)5 号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草_________________。 答案 (1)不同光强下水草的光合作用与呼吸作用 不可靠的 (2)黄色 水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，溶液中 CO2 浓度高于 3 号试管 (3)光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的 CO2 量相等 解析 (1)依题意并结合表中信息可知：距日光灯的距离表示光照的强弱。2 号试管遮光，其 内的水草不能进行光合作用，但能进行呼吸作用；3～7 号试管内的水草在有光的条件下，溶 液颜色的变化是光合作用吸收的 CO2 量与呼吸作用释放的 CO2 量的综合作用的结果；1 号试管 为对照组，其中的 NaHCO3 可维持 CO2 浓度的相对稳定，2～7 号试管为实验组。综上所述，若 50 min 后，1 号试管的溶液是浅绿色，则说明 2～7 号试管的实验结果是由水草在不同光强下 光合作用与呼吸作用引起的；若 1 号试管的溶液是蓝色，表明即使无水草，也会引起溶液颜 色变化，因而 2～7 号试管的实验结果是不可靠的。(2)2 号试管因遮光，其内的水草不能进 行光合作用消耗 CO2，但能通过呼吸作用释放 CO2，所以试管内 CO2 浓度最高，X 代表的颜色应 为黄色。(3)5 号试管中的溶液颜色与对照组 1 号试管的相同，均为浅绿色，说明在此条件下 水草并未引起溶液中 CO2 含量变化，这意味着其光合作用强度与呼吸作用强度相等。 3.(2014·新课标全国Ⅱ，29)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题： (1)当 CO2 浓度为 a 时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2 浓度在 a～b 之间时， 曲线____________表示了净光合速率随 CO2 浓度的增高而增高。 (2)CO2 浓度大于 c 时，曲线 B 和 C 所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)当环境中 CO2 浓度小于 a 时，在图示的 3 种光强下，该植物呼吸作用产生的 CO2 量 ________(填“大于”、“等于”或“小于”)光合作用吸收的 CO2 量。 (4)据图可推测，在温室中，若要采取提高 CO2 浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同 时考虑__________这一因素的影响，并采取相应措施。 答案 (1)0 A、B 和 C (2)光强 (3)大于 (4)光强 解析 (1)根据曲线图可知，当 CO2 浓度为 a 时，高光强下(曲线 A)该植物的净光合速率为 0； 分析坐标图中曲线的走势可以看出，当 CO2 浓度在 a～b 之间时，曲线 A、B、C 的净光合速率 都随着 CO2 浓度的增高而增高。(2)由题图可知，影响净光合速率的因素为 CO2 浓度和光强。 当 CO2 浓度大于 c 时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和 ATP 不足，暗反应受到限制， 曲线 B 和 C 的净光合速率不再增加。(3)当环境中的 CO2 浓度小于 a 时，在图示的 3 种光强下， 植物的净光合速率小于 0，说明该植物此时呼吸作用产生的 CO2 量大于光合作用吸收的 CO2 量。 (4)据图可推测，光强和 CO2 浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高 CO2 浓度的 措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。 悟规律 主要探究环境因素(光照强度、光质、CO2 浓度、温度、水分、肥料、盐溶 液等)对细胞呼吸、光合作用的影响，常命制实验类非选择题。 1.理清光合作用与细胞呼吸的关系 2.明确 3 种元素的转移途径 C：CO2 ―――→暗反应 有机物―――→呼吸Ⅰ 丙酮酸 ―――→呼吸Ⅱ CO2 H：H2O―――→光反应 [H]―――→暗反应 (CH2O)―――――→呼吸Ⅰ、Ⅱ [H]―――→呼吸Ⅲ H2O O：H2O―――→光反应 O2―――→呼吸Ⅲ H2O 3.解读真正(总)光合速率、表观(净)光合速率与呼吸速率的关系 (1)图示 (2)解读 ①A 点：只进行细胞呼吸。 ②AB 段：光合速率<呼吸速率。 ③B 点：光合速率＝呼吸速率，称为光补偿点。 ④B 点以后：光合速率>呼吸速率。 ⑤C 点：称为光饱和点。 (3)明确最常用计算公式 净光合速率(O2 释放量或 CO2 吸收量)＝总光合速率(O2 产生量或 CO2 固定量)－细胞呼吸速率(O2 消耗量或 CO2 产生量)。 题型一 光合作用与细胞呼吸的过程分析 1.如图为某植物叶肉细胞中两种膜结构以及发生的生化反应模式图。下列有关叙述正确的是 ( ) A.图 1、2 中的两种生物膜上都发生能量的转换，且转换形式相同 B.两种生物膜除了产生上述物质外，还均可产生 ATP C.图 l 中的 A 是[H]，图 2 中的 B 全来自丙酮酸和 H2O D.由于图 1、图 2 中的生物膜来自不同细胞器，所以它们的主要成分不同 答案 B 解析 根据发生的反应，可判断图 1 是类囊体薄膜，图 2 是线粒体内膜，A 错误。两种生物 膜除了产生上述物质外，还均可产生 ATP，B 正确。类囊体薄膜上，发生的是光合作用的光反 应，水在光照下生成[H]和氧气；线粒体内膜上，发生的是有氧呼吸的第三阶段，[H]与氧气 反应，生成水，同时释放大量能量，[H]来自于第一阶段葡萄糖和第二阶段的丙酮酸和水，C 错误。图中两种生物膜依次存在于叶绿体和线粒体中，主要成分都为蛋白质和脂质，D 错误。 2.如图是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中 a、b 表示物质， ①～④表示生理过程。据图回答： (1)图中物质 a 是________________。 (2)②过程中发生的能量变化是_____________________________________，图中生理过程的 能量最终来源于____________。 (3)④过程中 a 被利用的具体部位是________________________。若无 a 供应，则此植物细胞 呼吸的产物一般是______________________。 (4)图中有氧呼吸相关酶的分布场所是_____________________________________。 答案 (1)O2 (2)活跃的化学能转变成稳定的化学能 太阳能(光能) (3)线粒体内膜 酒精和 CO2 (4)细胞质基质和线粒体 解析 (1)结合题图，水的光解产物有 a 和[H]，且 a 参与有氧呼吸的第三阶段，联系教材知 识可知 a 为 O2。(2)光合作用和呼吸作用过程中的能量变化是：光合作用将光能转变成 ATP 中活跃的化学能，最终转变成有机物中稳定的化学能；呼吸作用将有机物中稳定的化学能转 变成 ATP 中活跃的化学能和热能。②过程是光合作用的暗反应阶段，其能量变化是活跃的化 学能转变成稳定的化学能；图示植物叶肉细胞中生理过程的能量最终来源于太阳能。(3)④过 程中的 a 表示 O2，可与[H]结合生成水，即有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜。若没有 O2 供应，植物细胞进行无氧呼吸，产物一般是酒精和 CO2。(4)有氧呼吸的三个阶段都需要酶 催化，因此与有氧呼吸有关的酶分布在细胞质基质和线粒体中。 技法提炼 光合作用与细胞呼吸过程题解法 对于与光合作用和呼吸作用过程相关的试题，应先判断相关生理过程的类别，可根据有机物、 O2 或 CO2 的产生或消耗来判断，合成有机物、消耗 CO2、释放 O2 的过程属于光合作用，分解有 机物、消耗 O2、释放 CO2 的过程属于呼吸作用。 然后根据不同阶段的物质变化以及发生的场所来判断每个生理过程具体的阶段，如光合作用 包括光反应和暗反应两个阶段，分别发生在叶绿体的类囊体薄膜、叶绿体基质中；有氧呼吸 包括三个阶段，发生部位分别是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜；无氧呼吸两个阶段 均发生在细胞质基质中。再如，水的光解发生在光反应阶段，葡萄糖等有机物的合成发生在 暗反应阶段，葡萄糖的分解发生在有氧呼吸第一阶段，O2 的消耗发生在有氧呼吸第三阶段， CO2 的产生发生在有氧呼吸第二阶段，H2O 的产生发生在有氧呼吸第三阶段。 题型二 净光合速率、总光合速率及其相关计算 3.以测定的 CO2 吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响， 结果如图所示。下列分析正确的是( ) A.光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与 30 ℃时相等 B.光照相同时间，在 20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多 C.温度高于 25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等 答案 A 解析 该图纵坐标分别表示光照下二氧化碳的吸收量(即植物积累的有机物量)和黑暗中二氧 化碳的释放量(即呼吸作用)，因此，光合作用制造的有机物应该是两条曲线的数值之和。35 ℃ 时光合作用制造的有机物的量为(3.5＋3)mg/h,30 ℃时光合作用制造的有机物的量为(3.5＋ 3)mg/h，故光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与 30 ℃时相等；制造有机物 的量最多的应该不是 25 ℃而是 30～35 ℃，积累量最多的才是 25 ℃；光合作用制造的有机 物与呼吸作用消耗的有机物的量相等的点应该是光照下植物不吸收二氧化碳的点，而不是图 中二者曲线的交点。 4.将某种大小相同的绿色植物叶片在不同温度下分别暗处理 1 h，测其重量变化，立即光照 1 h，再测其重量变化。结果如下表： 组别 1 2 3 4 温度(℃) 25 27 29 31 暗处理后质量变化(mg) －1 －2 －3 －1 光照后与暗处理前质量变化(mg) ＋3 ＋3 ＋3 ＋1 分析表中数据可判定( ) A.光照的 1 h 时间内，第 4 组合成葡萄糖总量为 2 mg B.光照的 1 h 时间内，第 1、2、3 组释放的氧气量相等 C.光照的 1 h 时间内，四组光合作用强度均大于呼吸作用强度 D.呼吸酶的最适温度是 29 ℃ 答案 C 解析 从表中数据可知，光照 1 h 与暗处理 1 h 后相比，质量变化分别为 4 mg、5 mg、6 mg、 2 mg，可知光合速率均大于呼吸速率，每组释放的氧气量均不相等，每组合成的葡萄糖总量 分别为 5 mg、7 mg、9 mg、3 mg，A、B 项错误，C 项正确；暗处理 1 h，其质量变化反映了 呼吸强度，可知四组温度中 29 ℃是适宜温度，但由于实验组别少，不能确定最适温度，D 项错误。 5.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( ) 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 的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.图乙中，限制 E、F、G 点光合作用速率的因素主要是光照强度 答案 B 解析 分析甲图可知，光照强度为 B 时，CO2 释放量和 O2 产生总量相等，都为 3 单位，细胞呼 吸释放的 CO2 首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时细胞呼吸大于 光合作用，A 项错误；光照强度为 D 时，水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率，光 照强度为 A 时，CO2 释放量即为呼吸速率，则光照强度为 D 时，O2 产生总量为 8 单位，需要消 耗的 CO2 也为 8 单位，所以单位时间内需从外界吸收 CO2 为 2 单位，B 项正确；图乙中所示生 物为蓝藻，蓝藻不含线粒体和叶绿体，C 项错误；图乙中，限制 G 点光合作用速率的因素不 是光照强度，可能是二氧化碳浓度及温度等，D 项错误。 技法提炼 光合作用与细胞呼吸相关计算题的解法 对于光合作用和细胞呼吸过程中的相关计算题。首先，根据测定条件判断发生的生理过程的 类别，黑暗下绿色植物只进行呼吸作用，测得的是呼吸速率；光照下绿色植物可进行光合作 用和呼吸作用，测得的是净光合速率。 其次，根据题中的描述判断不同物质含量表示的速率类型(如净光合速率、呼吸速率、总光合 速率)，如有机物的产生量(合成量、制造量)、CO2 的同化量(固定量、消耗量)、O2 的产生量(制 造量)表示总光合速率(实际光合速率)；有机物的积累量(增加量、净产生量)、CO2 的吸收量、 O2 的释放量表示净光合速率。 最后，依据公式进行相关计算和推导，如总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。若有机物的 种类是葡萄糖，由于光合作用或有氧呼吸过程中 C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6，则若根据实验装 置测得 O2 的消耗量或释放量，可推算出葡萄糖的消耗量或合成量。 题型三 光合作用与细胞呼吸相关曲线图题 6.寒富苹果叶片发育的好坏是果树产量和品质的基础，通过对寒富苹果叶片发育过程中光合 特性的研究，探究叶片发育过程中光合生产能力，可为寒富苹果的栽培管理提供科学依据。 以下是某研究小组的研究结果，有关说法正确的是( ) 注：植物总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率。 A.可用单位时间内 O2 的产生量衡量净光合速率 B.图 1 中 A 点和 B 点表示在相应光照强度下，植物不进行光合作用 C.图 2 中萌芽后的前 25 d 净光合速率较低与叶片发育时细胞呼吸较强有关 D.图 1 显示随寒富苹果叶片的发育，对强光的利用能力降低 答案 C 解析 单位时间内 O2 产生量表示的是总光合速率，净光合速率的表示方法一般有单位时间内 O2 释放量、CO2 吸收量和有机物的积累量，A 错误；据图可知 A 点、B 点时净光合速率为 0，此 时光合速率等于呼吸速率，即植物依然有一定强度的光合作用，B 错误；萌芽后的前 25 d， 净光合速率偏低，原因是叶片光合作用能力较低及叶片发育时需要较强的呼吸作用提供能量， C 正确；图 1 显示，叶片发育 60 d 时在强光下的净光合速率大于 15 d 时的净光合速率，说 明随寒富苹果叶片的发育，对强光的利用能力增强，D 错误。 7.如图甲是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线并回答下 列问题： (1)由图甲可看出大约中午 12 时时，光合作用强度明显减弱(C 点)，其主要原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)由 B 点到 C 点的过程中，短时间内 C3 和 C5 的变化分别是_____________________。 (3)测得该植物的一些实验数据如下： 30 ℃ 15 ℃黑暗 5 h 一定光照 15 h 黑暗下 5 h 吸收 CO2 660 mg 释放 CO2 220 mg 释放 CO2 110 mg 若该植物处于白天均温 30 ℃，晚上均温 15 ℃，有效光照 12 h 的环境下，该植物一昼夜积 累的葡萄糖为________ mg。 (4)将该植物置于一密闭的容器内一昼夜，此过程中容器内 O2 的相对含量变化如图乙所示。 据图回答下列问题： ①图乙中植株光合作用释放的 O2 量和呼吸作用消耗的 O2 量相等的点是________________； ②该植株经过一昼夜后，能否积累有机物？________________________________________， 理由是________________________________________________________________________。 答案 (1)温度高，蒸腾作用强，导致部分气孔关闭，CO2 吸收量减少，光合作用强度减弱 (2)C3 减少、C5 增多 (3)180 (4)①B 点和 C 点 ②不能 因为一昼夜 O2 的消耗量大于 O2 的 生成量，说明该植物一昼夜呼吸作用大于光合作用 解析 (1)夏季中午温度高，植物蒸腾作用比其他时间强，导致部分气孔关闭，CO2 吸收量减 少，光合作用强度减弱。(2)由(1)知，B 点到 C 点光合作用强度减弱的根本原因是植物吸收 的 CO2 减少，光合作用的暗反应阶段 CO2 固定减少，C3 生成量减少，而 C5 消耗量减少，由此得 出在光合作用的动态变化中，C3 减少、C5 增加。(3)CO2 吸收量代表的是光合作用的净光合量， 注 意题 目 中 白天 和 晚上 对 应 的温 度 ，结 合 题 意计 算 CO2 的 吸收 量 为 (660/15)×12 － (110/5)×12＝264(mg)，一昼夜积累的葡萄糖的量为(264×180)/(6×44)＝180(mg)。(4)① 分析曲线可知，AB 段(不含 B 点)和 CD 段(不含 C 点)，密闭容器内 O2 含量呈下降趋势，说明 光合作用强度小于细胞呼吸强度；BC 段(不含 B、C 点)，密闭容器内 O2 含量呈上升趋势，说 明光合作用强度大于细胞呼吸强度；B、C 点为转折点，所以 B 点、C 点是光合作用强度等于 呼吸作用强度的点。②能否积累有机物，是看一昼夜总的光合作用和呼吸作用的大小，可以 通过一昼夜 CO2 或 O2 的变化量来判断，本题是比较 A 点、D 点 O2 的相对含量：D 点 O2 的相对含 量低于 A 点 O2 的相对含量，说明一昼夜 O2 的消耗量大于 O2 的生成量，即一昼夜总的光合作用 小于呼吸作用，所以植物不能积累有机物。 技法提炼 两种不同条件下的坐标曲线分析 (1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线，如下： ①开始进行光合作用的点：b 点。 ②光合作用与呼吸作用相等的点：c、e 点。 ③开始积累有机物的点：c 点。 ④有机物积累量最大的点：e 点。 (2)密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线如下： ①光合作用强度与呼吸作用强度相等的点：D、H 点。 ②该植物一昼夜表现为生长，其原因是 I 点低于 A 点，说明一昼夜密闭容器中 CO2 浓度减小， 即光合作用>细胞呼吸，植物生长。 题型四 坐标图中光补偿点、光饱和点的移动 8.将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2 浓度，在一定光照强度下测定叶 片光合作用强度(以 CO2 吸收速率表示)，测定结果如图所示，下列叙述正确的是( ) A.如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点左移 B.如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点右移 C.如果光照强度适当增强，a 点右移，b 点右移 D.如果光照强度适当增强，a 点左移，b 点右移 答案 D 解析 a 点、b 点分别是 CO2 补偿点、CO2 饱和点，在 a 点浓度时，光合速率等于呼吸速率；b 点浓度时，光合速率达到最大。如果光照强度适当降低，则光合作用强度会降低，a 点应右 移，b 点左移；如果光照强度适当增强，则光合作用强度会增加，a 点左移，b 点右移。 9.下图是同密闭的玻璃罩内植物在不同光照和 CO2 浓度下测得相关的曲线图，请回答下列问 题： (1)若图甲是在 CO2 浓度为 G 点时，改变光照强度测得的曲线，则 CO2 浓度由曲线中 G 点增加 到 H 点时，图甲中 D 点移动方向为________(填“左移”“右移”或“不变”)。 (2)若图甲是在 CO2 浓度为 H 点时，改变光照强度测得的曲线，则 CO2 浓度由曲线中 H 点增加 到 I 点时，图甲中 D 点移动方向为________(填“左移”“右移”或“不变”)。 答案 (1)右移 (2)不变 解析 (1)图甲 D 点表示光的饱和点，当图乙中增加 CO2 浓度(G 点到 H 点)时，净光合作用增 加，因此图甲中 D 点右移。(2)图乙 H 点表示 CO2 饱和点，当 CO2 浓度由 H 点增加到 I 点时， 光合作用不再改变，因此图甲中 D 点不变。 技法提炼 面积法快速分析坐标图中光补偿点、光饱和点的移动 据图可知，OA 表示呼吸作用释放的 CO2 量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD 面积 代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定 的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。具体分析如下表所示： 条件改变 △面积 光(CO2) 补偿点 光(CO2) 饱和点 适当提高温度 减少 右移 左移 适当增大光照 强度(CO2 浓度) 增加 左移 右移 适当减少光照 强度(CO2 浓度) 减少 右移 左移 植物缺少 Mg 元素 减少 右移 左移 注：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上；光照强度或 CO2 浓度的改变均是在饱和 点之前。 题型五 影响光合作用与细胞呼吸因素的分析 10.蚕豆叶片表面的气孔由一对保卫细胞围绕而成。如图所示为一天中蚕豆完整叶片的气孔孔 径的变化以及保卫细胞中钾离子含量和蔗糖浓度的变化情况。据图分析下列叙述正确的是 ( ) A.蚕豆叶片不能主动调节气孔孔径的大小 B.一天中各时段调节气孔开闭的主要物质不同 C.一天中引起气孔开闭的外界环境因素是 CO2 浓度 D.叶片缺水可能引起保卫细胞对钾离子的主动吸收 答案 B 解析 蚕豆叶片能根据植物代谢情况，通过改变保卫细胞代谢速率，使其细胞浓度变化，进 而主动调节气孔孔径大小，A 错误。由曲线可知，在 8∶00～11∶00 气孔孔径增大主要与钾 离子含量有关，在 17∶00～21∶00 主要与蔗糖含量有关，B 正确。一天中引起气孔开闭的外 界环境因素主要是温度，C 错误。叶片缺水时，一般是钾离子外流，保卫细胞渗透压下降， 保卫细胞失水气孔关闭，D 错误。 11.某科研小组为研究温度变化对某栽培植物生长的影响，在光照、CO2 浓度及其他外界条件 适宜且恒定的条件下，测得植物叶肉细胞净光合速率及在黑暗条件下呼吸速率的相对值如下 表；在不同温度下该植物叶肉细胞间的 CO2 浓度相对值如下图。请分析回答： 温度(℃) 20 25 30 35 40 45 50 55 净光合速率相对值 2 4 5 3 0 －4 －3 －2 呼吸速率相对值 2 3 3.5 4.5 5 4.5 3 2 (1)表中数据表明：该植物在温度为________℃，光合产物的积累最快；温度对叶肉细胞光合 作用和呼吸作用的影响不完全相同，其原因是______________________________________。 (2)在 40 ℃条件下，该植物叶肉细胞的胞间 CO2 浓度应处在图中的________点，判断依据是 ________________________________________________________________________。 图中 d 点时，叶肉细胞所处的温度是________ ℃(填表中温度)。 (3)每天交替进行 12 h 光照、12 h 黑暗，该植物能长期正常生长的温度为___________(填表 中温度)。理由是_______________________________________________________。 答案 (1)30 光合酶和呼吸酶的最适温度不同 (2)c 因 40 ℃条件下光合作用速率等于呼吸作用速率，叶肉细胞无 CO2 的吸收和释放 45 (3)25 ℃和 30 ℃ 24 h 内有机物的积累量大于零 解析 (1)净光合速率最大时，光合产物的积累最快，此时对应的温度是表中的 30 ℃。表中 数据显示：40 ℃时呼吸速率的相对值最大，说明呼吸酶的最适温度是 40 ℃左右；实际光合 速率＝净光合速率＋呼吸速率，分析表中各温度下的数据可知，30 ℃时，实际光合速率为 5 ＋3.5＝8.5，高于其他温度，说明光合酶的最适温度是 30 ℃左右。综上所述，光合酶和呼 吸酶的最适温度不同，所以温度对叶肉细胞光合作用和呼吸作用的影响不完全相同。(2)在 40 ℃条件下，净光合速率相对值为零，说明此时光合作用速率等于呼吸作用速率，叶肉细胞 无 CO2 的吸收和释放，所以该植物叶肉细胞的胞间 CO2 浓度应处在图中的 c 点。图中 d 点时， 胞间 CO2 的相对值最高，说明净光合速率的相对值最小，所以叶肉细胞所处的温度是 45 ℃。 (3)只有一昼夜有机物积累，植物才能正常生长。若每天交替进行 12 h 光照、12 h 黑暗，则 该植物有机物积累量＝净光合速率×12－呼吸速率×12＝(净光合速率－呼吸速率)×12，据 此分析表中数据可知：在 25 ℃和 30 ℃时，24 h 内有机物积累量均大于零，该植物能长期 正常生长。 1.下列与生物呼吸作用有关的叙述，错误的是( ) A.马铃薯块茎、苹果果实还有动物骨骼肌肌细胞除了能够进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸 B.人和其他某些动物能保持体温的相对稳定，体温的维持有时也需要 ATP 水解供能 C.破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中 D.无氧呼吸都只在第一阶段释放少量的能量，其中少量储存在 ATP 中，大部分能量以热能的 形式散失 答案 C 解析 动植物在氧气不足的情况下，也可以进行无氧呼吸，为细胞生命活动提供能量，A 正 确；人和其他某些动物能保持体温的相对稳定，有时也需要 ATP 水解供能，B 正确；破伤风 芽孢杆菌为厌氧细菌，适宜生活在无氧环境中，C 错误；无氧呼吸产生酒精和二氧化碳或者 乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放少量的能量，产生的能量大部分以热能的形式散失，D 正确。 2.萨克斯证明光合作用产生淀粉的实验中，与曝光部分相比，遮光部分的叶肉细胞中不会发 生的生理过程是( ) A.[H]的产生 B.C3 的还原 C.ATP 的合成 D.CO2 的产生 答案 B 解析 [H]是在呼吸过程产生的，在遮光部分的叶肉细胞也能进行细胞呼吸，故 A 错误；C3 的还原需要 ATP 和[H]，如果没有光照，无法产生 ATP 和[H]，C3 也无法还原，故 B 正确；细 胞呼吸也能合成 ATP，故 C 错误；CO2 是细胞呼吸产生的，故 D 错误。 3.在适宜光照下，给密闭玻璃装置中的小麦提供 14C 标记的 CO2，下列对暗反应阶段的叙述正 确的是( ) A.14CO2 固定后 14C 直接进入到 C5 中 B.CO2 固定的同时将 ATP 中的化学能转化为 C3 中的化学能 C.暗反应产生的 14C6H12O6 可在线粒体中氧化分解再产生 14CO2 D.光照强度突然变弱时，短时间内 C3 含量会升高 答案 D 解析 CO2 的固定是 CO2 与 C5 在酶的催化作用下合成 C3 的过程，固定后 14C 直接进入到 C3 中，A 错误；C3 还原需要能量，而 CO2 的固定不需要 ATP 的消耗，B 错误；14CO2 经过固定、还原产生 的葡萄糖也带有 14C 标记，可经细胞呼吸再产生 14CO2，但葡萄糖的分解是在细胞质基质中完成 的，C 错误；光照强度由强变弱时，光反应为暗反应提供的 ATP 和[H]减少，C3 的还原减弱， 而 CO2 的固定不受光照影响，所以短时间内 C3 含量升高，D 正确。 4.如图表示在夏季的一个晴天，某阳生植物叶肉细胞光合作用过程中 C3、C5 的含量变化，若 某一天中午天气由晴转阴，此时细胞中 C3、C5 含量的变化分别相当于曲线中的哪一段( ) A.d→e 段(X)，d→e 段(Y) B.c→d 段(X)，b→c 段(Y) C.d→e 段(Y)，c→d 段(X) D.b→c 段(Y)，b→c 段(X) 答案 A 解析 题干信息“由晴转阴”是解题的关键。光照强度下降，植物叶肉细胞光反应速率下降， [H]和 ATP 含量下降，导致 C3 还原过程减弱，短时间内 C3 消耗量下降、生成量不变而有所积 累，C5 的生成量下降；另一方面，CO2 继续与 C5 生成 C3，C5 消耗量短时间不变。故 C3 含量短时 间上升，相当于曲线中的 d→e 段(X)，而 C5 含量短时间下降，相当于曲线中的 d→e 段(Y)。 综上所述，A 正确。 5.植物光合作用可受多种环境因素的影响，下图是在不同温度条件下测得的光照强度对小麦 O2 吸收速率的影响。请回答下列问题： (1)b 点的生物学含义是____________________________________________。此时小麦根尖细 胞中产生 ATP 的场所为________________。 (2)由图可知，影响 c 点光合速率的主要因素是________________________________。 (3)若适当提高 CO2 浓度，d 点将向________________移动。此时叶绿体产生的 O2 的去向是 ________________(填“线粒体”“细胞外”或者“两者都有”)。 (4)在光照和 CO2 适宜的条件下用 H18O2 浇灌小麦幼苗，则小麦幼苗周围空气中_____中含 18O。 答案 (1)光合作用产生氧气的速率等于有氧呼吸消耗氧气的速率 细胞质基质和线粒体 (2)光照强度和温度 (3)右下 两者都有 (4)水、氧气、二氧化碳 解析 (1)分析图发现，纵坐标表示氧气吸收速率即净光合速率，横坐标表示光照强度；b 点 氧气吸收速率为 0，即净光合速率为 0，其含义为：光合作用产生氧气的速率等于有氧呼吸消 耗氧气的速率；小麦根尖中无叶绿体，只能进行呼吸作用产生 ATP，呼吸作用产生 ATP 场所 是细胞质基质和线粒体。(2)由图可知，图中变量有两个：光照强度、温度。分析 25 ℃曲线 可知，随着光照强度增强，氧气释放速率增强，光照强度是影响 c 点光合速率的限制因素； 分析 15 ℃曲线可知，虽然二者温度不同，但净光合速率相同，由于二者的呼吸速率不同， 说明二者总光合速率不同，进而说明温度也影响光合速率，进而影响 c 点的变动。(3)提高二 氧化碳浓度后，植物的最大光合速率增加，d 点会向下移，最大光合速率增加，需要的光照 强度会增加，所以 d 点会向右移，因此 d 点向右下移。(4)在光照和 CO2 适宜的条件下，植物 既进行光合作用也进行呼吸作用；光合作用时将 H2 18O 中的 18O 转化为 18O2，呼吸作用时，在 有氧呼吸第二阶段将 H2 18O 中的 18O 转化为 C18O2；H2 18O 会通过蒸腾作用释放到空气中，同时 18O2 也会参与有氧呼吸第三阶段生成 H2 18O。 6.为了探究光质对叶用莴苣光合作用的影响，科学家设计了 4 组不同光质分别处理长势相同 的莴苣幼苗，第 40 天测定相关指标，结果如下。 组别 A B C D 光质 白光 白光＋红光 白光＋蓝光 白光＋红光 ＋蓝光 叶绿素 含量 /mg·g－1 叶绿素 a 0.52 0.54 0.42 0.63 叶绿素 b 0.12 0.12 0.09 0.14 净光合速率/μmol CO2·m－2·s－1 4.9 5.3 5.6 3.2 气孔导度/mmol H2O·m－2·s－1 234 214 240 184 据表回答： (1)在本实验过程中，A 组的作用是____________，同时补充红光和蓝光会_________(填“促 进 ” 或 “ 抑 制 ”) 莴 苣 生 长 。 实 验 中 选 用 红 、 蓝 两 种 光 源 作 为 补 充 光 源 的 依 据 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)若用上述 4 组实验培养的莴苣叶分别进行色素的提取与分离，则滤纸条自上而下第三条色 素带呈________________色，该色素带颜色最深的是______________组。 (3)4 组实验中 D 组净光合速率最低，最可能的原因是_____________________与 C 组相比，D 组叶肉细胞中的含 C3 含量______________(填“较高”“相等”或“较低”)。 (4)大棚种植莴苣时，人工增加一定强度电场或提高 CO2 浓度都会提高净光合速率，若同时增 加电场强度和提高 CO2 浓度对莴苣产量有何影响？请简要写出探究思路：_____________。 答案 (1)对照 抑制 绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光 (2)蓝绿 D (3)气孔导度小，CO2 供应不足 较低 (4)选用 4 个大棚，其中 3 个分别施加一定强度电场、高浓度 CO2、一定强度电场和高浓度 CO2， 第 4 个不做处理，其他条件均相同，若干天后分别多次测量莴苣干重并计算平均值，比较干 重平均值的变化得出实验结论 解析 (1)A 组是空白对照。同时补充红光和蓝光的净光合速率比白光低，所以是抑制莴苣生 长。绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红、蓝两种光源作为补充光源。(2)滤纸 条自上而下第三条色素带是叶绿素 a，呈蓝绿色。D 组叶绿素 a 含量最高，颜色最深。(3)据 表可知，D 组净光合速率最低最可能的原因是气孔导度小，CO2 供应不足。由于气孔导度小， CO2 进入减少，C3 含量较低。(4)探究思路是：选用 4 个大棚，其中 3 个分别施加一定强度电 场、高浓度 CO2、一定强度电场和高浓度 CO2，第 4 个不做处理，其他条件均相同，若干天后 分别多次测量莴苣干重并计算平均值，比较干重平均值的变化得出实验结论。 7.将某植物放在密闭的玻璃钟罩内(放在室外)，测得玻璃钟罩内一昼夜中 CO2 浓度的变化情 况如图所示。请分析回答问题： (1)一昼夜中植物光合作用开始的时间在______________________，氧气浓度最低的时间为 ______________点。 (2)一昼夜中 BC 对应时间段 CO2 释放缓慢的主要原因是____________________，F 点到 G 点对 应的时间是一天中光照最强、气温最高的时候(没有超过光合作用和呼吸作用最适温度)，曲 线 FG 段下降得比较平缓，其原因可能是_______________________________________。 (3)一昼夜中(从 A 点到 I 点)植物的干重增加，判断的理由是_________________________。 从 A 点到 F 点植物体内有机物的最终变化情况是___________________________________。 答案 (1)D 点对应时间之前 D (2)温度较低 气孔部分关闭，影响 CO2 的吸收 (3)一昼 夜，玻璃钟罩内 CO2 浓度降低 不增加也不减少(无变化) 解析 (1)根据题意，在 DH 段，随着光合作用的进行，容器内的 CO2 浓度下降，D 点时植物的 光合速率等于呼吸速率，说明光合作用开始于 D 点对应时间之前，D 点时 CO2 浓度最高、O2 浓度最低。(2)夜间气温不断下降，呼吸速率减慢，所以 BC 对应时间段 CO2 释放缓慢；曲线 FG 段 CO2 浓度下降较平缓，是因为气温较高，植物气孔部分关闭，进而影响 CO2 的吸收。(3) 由图可知，一昼夜后 I 点的 CO2 浓度低于起始点即 A 点的 CO2 浓度，说明有有机物的积累，故 植物的干重增加。A 点和 F 点玻璃钟罩内 CO2 浓度相同，故植物体内有机物的最终变化情况是 不增加也不减少。 8.在密闭玻璃装置中，研究某种绿色植物在不同的温度和光照条件下的氧气变化量，结果如 图所示。请回答相关问题： (1)黑暗中测定氧气吸收量时，可在烧杯中加入 NaOH 溶液，目的是_________________， 光照下测定氧气释放量时应加入________________。 (2)不同温度下测定结果的差异与__________________直接相关，该植物在 20 ℃下呼吸速率 是 10 ℃下的____________倍。 (3)该植株在 10 ℃、5 klx 光照下，每小时光合作用所产生的氧气量是________mg；该植株 在 20 ℃、10 klx 光照下，每小时光合作用固定的 CO2 量是________mg。 答案 (1)吸收 CO2 CO2 缓冲液(NaHCO3 溶液) (2)酶的活性 2 (3)2.5 6.875 解析 (1)NaOH 溶液能吸收 CO2，去除 CO2 后，液滴移动只由氧气含量变化引起。光照下测定 氧气释放量时不能加入 NaOH 溶液，因其会吸收 CO2 导致光合作用无法进行，应该加入 CO2 缓 冲液，如 NaHCO3 溶液，这样既能确保光合作用进行，又能准确反映氧气变化量。(2)温度影 响酶的活性，进而影响呼吸速率。黑暗中氧气吸收量表示该植物的呼吸作用强度，20 ℃下呼 吸速率为 2 mg/2 h＝1 mg/h,10 ℃下呼吸速率为 1 mg/2 h＝0.5 mg/h，前者是后者的 2 倍。 (3)光照条件下氧气释放量反映净光合作用强度，而 10 ℃、5 klx 光照下，每小时真正光合 作用所产生的氧气量＝净光合作用氧气释放量＋呼吸作用氧气消耗量＝2 mg＋0.5 mg＝2.5 mg，因此每小时光合作用所产生的氧气量是 2.5 mg。光合作用固定的 CO2 量代表真光合作用 强度，在 20 ℃、10 klx 光照下，植株每小时氧气产生量为 4 mg＋1 mg＝5 mg，根据反应式 换算为每小时光合作用固定的 CO2＝5 mg×44/32＝6.875 mg。