高考热点集训1——光合作用与细胞呼吸

高考热点集训1——光合作用与细胞呼吸

高考热点集训(1)——光合作用与细胞呼吸[学生用书P80]‎ ‎ 1.(新情景信息类)(2016·四川广安二诊)植物细胞中的叶绿体在光照条件下可以消耗一定量的O2，这属于植物细胞光呼吸的重要环节。如图表示光合作用和光呼吸的部分过程，请回答：‎ ‎(1)过程①发生在____________中，并且需要光反应提供________。在黑暗条件下C3不能被还原再生成________化合物，使光呼吸因缺乏底物而不能进行。‎ ‎(2)研究发现，催化过程②和③的是同一种酶，CO2和O2会竞争此酶的同一活性位点。因此，当细胞中O2浓度升高时，过程②会受到________。‎ ‎(3)在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可以对细胞起到保护作用，原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)从能量代谢的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的区别是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)过程①需要光反应提供ATP和[H]，发生在叶绿体基质中，在黑暗条件下C3不能被还原再生成C5化合物，使光呼吸因缺乏底物而不能进行。(2)催化过程②和③的是同一种酶，CO2和O2会竞争此酶的同一活性位点，当细胞中O2浓度升高时，O2会与CO2争夺C5，过程②会受到抑制。(3)在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可以对细胞起到保护作用，原因是光呼吸可消耗过剩的能量(或ATP和[H])。(4)从能量代谢的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的区别是光呼吸消耗ATP，而有氧呼吸产生ATP。‎ 答案：(1)叶绿体的基质　ATP和[H](二者缺一不可)　C5‎ ‎(2)抑制　(3)光呼吸可消耗过剩的能量(或ATP和[H])‎ ‎(4)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP ‎2．(坐标曲线图类)(2016·吉林长春模拟)将一长势良好的大豆植株置于密闭玻璃罩内培养，并置于室外，用CO2测定仪测定玻璃罩内CO2浓度一天的变化情况，绘成曲线如图甲所示。图乙表示光照强度与该植株CO2吸收量或释放量的关系。请据图回答下列问题：‎ ‎(1)图甲中，14时受限制的主要是光合作用的________阶段，该时刻与18时相比，叶绿体中ATP含量________(＞、＝、＜)18时。‎ ‎(2)图乙中，其他条件皆适宜，若适当增大CO2浓度，则b点向________移动；e点向________移动。‎ ‎(3)若先将该植物的叶片在同温度下暗处理1 h，暗处理后重量减少2 mg，随后立即再光照1 h，光照后与暗处理前相比重量增加3 mg，则该植物叶片光照1小时的真正光合速率为________mg/h。‎ 解析：(1)‎ 图甲中，14时由于气孔关闭，叶绿体中吸收的二氧化碳少，所以受限制的主要是光合作用的暗反应阶段；18时光照强度降低，叶绿体内ATP合成速率逐渐减小，所以14时与18时相比，14时叶绿体中ATP含量多。‎ ‎(2)图乙中，其他条件皆适宜，若适当增大CO2浓度，则光合作用强度增加，所以b点向左移动，e点向右上移动。‎ ‎(3)根据题意先将该植物的叶片在同温度下黑暗处理1 h，黑暗处理后重量减少2 mg，说明呼吸作用强度是2 mg/h；随后立即光照1 h，光照后比黑暗处理前重量增加3 mg，则该植物叶片光照1 h的真正光合速率为2＋2＋3＝7 mg/h。‎ 答案：(1)暗反应　＞　(2)左　右上　(3)7‎ ‎3．(柱形图类)(2016·武汉调研)某实验小组将菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片(面积和质量相同)，装入含蒸馏水的注射器中，排出叶片内的气体，使叶圆片下沉。然后将叶圆片分别放入不同浓度的NaHCO3溶液中进行实验(NaHCO3溶液为光合作用提供原料，且浓度变化对溶液pH的影响忽略不计，其他实验条件相同)，观察第1片叶圆片上浮所需时间(min)，结果如图。请回答：‎ ‎(1)当NaHCO3溶液浓度为1%～4%时，相同浓度下，幼叶上浮时间均比成熟叶长，可能是幼叶的光合作用能力比成熟叶________(填“强”或“弱”)。有人推测幼叶与成熟叶光合作用能力差异可能是叶片中光合色素的含量不同，为寻求证据，可以用________分别提取菠菜幼叶、成熟叶的色素，再用________法分离色素，观察并比较二者色素带的宽度及颜色深浅。‎ ‎(2)在NaHCO3溶液浓度为0%的溶液中，叶圆片直至实验结束仍未上浮，其原因是缺乏NaHCO3，直接影响光合作用的________阶段。当浓度超过5%，叶圆片也不上浮，最可能的原因是浓度过大，导致________________________________________________________________________。‎ ‎(3)当NaHCO3溶液浓度为3%时，适当提高溶液温度，第一片叶圆片上浮时间延长，该现象不能表明提高后的温度已超过总光合作用的最适温度，请说明理由：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)叶圆片上浮是由于光合作用产生了氧气，氧气释放越多，浮力越大，上升越快，幼叶上浮时间比成熟叶长，可能是幼叶光合作用能力弱，释放的O2量比成熟叶少。叶绿体中色素的提取用无水乙醇，分离色素用纸层析法。(2)NaHCO3为光合作用提供二氧化碳，二氧化碳参与暗反应。NaHCO3浓度过大会导致细胞渗透失水，细胞失水过多会导致死亡。(3)适当提高溶液温度，对光合作用和呼吸作用都会产生影响，叶圆片上浮时间延长，说明叶圆片释放氧气的速率减小，即净光合作用速率减小。‎ 答案：(1)弱　无水乙醇　纸层析 ‎(2)暗反应　细胞渗透失水过多而死亡(其他答案合理亦可)‎ ‎(3)叶圆片上浮时间延长，只能表明净光合作用速率降低(或只能表明总光合作用与呼吸作用的差值降低)‎ ‎4．(表格分析类)观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表。请回答下列问题：‎ 光照 强度 叶色 平均叶面积 ‎(cm2)‎ 气孔密度 ‎(个·mm－2)‎ 净光合速率 ‎(μmol CO2·‎ m－2·s－1)‎ 强 浅绿 ‎13.6(100%)‎ ‎826(100%)‎ ‎4.33(100%)‎ 中 绿 ‎20.3(149%)‎ ‎768(93%)‎ ‎4.17(96%)‎ 弱 深绿 ‎28.4(209%)‎ ‎752(91%)‎ ‎3.87(89%)‎ 注：括号内的百分数以强光照的数据作为参考。‎ ‎(1)CO2以________方式进入叶绿体后，与______结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供的________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在弱光下，柑橘通过______________和______________来吸收更多的光能，以适应弱光环境。‎ ‎(3)与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数________，单位时间内平均每片叶CO2吸收量______。对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、平均叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是________，最后发生改变的是________。‎ 解析：(1)CO2等气体是以自由扩散的方式进入叶绿体，进入叶绿体的CO2首先与C5结合生成C3，C3的还原需要光反应提供ATP和[H]。(2)据题中表格数据可知，在弱光下，柑橘的叶色加深，平均叶面积增大，气孔密度变小。故柑橘通过增加叶绿素含量和增大叶面积来适应弱光环境。(3)分析表格数据可知，强光下平均每片叶的气孔总数为13.6×826×100＝1 123 360(个)，弱光下平均每片叶的气孔总数为752×28.4×100＝2 135 680(个)；强光下单位时间内平均每片叶CO2吸收量为4.33×13.6×10－4＝5.9×10－3(μmol)，弱光下单位时间内平均每片叶CO2吸收量为3.87×28.4×10－4＝1.1×10－2(μmol)，对强光下生长的柑橘适度遮阴，柑橘的光反应强度降低，光合速率相对下降。为适应弱光环境，柑橘叶合成更多叶绿素来增强吸收光的能力，以合成相对较多的有机物，有利于叶的生长，故最后发生改变的是平均叶面积。‎ 答案：(1)自由扩散　C5　[H]和ATP ‎(2)增加叶面积　提高叶绿素含量 ‎(3)较少　较少　净光合速率　叶面积 ‎5．(综合考查类)为了提高绿色植物的生态效益，研究者做了相关实验，并绘出如下三幅图。请回答下列问题：‎ ‎　　‎ ‎(1)光照条件下，图1中的②上进行的生理过程产生的物质有____________，空气中CO2浓度变化时首先会影响图1的[　]________中化学反应的速率。([　]中填数字序号)‎ ‎(2)图2中的曲线表示在CO2充足的条件下测得的某植物光合速率与光照强度、温度之间的关系。据图分析可知，在光照强度为4 klx之前，影响光合速率的主要环境因素为________，由此实验结果可推测出该植物进行光合作用的最适温度范围是________℃之间。‎ ‎(3)图3表示该植物夜间在O2浓度分别为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的关系。假定细胞呼吸的底物都是葡萄糖，在O2浓度为d时细胞的呼吸方式是________；当O2浓度为a时，无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸消耗的葡萄糖量的________倍。‎ 解析：(1)图1所示为叶绿体，②是叶绿体的基粒，光照条件下，叶绿体基粒的类囊体薄膜上可以发生光反应，其产物是ATP、[H]和O2。CO2主要参与光合作用的暗反应，空气中CO2浓度变化时首先会影响图1的[④]叶绿体基质中的暗反应速率。(2)据图分析可知，在光照强度为4 klx之前，影响光合速率的主要环境因素为光照强度；在20 ℃时的光合速率大于10 ℃和30 ℃时的，所以其最适温度范围在10～30 ℃之间。(3)据图3分析可知，d点时CO2释放量和O2吸收量相等，此时细胞的呼吸方式是有氧呼吸。当O2浓度为a时，有氧呼吸释放的CO2的量为3，无氧呼吸释放的CO2量为8－3＝5，根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知，有氧呼吸消耗的葡萄糖量为1×‎ ‎3÷6＝0.5，无氧呼吸消耗的葡萄糖量为1×5÷2＝2.5，所以无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸消耗的葡萄糖量的5倍。‎ 答案：(1)ATP、[H]和O2　④　叶绿体基质　(2)光照强度　10～30　(3)(只进行)有氧呼吸　5　‎ ‎6．(实验探究类)为研究不同光照强度下水稻的光合作用，某实验室将水稻幼苗固定于无底反应瓶中进行实验，实验装置如图1所示。‎ 实验步骤：‎ ‎①将图1中的天平调节至平衡状态；‎ ‎②用100 W的灯泡作为光源。先将灯泡置于距装置20 cm处，15分钟后观察并记录指针偏转的方向和格数；‎ ‎③加大灯泡与装置间距离(约20 cm)，过15分钟再观察记录指针偏转的格数；‎ ‎④连续重复步骤③4次。‎ 按上述要求完成操作后，将天平指针偏转的格数如实记录并绘制曲线图(如图2)。‎ ‎(1)该实验中的自变量是________，通过________________________________________________________________________‎ 进行调控。‎ ‎(2)图1实验装置如此设计，所依据的原理是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)请据实验结果分析回答：‎ ‎①B点与A点比较，光合强度较大的是________点，指针向________偏转。‎ ‎②C点表示的生物学意义是________________________________________________________________________。‎ ‎③CD段形成的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)若用图1实验装置测定水稻幼苗的呼吸强度，需要对此装置进行__________________处理。‎ 解析：根据题干，该实验的自变量是光照强度，装置中是CO2缓冲液，A瓶中的氧气变化量可改变浮力，从而影响天平指针的偏转。随着灯泡和装置之间距离的增大，光照强度在逐渐减弱，光合作用强度在逐渐减小，在C点之前，光合作用强度大于呼吸作用强度，A瓶中氧气量在增加，指针向右偏转且偏转角度逐渐增大，当光合作用强度等于呼吸作用强度时，氧气量达到最大，天平指针偏转角度也达到最大，C点之后，呼吸作用强度大于光合作用强度，指针偏转角度逐渐减小。‎ 答案：(1)光照强度　改变灯泡与装置间的距离 ‎(2)该装置中水稻光合作用产生的氧气可使浮力增大，使天平指针发生偏转　(3)①A　右　②光合作用与呼吸作用强度相等　③呼吸作用强度大于光合作用强度　(4)遮光(或黑暗)‎ ‎7．(实验变式类)小球藻是一种单细胞藻类植物，如图是利用小球藻和酵母菌研究光合作用和呼吸作用的实验装置。K1、K2为阀门，实验开始前为关闭状态，请回答下列问题：(不考虑通气管内的气体影响)‎ ‎(1)试管中小球藻含丰富的叶绿素，叶绿素的吸收光谱中波峰处主要是____________________光。‎ ‎(2)打开K1，给予试管一定强度的光照，一段时间后发现注射器活塞移动一段距离后停止，停止移动的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)注射器活塞停止移动时，打开K2，推空注射器后关闭K1，发现红色液滴由a处移到b处，继续给予试管光照，观察红色液滴的移动情况：‎ ‎①若液滴不移动，此时酵母菌的呼吸方式为________________________________________________________________________。‎ ‎②若液滴右移，此时酵母菌的呼吸方式中一定有__________________，右移的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 如果要进一步确定此结论，可取培养瓶中培养液，加入________________________(试剂)，观察到的颜色变化是________________________。‎ 解析：(1)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(2)小球藻利用NaHCO3提供的CO2进行光合作用，试管中氧气的含量增加，气压上升，从而使注射器活塞向左移动，但由于NaHCO3供给的CO2有限，光合作用强度会逐渐下降，到一定时间，光合作用强度与呼吸作用强度相等，此时，试管内的气体体积不再发生变化，注射器活塞停止移动。(3)①若液滴不移动，说明装置内气压没有发生变化。试管内气体体积不发生变化，只有在酵母菌只进行有氧呼吸时才会出现(有氧呼吸吸收的氧气量与释放的二氧化碳量相等)；②若液滴右移，说明装置内气体体积增大，此时酵母菌出现了无氧呼吸，无氧呼吸产生的CO2被小球藻利用，生成了等量的O2，从而使装置内气压增大；酵母菌进行无氧呼吸会生成酒精，酒精可以用酸性重铬酸钾溶液来检测，二者反应会使橙色的重铬酸钾溶液变为灰绿色。‎ 答案：(1)红光和蓝紫　(2)NaHCO3供给的CO2有限，CO2不足以让小球藻继续进行光合作用释放O2　(3)①有氧呼吸　②无氧呼吸　酵母菌进行无氧呼吸产生的CO2被小球藻光合作用消耗，生成等量O2，使装置内气压上升，液滴右移　酸性重铬酸钾溶液　橙色→灰绿色 ‎8．(实验拓展类)(2016·南昌一模)苹果成熟过程中积累的糖类主要依靠果实下第一片叶片的光合作用提供。有人将这片叶包在一透明的袋中，袋中始终保持25 ℃及充足的14CO2，在该叶基部安装一个可调节叶基部温度的套环，并将茎的一段树皮(内含韧皮部)与木质部分离后用蜡纸隔开，如图甲所示。实验开始时，套环温度调节到20 ℃，测定30分钟内透明袋中的CO2吸收量、叶片水分散失量，同时测定含14C的糖在茎中各部分的分布。然后将套环温度调节到5 ℃时，发现含14C的糖从叶向果实运输的过程被抑制，继续测定30分钟内透明袋中的CO2吸收量和叶片水分散失量，测得的结果如图乙所示。‎ ‎(1)CO2参与光合作用的________阶段，写出该阶段CO2参与的反应式：__________________。‎ ‎(2)停止供给14CO2时，叶绿体中C5的浓度变化是________。(箭头处表示停止供给)‎ ‎(3)叶片基部温度变化对袋内叶片蒸腾作用有无影响？______。‎ ‎(4)叶片基部处于低温(5 ℃)状态后CO2‎ 的吸收速率下降的主要原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(5)图甲中的实验结果：①在蜡纸隔开的韧皮部有大量14C而木质部没有；②在没有蜡纸隔开的部分，韧皮部和木质部均含有14C。实验结果表明，光合产物是通过________来进行运输的。为了使实验更有说服力，应做的对照实验是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)CO2参与光合作用暗反应阶段的CO2的固定过程，其反应式为CO2＋C52C3。(2)当停止CO2供应时，短时间内C5消耗减少，C3继续还原生成C5，所以细胞内C5含量增加，当C3被还原得越来越少时，C5的生成也会不断减少，C5含量最终不再变化。(3)由图乙可以看出，在60分钟内叶片水分的散失量始终保持不变，说明叶片基部温度变化对袋内叶片蒸腾作用无影响。(4)由题干和图分析可知，低温影响的是葡萄糖的运输，叶内的葡萄糖向外运输受到抑制后，葡萄糖在叶片内不断积累进而影响叶片的光合作用，使叶片吸收CO2的速率下降。(5)实验结果表明，韧皮部是运输葡萄糖的通道，木质部的葡萄糖也来自韧皮部，要想证明此结论还需要再设置一组对照实验，即将韧皮部和木质部分离，但不用蜡纸隔开，使实验结果更具说服力。‎ 答案：(1)暗反应　CO2＋C52C3　(2)C　(3)无 ‎(4)葡萄糖由叶向果实运输被抑制，叶片中含14C的糖增加 ‎(5)韧皮部　韧皮部和木质部分离后重新密切接触(分离而不用蜡纸隔开)‎