2024屆 一輪復(fù)習 人教版 高頻考點進階課　1-光合作用與細胞呼吸的綜合應(yīng)用 學(xué)案

光合作用和細胞呼吸之間的物質(zhì)和能量關(guān)系(2021·全國卷Ⅰ)生活在干旱地區(qū)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(guān)閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：(1)白天葉肉細胞產(chǎn)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(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)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(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)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(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)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(chǎn)生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應(yīng)，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(huán)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(guān)閉能防止白天因溫度較高、蒸騰作用較強，導(dǎo)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(huán)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(dǎo)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(zhì)基質(zhì)、線粒體(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)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(dǎo)致水分散失過多光合作用(3)實驗思路：取生長狀態(tài)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(huán)境中培養(yǎng)，B組在干旱環(huán)境中培養(yǎng)，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(yù)期結(jié)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(lián)系(1)物質(zhì)聯(lián)系。①C元素：CO2暗反應(yīng)(CH2O)有氧呼吸ⅠC3H4②O元素：H2O光反應(yīng)O2有氧呼吸③H元素：H2O光反應(yīng)NADPH暗反應(yīng)[H]有氧呼吸Ⅲ(2)能量聯(lián)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1h，再光照1h(光照強度相同)，測其重量變化，得到如下數(shù)據(jù)。由此可以得出的結(jié)論是()組別一二三四溫度/℃27282930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＋1A．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6mg/hB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(jīng)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(jié)合表中數(shù)據(jù)可知，27℃、28℃、29℃、30℃的呼吸速率依次是：1mg/h、2mg/h、3mg/h、1mg/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(jīng)過計算可知，27℃、28℃、29℃的凈光合速率依次是：4mg/h、5mg/h和6mg/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(guān)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③B．②的進行與⑤⑥密切相關(guān)C．藍細菌細胞中④發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中D．葉肉細胞③中O2的產(chǎn)生量小于⑥中O2的吸收量，則該細胞內(nèi)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(yīng)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(yīng)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(guān)，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(yīng)過程O2的產(chǎn)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(nèi)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(zhì)分布在葉綠體的________________上，該物質(zhì)主要捕獲可見光中的________________。(2)植物的葉面積與產(chǎn)量關(guān)系密切。葉面積系數(shù)(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(zhì)積累速率之間的關(guān)系如圖所示。由圖可知：當葉面積系數(shù)小于a時，隨葉面積系數(shù)增加，群體光合速率和干物質(zhì)積累速率均________。當葉面積系數(shù)超過b時，群體干物質(zhì)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(zhì)是光合色素，該物質(zhì)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(shù)小于a時，隨葉面積系數(shù)增加，群體光合速率和干物質(zhì)積累速率都在增加；當葉面積系數(shù)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(zhì)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(zhì)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(guān)系(1)綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)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(shù)據(jù)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(jù)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(jù)關(guān)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(chǎn)生量有機物消耗量(黑暗)積累量制造量、產(chǎn)生量2．微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)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(chǎn)生葡萄糖量葉綠體產(chǎn)生O2量[n3(或n1＋n2)]3．常考曲線分析(1)葉面積指數(shù)對光合作用和細胞呼吸的影響。交點D對應(yīng)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(zhì)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(guān)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(tài)，植物將死亡。5．自然環(huán)境及密閉容器中植物光合作用曲線及分析(1)自然環(huán)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(xiàn)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(yīng)為凈光合量。c．光照培養(yǎng)階段，密閉裝置中CO2濃度變化量應(yīng)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(dǎo)致裝置中CO2濃度下降。1．(2021·北京卷)將某種植物置于高溫環(huán)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(jié)果如圖。由圖不能得出的結(jié)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(xiàn)出對高溫環(huán)境的適應(yīng)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3mmol·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(fā)育，體現(xiàn)了HT植株對高溫環(huán)境較適應(yīng)，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(guān)系，圖丁表示夏季晴朗的一天，某種綠色植物在24小時內(nèi)O2吸收速率的變化示意圖(單位：mg/h)。A、B點對應(yīng)時刻分別為6時和19時。請回答下列問題：(1)圖乙中光反應(yīng)的具體部位是[]__________(填字母及名稱)，反應(yīng)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(nèi)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300mg，假設(shè)該植物在24小時內(nèi)呼吸速率不變，則該植物一天通過光合作用產(chǎn)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”)300mg。解析：(1)光合作用光反應(yīng)的場所在a類囊體薄膜上，能量變化為光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能。(2)圖丙中曲線表示在一定范圍內(nèi)，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(nèi)O2吸收和釋放速率的變化，24小時內(nèi)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300mg(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288mg，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300mg。答案：(1)a類囊體薄膜光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中活躍的化學(xué)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(jié)選)通常，對于一個水生生態(tài)系統(tǒng)來說，可根據(jù)水體中含氧量的變化計算出生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級生產(chǎn)量(生產(chǎn)者所制造的有機物總量)。若要測定某一水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級生產(chǎn)量，可在該水生生態(tài)系統(tǒng)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(jù)此回答下列問題：在甲、乙瓶中生產(chǎn)者呼吸作用相同且瓶中只有生產(chǎn)者的條件下，本實驗中C與A的差值表示這段時間內(nèi)______________________________；C與B的差值表示這段時間內(nèi)________________________；A與B的差值表示這段時間內(nèi)__________________。解析：依題意可知，甲、乙兩瓶中只有生產(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)者的呼吸作用耗氧量。答案：生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量生產(chǎn)者光合作用的總放氧量生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生CO2的量有關(guān)。(3)實驗現(xiàn)象與結(jié)論。實驗現(xiàn)象(紅墨水滴移動方向)結(jié)論裝置甲裝置乙不動不動只進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸或生物材料已死亡不動右移只進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸左移右移進行有氧呼吸和產(chǎn)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(chǎn)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(shè)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(jié)果的干擾，應(yīng)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(jié)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(jù)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?！昂诎灼俊眴栴}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(guī)律如下：規(guī)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(guī)律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現(xiàn)有量與黑瓶中測得的現(xiàn)有量之差為總光合作用量。1．某同學(xué)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(huán)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(xù)取下面積為1cm2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10mg/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<b<c<d<e)，溫度保持不變，24h后，測得六對黑白瓶中溶解氧的含量數(shù)據(jù)如下表。下列相關(guān)敘述中錯誤的是()光照強度/klx0(黑暗)abcde白瓶溶氧量/(mg·L-1)31016243030黑瓶溶氧量/(mg·L-1)333333A．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(chǎn)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(chǎn)生的氧氣量為21mg/LD．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(chǎn)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(chǎn)生的氧剛好用于瓶內(nèi)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(wěn)定的條件下得到下表實驗數(shù)據(jù)，其中每小格刻度對應(yīng)氣體變化量是10μmol。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(cè)液面刻度變化/(格·h-1)02506100121501820018(1)如果光照強度是0μmol·m-2·s-1，U形管右側(cè)液面降低，原因是________________________________________________________________________________