2024屆高考二輪細(xì)胞呼吸和光合作用 學(xué)案

專題四細(xì)胞呼吸和光合作用[課標(biāo)內(nèi)容]1．說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛脱鯕獾倪^程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。2.說明生物通過細(xì)胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉(zhuǎn)化為生命活動可以利用的能量。1．(必修1P94小字)細(xì)胞呼吸除了能為生物體提供能量，還是____________的樞紐。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝，都可以通過細(xì)胞呼吸過程聯(lián)系起來。提示：生物體代謝2．(必修1P96拓展應(yīng)用1)松土有利于植物吸收無機鹽，也有利于保護生態(tài)環(huán)境嗎？為什么？提示：不利于保護生態(tài)環(huán)境；因為植物和微生物有氧呼吸會產(chǎn)生更多的二氧化碳。3．(必修1P99學(xué)科交叉)通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用嗎？提示：不能，可見光的波長范圍是400～760nm。不同波長的光，顏色不同。波長小于400nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。4．(必修1P106拓展應(yīng)用1)夏季晴朗的白天，中午光合速率下降的原因是____________________________________________________________，導(dǎo)致CO2供應(yīng)不足，直接限制________階段；早晨和傍晚光合速率較低的原因是光照較弱，直接限制的是________階段。提示：光照過強、溫度過高，有些植物為了減少水分的散失會關(guān)閉部分氣孔暗反應(yīng)光反應(yīng)要點1細(xì)胞呼吸和光合作用的過程1．圖解光合作用與細(xì)胞呼吸的過程2．光合作用與細(xì)胞呼吸過程中物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換過程3．模型法分析物質(zhì)的量的變化注意：(1)以上分析只表示條件改變后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變化，而非長時間。(2)以上各物質(zhì)變化中，C3和C5含量的變化是相反的，NADPH和ATP含量變化是一致的。eq\a\vs4\al(易錯警示)1．與細(xì)胞呼吸有關(guān)的3個易錯易混點(1)誤認(rèn)為有氧呼吸的全過程都需要O2：有氧呼吸的第一、二階段不需要O2，第三階段需要O2。(2)誤認(rèn)為有氧呼吸的場所只有線粒體：①原核生物有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞膜。②真核生物有氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。(3)誤認(rèn)為O2一定抑制無氧呼吸：哺乳動物的成熟紅細(xì)胞的無氧呼吸不受O2的影響。2．與光合作用有關(guān)的2個易錯易混點(1)誤認(rèn)為暗反應(yīng)不需要光也能長期進行：暗反應(yīng)在有光、無光條件下都可以進行，但是如果沒有光照，光反應(yīng)停止后不提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)很快也會停止。(2)誤認(rèn)為光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP用于各種生命活動：光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只能用于葉綠體自身的生命活動需要，不能直接用于細(xì)胞中其他部位的生命活動。1．(2023·廣東卷)在游泳過程中，參與呼吸作用并在線粒體內(nèi)膜上作為反應(yīng)物的是()A．還原型輔酶Ⅰ B．丙酮酸C．氧化型輔酶Ⅰ D．二氧化碳解析：游泳過程中主要是有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一階段和第二階段都產(chǎn)生了[H]，這兩個階段產(chǎn)生的[H]用于有氧呼吸第三階段，在線粒體內(nèi)膜上與氧結(jié)合生成水，這里的[H]是一種簡化的表示方式，實際上指的是還原型輔酶Ⅰ，A正確。答案：A2．(2023·湖北卷)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復(fù)合體，PSⅡ光復(fù)合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ，通過與PSⅡ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是()A．葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲增強B．Mg2+含量減少會導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱C．弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，不利于對光能的捕獲D．PSⅡ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H＋、電子和O2解析：葉肉細(xì)胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ分離減少，PSⅡ光復(fù)合體對光能的捕獲增強，A正確；Mg2+是葉綠素的組成成分，其含量減少會導(dǎo)致PSⅡ光復(fù)合體上的葉綠素含量減少，導(dǎo)致對光能的捕獲減弱，B正確；弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，增強對光能的捕獲，C錯誤；PSⅡ光復(fù)合體能吸收光能，并分解水，水的光解產(chǎn)生H＋、電子和O2，D正確。答案：C3．(2022·重慶卷)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，光能會被類囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”，并用于驅(qū)動產(chǎn)生ATP(如圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式，他們開展了后續(xù)實驗。(1)制備類囊體時，提取液中應(yīng)含有適宜濃度的蔗糖，以保證其結(jié)構(gòu)完整，原因是____________________________________；為避免膜蛋白被降解，提取液應(yīng)保持________(填“低溫”或“常溫”)。(2)在圖Ⅰ實驗基礎(chǔ)上進行圖Ⅱ?qū)嶒灒l(fā)現(xiàn)該實驗條件下，也能產(chǎn)生ATP。但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)為探究自然條件下類囊體膜內(nèi)外產(chǎn)生H＋濃度差的原因，對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，結(jié)果如圖Ⅲ所示，懸液的pH在光照處理時升高，原因是____________________________________________________。類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差是通過光合電子傳遞和H＋轉(zhuǎn)運形成的，電子的最終來源物質(zhì)是________。(4)用菠菜類囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體，能在光下生產(chǎn)目標(biāo)多碳化合物。若要實現(xiàn)黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有______________________。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，若要增產(chǎn)，可采取的有效措施有____________________________________(答兩點)。解析：(1)制備類囊體時，其提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖，保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂，以保證其結(jié)構(gòu)完整。提取液應(yīng)該保持低溫以降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)從圖Ⅱ?qū)嶒炛锌芍诠庹諚l件下，將處于pH＝4的類囊體轉(zhuǎn)移到pH＝8的錐形瓶中，再在遮光的條件下加入ADP和Pi，也產(chǎn)生了ATP，但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差，因為圖Ⅱ?qū)嶒炇窃诠庹諚l件下對類囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外H＋濃度差。(3)對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，懸液的pH在光照處理時升高，推測可能是類囊體膜外H＋被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高。類囊體膜內(nèi)外的H＋濃度差是通過光合電子傳遞和H＋轉(zhuǎn)運形成的，光反應(yīng)過程中，水的光解伴隨著電子的傳遞，故電子的最終來源是水。(4)人工葉綠體能在光下生產(chǎn)目標(biāo)多碳化合物，若要在黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，則需要提供光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)NADPH和ATP，以及暗反應(yīng)的原料CO2。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，說明暗反應(yīng)已經(jīng)達到最大速率，增加CO2的濃度和適當(dāng)提高環(huán)境溫度增加酶的活性，可有效提高光合效率。答案：(1)保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂低溫(2)實驗Ⅱ是在光照條件下對類囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外H＋濃度差(3)類囊體膜外H＋被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高水(4)NADPH、ATP和CO2增加CO2的濃度和適當(dāng)提高環(huán)境溫度1．葡萄糖的有氧呼吸過程中，水的生成發(fā)生在線粒體外膜。(2021·湖北卷，1A)(×)2．馬鈴薯塊莖細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)生丙酮酸的過程不能生成ATP。(2019·全國Ⅱ卷，2C)(×)3．植物細(xì)胞產(chǎn)生的O2只能來自光合作用。(2021·山東卷，16C)(×)4．類囊體產(chǎn)生的ATP和O2，參與CO2固定與還原。(2020·天津卷，5C)(×)5．光反應(yīng)階段中水在光下分解需ATP水解提供能量。(2019·天津卷，2C)(×)科學(xué)思維——在正確理解與掌握知識內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，提升演繹推理、信息獲取與知識輸出能力1．大豆種子萌發(fā)過程中，O2消耗量等于CO2釋放量時，大豆種子只進行有氧呼吸嗎？提示：大豆種子富含脂肪，而脂肪氧化分解時耗氧量大于CO2釋放量，故當(dāng)二者相等時，大豆種子應(yīng)該還在進行一定程度的無氧呼吸。2．植物生長過程中，光合作用產(chǎn)生的ATP的量遠(yuǎn)大于細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP的量，請解釋原因。提示：植物在生長過程中，光合作用產(chǎn)生的ATP中的能量轉(zhuǎn)移到有機物中，植物體中的有機物只有部分通過細(xì)胞呼吸氧化分解釋放能量，且釋放的能量也只有部分轉(zhuǎn)移到ATP中。eq\a\vs4\al(題組1)細(xì)胞呼吸過程1．(2022·全國甲卷)線粒體是細(xì)胞進行有氧呼吸的主要場所。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常運動的人肌細(xì)胞中線粒體數(shù)量通常比缺乏鍛煉的人多。下列與線粒體有關(guān)的敘述，錯誤的是()A．有氧呼吸時細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中都能產(chǎn)生ATPB．線粒體內(nèi)膜上的酶可以參與[H]和氧反應(yīng)形成水的過程C．線粒體中的丙酮酸分解成CO2和[H]的過程需要O2的直接參與D.線粒體中的DNA能夠通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制某些蛋白質(zhì)的合成解析：有氧呼吸的全過程分為三個階段，分別在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜上進行，這三個階段都能釋放能量，產(chǎn)生ATP，A正確；在線粒體內(nèi)膜上進行有氧呼吸第三階段的反應(yīng)，則線粒體內(nèi)膜上的酶可以催化前兩個階段產(chǎn)生的[H]和氧反應(yīng)形成水，B正確；丙酮酸分解成CO2和[H]屬于有氧呼吸第二階段，在線粒體基質(zhì)中進行，這一階段不需要O2直接參與，C錯誤；線粒體為半自主性細(xì)胞器，其中含有DNA和核糖體，故線粒體中的DNA能夠通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制某些蛋白質(zhì)的合成，D正確。答案：C2．(2023·河南模擬預(yù)測)玉米的胚只在有氧條件下產(chǎn)生CO2，若給其接種酵母菌，則無論在有氧條件還是無氧條件下存放一段時間后均有CO2生成。下列分析錯誤的是()A．玉米的胚細(xì)胞中不存在與酒精合成相關(guān)的酶B．玉米的胚在有氧條件下產(chǎn)生CO2時需要水的參與C．接種酵母菌后無氧條件下產(chǎn)生的CO2來自線粒體基質(zhì)D．不同條件下酵母菌消耗等量葡萄糖釋放的CO2量不同解析：根據(jù)“玉米的胚只在有氧條件下產(chǎn)生CO2”可知，玉米的胚在無氧條件下不產(chǎn)生酒精和CO2，進而推斷出玉米的胚細(xì)胞中不存在與酒精合成相關(guān)的酶，A正確；根據(jù)有氧呼吸第二階段的反應(yīng)式可知，玉米的胚在有氧條件下產(chǎn)生CO2時需要水的參與，B正確；接種酵母菌后，無氧條件下產(chǎn)生的CO2來自細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，C錯誤；在有氧條件下，酵母菌消耗1分子葡萄糖釋放6分子CO2，在無氧條件下，酵母菌消耗1分子葡萄糖釋放2分子CO2，因此不同條件下酵母菌消耗等量葡萄糖釋放的CO2量不同，D正確。答案：C3．(2023·山東卷)水淹時，玉米根細(xì)胞由于較長時間進行無氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，使液泡膜上的H＋轉(zhuǎn)運減緩，引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H＋積累，無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸也使細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)pH降低。pH降低至一定程度會引起細(xì)胞酸中毒。細(xì)胞可通過將無氧呼吸過程中的丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑，延緩細(xì)胞酸中毒。下列說法正確的是()A．正常玉米根細(xì)胞液泡內(nèi)pH高于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)B．檢測到水淹的玉米根有CO2的產(chǎn)生不能判斷是否有酒精生成C．轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時釋放的ATP增多以緩解能量供應(yīng)不足D．轉(zhuǎn)換為丙酮酸產(chǎn)酒精途徑時消耗的[H]增多以緩解酸中毒解析：題干中“玉米根細(xì)胞由于較長時間進行無氧呼吸導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，使液泡膜上的H＋轉(zhuǎn)運減緩，引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)H＋積累”，說明H＋進入液泡是消耗能量的主動運輸，為逆濃度梯度轉(zhuǎn)運，可推知液泡內(nèi)H＋濃度較細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)高，pH較低，A錯誤；玉米根部短時間水淹，根部含有少量氧氣，可進行有氧呼吸，根細(xì)胞進行有氧呼吸或產(chǎn)生酒精的無氧呼吸均有CO2產(chǎn)生，B正確；無氧呼吸只有第一階段生成ATP，產(chǎn)酒精和產(chǎn)乳酸的無氧呼吸第一階段的過程相同，生成等量的ATP，C錯誤；細(xì)胞將無氧呼吸過程中丙酮酸產(chǎn)乳酸途徑轉(zhuǎn)換為產(chǎn)酒精途徑，可減少乳酸的產(chǎn)生以緩解酸中毒，D錯誤。答案：Beq\a\vs4\al(題組2)光合作用過程4．(2023·福建校聯(lián)考三模)如圖是小麥植株的葉肉細(xì)胞進行光合作用的部分示意圖，光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物，具有吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的作用。下列敘述正確的是()A．小麥葉肉細(xì)胞的光合色素分布在液泡和類囊體膜上B．阻斷電子傳遞，不影響NADPH的生成和ATP的合成C．CF0－CF1復(fù)合物具有催化ATP合成和運輸H＋的作用D．若降低環(huán)境中CO2的濃度，短時間內(nèi)ATP的含量會下降解析：小麥葉肉細(xì)胞的光合色素分布在類囊體膜上，液泡中的色素不能進行光合作用，A錯誤；據(jù)圖可知，NADPH的生成需要來自PSⅡ傳遞過來的電子，B錯誤；據(jù)圖可知，ATP的合成是在CF0－CF1復(fù)合物的催化作用下完成的，同時CF0－CF1復(fù)合物還能運輸H＋，C正確；若降低環(huán)境中CO2的濃度，暗反應(yīng)減慢，消耗的ATP減少，短時間內(nèi)ATP的含量會上升，D錯誤。答案：C5．(多選)藍(lán)細(xì)菌具有CO2濃縮機制，如圖所示，其中Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶，也能催化O2與C5結(jié)合，下列敘述正確的是()A.CO2與O2可能競爭性結(jié)合Rubisco的同一活性位點B．CO2通過細(xì)胞膜和光合片層膜的跨膜運輸方式相同C．CO2固定過程不消耗能量與Rubisco作用機理有關(guān)D．藍(lán)細(xì)菌的CO2濃縮機制可以提高羧化體中CO2的濃度解析：Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶，也能催化O2與C5結(jié)合，因此CO2與O2可能競爭性結(jié)合Rubisco的同一活性位點，A正確；據(jù)題圖可知，CO2進入細(xì)胞膜的方式為自由擴散，進入光合片層膜的方式為主動運輸，B錯誤；Rubisco可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，因此CO2固定過程不消耗能量，C正確；藍(lán)細(xì)菌通過CO2濃縮機制使羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度升高，從而促進CO2固定進行光合作用，D正確。答案：ACD要點2細(xì)胞呼吸和光合作用的影響因素及應(yīng)用1．影響細(xì)胞呼吸的因素2．影響光合作用的因素3．關(guān)注光合作用3類影響因素曲線中的“關(guān)鍵點”(1)光照強度(2)CO2濃度①圖乙中A點的代謝特點為植物光合速率與細(xì)胞呼吸速率相等，此時的CO2濃度為CO2補償點，而圖甲中D點的CO2濃度是植物進行光合作用時最小CO2濃度，從D點才開始啟動光合作用。②B點和P點的限制因素：外因有溫度和光照強度等，內(nèi)因有酶的數(shù)量和活性、C5的含量、色素含量等。(3)多因子影響上述圖1、2、3中的曲線分析：P點時，限制光合速率的主要因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨著該因子的不斷加強，光合速率不斷提高。當(dāng)達到Q點時，橫坐標(biāo)所表示的因子不再是影響光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中其他因子的方法。4．有關(guān)光合作用特殊曲線分析1．(2023·湖北卷)高溫是制約世界糧食安全的因素之一，高溫往往使植物葉片變黃、變褐。研究發(fā)現(xiàn)平均氣溫每升高1℃，水稻、小麥等作物減產(chǎn)約3%～8%。關(guān)于高溫下作物減產(chǎn)的原因，下列敘述錯誤的是()A．呼吸作用變強，消耗大量養(yǎng)分B．光合作用強度減弱，有機物合成減少C．蒸騰作用增強，植物易失水發(fā)生萎蔫D．葉綠素降解，光反應(yīng)生成的NADH和ATP減少解析：高溫使呼吸酶的活性增強，呼吸作用變強，消耗大量養(yǎng)分，A正確；高溫使氣孔導(dǎo)度變小，光合作用強度減弱，有機物合成減少，B正確；高溫使作物蒸騰作用增強，植物易失水發(fā)生萎蔫，C正確；高溫使作物葉綠素降解，光反應(yīng)生成的NADPH和ATP減少，D錯誤。答案：D2．(2023·新課標(biāo)卷)我國勞動人民在漫長的歷史進程中，積累了豐富的生產(chǎn)、生活經(jīng)驗，并在實踐中應(yīng)用。生產(chǎn)和生活中常采取的一些措施如下。①低溫儲存，即果實、蔬菜等收獲后在低溫條件下存放②春化處理，即對某些作物萌發(fā)的種子或幼苗進行適度低溫處理③風(fēng)干儲藏，即小麥、玉米等種子收獲后經(jīng)適當(dāng)風(fēng)干處理后儲藏④光周期處理，即在作物生長的某一時期控制每天光照和黑暗的相對時長⑤合理密植，即栽種作物時做到密度適當(dāng)，行距、株距合理⑥間作種植，即同一生長期內(nèi)，在同一塊土地上隔行種植兩種高矮不同的作物關(guān)于這些措施，下列說法合理的是()A．措施②④分別反映了低溫和晝夜長短與作物開花的關(guān)系B．措施③⑤的主要目的是降低有機物的消耗C．措施②⑤⑥的主要目的是促進作物的光合作用D．措施①③④的主要目的是降低作物或種子的呼吸作用強度解析：經(jīng)歷低溫誘導(dǎo)促使植物開花的作用，稱為春化作用，措施②反映了低溫與作物開花的關(guān)系；很多植物的開花與晝夜長短有關(guān)，措施④可反映晝夜長短與作物開花的關(guān)系，A合理。措施③風(fēng)干儲藏，可以降低小麥、玉米等種子的呼吸作用強度，降低有機物的消耗，但措施⑤合理密植的主要目的是提高光合作用強度，B不合理。措施②的主要目的是促進作物開花；措施⑤合理密植有利于作物充分利用光能，提高光合作用的效率；措施⑥間作種植的主要目的是提高光能利用率，C不合理。措施①低溫儲存和措施③風(fēng)干儲藏的主要目的都是降低作物或種子的呼吸作用強度，但措施④光周期處理的主要目的是影響作物開花，D不合理。答案：A3．(2023·廣東卷)光合作用機理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。大田常規(guī)栽培時，水稻野生型(WT)的產(chǎn)量和黃綠葉突變體(ygl)的產(chǎn)量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高，其相關(guān)生理特征見下表和圖。(光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度；光補償點：光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。)水稻材料葉綠素(mg/g)類胡蘿卜素(mg/g)類胡蘿卜素/葉綠素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27分析圖表，回答下列問題。(1)ygl葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和________________，葉片主要吸收可見光中的________光。(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol·m-2·s-1時，ygl的凈光合速率較WT更高，但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，比較兩者的光飽和點，可得ygl________(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有較高的光補償點，可能的原因是葉綠素含量較低和________________________。(3)與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體________________，是其高產(chǎn)的原因之一。(4)試分析在0～50μmol·m-2·s-1范圍的低光照強度下，WT和ygl凈光合速率的變化，在如圖坐標(biāo)系中繪制凈光合速率趨勢曲線。在此基礎(chǔ)上，分析圖a和你繪制的曲線，比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率，提出一個科學(xué)問題________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)表格信息可知，ygl植株葉綠素含量較低且類胡蘿卜素/葉綠素比值比較高，故葉片呈現(xiàn)出黃綠色。葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。(2)根據(jù)圖a凈光合速率曲線變化可知，WT先到達光飽和點，即ygl的光飽和點高于WT。光補償點是光合速率等于呼吸速率時的光照強度，據(jù)圖b和圖c可知，ygl有較高的光補償點是因為葉綠素含量較低導(dǎo)致相同光照強度下光合速率較低，且由圖c可知ygl呼吸速率較高。(3)ygl群體的凈光合速率較高則有機物的積累量較多，更有利于植株生長發(fā)育，因此產(chǎn)量較多。(4)由于ygl呼吸速率較高，且有較高的光補償點，因此在0～50μmol·m-2·s-1范圍的低光照強度下，WT的凈光合速率高于ygl，因此兩者的凈光合速率曲線見下圖：分析圖a和新繪制的圖示曲線，高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率大小不同，根據(jù)兩圖可提出問題：為什么達到光飽和點時，ygl的凈光合速率高于WT?答案：(1)類胡蘿卜素/葉綠素比例上升紅光和藍(lán)紫(2)高于呼吸速率較高(3)有機物積累較多(4)為什么達到光飽和點時，ygl的凈光合速率高于WT?1．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(×)2．紅光照射時，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a。(2019·海南卷，9B)(×)3．正常條件下，植物葉片的光合產(chǎn)物不會全部運輸?shù)狡渌课?，原因是自身呼吸消耗或建造植物體結(jié)構(gòu)(答出1點即可)。(2022·全國甲卷，29節(jié)選)4．圖示為一定時間內(nèi)作物甲和作物乙的根細(xì)胞吸收NOeq\o\al(－,3)的速率與O2濃度的關(guān)系。作物甲和作物乙各自在NOeq\o\al(－,3)最大吸收速率時，作物甲根細(xì)胞的呼吸速率大于作物乙，判斷依據(jù)是甲的NOeq\o\al(－,3)最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消耗O2多。(2022·全國乙卷，29節(jié)選)科學(xué)思維——在正確理解與掌握知識內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，提升信息獲取與識別、演繹推理語言表達批判性思維模型認(rèn)知與構(gòu)建等能力1．(2023·全國乙卷，節(jié)選)植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結(jié)構(gòu)的保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成。保衛(wèi)細(xì)胞吸水體積膨大時氣孔打開，反之關(guān)閉，保衛(wèi)細(xì)胞含有葉綠體，在光下可進行光合作用。已知藍(lán)光可作為一種信號促進保衛(wèi)細(xì)胞逆濃度梯度吸收K＋。某研究小組發(fā)現(xiàn)在飽和紅光的基礎(chǔ)上補加藍(lán)光照射葉片，氣孔開度可進一步增大，因此他們認(rèn)為氣孔開度進一步增大的原因是藍(lán)光促進保衛(wèi)細(xì)胞逆濃度梯度吸收K＋。請推測該研究小組得出這一結(jié)論的依據(jù)是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示：藍(lán)光作為一種信號促進保衛(wèi)細(xì)胞逆濃度吸收K＋，使保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高，保衛(wèi)細(xì)胞吸水，體積膨大，氣孔進一步打開科學(xué)探究——通過對情境材料下實驗設(shè)計思路的梳理和檢測方法的使用提升科學(xué)探究能力2．[情境材料]為了探究弱光和強光對某種綠色植物的葉片內(nèi)各種光合色素含量的影響，請簡要寫出實驗設(shè)計思路并利用所學(xué)知識進行檢測。提示：將某種生理狀態(tài)、大小等相同的綠色植株平均分為甲、乙、丙3組，甲組給予弱光照，乙組給予自然光照，丙組給予強光照，其他條件相同且適宜，一段時間后取每組相同部位的等量葉片進行色素的提取和分離，比較濾紙條上各種色素帶的寬度。eq\a\vs4\al(題組1)細(xì)胞呼吸影響因素1．零上低溫對植物造成的危害稱為冷害，研究發(fā)現(xiàn)，小麥在遭受冷害時，細(xì)胞內(nèi)可溶性糖含量明顯提高，氧氣消耗速率先升高后降低。如圖表示與冷害相關(guān)的兩個重要代謝活動，圖中①～⑤表示不同的生理過程，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．冷害初期③④過程增強，細(xì)胞獲得更多的能量，有利于抵御寒冷B．持續(xù)低溫使合成油脂的酶活性減弱，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)可溶性糖含量提高C．X、Y物質(zhì)為兩種不同的三碳酸，增強光照對②過程無直接影響D．③④過程能產(chǎn)生[H]，其與圖中的NADPH并不相同解析：過程③為有氧呼吸第一階段、過程④為有氧呼吸的第二階段，冷害初期過程③④增強，細(xì)胞獲得更多的能量，有利于抵御寒冷，A正確；溫度影響酶的活性，降低溫度，酶的活性降低，因此，持續(xù)低溫使合成淀粉的酶活性減弱，影響可溶性糖合成淀粉，B錯誤；物質(zhì)X為C3，物質(zhì)Y為丙酮酸，增強光照能增加NADPH和ATP的產(chǎn)生，間接影響過程②C3的還原，C正確；③④過程能產(chǎn)生[H]即NADH，其與圖中的NADPH并不相同，D正確。答案：B2．(多選)(2022·山東卷)在有氧呼吸第三階段，線粒體基質(zhì)中的還原型輔酶脫去氫并釋放電子，電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給O2，電子傳遞過程中釋放的能量驅(qū)動H＋從線粒體基質(zhì)移至內(nèi)外膜間隙中，隨后H＋經(jīng)ATP合酶返回線粒體基質(zhì)并促使ATP合成，然后與接受了電子的O2結(jié)合生成水。為研究短時低溫對該階段的影響，將長勢相同的黃瓜幼苗在不同條件下處理，分組情況及結(jié)果如圖所示。已知DNP可使H＋進入線粒體基質(zhì)時不經(jīng)過ATP合酶。下列相關(guān)說法正確的是()A．4℃時線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞受阻B．與25℃時相比，4℃時有氧呼吸產(chǎn)熱多C．與25℃時相比，4℃時有氧呼吸消耗葡萄糖的量多D．DNP導(dǎo)致線粒體內(nèi)外膜間隙中H＋濃度降低，生成的ATP減少解析：與25℃相比，4℃耗氧量增加，根據(jù)題意，電子經(jīng)線粒體內(nèi)膜最終傳遞給氧氣，說明電子傳遞未受阻，A錯誤；與25℃相比，短時間低溫4℃處理，ATP合成量較少，耗氧量較多，說明4℃時有氧呼吸釋放的能量較多地用于產(chǎn)熱，消耗的葡萄糖量多，B、C正確；DNP使H＋不經(jīng)ATP合酶返回基質(zhì)中，會使線粒體內(nèi)外膜間隙中H＋濃度降低，導(dǎo)致ATP合成減少，D正確。答案：BCDeq\a\vs4\al(題組2)光合作用影響因素3．(2022·全國乙卷)某同學(xué)將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩(wěn)定。關(guān)于這一實驗現(xiàn)象，下列解釋合理的是()A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩(wěn)定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率解析：在適宜且恒定的溫度和光照條件下，密閉容器中的小麥會同時進行光合作用和呼吸作用，“容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低”，并不能說明初期的光合速率逐漸升高，但可確定初期光合速率大于呼吸速率；由于密閉容器內(nèi)的CO2含量有限，隨著光合作用持續(xù)進行，CO2逐漸被消耗，其含量降低，進而光合作用強度減小；當(dāng)CO2含量降低到一定水平時，小麥的光合速率和呼吸速率相等，此時凈光合速率為0，容器內(nèi)的CO2含量保持相對穩(wěn)定。答案：D4．(2023·河北張家口二模)科研人員在實驗室中模擬夏季一天中的光照強度，并測定苦菊幼苗光合速率的變化情況，結(jié)果如圖所示。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．若a點時葉肉細(xì)胞內(nèi)光合速率等于呼吸速率，則此時苦菊幼苗干重不變B．若處于b點的苦菊突然給予c點對應(yīng)的光照強度，幼苗葉肉細(xì)胞中C3含量將減少C．氣孔關(guān)閉導(dǎo)致細(xì)胞吸收的CO2量減少，使得cd段光合速率下降D．夏季一天中不同時間點的光照強度可能相同解析：若a點時葉肉細(xì)胞內(nèi)光合速率等于呼吸速率，由于非葉肉細(xì)胞還存在細(xì)胞呼吸消耗有機物，故此時苦菊幼苗干重下降，A錯誤；若處于b點的苦菊突然給予c點對應(yīng)的光照強度，即增加光照強度，光反應(yīng)速率增加，幼苗葉肉細(xì)胞中C3含量減少，B正確；氣孔關(guān)閉導(dǎo)致細(xì)胞吸收的CO2量減少，光合速率下降，即cd段下降，C正確；據(jù)圖可知，夏季一天中不同時間點的光照強度可能相同，D正確。答案：A要點3細(xì)胞呼吸和光合作用的相關(guān)實驗1．分析生物呼吸類型判定的實驗設(shè)計探究某生物材料的細(xì)胞呼吸類型(假設(shè)生物材料為植物種子，呼吸底物只有葡萄糖且不考慮外界條件的影響)，某同學(xué)設(shè)計實驗裝置如圖。(1)分析：甲裝置中的NaOH溶液可吸收CO2，則裝置內(nèi)的氣體變化由O2引起，故紅墨液滴移動反映O2吸收量；乙裝置中，蒸餾水不會吸收任何氣體，則裝置內(nèi)的氣體變化由CO2和O2共同引起，故紅墨液滴移動反映釋放CO2和吸收O2的差值。(2)實驗結(jié)果①若甲液滴左移，乙液滴不動，則只進行有氧呼吸。②若甲液滴不動，乙液滴右移，則只進行無氧呼吸。③若甲液滴左移，乙液滴右移，則既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸。(3)物理誤差的校正：除將裝置中生物材料換為殺死的等量同種生物材料外，其余均與乙裝置相同。2．光合速率與呼吸速率的測定(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率a．裝置小燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩進行遮光處理，以排除光合作用的干擾。c．置于適宜溫度環(huán)境中。d．紅色液滴向左移動(代表呼吸速率)。②測定凈光合速率a．裝置小燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內(nèi)CO2濃度恒定，滿足綠色植物光合作用需求。b．必須給予較強光照處理，且溫度適宜。c．紅色液滴向右移動(代表凈光合速率)。3．光合作用與細(xì)胞呼吸實驗設(shè)計中實驗條件的控制方法(1)增加水中O2——泵入空氣或放入綠色水生植物。(2)減少水中O2——容器密封或油膜覆蓋。(3)除去容器中的CO2——NaOH溶液。(4)保持容器中CO2濃度不變——NaHCO3溶液。(5)除去葉片中原有的淀粉——置于黑暗環(huán)境中一段時間。(6)排除光合作用對細(xì)胞呼吸的干擾——給植株遮光。(7)消除種子表面微生物對種子細(xì)胞呼吸速率測定的影響——消毒。(8)探究酵母菌的呼吸方式，檢測產(chǎn)生的CO2情況——用澄清石灰水或溴麝香草酚藍(lán)溶液。(9)除去葉片中葉綠素——酒精隔水加熱。(10)如何得到單色光——棱鏡色散或薄膜濾光。1．(2022·重慶卷)從如圖中選取裝置，用于探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式，正確的組合是()注：箭頭表示氣流方向。A．⑤→⑧→⑦和⑥→③B．⑧→①→③和②→③C．⑤→⑧→③和④→⑦D．⑧→⑤→③和⑥→⑦解析：酵母菌屬于異養(yǎng)兼性厭氧型生物，既能進行有氧呼吸，又能進行無氧呼吸。進行有氧呼吸時，先用NaOH去除空氣中的CO2，再將空氣通入酵母菌培養(yǎng)液，最后連接澄清石灰水檢測CO2的生成，通氣體的管子要注意應(yīng)該長進短出，裝置組合是⑧→①→③；無氧呼吸裝置是直接將酵母菌培養(yǎng)液與澄清石灰水相連，裝酵母菌溶液的瓶子不能太滿，以免溢出，裝置組合是②→③，B正確，A、C、D錯誤。答案：B2．(2023·全國乙卷)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述，錯誤的是()A．氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素B．葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C．用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰D．葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢解析：葉綠素的組成元素為C、H、O、N、Mg，因此氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素，A正確；葉綠素和類胡蘿卜素屬于光合色素，均存在于葉綠體中類囊體的薄膜上，B正確；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，因此用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍(lán)紫光區(qū)有吸收峰，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，D錯誤。答案：D3．(2022·海南卷)某小組為了探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，將四組等量菠菜葉圓片排氣后，分別置于盛有等體積不同濃度NaHCO3溶液的燒杯中，從燒杯底部給予適宜光照，記錄葉圓片上浮所需時長，結(jié)果如圖。下列有關(guān)敘述正確的是()A．本實驗中，溫度、NaHCO3濃度和光照都屬于自變量B．葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率C．四組實驗中，0.5%NaHCO3溶液中葉圓片光合速率最高D．若在4℃條件下進行本實驗，則各組葉圓片上浮所需時長均會縮短解析：本實驗是探究適宜溫度下CO2對光合作用的影響，自變量為CO2濃度(NaHCO3溶液濃度)，溫度和光照為無關(guān)變量，A錯誤；當(dāng)光合作用產(chǎn)生的氧氣大于細(xì)胞呼吸釋放的氧氣時，葉圓片上浮，葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率，B正確；四組實驗中，0.5%NaHCO3溶液中葉圓片上浮需要的時間最長，光合速率最小，C錯誤；若在4℃條件下進行本實驗，由于低溫會使酶的活性降低，凈光合速率可能降低，故各組葉圓片上浮所需時長可能均會延長，D錯誤。答案：B1．酵母菌在有氧和無氧條件下都能產(chǎn)生CO2。(2021·全國甲卷，2D)(√)2．無氧條件培養(yǎng)酵母菌時向酵母菌培養(yǎng)液中加入重鉻酸鉀以便檢測乙醇生成。(2021·廣東卷，9A)(×)3．紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析液。(2021·河北卷，3C)(√)4．(2023·全國甲卷，29節(jié)選)某同學(xué)將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后有糖產(chǎn)生?；卮鹣铝袉栴}。(1)葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細(xì)胞中的葉綠體與線粒體等其他細(xì)胞器分離，可以采用的方法是差速離心法(答出1種即可)。葉綠體中光合色素分布類囊體薄膜上，其中類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光(填“藍(lán)紫光”“紅光”或“綠光”)。(2)將葉綠體的內(nèi)膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發(fā)現(xiàn)黑暗條件下懸浮液中不能產(chǎn)生糖，原因是懸浮液中具有類囊體膜、葉綠體基質(zhì)以及與暗反應(yīng)相關(guān)的酶，但黑暗條件下，光反應(yīng)無法進行，暗反應(yīng)沒有光反應(yīng)提供的原料ATP和NADPH，所以無法形成糖類?？茖W(xué)探究——通過對實驗方法的判斷、結(jié)果的預(yù)期和分析提升科學(xué)探究能力1．為驗證酵母菌細(xì)胞中線粒體對相關(guān)物質(zhì)的利用情況，現(xiàn)從酵母菌細(xì)胞中分離得到具有活性的線粒體為實驗材料進行如下實驗。組別步驟一步驟二步驟三1加入線粒體加入葡萄糖加入溴麝香草酚藍(lán)溶液，一段時間后觀察溶液顏色的變化情況2加入線粒體加入丙酮酸(1)從酵母菌細(xì)胞中分離得到線粒體常用的實驗方法是什么？(2)請預(yù)期兩組實驗的實驗結(jié)果，并簡述判斷理由。提示：(1)差速離心法。(2)第1組溶液為藍(lán)色，第2組溶液顏色由藍(lán)變綠再變黃。第1組中由于葡萄糖不能進入線粒體被利用，所以無CO2生成；第2組丙酮酸可進入線粒體被利用，有CO2生成。2．(2023·全國甲卷，節(jié)選)葉片進行光合作用時，葉綠體中會產(chǎn)生淀粉。請設(shè)計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果。提示：實驗思路：將生長狀況良好且相同的植物葉片均分為甲、乙兩組，甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環(huán)境相同的黑暗狀態(tài)下，一段時間后，用差速離心法提取出甲、乙兩組的葉綠體，制作成勻漿，分別加入碘液后觀察顏色變化。預(yù)期結(jié)果：甲組勻漿出現(xiàn)藍(lán)色，說明葉綠體中有淀粉存在；乙組勻漿無藍(lán)色出現(xiàn)，說明葉綠體中無淀粉存在。eq\a\vs4\al(題組1)光合作用與細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用1．(2023·湖南校聯(lián)考二模)我國耕地退化，土壤肥力有所下降，農(nóng)業(yè)專家建議農(nóng)民在農(nóng)田放養(yǎng)紅萍(與紅萍共生的藍(lán)細(xì)菌中的項圈藍(lán)細(xì)菌能固定大氣中的氮氣)，種植紫云英、花生、大豆等豆科植物(根部含有根瘤菌能固氮)，對土壤進行改良和保護，下列有關(guān)說法錯誤的是()A．土壤肥力下降主要是由于缺氮B．豆科植物與項圈藍(lán)細(xì)菌都可以通過液泡來儲存營養(yǎng)C．旱田施肥后要灌水，原因是無機鹽要溶解在水中才能夠被吸收D．對水田排水曬田的目的是促進根的有氧呼吸，有利于根吸收無機鹽解析：植物從土壤中吸收氮元素，肥力下降主要是由于缺氮，A正確；藍(lán)細(xì)菌是原核生物，沒有液泡，B錯誤；無機鹽溶解在水中才能被吸收