2024年高中生物新教材同步必修第一冊 第5章 微專題二　與酶促反應速率有關的曲線分析含答案

2024年高中生物新教材同步必修第一冊第5章微專題二與酶促反應速率有關的曲線分析與酶促反應速率有關的曲線分析1．底物濃度影響酶促反應速率曲線的分析(1)底物濃度較低時，酶促反應速率與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而加快。(2)當所有的酶都與底物結合后，再增加底物濃度，酶促反應速率不再加快(此時限制酶促反應速率的因素是酶的數(shù)量)。2．酶濃度影響酶促反應速率曲線的分析在有足夠底物且不受其他因素影響的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比。3．溫度和pH共同作用對酶活性的影響(1)反應溶液中pH的變化不影響酶作用的最適溫度。(2)反應溶液中溫度的變化不影響酶作用的最適pH。易錯提醒(1)適當增加酶的濃度會提高反應速率，但生成物的量不會增加；若適當增加反應物的濃度，提高反應速率的同時生成物的量也增加。(2)不同因素影響酶促反應速率的本質(zhì)不同①溫度和pH通過影響酶的活性而影響酶促反應速率。②底物濃度和酶濃度通過影響酶與底物的接觸而影響酶促反應速率，并不影響酶的活性。③抑制劑、激活劑也影響酶的活性。例1如圖表示在最適溫度下，某種酶的催化反應速率與反應物濃度之間的關系。下列有關敘述正確的是()A．適當提高反應溫度，B點向右上方移動B．在B點適當增加酶濃度，反應速率不變C．在A點提高反應物濃度，反應速率加快D．在C點提高反應物濃度，產(chǎn)物不再增加答案C解析在最適溫度下酶的活性最高，溫度偏高或偏低，酶的活性都會明顯降低，即B點會向左下方移動，A錯誤；在B點增加酶的濃度，反應速率加快，B錯誤；從題圖看出，在C點提高反應物濃度，反應速率不再加快，但產(chǎn)物的量還會增加，D錯誤。例2如圖表示某種酶在不同處理條件(a、b、c)下催化化學反應時，反應物的量和反應時間的關系。以下關于此圖的解讀，正確的是()A．a(chǎn)、b、c表示溫度，則一定是a＞b＞cB．a(chǎn)、b、c表示酶的濃度，則a＞b＞cC．a(chǎn)、b、c表示pH，則c＞b＞aD．a(chǎn)、b、c表示溫度，則不可能是c＞b＞a答案B解析在一定條件下，酶在最適溫度或pH時活性最大，高于或低于最適溫度或pH，酶的活性都會下降，據(jù)此結合題意與圖示分析可知，若a、b、c表示溫度或pH，則在低于最適溫度或pH的范圍內(nèi)，a＞b＞c，但在高于最適溫度或pH的范圍內(nèi)，c>b>a，A、C、D錯誤；在底物充足，其他條件固定、適宜的情況下，酶促反應速率與酶濃度成正比，若a、b、c表示酶的濃度，則a＞b＞c，B正確。1.如圖表示在25℃、pH＝7的條件下，向2mL的H2O2溶液中加入兩滴肝臟研磨液，H2O2分解產(chǎn)生O2的量隨時間的變化。若改變某一條件，下列分析正確的是()A．以Fe3＋替代肝臟研磨液，a值減小，b值增大B．滴加4滴肝臟研磨液，a值不變，b值增大C．溫度為37℃時，a值不變，b值減小D．H2O2量增加為4mL時，a值增大，b值減小答案C解析在生物化學反應中，與無機催化劑相比，酶具有高效性，但是兩者的催化作用都不會改變化學反應的平衡點，所以a值不會減小，b值會增大，A錯誤；4滴肝臟研磨液中過氧化氫酶的量大于2滴肝臟研磨液中過氧化氫酶的量，因此滴加4滴肝臟研磨液，反應體系中過氧化氫酶的濃度增加，a值不變，b值減小，B錯誤；37℃接近人體正常體溫，是酶的最適溫度，催化效率是最高的，所用時間會減少，故b值減小，C正確；底物的量增加時，產(chǎn)物的量和時間都會有所增加，故a和b的值都增大，D錯誤。2.如圖是酶活性影響因素的相關曲線，下列有關說法不正確的是()A．據(jù)圖可知酶的最適溫度為M，最適pH為8B．圖中所示反應溶液中pH的變化不影響酶作用的最適溫度C．溫度偏高或偏低，酶活性都會明顯降低D．0℃時酶的活性很低，但酶的空間結構穩(wěn)定答案A解析在不同pH條件下，酶的最適溫度不變，據(jù)圖可知，酶的最適溫度為M，但是該實驗的組別太少，無法得出最適pH為8的結論，A錯誤。3．如圖表示在不同條件下，酶催化反應的速率(或生成物量)變化，下列有關敘述不正確的是()A．圖1中虛線可表示酶量增加一倍時，底物濃度和反應速率的關系B．圖2中虛線可表示增加酶濃度，其他條件不變時，生成物量的變化示意曲線C．若圖2中的實線表示Fe3＋的催化效率，則虛線可表示過氧化氫酶的催化效率D．圖3不能表示在反應開始后的一段時間內(nèi)，反應速率與時間的關系答案D解析在酶量增加一倍時，最大反應速率也增加一倍，可以用圖1表示，A正確；圖2虛線表示反應速率增加而快速達到平衡，可以表示酶濃度增加或換用了催化效率更高的催化劑，B、C正確；圖3可以表示隨反應時間的延長，底物逐漸消耗、生成物量逐漸增加，導致反應速率越來越慢，D錯誤。4．為了研究溫度對某種酶活性的影響，設置三個實驗組：A組(20℃)、B組(40℃)和C組(60℃)，測定各組在不同反應時間內(nèi)的產(chǎn)物濃度(其他條件相同)，結果如圖。下列分析正確的是()A．實驗結果表明該酶的最適溫度是40℃B．實驗過程中pH的變化不會對該實驗產(chǎn)生影響C．20℃條件下，t3時溫度提高10℃，產(chǎn)物濃度會增加D．60℃條件下，t2時增加底物的量不會改變產(chǎn)物濃度答案D解析實驗結果表明在三組設定的溫度中40℃時該酶活性最高，但不能說明該酶的最適溫度是40℃，A錯誤；實驗過程中pH是無關變量，必須保持相同且適宜，pH變化會對實驗產(chǎn)生影響，B錯誤；20℃條件下，t3時溫度提高10℃，產(chǎn)物濃度不再增加，因為此時反應物已經(jīng)消耗完，C錯誤；60℃條件下，酶已經(jīng)失活，t2時增加底物的量不會改變產(chǎn)物濃度，D正確。5．除了溫度和pH對酶活性有影響外，一些抑制劑也會降低酶的催化效果。圖甲為酶作用機理及兩種抑制劑影響酶活性的機理示意圖，圖乙為相同酶溶液在無抑制劑、添加不同抑制劑的條件下，酶促反應速率隨底物濃度變化的曲線。下列說法不正確的是()A．圖甲中非競爭性抑制劑降低酶活性的機理與低溫對酶活性抑制的機理不同B．根據(jù)圖甲可推知，競爭性抑制劑與底物具有類似結構而與底物競爭酶的活性位點C．圖乙中底物濃度相對值小于10時，限制曲線A酶促反應速率的主要因素是底物濃度D．圖乙中曲線B和曲線C分別是在酶中添加了非競爭性抑制劑和競爭性抑制劑的結果答案D解析非競爭性抑制劑與酶活性位點以外的其他位點結合，通過改變酶的空間結構使酶的活性受到抑制，但低溫只是抑制酶的活性，在低溫下酶的空間結構沒有改變，A正確；競爭性抑制劑和底物能夠爭奪酶的同一活性部位，說明競爭性抑制劑與底物可能具有類似結構，B正確；底物濃度相對值小于10時，曲線A中的酶促反應速率隨著底物濃度增加而增加，表明此時底物濃度是限制曲線A酶促反應速率的主要因素，C正確；加入競爭性抑制劑后酶對底物的結合機會降低，但升高底物濃度后催化反應速率又升高，可知曲線B是加入了競爭性抑制劑的結果；加入非競爭性抑制劑后酶的催化反應速率降低，增大底物濃度反應速率上升不明顯，說明曲線C是加入了非競爭性抑制劑的結果，D錯誤。6．某課外活動小組用淀粉酶探究pH對酶活性的影響，得到如圖所示的實驗結果，請回答相關問題：(1)酶活性是指____________________________，該實驗的自變量是________，以________________作為檢測因變量的指標。(2)如圖所示的實驗結果與預期不符，于是活動小組又進行__________(填“對照”“對比”或“重復”)實驗，得到與此圖無顯著差異的結果。查閱資料后發(fā)現(xiàn)，鹽酸能催化淀粉水解。因此推測，該實驗中淀粉可能是在________和__________的作用下分解的。pH為3條件下的酶活性__________(填“小于”“等于”或“大于”)pH為9條件下的酶活性，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在常溫、常壓下，與鹽酸相比，淀粉酶降低反應活化能的作用更顯著，判斷依據(jù)是_______________________________________________________________________________。答案(1)酶催化特定化學反應的能力pH1h后淀粉剩余量(2)重復淀粉酶鹽酸小于pH為3的條件下，有鹽酸催化淀粉水解干擾實驗結果(3)1h后，pH為7的條件下淀粉的剩余量小于pH為1條件下淀粉的剩余量解析(1)酶活性是指酶催化特定化學反應的能力，據(jù)圖示可知，橫坐標為不同的pH，縱坐標為1h后淀粉剩余量，故該實驗的自變量是pH的不同，因變量是1h后淀粉剩余量。(3)比較pH為1和pH為7的實驗結果可知，pH為7的條件下淀粉的剩余量小于pH為1條件下淀粉的剩余量，故說明與鹽酸相比，淀粉酶降低反應活化能的作用更顯著。C3、C4、CAM植物及光呼吸一、C3、C4和CAM植物自然界中的綠色植物根據(jù)光合作用暗反應過程中CO2的固定途徑不同可以分為C3、C4和CAM三種類型。1．C3途徑：也稱卡爾文循環(huán)[固定CO2的初產(chǎn)物是三碳化合物(C3)]，整個循環(huán)由RuBP(C5)與CO2的羧化開始到RuBP(C5)再生結束，在葉綠體基質(zhì)中進行，可合成蔗糖、淀粉等多種有機物。常見C3植物有大麥、小麥、大豆、水稻、馬鈴薯等。2．C4途徑：[固定CO2的初產(chǎn)物是四碳化合物(C4)]研究玉米的葉片結構發(fā)現(xiàn)，玉米的維管束鞘細胞和葉肉細胞緊密排列(如圖1)。葉肉細胞中的葉綠體有類囊體能進行光反應，同時，CO2被整合到C4化合物中，隨后C4化合物進入維管束鞘細胞，在維管束鞘細胞中，C4化合物釋放出的CO2參與卡爾文循環(huán)，進而生成有機物(如圖2)。PEP羧化酶被形象地稱為“CO2泵”，它對CO2的親和力約是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用葉肉細胞間隙含量很低的CO2進行光合作用，反應的空間分離導致維管束鞘細胞中CO2濃度比葉肉細胞增加10倍，從而確保在CO2受限的條件下進行高效地碳固定。C4植物通常生長在強光環(huán)境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。3．CAM途徑：在CAM植物中，碳捕獲和固定的反應在時間上是分離的。首先，在晚上(此時蒸騰速率低)捕獲CO2，然后轉(zhuǎn)變成蘋果酸存儲在液泡中。到了白天，氣孔關閉，蘋果酸脫羧，使得葉綠體中Rubisco周圍CO2濃度升高。大量的蘋果酸存儲需要更大的液泡和細胞，因此CAM植物一般具有肉質(zhì)的莖葉。歸納總結C3植物、C4植物和CAM植物的比較特征C3植物C4植物CAM植物植物類型典型溫帶植物典型熱帶或亞熱帶植物典型干旱地區(qū)植物主要CO2固定酶RubiscoPEP羧化酶、RubiscoPEP羧化酶、RubiscoCO2固定的時間白天白天白天和夜晚發(fā)生CO2固定的細胞葉肉細胞葉肉細胞和維管束鞘細胞葉肉細胞卡爾文循環(huán)的場所葉肉細胞的葉綠體基質(zhì)維管束鞘細胞的葉綠體基質(zhì)葉肉細胞的葉綠體基質(zhì)最初CO2接受體RuBP(C5)PEP光下：RuBP(C5)；暗中：PEPCO2固定的最初產(chǎn)物C3C4光下：C3；暗中：草酰乙酸C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。例1下列有關C3植物和C4植物代謝和結構特點的敘述，正確的是()A．C3植物多為陰生植物，C4植物多為陽生植物B．在進行光合作用時，C3植物和C4植物將CO2中的C分別首先轉(zhuǎn)移到C3和C4中C．C3植物的葉肉細胞具有正常葉綠體，C4植物的葉肉細胞具有無基粒的葉綠體D．C4植物的維管束鞘外有“花環(huán)型”的兩圈細胞答案B解析C3植物既有陽生植物也有陰生植物，C4植物都為陽生植物，A錯誤；C4植物的維管束鞘細胞的葉綠體不含有基粒，而葉肉細胞的葉綠體含有基粒，C錯誤；C4植物的葉片中，圍繞著維管束的是呈“花環(huán)型”的兩圈細胞：里面的一圈是維管束鞘細胞，外面的一圈是一部分葉肉細胞，D錯誤。例2原本生活在干旱地區(qū)的多肉植物，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其CO2固定過程非常特殊，被稱為景天酸代謝途徑。其光合作用產(chǎn)生的中間產(chǎn)物蘋果酸在CO2的固定和利用過程中起到重要作用，過程如圖所示。據(jù)圖分析，下列說法錯誤的是()A．進行景天酸代謝的植物白天進行光反應，積累ATP和NADPH，晚上進行暗反應合成有機物B．圖示的代謝方式可以有效地避免植物蒸騰過度導致脫水，從而使該類植物適應干旱環(huán)境C．與常見的C3代謝途徑植物相比，夜間更適于放置在室內(nèi)的是景天酸代謝途徑植物D．多肉植物在其原生地環(huán)境中，其液泡中的pH會呈現(xiàn)白天升高晚上降低的周期性變化答案A二、光呼吸光呼吸是所有進行光合作用的細胞(該處“細胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有這些細胞都能進行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情況下發(fā)生的一個生化過程。該過程以光合作用的中間產(chǎn)物為底物，吸收氧、釋放二氧化碳。1．光呼吸的起因(1)植物體為什么會發(fā)生光呼吸呢？主要原因是在生物體的進化過程中產(chǎn)生了一種具有雙功能的酶，該酶叫作RuBP羧化/加氧酶，可以縮寫為Rubisco。(2)二氧化碳和氧氣競爭性地與Rubisco結合，當二氧化碳濃度高時，Rubisco催化RuBP與二氧化碳形成兩分子C3進行卡爾文循環(huán)；當氧氣濃度高時，Rubisco催化RuBP與氧氣形成1分子C3和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中C3進入卡爾文循環(huán)，而磷酸乙醇酸脫去磷酸基團形成乙醇酸，乙醇酸就離開葉綠體，走上了光呼吸的征途，這條路艱難而曲折，有害也有利?；具^程如圖所示。(3)由圖可見，光呼吸和光合作用的關系密切，它們之間的關系可以作一形象的理解：糖工廠內(nèi)(進行光合作用的細胞，特別是植物)的葡萄糖生產(chǎn)線(光合作用)因一部機器(Rubisco)構造不完善，一部分原材料(C5)不斷被錯誤加工，產(chǎn)出次品(磷酸乙醇酸)，雖然有一補救措施，可將次品重加工并再次投入生產(chǎn)線，但是整個過程卻是非常費時費力的。這個錯誤加工和補救的過程就是光呼吸。2．光呼吸的危害如果在較強光照下，光呼吸加強，使得C5氧化分解加強，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物的形成和積累。其次，光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。3．光呼吸的意義其實光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動態(tài)平衡，適當?shù)墓夂粑鼘χ参矬w有一定積極意義，這也許是進化過程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意義如下：(1)回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和1分子的CO2，那1分子C3通過光呼吸過程又返回到卡爾文循環(huán)中，不至于全部流失掉。即通過光呼吸回收了3/4的碳元素。(2)防止強光對葉綠體的破壞。在干旱天氣和過強光照下，由于光反應速率大于暗反應速率，因此，葉肉細胞中會積累ATP和NADPH，這些物質(zhì)積累會產(chǎn)生自由基，尤其是超氧陰離子，這些自由基能損傷葉綠體，而強光下，光呼吸加強，會消耗光反應過程中積累的ATP和NADPH，從而減輕對葉綠體的傷害。當然植物體還有很多避免強光下?lián)p傷葉綠體的機制，光呼吸算是其中之一。(3)消除乙醇酸對細胞的毒害。歸納總結光呼吸與暗呼吸的比較比較項目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸糖、脂肪、蛋白質(zhì)發(fā)生部位葉綠體、過氧化物酶體、線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體反應條件光照光或暗都可以能量消耗能量(消耗ATP和NADPH)產(chǎn)生能量共同點消耗氧氣，放出二氧化碳例3植物葉肉細胞的葉綠體基質(zhì)中有R酶，既能與CO2結合，催化CO2與C5反應生成C3，也能與O2結合，催化C5的分解。CO2和O2在與R酶結合時具有競爭性相互抑制(凈光合速率＝光合作用產(chǎn)生有機物總量－細胞呼吸消耗有機物總量)。下列分析正確的是()A．植物葉肉細胞內(nèi)CO2的固定發(fā)生在葉綠體內(nèi)膜上B．R酶催化CO2與C5反應時需要NADPH和ATPC．增大CO2濃度后，植物葉肉細胞內(nèi)的C3/C5的值增大D．增大O2/CO2的值，有利于提高植物的凈光合速率答案C解析植物葉肉細胞內(nèi)CO2的固定為暗反應過程，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，A錯誤；R酶催化CO2與C5反應時不需要NADPH和ATP，C3還原時需要NADPH和ATP，B錯誤；增大CO2濃度有利于R酶催化CO2與C5反應生成C3，因此植物葉肉細胞內(nèi)的C3/C5的值增大，C正確；增大O2/CO2的值后R酶與O2結合增多，催化C5的分解，CO2的固定過程減弱，植物的凈光合速率下降，D錯誤。例4(2022·北京豐臺高一期末)Rubisco是綠色植物光合作用過程中的關鍵酶，當CO2濃度較高時，該酶催化CO2與C5反應進行光合作用。當O2濃度較高時，該酶催化C5與O2反應，最后在線粒體內(nèi)生成CO2，植物這種在光下吸收O2產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象稱為光呼吸。下列敘述錯誤的是()A．綠色植物進行光呼吸的場所有葉綠體基質(zhì)和線粒體B．植物光呼吸的進行導致光合作用產(chǎn)生的有機物減少C．光合作用過程中，CO2和C5反應需要消耗光反應產(chǎn)生的能量D．植物細胞呼吸產(chǎn)生CO2的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)或線粒體基質(zhì)答案C解析由題意可知，綠色植物進行光呼吸的過程為C5與O2反應，最后在線粒體內(nèi)生成CO2，因此場所為葉綠體基質(zhì)和線粒體，A正確；植物光呼吸的過程會消耗C5生成CO2，因此會導致光合作用產(chǎn)生的有機物減少，B正確；光合作用過程中CO2與C5反應生成C3，不需NADPH和ATP參與，C錯誤。1．下列關于高粱和玉米葉的結構及其光合作用過程的敘述，正確的是()①圍繞著維管束鞘的葉肉細胞排列疏松②葉肉細胞的葉綠體有正常的基粒③NADPH儲存了能量，并具有還原性④CO2中的C首先轉(zhuǎn)移到C4中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中⑤光能轉(zhuǎn)化為電能時，電子的最終受體是ATP和NADP＋A．①③⑤B．②③④C．②④⑤D．①②③答案B解析C4植物圍繞著維管束鞘的葉肉細胞排列緊密，①錯誤；C4植物葉肉細胞的葉綠體有正常的基粒，②正確；光反應產(chǎn)生的NADPH和ATP儲存了能量，且NADPH具有還原性，③正確；C4植物之所以叫“C4”植物，是因為CO2固定以后產(chǎn)物是C4，④正確；光能轉(zhuǎn)化為電能時，電子的最終受體是NADP＋，⑤錯誤。2．(2022·浙江紹興高一期末)景天酸代謝(CAM)途徑屬于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚氣孔開放，通過一系列反應將CO2固定于蘋果酸，并儲存在液泡中(如圖甲)；白天氣孔關閉，蘋果酸運出液泡后放出CO2，供葉綠體的暗反應(如圖乙)。下列關于這類植物的敘述，錯誤的是()A．在夜晚，葉肉細胞能產(chǎn)生ATP的細胞器只有線粒體B．景天酸代謝(CAM)途徑的出現(xiàn)，可能與植物適應干旱條件有關C．給植物提供14C標記的14CO2，14C可以出現(xiàn)在OAA、蘋果酸、C3和有機物中D．若上午某一時刻，突然降低外界CO2濃度，葉肉細胞中C3的含量短時間內(nèi)會降低答案D解析在上午某一時刻，突然降低外界的CO2濃度，對于該葉肉細胞來說，其暗反應不受影響，即C3的含量不受影響，D錯誤。3．如圖為植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸的示意圖，下列相關敘述正確的是()A．光合作用過程中CO2在葉綠體類囊體薄膜上被利用B．農(nóng)業(yè)上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于農(nóng)作物增產(chǎn)C．在高O2含量的環(huán)境中，植物不能進行光合作用D．將植物突然置于黑暗環(huán)境中，葉綠體中C5與C3間的轉(zhuǎn)化不受影響答案B解析光合作用過程中，CO2參與暗反應，場所是葉綠體基質(zhì)，A錯誤；分析題圖可知，O2和CO2的濃度會影響光合作用和光呼吸，故農(nóng)業(yè)上控制好大棚中O2和CO2含量有利于農(nóng)作物增產(chǎn)，B正確；在高O2含量的環(huán)境中，產(chǎn)生的C3也可用于卡爾文循環(huán)，進而生成糖，C錯誤；光合作用暗反應的進行，需要光反應提供NADPH和ATP，黑暗條件下，光反應不能進行，不能為暗反應提供NADPH和ATP，因而C5與C3之間的轉(zhuǎn)化受影響，D錯誤。4．(2022·河北邯鄲高一期末)玉米葉片具有特殊的結構，其維管束鞘細胞周圍的葉肉細胞可以利用PEP羧化酶固定較低濃度的CO2，并轉(zhuǎn)移到維管束鞘細胞中釋放，參與光合作用的暗反應。據(jù)圖分析，下列說法不正確的是()A．維管束鞘細胞的葉綠體能進行正常的光反應B．維管束鞘細胞中暗反應過程仍需要ATP和NADPHC．PEP羧化酶對環(huán)境中較低濃度的CO2具有富集作用D．玉米特殊的結構和功能，使其更適應高溫干旱環(huán)境答案A解析光反應的場所是葉綠體的類囊體薄膜，基粒是由類囊體堆疊而成的，維管束鞘細胞的葉綠體沒有基粒，所以維管束鞘細胞的葉綠體不能進行光反應，A錯誤。5.光照條件下，給C3植物和C4植物葉片提供14CO2，然后檢測葉片中的14C。下列有關檢測結果的敘述，錯誤的是()A．從C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可檢測到14CB．從C3植物和C4植物呼吸過程產(chǎn)生的中間產(chǎn)物中可檢測到14CC．隨光照強度增加，從C4植物葉片中可檢測到含14C的C4大量積累D．在C3植物葉肉組織和C4植物葉維管束鞘細胞的C3中可檢測到14C答案C6．(2022·江蘇鹽城高一期末)人們根據(jù)光合作用碳同化的最初光合產(chǎn)物不同，把高等植物分為C3植物(最初光合產(chǎn)物是三碳化合物，反應途徑稱為C3途徑，如水稻、小麥等)和C4植物(最初光合產(chǎn)物是四碳化合物，反應途徑稱為C4途徑，如甘蔗、玉米等)。兩類植物光合作用相關指標的比較如表：相關指標C3植物C4植物CO2固定途徑只有C3途徑C4和C3途徑產(chǎn)量/(t干重·hm－2·a－1)22±0.339±17葉綠素a/b2.8±0.43.9±0.6主要CO2固定酶RubiscoPEPC、RubiscoCO2補償點/(mg·L－1)30～700～10光飽和點全日照1/2無(1)研究發(fā)現(xiàn)，C4植物光合作用顯著高于C3植物的原因是與CO2固定酶的種類有關，據(jù)表分析，與CO2親和力更強的固定酶是________。這些酶存在的具體部位是____________，參與催化________反應。(2)晴朗的夏季中午，高溫導致葉片氣孔關閉，此時，光合作用受影響較小的植物是C4植物，因為C4植物能夠利用____________________。(3)適宜條件下，C4植物的光飽和點高于C3植物，從內(nèi)部原因分析：一是與C4植物葉肉細胞內(nèi)酶的種類和數(shù)量有關，二是與C4植物葉肉細胞內(nèi)的____________________有關。(4)小麥生長后期，農(nóng)民常常在小麥行間播種玉米，其意義是____________________________。答案(1)PEPC葉綠體基質(zhì)暗(2)較低濃度的CO2(3)葉綠素等光合色素的含量(4)充分利用空間，延長玉米的生長期光合作用與細胞呼吸的關系、曲線模型及相關實驗設計一、光合作用與細胞呼吸的關系1．光合作用和細胞呼吸的聯(lián)系與區(qū)別項目光合作用有氧呼吸代謝類型合成作用(或同化作用)分解作用(或異化作用)物質(zhì)變化無機物eq\o(→,\s\up7(合成))有機物有機物eq\o(→,\s\up7(分解))無機物能量變化光能→化學能(儲能)化學能→ATP、熱能(放能)實質(zhì)合成有機物，儲存能量分解有機物、釋放能量，供細胞利用場所葉綠體活細胞(主要在線粒體)條件只在光下進行有光、無光都能進行聯(lián)系(1)物質(zhì)方面①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反應))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一階段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第二階段))CO2。②O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反應))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三階段))H2O。③H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反應))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反應))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一、二階段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三階段))H2O。(2)能量方面：光能eq\o(→,\s\up7(光反應))ATP和NADPH中的能量eq\o(→,\s\up7(暗),\s\do5(反應))CH2O中的能量eq\o(→,\s\up7(細胞),\s\do5(呼吸))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(熱能,ATP中的能量→各項生命活動))2．微觀辨析真正(總)光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系(以光合速率大于呼吸速率為例)(1)綠色植物組織在黑暗條件下測得的數(shù)值表示呼吸速率。(2)綠色植物組織在有光的條件下，光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數(shù)值表示凈光合速率。(3)(總)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：①光合作用產(chǎn)生的O2量＝實際測得的O2釋放量＋細胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定的CO2量＝實際測得的CO2吸收量＋細胞呼吸釋放的CO2量。③光合作用產(chǎn)生的葡萄糖量＝葡萄糖的積累量(增重部分)＋細胞呼吸消耗的葡萄糖量。3．光飽和點和補償點的移動問題(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移，細胞呼吸減弱，A點上移。(2)補償點(B點)的移動①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。(3)飽和點(D點)的移動相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時，D點右移，C點上移的同時右移；反之，移動方向相反。方法技巧光補償點和光飽和點移動的規(guī)律例1如圖表示光合作用與細胞呼吸過程中部分物質(zhì)變化的關系。下列說法正確的是()A．圖中①②過程消耗ATP，③④⑤過程產(chǎn)生ATPB．①②過程在葉綠體中進行，③④⑤過程在線粒體中進行C．①過程產(chǎn)生的NADPH參與②過程，③和④過程產(chǎn)生的[H]與氧結合產(chǎn)生水D．高等植物所有的細胞都可以進行①②③④⑤過程答案C解析分析圖示可知，①過程表示光反應階段，②過程表示暗反應階段，①過程產(chǎn)生的ATP用于②過程，③④⑤表示有氧呼吸全過程，三個階段都產(chǎn)生ATP，A錯誤；真核細胞中，①②過程在葉綠體中進行，③過程在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行，④⑤過程在線粒體中進行，B錯誤；①光反應階段產(chǎn)生的NADPH參與②暗反應中C3的還原，③和④過程產(chǎn)生的[H]都在有氧呼吸的第三階段與氧結合產(chǎn)生水，C正確；高等植物所有的細胞不一定都可以進行①②過程，如高等植物的根尖細胞不能進行光合作用，因此不能進行①②過程，D錯誤。例2龍血樹在《本草綱目》中被譽為“活血圣藥”，有消腫止痛、收斂止血的功效。圖甲、乙分別為龍血樹在不同條件下相關指標的變化曲線(單位：mmol·cm－2·h－1)。下列敘述錯誤的是()A．據(jù)圖甲分析，溫度為30℃和40℃時，葉綠體消耗二氧化碳的速率相等B．40℃條件下，若黑夜和白天時間相等，龍血樹能正常生長C．補充適量的無機鹽可能導致圖乙中D點左移D．圖乙中影響D、E兩點光合速率的主要環(huán)境因素相同答案B解析葉綠體消耗二氧化碳的速率表示總光合速率，總光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率，據(jù)圖甲分析，溫度為30℃和40℃時，葉綠體消耗二氧化碳的速率相等，A正確；40℃條件下，凈光合速率等于呼吸速率，若黑夜和白天時間相等，則植物積累有機物的量為(5＋5)×12－5×24＝0，故龍血樹不能正常生長，B錯誤；補充適量無機鹽可能使龍血樹的光合速率增加，則光補償點變小，D點左移，C正確；圖乙中影響D、E兩點光合速率的主要環(huán)境因素相同——光照強度，D正確。二、自然環(huán)境及密閉容器中光合作用變化的模型圖甲為自然環(huán)境中一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線，圖乙為密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度與時間的關系曲線。圖甲：夏季一晝夜CO2吸收和釋放變化曲線圖乙：密閉玻璃罩內(nèi)CO2濃度與時間的關系曲線b點：凌晨2～4時，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放減少。c點：有微弱光照，植物開始進行光合作用。cd段：光合速率小于呼吸速率。d點：上午7時左右，光合速率等于呼吸速率。dh段：光合速率大于呼吸速率。f點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象。h點：下午6時左右，光合速率等于呼吸速率。hi段：光合速率小于呼吸速率。ij段：無光照，光合作用停止，只進行細胞呼吸AC段：無光照，植物只進行細胞呼吸。AB段：溫度降低，細胞呼吸減弱。CD段：4時后，有微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度小于細胞呼吸強度。D點：隨光照增強，光合作用強度等于細胞呼吸強度。DH段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。其中EF段出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象。H點：隨光照減弱，光合作用強度下降，此時光合作用強度等于細胞呼吸強度。HJ段：光照繼續(xù)減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止(1)有關有機物變化情況的分析(圖甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲線與橫縱坐標圍成的面積)①能進行光合作用制造有機物時間段：ci段(CI段)；消耗有機物時間段：aj段(AJ段)。②積累有機物時間段：dh段(DH段)；一天中有機物積累最多的時間點：h點(H點)。③光補償點：d點和h點(D點和H點)。④圖甲：一晝夜有機物積累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。(2)相對密閉環(huán)境中，一晝夜植物體內(nèi)有機物總量變化分析(圖乙)積累量可用J點與A點對應的CO2濃度的差值表示，據(jù)此可判斷24小時該植物是否積累有機物。①如果J點低于A點，說明經(jīng)過一晝夜，光合作用制造的有機物多于細胞呼吸消耗的有機物(光合作用CO2固定量大于細胞呼吸CO2產(chǎn)生量)，植物體內(nèi)的有機物總量增加。②如果J點高于A點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量減少。③如果J點等于A點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量不變。例3將一植株放在密閉玻璃罩內(nèi)，置于室外一晝夜，獲得實驗結果如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．圖甲中的光合作用開始于C點之前，結束于F點之后B．到達圖乙中的d點時，玻璃罩內(nèi)的CO2濃度最高C．圖甲中的F點對應圖乙中的g點D．經(jīng)過這一晝夜之后，植物體的有機物含量會增加答案C解析圖甲中的C、F點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率，根據(jù)相應的時間可知，與圖乙中的d、h點相符，即C點對應d點，F(xiàn)點對應h點，C錯誤。例4(2023·河北石家莊高一校聯(lián)考期末)某實驗研究員對密閉蔬菜大棚中的黃瓜植株進行了一晝夜的光合作用和細胞呼吸調(diào)查，結果如圖所示，SM、SN、Sm分別表示圖中相應圖形的面積。下列敘述正確的是()A．E點時大棚中CO2濃度最高，O2濃度最低B．經(jīng)過一晝夜后，黃瓜植株的凈增加量應為Sm－SM－SNC．B點時產(chǎn)生ATP的場所只有線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì)D．D點時黃瓜葉肉細胞中，其光合速率等于細胞呼吸速率答案B解析B點之前經(jīng)過一晚上的細胞呼吸釋放CO2，此時大棚中的CO2濃度達到最大，此后由于光合作用大于細胞呼吸，CO2濃度開始下降；同時由于晚上消耗O2，此時O2濃度最低，即B點時大棚中CO2濃度最高，O2濃度最低，A錯誤；圖中SM、SN均表示細胞呼吸消耗的有機物量，Sm表示光合作用積累的有機物量，因此，經(jīng)過一晝夜后，黃瓜植株的凈增加量應為Sm－SM－SN，B正確；圖中B點時光合速率等于細胞呼吸速率，此時既進行光合作用，也進行細胞呼吸，則植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的場所有線粒體、細胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體(類囊體薄膜)，C錯誤；D點表示CO2的吸收量等于CO2的釋放量，說明D點時黃瓜植株光合速率等于細胞呼吸速率，但在葉肉細胞中，其光合速率大于細胞呼吸速率，D錯誤。三、測定光合速率和呼吸速率的方法1．“裝置圖法”測定光合速率與呼吸速率(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率(裝置甲)a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩遮光處理，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(用紅色液滴單位時間內(nèi)向左移動的距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率(裝置乙)a．裝置乙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(用紅色液滴單位時間內(nèi)向右移動的距離代表凈光合速率)。③根據(jù)“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。2．葉圓片稱重法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，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)。凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。3．黑白瓶法“黑白瓶”問題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)有量之差即總光合作用量。4．半葉法如圖所示，將植物對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不作處理)，并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。一定時間后，在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應的有機物含量應視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過部分即為光合作用產(chǎn)物的量，再通過計算可得出光合速率。例5某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組，室溫25℃下進行了一系列的實驗，對實驗過程中裝置條件及結果的敘述，錯誤的是()A．若X溶液為二氧化碳緩沖液并給予光照時，液滴移動距離可表示凈光合作用強度的大小B．若要測真正光合作用強度，需另加設一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液C．若X溶液為清水并給予光照，光合作用強度大于細胞呼吸強度時，液滴右移D．若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移答案C解析清水既不吸收和釋放氧氣，也不吸收和釋放二氧化碳，光合作用和細胞呼吸產(chǎn)生和釋放的氧氣量和二氧化碳量相等，液滴不移動，C錯誤。例6某研究小組為測定不同光照條件下黑藻的光合速率，將等量且生理狀態(tài)相同的黑藻植株，分裝于6對黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干凈湖水，分別置于六種不同的光照條件下，24h后6對黑白瓶中溶氧量變化情況(不考慮其他生物)如表。下列說法錯誤的是()光照強度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)－7＋0＋6＋8＋10＋10黑瓶溶氧量(mg/L)－7－7－7－7－7－7A.可以根據(jù)黑瓶中溶氧量的變化來計算實驗條件下黑藻的呼吸速率B．該實驗條件下光照強度為a時白瓶中的黑藻不能生長C．白瓶中，當光照強度為d時，若其他條件不變，顯著降低CO2濃度，短時間內(nèi)葉肉細胞中C5含量減少D．可以根據(jù)白瓶中溶氧量的變化計算不同光照強度下黑藻的凈光合速率答案C解析由題表分析可知，黑瓶中黑藻不能進行光合作用，只能進行細胞呼吸，其中溶氧量的減少代表水體中生物的呼吸速率，不考慮其他生物，因此可以根據(jù)黑瓶中溶氧量的變化來計算實驗條件下黑藻的呼吸速率，A正確；表中光照強度為a時，白瓶中溶解氧變化量為0，說明此時黑藻的凈光合速率為0，因此，該光照條件下的黑藻不能生長，B正確；白瓶中，當光照強度為d時，若其他條件不變，顯著降低CO2濃度，則會導致C5的消耗量減少，而C3的還原過程基本不變，因此，短時間內(nèi)葉肉細胞中C5含量增加，C錯誤；綜合分析可知，白瓶中溶氧量的變化代表黑藻的凈光合速率，因此可根據(jù)白瓶中溶氧量的變化計算不同光照強度下黑藻的凈光合速率，D正確。1．如圖所示為甘蔗一個葉肉細胞內(nèi)的系列反應過程，下列有關說法正確的是()A．過程①中葉綠體中的四種色素都主要吸收藍紫光和紅光B．過程②發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，過程③發(fā)生在線粒體C．過程①產(chǎn)生NADPH，過程②消耗NADPH，過程③既產(chǎn)生也消耗NADHD．若過程②的速率大于過程③的速率，則甘蔗的干重就會增加答案C解析由圖分析可知，①是光反應階段，②是暗反應階段，③是細胞呼吸生成ATP，④是ATP中的能量用于各項生命活動。光反應中吸收光能的色素中，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，胡蘿卜素主要吸收藍紫光，A錯誤；暗反應階段發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，細胞呼吸產(chǎn)生ATP的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，B錯誤；如果暗反應的速率大于呼吸速率，只能說明這一個葉肉細胞的光合作用強度大于細胞呼吸強度，但整個植株的干重不一定會增加，D錯誤。2．如果將一株綠色植物栽培在含H218O的完全培養(yǎng)液中，給予充足的光照，經(jīng)過一段時間后，下列物質(zhì)中能含18O的是()①周圍空氣的氧氣②周圍空氣的二氧化碳③周圍空氣的水分子④光合作用產(chǎn)生的葡萄糖A．①B．①③C．①②③D．①②③④答案D解析水的光解產(chǎn)生氧氣，周圍空氣中的氧氣含有18O，①正確；水參與細胞呼吸過程，與丙酮酸反應產(chǎn)生二氧化碳釋放到空氣中，②正確；植物吸收的水大多數(shù)用于蒸騰作用散失到空氣中，③正確；由于周圍空氣的二氧化碳含18O，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的葡萄糖也含有18O，④正確。3．圖甲表示某植物在不同光照強度下單位時間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化。圖乙表示該植物在不同光照強度下單位時間內(nèi)CO2吸收量或CO2釋放量。假設不同光照強度下細胞呼吸強度相等，下列敘述正確的是()A．圖甲中，a點時該植物產(chǎn)生ATP的場所只有線粒體B．圖甲中，c點時該植物光合作用速率與細胞呼吸速率相等C．圖甲中的d點對應對乙中的h點，都代表該植物的光飽和點D．若將環(huán)境中的CO2濃度增加，圖乙中的光飽和點一定會發(fā)生改變答案B解析圖甲中，a點時該植物只進行細胞呼吸，該植物產(chǎn)生ATP的場所有線粒體、細胞質(zhì)基質(zhì)，A錯誤；圖甲中，a點光照強度條件下，O2的產(chǎn)生總量為0，植物不進行光合作用，此時的CO2釋放量可表示細胞呼吸速率，c點時O2的產(chǎn)生總量為6，即c點時該植物光合作用速率與細胞呼吸速率相等，B正確；圖甲顯示的O2產(chǎn)生總量反映的是真正光合作用的量，CO2釋放量＝細胞呼吸CO2產(chǎn)生量－光合作用CO2消耗量，圖甲中d點只能說明此時光合作用速率＞細胞呼吸速率；而圖乙中的h點為光的飽和點，故d點不一定對應h點，C錯誤；若將環(huán)境中的CO2濃度增加，圖乙中的光飽和點不一定會發(fā)生改變，D錯誤。4．如圖是密閉大棚內(nèi)番茄在24小時測得的CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖。下列有關敘述錯誤的是()A．a(chǎn)點CO2釋放量減少可能是由于溫度降低使細胞呼吸減弱B．d點時光合速率雖有所下降，但仍大于呼吸速率C．如果N點低于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量增加D．番茄通過光合作用制造有機物的時間是ce段答案D解析a點之后CO2的釋放量又增加，可推測a點是溫度降低導致細胞呼吸減弱，CO2釋放量減少，A正確；d點時氣溫高，蒸騰作用過強導致部分氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，但凈光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正確；番茄通過光合作用制造有機物的時間是bf段，ce段屬于有機物的積累階段，