考點(diǎn)一 細(xì)胞呼吸和光合作用的過(guò)程及其相互關(guān)系分析
考點(diǎn)二　光合作用與細(xì)胞呼吸的影響因素及應(yīng)用
微專(zhuān)題1　光合作用與細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 知識(shí)串聯(lián)】
【教材深挖 表達(dá)訓(xùn)練】
1.(教材必修1 P94與P103“相關(guān)信息”)細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的[H]與光合作用中的[H]相同嗎?為什么?2.(教材必修1 P94“相關(guān)信息”改編)等量的葡萄糖無(wú)氧呼吸釋放的能量為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于有氧呼吸?
提示 不同。細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的[H]是由氧化型輔酶Ⅰ(NAD+)轉(zhuǎn)化成的還原型輔酶Ⅰ(NADH)。而光合作用中[H]的形成過(guò)程實(shí)際上是氧化型輔酶Ⅱ(NADP+)與電子和質(zhì)子(H+)結(jié)合,形成還原型輔酶Ⅱ(NADPH)。
提示 無(wú)氧呼吸只在第一階段釋放出少量的能量,生成少量ATP。且沒(méi)有氧氣的參與,葡萄糖等有機(jī)物的分解是不徹底的,大部分能量存留在酒精或乳酸中。
3.(教材必修1 P93“正文內(nèi)容”)肌質(zhì)體是如何形成的?它的存在有什么意義?4.(教材必修1 P105“正文內(nèi)容”)硝化細(xì)菌如何合成糖類(lèi)?
提示 硝化細(xì)菌能利用無(wú)機(jī)物氧化時(shí)釋放出的化學(xué)能,將二氧化碳和水合成糖類(lèi)。
5.(教材必修1 P99“學(xué)科交叉”)光合作用能否利用紅外光或紫外光?為什么?6.光照停止或減弱,短時(shí)間內(nèi)葉綠體基質(zhì)中C3、C5和ATP、[H]含量變化情況及其原因是什么?
提示 不能?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍大約是390~760 nm。不同波長(zhǎng)的光,顏色不同。波長(zhǎng)小于390 nm的光是紫外光;波長(zhǎng)大于760 nm的光是紅外光。一般情況下,光合作用所利用的光都是可見(jiàn)光。
提示 光照停止或減弱,ATP、[H]的產(chǎn)生減少,C3的還原減少,但CO2供應(yīng)正常,C3生成量不變,所以短時(shí)間內(nèi)C3含量增加,C5含量減少。
7.突然停止光照后,短暫無(wú)光期間,植物體內(nèi)依舊能生產(chǎn)(CH2O),這是為什么?8.落地生根是一種綠色植物,其與硝化細(xì)菌都能將無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物,它們?cè)诤铣捎袡C(jī)物時(shí)有哪些相同和不同之處?
提示 短暫無(wú)光期間,光反應(yīng)已經(jīng)產(chǎn)生的[H]和ATP還能繼續(xù)用于C3的還原。
提示 相同之處:都是利用能量,將CO2和H2O合成(CH2O)。不同之處:能量來(lái)源不同,落地生根利用的是光能,而硝化細(xì)菌利用的是體外環(huán)境中無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的化學(xué)能。
1.關(guān)注細(xì)胞呼吸的兩個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)不同生物無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物不同
(2)線粒體不可以直接分解葡萄糖葡萄糖徹底氧化分解離不開(kāi)線粒體,但線粒體并不直接分解葡萄糖——葡萄糖必須在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中先分解為丙酮酸,丙酮酸再進(jìn)入線粒體被徹底分解。
2.光合作用與細(xì)胞呼吸的過(guò)程圖解
3.光合作用與細(xì)胞呼吸中[H]、ATP來(lái)源與去路對(duì)比
4.解讀總光合速率與呼吸速率的關(guān)系(圖示)
5.圖解四種狀況下“光合作用與細(xì)胞呼吸”關(guān)系
特別提醒光飽和點(diǎn)之前限制因子為光照強(qiáng)度,光飽和點(diǎn)之后限制因子為其他因素,如CO2濃度、礦質(zhì)離子濃度等。
題組一　精典對(duì)練——拿高分?角度1　考查光合作用與細(xì)胞呼吸的過(guò)程及產(chǎn)物分析1.(2021全國(guó)卷甲,2)某同學(xué)將酵母菌接種在馬鈴薯培養(yǎng)液中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不可能得到的結(jié)果是(　　)A.該菌在有氧條件下能夠繁殖B.該菌在無(wú)氧呼吸的過(guò)程中無(wú)丙酮酸產(chǎn)生C.該菌在無(wú)氧條件下能夠產(chǎn)生乙醇D.該菌在有氧和無(wú)氧條件下都能產(chǎn)生CO2
答案 B解析 酵母菌在有氧條件下進(jìn)行有氧呼吸,能夠進(jìn)行繁殖,A項(xiàng)不符合題意。酵母菌在無(wú)氧呼吸的第一階段和有氧呼吸的第一階段都有丙酮酸產(chǎn)生,B項(xiàng)符合題意。酵母菌在無(wú)氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乙醇和CO2,C項(xiàng)不符合題意。酵母菌在有氧呼吸的第二階段和無(wú)氧呼吸的第二階段都有CO2產(chǎn)生,D項(xiàng)不符合題意。
2.(不定項(xiàng)選擇)(2021湖南湘潭月考)下圖是莧菜葉肉細(xì)胞光合作用與有氧呼吸過(guò)程中的物質(zhì)變化示意圖,其中①②③④表示過(guò)程。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.過(guò)程①②③④都有[H]的產(chǎn)生或利用B.過(guò)程①②③④在細(xì)胞中總是同時(shí)進(jìn)行C.過(guò)程④產(chǎn)生的[H]來(lái)自水和有機(jī)物D.②④分別發(fā)生在葉綠體基質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)
答案 AC解析 過(guò)程①代表光反應(yīng)階段水的光解,有[H]的產(chǎn)生;過(guò)程②代表暗反應(yīng)階段,有[H]的利用;過(guò)程③代表有氧呼吸的第三階段,有[H]的利用;過(guò)程④代表有氧呼吸的第一、二階段,有[H]的產(chǎn)生,A項(xiàng)正確。光合作用的光反應(yīng)階段需要光,所以過(guò)程①②③④在細(xì)胞中不總是同時(shí)進(jìn)行,B項(xiàng)錯(cuò)誤。過(guò)程④代表有氧呼吸的第一、二階段,產(chǎn)生的[H]來(lái)自水和有機(jī)物,C項(xiàng)正確。過(guò)程②代表暗反應(yīng)階段,發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,過(guò)程④代表有氧呼吸的第一、二階段,發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)中,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
題后歸納過(guò)程分析兩個(gè)切入點(diǎn)
?角度2　結(jié)合相關(guān)模式圖,微觀分析光合作用與細(xì)胞呼吸過(guò)程及內(nèi)在關(guān)系3.(2021江蘇南京師大附中期末)下圖為某植物葉肉細(xì)胞中甲、乙兩種細(xì)胞器的部分物質(zhì)及能量代謝途徑示意圖(NADPH指[H]),請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)甲可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,參與這一過(guò)程的兩類(lèi)色素為　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)在甲發(fā)育形成過(guò)程中,參與光反應(yīng)中心的蛋白,在細(xì)胞質(zhì)中合成后,轉(zhuǎn)運(yùn)到甲內(nèi),在　　　　　　　　　　(填場(chǎng)所)上組裝;核編碼的Rubisc(催化CO2固定的酶)小亞基轉(zhuǎn)運(yùn)到甲內(nèi),在　　　　　　　　　　(填場(chǎng)所)中組裝。?(3)甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下,可被氧化為　　　　　　后進(jìn)入乙,繼而在乙的　　　　(填場(chǎng)所)中徹底氧化分解成CO2;甲中過(guò)多的還原能可通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化,在細(xì)胞質(zhì)中合成NADPH,NADPH中的能量最終可在乙的　　　　(填場(chǎng)所)上轉(zhuǎn)移到ATP中。?
答案 (1)葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素　(2)類(lèi)囊體薄膜　葉綠體基質(zhì)　(3)丙酮酸　基質(zhì) 內(nèi)膜解析 (1)葉綠體是光合作用的場(chǎng)所,光反應(yīng)過(guò)程中,葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。(2)在葉綠體發(fā)育形成過(guò)程中,細(xì)胞核編碼的參與光反應(yīng)中心的蛋白,在細(xì)胞質(zhì)中合成后,轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體內(nèi)。由于光反應(yīng)發(fā)生在類(lèi)囊體薄膜上,因此該蛋白質(zhì)在類(lèi)囊體薄膜上組裝;CO2的固定屬于暗反應(yīng),暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,因此核編碼的Rubisc(催化CO2固定的酶)小亞基轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體內(nèi),在葉綠體基質(zhì)中組裝。(3)葉綠體輸出的三碳化合物在氧氣充足的條件下,可被氧化為丙酮酸后進(jìn)入線粒體中,被進(jìn)一步氧化分解,有氧呼吸第二階段中丙酮酸和水分解產(chǎn)生CO2和[H],該階段發(fā)生在線粒體基質(zhì)中;根據(jù)圖分析,葉綠體中過(guò)多的還原能可通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化,在細(xì)胞質(zhì)中合成NADPH,NADPH中的能量最終在線粒體的內(nèi)膜上轉(zhuǎn)移到ATP中。
題后歸納細(xì)胞代謝審題“兩個(gè)不等于”
?角度3　衍生點(diǎn)——光合作用探究歷程4.閱讀光合作用探究過(guò)程,回答下列問(wèn)題。資料一　1939年,希爾在分離的葉綠體(實(shí)際是被膜破裂的葉綠體)懸浮液中,加入適當(dāng)?shù)碾娮邮荏w(如草酸鐵),照光時(shí)可使水分解而釋放氧氣。資料二　20世紀(jì)40年代,卡爾文及其同事,將小球藻裝在一個(gè)密閉容器中,向其中通入14CO2,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5 s時(shí),14C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中,將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5 s時(shí),14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。
資料三　1957年,阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn),光使葉綠素從水中得到電子,電子傳遞過(guò)程中與希爾反應(yīng)偶聯(lián),形成還原型輔酶Ⅱ,放氧,同時(shí)產(chǎn)生ATP,這一過(guò)程稱為非循環(huán)光合磷酸化。
(1)希爾反應(yīng)模擬了葉綠體光合作用中　　　　　　階段的部分變化。光合作用的總反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)光合作用過(guò)程中,具有光化學(xué)活性,既是光能的捕捉器,又是光能的轉(zhuǎn)換器的色素是　　　　　　　　　　　　　　　　。光能首先轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣茈娮?然后轉(zhuǎn)變?yōu)椤　　　『汀　　　≈谢钴S的化學(xué)能,最后轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)等有機(jī)物中的　　　　　　　　　　　　　。?
(3)卡爾文通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件來(lái)探究光合作用過(guò)程中固定CO2的化合物,他改變的實(shí)驗(yàn)條件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;這時(shí)他發(fā)現(xiàn)14C標(biāo)記的C5的含量快速升高,由此得出固定CO2的物質(zhì)是C5?？栁难h(huán)中C的轉(zhuǎn)移路徑是　　　　　　　　　　　　　　　　。?(4)上述實(shí)驗(yàn)中,卡爾文將不同反應(yīng)條件下的小球藻放入70 ℃的熱酒精中,從而使酶失活,細(xì)胞中的化合物就保持在熱處理之前的反應(yīng)狀態(tài)。利用不同化合物在層析液中的溶解度不同,分離出各種化合物。卡爾文在光合作用研究中采用了　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　等技術(shù)方法。?
答案 (1)光反應(yīng)　6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O　(2)部分特殊狀態(tài)的葉綠素a　ATP　[H]　穩(wěn)定的化學(xué)能　(3)停止供應(yīng)CO2,向密閉容器中通入14CO2　(4)同位素標(biāo)記法　紙層析法
解析 (1)根據(jù)資料一可知,照光時(shí)可使水分解而釋放氧氣,說(shuō)明希爾反應(yīng)模擬了葉綠體光合作用中光反應(yīng)階段的部分變化。光合作用的總反應(yīng)式是6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O。(2)部分特殊狀態(tài)的葉綠素a既是光能的捕捉器,又是光能的轉(zhuǎn)換器。光反應(yīng)階段,光能首先轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣茈娮?然后轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和[H]中活躍的化學(xué)能,在暗反應(yīng)階段轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)等有機(jī)物中的穩(wěn)定的化學(xué)能。
(3)卡爾文通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件來(lái)探究光合作用過(guò)程中固定CO2的化合物,他改變的實(shí)驗(yàn)條件是停止供應(yīng)CO2;向密閉容器中通入14CO2,當(dāng)將反應(yīng)進(jìn)行到0.5 s時(shí),14C 出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5 s時(shí),14C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中,這說(shuō)明CO2中C的轉(zhuǎn)移路徑是 。(4)根據(jù)題述實(shí)驗(yàn)信息,卡爾文在光合作用研究中采用了同位素標(biāo)記法和紙層析法等技術(shù)方法。
?角度4　衍生點(diǎn)——考查特殊條件下的光合作用與細(xì)胞呼吸5.(2021山東濰坊一模)景天科植物具有獨(dú)特的晝夜節(jié)律,在晚上,植物體內(nèi)蘋(píng)果酸含量升高,糖分含量下降;白天則相反,酸度下降,糖分增多;相應(yīng)的代謝途徑被稱為CAM途徑,具有此類(lèi)代謝途徑的植物稱為CAM植物。圖1為一晝夜大葉落葉生根(一種CAM植物)CO2吸收速率變化情況,圖2為相同時(shí)間段內(nèi)該植物凈光合速率的變化情況。
(1)據(jù)圖推測(cè),CAM植物的氣孔在　　　　(填“白天”或“晚上”)開(kāi)放,細(xì)胞中　　　　　　很可能是臨時(shí)儲(chǔ)存CO2的載體。?(2)研究發(fā)現(xiàn),CAM植物細(xì)胞中的CO2最早被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 固定,生成草酰乙酸(OAA),再進(jìn)一步被還原并大量積累于液泡中。為保證CAM途徑的持續(xù)進(jìn)行,物質(zhì)　　　　(填英文字母簡(jiǎn)稱)應(yīng)通過(guò)一定化學(xué)反應(yīng)不斷重新生成并釋放到細(xì)胞質(zhì)中。該途徑可通過(guò)　　　　　　　　　　法追蹤C(jī)元素的轉(zhuǎn)移路徑加以證實(shí)。?(3)分析圖中信息推測(cè),CAM途徑是對(duì)　　　　(填“干旱”或“濕潤(rùn)”)環(huán)境的適應(yīng);該途徑除維持光合作用外,對(duì)植物的生理意義還表現(xiàn)在　?　。?(4)假設(shè)晝夜溫度不變,若要利用圖2信息計(jì)算大葉落葉生根上午10時(shí)的實(shí)際光合速率,計(jì)算的思路是　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)晚上　蘋(píng)果酸　(2)PEP　同位素標(biāo)記　(3)干旱　有效避免白天旺盛的蒸騰作用造成的水分散失過(guò)多　(4)將晚上的呼吸速率與上午10時(shí)的凈光合速率相加即為上午10時(shí)的實(shí)際光合速率
6.科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在光照、高氧和低CO2情況下,葉肉細(xì)胞在進(jìn)行光合作用的同時(shí)會(huì)發(fā)生“光呼吸”作用,它是植物進(jìn)行光合作用時(shí)發(fā)生的一個(gè)損耗能量的副反應(yīng)。即Rubisc催化C5與CO2結(jié)合生成C3的同時(shí),還可以催化C5與O2結(jié)合,形成一個(gè)同樣的C3和另一個(gè)C2,C2可參與線粒體的有氧呼吸,其部分中間產(chǎn)物經(jīng)ATP和[H]還原轉(zhuǎn)變成C3參與暗反應(yīng),過(guò)程如圖甲所示。在圖乙實(shí)驗(yàn)裝置中,已知通過(guò)配制不同濃度CO2緩沖液X可以調(diào)節(jié)并維持空氣中不同濃度的CO2,而空氣中的CO2濃度可以通過(guò)CO2濃度感應(yīng)器測(cè)定。
(1)據(jù)圖可知,光呼吸與光合作用都以　　　　　　　為原料,但光合作用在　　　　　　階段實(shí)現(xiàn)了該物質(zhì)的再生,而光呼吸最終將該物質(zhì)徹底氧化分解并產(chǎn)生　　　　。?(2)據(jù)圖甲分析,Rubisc發(fā)揮作用的場(chǎng)所是　　　　　　　　　　,圖中ATP的水解與細(xì)胞內(nèi)的　　　　　(填“吸能”或“放能”)反應(yīng)相聯(lián)系。?(3)已知ATP和[H]的積累會(huì)對(duì)葉綠體造成傷害,依據(jù)圖甲信息,解釋植物在干旱天氣和過(guò)強(qiáng)光照下,光呼吸的積極意義是　　　　 　。?(4)利用圖乙裝置,提供高氧和低濃度CO2環(huán)境,給予一定光照,發(fā)現(xiàn)紅色液滴向左移動(dòng),結(jié)合圖甲信息,分析液滴向左移動(dòng)的具體原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)五碳化合物(或C5)　暗反應(yīng)　CO2　(2)葉綠體基質(zhì)　吸能　(3)可以消耗多余的[H]和ATP,對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用　(4)光呼吸消耗了裝置中的O2解析 (1)據(jù)圖可知,光呼吸與光合作用都以C5為原料,但光合作用在暗反應(yīng)階段重新生成了C5,而光呼吸最終將該物質(zhì)徹底氧化分解并產(chǎn)生CO2。(2)圖甲顯示,Rubisc既能催化C5和CO2反應(yīng),又能催化C5和O2反應(yīng),由光合作用的過(guò)程可推測(cè),Rubisc發(fā)揮作用的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì),ATP的水解過(guò)程釋放能量,故與細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)相聯(lián)系。
(3)在干旱天氣和過(guò)強(qiáng)光照下,植物的自我適應(yīng)性調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,氣孔關(guān)閉引起CO2供應(yīng)不足,會(huì)導(dǎo)致C3生成減少,進(jìn)而引起[H]和ATP的消耗減少,造成[H]和ATP在葉綠體內(nèi)積累,對(duì)葉綠體造成傷害,而“光呼吸”作用可以消耗多余的[H]和ATP,對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用。(4)利用圖乙裝置,提供高氧和低濃度CO2環(huán)境,并給予一定光照條件,此時(shí)裝置中的植物可進(jìn)行光呼吸作用,結(jié)合圖甲可知,光呼吸過(guò)程中消耗O2并釋放出CO2,而裝置乙中的CO2緩沖液X可以維持CO2濃度的穩(wěn)定,因此引起液滴移動(dòng)的原因是O2濃度的變化,紅色液滴向左移動(dòng),說(shuō)明光呼吸消耗了裝置中的O2。
題后拓展光呼吸與細(xì)胞呼吸的異同　　　　　　　
題組二　易錯(cuò)防范——不失分1.真題速覽(1)有關(guān)細(xì)胞呼吸的正誤判斷。①[2021全國(guó)卷乙,T3C]細(xì)胞的有氧呼吸過(guò)程不消耗水但能產(chǎn)生水。(　　)②[2020浙江7月選考,T6D]若適當(dāng)提高蘋(píng)果果實(shí)貯藏環(huán)境中的O2濃度會(huì)增加酒精的生成量。(　　)③[2020浙江7月選考,T6C]細(xì)胞的有氧呼吸與無(wú)氧呼吸過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生丙酮酸。(　　)
提示 細(xì)胞有氧呼吸過(guò)程既消耗水,也產(chǎn)生水。
提示 適當(dāng)提高環(huán)境中的O2濃度會(huì)抑制無(wú)氧呼吸,產(chǎn)生的酒精量會(huì)減少。
④[2020江蘇卷,T3A]根據(jù)細(xì)胞代謝需要,線粒體可在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中移動(dòng)和增殖。(　　)⑤[2019全國(guó)卷Ⅱ,T2A]馬鈴薯塊莖細(xì)胞無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物是乳酸和葡萄糖。(　　)⑥[2018全國(guó)卷Ⅱ,T4C]與風(fēng)干前相比,風(fēng)干種子中細(xì)胞呼吸作用的強(qiáng)度高。(　　)
提示 馬鈴薯塊莖無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物為乳酸。
提示 風(fēng)干種子因缺乏自由水,細(xì)胞呼吸更弱。
⑦[2018全國(guó)卷Ⅱ,T5B]食物鏈上傳遞的能量有一部分通過(guò)細(xì)胞呼吸散失。(　　)⑧[2018全國(guó)卷Ⅲ,T5C]人體有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物分別是葡萄糖和乳酸。(　　)
提示 人體有氧呼吸的產(chǎn)物為CO2和H2O。
(2)有關(guān)光合作用的正誤判斷。①[2021浙江1月選考,T3D]在高倍鏡下可觀察到葉綠體的基粒由類(lèi)囊體堆疊而成。(　　)②[2018海南卷,T4改編]高等植物細(xì)胞中,光合作用中的光反應(yīng)只發(fā)生在生物膜上。(　　)
提示 需使用電子顯微鏡才能觀察到葉綠體類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)。
③[2017全國(guó)卷Ⅲ,T3B]葉綠素的吸收光譜可通過(guò)測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收值來(lái)繪制。(　　)④[2017全國(guó)卷Ⅲ,T3A]類(lèi)胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成。(　　)
提示 類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。
2.易錯(cuò)辨析(1)有關(guān)細(xì)胞呼吸的正誤判斷。①植物細(xì)胞在白天和黑夜都能進(jìn)行有氧呼吸。(　　)②乳酸菌無(wú)氧呼吸的第二階段需要ATP水解提供能量。(　　)③若產(chǎn)物中有H2O,則存在有氧呼吸;若產(chǎn)物中有酒精或乳酸,則存在無(wú)氧呼吸。(　　)④若細(xì)胞既不吸收O2也不釋放CO2,說(shuō)明細(xì)胞已停止無(wú)氧呼吸。(　　)⑤重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由橙色變成灰綠色。(　　)
提示 乳酸菌無(wú)氧呼吸的第二階段不產(chǎn)生ATP,也不消耗ATP。
提示 細(xì)胞可能進(jìn)行產(chǎn)生乳酸的無(wú)氧呼吸。
(2)有關(guān)光合作用的正誤判斷。①水在葉綠體中分解產(chǎn)生氧氣需要ATP提供能量。(　　)②CO2的固定實(shí)質(zhì)上是將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學(xué)能。(　　)③正常生長(zhǎng)的綠藻,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上,此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)NADPH/NADP+比值下降。(　　)④用水作層析液觀察花青苷的色素帶。(　　)⑤葉綠體中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑乙醇中。(　　)
提示 水在葉綠體中分解所需能量來(lái)自葉綠體吸收的光能。
提示 CO2的固定過(guò)程不消耗ATP。
易錯(cuò)點(diǎn)撥有關(guān)光合作用、細(xì)胞呼吸的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)
1.影響植物細(xì)胞呼吸速率的內(nèi)因和外因
2.掌握影響細(xì)胞呼吸的“四類(lèi)”曲線
特別提示儲(chǔ)存干種子與鮮果蔬的條件不完全相同
3.影響光合速率的內(nèi)因和外因
4.影響光合作用三大因素的曲線模型解讀
5.開(kāi)放與密閉的環(huán)境中,一晝夜CO2含量的變化曲線分析(實(shí)線為密閉環(huán)境,虛線為開(kāi)放環(huán)境)
注:若此圖改為“O2含量”,則N與M的高低與植物生長(zhǎng)的關(guān)系正好與CO2相反。
題組一　精典對(duì)練——拿高分?角度1　細(xì)胞呼吸的影響因素及應(yīng)用1.(2021湖南卷,12)下列有關(guān)細(xì)胞呼吸原理應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.南方稻區(qū)早稻浸種后催芽過(guò)程中,常用40 ℃左右溫水淋種并時(shí)常翻種,可以為種子的細(xì)胞呼吸提供水分、適宜的溫度和氧氣B.農(nóng)作物種子入庫(kù)貯藏時(shí),在無(wú)氧和低溫條件下呼吸速率降低,貯藏壽命顯著延長(zhǎng)C.油料作物種子播種時(shí)宜淺播,原因是萌發(fā)時(shí)細(xì)胞呼吸需要大量氧氣D.柑橘在塑料袋中密封保存,可以減少水分散失、降低呼吸速率,起到保鮮作用
答案 B解析 南方稻區(qū)早稻浸種后催芽過(guò)程中,“常用40 ℃左右溫水淋種”可以為種子的細(xì)胞呼吸提供水分和適宜的溫度,“時(shí)常翻種”可以為種子的細(xì)胞呼吸提供氧氣,A項(xiàng)正確;種子無(wú)氧呼吸會(huì)產(chǎn)生酒精,因此,農(nóng)作物種子入庫(kù)儲(chǔ)藏時(shí),應(yīng)在低氧和零上低溫條件下保存,貯藏壽命會(huì)顯著延長(zhǎng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;油料作物種子中含有大量脂肪,脂肪中C、H含量高,O含量低,油料作物種子萌發(fā)時(shí)細(xì)胞呼吸需要消耗大量氧氣,因此,油料作物種子播種時(shí)宜淺播,C項(xiàng)正確;柑橘在塑料袋中“密封保存”使水分散失減少,氧氣濃度降低,從而降低了呼吸速率,低氧、一定濕度是新鮮水果保存的適宜條件,D項(xiàng)正確。
2.將江蘇某地當(dāng)年收獲的小麥秸稈剪成小段,于7月20日開(kāi)始分別進(jìn)行露天堆放、水泡和土埋3種方式處理,3次重復(fù),每隔15 d檢測(cè)一次秸稈腐解殘留量,結(jié)果見(jiàn)下圖。下列分析合理的是(　　)
A.秸稈還田后翻耕土埋主要利用了土壤中尿素細(xì)菌的呼吸作用原理B.土壤中的空氣和水分條件有利于多種微生物對(duì)秸稈的分解C.如果將開(kāi)始處理的時(shí)間提早30 d,則3條曲線的位置將呈現(xiàn)上移趨勢(shì)D.從堆放、水泡2條曲線可以推測(cè),好氧性微生物分解能力高于厭氧性微生物
答案 B解析 從環(huán)境條件分析,露天堆放會(huì)導(dǎo)致水分不足,水泡處理會(huì)導(dǎo)致氧氣不足,土埋處理時(shí),空氣和水分條件有利于多種微生物對(duì)秸稈的分解,但參與秸稈分解的應(yīng)主要是纖維素分解菌而不是“尿素細(xì)菌”;如果將開(kāi)始處理的時(shí)間提早30 d,因氣溫較高,微生物分解活動(dòng)強(qiáng),則3條曲線的位置將呈現(xiàn)下移趨勢(shì);從堆放、水泡2條曲線可推測(cè),好氧性微生物分解能力低于厭氧性微生物。
?角度2　光合作用的影響因素及應(yīng)用3.(2021湖南卷,7)綠色植物的光合作用是在葉綠體內(nèi)進(jìn)行的一系列能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.弱光條件下植物沒(méi)有O2的釋放,說(shuō)明未進(jìn)行光合作用B.在暗反應(yīng)階段,CO2不能直接被還原C.在禾谷類(lèi)作物開(kāi)花期剪掉部分花穗,葉片的光合速率會(huì)暫時(shí)下降D.合理密植和增施有機(jī)肥能提高農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度
答案 A解析 弱光條件下植物沒(méi)有O2的釋放,有可能是光合作用強(qiáng)度小于或等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,光合作用產(chǎn)生的O2被呼吸作用消耗完,此時(shí)植物雖然進(jìn)行了光合作用,但是沒(méi)有O2的釋放,A項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2性質(zhì)不活潑,在暗反應(yīng)階段,一個(gè)CO2分子被一個(gè)C5分子固定以后,很快形成兩個(gè)C3分子,在有關(guān)酶的催化作用下,C3接受ATP釋放的能量并且被[H]還原,因此CO2不能直接被還原,B項(xiàng)正確;在禾谷類(lèi)作物開(kāi)花期剪掉部分花穗,光合作用產(chǎn)物輸出受阻,葉片的光合速率會(huì)暫時(shí)下降,C項(xiàng)正確;合理密植可以充分利用光照,增施有機(jī)肥可以為植物提供礦質(zhì)元素和CO2,這些措施均能提高農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度,D項(xiàng)正確。
4.(2021山東煙臺(tái)模擬)圖甲表示在適宜條件下,向密閉溫室中充入一定量14CO2后,草莓葉片、莖、果實(shí)的放射性含量隨時(shí)間變化的曲線。已知某藥物X能夠調(diào)控光合產(chǎn)物在植物不同器官中的分配,某課題組對(duì)草莓分組并進(jìn)行相應(yīng)的處理,一晝夜后,給草莓提供標(biāo)記的CO2,24 h后獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖乙所示。圖丙是該課題小組在15 ℃條件下以草莓為材料進(jìn)行研究得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(光合作用的最適溫度為25 ℃,細(xì)胞呼吸的最適溫度為30 ℃)。
(1)14CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞后用于合成光合產(chǎn)物,該過(guò)程中14C的轉(zhuǎn)移途徑為　　　　　　　　　　(用化學(xué)式和箭頭表示)。由圖甲可知,有機(jī)物在草莓各器官間的轉(zhuǎn)移路徑為　　　　　　　　　　,據(jù)圖乙實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè),在果實(shí)剛形成時(shí),用X處理草莓全株　　　　(填“會(huì)”或“不會(huì)”)明顯減弱草莓的光合速率。?(2)由圖丙可知,本實(shí)驗(yàn)的目的是研究　　　　　　　　　　　。光照強(qiáng)度為E時(shí),草莓的凈光合速率是　　　　。若將實(shí)驗(yàn)溫度升高5 ℃,則F點(diǎn)向　　　(填“左”“右”或“不”)移動(dòng),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(3)根據(jù)以上結(jié)果分析,若想要得到更大的草莓,應(yīng)在　　　　的溫度下栽種草莓,并用X處理草莓的　　　　(填“幼果”或“全株”)。?
答案 (1)14CO2→14C3→(14CH2O)　葉片→莖→果實(shí)　不會(huì)　(2)光照強(qiáng)度對(duì)光合速率和呼吸速率的影響　0　右　溫度升高,酶活性增強(qiáng),光合速率增大　(3)25 ℃(最適) 幼果
解析 (1)14CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞后用于合成光合產(chǎn)物,先參與暗反應(yīng)中CO2的固定生成C3,再被還原生成糖類(lèi),因此該過(guò)程中14C的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2→14C3→(14CH2O)。 由圖甲可知,放射性先后出現(xiàn)在葉片→莖→果實(shí)中,因此有機(jī)物在草莓各器官間的轉(zhuǎn)移路徑為葉片→莖→果實(shí)。據(jù)圖乙實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè),在果實(shí)剛形成時(shí)(幼果),用X處理草莓全株,A組放射性強(qiáng)度與對(duì)照組相同,因此不會(huì)明顯減弱草莓的光合速率。(2)由圖丙可知,橫坐標(biāo)為光照強(qiáng)度,曲線為光合速率和呼吸速率,因此本實(shí)驗(yàn)的目的是研究光照強(qiáng)度對(duì)光合速率和呼吸速率的影響。光照強(qiáng)度為E時(shí),光合速率與呼吸速率相等,草莓的凈光合速率是0。若將實(shí)驗(yàn)溫度升高5 ℃(20 ℃),光合作用的最適溫度為25 ℃,光合速率變大,需要的光照強(qiáng)度變大,F為光飽和點(diǎn),則F點(diǎn)向右移動(dòng),原因是溫度升高,酶活性增強(qiáng),光合速率增大。(3)根據(jù)以上結(jié)果分析,若想要得到更大的草莓,應(yīng)在25 ℃的溫度下(光合速率酶活性最大)栽種草莓,并用X處理草莓的幼果(B組幼果放射性強(qiáng)度高于C組)。
?角度3　衍生點(diǎn)——植株或葉片密度及布局對(duì)光合速率的影響5.(2021山東煙臺(tái)模擬)科研人員分別在不同時(shí)刻對(duì)合理密植的玉米田中不同高度處的CO2濃度進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如下圖所示。下列分析正確的是(　　)
A.在富含有機(jī)肥的農(nóng)田中,圖中C點(diǎn)會(huì)右移B.10時(shí),距地面高度越高,光反應(yīng)強(qiáng)度越大C.夜晚土壤中釋放的CO2基本被玉米所固定D.過(guò)度密植會(huì)導(dǎo)致圖中的BD段長(zhǎng)度變大
答案 A解析 在富含有機(jī)肥的農(nóng)田中,由于微生物的分解作用,會(huì)釋放出CO2,故C點(diǎn)將會(huì)右移,A項(xiàng)正確;由圖中實(shí)線可知,上午10時(shí),玉米植株不同高度處的CO2的吸收量不同,高度為B時(shí)CO2濃度最低,說(shuō)明暗反應(yīng)速率大,則光反應(yīng)強(qiáng)度大,所以距地面高度越高,光反應(yīng)強(qiáng)度不一定越大,B項(xiàng)錯(cuò)誤;夜晚無(wú)光照,不能進(jìn)行光合作用,故不能固定CO2,C項(xiàng)錯(cuò)誤;過(guò)度密植會(huì)導(dǎo)致光能不能被充分利用,CO2的吸收量減少,圖中的BD段長(zhǎng)度變小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
?角度4　衍生點(diǎn)——內(nèi)外因素結(jié)合對(duì)光合速率的綜合影響6.(2021北京石景山模擬)紫葉蔬菜富含花青素。為研究花青素對(duì)紫葉芥菜光合作用的影響,研究人員選取長(zhǎng)勢(shì)一致的紫葉芥菜與綠葉芥菜各10株,進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)定。(1)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)紫色芥菜的花青素主要分布在葉片的上下表皮細(xì)胞內(nèi),如圖1所示。研究者檢測(cè)了2種芥菜的花青素和葉綠素含量,得到的結(jié)果如下表所示。
①葉綠素存在于芥菜葉肉細(xì)胞的　　　　　　　　　　　　　　上, 是光合作用　　　　　　階段的要素之一。提取和測(cè)定葉綠素含量時(shí),通常需要使用無(wú)水乙醇,其目的是　　　　　　　　　。?②從結(jié)果可以看出,兩種類(lèi)型芥菜的　　　　　　含量無(wú)顯著差異。如果差異顯著,則不能繼續(xù)研究花青素對(duì)芥菜光合作用的影響,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)進(jìn)一步研究得出2種芥菜的光合速率隨光合有效輻射強(qiáng)度的變化曲線,如圖2所示。(注:光合有效輻射強(qiáng)度指太陽(yáng)輻射中對(duì)綠色植物光合作用有效的光譜)
結(jié)合上述研究,請(qǐng)推測(cè)在相同光合有效輻射強(qiáng)度下,綠色芥菜比紫色芥菜光合速率高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)①葉綠體的類(lèi)囊體薄膜　光反應(yīng)溶解色素(或溶解葉綠素、光合色素)　②葉綠素　無(wú)法排除葉綠素含量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響(或自變量不唯一、不符合單一變量原則)　(2)花青素吸收部分光能,導(dǎo)致光合色素吸收的光能減少,直接影響光反應(yīng),導(dǎo)致紫色芥菜的光合速率低于能夠正常吸收光能的綠色芥菜
解析 (1)①葉綠素屬于光合色素,存在于葉綠體的類(lèi)囊體薄膜上,可以吸收光能,是光合作用光反應(yīng)階段的要素之一。由于色素溶于有機(jī)溶劑,所以可以使用無(wú)水乙醇溶解色素(或溶解葉綠素、光合色素)。②由表格中數(shù)據(jù)分析可知,兩種類(lèi)型芥菜的葉綠素含量無(wú)顯著差異。研究花青素對(duì)芥菜光合作用的影響,花青素含量是自變量,葉綠素含量屬于無(wú)關(guān)變量,如果葉綠素含量差異明顯,則無(wú)法排除葉綠素含量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響(或自變量不唯一、不符合單一變量原則)。(2)在葉綠素含量相同的前提下,紫色芥菜的花青素含量高,花青素能吸收部分光能,導(dǎo)致光合色素吸收的光能減少,直接影響光反應(yīng),導(dǎo)致紫色芥菜的光合速率低于能夠正常吸收光能的綠色芥菜。
題后歸納 細(xì)胞中的兩種色素
題組二　易錯(cuò)防范——不失分1.真題速覽(1)有關(guān)細(xì)胞呼吸與光合作用應(yīng)用的正誤判斷。①[2019全國(guó)卷Ⅱ,T2D]馬鈴薯塊莖儲(chǔ)藏庫(kù)中氧氣濃度的升高會(huì)增加酸味的產(chǎn)生。(　　)②[2018全國(guó)卷Ⅰ,T3B]農(nóng)田適時(shí)松土有利于農(nóng)作物根細(xì)胞對(duì)礦質(zhì)元素的吸收。(　　)
提示 馬鈴薯塊莖儲(chǔ)藏庫(kù)中氧氣濃度的升高會(huì)抑制無(wú)氧呼吸,減少酸味的產(chǎn)生。
提示 松土?xí)黾油寥乐械难鹾?促進(jìn)根細(xì)胞的有氧呼吸,進(jìn)而產(chǎn)生能量供其吸收礦質(zhì)元素。
③[2018全國(guó)卷Ⅲ,T29節(jié)選]通常,與陽(yáng)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(shí)所需要的光照強(qiáng)度高。(　　)
提示 通常,與陽(yáng)生植物相比,陰生植物的光飽和點(diǎn)及光補(bǔ)償點(diǎn)都比較低,因此陰生植物光合作用吸收CO2量與呼吸作用放出的CO2量相等時(shí)所需要的光照強(qiáng)度比陽(yáng)生植物低。
(2)[2021全國(guó)卷乙,T29]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(lèi)植物晚上氣孔打開(kāi)吸收CO2,吸收的CO2通過(guò)生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在液泡中;白天氣孔關(guān)閉,液泡中儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問(wèn)題。①白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生 ATP的場(chǎng)所有　　　　　　　 　。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋(píng)果酸脫羧和　　　　　　　　　　釋放的CO2。?②氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類(lèi)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(jìn)行。?
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、(葉綠體的)類(lèi)囊體薄膜　
植物蒸騰作用過(guò)強(qiáng)而導(dǎo)致失水過(guò)多
③若以pH作為檢測(cè)指標(biāo),請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)
實(shí)驗(yàn)思路:植物甲在干旱的環(huán)境條件下(其他條件適宜)培養(yǎng)一段時(shí)間;分別在白天和晚上測(cè)定植物甲液泡內(nèi)的pH;統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！☆A(yù)期結(jié)果:晚上液泡內(nèi)的pH明顯低于白天。
(3)[2017全國(guó)卷Ⅰ,T30]植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)是指由于CO2的限制,光合速率與呼吸速率相等時(shí)環(huán)境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物的?；卮鹣铝袉?wèn)題。①將正常生長(zhǎng)的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養(yǎng)。培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低,原因是?? 　。?甲種植物的凈光合速率為0時(shí),乙種植物的凈光合速率　　　　　　(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。?
植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量,使密閉小室中CO2濃度降低,光合速率也隨之下降
②若將甲種植物培養(yǎng)在無(wú)O2、但其他條件適宜的密閉小室中,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸速率增加,原因是???　。?
甲種植物在光下進(jìn)行光合作用釋放的O2使密閉小室中的O2含量增加,而O2與有機(jī)物分解產(chǎn)生的NADH發(fā)生作用形成水是有氧呼吸的一個(gè)環(huán)節(jié),所以當(dāng)O2含量增多時(shí),有氧呼吸速率會(huì)增加
2.易錯(cuò)辨析有關(guān)細(xì)胞呼吸、光合作用的正誤判斷。(1)番茄幼苗在缺鎂的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后,光反應(yīng)強(qiáng)度會(huì)降低,暗反應(yīng)強(qiáng)度也降低。(　　)(2)可利用低溫冷藏蔬菜、水果,也可利用窖藏法儲(chǔ)存蔬菜、水果,前者的原理是低溫抑制細(xì)胞呼吸,后者的原理是CO2濃度高時(shí)細(xì)胞呼吸受抑制。(　　)(3)設(shè)法提高植物光合速率、降低呼吸速率是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的根本措施。(　　)
提示 提高農(nóng)作物產(chǎn)量(光合產(chǎn)量)的根本措施是改變植物的遺傳特性(即育種)。
(4)密閉容器中的植物在光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí),葉肉細(xì)胞的呼吸速率等于光合速率。(　　)
提示 放在密閉容器中的植物,當(dāng)容器內(nèi)二氧化碳濃度不變時(shí),不要認(rèn)為此時(shí)葉肉細(xì)胞二氧化碳的吸收量等于釋放量,事實(shí)上是整個(gè)植株二氧化碳的吸收量與釋放量相等。因?yàn)橹仓赀€有非綠色部分,該部分只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸產(chǎn)生二氧化碳,而對(duì)于葉肉細(xì)胞來(lái)說(shuō),此時(shí)二氧化碳的吸收量大于釋放量。
(5)光照面積對(duì)光合作用的影響如圖:圖中顯示,葉面積系數(shù)大于5后,植物的實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到最大后不再增加。(　　)
提示 圖象分析:OA段表明隨葉面積系數(shù)的不斷增大,實(shí)際光合作用量不斷增大,A點(diǎn)后,隨葉面積系數(shù)的增大,實(shí)際光合作用量不再增加,原因是隨著葉面積系數(shù)增大,較多的葉片互相遮擋,葉片實(shí)際接受的光照不變。OB段表明干物質(zhì)量(即凈光合量或?qū)嶋H產(chǎn)量)隨葉面積系數(shù)的增大而增加,而由于A點(diǎn)以后實(shí)際光合作用量不再增加,但隨葉面積系數(shù)的不斷增大,葉片呼吸量(OC段)不斷增加,所以干物質(zhì)積累量不斷降低(BC段)。
【規(guī)律方法】1.控制變量的方法
2.光合速率與呼吸速率三類(lèi)測(cè)定方法(1)方法歸納
在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中,無(wú)法直接測(cè)定植物的總光合速率,因此,常在光照下測(cè)定植物凈光合速率,在黑暗中測(cè)定呼吸速率,兩者之和即植物的總光合速率(密閉容器中所檢測(cè)出的光合作用強(qiáng)度為凈光合作用強(qiáng)度)。
(2)液滴移動(dòng)法分析
特別提醒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(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),根據(jù)紅色液滴的移動(dòng)距離對(duì)原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。
(3)黑白瓶法分析“黑白瓶”問(wèn)題是一類(lèi)通過(guò)凈光合作用強(qiáng)度和有氧呼吸強(qiáng)度推算總光合作用強(qiáng)度的試題,題中“黑瓶”不透光,測(cè)定的是有氧呼吸量;“白瓶”給予光照,測(cè)定的是凈光合作用量,可分為有初始值與沒(méi)有初始值兩種情況,規(guī)律如下:
(4)半葉法——測(cè)定光合作用有機(jī)物的產(chǎn)生量將葉片一半遮光,一半曝光,遮光的一半測(cè)得的數(shù)據(jù)變化值代表細(xì)胞呼吸強(qiáng)度值,曝光的一半測(cè)得的數(shù)據(jù)變化值代表表觀(凈)光合作用強(qiáng)度值,綜合兩者可計(jì)算出真正(總)光合作用強(qiáng)度值。
【命題趨勢(shì)】對(duì)于光合作用與細(xì)胞呼吸相關(guān)實(shí)驗(yàn)的考查,往往通過(guò)創(chuàng)設(shè)新的實(shí)驗(yàn)情境,來(lái)探究相關(guān)因素對(duì)光合作用、細(xì)胞呼吸的影響。在此情境下,考查學(xué)生從實(shí)驗(yàn)情境中抓取變量等關(guān)鍵信息,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析,探究變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的內(nèi)在原因,最終落腳到考查光合作用、細(xì)胞呼吸的本質(zhì)。
1.(不定項(xiàng)選擇)(2021湖南長(zhǎng)沙一模)為探究光照強(qiáng)度(其他條件適宜)對(duì)植株A光合作用的影響,某興趣小組設(shè)計(jì)了圖一實(shí)驗(yàn)裝置若干組,并根據(jù)每組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制了圖二。下列說(shuō)法不正確的是(　　)
A.裝置內(nèi)燒杯中的溶液為水B.用此裝置測(cè)出的光合速率可能比實(shí)際值大C.裝置中液滴不移動(dòng)時(shí)表示植株葉肉細(xì)胞的光合速率等于呼吸速率D.若將植株A單獨(dú)放在密閉玻璃罩中,給予圖二中D點(diǎn)的光照強(qiáng)度,其他條件都適宜,隨著時(shí)間的推移,容器中的CO2濃度會(huì)逐漸降低
答案 ACD解析 可通過(guò)裝置測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)液滴移動(dòng)的距離來(lái)反映植株釋放氧氣的速率(凈光合速率)和消耗氧氣的速率(呼吸速率),所以燒杯中的溶液為CO2緩沖液,A項(xiàng)錯(cuò)誤;因?yàn)闆](méi)有設(shè)置對(duì)照組,無(wú)法排除物理因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,所以測(cè)出的光合速率可能比實(shí)際值大,B項(xiàng)正確;液滴不移動(dòng)時(shí)反映植株的凈光合速率為零,但葉肉細(xì)胞的凈光合速率大于零,C項(xiàng)錯(cuò)誤;一開(kāi)始,植株的凈光合速率大于零,植物從密閉容器中吸收CO2,導(dǎo)致容器中CO2濃度降低,當(dāng)光合速率等于呼吸速率時(shí),密閉容器中的CO2濃度不再發(fā)生改變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2019全國(guó)卷Ⅱ,31)請(qǐng)回答下列與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的問(wèn)題。(1)在森林生態(tài)系統(tǒng)中,生產(chǎn)者的能量來(lái)自于　　　　　,生產(chǎn)者的能量可以直接流向　　　　　　　　　　　　(答出2點(diǎn)即可)。?(2)通常,對(duì)于一個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),可根據(jù)水體中含氧量的變化計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)生產(chǎn)量(生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物總量)。若要測(cè)定某一水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的總初級(jí)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(cè)定O2含量(A);剩余兩份分別裝入不透光(甲)和透光(乙)的兩個(gè)玻璃瓶中,密閉后放回取樣處,若干小時(shí)后測(cè)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(wèn)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(shí)驗(yàn)中C與A的差值表示這段時(shí)間內(nèi)　　　　　　;C與B的差值?表示這段時(shí)間內(nèi)　　　　　　;A與B的差值表示這段時(shí)間內(nèi)　　　　　　。?
答案 (1)太陽(yáng)能　初級(jí)消費(fèi)者、分解者　(2)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解析 (1)在森林生態(tài)系統(tǒng)中,生產(chǎn)者主要是光能自養(yǎng)型的綠色植物,其能量來(lái)自太陽(yáng)能。生產(chǎn)者固定的能量可以通過(guò)食物鏈流向初級(jí)消費(fèi)者,通過(guò)枯枝敗葉等流向分解者。(2)在不透光的玻璃瓶中,生產(chǎn)者只進(jìn)行呼吸作用,不進(jìn)行光合作用。在透光的玻璃瓶中,生產(chǎn)者既進(jìn)行光合作用,又進(jìn)行呼吸作用。生產(chǎn)者光合作用的總放氧量=生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量+生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量。A為水體初始溶氧量,處理后乙瓶中的O2含量(C)與A的差值為生產(chǎn)者凈光合作用的放氧量;A與處理后甲瓶中的O2含量(B)的差值為生產(chǎn)者呼吸作用的耗氧量;C與B的差值,即(C-A)+(A-B),表示這段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者光合作用的總放氧量。
大題分析與表達(dá)(一)　細(xì)胞代謝類(lèi)大題突破
【題型突破】[典例](2020山東卷,21)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽(yáng)能合成糖類(lèi),相關(guān)裝置及過(guò)程如下圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過(guò)程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類(lèi)的合成過(guò)程相同。
(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是　　　　　　　　　　　,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為　　　　　　　　　　。?(2)若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將　　　　(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng),模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變,原因是　　　　　　　。?(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類(lèi)的積累量　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是　　　　　　　。?(4)干旱條件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是　　　　　　　　。人工光合作用系統(tǒng)由于對(duì)環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。?
答案 (1)模塊1和模塊2　五碳化合物(或C5)　(2)減少　模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足　(3)高于　人工光合作用系統(tǒng)沒(méi)有呼吸作用消耗糖類(lèi)(或:植物呼吸作用消耗糖類(lèi))　(4)葉片氣孔開(kāi)放程度降低,CO2的吸收量減少
答題模板 細(xì)胞代謝類(lèi)試題答題規(guī)范
【訓(xùn)練突破】1.某擬南芥變異植株氣孔內(nèi)有一種被稱為“PATROL1”的蛋白質(zhì),與氣孔開(kāi)閉有關(guān)?！癙ATROL1”能根據(jù)周?chē)h(huán)境運(yùn)送一種稱為“AHA1”的蛋白質(zhì)?！癆HA1”蛋白質(zhì)被運(yùn)送到氣孔表面之后,氣孔會(huì)張開(kāi);其被回收到氣孔內(nèi)部之后,氣孔會(huì)關(guān)閉。研究表明,干旱條件下,正常擬南芥氣孔開(kāi)度會(huì)減小。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)當(dāng)變異植株將“AHA1”蛋白質(zhì)運(yùn)送到氣孔表面之后,其主要通過(guò)影響　　　　　　階段來(lái)影響光合作用速率,干旱環(huán)境中“PATROL1”含量較高的植株光反應(yīng)速率　　　　　(填“較高”“較低”或“無(wú)明顯差異”)。?
(2)有研究表明,具有“PATROL1”的擬南芥植株更加適應(yīng)干旱條件。①根據(jù)題意推測(cè),該擬南芥變異植株適應(yīng)干旱條件的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?②請(qǐng)以該種擬南芥植株和普通擬南芥植株為材料,設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單可行的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該擬南芥變異植株是通過(guò)增加氣孔開(kāi)放程度來(lái)適應(yīng)干旱條件的,要求簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路。　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)暗反應(yīng)　較高　(2)①該擬南芥變異植株“PATROL1”運(yùn)送的“AHA1”蛋白質(zhì)能夠使氣孔張開(kāi),從而使植株更容易吸收CO2,合成更多有機(jī)物,從而適應(yīng)干旱條件　②取生理狀況相同、數(shù)量相等的上述兩種擬南介植株,分為兩組(一組為具有“PATROL1”的擬南芥植株,另一組為普通擬南芥植株),在相同的干旱條件下(其他條件相同且適宜)培養(yǎng)一段時(shí)間后,分別測(cè)定兩組植株的氣孔開(kāi)放程度和生長(zhǎng)發(fā)育狀況(答案合理即可)
解析 (1)當(dāng)“AHA1”蛋白質(zhì)被運(yùn)送到氣孔表面之后,氣孔會(huì)張開(kāi),進(jìn)入葉肉細(xì)胞的CO2會(huì)增加,促進(jìn)暗反應(yīng)階段,據(jù)此分析可知,干旱環(huán)境中“PATROL1”含量較高的植株,光反應(yīng)速率也會(huì)較高。(2)①由題干信息可知,具有“PATROL1”的擬南芥植株的“PATROL1”能根據(jù)周?chē)h(huán)境運(yùn)送一種稱為“AHA1”的蛋白質(zhì),“AHA1”蛋白質(zhì)被運(yùn)送到氣孔表面之后,氣孔會(huì)張開(kāi),與普通擬南芥植株相比,具有“PATROL1”蛋白質(zhì)的擬南芥更容易吸收二氧化碳,合成更多有機(jī)物,因此具有“PATROL1”蛋白質(zhì)的擬南芥植株更適應(yīng)干旱條件。
②該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證題述擬南芥變異植株更加適應(yīng)干旱條件,因此自變量應(yīng)為植株的種類(lèi),因變量可為植株的氣孔開(kāi)放程度和生長(zhǎng)發(fā)育狀況,所以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為:取生理狀況相同、數(shù)量相等的上述兩種擬南芥植株,分為兩組(一組為普通擬南芥植株,另一組為具有“PATROL1”的擬南芥植株),兩組植株在相同干旱條件下培養(yǎng),一段時(shí)間后,分別測(cè)定兩組植株的氣孔開(kāi)放程度和生長(zhǎng)發(fā)育狀況。
2.(2021四川成都模擬)某研究小組分別在春季、夏季、秋季、冬季四個(gè)季節(jié)中測(cè)小蓬竹凈光合速率日變化情況,結(jié)果如圖所示。回答下列問(wèn)題。
(1)植物的凈光合速率可以通過(guò)測(cè)量每秒每平方米葉片　　　　　　的量得到。若要得到總光合速率的日變化情況,實(shí)驗(yàn)思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)小蓬竹夏、秋兩季9:00時(shí)凈光合速率均高于春季,可能是由于夏、秋兩季的光照強(qiáng)度更能滿足小蓬竹光合作用光反應(yīng)的需求,為暗反應(yīng)提供充足的　　　　　　　　;另一原因可能是春季時(shí)小蓬竹處于生長(zhǎng)初期,葉綠體的數(shù)量或葉綠體中的　　　　　　　　　　(填結(jié)構(gòu))還未完全成熟,所以光合能力相對(duì)較弱。?
(3)冬季各時(shí)刻凈光合速率均明顯低于其他三個(gè)季節(jié),原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出兩點(diǎn)),從而導(dǎo)致光合作用能力下降。?(4)據(jù)圖可知,小蓬竹在　　　　　　　　(填季節(jié))和夏季中都出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),小蓬竹夏季出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象時(shí),氣孔導(dǎo)度下降、凈光合速率下降,但胞間CO2濃度卻在上升,據(jù)此推測(cè)小蓬竹夏季出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)吸收CO2(或釋放O2)　測(cè)定夏季每個(gè)時(shí)刻的呼吸速率,將測(cè)定的呼吸速率與相應(yīng)的凈光合速率相加,得到總光合速率　(2)[H]和ATP　類(lèi)囊體薄膜　(3)光照時(shí)長(zhǎng)短,酶活性降低(答案合理即可)　(4)春季、秋季　溫度過(guò)高,使相關(guān)酶的活性降低
解析 依據(jù)題意分析可知,曲線表示不同時(shí)間植物凈光合速率日變化。(1)可以通過(guò)測(cè)量每秒每平方米葉片吸收CO2(釋放O2)的量來(lái)得到凈光合速率。凈光合速率是總光合速率減去呼吸速率的差值,如果要得到總光合速率,還需要測(cè)量出每個(gè)時(shí)刻的呼吸速率并將其與相應(yīng)的凈光合速率相加。(2)當(dāng)光照強(qiáng)度較大時(shí),光反應(yīng)會(huì)相應(yīng)增強(qiáng),為暗反應(yīng)提供充足的ATP和[H]。葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,光反應(yīng)和暗反應(yīng)分別在葉綠體類(lèi)囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行,所以題述現(xiàn)象也可能是春季時(shí)小蓬竹處于生長(zhǎng)初期,葉綠體的數(shù)量或葉綠體中的類(lèi)囊體薄膜還未完全成熟造成的。
(3)冬天溫度較低,會(huì)使與光合作用相關(guān)的酶活性降低,日照時(shí)長(zhǎng)較短,會(huì)降低光照時(shí)間,進(jìn)而影響光合速率。(4)據(jù)圖可知,凈光合速率有先下降后上升趨勢(shì)的有春季、夏季、秋季,說(shuō)明這三個(gè)季節(jié)均出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象。根據(jù)胞間CO2濃度上升可以推測(cè),出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象的限制因素不是CO2濃度,可能是溫度過(guò)高影響了與光合作用有關(guān)酶的活性。
3.(2021山東濰坊期中)城市小區(qū)綠化帶植物容易受到建筑物遮陰的困擾。風(fēng)箱果是珍貴的灌木綠化樹(shù)種,為研究光照對(duì)其的影響,研究人員以1年生風(fēng)箱果幼苗為研究對(duì)象,選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗 60株,設(shè)置CK(全光)、輕度遮陰L1(60%全光)和重度遮陰L2(20%全光)3種遮陰處理組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下表所示為遮陰對(duì)風(fēng)箱果幼苗光響應(yīng)參數(shù)的影響,其中表觀量子效率反映了葉片利用弱光的能力,其值越大表明植物利用弱光的能力越強(qiáng)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
遮陰對(duì)風(fēng)箱果幼苗光合作用光響應(yīng)參數(shù)的影響
(1)本實(shí)驗(yàn)的自變量是　　　　　　　　,每組實(shí)驗(yàn)的幼苗應(yīng)為　　　株。?(2)表中數(shù)據(jù)顯示,風(fēng)箱果幼苗對(duì)遮陰產(chǎn)生了一定的適應(yīng)性,請(qǐng)推測(cè)遮陰條件下細(xì)胞呼吸速率降低的意義:　　　　　　　　　　　　　　　　。遮陰組風(fēng)箱果幼苗的表觀量子效率降低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　。?(3)CK組與L2組相比,風(fēng)箱果幼苗最大實(shí)際光合速率的差值為　　　μml/(m2·s)。在光照強(qiáng)度相對(duì)值大于1 066.8時(shí),影響風(fēng)箱果幼苗光合速率的外界因素主要是　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(4)請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中風(fēng)箱果幼苗的種植提出合理建議:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)遮陰程度　20　(2)植物通過(guò)減少有機(jī)物的消耗,將有機(jī)物更多地用于自身生長(zhǎng)發(fā)育(答案合理即可)　遮陰條件下風(fēng)箱果幼苗對(duì)弱光的利用能力較差,而表觀量子效率反映了葉片利用弱光的能力(答案合理即可)　(3)12.6　溫度和CO2濃度　(4)盡量將其種植在陽(yáng)光充足的環(huán)境中
解析 (1)本實(shí)驗(yàn)的目的是研究遮陰對(duì)風(fēng)箱果幼苗光響應(yīng)參數(shù)的影響,故實(shí)驗(yàn)的自變量為遮陰程度;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循等量原則,該實(shí)驗(yàn)共設(shè)置了3組,故每組實(shí)驗(yàn)的幼苗應(yīng)為20株。(2)由表格信息可知,遮陰條件下細(xì)胞呼吸速率降低。遮陰條件下,光合速率降低,有機(jī)物的合成減少,若此時(shí)呼吸速率降低,可減少有機(jī)物的消耗,將有機(jī)物更多地用于自身的生長(zhǎng)發(fā)育,這體現(xiàn)了風(fēng)箱果幼苗對(duì)遮陰環(huán)境的適應(yīng);表觀量子效率反映了葉片利用弱光的能力,遮陰條件下,風(fēng)箱果幼苗利用弱光的能力降低,導(dǎo)致其表觀量子效率降低。

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