1 強基礎(chǔ)·增分策略
一、細胞呼吸和光合作用的物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化關(guān)系1.光合作用與細胞呼吸的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程
(1)填寫相關(guān)物質(zhì)名稱:a.葉綠體中的色素,b.O2,c. ATP ,d.ADP,e.NADPH,f.　C5　,g.CO2,h.　C3 。
(2)生理過程及場所
(3)完善光合作用與細胞呼吸的物質(zhì)聯(lián)系
2.光合作用與細胞呼吸的能量轉(zhuǎn)化
旁欄邊角(必修1 P106“拓展應(yīng)用”2)給密閉玻璃瓶中的植物幼苗提供適宜的水、無機鹽、光照強度、溫度等條件,幼苗的生存時間一般不會太長,請分析可能的原因。提示:隨著植物生長,土壤的水分會減少,土壤中的無機鹽含量會下降,空氣中CO2 含量減少等。
易錯辨析(1)光合作用與細胞呼吸總是同時進行的。(必修1 P105旁欄思考)(　×　)(2)葉綠體產(chǎn)生的O2 可進入線粒體被直接利用,線粒體產(chǎn)生的H2O 可進入葉綠體被直接利用。(必修1 P103正文)(　√　)(3)進入葉綠體的CO2 能被NADPH 直接還原,植物體的凈光合速率長期為零時會導致植物體停止生長。(必修1 P103正文)(　×　)
二、真正(總)光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系1.辨析凈光合速率與總光合速率(1)微觀辨析
以光合速率大于呼吸速率為例
2.真正(總)光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系(1)判定方法
(2)相關(guān)計算①光合作用實際產(chǎn)氧量(葉綠體產(chǎn)氧量)=實測植物氧氣　釋放量　+　細胞呼吸耗氧量　。?②光合作用實際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)=實測植物　CO2吸收量　+細胞呼吸CO2釋放量。?③光合作用葡萄糖凈生產(chǎn)量(葡萄糖積累量)=光合作用實際葡萄糖生產(chǎn)量(葉綠體產(chǎn)生或合成的葡萄糖量)-細胞呼吸葡萄糖消耗量。
2 提能力·精準突破
考向1 構(gòu)建模式圖,考查物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化1.(2022大連模擬)綠色植物光合作用和細胞呼吸之間的能量轉(zhuǎn)換如圖所示,圖中①~⑥代表物質(zhì),下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A.植物光反應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學能貯存在NADPH和①中B.葉綠體中的NADPH和線粒體中的NADH都具有還原性
D.物質(zhì)④在葉綠體基質(zhì)中合成,在線粒體基質(zhì)中分解答案:D
2.(2022威海模擬)如圖表示在有氧條件下某高等植物體內(nèi)有關(guān)的生理過程示意圖,①~⑤表示有關(guān)過程,X、Y、Z和W表示相關(guān)物質(zhì)。請據(jù)圖判斷,下列說法錯誤的是(　　)
A.X、Y、Z物質(zhì)分別表示C3、丙酮酸和ATPB.①~⑤過程中能產(chǎn)生ATP的有①②③④C.②⑤過程分別表示C3的還原和CO2的固定D.光合速率小于呼吸速率時,④過程產(chǎn)生的CO2會釋放到細胞外
答案:B解析:據(jù)圖可知,物質(zhì)X是CO2固定的產(chǎn)物,所以X表示C3。物質(zhì)Y是葡萄糖氧化分解成CO2的中間產(chǎn)物,所以Y表示丙酮酸。物質(zhì)Z是光反應(yīng)產(chǎn)生用于暗反應(yīng)的ATP,A項正確;圖中①過程表示光反應(yīng),能產(chǎn)生ATP。②過程表示暗反應(yīng)中C3的還原,消耗ATP而不能產(chǎn)生ATP。③過程表示有氧呼吸的第一階段,能產(chǎn)生ATP。④過程表示有氧呼吸第二階段(或第二、三階段),能產(chǎn)生ATP。⑤過程表示暗反應(yīng)中CO2的固定,不能產(chǎn)生ATP,B項錯誤,C項正確;光合速率小于呼吸速率時,④過程產(chǎn)生的CO2要比⑤過程消耗的CO2多,所以會有一部分CO2釋放到細胞外,D項正確。
易錯提醒在進行光合作用和細胞呼吸同位素標記分析時,如果分析“首先出現(xiàn)在”“短時間出現(xiàn)在”,一般是要求分析第一步反應(yīng),不必沿箭頭所指路線過多分析;如果是分析“在哪些物質(zhì)中出現(xiàn)”,則需要沿箭頭所指路線將所有可能出現(xiàn)的情況分析出來。
考向2 考查NADPH、NADH、ATP的來源與去路3.(2022棗莊模擬)下圖表示植物葉肉細胞光合作用和細胞呼吸過程中氫元素的轉(zhuǎn)移途徑,下列相關(guān)敘述不正確的是(　　)
A.過程①④在生物膜上進行B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次經(jīng)過①②③④轉(zhuǎn)移到細胞呼吸的產(chǎn)物H2O中C.植物體光補償點時,葉肉細胞內(nèi)的過程③④中合成的ATP少于過程①合成的ATPD.過程①②③④都有能量的轉(zhuǎn)化答案:B
解析:過程①光反應(yīng)階段在葉綠體的類囊體薄膜上進行,④有氧呼吸第三階段在線粒體內(nèi)膜上進行,A項正確;光合作用的原料H2O中的氧可以依次經(jīng)過①光反應(yīng)釋放到環(huán)境中,環(huán)境中的氧可通過④有氧呼吸第三階段轉(zhuǎn)移到細胞呼吸的產(chǎn)物H2O中,中間不經(jīng)過②③,B項錯誤;植物體光補償點時,整體植株的光合作用強度等于細胞呼吸強度,但植物的非綠色組織只能進行細胞呼吸不能進行光合作用,故葉肉細胞的光合作用強度應(yīng)大于自身的細胞呼吸強度,即③④中合成的ATP少于過程①合成的ATP,C項正確;過程①②③④不僅有物質(zhì)的變化過程也伴有能量的轉(zhuǎn)化,D項正確。
4.(2022沈陽一模)下圖表示菠菜葉肉細胞光合作用與細胞呼吸過程中碳元素和氫元素的轉(zhuǎn)移途徑,其中①~⑥代表有關(guān)生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)A.過程①②③不在生物膜上進行B.參與過程②③⑤的酶的種類不同C.過程②③④⑤都有ATP產(chǎn)生D.過程③產(chǎn)生的[H]全部來自丙酮酸答案:D
解析:過程①為光合作用暗反應(yīng)階段,發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中;過程②為有氧呼吸的第一階段,發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中;過程③為有氧呼吸第二階段,發(fā)生在線粒體基質(zhì)中,均不在生物膜上進行,A項正確。過程②③為有氧呼吸的過程,其催化反應(yīng)的酶都為呼吸酶,過程⑤為光合作用光反應(yīng)階段,其催化反應(yīng)的酶為光合作用酶,酶的種類不相同,B項正確。過程②③④為有氧呼吸的三個過程,均有ATP產(chǎn)生,過程⑤為水的光解過程,有ATP產(chǎn)生,C項正確。過程③(有氧呼吸第二階段)是丙酮酸和H2O反應(yīng)產(chǎn)生CO2和[H],釋放少量能量,產(chǎn)生的[H]部分來自丙酮酸,部分來自H2O,D項錯誤。
拓展提升歸納光合作用與有氧呼吸中NADPH、NADH、ATP的來源與去路
分析一晝夜中植物代謝強度變化的兩個曲線(1)自然環(huán)境中,綠色植物一晝夜內(nèi)CO2的吸收與釋放速率的曲線分析
(2)相對密閉的環(huán)境中,一晝夜CO2含量的變化曲線分析
考向1 圍繞光合速率和呼吸速率,考查科學思維1.(2022煙臺二模)某生物興趣小組測定了不同溫度條件下,棉花植株在黑暗中單位時間內(nèi)O2的消耗量以及光照條件下單位時間內(nèi)O2的釋放量,結(jié)果如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.O2產(chǎn)生的場所是葉肉細胞的類囊體薄膜,消耗的場所是線粒體基質(zhì)B.20 ℃時棉花植株的總光合作用速率最大C.30 ℃時棉花植株固定CO2的量是其產(chǎn)生CO2量的兩倍D.40 ℃時棉花葉肉細胞光合作用酶的活性喪失,光合作用停止答案:C解析:O2產(chǎn)生的場所是葉肉細胞的類囊體薄膜,消耗的場所是線粒體內(nèi)膜,A項錯誤;20 ℃時棉花植株的凈光合速率最大,但呼吸速率較低,故總光合作用速率不一定最大,B項錯誤;圖中O2的消耗速率表示呼吸速率,O2的釋放速率表示凈光合速率,兩條曲線的交點表示凈光合速率等于呼吸速率,故30 ℃時,棉花植株的總光合作用速率是細胞呼吸速率的兩倍,故此時固定CO2的量是其產(chǎn)生CO2量的兩倍,C項正確;40 ℃時棉花凈光合速率為0,光合作用并未停止,D項錯誤。
考向2 圍繞不同環(huán)境中一晝夜內(nèi)光合速率曲線分析,考查科學思維2.(2022南京四校聯(lián)考)如圖為自然環(huán)境中一晝夜測得某植物CO2的吸收速率曲線圖,下列關(guān)于該圖的敘述,錯誤的是(　　)
A.A點產(chǎn)生的原因是夜溫降低,細胞呼吸減弱,CO2釋放減少B.開始進行光合作用的點是B點,結(jié)束光合作用的點是M點C.光合速率與呼吸速率相等的點是C、H點,有機物積累量最大的點是M點D.DE段下降的原因是部分氣孔關(guān)閉,CO2吸收減少,FH段下降的原因是光照減弱
答案:C解析:A點釋放CO2的速率減小的原因是夜間溫度降低,呼吸酶活性降低,呼吸速率降低,CO2釋放減少,A項正確。由圖可知,B點是光合作用開始的點,M點之后,CO2釋放速率不變,說明M點之后不再進行光合作用,B項正確。H點之后,光合速率小于呼吸速率,有機物減少,因此有機物積累最大的點是H點,C項錯誤。DE段光照較強,溫度較高致使部分氣孔關(guān)閉,CO2通過氣孔進入葉肉細胞間隙的量減少,光合速率降低;FH段光合速率下降的原因是光照減弱,D項正確。
光合速率與呼吸速率的探究方法(1)“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總光合速率。
(2)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O2的減少量(或CO2的增加量)為有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2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。
(3)半葉法將植物對稱葉片的一部分(A)遮光或取下置于暗處,另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不做處理),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(yīng)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(yīng)的有機物含量應(yīng)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。
考向1 光合速率與呼吸速率的測定1.(2022濟寧模擬)利用裝置甲,在相同條件下分別將綠色植物E、F的葉片制成大小相同的葉圓片,抽出空氣,進行光合作用速率測定。圖乙是利用裝置甲測得的數(shù)據(jù)繪制成的坐標圖。下列敘述正確的是(　　)
A.從圖乙可看出,F植物適合在較強光照下生長B.光照強度為1 klx時,裝置甲中放置植物E的葉圓片進行測定時,液滴不移動C.光照強度為3 klx時,E、F兩種植物的葉圓片產(chǎn)生O2的速率相等D.光照強度為6 klx時,裝置甲中E植物葉圓片比F植物葉圓片浮到液面所需時間短答案:D
解析:根據(jù)圖乙可知,F植物葉圓片的光補償點和光飽和點都比較低,適合在較弱光照下生長,A項錯誤;光照強度為1 klx時,E植物葉圓片的呼吸速率大于光合速率,裝置甲中E植物葉圓片會吸收裝置中的O2,使液滴左移,B項錯誤;光照強度為3 klx時,E、F兩種植物葉圓片的凈光合強度相等,但E植物葉圓片的細胞呼吸強度大于F植物葉圓片,故光照強度為3 klx時,E、F兩種植物的葉圓片產(chǎn)生O2的速率不相等,C項錯誤;光照強度為6 klx時,E植物葉圓片凈光合作用強度大于F植物葉圓片的凈光合作用強度,故此光照強度下,E植物葉圓片釋放的O2多,故裝置甲中E植物葉圓片比F植物葉圓片浮到液面所需時間短,D項正確。
2.(2022衡陽質(zhì)檢改編)研究者將對稱葉片一半遮光,另一半照光處理。經(jīng)過一段時間后,在對稱部位截取同等面積(實驗處理前干重相同)的葉片,烘干稱重,用于相關(guān)速率的計算。不考慮光照條件對葉片呼吸速率的影響,下列說法正確的是(　　)A.遮光處理后葉綠體基質(zhì)中C3的含量比照光處理后低B.照光處理時類囊體薄膜上可發(fā)生NADP+與電子和H+結(jié)合C.照光處理與遮光處理后葉片的干重差是細胞呼吸引起的D.要計算光合作用速率還需測定同等面積葉片的初始干重答案:B
解析:遮光后,光反應(yīng)停止,短時間內(nèi)C3被還原成C5的過程減弱直至停止,而C5固定CO2的過程仍能繼續(xù),故遮光后C3含量會比照光時的C3含量高,A項錯誤;照光處理時類囊體薄膜上可產(chǎn)生NADPH,故可發(fā)生NADP+與電子和H+結(jié)合,B項正確;照光處理后與遮光處理后葉片的干重差(單位時間內(nèi))是真正光合作用速率,因此不需要測定同等面積葉片的初始干重,C、D兩項錯誤。
3.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10 mg/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

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