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2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习:光合作用(二)

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2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习:光合作用(二) [考纲展示] 影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ) 【核心概念及重要结论】 1.提高光合作用的强度措施有:控制光照强弱和温度的高低、适当增加环境中 CO2 浓度等。 2.光合作用最终使光能转换成为化学能,储存在生成的糖类等有机物中。 3.化能合成作用:自然界中少数种类的细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物的过程,这些细菌也属于自养生物。 【考点速览】 考点一:影响光合作用的环境因素及应用 1.光合作用强度 (1)含义:植物在单位时间单位面积内,通过光合作用制造糖类的数量。 (2)两种表示方法 ①一定时间内原料的消耗量。 ②一定时间内产物的生成量。 2.影响光合作用强度的因素 (1)光照强度 ①原理:光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。 ②关系曲线 A 点:光照强度为 0,只进行细胞呼吸; AB 段:光合作用强度小于细胞呼吸强度; B 点:光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度); BD 段:光合作用强度大于细胞呼吸强度; C 点:光饱和点(光照强度达到 C 点后,光合作用强度不再随着光照强度的增大而加强)。 ③应用:阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物、林间带树种的配置和 冬季温室栽培等都可合理利用光能。 (2)CO2 浓度 ①原理:CO2 影响暗反应阶段,制约 C3 的形成。 ②关系曲线: 图 1 中 A 点表示 CO2 补偿点,即光合作用速率等于呼吸作用速率时的 CO2 浓度,图 2 中 A′点表示进行光合作用所需 CO2 的最低浓度。B 和 B′点都表示 CO2 饱和点。 ③应用: a.大田要“正其行,通其风”,多施有机肥。 b.温室内可通过放干冰、使用 CO2 生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高 CO2 浓度。 (3)温度 ①原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用强度。 ②曲线分析: 光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响,但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。 ③应用:温室栽培植物时,白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用 强度;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸强度,保证植物有机物的积累。 (4)水 ①原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分还能影响气孔的开闭,间接影响 CO2 进入植物体内。 ②曲线分析 图 1 图 2 图 1 表明在农业生产中,可根据作物的需水规律,合理灌溉。 图 2 曲线中间 E 处光合作用强度暂时降低,是因为温度高,气孔部分关闭,影响了 CO2 的供应。 ③应用:合理灌溉,预防干旱。 (5)矿质元素 ①原理:矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分,缺乏会影响光合作用的进行。例如,N 是酶的组成元素,N、P 是 ATP 的组成元素,Mg 是叶绿素的组成元素等。 ②曲线分析: 在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用强度;但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高,植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。 (6)多因子综合 ①当在 P 点时,限制光合速率的因素应为横坐标表示的因子,随其因子的不断加强,光合速率不断提高。 ②当在 Q 点时,横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可采取适当提高图示中的其他因子的方法。 考点二: 光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用 1.光合作用与细胞呼吸过程的联系 (1)写出下列物质名称:b:O2,c:ATP,d:ADP,e:NADPH([H]),f:C5,g:CO2,h:C3。 (2)填写下表生理过程及场所 序号 ① ② ③ ④ ⑤ 生理 过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段 场所 叶绿体 类囊体薄膜 叶绿体 基质 细胞质 基质 线粒体 基质 线粒体 内膜 (3)物质方面 C:CO2 ――→暗反应C6H12O6 ――→有氧呼吸第一阶段丙酮酸 ――→有氧呼吸第二阶段CO2 O:H2O――→光反应O2 ――→有氧呼吸第三阶段H2O H:H2O――→光反应[H]――→暗反应C6H12O6 ――→有氧呼吸第一、二阶段[H] ――→有氧呼吸第三阶段H2O (4)能量方面 光能――→光反应ATP 中 活 跃 化 学 能 ――→暗反应C6H12O6 中 稳 定 的 化 学 能 ――→有氧呼吸 热能ATP中活跃化学能―→各项生命活动 2.真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 (1)内在关系 ①细胞呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的 CO2 释放量或 O2 吸收量。 ②净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的 CO2 量或释放的 O2 量。 ③真正光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率。 (2)判定方法 ①根据坐标曲线判定 a.当光照强度为 0 时,若 CO2 吸收值为负值,该值的绝对值代表细胞呼吸速率,该曲线代表净光合速率,如图甲。 b.当光照强度为 0 时,光合速率也为 0,该曲线代表真正光合速率,如图②根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 考点三:光合作用的相关实验探究 1.探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理 ①在光照下,绿色植物通过光合作用产生 O2。 ②台灯距烧杯的距离不同,则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。 ③光照强度不同,则光反应产生 O2 的速率不同,叶片上浮的时间不同。 (2)实验步骤及主要操作: 实验步骤 主要操作 ①制备小圆形叶片 将绿色菠菜叶片用直径为 1 cm 的打孔器打出小圆形叶片 30 片 ②排出细胞间隙中的气体 将小圆形叶片和适量清水置于注射器中,排出注射器内残留的空气,用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞,使小圆形叶片内的气体逸出,重复几次 ③分装小圆形叶片 将小圆形叶片各 10 片,分别放入暗处盛有 20 mL 富含 CO2 的清水的 3 个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水,所以全部沉到水底 ④控制自变量(光照强度) 把 3 个烧杯分别放在距离台灯位置 10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为 1、2、3)的位置上,打开台灯 ⑤观察并记录 一定时间内小圆形叶片浮起的数量 2.光合速率测定 (1)测定装置: (2)测定方法: ①测定呼吸速率。 a.装置小烧杯中放入适宜浓度 NaOH 溶液,用于吸收 CO2。 b.玻璃钟罩应遮光处理,目的是排除光合作用的干扰。 c.置于适宜温度环境中。 d.红色液滴向左移动,单位时间内移动距离代表呼吸速率。 ②测定净光合速率。 a.装置小烧杯中放入适宜浓度的 CO2 缓冲液,用于维持容器内 CO2 浓度的恒定。 b.给予较强光照处理,且温度适宜。 c.红色液滴向右移动,单位时间内移动距离代表净光合速率。 ③误差校正。 为排除温度、气压等因素引起的气体体积膨胀,应设计对照实验。对照实验与上图不同之处在于不放植物或放置死亡的植物。 ④实际光合速率=净光合速率+呼吸速率。 【重点突破】 一、光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制方法 实验条件 控制方法 增加水中 O2 泵入空气或吹气或放入绿色水生植物 减少水中 O2 容器密封或油膜覆盖或用凉开水 除去容器中 CO2 氢氧化钠溶液 除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境中 除去叶中叶绿素 酒精隔水加热 除去光合作用对细胞呼吸的干扰 给植株遮光 得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光 维持容器内 CO2 浓度的恒定 适宜浓度的 NaHCO3 溶液 二、光合速率和呼吸速率的计算: (1)“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率 将装有水和水生植物的黑、白瓶置于相同水层中,测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化,借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光,瓶中生物仅能进行呼吸作用;白瓶透光,瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此,真正光合作用量(光合作用总量)=白瓶中氧气增加量+黑瓶中氧气减少量。 (2)“半叶法”测定光合作用有机物的产生量 “半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 小时后,在 A、B 的对应部位截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为 MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合作用强度,其单位是 mg/(dm2·h)。即 M=MB-MA,M 表示 B 叶片被截取部分在 6 小时内光合作用合成的有机物总量。 三、光合作用和呼吸作用的关系: 1.光合作用和有氧呼吸中[H]、ATP 来源和去路 比较项目 来源 去路 [H] 光合 作用 光反应中水的光解 作为暗反应阶段的还原剂,用于还原 C3 合成有机物等 有氧 呼吸 第一、二阶段产生 用于第三阶段与氧气结合产生水,同时释放大量能量 ATP 光合作用 在光反应阶段合成 ATP,其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳能 用于暗反应阶段 C3 还原时的能量之需,以稳定的化学能形式储存在有机物中 有氧 呼吸 第一、二、三阶段均产生,其中第三阶段产生最多,能量来自有机物的分解 作为直接能源物质用于各项生命活动 2.光合作用与细胞呼吸之间的气体变化 下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示,据图判断生理过程。 图①:表示黑暗中,只进行细胞呼吸; 图②:表示细胞呼吸速率>光合作用速率; 图③:表示细胞呼吸速率=光合作用速率; 图④:表示细胞呼吸速率<光合作用速率。 3.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动 (1)细胞呼吸对应点(A 点)的移动:细胞呼吸增强,A 点下移;细胞呼吸减弱,A 点上移。 (2)补偿点(B 点)的移动 ①细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。 ②细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。 (3)饱和点(C 点)和 D 点的移动:相关条件的改变(如增大光照强度或增大 CO2 浓度)使光合速率增大时,C 点右移,D 点上移的同时右移;反之,移动方向相反。 四、自然环境下一昼夜植物光合作用曲线分析: (1)a 点:夜温降低,细胞呼吸减弱,CO2 释放减少。 (2)开始进行光合作用的点:b,结束光合作用的点:m。 (3)光合速率与呼吸速率相等的点:c、h,有机物积累量最大的点:h。 (4)de 段下降的原因是气孔关闭,CO2 吸收减少,fh 段下降的原因是光照减弱。 【真题训练】 1.(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的 A、B 两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如 图所示。据图回答问题: (1) 从 图 可 知 , A 叶 片 是 树 冠 ________( 填 “ 上层” 或 “ 下层”) 的 叶 片 , 判 断 依 据 是_______________________________________________________________________________________。 (2)光照强度达到一定数值时,A 叶片的净光合速率开始下降,但测得放速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。 (3)若要比较 A、B 两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是________。 解析:(1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片,故由图中曲线可得出A 叶片是树冠下层叶片。(2)光照强度达到一定数值时,A 叶片的净光合速率开始下降,说明 CO2 的吸收量减少,但测得放氧速率不变,由此可知,光反应速率基本不变,因此,净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。 答案:(1)下层 A 叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于 B 叶片 (2)暗 (3)无水乙醇 2.(2017·全国卷Ⅰ)植物的 CO2 补偿点是指由于 CO2 的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的 CO2浓度。已知甲种植物的 CO2 补偿点大于乙种植物的。回答下列问题: (1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是________________________________________________________________。甲种植物净光合速率为 0 时,乙种植物净光合速率________(填“大于 0”“等于 0”或“小于 0”)。 (2)若将甲种植物密闭在无 O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时 间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是______________________________________________________。 解析:考查影响光合作用与呼吸作用的因素。 (1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养,刚开始时小室内 CO2浓度较高,光合作用强度大于呼吸作用强度,一段时间后,CO2 浓度降低,暗反应受阻,进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的 CO2 补偿点大于乙种植物的,因此当甲种植物的净光合速率为 0时,CO2 浓度达到甲种植物的 CO2 补偿点,此时乙种植物光合作用强度仍大于呼吸作用强度,净光合速率大于 0。 (2)将甲种植物密闭在无 O2、但其他条件适宜的小室中,该小室内是有 CO2 的,植物可以进行光合作用,甲种植物在光下进行光合作用释放的 O2 使密闭小室中 O2 增加,而 O2 与有机物分解产生的 NADH 发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当 O2 增多时,有氧呼吸会增加。 答案:(1)植物在光下光合作用吸收 CO2 的量大于呼吸作用释放CO2 的量,使密闭小室中 CO2 浓度降低,光合速率也随之降低 大于 0 (2)甲种植物在光下光合作用释放的 O2 使密闭小室中 O2 增加,而 O2 与 有机物分解产生的 NADH 发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当 O2 增多时,有氧呼吸会增加 3.(2016·全国卷Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后,测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2 的量),光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题: (1)据图判断,光照强度低于 a 时,影响甲组植物光合作用的限制因子是 ________。 (2)b 光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高________(填“CO2 浓度”或“O2浓度”)。 (3)播种乙组植株产生的种子,得到的盆栽苗按照甲组的条件培养 T 时间后,再测定植株叶片随光照强度 变化 的光合 作用强 度, 得到 的曲线 与甲组 的相 同。 根据这 一结果 能够 得到 的初步 结论是___________________________________________________________________________。 解析:(1)根据图示信息,对于甲组植物而言,当光照强度低于 a 时,随光照强度的增加,光合作用强度逐渐升高,说明限制其光合作用强度的主要因素为光照强度。(2)根据图示信息,对于甲组植物而言,当光照强度高于 b 时,随光照强度的增加,光合作用强度不变,说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的 CO2,故提高 CO2 浓度可使 b 光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知,乙组和甲组是同一种植物,只是环境中的光照强度不同,虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低,但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高,说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的。 答案:(1)光照强度 (2)CO2 浓度 (3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的 4.(2016·全国卷Ⅱ)BTB 是一种酸碱指示剂。BTB 的弱碱性溶液颜色可随其中 CO2 浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用,进行了如下实验:用少量的 NaHCO3 和BTB 加水配制成蓝色溶液,并向溶液中通入一定量的 CO2 使溶液变成浅绿色,之后将等量的浅绿色溶液分别加入到 7 支试管中。其中 6 支加入生长状况一致的等量水草,另一支不加水草,密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。 试管编号 1 2 3 4 5 6 7 水草 无 有 有 有 有 有 有 距日光灯的距离(cm) 20 遮光* 100 80 60 40 20 50 min 后试管中溶液的颜色 浅绿 色 X 浅黄 色 黄绿 色 浅绿 色 浅蓝 色 蓝色 *遮光是指用黑纸将试管包裹起来,并放在距日光灯 100 cm 的地方。 若不考虑其他生物因素对实验结果的影响,回答下列问题: (1)本实验中,50 min 后 1 号试管的溶液是浅绿色,则说明 2 至 7 号试管的实验结果是由_______________________________________________________________________________________ 引起的;若 1 号试管的溶液是蓝色,则说明 2 至 7 号试管的实验结果是________(填“可靠的”或“不可靠的”)。 (2) 表中 X 代 表 的 颜 色 应 为 ________( 填 “ 浅绿色”“ 黄色” 或 “ 蓝色”) , 判 断 依 据 是_______________________________________________________________________________________。 (3)5 号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下水草____________________________。 解析:(1)1 号试管中没有加水草,50 min 后 1 号试管的溶液颜色仍为浅绿色,说明无关变量不会引起溶液颜色的变化,2 至 7 号试管的实验结果应是由水草的光合作用和呼吸作用引起的;若 1 号试管的溶液是蓝色,说明无水草的光照条件下溶液中 CO2 含量减少了,无关变量对实验结果有影响,则说明2 至 7 号试管的实验结果是不可靠的。(2)2 号试管进行了遮光,水草不能进行光合作用,只能进行呼吸作用产生 CO2,而且与 3 号试管(光合作用强度小于呼吸作用强度)相比,2 号试管溶液中的 CO2 含量更多,颜色应为黄色。(3)5 号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化,说明在此条件下溶液中 CO2 含量没有变化,水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等,吸收与释放的 CO2 量相等。 答案:(1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的 (2)黄色 水草不进行光合作用,只进行呼吸作用,溶液中 CO2 浓度高于 3 号试管 (3)光合作用强度等于呼吸作用强度,吸收与释放的 CO2量相等 5.(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。 回答下列问题: (1)当光照强度大于 a 时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是________。 (2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是________,判断的依据是__________________________________________________________________________。 (3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是________。 (4)某植物夏日晴天中午 12:00 时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。 解析:(1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于 a 时,甲种植物光合作用强度高于乙种植物,因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的 CO2 不足,叶片的光合速率明显下降。 答案:(1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大 (3)乙 (4)CO2 6.(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对 A 品种小麦光合作用的影响,某研究小组将生长状态一致的 A 品种小麦植株分为 5 组,1 组在田间生长作为对照组,另 4 组在人工气候室中生长作为实验组,并保持其光照和 CO2 浓度等条件与对照组相同。于中午 12:30 测定各组叶片的光合速率,各组实验处理及结果如表所示: 对照组 实验组一 实验组二 实验组三 实验组四 实验 处理 温度/℃ 36 36 36 31 25 相对湿度/% 17 27 52 52 52 实验 结果 光合速率/mg CO2·dm-2·h -1 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 回答下列问题: (1)根据本实验结果,可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________,其依据是____________________________;并可推测,________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。 (2) 在实验组中,若适当提高第________ 组 的 环 境 温 度 能 提 高 小 麦 的 光 合 速 率 , 其 原 因 是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)小麦叶片气孔开放时,CO2 进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白,________(填“需要”或“不需要”)消耗 ATP。 解析:(1)根据表格信息可知,对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下,相对湿度改变时光合速率变化较大;实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下,随温度的变化,光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论,增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率,降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比,实验组三 的温度高 6 ℃,光合速率有所提高,说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度,故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2 进入叶肉细胞的方式是自由扩散,不需要 载体蛋白,不需要消耗 ATP。 答案:(1)湿度(或相对湿度) 在相同温度条件下,相对湿度改变时光合速率变化较大 增加 (2)四 该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度 (3)不需要 不需要 7.(2017·全国卷Ⅱ)如图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。 据图回答下列问题: (1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________,[H]代表的物质主要是____________。 (2)B 代表一种反应过程,C 代表细胞质基质,D 代表线粒体,则 ATP 合成发生在 A 过程,还发生在________(填“B 和 C”“C 和 D”或“B 和 D”)。 (3)C 中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是______________________________________。 解析:考查光合作用的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的过程。 (1)分析图示,A 过程为光合作用的光反应阶段,B 过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的 O2;由②和 H2O 产生①与 NADPH([H],即还原型辅酶Ⅱ)可知,②是 NADP+;由③转化成 ATP可知,③是 ADP+Pi;由④与 CO2 结合生成 C3 可知,④为 C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是 NADH(还原型辅酶Ⅰ)。 (2)光合作用的光反应阶段(A)可产生 ATP,而暗反应阶段(B)不产生 ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP,其中细胞质基质(C)中进行有氧呼吸的第一阶段,线粒体(D)中进行有氧呼吸的第二和第三阶段。 (3)在缺氧条件下,植物细胞可进行无氧呼吸,将丙酮酸转化成酒精。 答案:(1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或答:还原型辅酶Ⅰ) (2)C 和 D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸 8.(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题: (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上,该物 质主要捕获可见光中的________。 (2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知:当叶面积系数小于 a 时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过 b 时,群体干物质积累速率降低,其原因是_____________________________________________________。 (3)通常,与阳生植物相比,阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的 CO2 量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。 解析: (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素,分布于类囊体膜,主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知,叶面积系数小于 a 时,群体干物质积累速率和群体光合速率都增加;叶面积系数超过 b 时,群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,因此群体净光合速率降低,干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸释放的 CO2 量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常,与阳生植物相比,阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低,即达到此点需要的光照强度低。 答案:(1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变,但群体呼吸速率仍在增加,故群体干物质积累速率降低 (3)低 【专项训练】 1.如图为某研究小组测定光照强度对植物叶片光合作用影响的实验装置。将该装置先放在黑暗条件下一段时间,然后给予不同强度的光照。关于该实验的叙述,正确的是 ( ) A.温度、CO2 浓度和有色液滴的移动距离都是无关变量 B.CO2 缓冲液的作用是维持容器中 CO2 浓度的稳定 C.如果有色液滴向右移动,说明不进行光合作用 D.如果有色液滴向左移动,说明不进行光合作用 B [依题意可知:该实验的目的是探究光照强度对植物叶片光合作用的影响,自变量是光照强度,因变量是有色液滴的移动距离,温度、CO2 浓度等都是无关变量,A 错误;CO2 缓冲液的作用是维持容器中 CO2 浓度的稳定,B 正确;有色液滴移动的距离是由装置内 O2 的变化量引起,如果有色液滴向右移动,说明光合作用释放的氧气量大于呼吸作用吸收的氧气量,试管内气体压强变大,C 错误;如果有色液滴向左移动,说明光合作用释放的氧气量小于呼吸作用吸收的氧气量,试管内气体压强变小,D 错误。] 2.某同学研究某湖泊中 X 深度生物的光合作用和有氧呼吸时,设计了如下操作: ①取三个相同的透明玻璃瓶标号 a、b、c,并将 a 瓶用不透光的黑布包起来; ②将 a、b、c 三个瓶子均在湖中 X 深度取满水,并测定 c 瓶中水的溶氧量; ③将 a、b 两瓶密封后再沉入 X 深度水体中,24 h 后取出; ④测定 a、b 两瓶中水的溶氧量,三个瓶子的测量结果如图所示。 下列有关 24 h 内 X 深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析,正确的是 ( ) A.光合作用产生的氧气量为(k-w) mol/瓶 B.光合作用产生的氧气量为(k-w) mol/瓶 C.有氧呼吸消耗的氧气量为(k-v) mol/瓶 D.有氧呼吸消耗的氧气量为 v mol/瓶 A [实验中测定的 c 瓶中水的溶氧量为 w,湖中 X 深度瓶中初始溶氧量。a 瓶为不透光黑瓶,a、b 两瓶密封后再沉入 X 深度水体中,24 h 后取出,测定 a、b 两瓶中水的溶氧量分别为 v 和 k,因此,w-v为 24 h 内 X 深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧气的量;k-c 为 24 h 内 X 深度水瓶中生物的净光合作用释放氧气的量。24 h 内 X 深度水生物光合作用产生的氧气量为净光合量+有氧呼吸消耗氧气的量。] 3.下图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图,图乙为每小时所测得的结果。据图分析错误的是( ) A.本实验可以通过改变灯泡功率或灯与广口瓶的距离来完成自变量的控制 B.本实验利用甲装置即可测得图乙结果,无需另设对照组 C.甲装置不能测得图乙中的 A 点数据 D.该实验不能用白炽灯作为光源 B [探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响实验中,自变量是光照强度,根据本实验提供的装置,灯泡的瓦数或灯与广口瓶的距离都可控制该实验的自变量,由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动,需设置对照组;为了测得实际光合作用强度,需要将其中的 NaHCO3 溶液换为 NaOH 溶液,且将装置放在黑暗条件下测出呼吸作用强度;白炽灯产热,会影响实验温度,不符合单一变量原则,故 不能用白炽灯作为光源。] 4.如图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图,下列叙述正确的是 A.过程①发生在叶绿体中,过程③发生在线粒体中 B.过程①产生 NADH,过程③消耗 NADPH C.若叶肉细胞中过程②速率大于过程③,则植物干重增加 D.过程③中 ATP 的合成与放能反应相联系,过程④与吸能反应相联系 D [过程①发生在叶绿体中,过程③发生在细胞质基质和线粒体中,A 项错误;过程①产生 NADPH,过程③产生 NADH,也消耗 NADH,B 项错误;若叶肉细胞中过程②速率大于过程③,则植物干重不一定增加,因为植物体还有很多细胞没有叶绿体,只进行细胞呼吸,C 项错误;过程③中 ATP 的合成与放能反应相联系,过程④与吸能反应相联系,D 项正确。] 5.将某绿藻细胞悬浮液放入密闭容器中,保持适宜的 pH 和温度,改变其他条件,测定细胞悬浮液中溶解氧的浓度,结果如图所示。下列有关绿藻细胞代谢的说法正确的是( ) A.前 5 分钟只进行呼吸作用 B.第 4 分钟只发生光能转化为化学能 C.第 7 分钟 C5 的数量瞬间增加 D.9~12 分钟光合作用速率等于呼吸作用速率 D [由曲线图可知,第 4 分钟时光照开始,说明前 4 分钟只进行呼吸作用,A 错误;第 4 分钟时光照开始,光反应过程中发生光能转化为化学能,暗反应过程中发生 ATP 中活跃化学能转变为稳定的化学能, B 错误;第 7 分钟添加一定量的 CO2,CO2 与 C5 反应生成 C3,故此时 C5 的数量瞬间减少,C 错误; 9~12 分钟溶解氧保持不变,说明光合作用速率等于呼吸作用速率,D 正确。] 6.为完成“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验,提供以下材料用具:菠菜叶、打孔器(直径1 cm)、注射器、40 W 台灯、烧杯、4% NaHCO3 溶液、蒸馏水、不同颜色的透明薄膜等。 (1)某同学选取其中一个因素进行探究,以下是实验结果: 时间 上浮的叶圆片数量(片) 蒸馏水 0.5% NaHCO3 1% NaHCO3 1.5% NaHCO3 2% NaHCO3 2 min 0 7 11 10 4 4 min 0 15 16 13 7 ①该实验的目的是________________________________________, 实验检测指标是:__________________________。 ②有哪些措施可以减少实验误差? __________________________ _______________________________________________。(至少写出二项) ③有同学认为叶片之所以浮起,是因为呼吸作用消耗了有机物且产生了 CO2 导致叶片上浮的。根据实验 结 果 判 断 该 观 点 是 否 正 确 ? 并 说 明 理 由 :_____________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)利用以上材料,还可以探究的环境因素有_________________________________________________。(答出 2 个) 解析:(1)①由表格看出实验的自变量是不同浓度的 NaHCO3 溶液,NaHCO3 溶液的浓度不同,提供的CO2 浓度不同,因此该实验是研究的不同浓度的 CO2 对叶片光合作用的影响。实验观察的指标是单位时间内上浮的叶圆片的数量。②减少实验误差就要平衡无关变量,重复实验求平均值。③叶片上浮的原因是光合作用大于呼吸作用,叶片中氧气增多,叶圆片密度变小。若要说明叶圆片上浮的原因不是呼吸作用消耗了有机物且产生了 CO2,应从蒸馏水中叶圆片没有上浮来论述。 (2)利用上述实验材料,还可探究光照强度或不同的光质对光合作用的影响。 答案:(1)①研究 CO2 浓度(或 NaHCO3 浓度)对叶片光合速率的影响 相同时间内烧杯中叶片浮起的数量 ②用打孔器打出的叶片数量足够多;每组实验重复几次,记录的数据取平均值 ③该同学的认识是错误的,因为在蒸馏水的那组实验中,叶片一样进行了呼吸作用,却没有叶片浮起,叶片上浮的原因是光合作用强度大于呼吸作用强度,叶片内氧气增多 (2)光照强度、光的性质 7.将一株小麦密闭在无色玻璃钟罩内(钟罩体积为V L),在室内调温25 ℃,给予恒定适宜的光照60 min,然后遮光处理 60 min。全程用 CO2 传感器测定钟罩内 CO2 浓度的变化,得到图 2 曲线。 图 1 图 2 (1)若要获得小麦的真正光合速率,________(填“需要”或“不需要”)另设对照组。0~60 min 小麦的真正光合速率为________μ mol CO2/V L·h。(V 是钟罩体积)。 (2)实验 10 min 时,小麦叶肉细胞进行光合作用所需 CO2 的来源是____________________。在停止光照的瞬间叶绿体内 C3 的含量________。 解析:(1)前 60 分钟测定净光合速率,后 60 分钟测定呼吸速率,不需要另设对照。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=(2 000-800)+(1 200-800)=1 600。(2)实验 10 min 时,光合作用旺盛,叶绿体需要较多 CO2,包括线粒体供给和胞外吸收。停止光照,缺少 NADPH 和 ATP,不能还原 C3,且短时间内 CO2 的固定速率不变,C3 含量增多。 答案:(1)不需要 1 600 (2)线粒体供给和胞外吸收 增多(或升高) 8.半叶法是总光合速率测定的常用方法,其一般实验步骤:①用刀片将叶柄的外皮环割处理,切断韧皮部的物质(如有机物)运输,但不切断木质部的导管;②选择对称性较好的叶片,沿中央叶脉一半遮光,另一半不做任何处理;③经一段时间(T)适宜的光照后,剪下叶片并将两半对应部位叠在一起,用大小适当的打孔器在叶片的中部打下相同叶面积(A)的叶片,经烘干后分别称重,遮光部分干重记为 W1,曝光部分干重记为 W2;④计算总光合速率。 (1)光照处理之前将叶柄的外皮环割处理,其目的是______________ ____________________________________________________________。 (2)根据半叶法的实验步骤及实验记录整理出用有机物表示总光合速率的计算公式:单位叶面积的总光合速率=________(用题中的字母表示)。 (3)重复以上实验,同时将步骤③改为将叶片剪下经酒精脱色处理后滴加碘液染色,比较遮光部分与曝光部分是否变蓝。该实验________(填“能”或“不能”)说明叶片在光下生成了淀粉,理由是_____________ ____________________________________________________________。 解析:(1)已知植物的木质部中导管主要运输水和无机盐,而韧皮部中筛管主要运输糖类等有机物,将叶柄的外皮环割处理的结果是切断了糖类(光合作用产物)等有机物的运输,没有切断水和无机盐的运输。因此,环割是防止光合产物输出而影响叶片的干重变化。(2)本小题注意需要求的是“单位叶面积的总光合速率”,此处需要分别得出总光合作用量(用有机物产生量表示)、叶面积和时间,即总光合作用量=W2-W1,因此,单位叶面积的总光合速率=总光合作用量/(叶面积×时间)=(W2-W1)/(A×T)。(3)回顾教材实验可知,先对植物进行暗处理(饥饿处理)后,再进行遮光和曝光处理,最后证明了光合作用产生淀粉,本题中叶片事先没有经过暗处理,无法排除叶片中原有淀粉的影响。 答案:(1)阻止韧皮部将光合作用的产物运出叶片而影响实验结果 (2)(W2-W1)/(A×T) (3)不能 叶片事先没有经过暗处理,无法排除叶片中原有淀粉的影响 9.将某植物置于密闭的容器中,测量其 CO2 的吸收量与光照强度、温度等的关系,结果如图所示。请分析回答下列相关问题: (1)A 点时该植物产生 ATP 的细胞器是________,且与 17 ℃相比,22 ℃条件下呼吸速率更________(填“大”或“小”)。 (2)B 点时光合速率________呼吸速率;当植物缺镁时,B 点向________移,E 点向________移。 (3)C、D 两点 CO2 吸收量相同,两点光合作用合成有机物的量________(填“不同”或“相同”),限制 C、E 两点光合速率的主要因素分别是________。 (4)由上述实验得到启示:阴雨天为了提高大棚蔬菜的产量,可适当________或________。 解析:(1)A 点时的光照强度为 0,该植物只进行细胞呼吸,所以此时产生的 ATP 的细胞器是线粒体;据图可知,与 17 ℃相比,22 ℃条件下呼吸速率较大。(2)B 点对应的光照强度是该植物在 22 ℃条件的光补偿点,此时植物的光合速率等于呼吸速率;当植物缺镁时,叶绿素合成减少,导致植物利用光能的效率下降,E 点向左下方移动。(3)C、D 两点 CO2 吸收速率相同,即两点的净光合速率相等,但两点对应温度下的呼吸速率不同,由于真光合速率=净光合速率+呼吸速率,所以两点合成的有机物的量不同;C 点处于两阶段的上升阶段,影响该点光合速率的主要因素是光照强度;而 E 点时的光合速率最大,且 E 点之后光合速率不再随光照强度的增强而升高,影响该点光合速率的主要因素是温度。(4)阴雨天光照强度较弱,为了提高大棚蔬菜的产量,可适当提高光照强度,以提高植物的光合作用强度(或者适当降低温度,以降低植物的呼吸作用强度),进而提高植物的净光合作用强度来提高大棚蔬菜的产量。 答案:(1)线粒体 大 (2)等于 右 左下方 (3)不同 光照强度、温度 (4)降低温度 提高光照强度 10.柱花草是我国南方地区重要的豆科牧草,对低温胁迫较为敏感,易发生冷害。下表为科研人员在不同温度下测得的柱花草叶片光合速率等相关指标。 处理 Fv/Fm RuBPcase 活性(μmol CO2/mg 蛋白·min) 氧气释放速率(mmol O2/GF W·h) 对照(20 ℃) 0.87 6.86 16.28 低温处理(6 ℃) 0.68 3.34 3.09 高温处理(36 ℃) 0.85 6.07 14.51 注:①Fv/Fm 的大小表示色素复合体受伤害的程度;②RuBPcase 是催化 CO2 和 RuBP(C5)结合的酶。 请回答下列问题: (1)20 ℃时,柱花草叶肉细胞中能够消耗水并伴随着[H]产生的场所有____________________。与对照组相比,高温处理相同的时间,柱花草光合作用制造的有机物量________(填“较多”“较少”“相等”或“无法确定”)。 (2) 据 表 分 析 , 低 温 处 理 能 抑 制 光 合 作 用 的 原 因 主 要 包 括 两 方 面 : 一 方 面 是 低 温 导 致________________________,从而引起光反应生成的 ATP、NADPH 少;另一方面,低温使____________降低,从而导致暗反应速率降低。 解析:光合作用和有氧呼吸中都有消耗水并伴随着[H]产生的过程。测得的氧气释放速率为净光合速率,由于不知道呼吸速率,因此无法判断高温处理和对照组的总光合速率。 答案:(1)类囊体薄膜和线粒体基质 无法确定 (2)色素复合体受伤害,吸收的光能减少 RuBPcase活性 11.两棵同种生长状况基本相同的植物,分别置于透明的玻璃罩内,如图甲、乙所示;在相同自然条件下,测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。回答下列问题: (1)ab 段和 cd 段,引起曲线下降的主要环境因素分别是____________和________。 (2)一昼夜中,装置甲、乙中植物积累的有机物较多的是________(填“甲”或“乙”)。 (3)导致 e 点(12 时左右)时光合作用强度明显减弱的主要原因是_____________________________。 (4)装置甲的植物叶绿体中,在 14 时 C5 含量比 10 时________(填“高 ”或“低”)。 解析:(1)图丙中,ab 段下降的原因是密闭装置中二氧化碳被光合作用消耗,浓度降低;图丁中cd 段下降的原因是光照减弱。(2)根据图丙和图丁可知,一昼夜中,图丁中曲线和横轴围成的面积,上部与下部的差值远大于图丙,说明装置乙中植物积累的有机物较多。(3)e 点(12 时左右)时,温度高,蒸腾作用强,为减少水分散失,气孔大量关闭,二氧化碳供应减少,导致光合作用强度明显减弱。(4)装置甲中 14 时比 10 时 CO2 浓度低,消耗的 C5 少,因此 14 时植物叶绿体中 C5 含量高。 答案:(1)二氧化碳浓度 光照强度 (2)乙 (3)温度高,导致气孔关闭,二氧化碳供应减少 (4)高 12.科研人员分别在 25 ℃和 42 ℃培养条件下(其他条件适宜)。测得某植物的部分数据如图所示。已 知该植物生长的适宜温度条件是 25~35 ℃。请回答相关问题: (1)图中甲组代表_______ ℃下测得的结果,作出该判断的理由是____。 (2)某兴趣小组测定了 25 ℃~42 ℃范围内该植物的净光合速率,发现 30 ℃时净光合速率最大,则30 ℃________(填“是”“不是”或“不一定是”)光合作用的最适温度,原因是_________________________。 (3)若将培养温度由 25 ℃快速提升至 42 ℃时,据图分析,该植物叶肉细胞间隙 CO2 浓度明显________(填“上升”或“下降”),这一变化的主要原因是_______________________________________。 解析:(1)植物的生长速度决定于净光合速率。甲组净光合速率大于乙组,说明甲组植物生长的温度条件适宜。(2)总光合速率=净光合速率+呼吸速率,30 ℃时净光合速率最大,但没有测定相应温度下的呼吸速率,因此不能确定总光合速率。(3)从坐标图看出,42 ℃时,植物的净光合速率降低,叶肉细胞对 CO2 的利用速率降低。 答案:(1)25 此温度属于该植物适宜生长的温度,与 42 ℃相比,净光合速 率大 (2)不一定是 没有测定相应温度下的呼吸速率,无法确定实际光合速率 (3)上升 净光合速率减弱,叶肉细胞对二氧化碳的利用速率降低

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