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统考版2024高考生物二轮专题复习专题二生命系统的代谢第2讲细胞呼吸和光合作用课件
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这是一份统考版2024高考生物二轮专题复习专题二生命系统的代谢第2讲细胞呼吸和光合作用课件，共60页。PPT课件主要包含了基础自查·明晰考位，相应元素转移过程，能量转换过程，具体分析如下表所示，答案D，方法技巧等内容，欢迎下载使用。
聚焦新课标：2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能；2.2.4说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
纵 引 横 连————建网络
边 角 扫 描————全面清提醒：判断正误并找到课本原话1．重铬酸钾可以检测有无酒精存在，这一原理在日常生活中可以检测汽车司机是否喝酒。(P92结论、交流和应用)( )2．线粒体一般均匀分布在细胞质中，但也可以定向运动到细胞代谢旺盛的部位。(P93小字)( )3．对比实验有两个或两个以上的实验组，结果在事先都未知，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系。(P93对比实验)( )
4．无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。(P94正文下部)( )5．细胞呼吸中[H]的形成过程实际上是氧化型辅酶Ⅰ(NADP＋)转化成还原型辅酶Ⅰ(NADPH)。(P94相关信息)( )6．(1)鸟类和哺乳动物需要维持体温的相对恒定，主要是靠细胞呼吸产生的热量来维持，一般是由ATP水解来供能的。( )(2)酵母菌细胞破碎离心后，可分离成甲、乙、丙三部分，甲只含细胞质基质，乙只含细胞器，丙全有。加入葡萄糖溶液，在有氧条件下能产生二氧化碳和水的只有丙。原因是细胞质基质的无氧呼吸在有氧时难以进行，而且也不产生水；葡萄糖又不能直接进入线粒体。(P96练习)( )
7．(1)一般情况下，光合作用利用的光都是可见光，也能利用紫外光。(P99学科交叉)( )(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(注意它们的吸收光谱曲线图，波峰表示吸收多)。(P99正文)( )8．光合作用中[H]的形成过程实际上是辅酶Ⅱ(NAD＋)与电子和质子(H＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADH)。(P103相关信息)( )9．硝化细菌属于自养生物，能将土壤中的NH3氧化成HNO2进而将HNO2氧化成HNO3，释放出的化学能将CO2和H2O合成糖类。(P105正文下部)( )
10．科学家用含有14C的CO2追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径：CO2→C3→糖类。(P106练习)( )11．夏季晴朗的白天的中午，有些植物会关闭气孔，这直接限制光反应；而早晨和黄昏，光照较弱，直接限制的是暗反应。(P106拓展题)( )
整合考点5 “共同担当”的光合作用与细胞呼吸
考点整合 固考基一、光合作用与细胞呼吸原理及关系图解1．自绘简图——深化理解物质转变过程
填出图中序号代表的物质名称：①__________，②__________，③__________，④__________，⑤__________，⑥__________。
C3H4O3(丙酮酸)
4．四种状况下“光合速率与呼吸速率”的关系
(1)光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，叶绿体中的色素能吸收、传递、转换光能，不能制造能量。(2)光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的[H]和ATP还可以维持一段时间的暗反应。(3)人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体，酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质；植物固定CO2的场所是叶绿体基质，蓝藻固定CO2的场所是细胞质。(4)光合作用的[H]为NADPH，呼吸作用的[H]为NADH。无氧呼吸产生的[H]进入酒精或乳酸。(5)有氧呼吸与无氧呼吸产物最大的区别是无氧呼吸无水生成且无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。(6)生长旺盛的植物光合作用产生的ATP大于细胞呼吸产生的ATP。
二、影响细胞呼吸和光合作用的因素及相关模型解读1．把握影响细胞呼吸的“四类”曲线
(1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关的________来影响呼吸速率。(2)乙图：①O2浓度＝0时，只进行________。②0
C5、[H]、ATP、(CH2O)合成量
(2)光照强度不变，CO2浓度变化
C3、(CH2O)合成量
三、通过曲线分析植物光合作用与细胞呼吸的关系1．自然环境中一昼夜植物的光合作用曲线
甲图：(1)a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。(2)b点：上午6时左右，有微弱光照，开始进行光合作用。(3)bc段(不含b、c点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。(4)c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。(5)ce段(不含c、e点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。(6)d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。(7)e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。(8)ef段(不含e、f点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。(9)fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
乙图：(1)积累有机物时间段：ce段。(2)制造有机物时间段：bf段。(3)消耗有机物时间段：Og段。(4)一天中有机物积累最多的时间点：e点。(5)一昼夜有机物的积累量表示为：SP－SM－SN(SP、SM、SN表示面积)。
2．密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化(1)光合速率等于呼吸速率的点：C、E。(2)图甲中N点低于虚线，说明该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，一昼夜密闭容器中CO2浓度减小，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。(3)图乙中N点低于虚线，说明该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，一昼夜密闭容器中O2浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
3．解读总光合速率与呼吸速率的关系(1)图示(2)解读①A点：____________。②AB段：总光合速率<呼吸速率。③B点：为__________，总光合速率＝呼吸速率。④B点以后：总光合速率>呼吸速率。⑤C点：为_________。
4．明确各种速率的表示方法及相互关系(1)呼吸速率：有机物消耗量或__________、__________。(2)净光合速率：有机物积累量、__________、CO2吸收量。(3)总光合速率：有机物制造量或O2产生量、CO2固定量。(4)总光合速率＝净光合速率＋________。
5．面积法快速分析坐标图中光补偿点、光饱和点的移动据图可知，OA表示细胞呼吸释放的CO2量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。
注：提高温度是指在最适光合作用温度的基础上而适当提高；光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前。
(1)如果题干中给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量，则该数据为总光合速率。(2)整株绿色植物净光合速率为0时，叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度。(3)叶肉细胞的液泡中含有的一些水溶性色素，不能用于光合作用。
四、光合作用与细胞呼吸相关实验设计的六种方法总结1．实验装置法(气体体积变化法)测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置
(2)测定方法及解读a．测定呼吸强度Ⅰ.装置中烧杯里放入适宜浓度的NaOH溶液：用于________；Ⅱ.玻璃钟罩________处理，以排除光合作用的干扰；Ⅲ.置于适宜温度环境中；Ⅳ.红色液滴向________移动(代表呼吸耗氧量)。b．测定净光合速率Ⅰ.装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO3溶液，用于保证容器内________恒定，满足光合需求；Ⅱ.必须给予较强光照处理，且温度适宜；Ⅲ.红色液滴向________移动(代表净光合速率)。
(3)光合作用与呼吸作用实验设计中常用实验条件的控制方法①增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。③除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。⑧线粒体的提取——细胞匀浆离心。⑨保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。
2．黑白瓶法：取三个玻璃瓶，一个用黑胶布包上，并包以锡箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。将剩余的两个黑、白瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。
3．叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
4．半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超出部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
5．叶圆片上浮法首先通过对叶片打孔、抽气、沉底的材料处理，然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作，最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间，或单位时间内上浮的叶片数量。6．梯度法用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的实验装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
7．光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧(1)实验设计中必须注意三点①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
类型1 全国卷真题体验寻趋势1．[2023·全国乙卷]植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。
下列相关叙述错误的是( )A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
解析：植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放，图示在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a之前，只进行无氧呼吸产生乳酸，A正确；在无氧条件下，a～b时间内植物根细胞释放CO2，推测该时段植物根细胞存在产生酒精和CO2的无氧呼吸过程，B正确；在葡萄糖经无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程中，只有第一阶段释放能量，这两个过程的第一阶段相同，故消耗1分子葡萄糖，这两个过程生成的ATP相同，C错误；酒精的跨膜运输方式是自由扩散，该过程不需要消耗ATP，D正确。
2．[2023·全国乙卷]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是( )A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，所以氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，所以叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
类研真题 明考向类型1 全国卷真题体验寻趋势3．[2022·全国甲卷]线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。 研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是( )A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATPB．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
解析：有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，在上述场所都能产生ATP，A正确；有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上，在此阶段线粒体内膜上的相应酶催化[H]和氧反应产生水，并释放大量能量，B正确；线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要H2O的直接参与，不需要O2的参与，C错误；线粒体是半自主细胞器，其所含的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。
4．[2022·全国乙卷]某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是 ( )A．初期光合速率逐渐升高，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，之后呼吸速率保持稳定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：将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，小麦同时进行光合作用和呼吸作用，而容器内CO2含量初期逐渐降低。说明初期小麦的光合速率大于呼吸速率，之后CO2含量保持相对稳定，说明光合速率等于呼吸速率，D正确。
6．[2023·全国甲卷]某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在______________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是___________________________________________________________。
悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质中与暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应缺少光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类
解析：（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法。叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。（2）光合作用中光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。___________________________________________________________。
答案：思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，之后对得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体分别滴加碘液后观察。预期结果：甲组叶绿体变为蓝色，有淀粉产生；乙组叶绿体不变色，无淀粉产生
解析：要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，之后对得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体分别滴加碘液后观察。预期的结果：甲组叶绿体变为蓝色，有淀粉产生；乙组叶绿体不变色，无淀粉产生。
类型2 地方卷真题体验寻共性7．[2023·湖北卷]高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是( )A．呼吸作用变强，消耗大量养分B．光合作用强度减弱，有机物合成减少C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
解析：高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
8．[2023·北京卷]运动强度越低，骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时，骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。
对这一结果正确的理解是( )A．低强度运动时，主要利用脂肪酸供能B．中等强度运动时，主要供能物质是血糖C．高强度运动时，糖类中的能量全部转变为ATPD．肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
解析：由图可知，当运动强度较低时，主要利用脂肪酸供能，A正确；中等强度运动时，主要供能物质是肌糖原，其次是脂肪酸，B错误；高强度运动时，糖类中的能量大部分以热能的形式散失，少部分转变为ATP，C错误；高强度运动时，机体同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，肌糖原在有氧条件和无氧条件均能氧化分解提供能量，D错误。
9．[2023·山东卷]水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是( )A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
解析：玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；玉米根部短时间水淹，根部氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确；转换为丙酮酸产酒精途径时，无ATP的产生，C错误；丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]的量相同，D错误。
10．[2023·湖南卷]下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。
玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μml·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是____________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过_________长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________________________________(答出三点即可)。
高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisc酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
解析：（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过维管组织运输。（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时抑制植物的光呼吸，且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是____________________________ ____________________________________________________________________________(答出三点即可)。
酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
解析：将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
11．[2023·广东卷]光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
分析图表，回答下列问题：
分析图表，回答下列问题：(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和________________________，叶片主要吸收可见光中的__________光。(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl______WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和____________。(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体___________________________，是其高产的原因之一。
类胡萝卜素/叶绿素的比值较高
光能利用率较高，有机物积累较多
解析：（1）根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此ygl叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。（2）根据图a净光合速率曲线变化可知，WT先到达光饱和点，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，ygl有较高的光补偿点，可能原因是一方面光合速率偏低，另一方面是呼吸速率较高，结合题意可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。（3）净光合速率较高则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产量较高。
(4)试分析在0～50 μml·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题___________________________________________________________。
探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度（或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度）
解析：绘制曲线图时要注意：ygl的呼吸速率约为0.9 μml（CO2）·m－2·s－1，WT的呼吸速率约为0.6 μml（CO2）·m－2·s－1，而且ygl的光补偿点（约为30 μml·m－2·s－1）大于WT的光补偿点（约为15 μml·m－2·s－1），具体曲线图见答案。由题可知，为保证水稻高产，可关注最适栽培密度或最适光照强度，因此可以继续探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度。
长句专练 强素养1.事实概述类(1)给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是___________________________________________________________________________________________________________________________。(2)景天科植物的叶子具有一种很特殊的CO2同化方式，植物夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用形成丙酮酸和CO2。该类植物往往生长于比较干旱的环境中，景天科植物夜间气孔开放，白天气孔关闭，推测其生物学意义是________________________________________。
有利于减少(蒸腾作用)水分的散失，以适应干旱环境
(3)研究发现，全光照条件下植物的蒸腾速率较大，水分利用效率较低。据此并结合所学知识分析，育苗时适度遮光的意义为___________________________________________________________。
有利于降低气温、减小蒸腾速率，提高植物的水分利用效率，提高幼苗的成活率
2．判断依据类(1)某研究小组为探究不同浓度NaCl溶液对植物光合速率的影响，以水稻为实验材料进行实验探究，得到如图所示的实验结果。图中CO2吸收量代表净光合速率，判断依据是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
总光合速率消耗CO2量包括植物从外界吸收的CO2量和植物线粒体提供的CO2量，单位时间内线粒体产生的CO2量可代表呼吸速率，所以单位时间内植物从外界吸收的CO2量代表净光合速率
(2)空气中CO2浓度较低时，植物的光合作用一般达不到最大光合速率。农业生产中，常常把地块作成几个畦(指用土埂、沟或走道分隔成的作物种植小区)，某地区夏季多为南风，作畦的走向应为南北走向，可以提高作物产量，其依据是____________________________________________________________________________________________________________________。
作畦的走向与风向一致，有利于空气流通，提高植株间的CO2浓度，增加光合速率
3.原因分析类(1)稻田需要定期排水，否则水稻幼根会变黑、腐烂，其主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
水稻的根细胞需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果不定期排水，则稻田中的氧气不足，水稻的根细胞会进行酒精发酵，酒精会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂
(2)土地盐碱化已成为全球性问题，选育耐盐作物对人类的生存和发展有重要意义。某研究小组将A、B两个品种的小麦植株均分为3组，实验处理及结果见下表(光照等其他培养条件相同且适宜)。
①随着土壤溶液盐分含量的升高，两品种小麦吸收CO2的速率均逐渐降低，原因主要是__________________________________。②实验环境下，________(填“A”或“B”)品种小麦更耐盐，原因是________________________________________________________________________。③依据本实验，________(填“能”或“不能”)判断在盐分含量为8 g/kg的土壤中，每天光照10小时，A品种小麦的粮食产量更高，理由是___________________________________________________________________________________________________________________。
根系吸水减少，导致叶片的部分气孔关闭
随着土壤溶液盐分含量的增加，A品种净光合速率(或CO2吸收速率)降低的幅度较小
A品种小麦在实验条件下CO2吸收速率较高，但在自然环境下受呼吸速率等因素的影响，全天积累的有机物不一定多
4.实践应用类(1)粮食贮藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为____________________________。(2)相对低温条件有利于储存果实，主要原因是__________________________________________。(3)西瓜、玉米和辣椒轮作与固定种植玉米相比，其优点有______________________________________________________________________(答出两点即可)。(4)在温室大棚生产中，大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，原因是______________________________________________________________________________________________________________。
种子在有氧呼吸过程中产生了水
低温降低了细胞呼吸相关酶活性，可减少有机物消耗
充分利用土壤中的矿质养料，减少大面积病虫害发生，收获更多种类的作物，改善土壤等
农家肥中有机物被微生物分解产生无机盐和CO2，CO2和无机盐被作物利用，提高大棚作物的产量
5．结果结论类(1)镉盐在水中多以离子状态存在，对水生植物的影响尤为严重。某科研小组研究不同浓度的镉对水生植物叶绿素的影响，结果如图。由图得出的结论是_____________________________________________________。
随着镉浓度的增大，叶绿素的含量逐渐降低，叶绿素a受影响的幅度更大
(2)研究人员在其他条件适宜且相同的情况下，探究光照强度和CO2浓度对水培大豆幼苗净光合速率的影响，结果如下图所示(低浓度CO2对细胞呼吸速率无影响，a、b分别代表不同浓度的CO2)。
①通过分析上述研究结果可知，当CO2浓度较低时，限制光合速率的因素有__________________；当CO2浓度较高时，限制光合速率的因素是_________。②若A、B、C三条曲线均交于一点，可以得到的结论是___________________________________________________。
不同光照强度下的呼吸速率相同(或光照强度不影响细胞呼吸速率)
6.科学探究类(1)某兴趣小组发现长时间处于沙尘暴天气的环境中，绿萝植株的叶片颜色较深，小组成员认为是通过提高色素的含量来增强对沙尘暴天气的适应能力，请设计实验证明其观点的正确性。___________________________________________________________________________。(2)若贮藏某种水果需要在低温、干燥和低氧条件下进行，该低氧浓度约为5%。为了更准确地了解贮藏该水果的最适氧浓度，某生物小组通过实验进行探究，请你提供合适的探究思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
取等量正常环境中和沙尘暴天气环境中的叶片进行色素的提取和分离实验，观察比较色素带的宽窄
将成熟状况相同的该水果分为若干组，分别在5%左右设置若干更小的氧浓度梯度，置于温度等环境条件相同处，一段时间后测量每组水果CO2的产生量，产生量最低的一组对应的氧浓度为贮藏该水果的最适浓度(其他合理答案也可)
(3)向培养某植物的温室内通入14CO2，光照一段时间后，发现CO2转化成多种化合物。欲探究CO2转化成的第一种产物是什么物质，请简要写出实验的设计思路及结果分析。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
设计思路：将该植物分成不同的实验组，分别照射并逐渐缩短照射时间，停止光照后迅速杀死植物，并提取细胞产物进行分析。结果分析：当只检测到一种含14C的转化物时，说明该物质是CO2转化的第一种产物
题组集训 提考能题组预测一 细胞呼吸与光合作用的过程、关系分析及实践应用1．[2023·河北沧州三模]无氧运动大部分是负荷强度高、瞬间性强的运动，常被用于增加肌肉量，也可用于减脂。下列有关叙述错误的是( )A．无氧运动时肌肉组织依靠无氧呼吸和有氧呼吸释放的能量完成运动B．无氧运动后感到肌肉酸痛、呼吸急促与肌肉细胞无氧呼吸产生乳酸和CO2有关C．与有氧运动相比，无氧运动减脂更多是因为产生等量能量时无氧呼吸消耗的有机物更多D．无氧运动可被用于增加肌肉量说明器官行使功能可以促进结构的发展
解析：无氧运动消耗的能量来自有氧呼吸和无氧呼吸，A正确；肌肉细胞无氧呼吸产生乳酸，不产生CO2，B错误；无氧呼吸将葡萄糖分解为乳酸，释放少量能量，因此与有氧呼吸相比，产生等量能量时无氧呼吸会消耗更多的有机物，C正确；无氧运动可被用于增加肌肉量说明器官行使功能可以反过来促进结构的发展，D正确。
2．[2023·湖北武汉华中师大一附中模拟]武汉已经举办了多届“汉马”，深受广大运动健身者的喜爱。在马拉松比赛中，骨骼肌利用O2的能力是决定比赛成绩的关键。若只考虑以葡萄糖作为细胞呼吸的底物，下列叙述错误的是( )A．在马拉松比赛中，骨骼肌细胞内的丙酮酸都在线粒体中分解生成NADH和ATPB．在马拉松比赛中，骨骼肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量C．在最后冲刺阶段交感神经兴奋，增加对肌细胞的供O2量D．骨骼肌利用O2能力更强的运动员，比赛后肌肉酸胀的程度更轻
解析：在马拉松比赛中，骨骼肌细胞有氧呼吸时丙酮酸在线粒体中分解生成NADH和ATP，无氧呼吸时在细胞质基质还原成乳酸，A错误；由于人体无氧呼吸产生的是乳酸，没有CO2，所以骨骼肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量，B正确；在最后冲刺阶段交感神经兴奋，增加对肌细胞的供O2量，产生更多的能量用于运动，C正确；骨骼肌利用O2能力更强的运动员，无氧呼吸较弱，产生的乳酸少，则比赛后肌肉酸胀的程度更轻，D正确。
3．[2023·山东淄博三模]研究发现，光照条件下，当外界CO2浓度突然降至极低水平时，某植物叶肉细胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低CO2浓度的同时停止光照，则不出现上述情况。下列说法正确的是( )A．叶肉细胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的产物B．在五碳化合物上升的同时，叶肉细胞中的NADP＋/NADPH上升C．光反应产生的NADPH和ATP能促进五碳化合物的形成D．五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光能的直接驱动
解析：暗反应过程中二氧化碳的固定是二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，即三碳化合物是五碳化合物固定二氧化碳后的产物，A错误；二氧化碳浓度降低时，二氧化碳的固定减弱，五碳化合物消耗减少，C5增加，C3的生成减少，C3的还原减慢，NADPH消耗减少，NADPH积累增多，则叶肉细胞中的NADP＋/NADPH下降，B错误；光反应产生的NADPH和ATP参与C3的还原，促进五碳化合物的形成，C正确；五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光反应的产物NADPH和ATP的参与，不是光能的直接驱动，D错误。
4．[2023·四川凉山三模]我国科学家首次在实验室实现CO2到淀粉的人工合成，其代谢路线(ASAP)如下图。下列说法错误的是( )A．图中的①②③过程模拟了植物体中光合作用的暗反应过程B．人工合成和光合作用合成的淀粉都是以碳链为骨架的大分子C．该过程能高效合成淀粉，说明图中催化剂提供活化能的能力比酶更强D．人工合成淀粉的重大突破，对于粮食安全、气候变化等有着巨大意义
解析：在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下与C5化合物结合（CO2的固定），一分子的CO2被固定后，很快形成两分子C3化合物。在有关酶的催化作用下，一些接受能量并被还原的C3化合物经过一系列的反应转化为糖类。①过程固定了CO2，形成了甲醛，甲醛在②过程发生单碳缩合形成了C3化合物，C3化合物在③过程发生三碳缩合形成了C6化合物，①②③过程模拟了植物体中光合作用的暗反应过程，A正确；淀粉的基本单位是葡萄糖，每一个葡萄糖都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架（又称碳骨架），由许多葡萄糖连接聚合形成淀粉，所以，人工合成和光合作用合成的淀粉是以碳链为骨架的大分子，B正确；
在光合作用中，CO2的固定需要特定酶的作用，题图显示人工合成淀粉的①过程（CO2的固定）需要催化剂的作用。光合作用中的酶和题中所示的催化剂都是降低相关化学反应所需的活化能从而催化反应的发生，若该过程合成淀粉的效率比光合作用更高，则图中的催化剂降低活化能的能力比光合作用中的相关酶更强，C错误；糖类是主要的能源物质，淀粉是人类粮食的主要成分，是一种较为安全的食品原料，应用广泛；让更多CO2被吸收和利用，可以减少空气中的CO2，减缓温室效应；所以，人工合成淀粉的重大突破，对于粮食安全、气候变化等有着巨大意义，D正确。
题组预测二 玩转图表线，难点不再难5．[2023·四川成都模拟]为研究镉(Cd)污染对水生植物生长的影响，某科研小组以石莼(一种绿色海藻)为材料，用不同浓度CdCl2溶液处理三天后，测得石莼叶肉细胞总光合速率、叶绿素含量和细胞呼吸速率如图所示。
研究表明镉不会影响光合作用相关酶的活性，下列分析错误的是( )A．叶肉细胞总光合速率下降与叶绿素含量下降有关B．叶肉细胞净光合速率先逐渐上升之后再保持稳定C．叶肉细胞呼吸速率变化可能与金属镉的含量有关D．金属镉的富集可能直接影响叶肉细胞光反应阶段
解析：随Cd2＋浓度增加，石莼总光合速率变化的主要原因是Cd2＋浓度的增加会使叶绿素含量降低，A正确；根据题图所示，Cd2＋浓度低于10×10－6 ml/L后，总光合速率下降而呼吸速率上升，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，净光合速率逐渐减小；Cd2＋浓度高于10×10－6 ml/L后，总光合速率和呼吸速率都在下降，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，呼吸速率下降趋势大于总光合速率，两者差值逐渐增大，净光合速率逐渐增大，B错误；叶肉细胞呼吸速率变化随金属镉的含量变化而变化，叶肉细胞呼吸速率变化可能与金属镉的含量有关，C正确；金属镉的富集通过影响叶绿素的含量而直接影响叶肉细胞光反应阶段，D正确。
6．[2023·河北校联考模拟]取某乔木树冠上、下层两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。
据图分析，下列叙述正确的是( )A．甲叶片为上层叶，乙叶片为下层叶B．光照强度大于N时，光照强度不是限制甲、乙叶片光合作用的因素C．光照强度为N时，甲叶片的实际光合速率等于乙叶片的D．光照强度为M时，甲叶片产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质
解析：对比甲、乙曲线可知，甲叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度高于乙叶片，故甲叶片为上层叶，乙叶片为下层叶，A正确；光照强度为N时，乙叶片的光合作用强度不再随光照强度的增加而增强，则光照强度大于N时，光照强度不是限制乙叶片光合作用的因素；此时甲叶片的光合作用强度随光照强度的增加而增强，光照强度是限制甲叶片光合作用的因素，B错误；实际光合速率＝呼吸速率＋净光合速率，光照强度为N时，甲和乙的净光合速率相等，但据图可知甲、乙叶片的呼吸速率并不相等，故此时甲和乙的实际光合速率不相等，C错误；在光照强度为M时，甲叶片的净光合速率为零，此时既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，甲植物叶肉细胞内产生ATP的场所有叶绿体（光反应产生）、线粒体（有氧呼吸第二、三阶段产生）、细胞质基质（细胞呼吸第一阶段产生），D错误。
7．[2023·湖南长沙长郡中学模拟]当同时给予植物红光和远红光照射时，光合作用的效率大于分开给光的效率，这一现象称为双光增益效应，如图1所示；出现这一现象的原因是光合作用过程中存在两个串联的光系统，即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，其作用机理如图2所示。图1图2
以下相关说法正确的是( )A．光系统Ⅰ位于叶绿体类囊体，光系统Ⅱ位于叶绿体基质B．双光增益是通过提高单位时间内光合色素对光能的吸收量来实现的C．光系统Ⅰ和光系统Ⅱ通过电子传递链串联起来，最终提高了光能的利用率D．光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生的氧化剂都可以氧化水，从而生成氧气
解析：绿色植物进行光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，故两个光系统都位于类囊体薄膜上，A错误；单位时间内光合色素对光能的吸收量取决于光照强度、光合色素的量等，由图可知，双光增益现象得益于PSⅠ和PSⅡ之间形成电子传递链，相互促进，最终提高了光能的利用率，B错误，C正确；由图可知，只有光系统Ⅱ可以氧化水，D错误。
8．[2023·湖北模拟]某课题小组研究红光和蓝光对花生幼苗光合作用的影响，实验结果如图所示。(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)，
下列说法错误的是( )A．与15 d幼苗相比，30 d幼苗的叶片净光合速率高B．与对照组相比，蓝光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率高C．叶肉细胞间隙CO2至少需要跨3层磷脂双分子层才能到达CO2固定的部位D．与对照组相比，蓝光处理组胞间CO2浓度低的原因是CO2的吸收量更少
解析：与15 d幼苗相比，30 d幼苗的CO2吸收量更大，说明30 d幼苗的净光合速率更大，A正确；三种光照射，蓝光处理组吸收的CO2更多，胞间CO2浓度更低，说明对CO2的利用率更高，而蓝光处理组气孔导度也最大，说明蓝光通过促进了气孔开放，使CO2供应充分，加快暗反应，最终提高光合速率，B正确，D错误；CO2固定部位在叶绿体基质，因此叶肉细胞间隙的CO2至少需要穿过细胞膜、叶绿体外膜、内膜共3层膜（即3层磷脂双分子层）才能到达作用部位，C正确。
题组预测三 细胞呼吸与光合作用的实验探究9．[2023·江苏南京师大附中校考一模]为验证干旱胁迫对马尾松幼苗的生长有抑制作用，兴趣小组设计了下图实验方案。
下列分析错误的是( )A．根据实验方案可知，第5次测量干重的时间是第60天B．光合产物常以蔗糖形式运输，可能与蔗糖的稳定性和渗透压有关C．若叶片制造的有机物量大于呼吸消耗量，则幼苗就能正常生长D．分析本实验的测量指标，推测干旱胁迫可导致植株干重增加
解析：根据实验对照和单一变量原则，0、15、30、45、60天都需要测定干重，A正确；蔗糖稳定且溶解度高，光合产物常以蔗糖形式运输，可能与蔗糖的稳定性和渗透压有关，B正确；植株制造的有机物量大于呼吸消耗量幼苗才能生长，叶片制造的有机物量大于呼吸消耗量未必是整个植株制造的有机物量大于呼吸消耗量，C错误；干旱胁迫对马尾松幼苗的生长有抑制作用，比正常情况下幼苗生长慢，并不是不生长，因此植株干重增加，D正确。
10．[2023·山东师范大学附中模拟]科研人员以野生型拟南芥为材料进行了相关实验，探究气孔开度的影响因素。首先对若干组野生型拟南芥进行干旱处理，发现其ABA含量均有所升高，进一步测定其叶肉细胞渗透压和气孔阻力，绘制出三者之间的变化关系，如图1所示，ABA调节机制与保卫细胞内K＋浓度有关，其作用机制如图2所示。
(1)拟南芥叶肉细胞中的光合色素分布在___________上，作用是__________________。可在体积分数为95%的乙醇中加入__________来代替无水乙醇提取色素。(2)据图分析可知，恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度，理由是________________________________________________。(3)由图2可知，K＋出细胞的运输方式是__________，ABA与受体结合后，通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用，即____________________________________________________，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态。(4)为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，研究者以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的________；若__________________________ ，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，光合作用增强
促进保卫细胞内钙离子增加，促进钾离子外流，同时抑制钾离子内流
实验组叶片的气孔阻力大于对照组
解析：（1）植物叶肉细胞中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，作用是吸收、传递和转化光能。在叶绿体色素的提取和分离实验中，可在体积分数为95%的乙醇中加入无水碳酸钠来代替无水乙醇提取色素。（2）据图分析可知，恢复浇水后ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，而CO2是光合作用的原料之一，则光合作用增强，故恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度。（3）细胞内的K＋浓度高于细胞外，故K＋出细胞为顺浓度梯度运输，且需要蛋白质的协助，故运输方式是协助扩散。由图2可知，当ABA与受体结合后，促进保卫细胞内Ca2＋增加，促进K＋外流，使气孔关闭，同时抑制K＋内流，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态（抑制气孔开放），即通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用。
（4）由于当ABA与受体结合后，使气孔维持关闭状态，故为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因（ABA受体增多）的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养，自变量为ABA受体的多少，因变量的指标应为叶片的气孔阻力。若实验组（超表达ABA受体基因的拟南芥植株）叶片的气孔阻力大于对照组（野生型拟南芥植株），则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
题组预测四 基于学科核心素养的长句应答类专训11．[2023·江西宜春一中模拟]苹果名称最早是见于明代王世懋的《学圃余疏》“北土之苹婆果，即花红一种之变也。”主要分布在新疆、宁夏地区，一般生长在山坡梯田、平原旷野以及丘陵等地。苹果喜光、耐寒、要求较冷凉及干燥的气候，不耐瘠薄，适于土质疏松、深厚肥沃、排水良好的中性或微酸性的砂质壤土。繁殖方式有块茎法、嫁接法、播种法、扦插法，自然繁殖后代方式用种子进行传播，其中嫁接繁殖最快。
图1表示上午10时记录的苹果树某枝条上不同位置叶片的净光合速率。图2表示某装置中氧浓度对苹果种子CO2释放量的影响，请回答下列问题：
(1)图1中，限制第5片叶光合速率的主要环境因素可能是____________。图2中影响A点位置高低的主要环境因素是________。(2)图1中，第10片叶的叶绿体固定的CO2来自____________________________。(3)图2中，B点时，苹果种子细胞内可以产生CO2的场所是____________________。为了有利于贮存苹果种子，贮藏室内的氧气浓度应该调节到________(填“A”或“B”)点所对应的氧气浓度。(4)图1中，第5片和第15片叶的总光合速率________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”)，原因是_____________________________ _______________________________________________。
线粒体（基质）和外界环境（空气）
细胞质基质和线粒体基质
总光合速率为净光合速率与呼吸速率之和，图中两片叶的净光合速率相等，但呼吸速率不一定相等
解析：（1）图1中，第5片叶位于枝条的下端，光照强度不足导致其光合作用速率较低；图2中，A点时，氧浓度为0，苹果种子细胞只进行无氧呼吸，影响无氧呼吸强度的主要原因是相关酶活性的大小，而影响酶活性的主要环境因素是温度，则影响A点位置高低的主要环境因素是温度。（2）第10片叶的净光合速率大于0，说明其光合速率大于呼吸速率，那么利用的二氧化碳就来自于两部分，一部分是呼吸作用产生（来自于线粒体），一部分是来自于外界环境（空气中）。（3）分析图2，随着氧浓度增加，无氧呼吸被抑制，有氧呼吸增强，因此B点既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。有氧呼吸在线粒体基质产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质产生CO2，因此B点时，苹果种子细胞内可以产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质；在氧浓度为5%（B点对应氧浓度）时，CO2释放的相对值最低，说明此时细胞呼吸强度最低，有机物消耗得最慢，因此，为了有利于贮存苹果种子，贮藏室内的氧气量应该调节到图1中的B点所对应的浓度。 （4）总光合作用速率等于净光合作用速率加上呼吸作用速率，从图上可以看出第5片叶和第15片叶的净光合速率相等，但是此时二者的呼吸速率未知，因此二者的总光合作用速率不一定相等。
(5)图1中，第11～15片叶(幼叶)接受的光照、水分、CO2充足，温度适宜，但测定发现其总光合速率却比第10片叶(成熟叶)低。从影响光合作用的因素分析，可能的原因是______________________。(6)图1中，净积累在叶片中的有机物量少于叶片实际制造的有机物量的原因是：①叶片自身的呼吸作用消耗一部分有机物；②________________________。
叶龄较小，叶绿素含量较少
一部分有机物输出到其他部位
解析：（5）第11～15片叶所接受的外界条件都是最适宜的，但是其光合速率低，应考虑内因，叶片自身的原因，故可能的原因是叶龄较小，叶绿素含量较少。（6）叶肉细胞内光合作用制造的有机物一部分用于自身呼吸消耗，一部分转移到不进行光合作用的部位，其余积累在细胞内，因此净积累在叶片中的有机物量少于叶片实际制造的有机物量的原因是：①叶片自身的呼吸作用消耗一部分有机物；②一部分有机物输出到其他部位。
12．[2023·福建龙岩三模]研究发现，淀粉积累过多会导致水稻光合速率下降，推测原因可能是淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏。科研工作者对不同条件下叶绿体中的淀粉含量、可溶性糖含量进行研究，结果如图所示。
回答下列问题：(1)构成叶绿体类囊体薄膜的基本支架是____________。与叶绿体外膜相比，组成类囊体薄膜成分中占比更大的是__________。(2)若淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏，则会影响_____________的生成进而影响暗反应。(3)该实验的目的是__________________________________________________________。
探究一定时间内适当提升温度和CO2浓度对水稻叶绿体中淀粉含量和可溶性糖含量的影响（有同时提到温度和CO2浓度2个自变量，淀粉含量和可溶性糖含量2个因变量均可）
解析：（1）叶绿体的类囊体薄膜属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体的类囊体薄膜是光合作用光反应的场所，其上有催化光反应过程所需的酶，酶的本质多数是蛋白质，故与叶绿体外膜相比，组成类囊体薄膜成分中占比更大的是蛋白质。（2）类囊体是光反应的场所，光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，若淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏，则会影响ATP和NADPH的生成，进而影响暗反应。（3）分析题意，本实验是科研工作者对不同条件下叶绿体中的淀粉含量、可溶性糖含量进行研究，结合题图可知，实验的自变量有不同温度、不同二氧化碳浓度和处理天数的不同，因变量是淀粉含量和可溶性糖含量，故可推知本实验的目的是探究一定时间内适当提升温度和CO2浓度对水稻叶绿体中淀粉含量和可溶性糖含量的影响。
(4)据实验结果分析：①在正常CO2浓度下，与常温相比高温下水稻的光合作用效率______(“更高”或“更低”)，依据是__________________________ ______________________________________________。②单独增施CO2不能持续提高水稻的光合作用效率，而增施CO2下适当提高温度能有效增强水稻的光合作用效率，推测原因可能是___________________________________________________________。(5)结合本实验的研究结果，建议种植水稻时可采取________________________________________措施(答1点即可)。
高温条件下，叶绿体中淀粉的含量和可溶性糖含量都较低（淀粉、可溶性糖要同时提到才可）
（增施CO2下适当提高温度时）叶绿体中淀粉的含量下降、可溶性糖含量上升，说明淀粉加速分解为可溶性糖，避免因淀粉在叶绿体中积累而导致类囊体膜被破坏（从而增强了水稻的光合作用效率）。
增施CO2时适当升高温度、单独增施CO2不超过29天
解析：（4）①分析题图可知，在正常CO2浓度下，与常温相比，高温下水稻叶绿体中淀粉的含量和可溶性糖含量都较低，两者可作为光合作用的产量指标，故与常温相比高温下水稻的光合作用效率更低。②二氧化碳是光合作用暗反应的原料之一，但单独增施CO2不能持续提高水稻的光合作用效率，而增施CO2下适当提高温度能有效增强水稻的光合作用效率，推测原因可能是：增施CO2下，适当提高温度时叶绿体中淀粉的含量下降、可溶性糖含量上升，说明淀粉加速分解为可溶性糖，避免因淀粉在叶绿体中积累而导致类囊体膜被破坏，从而增强了水稻的光合作用效率。（5）结合题图可知，单独增施二氧化碳时，在29天后，可溶性糖和淀粉的含量会有所降低，且结合（4）可知，增施CO2时适当升高温度也可提高光合速率，故据此判断，种植水稻时可采取的措施是：增施CO2时适当升高温度、单独增施CO2不超过29天。
13．[2023·河北沧州三模]下图是绿色植物光合作用的过程示意图，A～G代表物质，反应Ⅰ、Ⅱ为光合作用的两个阶段。已知图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，类囊体腔内的H＋浓度改变后，被激活的PSBS能抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放。回答下列问题：
(1)绿色植物通过光合作用，将叶绿体中色素吸收的光能最终转化为______________(填能量形式)储存在图中的__________(填字母)中。(2)反应Ⅱ发生的场所是__________。光照充足时对大棚中的作物使用CO2发生器，短时间内叶肉细胞中C5的含量将________(填“升高”或“下降”)。(3)H＋通过Z蛋白外流的同时促进了ATP的合成，因此Z蛋白的功能有________________________，B为_________。(4)据图分析，光照过强会导致类囊体腔内pH_______(填“升高”或“下降”)，该刺激激活PSBS后，可避免叶绿体结构被破坏；但光合作用产生的有机物会减少，原因是___________________________________________________________。
运输（H）和催化（ATP合成）
被激活的PSBS能抑制电子在类囊体膜上的传递，水的光解被抑制，导致NADPH和ATP合成量下降，C3的还原减少，所以光合作用产生的有机物减少
聚焦新课标：2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能；2.2.4说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。
纵 引 横 连————建网络
边 角 扫 描————全面清提醒：判断正误并找到课本原话1．重铬酸钾可以检测有无酒精存在，这一原理在日常生活中可以检测汽车司机是否喝酒。(P92结论、交流和应用)( )2．线粒体一般均匀分布在细胞质中，但也可以定向运动到细胞代谢旺盛的部位。(P93小字)( )3．对比实验有两个或两个以上的实验组，结果在事先都未知，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系。(P93对比实验)( )
4．无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。(P94正文下部)( )5．细胞呼吸中[H]的形成过程实际上是氧化型辅酶Ⅰ(NADP＋)转化成还原型辅酶Ⅰ(NADPH)。(P94相关信息)( )6．(1)鸟类和哺乳动物需要维持体温的相对恒定，主要是靠细胞呼吸产生的热量来维持，一般是由ATP水解来供能的。( )(2)酵母菌细胞破碎离心后，可分离成甲、乙、丙三部分，甲只含细胞质基质，乙只含细胞器，丙全有。加入葡萄糖溶液，在有氧条件下能产生二氧化碳和水的只有丙。原因是细胞质基质的无氧呼吸在有氧时难以进行，而且也不产生水；葡萄糖又不能直接进入线粒体。(P96练习)( )
7．(1)一般情况下，光合作用利用的光都是可见光，也能利用紫外光。(P99学科交叉)( )(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(注意它们的吸收光谱曲线图，波峰表示吸收多)。(P99正文)( )8．光合作用中[H]的形成过程实际上是辅酶Ⅱ(NAD＋)与电子和质子(H＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADH)。(P103相关信息)( )9．硝化细菌属于自养生物，能将土壤中的NH3氧化成HNO2进而将HNO2氧化成HNO3，释放出的化学能将CO2和H2O合成糖类。(P105正文下部)( )
10．科学家用含有14C的CO2追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径：CO2→C3→糖类。(P106练习)( )11．夏季晴朗的白天的中午，有些植物会关闭气孔，这直接限制光反应；而早晨和黄昏，光照较弱，直接限制的是暗反应。(P106拓展题)( )
整合考点5 “共同担当”的光合作用与细胞呼吸
考点整合 固考基一、光合作用与细胞呼吸原理及关系图解1．自绘简图——深化理解物质转变过程
填出图中序号代表的物质名称：①__________，②__________，③__________，④__________，⑤__________，⑥__________。
C3H4O3(丙酮酸)
4．四种状况下“光合速率与呼吸速率”的关系
(1)光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，叶绿体中的色素能吸收、传递、转换光能，不能制造能量。(2)光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的[H]和ATP还可以维持一段时间的暗反应。(3)人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体，酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质；植物固定CO2的场所是叶绿体基质，蓝藻固定CO2的场所是细胞质。(4)光合作用的[H]为NADPH，呼吸作用的[H]为NADH。无氧呼吸产生的[H]进入酒精或乳酸。(5)有氧呼吸与无氧呼吸产物最大的区别是无氧呼吸无水生成且无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。(6)生长旺盛的植物光合作用产生的ATP大于细胞呼吸产生的ATP。
二、影响细胞呼吸和光合作用的因素及相关模型解读1．把握影响细胞呼吸的“四类”曲线
(1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关的________来影响呼吸速率。(2)乙图：①O2浓度＝0时，只进行________。②0
C5、[H]、ATP、(CH2O)合成量
(2)光照强度不变，CO2浓度变化
C3、(CH2O)合成量
三、通过曲线分析植物光合作用与细胞呼吸的关系1．自然环境中一昼夜植物的光合作用曲线
甲图：(1)a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。(2)b点：上午6时左右，有微弱光照，开始进行光合作用。(3)bc段(不含b、c点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。(4)c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。(5)ce段(不含c、e点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。(6)d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。(7)e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。(8)ef段(不含e、f点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。(9)fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
乙图：(1)积累有机物时间段：ce段。(2)制造有机物时间段：bf段。(3)消耗有机物时间段：Og段。(4)一天中有机物积累最多的时间点：e点。(5)一昼夜有机物的积累量表示为：SP－SM－SN(SP、SM、SN表示面积)。
2．密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化(1)光合速率等于呼吸速率的点：C、E。(2)图甲中N点低于虚线，说明该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，一昼夜密闭容器中CO2浓度减小，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。(3)图乙中N点低于虚线，说明该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，一昼夜密闭容器中O2浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
3．解读总光合速率与呼吸速率的关系(1)图示(2)解读①A点：____________。②AB段：总光合速率<呼吸速率。③B点：为__________，总光合速率＝呼吸速率。④B点以后：总光合速率>呼吸速率。⑤C点：为_________。
4．明确各种速率的表示方法及相互关系(1)呼吸速率：有机物消耗量或__________、__________。(2)净光合速率：有机物积累量、__________、CO2吸收量。(3)总光合速率：有机物制造量或O2产生量、CO2固定量。(4)总光合速率＝净光合速率＋________。
5．面积法快速分析坐标图中光补偿点、光饱和点的移动据图可知，OA表示细胞呼吸释放的CO2量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。
注：提高温度是指在最适光合作用温度的基础上而适当提高；光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前。
(1)如果题干中给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量，则该数据为总光合速率。(2)整株绿色植物净光合速率为0时，叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度。(3)叶肉细胞的液泡中含有的一些水溶性色素，不能用于光合作用。
四、光合作用与细胞呼吸相关实验设计的六种方法总结1．实验装置法(气体体积变化法)测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置
(2)测定方法及解读a．测定呼吸强度Ⅰ.装置中烧杯里放入适宜浓度的NaOH溶液：用于________；Ⅱ.玻璃钟罩________处理，以排除光合作用的干扰；Ⅲ.置于适宜温度环境中；Ⅳ.红色液滴向________移动(代表呼吸耗氧量)。b．测定净光合速率Ⅰ.装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO3溶液，用于保证容器内________恒定，满足光合需求；Ⅱ.必须给予较强光照处理，且温度适宜；Ⅲ.红色液滴向________移动(代表净光合速率)。
(3)光合作用与呼吸作用实验设计中常用实验条件的控制方法①增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。③除去容器中二氧化碳——氢氧化钠溶液。④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中。⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。⑧线粒体的提取——细胞匀浆离心。⑨保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。
2．黑白瓶法：取三个玻璃瓶，一个用黑胶布包上，并包以锡箔。从待测的水体深度取水，保留一瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。将剩余的两个黑、白瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。
3．叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
4．半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超出部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
5．叶圆片上浮法首先通过对叶片打孔、抽气、沉底的材料处理，然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作，最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间，或单位时间内上浮的叶片数量。6．梯度法用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的实验装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
7．光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧(1)实验设计中必须注意三点①变量的控制手段，如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。②对照原则的应用，不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。③无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度”值。(2)解答光合作用与细胞呼吸的实验探究题时必须关注的信息是加“NaOH”还是加“NaHCO3”；给予“光照”处理还是“黑暗”处理；是否有“在温度、光照最适宜条件下”等信息。
类型1 全国卷真题体验寻趋势1．[2023·全国乙卷]植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。
下列相关叙述错误的是( )A．在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧呼吸产生乳酸B．a～b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程C．每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多D．植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
解析：植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放，图示在时间a之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a之前，只进行无氧呼吸产生乳酸，A正确；在无氧条件下，a～b时间内植物根细胞释放CO2，推测该时段植物根细胞存在产生酒精和CO2的无氧呼吸过程，B正确；在葡萄糖经无氧呼吸产生酒精或乳酸的过程中，只有第一阶段释放能量，这两个过程的第一阶段相同，故消耗1分子葡萄糖，这两个过程生成的ATP相同，C错误；酒精的跨膜运输方式是自由扩散，该过程不需要消耗ATP，D正确。
2．[2023·全国乙卷]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是( )A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，所以氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，所以叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
类研真题 明考向类型1 全国卷真题体验寻趋势3．[2022·全国甲卷]线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。 研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是( )A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATPB．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
解析：有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，在上述场所都能产生ATP，A正确；有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上，在此阶段线粒体内膜上的相应酶催化[H]和氧反应产生水，并释放大量能量，B正确；线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要H2O的直接参与，不需要O2的参与，C错误；线粒体是半自主细胞器，其所含的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。
4．[2022·全国乙卷]某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是 ( )A．初期光合速率逐渐升高，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，之后呼吸速率保持稳定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：将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，小麦同时进行光合作用和呼吸作用，而容器内CO2含量初期逐渐降低。说明初期小麦的光合速率大于呼吸速率，之后CO2含量保持相对稳定，说明光合速率等于呼吸速率，D正确。
6．[2023·全国甲卷]某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在______________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是___________________________________________________________。
悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质中与暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应缺少光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类
解析：（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法。叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。（2）光合作用中光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。___________________________________________________________。
答案：思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，之后对得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体分别滴加碘液后观察。预期结果：甲组叶绿体变为蓝色，有淀粉产生；乙组叶绿体不变色，无淀粉产生
解析：要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，之后对得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体分别滴加碘液后观察。预期的结果：甲组叶绿体变为蓝色，有淀粉产生；乙组叶绿体不变色，无淀粉产生。
类型2 地方卷真题体验寻共性7．[2023·湖北卷]高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是( )A．呼吸作用变强，消耗大量养分B．光合作用强度减弱，有机物合成减少C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
解析：高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
8．[2023·北京卷]运动强度越低，骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时，骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。
对这一结果正确的理解是( )A．低强度运动时，主要利用脂肪酸供能B．中等强度运动时，主要供能物质是血糖C．高强度运动时，糖类中的能量全部转变为ATPD．肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量
解析：由图可知，当运动强度较低时，主要利用脂肪酸供能，A正确；中等强度运动时，主要供能物质是肌糖原，其次是脂肪酸，B错误；高强度运动时，糖类中的能量大部分以热能的形式散失，少部分转变为ATP，C错误；高强度运动时，机体同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，肌糖原在有氧条件和无氧条件均能氧化分解提供能量，D错误。
9．[2023·山东卷]水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是( )A．正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质B．检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成C．转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足D．转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
解析：玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液泡膜上的H＋转运减缓，引起细胞质基质内H＋积累，说明细胞质基质内H＋转运至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H＋浓度高，正常玉米根细胞液泡内pH低于细胞质基质，A错误；玉米根部短时间水淹，根部氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B正确；转换为丙酮酸产酒精途径时，无ATP的产生，C错误；丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]的量相同，D错误。
10．[2023·湖南卷]下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc酶对CO2的Km为450 μml·L－1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。
玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μml·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是____________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过_________长距离运输到其他组织器官。(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________________________________(答出三点即可)。
高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisc酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
解析：（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的来源不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，通过维管组织运输。（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶与CO2的亲和力高，可以利用低浓度的CO2进行光合作用，同时抑制植物的光呼吸，且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。
(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是____________________________ ____________________________________________________________________________(答出三点即可)。
酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
解析：将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
11．[2023·广东卷]光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
分析图表，回答下列问题：
分析图表，回答下列问题：(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和________________________，叶片主要吸收可见光中的__________光。(2)光照强度逐渐增加达到2 000 μml·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl______WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和____________。(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体___________________________，是其高产的原因之一。
类胡萝卜素/叶绿素的比值较高
光能利用率较高，有机物积累较多
解析：（1）根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此ygl叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。（2）根据图a净光合速率曲线变化可知，WT先到达光饱和点，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，ygl有较高的光补偿点，可能原因是一方面光合速率偏低，另一方面是呼吸速率较高，结合题意可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。（3）净光合速率较高则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产量较高。
(4)试分析在0～50 μml·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题___________________________________________________________。
探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度（或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度）
解析：绘制曲线图时要注意：ygl的呼吸速率约为0.9 μml（CO2）·m－2·s－1，WT的呼吸速率约为0.6 μml（CO2）·m－2·s－1，而且ygl的光补偿点（约为30 μml·m－2·s－1）大于WT的光补偿点（约为15 μml·m－2·s－1），具体曲线图见答案。由题可知，为保证水稻高产，可关注最适栽培密度或最适光照强度，因此可以继续探究高密度栽培条件下，WT和ygl的最适光照强度或探究在较强光照条件下，WT和ygl的最适栽培密度。
长句专练 强素养1.事实概述类(1)给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是___________________________________________________________________________________________________________________________。(2)景天科植物的叶子具有一种很特殊的CO2同化方式，植物夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用形成丙酮酸和CO2。该类植物往往生长于比较干旱的环境中，景天科植物夜间气孔开放，白天气孔关闭，推测其生物学意义是________________________________________。
有利于减少(蒸腾作用)水分的散失，以适应干旱环境
(3)研究发现，全光照条件下植物的蒸腾速率较大，水分利用效率较低。据此并结合所学知识分析，育苗时适度遮光的意义为___________________________________________________________。
有利于降低气温、减小蒸腾速率，提高植物的水分利用效率，提高幼苗的成活率
2．判断依据类(1)某研究小组为探究不同浓度NaCl溶液对植物光合速率的影响，以水稻为实验材料进行实验探究，得到如图所示的实验结果。图中CO2吸收量代表净光合速率，判断依据是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
总光合速率消耗CO2量包括植物从外界吸收的CO2量和植物线粒体提供的CO2量，单位时间内线粒体产生的CO2量可代表呼吸速率，所以单位时间内植物从外界吸收的CO2量代表净光合速率
(2)空气中CO2浓度较低时，植物的光合作用一般达不到最大光合速率。农业生产中，常常把地块作成几个畦(指用土埂、沟或走道分隔成的作物种植小区)，某地区夏季多为南风，作畦的走向应为南北走向，可以提高作物产量，其依据是____________________________________________________________________________________________________________________。
作畦的走向与风向一致，有利于空气流通，提高植株间的CO2浓度，增加光合速率
3.原因分析类(1)稻田需要定期排水，否则水稻幼根会变黑、腐烂，其主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
水稻的根细胞需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果不定期排水，则稻田中的氧气不足，水稻的根细胞会进行酒精发酵，酒精会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂
(2)土地盐碱化已成为全球性问题，选育耐盐作物对人类的生存和发展有重要意义。某研究小组将A、B两个品种的小麦植株均分为3组，实验处理及结果见下表(光照等其他培养条件相同且适宜)。
①随着土壤溶液盐分含量的升高，两品种小麦吸收CO2的速率均逐渐降低，原因主要是__________________________________。②实验环境下，________(填“A”或“B”)品种小麦更耐盐，原因是________________________________________________________________________。③依据本实验，________(填“能”或“不能”)判断在盐分含量为8 g/kg的土壤中，每天光照10小时，A品种小麦的粮食产量更高，理由是___________________________________________________________________________________________________________________。
根系吸水减少，导致叶片的部分气孔关闭
随着土壤溶液盐分含量的增加，A品种净光合速率(或CO2吸收速率)降低的幅度较小
A品种小麦在实验条件下CO2吸收速率较高，但在自然环境下受呼吸速率等因素的影响，全天积累的有机物不一定多
4.实践应用类(1)粮食贮藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为____________________________。(2)相对低温条件有利于储存果实，主要原因是__________________________________________。(3)西瓜、玉米和辣椒轮作与固定种植玉米相比，其优点有______________________________________________________________________(答出两点即可)。(4)在温室大棚生产中，大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，原因是______________________________________________________________________________________________________________。
种子在有氧呼吸过程中产生了水
低温降低了细胞呼吸相关酶活性，可减少有机物消耗
充分利用土壤中的矿质养料，减少大面积病虫害发生，收获更多种类的作物，改善土壤等
农家肥中有机物被微生物分解产生无机盐和CO2，CO2和无机盐被作物利用，提高大棚作物的产量
5．结果结论类(1)镉盐在水中多以离子状态存在，对水生植物的影响尤为严重。某科研小组研究不同浓度的镉对水生植物叶绿素的影响，结果如图。由图得出的结论是_____________________________________________________。
随着镉浓度的增大，叶绿素的含量逐渐降低，叶绿素a受影响的幅度更大
(2)研究人员在其他条件适宜且相同的情况下，探究光照强度和CO2浓度对水培大豆幼苗净光合速率的影响，结果如下图所示(低浓度CO2对细胞呼吸速率无影响，a、b分别代表不同浓度的CO2)。
①通过分析上述研究结果可知，当CO2浓度较低时，限制光合速率的因素有__________________；当CO2浓度较高时，限制光合速率的因素是_________。②若A、B、C三条曲线均交于一点，可以得到的结论是___________________________________________________。
不同光照强度下的呼吸速率相同(或光照强度不影响细胞呼吸速率)
6.科学探究类(1)某兴趣小组发现长时间处于沙尘暴天气的环境中，绿萝植株的叶片颜色较深，小组成员认为是通过提高色素的含量来增强对沙尘暴天气的适应能力，请设计实验证明其观点的正确性。___________________________________________________________________________。(2)若贮藏某种水果需要在低温、干燥和低氧条件下进行，该低氧浓度约为5%。为了更准确地了解贮藏该水果的最适氧浓度，某生物小组通过实验进行探究，请你提供合适的探究思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
取等量正常环境中和沙尘暴天气环境中的叶片进行色素的提取和分离实验，观察比较色素带的宽窄
将成熟状况相同的该水果分为若干组，分别在5%左右设置若干更小的氧浓度梯度，置于温度等环境条件相同处，一段时间后测量每组水果CO2的产生量，产生量最低的一组对应的氧浓度为贮藏该水果的最适浓度(其他合理答案也可)
(3)向培养某植物的温室内通入14CO2，光照一段时间后，发现CO2转化成多种化合物。欲探究CO2转化成的第一种产物是什么物质，请简要写出实验的设计思路及结果分析。_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
设计思路：将该植物分成不同的实验组，分别照射并逐渐缩短照射时间，停止光照后迅速杀死植物，并提取细胞产物进行分析。结果分析：当只检测到一种含14C的转化物时，说明该物质是CO2转化的第一种产物
题组集训 提考能题组预测一 细胞呼吸与光合作用的过程、关系分析及实践应用1．[2023·河北沧州三模]无氧运动大部分是负荷强度高、瞬间性强的运动，常被用于增加肌肉量，也可用于减脂。下列有关叙述错误的是( )A．无氧运动时肌肉组织依靠无氧呼吸和有氧呼吸释放的能量完成运动B．无氧运动后感到肌肉酸痛、呼吸急促与肌肉细胞无氧呼吸产生乳酸和CO2有关C．与有氧运动相比，无氧运动减脂更多是因为产生等量能量时无氧呼吸消耗的有机物更多D．无氧运动可被用于增加肌肉量说明器官行使功能可以促进结构的发展
解析：无氧运动消耗的能量来自有氧呼吸和无氧呼吸，A正确；肌肉细胞无氧呼吸产生乳酸，不产生CO2，B错误；无氧呼吸将葡萄糖分解为乳酸，释放少量能量，因此与有氧呼吸相比，产生等量能量时无氧呼吸会消耗更多的有机物，C正确；无氧运动可被用于增加肌肉量说明器官行使功能可以反过来促进结构的发展，D正确。
2．[2023·湖北武汉华中师大一附中模拟]武汉已经举办了多届“汉马”，深受广大运动健身者的喜爱。在马拉松比赛中，骨骼肌利用O2的能力是决定比赛成绩的关键。若只考虑以葡萄糖作为细胞呼吸的底物，下列叙述错误的是( )A．在马拉松比赛中，骨骼肌细胞内的丙酮酸都在线粒体中分解生成NADH和ATPB．在马拉松比赛中，骨骼肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量C．在最后冲刺阶段交感神经兴奋，增加对肌细胞的供O2量D．骨骼肌利用O2能力更强的运动员，比赛后肌肉酸胀的程度更轻
解析：在马拉松比赛中，骨骼肌细胞有氧呼吸时丙酮酸在线粒体中分解生成NADH和ATP，无氧呼吸时在细胞质基质还原成乳酸，A错误；由于人体无氧呼吸产生的是乳酸，没有CO2，所以骨骼肌细胞产生的CO2量等于消耗的O2量，B正确；在最后冲刺阶段交感神经兴奋，增加对肌细胞的供O2量，产生更多的能量用于运动，C正确；骨骼肌利用O2能力更强的运动员，无氧呼吸较弱，产生的乳酸少，则比赛后肌肉酸胀的程度更轻，D正确。
3．[2023·山东淄博三模]研究发现，光照条件下，当外界CO2浓度突然降至极低水平时，某植物叶肉细胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低CO2浓度的同时停止光照，则不出现上述情况。下列说法正确的是( )A．叶肉细胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的产物B．在五碳化合物上升的同时，叶肉细胞中的NADP＋/NADPH上升C．光反应产生的NADPH和ATP能促进五碳化合物的形成D．五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光能的直接驱动
解析：暗反应过程中二氧化碳的固定是二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，即三碳化合物是五碳化合物固定二氧化碳后的产物，A错误；二氧化碳浓度降低时，二氧化碳的固定减弱，五碳化合物消耗减少，C5增加，C3的生成减少，C3的还原减慢，NADPH消耗减少，NADPH积累增多，则叶肉细胞中的NADP＋/NADPH下降，B错误；光反应产生的NADPH和ATP参与C3的还原，促进五碳化合物的形成，C正确；五碳化合物和三碳化合物间的转化需要光反应的产物NADPH和ATP的参与，不是光能的直接驱动，D错误。
4．[2023·四川凉山三模]我国科学家首次在实验室实现CO2到淀粉的人工合成，其代谢路线(ASAP)如下图。下列说法错误的是( )A．图中的①②③过程模拟了植物体中光合作用的暗反应过程B．人工合成和光合作用合成的淀粉都是以碳链为骨架的大分子C．该过程能高效合成淀粉，说明图中催化剂提供活化能的能力比酶更强D．人工合成淀粉的重大突破，对于粮食安全、气候变化等有着巨大意义
解析：在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下与C5化合物结合（CO2的固定），一分子的CO2被固定后，很快形成两分子C3化合物。在有关酶的催化作用下，一些接受能量并被还原的C3化合物经过一系列的反应转化为糖类。①过程固定了CO2，形成了甲醛，甲醛在②过程发生单碳缩合形成了C3化合物，C3化合物在③过程发生三碳缩合形成了C6化合物，①②③过程模拟了植物体中光合作用的暗反应过程，A正确；淀粉的基本单位是葡萄糖，每一个葡萄糖都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架（又称碳骨架），由许多葡萄糖连接聚合形成淀粉，所以，人工合成和光合作用合成的淀粉是以碳链为骨架的大分子，B正确；
在光合作用中，CO2的固定需要特定酶的作用，题图显示人工合成淀粉的①过程（CO2的固定）需要催化剂的作用。光合作用中的酶和题中所示的催化剂都是降低相关化学反应所需的活化能从而催化反应的发生，若该过程合成淀粉的效率比光合作用更高，则图中的催化剂降低活化能的能力比光合作用中的相关酶更强，C错误；糖类是主要的能源物质，淀粉是人类粮食的主要成分，是一种较为安全的食品原料，应用广泛；让更多CO2被吸收和利用，可以减少空气中的CO2，减缓温室效应；所以，人工合成淀粉的重大突破，对于粮食安全、气候变化等有着巨大意义，D正确。
题组预测二 玩转图表线，难点不再难5．[2023·四川成都模拟]为研究镉(Cd)污染对水生植物生长的影响，某科研小组以石莼(一种绿色海藻)为材料，用不同浓度CdCl2溶液处理三天后，测得石莼叶肉细胞总光合速率、叶绿素含量和细胞呼吸速率如图所示。
研究表明镉不会影响光合作用相关酶的活性，下列分析错误的是( )A．叶肉细胞总光合速率下降与叶绿素含量下降有关B．叶肉细胞净光合速率先逐渐上升之后再保持稳定C．叶肉细胞呼吸速率变化可能与金属镉的含量有关D．金属镉的富集可能直接影响叶肉细胞光反应阶段
解析：随Cd2＋浓度增加，石莼总光合速率变化的主要原因是Cd2＋浓度的增加会使叶绿素含量降低，A正确；根据题图所示，Cd2＋浓度低于10×10－6 ml/L后，总光合速率下降而呼吸速率上升，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，净光合速率逐渐减小；Cd2＋浓度高于10×10－6 ml/L后，总光合速率和呼吸速率都在下降，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，呼吸速率下降趋势大于总光合速率，两者差值逐渐增大，净光合速率逐渐增大，B错误；叶肉细胞呼吸速率变化随金属镉的含量变化而变化，叶肉细胞呼吸速率变化可能与金属镉的含量有关，C正确；金属镉的富集通过影响叶绿素的含量而直接影响叶肉细胞光反应阶段，D正确。
6．[2023·河北校联考模拟]取某乔木树冠上、下层两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。
据图分析，下列叙述正确的是( )A．甲叶片为上层叶，乙叶片为下层叶B．光照强度大于N时，光照强度不是限制甲、乙叶片光合作用的因素C．光照强度为N时，甲叶片的实际光合速率等于乙叶片的D．光照强度为M时，甲叶片产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质
解析：对比甲、乙曲线可知，甲叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度高于乙叶片，故甲叶片为上层叶，乙叶片为下层叶，A正确；光照强度为N时，乙叶片的光合作用强度不再随光照强度的增加而增强，则光照强度大于N时，光照强度不是限制乙叶片光合作用的因素；此时甲叶片的光合作用强度随光照强度的增加而增强，光照强度是限制甲叶片光合作用的因素，B错误；实际光合速率＝呼吸速率＋净光合速率，光照强度为N时，甲和乙的净光合速率相等，但据图可知甲、乙叶片的呼吸速率并不相等，故此时甲和乙的实际光合速率不相等，C错误；在光照强度为M时，甲叶片的净光合速率为零，此时既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，甲植物叶肉细胞内产生ATP的场所有叶绿体（光反应产生）、线粒体（有氧呼吸第二、三阶段产生）、细胞质基质（细胞呼吸第一阶段产生），D错误。
7．[2023·湖南长沙长郡中学模拟]当同时给予植物红光和远红光照射时，光合作用的效率大于分开给光的效率，这一现象称为双光增益效应，如图1所示；出现这一现象的原因是光合作用过程中存在两个串联的光系统，即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，其作用机理如图2所示。图1图2
以下相关说法正确的是( )A．光系统Ⅰ位于叶绿体类囊体，光系统Ⅱ位于叶绿体基质B．双光增益是通过提高单位时间内光合色素对光能的吸收量来实现的C．光系统Ⅰ和光系统Ⅱ通过电子传递链串联起来，最终提高了光能的利用率D．光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生的氧化剂都可以氧化水，从而生成氧气
解析：绿色植物进行光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，故两个光系统都位于类囊体薄膜上，A错误；单位时间内光合色素对光能的吸收量取决于光照强度、光合色素的量等，由图可知，双光增益现象得益于PSⅠ和PSⅡ之间形成电子传递链，相互促进，最终提高了光能的利用率，B错误，C正确；由图可知，只有光系统Ⅱ可以氧化水，D错误。
8．[2023·湖北模拟]某课题小组研究红光和蓝光对花生幼苗光合作用的影响，实验结果如图所示。(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)，
下列说法错误的是( )A．与15 d幼苗相比，30 d幼苗的叶片净光合速率高B．与对照组相比，蓝光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率高C．叶肉细胞间隙CO2至少需要跨3层磷脂双分子层才能到达CO2固定的部位D．与对照组相比，蓝光处理组胞间CO2浓度低的原因是CO2的吸收量更少
解析：与15 d幼苗相比，30 d幼苗的CO2吸收量更大，说明30 d幼苗的净光合速率更大，A正确；三种光照射，蓝光处理组吸收的CO2更多，胞间CO2浓度更低，说明对CO2的利用率更高，而蓝光处理组气孔导度也最大，说明蓝光通过促进了气孔开放，使CO2供应充分，加快暗反应，最终提高光合速率，B正确，D错误；CO2固定部位在叶绿体基质，因此叶肉细胞间隙的CO2至少需要穿过细胞膜、叶绿体外膜、内膜共3层膜（即3层磷脂双分子层）才能到达作用部位，C正确。
题组预测三 细胞呼吸与光合作用的实验探究9．[2023·江苏南京师大附中校考一模]为验证干旱胁迫对马尾松幼苗的生长有抑制作用，兴趣小组设计了下图实验方案。
下列分析错误的是( )A．根据实验方案可知，第5次测量干重的时间是第60天B．光合产物常以蔗糖形式运输，可能与蔗糖的稳定性和渗透压有关C．若叶片制造的有机物量大于呼吸消耗量，则幼苗就能正常生长D．分析本实验的测量指标，推测干旱胁迫可导致植株干重增加
解析：根据实验对照和单一变量原则，0、15、30、45、60天都需要测定干重，A正确；蔗糖稳定且溶解度高，光合产物常以蔗糖形式运输，可能与蔗糖的稳定性和渗透压有关，B正确；植株制造的有机物量大于呼吸消耗量幼苗才能生长，叶片制造的有机物量大于呼吸消耗量未必是整个植株制造的有机物量大于呼吸消耗量，C错误；干旱胁迫对马尾松幼苗的生长有抑制作用，比正常情况下幼苗生长慢，并不是不生长，因此植株干重增加，D正确。
10．[2023·山东师范大学附中模拟]科研人员以野生型拟南芥为材料进行了相关实验，探究气孔开度的影响因素。首先对若干组野生型拟南芥进行干旱处理，发现其ABA含量均有所升高，进一步测定其叶肉细胞渗透压和气孔阻力，绘制出三者之间的变化关系，如图1所示，ABA调节机制与保卫细胞内K＋浓度有关，其作用机制如图2所示。
(1)拟南芥叶肉细胞中的光合色素分布在___________上，作用是__________________。可在体积分数为95%的乙醇中加入__________来代替无水乙醇提取色素。(2)据图分析可知，恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度，理由是________________________________________________。(3)由图2可知，K＋出细胞的运输方式是__________，ABA与受体结合后，通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用，即____________________________________________________，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态。(4)为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，研究者以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的________；若__________________________ ，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，光合作用增强
促进保卫细胞内钙离子增加，促进钾离子外流，同时抑制钾离子内流
实验组叶片的气孔阻力大于对照组
解析：（1）植物叶肉细胞中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，作用是吸收、传递和转化光能。在叶绿体色素的提取和分离实验中，可在体积分数为95%的乙醇中加入无水碳酸钠来代替无水乙醇提取色素。（2）据图分析可知，恢复浇水后ABA含量降低，气孔阻力减小，CO2供应增加，而CO2是光合作用的原料之一，则光合作用增强，故恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度。（3）细胞内的K＋浓度高于细胞外，故K＋出细胞为顺浓度梯度运输，且需要蛋白质的协助，故运输方式是协助扩散。由图2可知，当ABA与受体结合后，促进保卫细胞内Ca2＋增加，促进K＋外流，使气孔关闭，同时抑制K＋内流，调节保卫细胞内K＋浓度，使气孔维持关闭状态（抑制气孔开放），即通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用。
（4）由于当ABA与受体结合后，使气孔维持关闭状态，故为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体基因（ABA受体增多）的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养，自变量为ABA受体的多少，因变量的指标应为叶片的气孔阻力。若实验组（超表达ABA受体基因的拟南芥植株）叶片的气孔阻力大于对照组（野生型拟南芥植株），则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。
题组预测四 基于学科核心素养的长句应答类专训11．[2023·江西宜春一中模拟]苹果名称最早是见于明代王世懋的《学圃余疏》“北土之苹婆果，即花红一种之变也。”主要分布在新疆、宁夏地区，一般生长在山坡梯田、平原旷野以及丘陵等地。苹果喜光、耐寒、要求较冷凉及干燥的气候，不耐瘠薄，适于土质疏松、深厚肥沃、排水良好的中性或微酸性的砂质壤土。繁殖方式有块茎法、嫁接法、播种法、扦插法，自然繁殖后代方式用种子进行传播，其中嫁接繁殖最快。
图1表示上午10时记录的苹果树某枝条上不同位置叶片的净光合速率。图2表示某装置中氧浓度对苹果种子CO2释放量的影响，请回答下列问题：
(1)图1中，限制第5片叶光合速率的主要环境因素可能是____________。图2中影响A点位置高低的主要环境因素是________。(2)图1中，第10片叶的叶绿体固定的CO2来自____________________________。(3)图2中，B点时，苹果种子细胞内可以产生CO2的场所是____________________。为了有利于贮存苹果种子，贮藏室内的氧气浓度应该调节到________(填“A”或“B”)点所对应的氧气浓度。(4)图1中，第5片和第15片叶的总光合速率________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”)，原因是_____________________________ _______________________________________________。
线粒体（基质）和外界环境（空气）
细胞质基质和线粒体基质
总光合速率为净光合速率与呼吸速率之和，图中两片叶的净光合速率相等，但呼吸速率不一定相等
解析：（1）图1中，第5片叶位于枝条的下端，光照强度不足导致其光合作用速率较低；图2中，A点时，氧浓度为0，苹果种子细胞只进行无氧呼吸，影响无氧呼吸强度的主要原因是相关酶活性的大小，而影响酶活性的主要环境因素是温度，则影响A点位置高低的主要环境因素是温度。（2）第10片叶的净光合速率大于0，说明其光合速率大于呼吸速率，那么利用的二氧化碳就来自于两部分，一部分是呼吸作用产生（来自于线粒体），一部分是来自于外界环境（空气中）。（3）分析图2，随着氧浓度增加，无氧呼吸被抑制，有氧呼吸增强，因此B点既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。有氧呼吸在线粒体基质产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质产生CO2，因此B点时，苹果种子细胞内可以产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质；在氧浓度为5%（B点对应氧浓度）时，CO2释放的相对值最低，说明此时细胞呼吸强度最低，有机物消耗得最慢，因此，为了有利于贮存苹果种子，贮藏室内的氧气量应该调节到图1中的B点所对应的浓度。 （4）总光合作用速率等于净光合作用速率加上呼吸作用速率，从图上可以看出第5片叶和第15片叶的净光合速率相等，但是此时二者的呼吸速率未知，因此二者的总光合作用速率不一定相等。
(5)图1中，第11～15片叶(幼叶)接受的光照、水分、CO2充足，温度适宜，但测定发现其总光合速率却比第10片叶(成熟叶)低。从影响光合作用的因素分析，可能的原因是______________________。(6)图1中，净积累在叶片中的有机物量少于叶片实际制造的有机物量的原因是：①叶片自身的呼吸作用消耗一部分有机物；②________________________。
叶龄较小，叶绿素含量较少
一部分有机物输出到其他部位
解析：（5）第11～15片叶所接受的外界条件都是最适宜的，但是其光合速率低，应考虑内因，叶片自身的原因，故可能的原因是叶龄较小，叶绿素含量较少。（6）叶肉细胞内光合作用制造的有机物一部分用于自身呼吸消耗，一部分转移到不进行光合作用的部位，其余积累在细胞内，因此净积累在叶片中的有机物量少于叶片实际制造的有机物量的原因是：①叶片自身的呼吸作用消耗一部分有机物；②一部分有机物输出到其他部位。
12．[2023·福建龙岩三模]研究发现，淀粉积累过多会导致水稻光合速率下降，推测原因可能是淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏。科研工作者对不同条件下叶绿体中的淀粉含量、可溶性糖含量进行研究，结果如图所示。
回答下列问题：(1)构成叶绿体类囊体薄膜的基本支架是____________。与叶绿体外膜相比，组成类囊体薄膜成分中占比更大的是__________。(2)若淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏，则会影响_____________的生成进而影响暗反应。(3)该实验的目的是__________________________________________________________。
探究一定时间内适当提升温度和CO2浓度对水稻叶绿体中淀粉含量和可溶性糖含量的影响（有同时提到温度和CO2浓度2个自变量，淀粉含量和可溶性糖含量2个因变量均可）
解析：（1）叶绿体的类囊体薄膜属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体的类囊体薄膜是光合作用光反应的场所，其上有催化光反应过程所需的酶，酶的本质多数是蛋白质，故与叶绿体外膜相比，组成类囊体薄膜成分中占比更大的是蛋白质。（2）类囊体是光反应的场所，光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，若淀粉在叶绿体中积累会导致类囊体薄膜被破坏，则会影响ATP和NADPH的生成，进而影响暗反应。（3）分析题意，本实验是科研工作者对不同条件下叶绿体中的淀粉含量、可溶性糖含量进行研究，结合题图可知，实验的自变量有不同温度、不同二氧化碳浓度和处理天数的不同，因变量是淀粉含量和可溶性糖含量，故可推知本实验的目的是探究一定时间内适当提升温度和CO2浓度对水稻叶绿体中淀粉含量和可溶性糖含量的影响。
(4)据实验结果分析：①在正常CO2浓度下，与常温相比高温下水稻的光合作用效率______(“更高”或“更低”)，依据是__________________________ ______________________________________________。②单独增施CO2不能持续提高水稻的光合作用效率，而增施CO2下适当提高温度能有效增强水稻的光合作用效率，推测原因可能是___________________________________________________________。(5)结合本实验的研究结果，建议种植水稻时可采取________________________________________措施(答1点即可)。
高温条件下，叶绿体中淀粉的含量和可溶性糖含量都较低（淀粉、可溶性糖要同时提到才可）
（增施CO2下适当提高温度时）叶绿体中淀粉的含量下降、可溶性糖含量上升，说明淀粉加速分解为可溶性糖，避免因淀粉在叶绿体中积累而导致类囊体膜被破坏（从而增强了水稻的光合作用效率）。
增施CO2时适当升高温度、单独增施CO2不超过29天
解析：（4）①分析题图可知，在正常CO2浓度下，与常温相比，高温下水稻叶绿体中淀粉的含量和可溶性糖含量都较低，两者可作为光合作用的产量指标，故与常温相比高温下水稻的光合作用效率更低。②二氧化碳是光合作用暗反应的原料之一，但单独增施CO2不能持续提高水稻的光合作用效率，而增施CO2下适当提高温度能有效增强水稻的光合作用效率，推测原因可能是：增施CO2下，适当提高温度时叶绿体中淀粉的含量下降、可溶性糖含量上升，说明淀粉加速分解为可溶性糖，避免因淀粉在叶绿体中积累而导致类囊体膜被破坏，从而增强了水稻的光合作用效率。（5）结合题图可知，单独增施二氧化碳时，在29天后，可溶性糖和淀粉的含量会有所降低，且结合（4）可知，增施CO2时适当升高温度也可提高光合速率，故据此判断，种植水稻时可采取的措施是：增施CO2时适当升高温度、单独增施CO2不超过29天。
13．[2023·河北沧州三模]下图是绿色植物光合作用的过程示意图，A～G代表物质，反应Ⅰ、Ⅱ为光合作用的两个阶段。已知图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，类囊体腔内的H＋浓度改变后，被激活的PSBS能抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放。回答下列问题：
(1)绿色植物通过光合作用，将叶绿体中色素吸收的光能最终转化为______________(填能量形式)储存在图中的__________(填字母)中。(2)反应Ⅱ发生的场所是__________。光照充足时对大棚中的作物使用CO2发生器，短时间内叶肉细胞中C5的含量将________(填“升高”或“下降”)。(3)H＋通过Z蛋白外流的同时促进了ATP的合成，因此Z蛋白的功能有________________________，B为_________。(4)据图分析，光照过强会导致类囊体腔内pH_______(填“升高”或“下降”)，该刺激激活PSBS后，可避免叶绿体结构被破坏；但光合作用产生的有机物会减少，原因是___________________________________________________________。
运输（H）和催化（ATP合成）
被激活的PSBS能抑制电子在类囊体膜上的传递，水的光解被抑制，导致NADPH和ATP合成量下降，C3的还原减少，所以光合作用产生的有机物减少
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