2027届高三生物一轮复习训练：课时规范练15　光合作用与细胞呼吸的联系及综合运用（含答案）

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必备知识基础练
1.如图表示某自养型生物进行光合作用和细胞呼吸的过程示意图,图中①~④表示反应过程。下列说法正确的是( )
A.反应①②发生的场所分别是类囊体薄膜和线粒体内膜
B.反应③④分别表示CO2的固定和有氧呼吸的第一、二阶段
C.NADP+是氧化型辅酶Ⅰ,是光合作用产生的e-的最终受体
D.反应①产生的ATP可用于反应③和其他消耗能量的反应
2.(2025·福建漳州一模)科研人员对盐胁迫下某品种海水稻的抗盐机理及生长变化进行研究。图1表示高盐胁迫条件下海水稻叶肉细胞内的相关数据;图2表示不同浓度NaCl培养液下海水稻根尖细胞内的相关数据(以150 mml/L NaCl溶液浓度为界分为低盐和高盐胁迫)。下列相关叙述错误的是( )
图1
图2
A.第15天之前,胞间CO2浓度下降可能与叶肉细胞吸收CO2增多有关
B.第15天之后,胞间CO2浓度上升主要受限于光反应产生的NADPH和ATP不足
C.低盐胁迫时,根尖细胞主要通过提高细胞内可溶性糖的浓度以适应盐胁迫
D.种植海水稻适时排水可改善氧气供应,促进根系细胞呼吸以利于吸收无机盐
3.(2026·湖南模拟)下图表示温度对大棚内栽培豌豆光合作用和细胞呼吸的影响,下列叙述错误的是( )
A.5 ℃时呼吸酶的酶活性会被抑制,导致黑暗中豌豆的耗氧速率较低
B.若实验对象改为缺Mg豌豆,则光照下的最大放氧速率会推迟出现
C.35 ℃时豌豆叶肉细胞中产生水和ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
D.40 ℃时豌豆的光合作用强度>细胞呼吸强度,仍需从外界吸收CO2
4.(2025·甘肃平凉模拟)如图为某植株光合作用强度和细胞呼吸强度在一天中随时间变化的曲线图。下列叙述错误的是( )
A.图示光合作用为实际光合作用,6时和24时时产生ATP的场所相同
B.图中2时细胞呼吸强度最低,与凌晨温度低导致相关酶活性降低有关
C.植物12时出现“午休现象”与中午温度过高、气孔关闭有关
D.图中6时和18时,该植株光合作用所需CO2全部来自叶肉细胞的细胞呼吸
5.(2025·四川宜宾模拟)宜宾方竹是蜀南竹海特有竹种,其竹笋富含微量元素,图甲、乙分别为方竹在其他条件适宜,不同温度、光照强度条件下相关指标的变化曲线,单位为mml/(cm2·h)。下列叙述正确的是( )
甲
乙
A.据图甲分析,与温度40 ℃相比,温度为30 ℃时方竹消耗CO2的速率快
B.据图甲分析,40 ℃条件下,若黑夜和白天时间相等,方竹能正常生长
C.据图乙分析,提高外界CO2的浓度和温度都会导致光补偿点D点左移
D.据图乙分析,影响C、D、E三点光合速率的主要环境因素是光照强度
关键能力提升练
6.(2025·天津模拟)在光照恒定、光合作用温度最适条件下,某研究小组用图1的实验装置测量一小时内密闭容器的变化量(绿色植物已消毒),绘成曲线如图2所示。下列说法正确的是( )
图1
图2
A.若第10 min时突然黑暗,叶绿体基质中C3的含量在短时间内将下降
B.该绿色植物前30分钟真正光合速率平均为64 μml CO2/min
C.适当提高温度进行实验,该植物光合作用的光饱和点将增大
D.若绿色植物未消毒,图2中的B点将更低
7.(2025·辽宁三模)为探索东北地区春小麦的适宜种植条件,某科研团队开展研究并得到不同处理条件下的数据,结果如下所示。
注:P表示喷灌;D表示滴灌;M1~M4表示由低至高的种植密度。
试根据数据分析,下列说法正确的是( )
A.上述实验的自变量为浇灌方式和种植密度,因变量为净光合速率
B.开花后第7天,喷灌条件M3组制造的有机物约为M4组的1.4倍
C.分析数据可知,滴灌条件下适当降低种植密度可提高春小麦的净光合速率
D.若用含18O标记的水进行浇灌,最终可以在植物体内检测到含标记的有机物
8.(2025·山东德州二模)光合作用产物的积累会影响反应的进行。下图表示某植物在夏季晴朗的一天不同时刻光合速率的变化。下列说法不正确的是( )
A.AB段限制光合速率的环境因素主要是光照强度
B.CD段光合速率下降的原因是气孔部分关闭,植物从外界获得的CO2减少
C.C点和E点时叶绿体内ATP的合成速率相等
D.EB段的光合速率低于BC段可能是叶片中光合产物积累所致
9.(11分)(2025·安徽卷)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1 a、b。
图1 a
图1 b
回答下列问题。
(1)据图1 a、b分析,低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸 ,原因是 。
有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为 中储存的能量。
(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2 a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2 b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设: 。
图2
说明:字母A~H表示一系列分子。
(3)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是 。
(4)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是 ,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是 。
10.(14分)(2025·陕西宝鸡二模)为测定光合作用速率的变化,某科研小组将番茄放入密闭的透明玻璃小室中,如图甲所示。将该装置放于自然环境中,测定夏季一昼夜小室内植物O2量的变化,结果如图乙。请据图分析并回答下列问题。
图甲
图乙
图丙
(1)图乙曲线中,BC段相比于AB段下降缓慢的原因是 ,D点时番茄叶肉细胞的光合强度 (填“大于”“等于”或“小于”)呼吸强度,此时产生ATP的场所有 。
(2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时对应图乙曲线中的 点。据图乙曲线分析,番茄经一昼夜的培养后,体内有机物总量的变化情况是 (填“增加”“减少”或“不变”)。
(3)如果要测定该植物的真正光合作用速率,还需增加一组实验,其设计思路是 。(4)该小组成员将番茄叶片放在温度适宜的密闭容器内,短时间测量容器内O2量变化,结果如图丙所示。若叶片的呼吸速率始终不变,则在5~15 min内,番茄叶片光合作用的平均速率(用单位时间内O2产生量表示)是 ml/min。
11.(16分)(2025·天津滨海新三模)水稻是我国重要的粮食作物之一,开展水稻高产攻关是促进粮食高产优产、筑牢粮食安全根基的关键举措。为获得优质的水稻品种,科学家开展了多项研究。根据所学知识分析回答下列问题。
(1)水和CO2是水稻光合作用的重要原料,通过放射性同位素标记法可以追踪氧元素、碳元素等的转移途径,光合作用过程中伴随着不同物质转化的同时发生的能量变化是 。
(2)科研人员探究了适宜光照强度和CO2浓度条件下不同温度对水稻光合放氧速率和呼吸耗氧速率的影响,结果如下图所示,图中代表呼吸耗氧速率的曲线是 (填“甲”或“乙”),理由为 。
(3)为研究水稻对弱光和强光的适应性,科研人员对水稻叶片照光1 h后,通过观察发现弱光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的受光面,其生理意义是 。
(4)在强光条件下,叶肉细胞气孔关闭使CO2吸收受阻,此时过高的O2会在R酶的作用下氧化C5生成CO2,这一过程被称为光呼吸,光呼吸与光合作用相伴发生,其过程如下图所示,据图分析,光合作用CO2的来源除了外界环境外,还可来自 和 。实际生产中可以通过提高CO2浓度达到增产的目的,请从R酶的角度解释其原理: 。
(5)研究人员将改变光呼吸的相关基因转入某种水稻野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,在最适温度下测定净光合速率,结果如图。据图1分析,7~10时随光照强度逐渐增强,转基因株系1和2净光合速率逐渐高于野生型植株(WT),分析原因: 。当CO2浓度高于600 μml/ml时,限制株系1和野生型植株光合速率的主要环境因素分别是 、 ,生产实践中你会选择哪种株系进行推广种植并说出依据。 。
图1
图2
参考答案
必备知识基础练
1.D 解析 若该自养型生物为蓝细菌,没有线粒体和叶绿体,则其反应①②发生的场所不是类囊体薄膜和线粒体内膜,A项错误。反应③表示暗反应过程,包括CO2的固定和C3的还原,B项错误。NADP+是氧化型辅酶Ⅱ,C项错误。反应①产生的ATP可用于反应③和其他消耗能量的反应,如叶绿体色素合成、叶绿体内基因的表达等,D项正确。
2.C 解析 由图1可知,第15天之前,胞间CO2浓度下降,同时色素相对含量变化不大,说明叶肉细胞吸收CO2增多,A项正确。第15天之后,色素相对含量下降,光反应减弱,产生的NADPH和ATP不足,暗反应受影响,CO2消耗减少,胞间CO2浓度上升,B项正确。由图2可知,低盐胁迫时,根尖细胞内无机盐相对浓度上升更明显,说明根尖细胞主要通过提高细胞内无机盐浓度以适应盐胁迫,C项错误。适时排水可改善氧气供应,促进根系的有氧呼吸,为无机盐吸收(主动运输)提供能量,利于吸收无机盐,D项正确。
3.B 解析 酶活性受温度影响,5 ℃时温度较低,呼吸酶的活性被抑制,导致黑暗中豌豆耗氧速率(呼吸速率)较低,A项正确。缺Mg会影响叶绿素合成,降低光合速率,但不会影响催化光合作用和细胞呼吸酶的最适温度,所以最大放氧速率不会推迟,B项错误。35 ℃时豌豆叶肉细胞中既进行光合作用又进行细胞呼吸,两个生命活动既消耗水,又产生水,即产生水和ATP的细胞器有线粒体和叶绿体,C项正确。40 ℃时,光照下放氧速率(净光合速率)大于0,说明光合作用强度大于细胞呼吸强度,净光合速率大于0时需要从外界吸收CO2,D项正确。
4.D 解析 6时,光合作用强度为0,说明图示光合作用表示总光合速率,6时与24时相比,产生ATP的场所均为细胞质基质、线粒体,A项正确。温度会影响酶的活性,凌晨温度低,与细胞呼吸相关的酶活性降低,导致2时细胞呼吸强度最低,B项正确。植物12时出现的“午休现象”与中午温度过高、气孔关闭导致CO2供应不足有关,C项正确。图中6时和18时总光合速率为0,该植株光合作用所需CO2全部来自该植株所有细胞的细胞呼吸,D项错误。
5.D 解析 图甲中,CO2吸收速率表示净光合速率,CO2产生速率表示呼吸速率,消耗CO2速率是指总光合速率,温度为30 ℃时,总光合速率=8+2=10[mml/(cm2·h)];温度为40 ℃时,总光合速率=5+5=10[mml/(cm2·h)],因此,温度为30 ℃和40 ℃时,方竹消耗CO2的速率相等,A项错误。40 ℃条件下,方竹净光合速率和呼吸速率相等,均为5 mml/(cm2·h),若白天和黑夜时间相等,则黑夜期间(12小时)细胞呼吸消耗量为5×12=60[mml/(cm2·h)],白天(12小时)有机物积累量为5×12=60[mml/(cm2·h)],一昼夜之后,植物有机物积累量为0,植物不能正常生长,B项错误。图乙是在最适条件下,测得该植物在不同光照强度下的CO2吸收量,提高外界CO2的浓度和温度都会导致光补偿点D点右移,C项错误。图乙中,影响C、D、E三点光合速率的主要环境因素都是光照强度,D项正确。
关键能力提升练
6.B 解析 若第10 min时突然黑暗,光反应产生的ATP和NADPH含量下降,抑制暗反应中C3的还原,叶绿体基质中C3的含量在短时间内将增加,A项错误。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,由AB段可以计算出净光合速率=(1 680-180)/30=50(μml CO2/min),由BC段可以计算出呼吸速率=(600-180)/30=14(μml CO2/min),因此真正光合速率平均为64 μml CO2/min,B项正确。由题意可知,该实验在最适温度条件下进行,因此适当提高温度进行实验,光合速率下降,导致该植物光合作用的光饱和点将下降,C项错误。若绿色植物未消毒,微生物会进行细胞呼吸产生CO2,导致容器内CO2浓度升高,图2中的B点将更高,D项错误。
7.D 解析 实验的自变量除了浇灌方式和种植密度之外,还包括开花后天数,A项错误。制造的有机物应为总光合速率,从题干中只能得到净光合速率,无法得知细胞呼吸速率,所以无法计算并比较,制造的有机物的量,B项错误。由题图可知,滴灌条件下M3的净光合速率相对来说较高,所以滴灌条件下适当提高种植密度可提高春小麦的净光合速率,C项错误。水光解释放的O2可通过细胞呼吸转化为CO2中的氧,CO2可以在光合作用的暗反应中转化成有机物,D项正确。
8.C 解析 AB段,随着光照强度的增加,光合速率逐渐增大,因此限制光合速率的环境因素主要是光照强度,A项正确。CD段光照强度过大,光合速率下降的原因是气孔部分关闭,植物从外界吸收的CO2减少,B项正确。C点和E点时光合速率不同,C点的光合速率大于E点的光合速率,叶绿体内ATP的合成速率不相等,C项错误。EB段的光合速率低于BC段可能是叶片中光合产物积累抑制光合速率所致,D项正确。
9.答案 (1)增强 在低氧胁迫下,OE的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT NADH
(2)有氧呼吸第二阶段代谢路径为
(3)NtPIP基因过量表达株的根细胞有氧呼吸增强,可吸收更多的无机盐,促进光合作用,使叶片净光合速率高于野生型
(4)NADP+(或辅酶Ⅱ) H2O(或水)
解析(1)从图1 a看,低氧(HT)条件下,OE组(NtPIP基因过量表达株)根细胞呼吸速率高于WT组(野生型),且结合图1 b氧浓度,OE组能获取更多氧气。有氧呼吸第二阶段,丙酮酸分解,其中大部分化学能转化为NADH中储存的化学能,少部分以热能形式散失。
(2)在图2 a中,添加丙二酸阻遏E转化,加入A、B、C时E都累积,说明A、B、C在E之前的代谢路径;图2 b中,添加丙二酸阻遏E转化,加入F、G、H时E也累积,说明H可以转化为A。综合可知,有氧呼吸第二阶段代谢路径是,中间步骤被丙二酸阻断会使E累积。
(3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的根细胞有氧呼吸增强,可吸收更多的无机盐,促进光合作用,使叶片净光合速率高于野生型。
(4)光合作用光反应中,水在光下分解为O2、H+和电子,水是最终电子供体;产生的电子传递给NADP+,使其结合H+形成NADPH,所以最终电子受体是NADP+(辅酶Ⅱ)。
10.答案 (1)温度下降,酶活性降低,细胞呼吸减弱 大于 细胞质基质、叶绿体、线粒体
(2)H 增加
(3)设置与图甲相同的装置,将其遮光处理,并放在与图甲装置相同的环境条件下
(4)6×10-8
解析 (1)凌晨2时到4时,此时外界温度降低,酶活性降低,植物的细胞呼吸减弱,吸收的O2也减少,故BC段相比于AB段下降缓慢。图乙中,D点时该植物的光合强度和呼吸强度相等,叶肉细胞的光合强度大于呼吸强度,此时产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。
(2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时,此时装置内O2含量达到最大,对应乙曲线中的H点。图乙中24时玻璃罩内O2的相对含量比0时要高,说明番茄体内有机物合成大于有机物分解,有机物总量增加。
(3)本实验测得数据为植物的净光合速率,如果要计算植物的真正光合速率,需测定植物的呼吸速率,即植物真正光合速率=植物净光合速率+植物的呼吸速率,故实验思路为设置一组实验,将其遮光处理,此时植物不能进行光合作用,其他条件与甲装置相同,此时测定的是植物的呼吸速率,最后将测得呼吸速率和净光合速率相加即可得真正光合速率。
(4)0~5 min,番茄叶片在黑暗中只进行细胞呼吸,所以呼吸速率=(5-4)×10-7÷5=2×10-8(ml/min),5~15 min,小麦的净光合速率=(8-4)×10-7÷10=4×10-8(ml/min),番茄叶片光合作用的平均速率=净光合速率+呼吸速率=6×10-8(ml/min)。
11.答案 (1)光能→活跃的化学能→稳定的化学能
(2)甲 常温下光合作用产生O2的量大于细胞呼吸消耗O2的量,这样植物才能积累有机物,正常生长
(3)最大程度吸收光能,以适应弱光环境
(4)光呼吸 细胞呼吸 可促进R酶催化更多的C5与CO2结合,减少C5与O2的结合,从而降低光呼吸
(5)转基因株系1和2的光呼吸被抑制 光照强度 CO2浓度和光照强度 选择株系1,三种株系中株系1的净光合速率最高
解析 (1)光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段,光反应阶段将光能转变为NADPH和ATP中活跃的化学能,暗反应阶段将NADPH和ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。
(2)常温下光合作用产生O2的量大于细胞呼吸消耗O2的量,这样植物才能积累有机物,正常生长,因此甲代表呼吸耗氧速率,乙代表光合放氧速率。
(3)叶绿体是光合作用的场所,光合作用需要有光才能进行,弱光照射的细胞中叶绿体集中分布在细胞的受光面,能最大程度吸收光能,以适应弱光环境。
(4)细胞呼吸可产生CO2,由题图可知,CO2还可来自光呼吸;光呼吸会消耗C5,从而抑制光合作用,实际生产中可以提高CO2浓度,以促进R酶催化更多的C5与CO2结合,减少C5与O2的结合,从而降低光呼吸,达到增产的目的。
(5)研究人员将改变光呼吸的相关基因转入某种水稻野生型植株(WT),得到转基因株系1和2,转基因株系1和2的光呼吸被抑制,转基因株系1和2的净光合速率逐渐高于野生型植株(WT);由题图1可知,当CO2浓度高于600 μml/ml时,随着CO2浓度的增大,株系1的净光合速率不再增大,限制因素主要是光照强度,而当CO2浓度高于600 μml/ml时,增大CO2浓度,野生型植株的净光合速率仍在增大,说明限制因素是CO2浓度,结合图1,增大光照强度,野生型植株的净光合速率增大,说明当CO2浓度高于600 μml/ml时,限制野生型植株光合速率的主要环境因素是CO2浓度和光照强度;三种株系中,株系1的净光合速率最高,因此生产实践中宜选择株系1进行推广种植。