江苏专版2021届高考生物二轮复习专题3细胞呼吸与光合作用课件

这是一份江苏专版2021届高考生物二轮复习专题3细胞呼吸与光合作用课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·三步夯实，②⑤⑦⑧，②③⑨，①②⑤⑥⑦⑨，关键能力·多维提升，名师点拨，专题能力提升练等内容，欢迎下载使用。
专题3　细胞呼吸与光合作用
必备知识·三步夯实
1【主干知识 体系构建】
2【易错易混 分点排查】1.下列关于细胞呼吸的叙述,正确的有_________。①种子萌发过程中细胞呼吸速率没有明显变化②ATP分子高能磷酸键中能量主要来自呼吸作用③酵母菌呼吸过程中产生H2O的场所是线粒体基质④人体剧烈运动产生的CO2来自有氧呼吸与无氧呼吸⑤有氧呼吸第二阶段消耗水,第三阶段产生水⑥肺炎双球菌有氧呼吸产生二氧化碳的场所是线粒体基质⑦无氧呼吸只在第一阶段生成少量的ATP
②⑤⑦⑧
⑧选用透气的消毒纱布包扎伤口,可以避免厌氧病菌的繁殖,从而有利于伤口的痊愈⑨进入夜间,叶肉细胞内ATP的合成停止
2.下列关于光合作用基本过程的叙述,正确的有_______。①光反应阶段不需要酶的参与②暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗③光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能④蓝藻细胞水的光解发生在叶绿体的类囊体薄膜上⑤光合作用产生的[H]进入线粒体中参与H2O的生成
②③⑨
⑥CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能⑦CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类⑧被还原的C5在有关酶的作用下,可再形成C3⑨光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂
3.下列关于影响光合作用速率的叙述,正确的有_____________。①温度和光照会影响CO2的固定速率②光照强度由强变弱时,短时间内C3含量会升高③当植物体有机物积累量为零时,叶肉细胞的呼吸速率等于光合速率④植物生长速率取决于总光合量⑤增施氮肥和磷肥,促进茎叶生长,能增大光合作用面积
①②⑤⑥⑦⑨
⑥提高温室中CO2浓度,能提高光合作用速率⑦适当增加光照强度,能提高光合作用速率⑧覆盖温室的薄膜应是绿色的⑨构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
3【高考真题 拆项诊断】根据细胞呼吸与光合作用的知识,判断下列说法正误:1.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖。(2019·全国卷Ⅱ·T2A) ( )分析:马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物只有乳酸,没有葡萄糖。2.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来的。(2019·全国卷Ⅱ·T2B) ( )3.在高等植物细胞中,光合作用的光反应只发生在生物膜上。(2018·海南卷·T4改编) ( )
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√
4.生物有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸。(2018·全国卷Ⅲ·T5C) ( )分析:生物有氧呼吸的产物是CO2和H2O,有些生物(如酵母菌)无氧呼吸的产物是CO2和酒精,有些生物(如乳酸菌)无氧呼吸的产物是乳酸。5.蓝藻细胞的能量来源于其线粒体的有氧呼吸过程。(2018·全国卷Ⅰ·T1C) ( )分析:蓝藻为原核生物,细胞进行光合作用时能量来源于太阳能,细胞呼吸时能量来源于有机物在细胞质基质中的氧化分解。
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6.癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用(2020·山东等级考·T2C) ( )7.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏(2020·江苏高考·T6B)( )分析:绿叶中色素的提取和分离实验中,研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3),可防止研磨时叶绿素被破坏。
√
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8.在厌氧发酵的果汁中加入酸性重铬酸钾溶液,混匀后由蓝色变成灰绿色(2020·江苏高考·T17B) ( )分析:重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应,由橙色变成灰绿色。9.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多(2020·全国Ⅰ卷·T2D) ( )分析:若同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,若无氧呼吸产生酒精,则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量,若无氧呼吸产生乳酸,则消耗的氧气量等于二氧化碳的生成量。
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关键能力·多维提升
考点一 细胞呼吸与光合作用的过程(理解能力) 【典型考题 精讲研析】典例1(2020·日照一模)大多数植物气孔的开闭都遵循昼开夜闭的近似昼夜节律。但在干旱条件下,气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合,称为“气孔振荡”。分析回答:(1)气孔的昼开夜闭与叶片胞间CO2浓度的变化密切相关。白天,________,导致胞间CO2浓度下降,气孔张开。夜间气孔关闭的原因是____________。 (2)“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应,有利于植物生理活动的正常进行。其原因是____________。 
(3)玉米的叶片直立,其上、下表面气孔数目较为接近;向日葵叶片平展,其下表面的气孔数量较多;有些水生植物,只在叶片上表面分布有气孔。试运用现代生物进化理论解释上述现象产生的原因:________________。 
【名师点拨】
【解析】(1)白天植物光合作用强度大于呼吸作用强度,导致胞间CO2浓度下降,气孔张开,环境中的CO2通过气孔进入细胞,在叶绿体中参与光合作用。夜间植物光合作用停止,而呼吸作用持续进行,导致胞间CO2浓度上升,CO2溶于水之后呈酸性,保卫细胞pH下降,水势上升,保卫细胞失水,使气孔关闭。
(2)“气孔振荡”指的是在干旱条件下,气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合,而气孔的张开和关闭控制着植物水分蒸腾和CO2的吸收,故周期性的开闭气孔可以避免水分的过度蒸腾散失,同时保证光合作用所需CO2的供应,使光合作用正常进行。(3)在自然选择作用下,适应环境的个体有更多的机会产生后代,种群中相应基因的频率会不断提高,朝着适应环境的方向不断进化。
答案:(1)光合作用强度大于呼吸作用强度　光合作用停止,而呼吸作用持续进行,导致胞间CO2浓度上升 (2)既能降低蒸腾作用强度,又能保证CO2供应,使光合作用正常进行(3)在自然选择作用下,种群的基因频率发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化
【母题延伸】——长句专项突破高温、干旱环境中植物出现光合午休的原因是_________________________________________________________________。
防止水分过度蒸发,气孔部分
关闭,CO2的供应减少,影响光合作用的暗反应
【答题策略】 光合作用和细胞呼吸中的物质和能量转化(1)光合作用:①物质变化:H2O→O2+[H]、CO2→C3→C5+(CH2O);②能量变化:光能→ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能。(2)细胞呼吸:①物质变化:C6H12O6 2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]、2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O6CO2+20[H]、24[H]+6O2 12H2O;②能量变化:(CH2O)中稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)和热能。
【核心知识 精准解读】1.图解光合作用与细胞呼吸的过程:

2.图解C、H、O三种元素的转移途径:
3.图解光合作用与细胞呼吸中[H]和ATP的来源及去路:(1)比较[H]的来源和去路:


(2)比较ATP的来源与去路:


4.图解四种状况下“光合作用与细胞呼吸”关系:

【热点预测 精练题组】考向一 细胞呼吸的过程1.(2020·全国Ⅰ卷)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖,下列关于种子呼吸作用的叙述,错误的是 (　　)A.若产生的CO2与乙醇的分子数相等,则细胞只进行无氧呼吸B.若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等C.若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放D.若细胞同时进行有氧和无氧呼吸,则吸收O2的分子数比释放CO2的多
【解析】选D。本题主要考查有氧呼吸和无氧呼吸的过程及呼吸方式的判断。种子以葡萄糖为呼吸底物,有氧呼吸和无氧呼吸产生乙醇的过程均产生CO2,但是无氧呼吸产生的CO2与乙醇分子数相等,A项正确;无氧呼吸只释放CO2,不吸收O2,若细胞只进行有氧呼吸,则吸收O2的分子数与释放CO2的相等,B项正确;由于种子细胞进行无氧呼吸时,不吸收O2,产物是CO2和乙醇或乳酸,若产物是乳酸,则无O2吸收也无CO2释放,C项正确;若细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸产生乳酸的过程,则吸收O2的分子数与释放CO2的一样多,D项错误。
考向二 光合作用的过程2.(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是 (　　)A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合作用色素
【解析】选A。本题主要考查光合作用过程。该反应体系相当于叶绿体,产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质,A项正确;该反应体系不断消耗的物质还有水,B项错误;类囊体产生的O2释放出去,不参与CO2的固定与还原,C项错误;类囊体薄膜上分布有光合作用色素,D项错误。
考向三 细胞呼吸和光合作用的关系3.(2020·南师大附中模拟)在细胞能量代谢的过程中,光合作用和细胞呼吸都有[H]产生,下列有关[H]的说法,正确的是 (　　)A.光合作用产生的[H]不可用于细胞呼吸,但细胞呼吸产生的[H]可以用于光合作用B.葡萄糖进入线粒体后在线粒体基质中被彻底分解并产生大量[H]C.光合作用产生的[H]既可用于三碳化合物的还原,还能提供能量D.在光合作用中CO2可直接被[H]还原,再经过一系列变化形成糖类
【解析】选C。光合作用产生的[H]不可用于细胞呼吸,细胞呼吸产生的[H]也不可以用于光合作用,A错误;葡萄糖是在细胞质基质中被分解成丙酮酸和少量[H],而后丙酮酸进入线粒体,在线粒体基质中被分解成CO2和[H],B错误;光合作用产生的[H]既可用于三碳化合物的还原,同时[H]还能提供能量,C正确;在光合作用过程中,CO2不能直接被[H]还原,CO2需要先与C5化合物结合形成C3化合物后,才可被[H]还原成糖类等,D错误。
4.(多选)(2020•南通二模)如图表示蚕豆叶肉细胞叶绿体中部分代谢变化,其中M、N、X代表小分子物质,①、②、③代表生理过程。有关叙述正确的是 (　　)A.组成M的化学元素来源于H2O和ADPB.物质X由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成C.完成过程①离不开生物膜,过程②、③在叶绿体基质中完成D.过程③的物质转化过程是CO2→C5→C3→C6H12O6
【解析】选B、C。分析题图可知:①为水的光解,②为DNA的合成过程,③为光合作用的暗反应过程;X为组成DNA的基本单位脱氧核苷酸,N为ATP,M为[H]和O2。 [H]和O2中的元素来自H2O,A错误;物质X为脱氧核苷酸,是由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成的,B正确;过程①是水的光解,场所为叶绿体类囊体薄膜,过程②为DNA分子的复制,③为暗反应过程,在叶肉细胞中的反应场所均为叶绿体基质,C正确;过程③(暗反应)物质转化过程是CO2→C3→C6H12O6,D错误。

考点二 影响细胞呼吸和光合作用的因素(解决问题能力) 【典型考题 精讲研析】典例 2(2017•全国卷Ⅰ·改编)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____________________,乙种植物净光合速率为0时,甲种植物净光合速率______　(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强,原因是___________________________________。 (3)在甲植物的CO2补偿点时,叶肉细胞的光合速率____(填“大于”“等于”或“小于”)细胞呼吸速率;为提高植物光合作用产量,农民常向种植地内施加有机肥以增加____　和______　的供应。
【名师点拨】
【解析】本题主要考查了影响光合作用、有氧呼吸因素的相关知识。(1)将正常生长的甲、乙两种植物放入同一密闭小室中,适宜条件下给予光照,甲、乙两种植物都进行光合作用,当光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2量时,密闭小室中的CO2浓度逐渐下降,受CO2浓度的制约,光合作用速率也随之降低。当密闭小室中CO2浓度下降到CO2补偿点时,植物的光合速率等于呼吸速率,净光合速率为0。因为甲种植物CO2补偿点大于乙种植物,所以当密闭小室中CO2浓度达到乙种植物CO2补偿点时,甲种植物光合速率小于呼吸速率,即净光合速率小于0。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,给予光照,甲种植物可进行光合作用,通过光合作用释放O2,O2与NADH反应生成水,这是有氧呼吸的第三阶段。故光合作用产生O2增多时,使细胞的有氧呼吸增强。(3)在甲植物的CO2补偿点时,植物的光合速率等于细胞呼吸速率,整株植物只有绿色部分才能进行光合作用,所以叶肉细胞的光合速率大于细胞呼吸速率;为提高植物光合作用产量,农民常向种植地内施加有机肥以增加CO2和矿质元素的供应。
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,光合速率也随之下降　小于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,有氧呼吸会增强(3)大于　CO2　 矿质元素
【母题延伸】——长句专项突破土壤板结时光合速率下降的原因是_____________________________________________________________________________________________________。
土壤中缺氧,根细胞呼吸产生的ATP减少,
影响了矿质元素的吸收,从而影响了光合色素和酶的合成,使光合作用减弱
【答题策略】解答原因、原理分析类长句满分技巧1.失分原因:表达不全,逻辑不严谨,语言不规范。2.应对策略:因果关系法。3.解题步骤:(1)审题,找出因和果,也就是在什么条件下出现了什么现象。(2)利用生物学知识顺序搭建完整逻辑链条,类似于:“因为……,所以……;又因为……,所以……”。
(3)科学、规范、完整组织答案。如例题中(1)问,结合题干信息可能给出的答案有:答案1:密闭小室中CO2的浓度降低(前后不搭,比较突兀,不能得满分)。答案2:光合作用吸收CO2使密闭小室中CO2的浓度降低(没有描述光合作用和呼吸作用的关系,不能得满分)。
【核心知识 精准解读】1.图解光合作用速率和细胞呼吸速率的曲线:(1)图示。(2)真正光合速率(又称总光合速率)=净光合速率(又称表观光合速率)+细胞呼吸速率(黑暗中测量)。

2.图解影响细胞呼吸的因素:


3.图解影响光合作用的因素:
(1)光照强度(如图1):①原理:主要影响光反应阶段ATP和NADPH的产生。②分析P点后的限制因素:
(2)CO2的浓度(如图2):①原理:影响暗反应阶段C3的生成。②分析P点后的限制因素:(3)温度:通过影响酶的活性来影响光合作用(如图3)。
4.图解夏季晴朗天气一昼夜中植物代谢强度变化曲线:(1)图甲中b点变化的原因:由于凌晨温度下降,呼吸酶活性降低,CO2释放速率下降。
(2)光合作用开始的点在图甲中为c点,在图乙中为C点。图甲cd段中,光合作用速率小于呼吸作用速率,相当于图乙中的CD段。(3)图甲d点为光的补偿点,光合作用速率等于呼吸作用速率,相当于图乙中D点,此时玻璃罩内CO2浓度最高。(4)图甲dh段中,光合作用速率大于呼吸作用速率,玻璃罩内CO2浓度持续降低。h为光的补偿点,光合作用速率等于呼吸作用速率,相当于图乙中H点,此时玻璃罩内CO2浓度最低,植物体内有机物积累最多,玻璃罩内O2浓度最高。
(5)图甲中ef段与gh段都是下降趋势,但原因不同:①ef段是由于部分气孔关闭,CO2供应不足,暗反应速率减慢,光合作用速率下降。②gh段是因为光照强度逐渐减弱,光反应速率减慢,光合作用速率下降。(6)图甲中h点后,光照越来越弱,玻璃罩内CO2浓度开始增加,说明呼吸作用速率大于光合作用速率。(7)判断一昼夜植物体内出现有机物积累的依据是I点时玻璃罩内二氧化碳浓度低于A点。
【热点预测 精练题组】考向一 影响细胞呼吸与光合作用的因素的曲线分析1.(2020·苏州模拟)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如图所示(注:光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析,下列叙述正确的是 (　　)
A.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率D.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
【解析】选A。分析曲线可知,曲线与横坐标的交点(即光补偿点)代表光合作用与呼吸作用速率相等,此点之后植物开始积累有机物。图乙显示大豆单作光补偿点和光饱和点均大于间作;图甲显示桑树间作时光饱和点大于单作。大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作,A正确;与单作相比,间作时桑树光合作用的光饱和点较大,而大豆的光饱和点小,B错误;由图可知,大豆在弱光时间作的光合速率比单作还要高,C错误;曲线显示大豆间作时呼吸作用比单作时变小,D错误。
2.(多选)(2020·潍坊二模)如图为某植物CO2消耗速率和CO2吸收速率随时间的变化曲线。下列说法正确的是 (　　)A.该植物在7:00开始进行光合作用B.在18:00时,该植物有机物的积累量达到最大C.与18:00相比,7:00时C3的还原速率较快D.曲线b在10:00～12:00下降的主要原因是气孔关闭导致暗反应减弱
【解析】选B、C。该植物在7:00前就已进行光合作用,只是光合作用强度小于呼吸作用强度,A错误;18:00是一天中第二个光补偿点,植物有机物的积累量达到最大,B正确;7:00与18:00相比,CO2消耗速率高,故7:00时C3的还原速率较快,C正确;曲线a在10:00～12:00继续升高,说明暗反应并未减弱,曲线b在10:00～12:00下降的主要原因是气温升高,呼吸作用强度增强,所以吸收的二氧化碳减少,D错误。
考向二 影响细胞呼吸、光合作用因素的柱形图、表格分析3.(2020•扬州模拟)全球温室效应造成的气候问题将影响着我国多地,科研人员在实验室中模拟研究了现实环境、高温、高CO2浓度、高温且高CO2浓度4种条件下水稻的净光合速率变化,得到如图1所示的结果。
(1)据图可知晴天的净光合速率在四种条件下比阴天　　　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)阴天和晴天时高CO2实验处理下水稻净光合速率比高温且高CO2都高,最可能的原因是高温使植物　　　　　　　明显增高从而降低了净光合速率。 
(3)科研人员进一步研究发现高温能诱导细胞产生自由基从而影响到膜的稳定性,如图2显示实验数据。
①高温影响的膜是　　　　　　　　　膜,自由基的产生和积累可能是破坏了膜成分中的　　　　　　　,使膜的结构和功能受到破坏。 ②图中正常温度的组别属于实验中的　　　　　　　　组,从图中数据看,极端高温自由基产生速率随时间的延长而　　　　　　　　　　　。 (4)综上可推测极端高温天气产生的热害会导致植物的光合速率下降甚至死亡,试分析可能的原因有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
【解析】(1)晴天的光照强度大,光反应能合成更多的ATP和NADPH用于暗反应,使光合速率整体偏高。(2)高温提高呼吸作用的速率较提高光合作用速率更显著,所以高温组净光合速率略有下降,高温且高CO2浓度条件下,净光合速率明显升高但比高CO2浓度组略低。(3)①自由基是细胞中异常活泼的带电分子或基团,是在电离辐射等因素下产生的,常攻击生物膜的磷脂分子或者蛋白质分子,使膜的结构和功能受到破坏。②正常温度属于对照组,从图中看出温度越高,随着时间的推移,自由基产生速率就越高。(4)极端高温天气使生物膜受到破坏导致光合作用下降,可能的原因有气孔关闭、叶绿体膜被破坏、酶活性降低甚至失活、生物膜被破坏使细胞不能维持正常生命活动。
答案:(1)普遍较高　晴天的光照强度大,光反应能合成更多的ATP和[H]用于暗反应(2)呼吸作用(3)①生物　蛋白质分子(和磷脂分子)　②对照　逐渐增加(4)气孔关闭、叶绿体膜被破坏、酶活性降低甚至失活、生物膜被破坏使细胞不能维持正常生命活动等 
4.将某植物幼苗置于密闭恒温箱中,8～24时给予恒定强度光照,24时至次日8时为黑暗条件,如表为不同时间点测定恒温箱中CO2浓度(μL/L)的结果。回答下列问题:
(1)植物叶肉细胞中主要吸收红光和蓝紫光的色素统称为________,叶绿体中增加色素附着面积的结构是______。 (2)8～12时之间,CO2浓度____(填“是”或“不是”)限制光合作用的因素。12～24时之间叶肉细胞中产生[H]的细胞器是 ,在此期间容器中CO2浓度维持在180 μL/L 基本不变,说明________________________________。 (3)黑暗条件下细胞呼吸速率变化情况是 ,这一天实验结束后,幼苗的干重 (填“增加”“不变”或“减少”)。判断依据是__________　。 (4)若恒温箱中氧气为18O2,在CO2中最快出现18O需要经过的反应阶段依次是________。 
【解析】(1)光合作用的色素中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。叶绿体中增加色素附着面积的结构是类囊体薄膜。(2)据表分析,8～12时之间,密闭恒温箱内的CO2浓度是限制光合作用的因素。12～24时之间二氧化碳浓度基本不变,此时光合作用强度等于呼吸强度,叶肉细胞中产生[H]的细胞器是叶绿体和线粒体。(3)据表分析,1～4时恒温箱内二氧化碳浓度增加速率相同,其后逐渐减少,所以黑暗条件下细胞呼吸速率变化情况是先不变,后逐渐减弱。根据表中数据,一天实验结束后,二氧化碳浓度增加,有机物消耗,所以幼苗干重减少。(4)恒温箱中氧气为18O2,在CO2中最快出现18O需要经过有氧呼吸第三阶段先形成水,然后再参与有氧呼吸第二阶段形成CO2。
答案:(1)叶绿素　类囊体薄膜(2)是 　叶绿体和线粒体　 光合作用强度等于细胞呼吸强度或净光合作用为零(3)先不变,后逐渐减弱　减少　环境中的CO2浓度比初始状态高(4)有氧呼吸第三阶段、有氧呼吸第二阶段
考向三 影响细胞呼吸、光合作用的因素的综合分析5.(2020·河北名校联考)为探究光合作用的影响因素,科研人员用同一环境中生长的线蕨和石楠,在温度、光照和水分等条件适宜时测得实验数据如表(单位μmol·m-2·s-1)。下列相关分析错误的是 (　　)
*蒸腾比率:植物消耗1 mol水,通过光合作用固定的CO2微摩尔数。 A.升高CO2浓度对石楠光合速率的促进作用大于对线蕨的促进作用B.升高CO2浓度和施用磷肥都能促进石楠的光合速率,其中施磷肥的效果更明显C.由实验结果可推测,干旱对石楠光合作用的影响大于对线蕨光合作用的影响D.两种植物光合作用的最适CO2浓度均为539 μmol·mol-1
【解析】选D。通过比较表格净光合速率数据可知,升高CO2浓度对石楠光合速率的促进作用大于对线蕨的促进作用,A正确;通过比较表格净光合速率数据可知,升高CO2浓度和施用磷肥都能促进石楠的净光合速率,其中施磷肥的效果更明显,B正确;在相同CO2浓度下,不施磷肥和施磷肥时石楠的蒸腾比率都比线蕨低,所以干旱对线蕨光合作用的影响应小于石楠,C正确;在不施磷肥和施磷肥的条件下分别比较,CO2浓度在539 μmol•mol-1和CO2浓度在355 μmol•mol-1时,两种植物的净光合速率都在增加,所以两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355 μmol•mol-1,但不一定就是539 μmol·mol-1,D错误。
考点三 细胞呼吸、光合作用的实验(实验探究能力) 【典型考题 精讲研析】典例 3(2016•全国卷Ⅱ·改编)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,之后将等量的绿色溶液分别加入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表。
*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　 。(4)实践结果表明,大棚种植绿色植物时,应采用白色或无色塑料薄膜搭建顶棚,原因是______________________________________。
【名师点拨】
【解析】本题主要考查光合作用和细胞呼吸的相关知识。(1)依题意并结合表中信息可知:距日光灯的距离表示光照的强弱。2号试管遮光,其内的水草不能进行光合作用,但能进行呼吸作用;3～7号试管内的水草在有光的条件下,溶液颜色的变化是光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量的综合反映;1号试管为对照组,其中的NaHCO3可维持CO2浓度的相对稳定,2～7号试管为实验组。综上所述,若50 min后,1号试管的溶液是浅绿色,则说明2～7号试管的实验结果是由光合作用与呼吸作用引起的;若1号试管的溶液是蓝色,说明2～7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管因遮光,其内的水草不能进行光合作用消耗CO2,
但能通过呼吸作用释放CO2,所以试管内CO2浓度最高,X代表的颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色与对照组1号试管的相同,均为浅绿色,说明在此条件下水草的光合作用强度等于呼吸作用强度。 (4)白色或无色塑料薄膜透入白光,绿色植物在不同CO2 浓度下,白光做光源时净光合速率最高,因此大棚种植绿色植物时,应采用白色或无色塑料薄膜搭建顶棚。
答案:(1)不同光照强度下水草的光合作用与呼吸作用　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(4)白色或无色塑料薄膜透入白光,绿色植物在不同CO2 浓度下,白光做光源时的净光合速率最高
【核心知识 精准解读】1.小液滴移动法测定光合速率和呼吸速率:


(1)测定细胞呼吸速率:NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸释放的CO2,随着氧气的消耗,容器内气体压强减小,毛细管内的有色液滴左移,单位时间内有色液滴左移的体积表示细胞呼吸耗氧速率。注意事项:①若被测生物为植物,整个装置必须遮光处理。②对照组的设置是将所测生物灭活,其他各项处理与实验组完全一致。


(2)测定细胞呼吸类型:同时设置NaOH溶液组和蒸馏水组,植物需遮光处理,根据两组装置中有色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型。
(3)测定净光合速率:①原理:NaHCO3缓冲溶液保证了容器内CO2浓度的恒定,满足了绿色植物光合作用的需求。光照条件下植物释放的氧气,使容器内气体压强增大,毛细管内的有色液滴右移,单位时间内有色液滴右移的体积表示净光合作用释放氧气的速率。②结果:a.若有色液滴左移,说明光照较弱,细胞呼吸强度大于光合作用强度,吸收O2使瓶内气压减小。b.若有色液滴不动,说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度,生成O2量等于消耗O2量,瓶内气压不变。
2.黑白瓶法测定水生植物的光合速率和呼吸速率:(1)实验步骤:①取三个玻璃瓶,两个用黑胶布包上,并包上锡箔,记为A、B瓶,另一玻璃瓶不做处理,记为C瓶,其中B、C瓶中放入长势良好的同种植物。从待测的水体深度取水,保留A瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。②将B、C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。
(2)实验结果:①有初始值的情况下,B瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量;C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,C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量
【热点预测 精练题组】考向一 光合作用与细胞呼吸的关系1.(多选)(2020•南京六校联考)利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的“圆叶”,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是 (　　)
A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长B.光照强度为1 klx,装置甲中放置植物E叶片进行测定时,液滴向左移动C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶片产生氧气的速率相等D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短
【解析】选B、D。分析题图,图甲装置中CO2缓冲液能够为叶片光合作用提供稳定的二氧化碳,因此装置中气体量变化为氧气的释放量。图乙中曲线F所代表的植物的光补偿点和光饱和点均低,因此适应于较弱光照下生长,A错误;将甲装置置于光下,在光照强度为1 klx时,植物E的光合作用速率小于呼吸作用速率,氧气含量在减少,因此测定时着色液滴向左移动,B正确;图乙中光照强度为3 klx时,相同时间内,E植物光合作用强度=10+20=30,而F植物光合作用强度=10+10=20,速率不等,即相同面积的E、F两种植物的叶片产生氧气的速率不相等, C错误;光照强度为6 klx时,E植物净光合速率大于F植物,释放的氧气更多,因此装置甲中E植物叶片比F植物叶片浮到液面所需时间短,D正确。
2.(多选)(2020·烟台一模)图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中,(不同时间内光照强度不同)测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况。下列叙述正确的是(　　)


A.图甲中,当光照强度相对值为2时,黑藻的氧气产生速率相对值为0B.图甲中,当光照强度相对值为7时,若要提高黑藻光合速率,可适当增加CO2浓度C.图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6 h、8～10 hD.由图乙分析,黑藻在该密闭环境中经过12 h后有机物的含量上升


【解析】选B、C、D。由图甲可知,光照强度相对值为2时,黑藻的氧气释放速率为0,其呼吸作用消耗氧气的速率为2,所以其产生氧气的速率为2,A错误;图甲中,当光照强度相对值为7时,继续增加光照强度,黑藻光合速率不再升高,已知黑藻处于适宜温度下,故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率,B正确;图乙中,在4～6h、8～10h内,黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等(即光合速率等于呼吸速率),导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化,C正确;据图乙可知,黑藻在该密闭环境中经过12 h后,密闭环境中的二氧化碳浓度比起始时的浓度低,所以黑藻光合速率大于呼吸速率,有机物含量上升,D正确。
考向二 影响细胞呼吸和光合作用外界因素的相关实验探究3.利用以下装置可探究某绿色植物的生理作用。假如该植物的光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖,且不能进行产生乳酸的无氧呼吸。回答下列问题:
(1)简述“光反应和暗反应相互依存,不可分割”的原因是_________________。 (2)可利用装置________来探究该植物的呼吸作用类型(忽略装置内其他微生物的干扰),此时应对实验装置进行______处理;若______,则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸;该植物的根尖细胞内,能产生CO2,但不伴随ATP合成的生理过程是 。(3)忽略装置内其他微生物的干扰,最好选择装置______来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
【解析】(1)光合作用分为光反应和暗反应两个阶段,光反应为暗反应提供ATP和[H],暗反应为光反应提供ADP和Pi。(2)甲和乙装置可以用来探究该植物的呼吸作用类型,为了排除光合作用产生的气体对呼吸作用产生气体的影响,装置应该完全遮光,装置甲烧杯中盛放氢氧化钠溶液,能够吸收呼吸作用产生的二氧化碳,装置乙烧杯中盛放水,不能吸收二氧化碳,若装置甲中的有色液滴向左移,装置乙中的有色液滴向右移,则说明该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸。无氧呼吸的第二阶段能产生CO2,但不伴随ATP合成。
(3)验证CO2是植物进行光合作用的必需原料,自变量是二氧化碳,装置甲中氢氧化钠溶液吸收了二氧化碳,装置丙中的二氧化碳缓冲液可以为植物的光合作用提供二氧化碳,因此可以选择甲和丙来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
答案:(1)光反应为暗反应提供ATP和[H],暗反应为光反应提供ADP和Pi　(2)甲和乙　完全遮光(黑暗)　装置甲中的有色液滴向左移,装置乙中的有色液滴向右移　无氧呼吸的第二阶段　(3)甲和丙
专题能力提升练
专题3　细胞呼吸与光合作用基础综合组(30分钟　100分)一、单项选择题(共5小题,每小题5分,共25分)1.(2020·山东等级考)癌细胞即使在氧气供应充足的条件下也主要依赖无氧呼吸产生ATP,这种现象称为“瓦堡效应”。下列说法错误的是(　　)A.“瓦堡效应”导致癌细胞需要大量吸收葡萄糖B.癌细胞中丙酮酸转化为乳酸的过程会生成少量ATPC.癌细胞呼吸作用过程中丙酮酸主要在细胞质基质中被利用D.消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少
【解析】选B。本题主要考查细胞呼吸的过程。在产生等量的ATP时,无氧呼吸消耗的葡萄糖较多,故“瓦堡效应”导致癌细胞需要吸收大量的葡萄糖,A项正确;无氧呼吸的第二阶段丙酮酸转化为乳酸过程中不生成ATP,其生成ATP的过程仅发生在第一阶段,B项错误;无氧呼吸过程中丙酮酸被利用生成乳酸,其发生场所在细胞质基质中,C项正确;癌细胞主要进行无氧呼吸,其产生NADH的过程仅发生在第一阶段,因此消耗等量的葡萄糖,癌细胞呼吸作用产生的NADH比正常细胞少,D项正确。
2.下列细胞结构中不能产生CO2的是 (　　)①小麦细胞的细胞质基质②乳酸菌的细胞质基质 ③人心肌细胞的细胞质基质④酵母菌的细胞质基质A.①②　　B.②③　　C.③④　　D.①④
【解析】选B。 在小麦细胞的细胞质基质中若是有氧呼吸则会产生丙酮酸和[H],若是无氧呼吸则产生酒精和CO2,①不符合题意;乳酸菌的无氧呼吸产物是乳酸,不会产生CO2,②符合题意;人心肌细胞的细胞质基质完成有氧呼吸的第一阶段或无氧呼吸,葡萄糖分解为丙酮酸或乳酸,无CO2产生,③符合题意;酵母菌既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,无氧呼吸的场所在细胞质基质,产物是酒精和CO2,④不符合题意。
3.(2020·盐城四模)细胞呼吸原理广泛应用于生产生活中。如表中有关措施与对应的目的不相符的是 (　　)
【解析】选B。种子的贮藏,必须降低自由水含量,使种子处于风干状态,从而使呼吸作用降至最低,以减少有机物的消耗,A正确;由于氧气的存在能抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧菌的繁殖,所以选用透气的消毒纱布包扎伤口,可以避免厌氧菌的繁殖,从而有利于伤口的痊愈,B错误;水果保鲜的目的既要保持水分,又要降低呼吸作用,低温是最好的方法,可降低酶的活性,降低细胞呼吸,但温度不能太低,否则会冻坏水果,C正确;植物根对矿质元素的吸收过程是一个主动运输的过程,需要能量和载体蛋白,植物生长过程中的松土,可以提高土壤中氧气的含量,有利于根细胞的有氧呼吸作用,从而为根吸收矿质离子提供更多的能量,D正确。
4.(2020·宿迁模拟)如图是探究氧气浓度对酵母菌细胞呼吸方式影响的实验结果。有关叙述错误的是 (　　)A.实验自变量是氧浓度,因变量是CO2和酒精生成量B.在氧浓度为a或d时,酵母菌的呼吸方式都只有一种C.在氧浓度为c时,酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖是无氧呼吸消耗葡萄糖的3倍D.实验结果表明有氧时无氧呼吸会受到抑制
【解析】选C。实验自变量是氧浓度,因变量是CO2和酒精生成量,A正确;在氧浓度为a时,CO2的生成量=酒精的产生量,酵母菌只进行无氧呼吸,在氧浓度为d时,只有CO2的生成,没有酒精的产生,说明酵母菌只进行有氧呼吸,B正确;在氧浓度为c时,产生的酒精为10 mol,故无氧呼吸产生的CO2也为10 mol,则有氧呼吸生成的CO2为20-10=10 mol,由此计算无氧呼吸消耗的葡萄糖为1∶x=2∶10,x=5,有氧呼吸消耗的葡萄糖为1∶y=6∶10,y=5/3,由此推出,酵母菌无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的5÷5/3=3倍,C错误;实验结果表明,随氧气浓度增加,产生酒精减少,说明有氧时酵母菌的无氧呼吸会受到抑制,D正确。
5.(2020·亳州一模)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的综合放氧曲线。下列说法正确的是 (　　)
A.图1若温度升高会导致气孔关闭影响光合速率B.若提高反应液中NaHCO3浓度,果肉放氧速率将不断增大C.图2中15 min之后果肉细胞的光合作用停止D.若在20 min后停止光照,则曲线的斜率将变为负值
【解析】选D。图1若温度升高会影响酶的活性,进而影响光合速率,A错误;若提高反应液中NaHCO3浓度,可以不断为光合作用提供二氧化碳,则果肉放氧速率先不断增大,后维持相对稳定,B错误;图2中15 min之后氧气浓度不变,说明果肉细胞的光合速率与呼吸速率相等,C错误;若在20 min后停止光照,光反应停止,不再产生氧气,而呼吸作用仍然消耗氧气,因此曲线的斜率将变为负值,D正确。
二、多项选择题(共2小题,每小题6分,共12分)6.(2020•镇江一模)如图为酵母菌和人体细胞呼吸流程图,下列叙述错误的是 (　　)A.条件X下酵母菌细胞呼吸时,葡萄糖中能量的去向有3处B.条件Y下,葡萄糖在线粒体中被分解并产生CO2和水C.氧气不足时,人体肌细胞产生的CO2量大于O2的消耗量D.人体细胞和酵母菌都能在X或Y条件下呼吸,皆属于兼性厌氧型生物
【解析】选B、C、D。分析图示可知,X为无氧条件、Y为有氧条件,a为水,b为二氧化碳,c为乳酸,d为酒精。由此可知,条件X无氧条件下酵母菌细胞呼吸时,葡萄糖中能量的去向有3处,分别是酒精、热能和ATP,A正确;条件Y有氧条件下,丙酮酸在线粒体中被分解并产生CO2和水,B错误;氧气不足时,人体肌细胞有氧呼吸产生的CO2量等于O2的消耗量,无氧呼吸没有气体生成,C错误;酵母菌能在X或Y条件下生存,属于兼性厌氧型生物;而人在有氧条件下能生存,在无氧条件下不能生存,故人属于需氧型生物,D错误。
7.(2020·日照二模)光补偿点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。光饱和点是指植物在一定光照强度范围内,光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。如表为研究人员测得的某森林中四种植物的光补偿点和光饱和点(其他环境条件适宜)。下列叙述错误的是(　　)
A.在光补偿点时,植物甲的叶肉细胞不再释放氧气B.突然遮光处理,植物乙叶肉细胞中C5生成量减少C.若适当提高温度,植物丙的光饱和点将变大D.最适合在较弱的光照环境中生长的是植物丁
【解析】选A、C。在光补偿点时,植物光合速率与呼吸速率相等,但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率,故叶肉细胞会释放氧气,A错误;突然遮光处理,导致光反应减弱,产生的ATP和[H]减少,导致植物乙叶肉细胞中C3还原生成C5的量减少,B正确;由于题中已说明在最适温度下测定的,故若适当提高温度,与光合作用有关酶的活性降低,植物丙的光饱和点将降低,C错误;由表中数据可知:丁的光补偿点和饱和点都最低,故最适合在较弱的光照环境中生长,D正确。
三、非选择题(共3小题,共63分)8.(17分)(2020·全国Ⅱ卷)为了研究细胞器的功能,某同学将正常叶片置于适量的溶液B中,用组织捣碎机破碎细胞,再用差速离心法分离细胞器。回答下列问题:(1)该实验所用溶液B应满足的条件是　　　　　　　　(答出2点即可)。 (2)离心沉淀出细胞核后,上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底分解,原因是此上清液中含有　　　　　　　。 (3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中,照光后有氧气释放;如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光,　　　　　　　(填“有”或“没有”)氧气释放,原因是　　　　　　　　　　　。 
【解析】本题主要考查有氧呼吸和光合作用原理的应用。(1)该实验所用溶液B应与细胞内的pH、渗透压等条件相同,以便维持细胞器的形态结构和功能。(2)葡萄糖彻底分解应进行有氧呼吸,场所是细胞质基质和线粒体,因此上清液中应含有细胞质基质和线粒体。(3)水光解释放氧气的场所是类囊体薄膜,将叶绿体外表的双层膜破裂不影响光反应阶段。
答案:(1)pH应与细胞质基质的相同,渗透压应与细胞内的相同(2)细胞质基质和线粒体(3)有　类囊体薄膜是水光解释放氧气的场所,叶绿体外表的双层膜破裂不影响类囊体薄膜的功能
9.(20分)北欧鲫鱼能在冬季结冰的水底生活。研究发现酒精在-80 ℃条件下不会凝固。北欧鲫鱼在缺氧条件下的代谢情况如图所示。请回答:(1)通过无氧呼吸,北欧鲫鱼组织细胞中的葡萄糖在过程　　　　　　(填图中编号)释放出少量的能量,生成少量ATP;而葡萄糖分子中未释放的能量则存留在　　　　　　中。 
(2)与人体组织细胞无氧呼吸的酶相比,北欧鲫鱼组织细胞无氧呼吸的酶所具有的不同之处是　　　　　　　　　　(写出两点)。 (3)北欧鲫鱼在缺氧条件下培养一段时间后,取2 mL水样加入　　　　　　,振荡试管,观察到颜色变为　　　　　　,可验证北欧鲫鱼肌细胞呼吸的特点。 (4)北欧鲫鱼无氧呼吸的代谢特点所具有的生物学意义是　　　　　　(写出1点)。 
【解析】(1)无氧呼吸只在第一阶段有少量能量释放,故北欧鲫鱼组织细胞中的葡萄糖在过程①③释放出少量的能量,生成少量ATP;而葡萄糖分子中未释放的能量则存留在乳酸、酒精中;(2)由题干信息可知“北欧鲫鱼能在冬季结冰的水底生活”,故与人体组织细胞无氧呼吸的酶相比,北欧鲫鱼组织细胞无氧呼吸的酶所具有的不同之处有所需酶的种类不同、低温保持活性;(3)北欧鲫鱼在缺氧条件下培养一段时间后,会有酒精产生,为验证该特点,可取2 mL水样加入溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液,振荡试管,观察到颜色变为灰绿色;(4)北欧鲫鱼无氧呼吸的代谢特点所具有的生物学意义是:防止乳酸积累对神经组织造成伤害(或适应低温、缺氧环境,有利于生存;缺氧条件下无氧呼吸为生命活动提供能量)。
答案:(1)①③　乳酸、酒精(2)低温保持活性、酶的种类不同(3)溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液　灰绿色(4)防止乳酸积累对神经组织造成伤害(或适应低温、缺氧环境,有利于生存;缺氧条件下无氧呼吸为生命活动提供能量)
10.(26分)(能力挑战题)(2020·威海二模)甘蔗是我国南方热带地区广泛种植的植物。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现,小麦的维管束鞘细胞几乎不含叶绿体,光合作用的全过程在叶肉细胞的叶绿体中完成。而甘蔗的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列,叶肉细胞的叶绿体中含发达基粒,维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒或基粒发育不良。甘蔗细胞暗反应中碳同化的过程先后发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中(如图所示),其中催化叶肉细胞叶绿体中碳同化过程的PEP羧化酶对CO2具有很高的亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩较低浓度的CO2;而发生在维管束鞘细胞叶绿体中的碳同化过程(又称卡尔文循环)只有在CO2浓度较高时才能在RuBP羧化酶催化下固定CO2。
(1)图中,碳同化过程中CO2的受体是　　　　　　　;光反应主要发生在　　　　　(填“叶肉细胞”“维管束鞘细胞”或“叶肉细胞和维管束鞘细胞”)的叶绿体中,它能够为卡尔文循环中C3还原提供　　　　　　。 (2)将甘蔗置于适宜光照下一段时间后,取一片正常叶片,脱色处理后滴加碘液,做叶片的横切面装片,放在显微镜下观察,发现叶肉细胞不变蓝而维管束鞘细胞变蓝,原因是　　　　　　　　　　　。 
(3)1963年,Jagendorf等科学家通过酸碱磷酸化实验证实了光反应过程中ATP的产生机理。现有某研究小组利用甘蔗叶肉细胞离体的叶绿体作实验材料模拟了酸碱磷酸化实验:在黑暗条件下,将离体的叶肉细胞叶绿体放在pH为4的弱酸性溶液中,使类囊体膜腔内的pH下降至4,然后将叶绿体转移到pH为8的溶液中,并均分为两组:一组立即加入ADP和Pi,结果检测到有ATP生成:另一组待类囊体膜腔内外pH平衡后再加入ADP和Pi,结果检测不到有ATP生成。据此推测影响光反应过程中ATP产生的关键因素是　　　　　　　;实验过程中在黑暗条件下进行操作的目的是　　　　　　　　。研究小组采用小麦叶肉细胞离体的叶绿体作实验材料重复上述实验,结果两组实验均检测不到有ATP生成,原因是　　　　　　　　　。 
【解析】(1)叶肉细胞的叶绿体中与二氧化碳结合的是C3,维管束鞘细胞的叶绿体中与二氧化碳结合的是C5,所以碳同化过程中CO2的受体是C3和C5;叶肉细胞的叶绿体中含发达基粒,维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒或基粒发育不良,所以光反应主要发生在叶肉细胞的叶绿体中,它能够为卡尔文循环中C3还原提供NADPH(或[H])和ATP。(2)淀粉遇碘液变蓝,由于叶肉细胞中不能进行卡尔文循环产生淀粉,而维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环产生淀粉,所以将甘蔗置于适宜光照下一段时间后,取一片正常叶片,脱色处理后滴加碘液,做叶片的横切面装片,放在显微镜下观察,发现叶肉细胞不变蓝而维管束鞘细胞变蓝。
(3)在黑暗条件下,将离体的叶肉细胞叶绿体放在pH为4的弱酸性溶液中,使类囊体膜腔内的pH下降至4,然后将叶绿体转移到pH为8的溶液中,并均分为两组:一组立即加入ADP和Pi,结果检测到有ATP生成:另一组待类囊体膜腔内外pH平衡后再加入ADP和Pi,结果检测不到有ATP生成。据此推测影响光反应过程中ATP产生的关键因素是类囊体膜腔内外H+的浓度(电化学势)差驱动了ATP的生成;实验过程中在黑暗条件下进行操作的目的是排除光对ATP生成的影响。研究小组采用小麦叶肉细胞离体的叶绿体作实验材料重复上述实验,结果两组实验均检测不到有ATP生成,可能是小麦基粒中产生的ATP在叶绿体基质中被消耗。
答案:(1)C3和C5 (或PEP和RuBP)　叶肉细胞　NADPH(或[H])和ATP (2)叶肉细胞中不能进行卡尔文循环产生淀粉,而维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环产生淀粉(3)类囊体膜腔内外H+的浓度(电化学势)差驱动了ATP的生成　排除光对ATP生成的影响　小麦基粒中产生的ATP在叶绿体基质中被消耗
专题3　细胞呼吸与光合作用创新应用组(30分钟　100分)一、单项选择题(共5小题,每小题5分,共25分)1.下列与细胞代谢有关的叙述,正确的是 (　　)A.叶绿素能吸收、传递和转化光能,光反应过程不需要酶的催化B.在无氧条件下,有氧呼吸的第三阶段是不能进行的C.在有氧条件下,活细胞都能进行有氧呼吸释放能量D.细胞中的ATP、ADP分子能快速地相互转化,导致细胞中ATP的含量较高
【解析】选B。 叶绿素能吸收、传递和转化光能,光反应过程ATP的合成需要酶的催化,A错误;有氧呼吸的第三阶段,其过程是前两个阶段产生的[H]与氧结合生成H2O,并释放大量的能量,可见,在无氧条件下,有氧呼吸的第三阶段是不能进行的,B正确;哺乳动物成熟的红细胞没有线粒体,在有氧条件下,不能进行有氧呼吸,C错误;细胞中的ATP、ADP分子能快速地相互转化,使细胞中ATP的含量保持相对稳定,D错误。
2.如图是人体内葡萄糖转化成脂肪的部分过程示意图。下列有关叙述不正确的是 (　　)A.长期偏爱高糖膳食的人,图示过程会加强而导致体内脂肪积累B.细胞质基质中有催化过程①的酶,该过程会产生少量[H]和ATPC.酒精是过程②产生的二碳化合物之一D.在糖尿病患者体内,图示过程减弱,脂肪分解增加
【解析】选C。从图示过程可以看出,葡萄糖可以转化为脂肪,故长期摄入糖时,图示过程会加强,A正确;细胞呼吸第一阶段是在细胞质基质中完成的,其产物是丙酮酸、少量[H]和ATP,细胞质基质中有催化过程①的酶,B正确;图示表示葡萄糖转化为脂肪的过程,在此过程中糖代谢产生一种非常重要的二碳化合物,经复杂变化可以用于合成脂肪酸,而酒精是某些植物或酵母菌无氧呼吸产生的代谢产物,人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸,C错误;糖尿病病人葡萄糖氧化分解下降而细胞供能不足,机体感觉饥饿,故体内脂肪、蛋白质分解增加,D正确。
3.(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是 (　　)A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度D.横坐标是光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度
【解析】选D。如果横坐标是CO2浓度,在一定温度范围内,随着温度升高,光合作用增强,但超过最适温度光合作用强度反而下降,A项错误;若横坐标是温度,则随着温度升高,甲、乙曲线在最高点后都应下降,而不是保持水平,B项错误;叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,其他波长的光色素吸收很少或不吸收,光合作用强度也相应较弱或为零,C项错误;若横坐标表示光照强度,甲可以表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度,D项正确。
4.(2020·济宁模拟)研究人员以25片直径为3 mm的猕猴桃圆形叶片为材料,均分为三等份,在一定光照强度下测量其在30 ℃、40 ℃和45 ℃恒温环境下的净光合速率(呼吸速率已知),结果如表。下列有关说法,错误的是 (　　)
A.实验准备阶段需抽除圆形叶片中的空气B.实验中可用NaHCO3溶液维持CO2浓度的相对稳定C.实验结果表明,40 ℃时光合作用仍可进行D.实验结果表明,叶光合酶的最适温度为30 ℃
【解析】选D。实验中用叶片释放的O2量表示净光合速率,因此在实验准备阶段需抽除圆形叶片中的空气,防止叶片中原有的空气对实验结果的影响,A正确;NaHCO3溶液可以释放CO2,因此实验中可用NaHCO3溶液维持CO2浓度的相对稳定,B正确;40 ℃时,净光合速率大于0,表明真正光合速率大于呼吸速率,因此40 ℃时光合作用仍可进行,C正确;由于实验仅有三个温度组合,不能说明其他温度时的实验情况,因此无法确定叶光合酶的最适温度,D错误。
5.如图为单位时间内,大田栽培的水稻幼苗的两个变量随温度变化的曲线图。下列有关叙述正确的是 (　　)A.温度低于a时,水稻幼苗不进行光合作用B.温度为b时,水稻幼苗的实际光合速率与呼吸速率相等C.温度在c～d时,水稻幼苗的实际光合速率稳定不变D.温度在a～d时,水稻幼苗的实际光合速率随温度的升高而增大
【解析】选D。温度低于a时,水稻幼苗进行光合作用吸收的二氧化碳来自细胞有氧呼吸,A错误;温度为b时,水稻幼苗的实际光合速率是呼吸速率的2倍,B错误;温度在c～d时,水稻幼苗的实际光合速率在增加,净光合速率稳定不变,C错误;温度在a～d时,水稻幼苗的实际光合速率随温度的升高而增大,D正确。
二、多项选择题(共2小题,每小题8分,共16分)6.科研人员利用番茄幼苗进行相关研究,测量结果如图所示。以下分析错误的是 (　　)A.该研究的目的是探究光照强度对光合速率的影响B.研究结果说明黄光不能被叶绿体色素吸收C.a、b两点光合速率的差异主要是由暗反应酶的活性不同所致D.温室种植番茄时,应使用无色透明的塑料膜
【解析】选A、B、C。分析可知,该研究的目的是探究CO2浓度和光质对番茄幼苗光合速率的影响,A错误;研究结果说明,在三种光照条件下,黄光被叶绿体色素吸收最少,B错误;a、b两点光合速率差异主要是番茄幼苗对不同光质吸收量不同所致,C错误;由题图可知,在白光条件下光合速率最大,故温室种植番茄时应使用无色透明的塑料膜,D正确。
7.(2020·苏州一模)将玉米种子置于25 ℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发,每天定时取相同数量的萌发种子,一半直接烘干称重,另一半切取胚乳烘干称重,计算每粒的平均干重,结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳,下列相关叙述正确的是 (　　)
A.胚乳组织中的淀粉可直接作为呼吸作用的原料B.萌发过程中在72～96小时之间种子的细胞呼吸速率最大C.萌发过程中胚乳的部分营养物质可转化成幼苗的组成物质D.若保持实验条件不变,120小时后萌发种子的干重变化趋势是先下降后上升
【解析】选B、C。淀粉的基本组成单位是葡萄糖,淀粉要水解成葡萄糖才能通过氧化分解为生命活动供能,A错误;呼吸速率最大的阶段为胚乳干重的减少量最大时刻,所以萌发过程中在72～96小时之间种子的呼吸速率最大,B正确;玉米种子在萌发过程中胚发育成幼苗,子叶从胚乳中吸收营养物质,一部分转化为幼苗的组成物质,一部分用于呼吸作用,为生命活动提供能量,C正确;保持实验条件不变,随种子有机物的消耗,种子呼吸速率逐渐减慢,干重变化趋势是越来越小,当长出幼叶后仍然不能进行光合作用,随着胚乳中营养物质的不断消耗,将导致幼苗不能获得营养物质而死亡,D错误。
三、非选择题(共2小题,共59分)8.(30分)(2020·盐城四模)如图1为绿色植物叶绿体进行暗反应的中间产物磷酸丙糖的代谢途径。图2为适宜温度下某植物光合速率与光照强度的关系;图3表示在一定温度条件下,将某植物放在密闭容器内CO2浓度的变化情况。请分析回答问题:
(1)据图1可知,磷酸丙糖合成的场所是　　　　　　　　。磷酸丙糖运出叶绿体时,需吸收无机磷(Pi),则当无机磷缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中输出　　　　(填“增多”或“减少”),在生产上可以采取　　　　　　　措施增加蔗糖的合成,从而使果实更甜。 (2)图1所示结构中,可产生ATP的场所是　　　　　　　和细胞质基质。 (3)研究表明,CO2充足时,TPT(载体蛋白)活性降低,磷酸丙糖从叶绿体输出受阻。由此推测,生产上可采取　　　　　　　　措施来提高小麦淀粉产量。 
(4)据图2可知,该植物的呼吸速率　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)2;该实验中,影响O2释放速率的主要环境因素是　　　　　　　。 (5)若图3实验过程中,有连续两小时处于黑暗,其他时间给予光照,则处于黑暗的时间段是　　　　　。 (6)图3实验结束时,植物体内有机物总量与起初相比为　　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)。 
【解析】(1)据图1可知,磷酸丙糖是在叶绿体基质中合成的。“磷酸丙糖运出叶绿体时,需吸收无机磷(Pi),”结合图示分析,当无机磷缺乏时,磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程会受阻,从而导致输出减少。磷酸丙糖从叶绿体输出后在细胞质中合成蔗糖,因此增施适量无机磷肥会促进磷酸丙糖的输出,从而使蔗糖的合成量增大。(2)细胞中能够产生ATP的过程为光合作用和细胞呼吸,其中能够产生ATP的场所为类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体,图1所示结构没有线粒体,因此可产生ATP的场所是类囊体薄膜和细胞质基质。(3)据题干信息可知,CO2充足时,TPT活性降低,磷酸丙糖从叶绿体输出受阻,淀粉合成增多,因此生产上适当增加二氧化碳的量可以降低TPT的活性,从而抑制磷酸丙糖从叶绿
体输出,使淀粉合成量增加。(4)图2中O2释放速率代表净光合速率,净光合速率=实际光合速率-呼吸速率,当光照强度为1时,植物进行较弱的光合作用,此时净光合速率为-2,则呼吸速率应大于2。由图2分析,在一定范围内随着光照强度的增强,净光合速率在增大,说明光合作用在增强,因此该实验中影响O2释放速率的主要环境因素是光照强度。(5)图3实验中在植物处于黑暗的时间段时消耗O2产生CO2,其中2～4 h CO2浓度的增加量最大,因此处于黑暗的时间段应是2～4 h。(6)观察图3数据可知,实验前后密闭容器内的CO2浓度不变,说明光合作用有机物净积累量为0,因此实验结束时,植物体内有机物总量与起初相比不变。
答案:(1)叶绿体基质　减少　增施适量无机磷肥 (2)类囊体薄膜　 (3)适当增加CO2含量(4)大于　光照强度　(5) 2～4 h　 (6) 不变
9.(29分)(2020·太原二模)干旱条件下,拟南芥叶、根细胞中溶质浓度增大,使叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,导致叶片气孔开度减小,光合色素的含量下降,从而引起光合作用速率下降。回答下列问题。(气孔阻力大小与气孔的开闭有关,气孔全开时阻力最小)(1)叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上,能够　　　　　和转化光能。光反应阶段生成的ATP和[H]参与在　　　　　(场所)中进行的C3　　　　过程,该过程的产物可以在一系列酶的作用下转化为蔗糖和淀粉。 
(2)科研人员进行了相关实验研究,结果如图所示。①ABA是细胞之间传递　　　　　的分子,可以调节气孔开闭。②由图可知,干旱处理会降低植物的光合作用,恢复供水则有利于光合作用,理由是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
【解析】(1)叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上,这些色素能够吸收、传递和转化光能。光反应阶段生成的ATP和[H]参与暗反应过程中C3的还原,暗反应进行的场所为叶绿体基质,C3还原的产物可以在一系列酶的作用下转化为蔗糖和淀粉。(2)①ABA是一种激素,激素是一种信息分子,能够在细胞之间传递信息,从而调节气孔开闭。②据图可知,干旱处理后能增大叶片细胞的渗透压,进而促进ABA的合成和分泌,导致气孔关闭,CO2供应减少;恢复供水后,ABA含量下降,气孔打开,CO2供应增加,因此可推知干旱处理会降低植物的光合作用,恢复供水则有利于光合作用。
答案:(1)吸收、传递　叶绿体基质　还原(2)①信息(信号)　②干旱处理会增大叶片细胞的渗透压,进而促进ABA的合成和分泌,导致气孔关闭,CO2供应减少;恢复供水后,ABA含量下降,气孔打开,CO2供应增加