高中生物高考专题05 细胞呼吸和光合作用-备战2021年高考生物专题提分攻略（原卷版）

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第5章 细胞呼吸和光合作用

一、基础知识必备
1、有氧呼吸
（1）概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
（2）过程
阶段
具体过程
发生场所
与氧的关系　
第一阶段
C6H12O6→ 2丙酮酸+4[H]+ATP(少)
细胞质基质　
无关
第二
阶段
2丙酮酸+6H2O → 6CO2+20[H]+ATP(少)
线粒体基质　
无关
第三
阶段
6O2+24[H] → 12H2O+ATP(大量)
线粒体内膜　
必须
有氧
（3）反应式 C6H12O6+6H2O+6O2 → 6CO2+12H2O+能量
2、无氧呼吸
（1）概念:细胞在无氧条件下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解,产生C2H5OH(乙醇)和CO2或C3H6O3(乳酸),释放出少量能量,生成少量ATP的过程。
（2）过程
阶段
具体过程
发生场所
第一
阶段
C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+ATP(少量)
细胞质
基质　
第二
阶段
2C3H4O3+4[H] → 2C2H5OH(酒精)+2CO2
或者2C3H4O3+4[H]→ 2C3H6O3(乳酸)
（3）反应式
(1)无氧呼吸产生酒精的反应式:C6H12O6 → 2C2H5OH+2CO2+少量能量。
(2)无氧呼吸产生乳酸的反应式:C6H12O6 → 2C3H6O3+少量能量。
二、通关秘籍
1、有氧呼吸过程中各元素的去向

反应物中的葡萄糖、水、氧气分别在第一、二、三阶段被利用。产物中的二氧化碳和水分别在第二、三阶段形成。
应用
分析
用“创可贴”等敷料包扎伤口
既为伤口敷上了药物,又为伤口创造了疏松透气的环境,避免厌氧病原菌的繁殖,有利于伤口的痊愈
板结的土壤要及时松土透气
使根细胞进行有氧呼吸,有利于根系的生长和对无机盐的吸收。松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,促使微生物对有机物的分解,有利于植物对无机盐的吸收
稻田需要定期排水
水稻的根细胞比较适应无氧呼吸,但仍然需要进行有氧呼吸,所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足,水稻的根细胞进行酒精发酵,时间一长酒精就会对根细胞产生毒害作用
伤口较深时需到医院治疗
破伤风是由破伤风芽孢杆菌引起的。较深的伤口里缺少氧气,破伤风芽孢杆菌在厌氧环境中生存并大量繁殖
提倡慢跑等有氧运动
有氧运动是指在人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。相反,无氧运动中,肌细胞因氧气不足,要靠乳酸发酵来获取能量,因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢,所以这时人会有肌肉酸胀、乏力的感觉

三、基础知识必备
1、叶绿体的结构及其中的色素
（1）.叶绿体的结构和功能分析表
名称
叶绿体
分布
主要存在于绿色植物的叶肉细胞和幼茎的皮层细胞中
形态
扁平的椭球形或球形
结构
双层膜内含有几个到几十个基粒(由许多片层结构的薄膜堆叠而成),基粒之间充满了基质
主要
成分
类囊体的薄膜上分布有进行光合作用所需的色素和酶,基质中有进行光合作用所需的酶,及少量的DNA和RNA
功能
叶绿体中的色素能吸收、传递和转化光能,叶绿体是真核生物进行光合作用的场所
图示

①外膜,②内膜,③基粒,④基质
（2）叶绿体中的色素及色素的吸收光谱

2、实验:叶绿体色素的提取和分离
（1）实验原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中,因此,可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,从而在扩散过程中将色素分离开来。
（2）实验流程


3、光合作用
（1）光合作用的概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
（2）光合作用的过程
比较项目
光反应
暗反应
过程模型

实质
光能转换为化学能,并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促,以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
(1)水的光解:2H2O→ 4[H]+O2；
(2)ATP的合成:ADP+Pi+能→ATP
(1)CO2的固定:CO2+C5→ 2C3;
(2)C3的还原:2C3 → (CH2O)+C5
能量转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
关系
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi；
(2)没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成；
(3)光反应是暗反应的物质和能量准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段。

四、通关秘籍
1、不同颜色温室大棚的光合效率
（1）无色透明大棚能透过日光中各种色光,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
（2）叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低。
（3）不同颜色的温室大棚光合效率不同,单色光中,红光下光合速率最快,蓝紫光次之,绿光最差。
2、叶绿体的结构与其功能相适应
(1)叶绿体内有许多基粒和类囊体,扩大了受光面积,类囊体的薄膜上还分布着许多吸收光能的色素分子,便于光能的吸收。
(2)类囊体的薄膜上以及叶绿体基质内分布着多种光合作用所必需的酶,有利于光合作用的进行。
2、影响光合作用的因素
（1）光照强度:直接影响光反应的速度,光反应产物[H]和ATP的数量多少会影响暗反应的速度。
（2）温度:影响光合作用过程,特别是影响暗反应中酶的催化效率,从而影响光合速率。
（3）CO2浓度:CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率。
（4）矿质元素:矿质元素直接或间接影响光合作用。例如镁是叶绿素的组成成分,氮对酶的含量有影响,磷是ATP的组成成分。
（5）水分:水既是光合作用的原料之一,又是植物体内各种化学反应的介质,另外还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体。
（6）日变化:光合速率在一天中有变化,一般与太阳辐射进程相符合,但也有例外,如炎热夏天,中午前后光合速率下降(气孔关闭,CO2供给不足)。
五、知识网络构建


一、 选择题
1.下列关于叶绿体和线粒体比较的叙述,正确的是(　　)
A.ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生,在线粒体中随水的生成而产生
B.都具有较大膜面积和复杂的酶系统,有利于新陈代谢高效而有序地进行
C.光能转变成化学能发生在叶绿体中,化学能转变成光能发生在线粒体中
D.叶绿体中可发生CO2→C3→C6H12O6,在线粒体中则会发生C6H12O6→C3→CO2
2.(2019河北安平中学检测)下图表示叶肉细胞内的部分代谢过程,下列叙述错误的是(　　)

A.过程①表示光合作用的暗反应,该过程不需要光照
B.过程②发生在细胞质基质中,活细胞内都能进行
C.过程③表示有氧呼吸第二阶段,无氧条件下能持续进行
D.过程③产生的[H]、ATP一般不用于过程①
3.(2019全国Ⅲ理综)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为(　　)
A.有机物总量减少,呼吸强度增强 B.有机物总量增加,呼吸强度增强
C.有机物总量减少,呼吸强度减弱 D.有机物总量增加,呼吸强度减弱
4.将某绿色植物放在特定的实验装置中,研究温度对光合作用和细胞呼吸的影响(其他实验条件都是理想的),实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示:
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2(mg·h-1)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放CO2(mg·h-1)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
下面对该表数据分析正确的是(　　)
A.昼夜不停地光照,在35 ℃时该植物不能生长
B.昼夜不停地光照,在20 ℃时该植物生长得最快
C.每天光照12 h,20 ℃时该植物积累有机物最多
D.每天光照12 h,30 ℃时积累的有机物是10 ℃时的2倍
5.(2017全国Ⅲ理综)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
6.在CO2浓度为0.03%和适宜的恒定温度条件下,测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率,结果如下图。下列有关分析正确的是(　　)

A.当光照强度为1 klx时,植物甲开始进行光合作用
B.当光照强度为3 klx时,植物乙的总光合速率是0
C.若在C点时突然停止CO2供应,短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加
D.D点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度
7．[2020·广东中山测试]下图所示为自然状态下甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是(　　)

A．过程①中类胡萝卜素主要吸收的是红外光和蓝紫光
B．过程②只发生在叶绿体基质，过程③不只发生在线粒体中
C．过程③释放的能量大部分储存于ATP中
D．过程④释放的能量可以用于ATP的合成
8．[2020·湖北黄冈联考]下图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是(　　)

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中
B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生
C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP
D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2
9．如图表示某一植物的非绿色器官在不同的O2浓度下气体交换的相对值的变化，下列有关叙述正确的是(　　)

A．图中曲线QR段下降的主要原因是O2浓度增加，有氧呼吸受到抑制
B．以葡萄糖为底物的情况下，Q点只进行无氧呼吸，P点只进行有氧呼吸
C．若图中AB段与BC段的长度相等，此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量等于无氧呼吸消耗的葡萄糖的量
D．O2浓度调节到P点对应的浓度，更有利于水果的运输
10．[2020·河北唐山考试]运动生物化学研究发现：在跑步开始的5分钟内，心跳显著增快，心脏泵血加剧，但其程度是不均匀的，被称为“心脏适应期”。跑步持续5分钟后，心脏已经适应，心搏有力，泵血均匀，并随时根据运动量的大小作出相应的调整。在跑步20分钟以内，提供能量的主要是体内储存的糖原，跑步20分钟以后，糖原大部分被消耗，供能的主要来源转变为体内的脂肪。下列相关叙述与事实不相符的是(　　)
A．在有氧运动中，糖和脂肪都能分解，产生二氧化碳和水
B．有氧运动中脂肪氧化供能比等量糖类氧化供能耗氧量少
C．以锻炼心肺功能为目的的跑步，时间不应少于5分钟
D．以减肥健美为目的的跑步，时间不应少于20分钟
11．(2020·衡水中学月考)为了测量某植物的光合速率，在不同温度条件下，给植物一定强度的光照，植物的初始质量为M，光照12 h后质量为M＋X，再黑暗处理12 h后，其质量为M＋Y。不同温度条件下测定的X和Y如表所示(M、X、Y为植物体干重量)。下列叙述错误的是(　　)
温度/℃
15
20
25
30
35
X/g
1.0
2.4
3.2
4.8
4.0
Y/g
0.4
1.6
2.1
3.2
2.0
A.该植物的总光合速率可表示为(2X－Y)/12
B．适当延长光照和黑暗处理时间可减少实验误差
C．该植物置于30 ℃的光照环境下比较有利于有机物的积累
D．在15～35 ℃的温度范围内，细胞呼吸速率先上升后下降
12．(2020·张家口检测)下图表示适宜条件下玉米叶肉细胞发生的部分代谢过程示意图，其中A～D为不同的反应过程，①～④代表不同的物质。下列相关叙述有误的是(　　)

A．A、B过程最终把光能转变成有机物中稳定的化学能，发生在叶绿体
B．C、D过程把稳定的化学能转变成活跃的化学能，主要场所是线粒体
C．适宜条件下，①物质产生后，除部分释放外，其余的在线粒体内膜参与生成H2O
D．NADPH转化形成的②物质积累到一定程度时，会转移至线粒体被还原
三、非选择题
13.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光合放氧曲线。请回答下列问题。

图1

图2
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量　　　　　　,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中　　　　　的干扰。 
(3)图1在反应室中加入NaHCO3 的主要作用是　　　　　　　。若提高反应液中NaHCO3 浓度,果肉放氧速率的变化是　　　　　　　　(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。 
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15~20 min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若在20 min 后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有　　　　　　(填序号:①C5　②ATP 
③[H]　④C3),可推测20~25 min 曲线的斜率为　　　　(填“正值”“负值”或“零”)。 
14.(2019河北示范性高中4月联考)某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中,测得水稻吸收(用“+”表示)或释放(用“-”表示)CO2的速率(单位:m·h-1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题。
组别
条　件
温　　度
10℃
20℃
30℃
35℃
40℃
45℃
A
黑暗
-5
-10
-18
-34
-40
-34
B
适当遮阴,CO2浓度为0.03%
3
5
0
-16
-24
-24
C
全光照,CO2浓度为0.03%
5
8
4
2
0
-14
D
全光照,CO2浓度为1.22%
10
20
40
28
12
0
(1)A组数据可表示水稻的　　　　　　　随温度变化的情况。由表中数据可知,影响水稻光合速率的外界因素有　  　。 
(2)分析表中数据可知,在相同温度下,C组的光合速率明显高于B组的,其原因是　　　　　　　　。
(3)若对水稻进行光照、黑暗处理各12 h,根据表格中信息,应选择光照为　　　　　、CO2浓度为　　　　、光照下温度为　　　　和黑暗下温度为　　　　的条件,以保证水稻中有机物的积累量最多。 
15.(2018全国Ⅱ理综)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,结果如下图所示,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,但测得放氧速率不变,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　　　　　　　　。 
16．植物的光合作用是合成有机物的主要途径。下图一是光合作用过程示意图，其中A、B、C代表物质；图二表示在不同条件下某植株的光合作用速率。请据图分析回答：

(1)图一中A代表的物质是______________________________________________________________。
(2)充足光照下，光合作用利用的CO2主要来自______，也有部分是由细胞的________(填场所)产生的。
(3)磷酸转运器能将磷酸丙糖运出的同时将无机磷酸等量运入叶绿体。当细胞质基质中无机磷酸相对含量降低时，________(填“促进”或“抑制”)磷酸丙糖的外运，同时______________________的合成量增加。
(4)图二是利用密闭大棚进行实验所得结果，这一实验过程中的自变量有____________________；30 ℃时，给提供饱和CO2浓度的大棚通风，图一中C物质合成速率________(填“增加”“减小”或“不变”)。
(5)冬季晴天大棚蔬菜的生产除了应适当升温外，还可采取施用有机肥的方法达到增产的目的，原因是______________________________________________________________________________________。
17．[2020·安徽滁州调研]玉米与其他植物间行种植称为间作，单独种植玉米称为单作。玉米与大豆间作可增产(已知玉米株高大于大豆)。下图是玉米与大豆间作和玉米单作在不同光照强度下测得的单株玉米吸收CO2的速率(假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同)。请分析回答下列问题：

(1)光照强度为a时，间作和单作光合速率无明显差别，导致该现象的主要原因是________________。
(2)光照强度为c时，间作的光合速率比单作高，从环境角度分析，间作时对________和________的利用优于单作。
(3)光照强度为b时，单作玉米的叶绿体固定CO2的速率为________μmol·m－2·s－1。
(4)光照强度为d时，玉米间作时平均每个叶肉细胞中产生[H]和ATP的量比单作时______(多、少、相等)。
18．下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H])，请回答下列问题：

(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为______________________，其中大多数高等植物的______________________需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在__________________________(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在____________________________(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为____________________________后进入乙，继而在乙的____________________________(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的______________________(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括__________________________(填序号)。
①C3的还原　②内外物质运输　③H2O裂解释放O2
④酶的合成
19．[2019·全国卷Ⅰ]将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________________________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________________________，出现这种变化的主要原因是________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
20．(2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。

(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为_______。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是____________________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
21．某研究小组为探究CO2浓度和光照强度对天竺葵植株光合作用的综合影响，他们设计了如下图所示的实验装置若干组，利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定，在室温25 ℃的标准状态下进行了一系列的实验，对相应装置准确测量的结果如下表所示。回答以下问题：

甲
组别
实验条件
液滴移动(mL/h)
光照强度(lx)
CO2(%)

1
0
0.05
左移2.24
2
800
0.03
右移6.00
3
1 000
0.03
右移9.00
4
1 000
0.05
右移11.20
5
1 500
0.05
右移11.20
6
1 500
0.03
右移9.00
(1)图甲装置内液滴移动的距离可反映出装置内______的含量变化情况。
(2)与组别4比较可知，限制组别3液滴右移的主要环境因素是______________。
(3)若将实验装置中的CO2缓冲液改为蒸馏水，则在光照强度为0时，实验测得的数据指标的含义是_______________。
(4)若利用甲装置测定光合作用强度，为了使实验结果更加准确，应增加一个乙装置，乙装置应在甲装置的基础上进行修改，乙装置中应放置的是_______________。简要实验步骤如下：
步骤一：测定植物的呼吸作用强度，即将甲、乙装置遮光处理、放在温度等条件相同的环境中，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。
步骤二：测定植株的净光合速率，即______________________________________________，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。
22．(2020·深圳高级中学测试)很多植物通过光合作用，不仅有葡萄糖的合成，还有淀粉和蔗糖生成。某种植物叶肉细胞的暗反应、蔗糖与淀粉合成代谢途径如下图所示(Pi代表无机磷酸，三碳糖磷酸进一步转化形成葡萄糖)。请回答下列问题：

(1)磷酸转运器位于________， 其功能是_____________。在叶绿体和线粒体中，Pi参与合成的物质包括______________等。
(2)在碳同化过程中，二氧化碳与五碳化合物结合的反应属于________过程，该反应的产物接受________(填数字标号)被还原。
(3)若蔗糖合成或输出受阻，则进入叶绿体的________数量减少，会使________大量积累在叶绿体膜附近，最终导致光反应中合成________数量下降，碳同化循环减速。此时过多的三碳糖磷酸，一方面可用于_______，以维持暗反应的进行，另一方面可用于_______，以维持光反应的进行。
(4)光合作用旺盛时，许多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体________。