2024届高考生物二轮专题复习与测试专题二细胞代谢第4讲细胞呼吸与光合作用考点一细胞呼吸与光合作用的过程

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答案：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2 叶绿体类囊体薄膜上 H2Oeq \(――→,\s\up7(光))H＋＋O2 ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(能量、酶))ATP 光能转变为ATP和NAPH中活跃的化学能 CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3 有机物中稳定的化学能 光、CO2、温度等 C6H12O6＋6H2O＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))12H2O＋6CO2＋能量 eq \(□,\s\up1(10))2C3H4O3＋6H2Oeq \(――→,\s\up7(酶))6CO2＋20[H]＋能量(少) eq \(□,\s\up1(11))24[H]＋6O2eq \(――→,\s\up7(酶))12H2O＋能量(多) eq \(□,\s\up1(12))C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量(少) eq \(□,\s\up1(13))温度、O2、H2O等
1．(教材必修1 P95“思考·讨论”)包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料的道理是什么？
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提示：创造疏松通气环境，避免厌氧菌繁殖。
2．(教材必修1 P99“旁栏思考”)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
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提示：绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
3．(教材必修1 P103“相关信息”改编)光合作用过程中NADPH是怎样形成的？
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提示：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。
4．(教材必修1 P105“旁栏思考”)植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如观测到的O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？
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提示：实际产生的总O2量应是观测到的O2的产生量＋呼吸作用O2的消耗量。
5．(教材必修1 P106“拓展应用1”改编)晴天无云而太阳光照射强烈时，光合作用强度便形成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”现象，请解释原因。
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提示：原因是缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片。
1．1 ml葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 ml葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向是什么？
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答案：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到乳酸或酒精中没有释放出来；而葡萄糖氧化分解释放的能量主要以热能形式散失。
2．(1)夏季中午，光照强、温度高，但植物的光合作用强度反而减弱，原因是什么？
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(2)生态农业中有“多使用农家肥”的措施，该措施除了能减少化肥对土壤的影响外，还有一些有利于农作物生长的因素，请你从光合作用的原理进行分析。
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答案：(1)当光照强、温度高时，为了降低植物的蒸腾作用，减少水分的散失，部分气孔关闭，从而使叶肉细胞中的CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用强度减弱。
(2)农家肥中的有机物可被土壤中的微生物分解成CO2和无机盐，其中CO2可作为农作物进行光合作用的原料。
3．据研究报道，在涝胁迫条件下玉米幼苗根部可同时产生乙醇和乳酸。在淹水处理条件下，甜樱桃砧木根系无氧呼吸也能同时产生乙醇和乳酸。以上研究均表明，一种细胞的无氧呼吸方式可以有两种。有些微生物原本只有一种无氧呼吸方式，但是通过基因工程方法可以使微生物出现新的代谢途径。例如，科学家将乳酸脱氢酶基因导入酵母(转基因酵母)，从而使其具有两条无氧呼吸途径。请据此回答下列问题：
(1)不同的呼吸方式其产物不同的直接原因是______________________。在涝胁迫条件下玉米幼苗根部可进行无氧呼吸的意义是________________________________________________________________________
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(2)玉米幼苗根能否长时间进行无氧呼吸，原因是什么？
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(3)请设计实验证明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径(材料：普通酵母、转基因酵母、培养液，其他需要的材料任选)。
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答案：(1)酶的种类不同 保证玉米幼苗根部在缺氧的条件下可以获得能量
(2)不能，原因是无氧呼吸产生的乳酸或酒精会损害根。
(3)第一组在无氧条件下培养普通酵母，第二组在无氧条件下培养转基因酵母，然后用酸性重铬酸钾检验培养液，再分别测出培养液的pH。结果为两组培养液均可使酸性重铬酸钾变为灰绿色，第二组的pH小于第一组，可以证明转基因酵母产生了乙醇和乳酸，说明转基因酵母具有两条无氧呼吸途径。
考点一 细胞呼吸与光合作用的过程
(2023·广东卷)在游泳过程中，参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物的是( )
A．还原型辅酶Ⅰ B．丙酮酸
C．氧化型辅酶Ⅰ D．二氧化碳
解析：游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了[H]，这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种简化的表示方式，实际上指的是还原型辅酶Ⅰ，A项正确。
答案：A
1．不同角度图解光合作用和细胞呼吸的关系
(1)过程
(2)C、H、O三种元素的转移途径
①
②
③
特别提醒
①葡萄糖不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。
②人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2，人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物。
③无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中，释放出来的只是少量的能量。
(3)光合作用与细胞呼吸中[H]、NADPH和ATP的来源及去路
①比较[H]和NADPH的来源和去路：
②比较ATP的来源与去路：
(4)图解4种状况下“光合作用与细胞呼吸”关系
2．图解环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系
(1)光补偿点的两种生理状态
①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。
②叶肉细胞：光合作用强度>呼吸作用强度。
(2)光补偿点、光饱和点移动方向
①光补偿点的移动：
a．呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。
b．呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。
②光饱和点的移动：相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点C应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
题点一：围绕细胞呼吸和光合作用的过程，考查理解能力
1．(2023·广州模拟)淀粉是粮食最主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院实现了人工合成淀粉，其途径(ASAP)如图所示，该成果不依赖植物光合作用，在实验室人为提供能量的基础上，实现了从CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。图2表示光合作用合成葡萄糖的过程。
(1)光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的__________(用“C1模块、C3模块、C6模块或Cn模块”及箭头表示)。图1中Cn是由C6组成的淀粉，以C6为单位组成的生物大分子还有__________。
(2)据图2所示过程18O的转移路径和实验结果，推测用18O标记CO2的实验目的是________________________________________________________________________
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光合作用过程既能分解水也能产生水，结合图2分析光合作用的__________(填“光反应”或“暗反应”)过程产生水，判断的依据是________________________________________________________________________
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(3)从能量的角度看，光合作用的本质是将太阳能转化为____________________。人工合成淀粉的成功能否表明对光合作用的完全替代，请从能量的角度阐释你的理由________________________________________________________________________
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解析：(1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应中C3的还原过程，所以光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的C3模块→C6模块；图1中Cn是由C6组成的淀粉，淀粉的基本单位为葡萄糖，即C6为葡萄糖，故以C6为单位组成的生物大分子除淀粉外还有糖原、纤维素。(2)根据图2分析可知，用18O标记CO2的实验目的是探究CO2中氧转化为水中氧的途径；由图2可知，合成ATP时，也产生了水，光反应阶段产生ATP，故图2中光合作用的光反应过程产生水，因为产生水的场所为叶绿体类囊体，与ATP同时生成。(3)光合作用的本质是将太阳能转化为有机物中储存的化学能；由于人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量，而光合作用合成淀粉是直接固定的太阳能，所以人工合成淀粉的成功不能表明对光合作用的完全替代。
答案：(1)C3模块→C6模块 糖原、纤维素
(2)探究CO2中氧转化为水中氧的途径 光反应 产生水的场所为叶绿体类囊体，与ATP同时生成
(3)有机物中储存的化学能 不能，人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量，而光合作用合成淀粉是直接固定的太阳能
题点二：通过细胞呼吸和光合作用关系，考查综合应用能力
2．(2023·广东校联考)光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量与光合作用中吸收的光能的比值。某研究人员将密闭容器内的某绿色植物先经黑暗再经恒定光照处理，容器内氧气的变化量如图所示(光照对呼吸作用的影响可忽略不计)。下列说法错误的是( )
A．C点时该植物叶肉细胞中合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质
B．A点以后的短时间内，叶绿体内C5含量将增加
C．5－15 min内，该植物光合作用产生O2的平均速率是5×10－8 ml/min
D．农业生产中使用农家肥主要是通过提高光合作用效率来提高产量的
解析：A、C点时在黑暗条件下，植物叶肉细胞只进行呼吸作用，因此合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质，A项正确；A点以后的短时间内，光照增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，叶肉细胞的叶绿体内C3被还原增多，产生的C5量增加，B项正确；结合图示可知，黑暗下氧气量的变化量为呼吸速率，为(5×10－7 ml－4×10－7 ml)÷5＝2×10－8 ml/min，在5－15 min内，净光合速率为(8×10－7 ml－4×10－7 ml)÷10＝4×10－8 ml/min，该植物光合作用产生氧气的平均速率即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4×10－8 ml/min＋2×10－8 ml/min＝6×10－8 ml/min，C项错误；农家肥中富含有机物，可以被分解者分解，产生的无机盐可以被植物吸收利用，增强光合作用，增强光合产物量，D项正确。
答案：C
题点三：从光呼吸与光合作用关系的角度理解光合作用的过程，考查科学思维能力
3．(2023·广东统考三模)不同温度条件下，植物对光的需求存在差异，如图1是温度和其他条件适宜时光照强度与番茄净光合速率的关系，图中A点为光补偿点，B点为光饱和点；图2是番茄光补偿点和光饱和点的高低与温度变化的关系。回答下列问题：
(1)由图1可知，光补偿点的含义为当______________________时的光照强度。
(2)由图2可以看出，在5～10 ℃时，光补偿点较低，该状态下，温度对光合速率及呼吸速率的影响效果分别为__________；超过35 ℃，光饱和点不升反降，可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(写出两点)。
(3)光补偿点和光饱和点的高低不仅受温度影响，还受CO2浓度的影响。若降低CO2浓度，图1中A点和B点将分别向________和向________移动。在采用人工光源提高番茄产量时，对光照强度的控制应考虑到________________________________________________________________________
________________________________________________________________________等多个方面(写出两点)。
(4)若要得到番茄的真正光合速率，要对呼吸速率进行测定，测定番茄呼吸速率的实验思路为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由图1可知，光补偿点的含义为当净光合速率为0时的光照强度，由于净光合速率等于总光合速率减去呼吸速率，故光补偿点的含义也可以表述为当光合速率等于呼吸速率时的光照强度。(2)在5～10 ℃时，光补偿点不变，但是光饱和点增大，意味着光合速率增强，即温度对光合速率的效果是促进，而光补偿点光合速率等于呼吸速率，光合速率增大意味着呼吸速率增大，即温度对呼吸速率的效果也为促进。光饱和点是指光合速率达到最大时所需要的最低光照强度，温度会影响酶的活性和光合色素的分解从而影响光合速率，故超过35 ℃，光饱和点不升反降，可能的原因是温度升高，影响与光合作用有关酶的活性(酶活性降低)；光合色素分解增多，含量减少，能够利用的光能减少，光饱和点降低。(3)二氧化碳减少，第二阶段生成的碳三化合物减少，导致第一阶段反应减弱，生成的氧气不再满足细胞呼吸。此时需要提高光强来促进第一阶段反应，光补偿点右移；随着光强从光补偿点逐渐增强，第一阶段反应增强，促进第二阶段反应，当第二阶段反应到达某个值时，受二氧化碳浓度限制，即使再增大光强也无法使第二阶段反应增强。由于二氧化碳的浓度降低，这个值也会减少，因此所需第一阶段反应产生的氢减少，第一阶段相比之前减弱，光饱和点左移；结合图2和相应题干可知，在采用人工光源提高番茄产量时，对光照强度的控制应考虑到番茄所处环境的温度以及CO2浓度等多个方面，均会影响所用光照强度对番茄植株光合速率的效果。(4)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故则还需各组的呼吸速率，测定呼吸速率意味着不能让植物进行光合作用，需要遮光(暗)处理，故测定呼吸速率的基本实验思路是其他条件保持相同且一致，将同种植物放置于黑暗条件下，测定其呼吸速率(单位时间内氧气的消耗量或二氧化碳的释放量)。
答案：(1)净光合速率为0(或光合速率等于呼吸速率)
(2)促进、促进 温度升高，影响与光合作用有关酶的活性(酶活性降低)；光合色素分解增多，含量减少
(3)右 左 番茄所处环境的温度以及CO2浓度
(4)其他条件保持相同且一致，将番茄放置于黑暗条件下，测定其呼吸速率(单位时间内氧气的消耗量或二氧化碳的释放量)