专题三 细胞呼吸与光合作用-【优化探究】2025年高考生物二轮专题复习配套PPT课件（广东专版）

细胞的生存需要能量和营养物质 第一部分 大概念二 专题三　细胞呼吸与光合作用 [课标范围]　1.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。　2.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,转换并储存为糖分子中的化学能。 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体基质 C3的还原 细胞质基质 细胞质基质 内容索引 NEIRONGSUOYIN 情境进阶(3)　细胞呼吸与光合作用中的电子传递 微专题一　细胞呼吸与光合作用的过程分析 微专题二　光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用 情境进阶(4)　光呼吸、光抑制 专题提能练 情境进阶(5)　四种CO2固定途径的比较 微专题三　光合作用与细胞呼吸的实验设计 细胞呼吸与光合作用的过程分析 微专题一 核心要点整合 1.光合作用和细胞呼吸发生的五个场所 2.“三种”元素转移途径 3.比较NADPH、NADH和ATP的来源和去路 项目 来源 去路 NADPH 光反应阶段产生 用于还原C3并为C3的还原供能 NADH 有氧呼吸 第一、二阶段 用于第三阶段和O2结合生成H2O 无氧呼吸 第一阶段 在第二阶段被全部消耗 ATP 光合作用 光反应阶段产生 为C3的还原供能 细胞呼吸 有氧呼吸三个阶段、无氧呼吸第一阶段 用于各项生命活动 4.光合作用与细胞呼吸中能量转化关系 真题体验感悟 1.(2024·广东卷,5)研究发现,敲除某种兼性厌氧酵母(WT)sqr基因后获得的突变株△sqr中,线粒体出现碎片化现象,且数量减少。下列分析错误的是(　　) A.碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸 B.线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱 C.有氧条件下,WT比△sqr的生长速度快 D.无氧条件下,WT比△sqr产生更多的ATP D 解析:有氧呼吸的主要场所是线粒体,碎片化的线粒体无法正常进行有氧呼吸,A正确;有氧呼吸第二、三阶段发生在线粒体,线粒体数量减少使△sqr的有氧呼吸减弱,B正确;与△sqr相比,WT正常线粒体数量更多,有氧条件下,WT能获得更多的能量,生长速度比△sqr快,C正确;无氧呼吸的场所是细胞质基质,与线粒体无关,所以无氧条件下WT产生ATP的量与△sqr相同,D错误。 2.(2022·广东卷,10)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力,TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后,取种胚浸于0.5% TTC溶液中,30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是(　　) A.该反应需要在光下进行 B.TTF可在细胞质基质中生成 C.TTF生成量与保温时间无关 D.不能用红色深浅判断种子活力高低 B 解析:TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成红色的TTF,种子仅通过细胞呼吸产生[H],所以该反应不需要在光下进行,A错误;有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质,该阶段有[H]的产生,故TTF可以在细胞质基质中生成,B正确;一定范围内,保温时间越长,产生的[H]越多,TTF生成越多,C错误;种子活力越高,细胞呼吸越旺盛,产生的[H]越多,红色越深,所以可以用红色深浅判断种子活力高低,D错误。 3.(2024·广东卷,2)2019年,我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌,其细胞内存在由两层膜组成的片层结构,此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中,下列物质存在的可能性最小的是(　　) A.ATP　　　　　　 B.NADP+ C.NADH D.DNA D 解析:由题干信息可知,采集到的蓝细菌其细胞内存在由两层膜组成的片层结构,此结构可进行光合作用与呼吸作用,进行光合作用时,光反应阶段可以将ADP和Pi转化为ATP,NADP+和H+转化为NADPH,用于暗反应,有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都可以生成NADH,而DNA存在于蓝细菌的拟核中,D符合题意,A、B、C不符合题意。 【思维拓展·长句表达】 1.(原因分析类)(2023·广东卷,7A改编)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还原型辅酶Ⅰ,原因是 ____________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________。  游泳过程中主要是进行有氧呼吸以提供能量,有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都产生了还原型辅酶Ⅰ,这两个阶段的还原型辅酶Ⅰ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 2.(作用表述类)(2021·广东卷,12D改编)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,有一种酶被称为Rubisco,此酶的作用是_______ ___________ _______________________。 3.(实验探究类)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2,一定时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析。实验发现,仅仅30 s的时间,放射性代谢产物多达几十种。时间缩短到7 s,发现放射性代谢产物减少到12种,若想要探究CO2转化成的第一个产物是什么,写出可行的实验思路。 提示:不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到提取物中最终只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。 催化二氧化碳的固定,即C5和CO2结合生成C3的过程 命题精准预测 角度1　细胞呼吸的过程分析 1.(2024·深圳市调研)柠檬酸循环是指在多种酶的作用下,丙酮酸被激活最终产生二氧化碳的过程。下列有关柠檬酸循环的叙述正确的是(　　) A.在线粒体的内膜上进行 B.没有还原型辅酶Ⅰ产生 C.反应过程需要消耗氧气 D.释放的能量主要是热能 D 解析:由题可知柠檬酸循环是有氧呼吸第二阶段的反应,在此过程中发生丙酮酸与水反应生成二氧化碳、[H]和少量能量,发生在线粒体基质中,不需要氧气参与,有还原型辅酶Ⅰ产生,释放的能量主要是热能,少部分用于合成ATP,A、B、C错误,D正确。 2.(2024·惠州市模拟)金鱼能在冬季冰封池塘、极度缺氧的环境下存活数月。研究发现,金鱼具有把乳酸转变成酒精排出体外的能力。如图为金鱼在低氧条件下的部分代谢途径,下列说法正确的是(　　) A.金鱼进行无氧呼吸时,葡萄糖中的能量最终全部储存在乳酸和酒精中 B.肌细胞与神经元无氧呼吸产物不同的根本原因是两种细胞中的基因种类不同 C.金鱼把乳酸转化成酒精,能降低血液中因CO2过多而导致的呼吸性酸中毒 D.若催化④过程的酶活性降低,会降低金鱼在低氧条件下的存活时间 D 解析:无氧呼吸过程中,葡萄糖中的能量大部分储存在乳酸或酒精中,少部分能量被释放,释放出的能量中大部分以热能的形式散失,少部分转移至ATP中,A错误;同一个体不同细胞的基因相同,无氧呼吸产物不同的根本原因是基因的选择性表达,B错误;金鱼把乳酸转化成酒精并排出体外,能降低血液中因乳酸过多而导致的乳酸性酸中毒,C错误;若催化④过程的酶活性降低,则金鱼把乳酸转变成酒精排出体外的量减少,导致乳酸在体内积累过多,对神经组织造成损害,会降低金鱼在低氧条件下的存活时间,D正确。 角度2　光合作用及与细胞呼吸过程的分析 3.(2024·梅州市一模)将离体叶绿体置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中制成悬浮液,加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),光照条件下可以释放出O2,该反应称为希尔反应。结合所学知识,分析下列说法正确的是(　　) A.希尔实验说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水 B.光合作用整个过程都直接需要光照 C.希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持叶绿体的正常形态 D.希尔反应证明了水的光解与糖的合成是同一个化学反应 C 解析:希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的条件下可以发生水的光解,产生氧气,该实验不能排除叶绿体中其他物质的干扰,A错误;光合作用的暗反应过程不直接需要光照,B错误;希尔反应中加入一定浓度的蔗糖溶液,是为了维持叶绿体内外的渗透压平衡,从而维持叶绿体正常的形态和功能,C正确;希尔反应中有H2O,没有CO2,光照条件下也可以释放出O2,说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应,D错误。 4.(2024·惠州市模拟)研究发现外源性甲醛(HCHO)可作为碳源参加常春藤的光合作用,具体过程如图所示(RU5P和HU6P为中间产物),下列说法错误的是 (　　) A.甲醛通过气孔以自由扩散方式进入细胞 B.①过程称为暗反应,与基粒的功能无关 C.可用同位素标记法验证②过程 D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质 B 解析:甲醛是一种气体,可以通过气孔以自由扩散方式进入细胞,A正确;①过程是暗反应,需要光反应提供NADPH和ATP,吸收光能的色素分布在叶绿体基粒上,因此暗反应与基粒的功能有关,B错误;可采用同位素标记法研究碳元素转移路径,比如用14C标记甲醛中的碳元素可验证②过程,C正确;细胞同化甲醛的过程是图中的②过程,场所是叶绿体基质,D正确。 5.(2024·广东六校联考)图甲表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程,图乙是以马铃薯植株为实验材料,探究遮光处理对马铃薯植株光合作用和产量影响的三组实验结果,注:正常光照(CK)、单层遮光网遮盖处理(Z1)、双层遮光网遮盖处理(Z2)。 (1)从叶肉细胞中分离叶绿体,可采用　　　　 法,叶绿体中含有的 　　　　　　　　　　　　 (填色素名称)不能利用波长为640~ 660 nm的光。  差速离心 类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素) 解析:(1)细胞中各种细胞器的大小和质量不同,所以可采用差速离心法从叶肉细胞中分离叶绿体等各种细胞器;叶绿体中含有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素四种光合色素,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,波长为640~660 nm的可见光是红光,叶绿体中不能吸收红光的色素是胡萝卜素和叶黄素(或类胡萝卜素)。 (2)图甲中能产生ATP的过程有　　　　(填序号),为过程②提供能量的物质是　　　　　　　。当过程③发生时,并没有CO2排出细胞外,此时该细胞所处的生理状态是光合作用强度　　　　　　呼吸作用强度。  ①③　 ATP和NADPH　 大于或等于 解析:(2)由图甲可知,①为有氧呼吸的第一阶段,该阶段葡萄糖分解产生丙酮酸和NADH,释放出少量能量,其中大部分以热能形式散失,少部分储存在ATP中。③为有氧呼吸的第二阶段,该阶段丙酮酸和水反应生成NADH和CO2,释放出少量能量,其中大部分以热能形式散失,少部分储存在ATP中。②为暗反应中C3的还原过程,该过程是C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下,生成C5和C6的过程。④是暗反应中CO2的固定过程,该过程是C5和CO2反应生成C3的过程。由以上分析可知,图甲中能产生ATP的过程有①③;为过程②暗反应中C3的还原提供能量的物质是ATP和NADPH;过程③为有氧呼吸的第二阶段,该过程产生的CO2去向与光合速率和呼吸速率有关,当光合速率小于呼吸速率时,CO2有两个去向:一是进入叶绿体进行CO2的固定,二是排出细胞外,当光合速率大于或等于呼吸速率时,CO2只有进入叶绿体进行CO2的固定一个去向。 (3)遮光后,植物短时间内C3含量将　　 ;若在正常生长的马铃薯块茎膨大期去除块茎,则马铃薯叶片的光合速率将　　 。  增多 降低 解析:(3)C3的还原过程需要光反应提供ATP和NADPH,光反应必须在有光条件下进行,所以遮光后,短时间内植物光反应产生的ATP、NADPH减少,C3的还原量减少,但是暗反应中CO2的固定速率不变,C3生成速率不变,因此遮光后,短时间内植物中C3含量将增多;马铃薯叶肉细胞光合作用产生的有机物需要转移到块茎中储存起来,如果在正常生长的马铃薯块茎膨大期去除块茎,会导致叶肉细胞光合作用产生的有机物不能及时输出,积累在叶肉细胞,导致马铃薯叶片的光合速率下降。 (4)根据图乙分析,遮光条件下,气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)的值均减小,Gs减小能引起Pn减小的原因是 __________________ _____ ___________________________________________________,  遮光条件下,胞间CO2浓度(Ci)的值增大,结合信息分析其原因是______ __________________________________________________________________________。  气孔导度减小,叶肉细胞从外界环境吸收的CO2减少,光合作用暗反应速率减小,净光合速率减小 虽然气孔导度较小,CO2吸收减少,但净光合速率减小幅度更大,导致叶肉细胞消耗CO2更少 解析:(4)当气孔导度(Gs)减小,叶肉细胞从外界环境吸收的CO2减少,叶肉细胞光合作用暗反应速率减小,净光合速率减小;通过比较遮光后气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)的下降幅度可知,遮光后虽然气孔导度减小,CO2吸收减少,但是净光合速率减小幅度更大,导致叶肉细胞消耗CO2更少,因此胞间CO2浓度(Ci)的值增大。 细胞呼吸与光合作用中的电子传递 情境进阶(3) 1.细胞呼吸与电子传递 在真核细胞有氧呼吸的第三阶段中,还原型辅酶Ⅰ (NADH)脱去氢并释放电子(e-),电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙,从而建立H+浓度梯度,随后H+在ATP合成酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质,并生成大量ATP,过程如图所示。 2.光合作用中光系统及电子传递链 (1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生O2、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立:①电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生质子(H+)。③在类囊体的基质侧H+和NADP+形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子(H+)是高度不通透的,类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出,而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 对点演练 1.(2024·广州市二模)图1为某些原核细胞鞭毛(可摆动使个体运动)附近发生的有氧呼吸过程,膜结构2为细胞壁中以类脂A所组成的膜结构;图1过程中,通过电子传递链的运输,周质空间中H+浓度高于细胞内。图2为某些原核细胞发生的生理过程,过程中产生的NADH被复合体Ⅰ氧化后产生的电子经过一系列复合体传递给复合体Ⅳ,最终将O2还原(即途径一,原核细胞无途径二),该过程同时向膜外运输H+,H+顺浓度梯度运输驱动ATP合成酶合成ATP。据图回答以下问题。 (1)图1过程中,通过电子传递链的运输,周质空间中H+浓度高于细胞内,而后H+化学势能转化为　　　　　　　 ,进而使个体运动,还给_____ _　　过程供能,同时还转化为ATP中的化学能。  鞭毛摆动的动能 物质 运输 解析:(1)图1为某些原核细胞鞭毛附近发生的有氧呼吸过程,图示过程中,通过电子传递链的运输,周质空间中H+浓度高于细胞内,而后H+顺浓度梯度转运至细胞内,该过程中H+的梯度势能驱动了ATP的产生,同时也推动了鞭毛的运动,即H+的化学势能转化为ATP中的化学能和鞭毛摆动的动能,且H+的梯度势能还能给物质运输过程供能,如Ca2+和Na+的转运消耗了H+的梯度势能。 (2)图1中膜结构1为原核生物的　　　 (填细胞结构),图示功能可以验证内共生学说中线粒体　　 (填“内膜”或“外膜”)来自原核生物。  细胞膜　 内膜 解析:(2)原核生物只有细胞膜这一种膜结构,因此,图1为原核生物的细胞膜,图示功能显示的是在膜上产生ATP的过程,相当于有氧呼吸的第三阶段,为此,该信息可为验证内共生学说提供依据,即图中的细胞膜相当于线粒体的内膜,线粒体的内膜来自原核生物。 (3)某些植物细胞的生物膜上存在交替氧化酶(AOX),该酶能直接利用复合体Ⅰ传递的电子催化O2的还原,即途径二。途径一和二虽然都将电子传递给O2并与H+生成了H2O,但与途径一相比,途径二的主要区别是　　　　　　　　　　　　,所以途径　　可将更多的能量转移到ATP中。含有途径二的图2细胞的生物膜为　 　　　　。  途径二向膜外运输H+较少 一 线粒体内膜 解析:(3)图2为某些原核细胞发生的生理过程,过程中产生的NADH被复合体Ⅰ氧化后产生的电子经过一系列复合体传递给复合体Ⅳ最终将O2还原(即途径一),该过程同时向膜外运输H+,H+顺浓度梯度运输驱动ATP合成酶合成ATP;某些植物细胞的生物膜上存在交替氧化酶(AOX),该酶能直接利用复合体Ⅰ传递的电子催化O2的还原(即途径二)。因交替氧化酶的存在,电子经复合体Ⅳ的传递量减少,致使膜外H+浓度减小,驱动ATP合成酶合成ATP减少。因此途径二的主要区别是途径二向膜外运输H+较少,所以途径一可将更多的能量转移到ATP中。图示过程中有NADH的氧化过程以及ATP的生成,说明图示细胞的生物膜为线粒体内膜,因为其上发生的是有氧呼吸的第三阶段。 (4)复合体Ⅳ向膜外运输H+的方式是　　　　　。据图分析,复合体Ⅳ与ATP合酶的作用有哪些共同点?  ____________________________________________________________ (至少答出两点)。 主动运输 都能够运输H+,都可以作为酶起到催化作用 解析:(4)复合体Ⅳ向膜外运输H+的同时,并同时实现了对H+的氧化过程,根据ATP的产生过程可推测,此时H+转运的方式是逆浓度梯度进行的,因此运输方式为主动运输。据图2分析,复合体Ⅳ能作为H+逆浓度梯度转运的载体,且能催化H+氧化成水的过程,而ATP合酶不仅能顺浓度梯度转运H+,且能催化ATP的合成,可见二者的共同点可总结为都能够运输H+,且都可以作为酶起到催化作用。 2.(2024·汕头市模拟)如图表示绿色植物叶肉细胞中部分代谢过程,水光解时释放出的电子(e-)依次通过蛋白A、蛋白D和蛋白C进行传递,最终传递给NADP+。电子传递过程释放的能量用于H+通过D蛋白逆浓度跨膜运输,回答下列问题。 (1)光不仅作为能量的一种形式,还可以作为　　 来调节植物体的生命活动。蛋白质B是一种色素—蛋白复合体,能调控基因的　　 。 信号 表达 解析:(1)光不仅是一种能量,还可以作为物理信息调节植物体的生命活动;由图可知,光作用于蛋白B后,通过细胞内信号转导,影响细胞核内某些基因的表达,导致相应蛋白质含量变化,最终影响细胞生命活动。 (2)叶绿素通常与蛋白质结合成复合体,图中含有叶绿素的蛋白质有 　　　　　　 。据图分析ATP合成酶的功能有____________________　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。  蛋白A、蛋白C 催化ATP合成、运输H+ 解析: (2)含有叶绿素的蛋白质分布于叶绿体的类囊体薄膜上,可吸收、传递和转化光能,即蛋白A和蛋白C;据图可知,ATP合成酶的功能有两种,一是催化ATP合成,二是将类囊体腔中的H+转运至叶绿体基质。 (3)某种除草剂能够与蛋白D结合,据图分析该除草剂的作用原理可能是  __________________________________________________________________________________________________________,  最终使植物体不合成有机物而死亡。 除草剂与D蛋白结合后阻断了电子传递,导致NADPH合成受阻,同时使类囊体膜内外的H+浓度差下降,导致ATP合成受阻 解析: (3)某种除草剂能够与蛋白D结合,阻断类囊体薄膜上的电子传递过程,无法形成NADPH,也影响叶绿体基质中的H+泵入类囊体而降低ATP合成量,使得暗反应无法进行,最终使植物体不能合成有机物而死亡。 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用 微专题二 核心要点整合 1.影响细胞呼吸的“四类”曲线 2.影响光合速率因素的“三类”曲线 (1)光照强度 温度、CO2浓度 ATP、NADPH (2)CO2的浓度 温度、光照强度 (3)温度 提醒:①影响光合作用的因素还有叶龄、光合产物的输出等。 ②植物叶片水分减少,气孔部分关闭,叶肉细胞对CO2的吸收减少,也会使光合速率下降。 3.光合作用、细胞呼吸的“三率”图分析 (1)“三率”的表示方法 ①呼吸速率:绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2的释放量或O2的吸收量,即图1中OA段对应的CO2的量。 ②净光合速率:绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累量,即图1中的C'C段对应的CO2的量,也称为表观光合速率。 ③实际(总)光合速率=净光合速率+呼吸速率,即图1中的AD段对应的CO2总量。 (2)图2中曲线c表示净光合速率,曲线d表示呼吸速率,c+d表示总光合速率。在G点时,总光合速率是呼吸速率的2倍。 4.光合作用、呼吸作用曲线中“关键点”及移动情况分析 (1)补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用 ①饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件下,饱和点越大,表示植物的光合作用能力越强。 ②补偿点表示植物在一定条件下开始生长(积累有机物)的临界点,高于补偿点,植物开始生长;低于补偿点,植物会净消耗有机物。补偿点低,说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。 ③通常,阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低,由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。 (2)光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动分析 ①A点:代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。 ②B点与C点的变化(注:只有横坐标为自变量,其他条件不变) 条件 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大CO2浓度(或光照强度) 左移 右移 适当减小CO2浓度(或光照强度) 右移 左移 土壤缺Mg2+ 右移 左移 注:细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2补偿点(或光补偿点)应右移,反之左移。 ③D点:代表最大光合速率,若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时,D点向右上方移动;反之,移动方向相反。 5.自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率变化 曲线解读: 真题体验感悟 1.(2021·广东卷,15)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布位置不同(图a),造成叶绿体相对受光面积的不同(图b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是(　　) A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度) B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度) C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 答案:D 解析:通过图b呈现的实验结果可知,t2的 叶绿体受光面积/细胞受光面积小于t1, 意味着在相同光照强度下,t1能利用更 多的光能,当光照强度达到t1的光饱和 点时,该光照强度还未达到t2的光饱和 点,A正确;在较低的相同光照强度下,t1能利用更多的光能,因此t1光合速率等于呼吸速率时所需的光照强度小于t2,即t1的光补偿点小于t2,B正确;题干中已说明三者的叶绿素含量及其他性状基本一致,因此三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关,与叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置有关,C正确;在一定范围内,随着光照强度的增加,拟南芥WT、t1和t2的光合速率也增加,当光照强度足够大时,三者都达到了最大光合速率,此时三者光合速率的差异并不会随着光照强度的增加而变大,D错误。 2.(2023·广东卷,18)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,其相关生理特征见图和表。(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。) 水稻 材料 叶绿素 /(mg/g) 类胡萝卜 素/(mg/g) 类胡萝卜 素/叶绿素 WT 4.08 0.63 0.15 ygl 1.73 0.47 0.27 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。  类胡萝卜素/叶绿素的 比值上升 红光和蓝紫 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。 (2)光照强度逐渐增加达到2 000 μmol·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　　 (填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点,可能的原因是叶绿素含量较低和_____________。  高于 呼吸速率较高 解析: (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ygl呼吸速率较高。 (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。  有机物积累较多 解析: (3)ygl群体的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,因此产量较多。 (4)试分析在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl净光合速率的变化,在如图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: ______________________________ ________________ 为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT? 答案: 解析: (4)由于ygl呼吸速率较高,且有较高的光补偿点,因此在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT的净光合速率高于ygl,因此两者的净光合速率曲线见图: 分析图a和新绘制的图示曲线,高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率相对大小不同,根据两图可提出问题:为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT? 【思维拓展·长句表达】 1.(原因分析类)将某植物放置在密闭小室中,适宜条件下光照培养,培养一段时间后发现该植物的光合速率降低,其原因是_________________ _____________________________________________________________________________________。  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,光合速率也随之降低 2.(判断依据类)细辛是一种在森林下部生活的植物,滨藜是一种在沙漠中生活的植物。如图是光照强度对两种植物光合作用强度影响的曲线(甲、乙)。 图中代表滨藜光合作用强度变化的曲线是　　,判断依据是_________　 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  甲 滨藜生活 在沙漠适应较强光照,甲曲线对应的光饱和点(或光补偿点)更大 3.(结果结论类)科研人员欲研究低温条件对番茄植株光合作用的影响。选取甲、乙两个番茄品种,将每个品种的若干幼苗随机分组,实验组放入人工气候箱中进行　　　　　处理,对照组进行昼/夜(25/15 ℃)的常温处理。实验结果如图所示。  由图可知,随着　　　　　　　　　 　　　　,光合速率逐渐降低。结果表明,低温对两个品种番茄幼苗的光合速率均有明显影响,二者相比,　 　　　　　　　　　　　　　。  低温胁迫 低温处理时间的延长和昼夜处理温度的降低 甲品种的影响程度要小于乙品种 命题精准预测 角度1　光合作用与细胞呼吸影响因素的分析 1.(2024·广东省部分重点中学高三联考)纳米银 因其抗菌特性而被应用,但其进入水环境会对 水生生物产生一定的毒理效应。为了研究纳 米银对水生藻类呼吸作用的影响,科研团队将 不同浓度的纳米银稀释液加入小球藻藻液中, 在黑暗条件下测定水中的溶解氧含量的变化,结果如图。下列有关叙述错误的是(　　) A.小球藻消耗氧气的场所是线粒体内膜 B.该实验有两个自变量,分别是纳米银稀释液的浓度和培养时间 C.由实验结果可知,纳米银对小球藻的有氧呼吸表现为促进作用 D.在黑暗条件下测量是为了避免小球藻光合作用对实验结果的干扰 答案:C 解析:小球藻呼吸作用过程中,氧气消耗发生在有氧呼吸的第三阶段,场所是线粒体内膜,A正确;据图分析,该实验的自变量是纳米银稀释液的浓度和培养时间,B正确;由题图可知,同一培养时间,随着纳米银浓度的增加,溶解氧含量上升,说明呼吸作用耗氧量下降,所以纳米银对小球藻的有氧呼吸有一定的抑制作用,C错误;为了避免小球藻光合作用对实验测定结果的干扰,本实验需要在黑暗条件下进行,D正确。 2.(2024·广东六校联考)小麦是北方的主要农作物,研究环境条件变化对其产量的影响对农业生产有重要意义。 (1)科研人员测定小麦一昼夜净光合速率(Pn)的变化,发现小麦与其他植物一样出现了“午睡”现象。一般认为,午后温度较高,植物通过蒸腾作用使叶片降温,同时,植物也会　　　叶片气孔开度来避免过度失水对细胞造成损伤,这一变化会引起叶肉细胞间的　　　　 ,使小麦光合速率降低。  降低 CO2不足 解析:(1)午后温度较高的情况下,植物会降低叶片气孔开度,避免过度失水对细胞造成损伤。气孔开度降低,外界环境中的CO2进入细胞间隙的量减少,导致叶肉细胞间的CO2浓度降低,从而使小麦的光合速率降低。 (2)科研人员在午后测定了同一株小麦两种不同向光角度的叶片(接收直射光照面积不同)的部分指标,结果如表。 对相关数据进行分析:直立叶和平展叶叶片温度无明显差异,说明二者的气孔开度　　　　　(填“基本相同”或“不同”),但平展叶净光合速率却明显低于直立叶,此时平展叶胞间CO2浓度高于直立叶,说明气孔开度降低引起的胞间CO2浓度不足　　 (填“是”或“不是”)造成“午睡”现象的唯一因素。    净光合速率(Pn) 叶片温度(T) 胞间CO2浓度(Ci) 直立叶 12.9 37.5 250 平展叶 8.8 37.7 264 基本相同 不是 解析: (2)直立叶和平展叶叶片温度无明显差异,说明二者的气孔开度基本相同。由于直立叶和平展叶的气孔开度基本相同,则二者的胞间CO2浓度应基本相同,若“午睡”现象只是由气孔开度降低导致的胞间CO2浓度不足引起,二者的净光合速率也应基本相同。但是从表中数据可知,直立叶和平展叶的气孔开度基本相同,平展叶净光合速率明显低于直立叶,胞间CO2浓度高于直立叶,说明气孔开度降低引起的胞间CO2浓度不足不是造成“午睡”现象的唯一因素。 (3)科研人员推测,午间强光照可能会导致由光合色素和蛋白质组成的光系统Ⅱ发生损伤,导致　　　 速率下降,进而抑制叶片的光合作用。D1是对光系统Ⅱ活性起调节作用的关键蛋白,科研人员使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1含量,结果如图1所示,分析可知,__________________________________________________________,  从而在一定程度上导致“午睡”现象。 光反应 午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,导致光系统Ⅱ活性降低 解析: (3)光合色素位于类囊体薄膜上,午间强光照可能会导致由光合色素和蛋白质组成的光系统Ⅱ发生损伤,导致光反应速率下降,进而抑制叶片的光合作用。分析图1可知,W2组(较强光照强度照射2小时)的D1蛋白含量低于CK组(适宜光照强度照射2小时),而D1蛋白是对光系统Ⅱ活性起调节作用的关键蛋白,据此分析,午间较强光照使细胞中D1蛋白的含量降低,导致光系统Ⅱ活性降低,从而在一定程度上导致“午睡”现象。 (4)水杨酸(SA)是一种与植物抗热性有关的植物激素,科研人员用适宜浓度的SA喷洒小麦叶片后,测定两种光照条件下小麦的D1蛋白含量,结果如图2所示,可推测SA对小麦午间光合作用的影响是:______________________ ____________________________________________________________。  SA能减弱较强光照造成的D1蛋白含量下降及光系统Ⅱ活性降低程度,缓解小麦的“午睡”现象 解析: (4)分析图2可知,无论是实验一还是实验二,与CK组相比,喷洒水杨酸CK组的D1蛋白含量无明显变化,而喷洒水杨酸W2组D1蛋白的含量明显高于W2组,但低于CK组,说明水杨酸能够减弱较强光照造成的D1蛋白含量下降,从而减弱光系统Ⅱ活性降低的程度,进而缓解小麦的“午睡”现象。 (5)综合上述研究,除了喷洒适宜浓度的水杨酸外,从育种的角度提出在农业生产中减少“午睡”现象提高小麦产量的一种合理措施: _____________ _________________________________________________________。  培育高光强下 D1基因表达量高的小麦品种/培育高光强下SA含量高的小麦品种 解析: (5)培育高光强下D1基因表达量高的小麦品种,或者培育高光强下SA含量高的小麦品种均能减少“午睡”现象,提高小麦产量。 角度2　补偿点、饱和点的移动及与光合作用的关系应用 3.(2024·揭阳市二模)光合作用是自然界最重要的化学反应之一,影响光合作用的外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度,如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片的光合速率的影响。下列相关叙述错误的是 (　　) A.大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同,对应的光极限范围应该更大 B.CO2极限时,限制光合作用增加的因素可能是CO2浓度或温度 C.在光合作用最适温度条件下适当升温,呼吸速率可能增大,补偿点可能左移 D.实际生产中施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率 答案:C 解析:群体对光能的利用更充分,光饱和点较 单个叶片更大,所以光极限范围会增大,A正 确;CO2极限时,曲线趋于水平,说明限制因素 不再是光吸收(光照强度),可能是其他外界因 素,如温度或CO2浓度,B正确;在光合作用最 适温度的基础上升高温度,会导致光合速率 下降,而呼吸速率可能增大,光补偿点应该右移,C错误;实际生产中施肥过多会影响植物吸水,施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成,故施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率,D正确。 4.(2024·惠州市调研)科研人员探究了不同遮阴处理对某植物A多项指标的影响,以期为林下种植植物A提供依据。相关结果见表,请回答下列问题。 测定指标 遮阴处理 遮阴率85% 遮阴率56% 全光照 叶绿素含量/(μg/cm2) 34.58 33.01 28.43 叶片厚度/mm 1.15 1.65 1.84 单片叶面积/cm2 17.67 14.66 8.58 光饱和点/[μmol/(m2·s)] 355 586 468 最大净光合速率/[μmol/(m2·s)] 7.46 10.73 9.12 注:光饱和点是指光合速率不再随光照强度增加而增强时的光照强度。 (1)与全光照处理组相比,遮阴率85%处理组植物A的最大净光合速率较低,主要原因是　　 　　　　　　,为暗反应提供的___ __ ________减少,进而导致在叶绿体　　 中利用的CO2量减少。  光照强度较弱(或光反应较弱) ATP和 NADPH 基质 解析:(1)与全光照处理组相比,遮阴率85%处理组植物A的最大净光合速率较低,主要原因为光照强度减弱,光反应较弱,为暗反应提供的ATP和NADPH减少,进而导致在叶绿体基质中利用的CO2量减少。   (2)据表中数据分析可知,遮阴处理后,植物A叶片厚度变小(变薄),______　 　　　　　　 　　,从而使植物A适应弱光环境。  叶绿 素含量增加,单片叶面积增大 解析: (2)据表可知,遮阴处理后,植物A叶片厚度变小,叶绿素含量、单片叶面积均增大,以此来适应弱光环境。 (3)植物A有一定的适应弱光的能力,但科研人员认为过低的光照强度不利于其生长,判断依据是________________________________________ ______________________________________。  因此当我们在推广林下种植植物A时应该采取的合理措施是 ________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________。 与遮阴率56%处理组相比,遮阴率85%处理组植物A的光饱和点和最大净光合速率都下降 合理密植乔木冠层植物,以达较适合植物A生长的遮阴率(或适量修整乔木冠层的密度,以达较适合植物A生长的遮阴率或及时调控乔木冠层的透光率)(合理即可) 解析: (3)由表可知,与遮阴率56%处理组相比,遮阴率85%处理组植物A的光饱和点和最大净光合速率都下降,说明过低的光照强度不利于植物A生长。在推广林下种植植物A时应采取的合理措施是合理密植乔木冠层植物,以达较适合植物A生长的遮阴率(或适量修整乔木冠层的密度,以达较适合植物A生长的遮阴率或及时调控乔木冠层的透光率)。 光合作用与细胞呼吸的实验设计 微专题三 核心要点整合 1.光合速率和呼吸速率的测定 (1)叶圆片上浮法 首先通过对叶片进行打孔、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。 (2)液滴移动法(如图) ①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录有色液滴移动的距离,计算呼吸速率。 ②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录有色液滴移动的距离,计算净光合速率。 ③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。 (3)“黑白瓶法” “黑白瓶法”是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的方法。其中“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。可分为有初始值与没有初始值两种情况,规律如下: 提醒:除上述测定方法外,还有“半叶法”、叶圆片称量法、红外线CO2传感器测定法、梯度法、指示剂测定法等等。 2.光合作用与细胞呼吸实验的设计技巧 (1)无论是验证类还是探究类实验,实验思路要说明自变量如何操作,无关变量的控制,因变量如何检测。 (2)实验设计中的三个注意事项 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。 (3)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。 真题体验感悟 (2022·广东卷,18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(如图a),测定相关指标(如图b),探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题。 (1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量　　 ,原因可能是　 ____ ___________ ___________。  升高 遮阴环 境中,叶绿素合成增加或分解减少 解析:(1)由题图可知,遮阴环境中的玉米叶绿素含量较光照环境中的玉米叶绿素含量高,这是植物对弱光的一种适应,通过增加叶绿素合成或减少叶绿素分解来提高叶绿素含量,进而提高对光能的利用率。 (2)比较如图b中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的　　　　,因而生长更快。  有机物 解析: (2)净光合速率可反映植物单位时间积累的有机物的量,结合图b中B1照光区域与B2遮阴区域的数据可知,B组玉米植株的平均净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75(μmol CO2·m-2·s-1),大于A组玉米植株的净光合速率(11.8 μmol CO2·m-2·s-1),即B组的玉米植株有机物积累更多,生长更快。 (3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究: 实验材料:选择前期　　　_________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。  实验方法:按如图a所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以　　 为对照,并保证除　　_____外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。  结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是 __ _ ____________________________________________。  光照等培养条件 A组 遮阴比例 不同遮阴比例,探究提高作物产量的最适遮阴比例 增加 解析: (3)探究B组处理方法是否能提高产量,需选用前期光照等培养条件一致、生长状态相似的玉米植株为材料,分组设置对照。据图a可知,该实验的自变量为遮阴比例,常态处理组(A组)为对照组,为控制单一变量,需保证除遮阴比例外其他环境条件一致。若已证明50%遮阴比例可以提高作物产量,则下一步可探究提高作物产量的最适遮阴比例,比如进一步探究25%、75%等遮阴比例时的作物产量。 【思维拓展·长句表达】 1.(判断依据类)为测定两种培养模式(液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养)的栅藻光合速率,有人提出可以向装置中通入C18O2,培养一段时间后检测C18O2减少量。你认为该方法　　　　(填“可行”或“不可 行”),理由是　_______ _________________________________ _____________ ______________________________  _。  不可行 C18O2中的18O经光合作用可转移到有机物中,有机物参与 呼吸作用可生成C18O2,因此根据被标记的二氧化碳的减少量不能测定 栅藻光合速率 2.(原因分析与实验探究类)干旱处理后该植物的光合速率会降低,出现这种变化的主要原因是________________________________________ 　　　　　　 。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。  干旱处理后,气孔开度减小,使供应给光合作用的CO2减少 提示:实验思路:取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。 预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。 命题精准预测 1.高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。 覆膜 处理 叶绿素含量/(mg/g) 类胡萝卜素 含量/(mg/g) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.65 回答下列问题。 (1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中　　光可被位于叶绿体　　______ 上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为　　和　　__。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的　　___ 较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。  蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光 解析:(1)吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上,叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这4种色素吸收的光波长有差别,但是都可以用于光合作用。暗反应阶段,被还原的C3在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类和C5。据图可知,与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用　　 　　作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是　 ___ _____ _____________________________________________________________________________ 。  无水乙醇 叶绿素a和叶 绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,选择 红光可排除类胡萝卜素的干扰 解析: (2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光。 (3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为_______________________________________ ___________________________________________________________ _______________________________________________________________(答出两点即可)。  覆盖蓝膜紫外光透过率低,蓝光透过率高,降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;与覆盖白膜和绿膜比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用 解析: (3)据图可知,覆盖蓝膜的紫外光透过率低,蓝光透过率高,在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;据表中数据分析,与覆盖白膜和绿膜比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用。 2.(2024·惠州市模拟)光质是影响草莓生长发育和果实品质的重要条件。为探究冬季弱光条件下对草莓的最佳补光措施,科研人员以“红颜草莓”为材料,得到以下实验数据: 组别 净光合速率Pn (μmol CO2·m-2·s-1) 胞间CO2浓度Ci (μmol CO2/mol) 气孔导度Gs (μmol H2O·m-2·s-1) A组(白光) 2.49 340.3 0.056 B组(红光) 1.42 465.44 0.049 C组(蓝光) 1.79 435.53 0.09 D组(红光∶白光=1∶3) 2.85 444.3 0.06 E组(蓝光:白光=1∶3) 4.61 273.41 0.069 注:气孔导度表示的是气孔张开的程度,它是影响植物光合作用、呼吸作用及蒸腾作用的主要因素。 回答下列问题。 (1)本实验的对照组是　 (填“A”“B”“C”“D”或“E”)组,本实验中测得净光合速率大小的指标为　　　　　 　　　　　　　。  A 单位时间、单位叶面积的CO2吸收量 解析:(1)对照组是不做特殊处理或者实验结果已知的组,本实验A组用白光处理,属于对照组;净光合速率可以用光照条件下,单位时间内,O2释放量、CO2吸收量、有机物的积累量表示,由表格可知,本实验表示净光合速率大小的指标为单位时间、单位叶面积的CO2吸收量。 (2)由表中数据推测,　　(填“白”“红”或“蓝”)光可以促进气孔开放。机理是该颜色的光能促进保卫细胞吸收K+,使保卫细胞内渗透压　　　, 保卫细胞　 　　　　　　　,从而促进气孔开放。  蓝 升高 吸水膨胀(或吸水或膨胀或体积增大) 解析: (2)与对照组白光相比,B组(红光)Gs减小,C组(蓝光)Gs增大,说明蓝光能促进气孔开放;机理是该颜色的光能促进保卫细胞吸收K+,使保卫细胞内渗透压升高,保卫细胞吸水膨胀,从而促进气孔开放。 (3)在同一大气环境条件下生长的同种植物,胞间CO2浓度=进入CO2浓度-消耗CO2浓度。与C组相比,E组胞间CO2浓度较低的原因是__ ___ _____________________________________________________ _。  气孔导度低导致进入细胞的CO2浓度低、净光合速率高消耗更多CO2 解析: (3)与C组相比,E组Gs减小,进入细胞的CO2浓度低,胞间CO2浓度=进入CO2浓度-消耗CO2浓度,净光合速率高消耗更多CO2,所以,E组胞间CO2浓度比C组低。 (4)有同学认为E组(蓝光∶白光=1∶3)不一定是最佳补光组合,请据此简要写出进一步探究的实验思路:________________ ________________ _______________________________________________________________ ____________________________________________________ ____ _____。 增加红光、蓝光与白光的补光比例的处理组(并将结果与E组对比)[或增加红光和蓝光不同比例补光的处理组(并将结果与E组对比)或增加若干实验组,增加不同光质的补光比例组合(并将结果与E组对比)] 解析: (4)可以增加不同的光质组合及比例的实验组,与E组对照,比较净光合速率大小,确定最佳补光组合,具体思路:可以增加红光、蓝光与白光的补光比例的处理组,或增加红光和蓝光不同比例补光的处理组,或增加若干实验组,增加不同光质的补光比例组合等。 光呼吸、光抑制 情境进阶(4) 1.光呼吸 (1)光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中,Rubisco酶能够以CO2为反应物实现CO2的固定;在光下,当O2浓度高、CO2浓度低时,O2会竞争结合Rubisco酶,在光的驱动下与C5结合,最终生成CO2释放出来。 (2)光呼吸是一个高耗能的反应,正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%~30%。过程如图所示: 2.光抑制 (1)当光照过强,植物吸收的光能超过植物所需时,会导致光合速率下降,这种现象称为光抑制。强光条件下,一方面因NADP+不足使电子传递给O2形成;另一方面会导致还原态电子积累,形成三线态叶绿素chl与O2反应生成单线1O2。和1O2都非常活泼,如不及时清除,会攻击叶绿素和PSⅡ反应中心(参与光反应的色素—蛋白质复合体)的D1蛋白,从而损伤光合结构。 (2)造成光抑制的主要原因是植物抗逆性太弱。植物形成的抗逆机制对光照强度过大不能很好地适应,这时就会造成植物耐受能力的缺失,进而使其出现光抑制现象。另外,如低温、高温和干旱等同时存在时,光抑制加剧。 对点演练 1.(2024·广州市普通高中毕业班综合测试) 光照充足时,叶肉细胞中Rubisco催化O2与CO2 竞争性结合C5。O2和CO2同Rubisco的亲和力 与各自的相对浓度有关,相对浓度高则与酶的 亲和力高。O2与C5结合后经一系列的反应, 最终释放CO2的过程称为光呼吸。如图中实线部分表示植物叶肉细胞的光合作用和光呼吸等正常的生命活动过程,虚线部分表示为科学家通过基因工程构建的新的光呼吸代谢支路。下列叙述错误的是 (　　) A.酶Rubisco既能催化CO2的固定,又能催化C5与O2反应 B.光呼吸会消耗一部分的C5,从而降低光合作用产量 C.新的光呼吸代谢支路,有利于植物积累有机物 D.在农业生产中,可通过给大棚通风的方式,提高农作物的光呼吸过程 答案:D 解析:由题图可知,Rubisco酶既能在光合作用过程中催化CO2的固定,又能在光呼吸过程中催化C5与O2的反应,A正确;光呼吸会消耗一部分C5,从而影响暗反应中CO2的固定过程,降低光合作用产量,B正确;题图中的虚线为新构建的光呼吸代谢支路,可以释放CO2重新用于暗反应,有利于植物积累有机物,C正确;在农业生产中,通过给大棚通风的方式增加CO2供应,提高农作物的光合作用,降低光呼吸过程,D错误。 2.(2024·茂名市三模)植物遭受低温胁迫会产生活性氧(ROS),ROS对蛋白质、膜脂和色素分子都有破坏作用,在光能过剩的条件下容易使光反应速率和光合速率降低,出现光抑制现象,而过氧化物歧化酶(SOD)能清除ROS。为研究植物生长调节剂甲对水稻幼苗光抑制的影响,实验小组开展了四组实验,处理方法为第①组:低温+清水;第②组:低温+甲溶液;第③组:常温+甲溶液;第④组为对照组。定期检测水稻幼苗的净光合速率和SOD活性的变化情况,结果如图所示。回答下列问题。 (1)实验过程中,需要给予水稻幼苗　 (填“低”“适宜”或“高”)光照。第④组的处理方法为　　 　　。  高 常温+清水 解析:(1)分析题意,本实验目的是研究植物生长调节剂甲对水稻幼苗光抑制的影响,而在光能过剩的条件下容易使光反应速率和光合速率降低,出现光抑制现象,故实验过程中,需要给予水稻幼苗高光照;实验目的是研究植物生长调节剂甲对水稻幼苗光抑制的影响,自变量是温度、调节剂的有无及处理时间,因变量是植物生长情况,实验设计应遵循对照与单一变量原则,由于第①组:低温+清水,第②组:低温+甲溶液,第③组:常温+甲溶液,第④组为对照组,推测第④组的处理方法为常温+清水。 (2)低温胁迫诱发光抑制的植物CO2固定速率降低,原因可能是____ ___ _________________________; _________________________________ ________________________________。  降低CO2固定相关酶的活性　 低温会 光抑制会降低光反应速率,使产生的 ATP和NADPH减少,C5的产生量减少 解析: (2)二氧化碳是暗反应的原料,生化反应的进行需要酶的催化,且暗反应的进行需要光反应产物参与,低温胁迫诱发光抑制的植物CO2固定速率降低,原因可能是低温会降低CO2固定相关酶的活性;光抑制会降低光反应速率,使产生的ATP和NADPH减少,C5的产生量减少。 (3)结合实验结果分析,植物生长调节剂甲可_____水稻幼苗的光抑制,其影响光抑制的机理是_____ _______ ________________ _________________________。  缓解 植物生长调节剂甲能提高SOD的活性,清除ROS, 减少ROS对光合色素的破坏 解析: (3)第①组是低温+清水,第②组是低温+甲溶液,两组的自变量是甲溶液的有无,据图可知,第②组的光合速率>第①组,说明植物生长调节剂甲可缓解水稻幼苗的光抑制,且折线图中第②组处理约4天后的SOD活性高于第①组,其影响光抑制的机理是植物生长调节剂甲能提高SOD的活性,清除ROS,减少ROS对光合色素的破坏。 四种CO2固定途径的比较 情境进阶(5) 1.C3植物固定CO2的途径 C3植物固定CO2的途径也称卡尔文循环,整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始,到RuBP(C5)再生结束,在叶绿体基质中进行,可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 2.C4植物固定CO2的途径 玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内,在有关酶的催化作用下,CO2首先被一种三碳化合物(PEP)固定,形成一个四碳化合物(C4)。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中,释放出一个CO2,并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环;丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内,在有关酶的催化下,通过ATP提供的能量,转化成PEP,继续固定CO2。 具体过程如图所示。 3.景天科(CAM)植物的CO2固定途径 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式,在夜间,大气中CO2从气孔进入,被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化,与PEP结合形成草酰乙酸(OAA),再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸,贮存于液泡中。在白天,苹果酸从液泡中释放出来,经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸,CO2产生后用于卡尔文循环,如图所示。 提醒:①C3途径是碳同化的基本途径, C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成有机物。 ②C4植物、CAM植物固定CO2的方式都是对CO2进行了两次固定。不同点是C4植物两次固定CO2是空间上错开;CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 4.蓝细菌的CO2浓缩机制 由于水体中的CO2浓度较低,难以满足正常光合作用的需要,所以蓝细菌将Rubisco酶聚集在一个称为羧化体的致密体中,碳酸氢盐一旦进入了羧化体,就会被转化成CO2,CO2被羧化体周围致密的蛋白质外壳锁住而被浓缩,如图所示。 对点演练 1.(2024·广东卷,20节选)某湖泊曾处于重度富营养化状态,水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清淤、换水以及引种沉水植物等手段,成功实现了水体生态恢复。引种的3种多年生草本沉水植物(①金鱼藻、②黑藻、③苦草,答题时植物名称可用对应序号表示)在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。 回答下列问题。 上述3种草本沉水植物中只有黑藻具C4光合作用途径(浓缩CO2形成高浓度C4后,再分解成CO2传递给C5)使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用,在水生植物群落中竞争力较强。根据图示设计一个简单的实验方案,验证黑藻的碳浓缩优势,完成表格。 实验设计方案 实验材料 对照组:________　　　实验组:黑藻 实验条件 控制光照强度为____ μmol·m-2·s-1 营养及环境条件相同且适宜,培养时间相同 控制条件 ____________________ 测量指标 ______________ ______ 金鱼藻 500 CO2浓度较低且相同 单位时间内O2释放量 解析:本实验的实验目的是验证黑藻的碳浓缩优势,自变量是植物种类,无关变量应该保持相同且适宜。由图可知,在光照强度为500 μmol·m-2·s-1时金鱼藻和黑藻光合速率相同,在不同光照强度下,③苦草的光合速率均明显低于②黑藻,所以选择金鱼藻作为对照组验证黑藻的碳浓缩优势且控制光照强度为500 μmol·m-2·s-1;为了验证黑藻的碳浓缩优势,需要在CO2浓度较低的环境下进行实验,并且要控制CO2浓度相同;通过测量O2释放量,比较两种植物的净光合速率,判断两者的竞争力。 2.(2024·东莞市模拟)20世纪60年代,科学家发现有些起源于热带的植物如甘蔗、玉米等,除了和其他C3植物一样具有卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3),简称C3途径]外,还存在另一条固定CO2的途径,固定CO2的初产物是四碳化合物(C4),简称C4途径,这种植物称为C4植物,其光合作用过程如图所示。研究发现C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco酶的60倍。请回答下列问题。 (1)在C4植物光合作用中,CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是 __________________ ___________________。(利用箭头符号表示),维管束鞘细胞内的CO2浓度比叶肉细胞内_____ (填“高”或“低”)。  CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O) 高 解析:(1)据分析可知,在C4植物光合作用中,CO2中的碳转化成有机物(CH2O)中碳的转移途径是CO2→草酰乙酸(C4)→苹果酸(C4)→CO2→C3→(CH2O),由于PEP羧化酶的活性很高,所以转运到维管束鞘细胞中的CO2的浓度很高,高于叶肉细胞内的CO2浓度。 (2)甲、乙两种植物光合速率与CO2浓度的关系如图。请据图分析,植物____更可能是C4植物,作出此判断的依据是____ ______ _________________________________________________________________________________________________。 乙 在CO2浓度较低的条件下, 植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙的二氧化碳补偿点更低 /植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高) 解析: (2)由于C4植物叶肉细胞中有PEP羧化酶,而C3植物没有,所以C4植物对CO2的亲和力更强,能更有效地利用低浓度的CO2进行光合作用,据图分析可知,在CO2浓度较低的条件下,植物乙的光合速率明显高于植物甲(或植物乙的二氧化碳补偿点更低/植物乙利用低浓度二氧化碳的效率更高),故植物乙更可能是C4植物。 (3)Rubisco酶是一种双功能酶,当CO2/O2比值高时,可催化C5固定CO2合成有机物;当CO2/O2比值低时,可催化C5结合O2发生氧化分解,消耗有机物,此过程称为光呼吸,结合题意分析,在炎热干旱环境中,C4植物的生长一般明显优于C3植物的原因是 _______ ____________________ _____________________________________________________________ ________________ _____________ _______________。 在炎热干旱环境中,植物气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长 解析: (3)由于在炎热干旱环境中,植物气孔关闭,导致二氧化碳供应减少,C4植物中的PEP羧化酶活性高,能提高维管束鞘细胞内CO2浓度,促进光合作用,抑制光呼吸,从而增加有机物的积累量,使植物快速生长,故C4植物的生长一般明显优于C3植物。 (4)水稻是世界上最重要的粮食作物。目前,科学家正在研究如何利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,这项研究的意义是__ ______ ______________________________________________________。 提高粮食 产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性 解析: (4)强光照、高温、干旱条件会导致植物气孔开放程度降低,细胞中CO2浓度较低,C4途径的存在可以浓缩CO2,保证光合作用的正常进行,利用转基因技术将“C4途径”转移到水稻中去,可提高粮食产量/增强水稻抗逆性/增强水稻抗旱性/减弱水稻对水的依赖性,解决世界粮食短缺问题。 3.(2024·广州市模拟)生长在热带及干旱地区的一些肉质植物(如仙人掌),所具有的一种特殊的光合固定二氧化碳的附加途径称为CAM途径(如图所示),其叶片气孔白天关闭,夜间开放,具有这种途径的植物称为CAM植物。请据图回答下列问题。 (1)CAM植物叶肉细胞光合作用过程中固定CO2的物质有____ ___ _____________, 夜晚,CAM植物消耗NADH的场所有__________ _ _______ 。  磷酸烯醇式 丙酮酸和C5 细胞质基质和 线粒体内膜 解析:(1)分析可知,CAM植物叶肉细胞光合作用过程中固定CO2的物质有磷酸烯醇式丙酮酸(夜晚)和C5(白天);夜晚进行细胞呼吸和草酰乙酸转化为苹果酸需要消耗NADH,场所有细胞质基质和线粒体内膜。 (2)白天,叶绿体中的光合色素吸收光能的作用是____________ ______ __________________。CAM植物夜晚吸收CO2却不能合成(CH2O)的原 因是_____________________ ________________________ ______________________。  将水分解为氧和H+、 生成ATP和NADPH　 夜晚无光照,暗反应因缺乏光反应提供的NADPH、ATP而无法进 行,所以不能合成(CH2O) 解析: (2)白天,叶绿体中的光合色素吸收光能进行光反应,将水分解为氧和H+、生成ATP和NADPH。由于夜晚无光照,暗反应因缺乏光反应提供的NADPH、ATP而无法进行,所以CAM植物夜晚吸收CO2却不能合成糖类(CH2O)。 (3)中午12点,降低环境中的CO2浓度,其他条件不变,在短时间内CAM植物细胞内C3合成速率 _____ (填“会”或“不会”)发生变化,请说明理由___________________________ ___________________ __________________________。  不会 白天气孔关闭,环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度变化,不会 影响叶肉细胞内C3合成速率 解析: (3)由于CAM植物白天气孔关闭,环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度变化,不会影响叶肉细胞内C3合成速率,故在短时间内CAM植物细胞内C3合成速率不会发生变化。 4.(2024·广东普通高中学业水平选择考模拟测试)小球藻是单细胞真核生物,是研究光合作用的模式生物。水体中的无机碳主要以HC和CO2两种形式存在,小球藻具有如图所示的无机碳浓缩过程。 回答下列问题。 (1)小球藻浓缩HC的过程属于_________ (填“自由扩散”“协助扩散”或“主动运输”),理由是__________________________ 。  主动运输 消耗ATP,是逆浓度梯度运输 解析:(1)根据题意,小球藻细胞吸收HC的过程是无机碳浓缩过程,结合题图可知,该过程需要消耗ATP水解释放的能量,据此判断,小球藻浓缩HC的过程为逆浓度梯度的主动运输。 (2)过程①称为_________,能为此过程提供能量的物质有__ ________。  C3的还原 ATP、NADPH 解析: (2)过程①是暗反应阶段C3的还原过程,能为C3还原提供能量的物质有ATP和NADPH。 (3)鲁宾和卡门用小球藻探究光合作用所释放氧气的来源,实验分组及结果如表。 组别 O标记物所占的比例/% 反应物 产物 O KHC18O3+K2C18O3 18O2 1 初始 0.85 0.20 - 结束 0.85 0.61 0.86 2 初始 0.20 0.50 - 结束 0.20 0.40 0.20 3 初始 0.20 0.68 - 结束 0.20 0.57 0.20 ①小球藻光合作用产生的氧气,一部分释放到外界环境中,另一部分的去向是　　　　　　　　　　　　。  ②由本实验可知,光合作用释放的氧气____________(填“全部来自水”“全部来自CO2”或“部分来自水部分来自CO2”),理由是　______________________________________________________________________________________________________。  进入线粒体参与有氧呼吸 三个实验组释放出的氧气中18O所占比例均与参加反应的H2O中18O所占的比例基本相同,而与参加反应的CO2无关 全部来自水 解析: (3)①适宜条件下,小球藻光合速率大于呼吸速率,小球藻光合作用产生的氧气一部分进入线粒体参与有氧呼吸,一部分释放到外界环境中。 ②分析表中数据可知,三个实验组释放出的氧气中18O所占的比例与反应物水中18O所占的比例基本相同,与参与反应的CO2无关,因此光合作用释放的氧气中的O全部来自水。 专题提能练(三)　 细胞呼吸与光合作用 一、选择题 1.(2024·茂名市测试)呼吸缺陷型酵母菌在呼吸过程中只产生少量NADH,适用于不严格的无氧条件下的酒精发酵。呼吸缺陷型酵母菌产生[H]的场所是(　　) A.细胞膜　　　　　　　　 B.细胞质基质 C.线粒体内膜 D.线粒体基质 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 B 14 15 解析:呼吸缺陷型酵母菌只产生少量NADH且适用于不严格的无氧条件下的酒精发酵,表明其只能进行无氧呼吸,所以产生[H]的场所是细胞质基质,B正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 2.低氧胁迫会降低农作物的产量,洪水和灌溉不均匀等极易使植株根系供氧不足,造成低氧胁迫。某研究小组利用水培技术探究了低氧条件对两个油菜品种(A、B)根部细胞呼吸的影响。如图表示实验第6天根部细胞中相关物质的含量(呼吸底物是葡萄糖)。下列相关叙述错误的是(　　) 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 A.正常通气条件下,油菜根部细胞呼吸产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质 B.低氧胁迫条件下,A、B品种油菜根部细胞的无氧呼吸增强 C.丙酮酸含量高低可以反映有氧呼吸强度,从图中可知正常通气更利于储存油菜 D.在低氧胁迫下,A 品种相比于B品种可能更容易发生烂根现象 答案:C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:正常通气条件下,油菜根部细胞有乙醇产生,说明发生无氧呼吸,产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体基质,A正确;低氧胁迫条件下,由于缺少氧气,所以根部细胞无氧呼吸增强,B正确;有氧呼吸与无氧呼吸第一阶段相同,都会产生丙酮酸,且第二阶段都会消耗丙酮酸,所以丙酮酸含量不能反映有氧呼吸强度,储存油菜应适当低氧,C错误;在低氧胁迫下,A品种乙醇增加更多,可能更容易发生烂根现象,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 3.心肌细胞中葡萄糖氧化分解产生的NADH不能穿过线粒体膜,NADH与草酰乙酸反应生成NAD+和苹果酸,苹果酸可以穿过线粒体膜,并与线粒体基质中的NAD+反应重新产生NADH。下列说法错误的是 (　　) A.葡萄糖氧化分解过程有能量释放 B.线粒体基质中NADH都来自葡萄糖的氧化分解 C.丙酮酸可以进入线粒体基质 D.NADH可在线粒体内膜上被消耗 B 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:有氧呼吸第一阶段,葡萄糖在细胞质基质中分解产生丙酮酸和NADH,释放少量能量,A正确;线粒体基质中丙酮酸和水的氧化分解产生NADH,B错误;丙酮酸可以进入线粒体基质,参与有氧呼吸第二阶段,C正确;有氧呼吸第三阶段,NADH可在线粒体内膜上被消耗,与氧气结合产生水,释放大量能量,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 4.(2024·东莞市质检)研究发现,二硝基苯酚(DNP)处理植物后,NADH仍能与氧气结合生成水,但该过程释放的能量均以热能的形式散失。下列叙述错误的是 (　　) A.DNP可能破坏了线粒体内膜上用于合成ATP的酶 B.含有DNP的细胞中葡萄糖的氧化分解可继续进行 C.含有DNP的细胞中能量主要由细胞无氧呼吸产生 D.某些低温条件下开花的植物花序中可能含有DNP C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:二硝基苯酚(DNP)处理植物后,NADH仍能与氧气结合生成水,但该过程释放的能量均以热能的形式散失,即有氧呼吸第三阶段不能合成ATP,说明DNP可能破坏了线粒体内膜上用于合成ATP的酶,A正确;DNP不影响有氧呼吸产生的NADH,其在线粒体内膜上与氧气结合形成水,葡萄糖的氧化分解可以继续进行,B正确;含有DNP的细胞中,有氧呼吸三个阶段均能正常进行,细胞的能量仍主要由细胞有氧呼吸产生,C错误;植物花序在低温条件下开花需要热量,细胞中含有DNP可以促使更多热量的产生,促进开花,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 D 5.(2024·惠州市调研)不同生物在不同O2条件下细胞呼吸的产物可能有差异。在一个密闭的环境内,若只考虑以葡萄糖为呼吸底物,在细胞呼吸前后气体量会发生变化的是(　　) A.乳酸菌在完全无O2条件下 B.人体肌细胞在O2充足条件下 C.马铃薯块茎在O2不足条件下 D.苹果组织在O2不足条件下 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:乳酸菌在无O2条件下进行无氧呼吸,将葡萄糖分解为乳酸,细胞呼吸前后气体量不会发生变化,A不符合题意;人体肌细胞在O2充足条件下,消耗的O2量与产生的CO2量相等,细胞呼吸前后气体量不会发生变化,B不符合题意;马铃薯块茎在O2不足条件下,有氧呼吸与无氧呼吸同时进行,有氧呼吸过程中,消耗的O2量与产生的CO2量相等,无氧呼吸产物为乳酸,因此细胞呼吸前后气体量不会发生变化,C不符合题意;苹果组织在O2不足条件下,有氧呼吸与无氧呼吸同时进行,无氧呼吸不消耗O2,生成CO2,因此细胞呼吸前后气体量会发生变化,D符合题意。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 6.(2024·广东六校联考)呼吸骤变指一些果实在临近成熟时,呼吸强度会突然增强,而后又突然减弱,随后果实进入衰老阶段。下列说法正确的是(　　) A.在密封状态下,水果中的能量大部分以热能的形式散失 B.呼吸骤变可能与乙烯有关,且只有成熟果实中含有乙烯 C.呼吸骤变可能会使果实细胞在一段时间内ATP/ADP的值有所增大 D.零上低温、通风、适宜湿度是储藏水果的最佳环境条件 C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:在密封状态下,水果细胞进行无氧呼吸,能量大部分未释放,A错误;乙烯合成部位是植物体各个部位,B错误;呼吸强度突然增强时,ATP产生量略升高,ADP的含量变低,ATP/ADP的值有所增大,C正确;零上低温、低氧、适宜湿度是储藏水果的最佳环境条件,通风不能实现低氧条件,D错误。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 7.(2024·汕头市模拟)在线粒体中发生的细胞呼吸生成H2O的过程,伴有H+经蛋白复合体Ⅳ从内膜基质侧跨膜泵至内外膜之间的膜间腔,以维持一个强大的H+浓度梯度,经线粒体的ATP合成酶复合体合成ATP,同时发生质子漏(H+不通过ATP合成酶复合体而直接通过线粒体内膜脂双层回到基质),质子漏发生过程中能量全部以热能的形式释放。下列说法错误的是(　　) A.人在打寒战的过程中线粒体内质子漏的速率可能会增大,细胞耗氧量增加 B.质子经蛋白复合体Ⅳ进入膜间腔与通过内膜脂双层回漏所需载体不同 C.线粒体中葡萄糖氧化分解合成ATP的数量取决于内膜两侧的H+浓度差 D.线粒体内膜上反应释放的能量储存在ATP中的少于以热能的形式释放的 C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:质子漏发生过程中能量全部以热能的形式释放,人在打寒战的过程中,细胞呼吸加强,产生更多的热能,线粒体内质子漏的速率可能会增加,细胞耗氧量增加,A正确;据题意可知,质子经蛋白复合体Ⅳ从内膜基质侧进入膜间腔,为主动运输,质子漏(质子从线粒体内膜回到基质)直接通过线粒体内膜脂双层,为被动运输,据此可知,质子经蛋白复合体Ⅳ进入膜间腔与通过内膜脂双层回漏所需载体不同,B正确;葡萄糖氧化分解发生在细胞质基质,形成丙酮酸才能进入线粒体进一步氧化分解,C错误;线粒体内膜上反应释放的能量大多数以热能散失,少部分储存在ATP中,故线粒体内膜上反应释放的能量储存在ATP中的少于以热能的形式释放的,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 8.(2024·茂名市三模)6-BA是一种植物生长调节剂。科研人员以储藏的青棒豆种子为材料,研究一定浓度的6-BA处理对其呼吸速率的影响,结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A.青棒豆种子细胞进行有氧呼吸产生CO2的场所是细胞质基质 B.6-BA可用于青棒豆采摘后的保存,有利于降低有机物的消耗 C.6-BA组种子细胞的呼吸速率的变化趋势与对照组的相同 D.青棒豆种子储藏的时间越长,6-BA抑制呼吸速率的效果越明显 B 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:植物细胞有氧呼吸第二阶段产生CO2, 场所是线粒体基质,因此青棒豆种子细胞有 氧呼吸产生CO2的场所是线粒体基质,A错误; 与对照组相比,在同一储藏时间下,6-BA组呼 吸速率都低于对照组呼吸速率,有利于降低有机物的消耗,因此6-BA可以应用于青棒豆采摘后的保存,B正确;对照组随着储藏时间延长,其呼吸速率逐渐升高再略有降低,6-BA组随着储藏时间延长,其呼吸速率先降再升后再略有降低,因此二组呼吸速率变化趋势不一致,C错误;与对照组同一时间相比,第5天时,两组呼吸速率差值最大,说明6-BA抑制呼吸速率效果在第五天时最强,并不是储藏时间越久,抑制效果越好,D错误。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 9.(2024·佛山市二模)PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体,可以使水裂解产生H+和氧释放到类囊体腔中,D1极易受到活性氧(简称ROS,属于自由基)的破坏。光反应过程中可以产生ROS,适宜光照条件下,ROS的产生和消除之间存在动态平衡,不会破坏D1。据此推测下列说法错误的是(　　) A.PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上,能够利用光能参与水的光解 B.D1蛋白和色素分子都是由核糖体合成后转移到内质网中加工的 C.光照强度过强,可能引起ROS产生过多,导致D1结构被破坏 D.可以用无水乙醇提取并通过纸层析法分离PSⅡ中的色素分子 B 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体,可以使水裂解产生H+和氧释放到类囊体腔中,所以PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上,能够利用光能参与水的光解,A正确;色素分子不是蛋白质,不是由核糖体合成的,D1蛋白也不需要转移到内质网中加工,B错误;适宜光照条件下,ROS的产生和消除之间存在动态平衡,不会破坏D1,但光照强度过强,可能引起ROS产生过多,导致D1结构被破坏,C正确;色素能够溶解在无水乙醇中,可用无水乙醇提取并通过纸层析法分离色素,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 10.(2024·茂名市二模)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验,结果如图,下列叙述错误的是(　　) A.用纸层析法来分离叶片中的光合色素 B.嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等 C.相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等 D.不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大 C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素,所以用纸层析法来分离叶片中的光合色素,A正确;嫩叶中色素含量为6+2=8,老叶中色素含量为5+3=8,所以嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等,B正确;嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同,所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等,C错误;不同发育阶段叶绿素含量的变化为6→12→5,类胡萝卜素的含量变化为2→4→3,所以不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大,D正确。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 11.我国是世界上水稻栽培历史最悠久、水稻遗传资源最丰富的国家之一。研究发现,当其他条件相同时,一定的播种密度范围内,水稻的播种密度与单位面积水稻产量之间的关系如图所示。下列分析正确的是 (　　) A.播种密度小于a时,限制水稻光合作用的主要因素是光照强度 B.播种密度b是水稻获得最大产量的最佳播种密度 C.播种密度为b时的水稻对水分和无机盐的竞争强度大于a时的 D.播种密度大于b后,只要加大施肥量就可以提高单位面积的水稻产量 C 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:据图可知,播种密度小于a时,单位面积水稻产量随播种密度增加而增加,说明此时水稻对光能的利用率随播种密度的增加而提高,播种密度是限制水稻光合作用的主要因素,A错误;单位面积水稻产量在播种密度为a~b时达到最大,因此最佳播种密度为a,B错误;播种密度为b时的水稻密度大于a时的,播种密度为b时的水稻对水分和无机盐的竞争强度大于a时的,C正确;播种密度大于b后,水稻密度过大,单位面积的水稻获得的光照不足,此时加大施肥量不一定能提高单位面积的水稻产量,D错误。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 二、非选择题 12.(2024·深圳市调研)缺镁是导致龙眼叶片黄化的主要原因。为探究缺镁对龙眼光合作用的影响,研究人员做了相关研究,结果如图甲和图乙。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 回答下列问题。 (1)缺镁导致净光合速率下降的原因是叶绿体________上的叶绿素含量下降,影响光反应______________的产生,进而影响暗反应;另一方面,根据图甲可知,龙眼缺镁会导致_____________,从而影响净光合速率。  类囊体 ATP和NADPH　 呼吸速率增强 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:(1)镁与叶绿素的合成有关,缺镁会导致叶绿体类囊体上的叶绿素含量下降;类囊体是光合作用光反应的场所,因此会影响光反应阶段NADPH和ATP的产生;根据图甲所示,龙眼缺镁会导致光照强度为0时CO2释放量增多,即呼吸速率增强,从而使净光合速率下降。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (2)CO2从气孔进入细胞间,主要通过_________的方式进入叶肉细胞叶绿体基质中与C5结合产生C3,这一反应过程称为__________ 。根据图乙数据,缺镁组净光合速率下降的主要原因并不是气孔相对开度,阐述你的依据是__ __________________________ ____________ _________________________________________________ 。  自由扩散 CO2的固定 缺镁组气孔相对开度降低,但细胞间CO2浓度增加并且高于对照组, 表明缺镁导致净光合速率下降并不是因为气孔相对开度 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析: (2)CO2从气孔进入细胞间,主要通过自由扩散的方式进入叶绿体基质中与C5结合产生C3,这一反应过程为CO2的固定;根据图乙所示,缺镁组虽然气孔相对开度降低,但细胞间CO2浓度高于对照组,表明缺镁导致净光合速率下降的主要原因并不是气孔相对开度的降低。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (3)为了进一步研究龙眼缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响,研究人员进行了相关实验,简要写出研究思路: ___________________________ _______________________________________________________________________。  采用正常的叶片和缺镁植株的(黄化)叶片进行色素的提取和分离,分析缺镁与叶绿素a和叶绿素b含量的关系 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析: (3)为了进一步研究龙眼缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响,可以进行叶绿素的提取,比较叶绿素a和叶绿素b含量的大小,即利用有机溶剂提取对照组和缺镁组植株的叶绿素,利用纸层析法进行分离,通过比较叶绿素a和叶绿素b的条带宽窄来确定缺镁对叶绿素a和叶绿素b含量的影响。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 13.(2024·广东高三学业质量评价)“民以食为天”,水稻作为重要的粮食作物,在我们的餐桌上占据着重要地位。 (1)一般情况下,植物光合作用强度随叶绿素含量的升高而增强。但有科学实验发现,叶绿素含量降低的某突变体水稻甲出现了在强光条件下光合作用强度明显高于野生型的情况。为探究其原因,进行了相关实验:在相同光照强度的强光条件下,测定两种水稻的相关生理指标(单位省略),结果如表。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15   光反应 暗反应 光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 vmax 野生型 0.49 180.1 4.6 129.5 水稻甲 0.66 199.5 7.5 164.5 注:RuBP羧化酶:催化CO2固定的酶;vmax:RuBP羧化酶催化的最大速率。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 ①可以采用　　　　法来证明表中两种水稻在叶绿素含量上的差异,观察现象时应比较两条滤纸条,从上到下第　　 条色素带的宽度。  ②据表分析,突变体水稻甲光合作用强度比野生型高的原因是 _______ ______________________________________________________________________________________________________________。  纸层析 3、4 突变体 水稻甲的光能转化效率高、电子传递速率快、RuBP羧化酶含量高 (或突变体水稻甲的光反应与暗反应速率都较野生型快) 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析:(1)①可以采取纸层析法对绿叶中的色素进行分离;叶绿素a、叶绿素b分别位于滤纸条从上到下第3、4条色素带,故实验需要比较这两条色素带的宽度。 ②分析表中数据可知,表中的光能转化效率和类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率,越高则光反应速率越快;RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关,RuBP羧化酶含量越高,暗反应速率越快。由表可知,突变体水稻甲的光反应和暗反应速率都比野生型快,所以突变体水稻甲的光合作用强度高于野生型。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (2)现有另一个突变体水稻乙,经测定发现其叶 片中叶绿素含量约为野生型的一半,但RuBP羧 化酶的活性显著高于野生型。某研究小组以 该水稻和野生型水稻为材料,进行了“光照强度 对光合作用的影响”的实验,结果如图1。当光照强度低于P2时,突变体水稻乙的CO2吸收速率低于野生型,原因是 ______________________________ _________________________________________________________,  但当光照强度高于P2时,突变体水稻乙的CO2吸收速率却显著高于野生型,这是因为 _______________________________________________________ _____________________________________。  突变体水稻乙叶片叶绿素含量低,光照强度低时吸收光能少,产生的TP、NADPH少,暗反应弱 光照强度高时光反应产生的ATP、NADPH充足,而突变体水稻乙叶片RuBP羧化酶的活性高,暗反应更强 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析: (2)突变体水稻乙叶片中叶绿素含量均为野生型的一半,光照强度低于P2时,突变体水稻乙叶片对光的吸收能力低于野生型,产生的ATP、NADPH少,暗反应弱,则CO2吸收速率低于野生型。突变体水稻乙叶片RuBP羧化酶的活性显著高于野生型,当光照强度高于P2时,光反应产生的ATP、NADPH充足,突变体水稻乙暗反应更强,CO2吸收速率显著高于野生型。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (3)在光照强度大于光饱和点的环境中,研究人员进行了如图2所示的进一步实验,该实验的目的是__________________________________;该实验的结果对农业生产的启示是_______________________________ _________________。  探究不同遮光比例对植株干重的影响 在光照强度较大时,适当的遮光处 理有利于作物增产 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析: (3)由题图2可知,该实验的目的是探究不同遮光比例对植株干重的影响。在光照强度大于光饱和点的环境中,植株干重可以反映光合作用强度的大小,如遮光10%的植株,干重大于不遮光处理,说明适当遮光后的光合作用强度大于不遮光的光合作用强度,可能原因是光照太强,温度太高,植物细胞内水分蒸发速度加快,导致气孔关闭,从而导致光合作用速率下降,但遮光比例过大,如90%遮光处理的植株,因光照较弱,光反应弱,产生的NADPH和ATP少,还原的C3少,干重较小,故在农业生产上适当地进行遮光处理有利于作物增产。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 14.(2024·广东七校联考)甜种油柑可生吃,也可制成饮品,潮汕地区是甜种油柑的主产区,某学习小组以某果园的同一品种、长势相近的甜种油柑为研究对象,设置不同的温度,其他环境条件保持相同或相似,种植一段时间后,测定相关指标,结果如表所示,探究温度对甜种油柑树光合作用的影响。(注:Rubisco是一种催化CO2固定的酶。) 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 组别 温度/ ℃ 光合速率 /(μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量 /(mg·dm-2) Rubisco 相对表达量 Rubisco活性 /(U·mL-1) ① 30 15.1 4.2 0.83 154 ② 20 12.8 4.1 0.65 155 ③ 10 7.5 3.5 0.23 63 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (1)根据以上信息,该实验的自变量是_____,从环境因素角度分析,影响该实验的主要无关变量是___________________(写出两个即可)。 温度 光照强度、CO2浓度 解析:(1)据题表分析可知,该实验的自变量是温度,从环境因素角度分析,影响该实验的主要无关变量是光照强度、CO2浓度等。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (2)分析上表信息,Rubisco的最适温度大概处于_________范围内。  20~30 ℃ 解析: (2)Rubisco活性在20 ℃和30 ℃时均较高,分别为155 U·mL-1、154 U·mL-1,二者数值几乎相同,推测Rubisco的最适温度大概处于20~30 ℃范围内。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (3)对比分析组别①②,组别②光合速率下降的主要原因可能是_______ _____________________________________________________________________________。  对比分析组别①②③,组别③在三组实验中光合速率最低,推测低温抑制光合作用的机理可能是______________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________。  组别 ②Rubisco相对表达量下降,CO2固定量降低,导致暗反应速率下降,进而 导致光合速率下降 低温抑制叶绿素的合成(或低温促进叶绿素 的降解),导致叶绿素的含量降低,低温抑制Rubisco的表达和降低其活性, 导致光反应速率和暗反应速率均下降,从而抑制光合速率 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 解析: (3)对比分析组别①②,组别②的光合速率相对较低,主要原因可能为组别②Rubisco相对表达量下降,CO2固定量降低,导致暗反应速率下降,进而导致光合速率下降。对比分析组别①②③,组别③在三组实验中光合速率、叶绿素含量、Rubisco相对表达量、Rubisco活性均最低,据此推测低温抑制光合作用的机理可能是低温抑制叶绿素的合成(或低温促进叶绿素的降解),导致叶绿素的含量降低,低温抑制Rubisco的表达和降低其活性,导致光反应速率和暗反应速率均下降,从而抑制光合速率。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 15.(2024·佛山市质检)“彼黍离离,彼稷之穗”。黍(黄米)耐旱能力强,是干旱、半干旱地区种植的重要粮食作物。在干旱条件下,黄米耐旱性突变体(drm)较野生型(WT)产量更高,其相关生理特征见表。 黄米 类型 气孔导度/ (mmol·m-2·s-1) 光合酶活性/ (μmol·mg-1·h-1) 光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 穗粒重 /g WT 70 72 6.1 5.4 drm 95 138 7.5 6.8 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 回答下列问题。 (1)水在叶片中主要以_______形式存在,在光反应阶段被分解为_______。  自由水 O2、H+ 解析:(1)细胞中的水主要以自由水的形式存在,在光反应阶段水发生光解,被分解为O2、H+。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (2)与WT相比,drm的可溶性糖和蛋白含量较高,据此推测drm细胞保水能力强的原因是其细胞液　_____相对较高。  渗透压 解析:(2)与WT相比,drm的可溶性糖和蛋白含量较高,细胞液渗透压相对较高,细胞保水能力强。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (3)据表分析,drm在干旱条件下具有较高产量的生理机制是___________ ______________________________________________________。  气孔导度大, CO2利用率高;光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物 解析: (3)据表可知,与WT相比,drm突变体气孔导度大,CO2利用率高;光合酶活性强,光合速率高,能产生更多的有机物。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 (4)光照强度过高会抑制植物的光合作用,这种现象称为光抑制。干旱会加剧光抑制,造成叶绿素降解加快、光合结构被破坏。若在非干旱与干旱条件下分别测定drm与WT的叶绿素荧光参数(数值越大表明光抑制越弱),预期实验结果是_______________________________________ ___________________________________。  与非干旱条件相比,干旱条件下drm与WT的叶绿素荧光参数都下降,但drm下降较少 解析: (4)干旱会加剧光抑制,而drm相对WT更加耐干旱,因此与非干旱条件相比,干旱条件下的drm与WT的叶绿素荧光参数都下降,但drm下降较少。 2 3 5 6 7 8 9 11 12 1 4 10 13 14 15 $$