专题2 考点4 细胞呼吸、光合作用的影响因素及应用-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

考点四　细胞呼吸、光合作用的影响因素及应用 1．图析影响细胞呼吸的四类因素 特别提醒　(1)O2不仅会影响呼吸强度，还会影响呼吸类型。 (2)果蔬、种子储存时均要求零上低温、低氧条件以降低有机物的消耗。不同之处在于果蔬储存要求一定的空气湿度，种子则要求干燥环境。 2．影响光合作用的因素 3．多因素对光合速率的影响 (1)曲线解读：P点时，限制光合速率的主要因素应为横坐标所示因素，随该因素的不断增强，光合速率不断增大；Q点时，横坐标所示因素不再是影响光合速率的主要因素，若要提高光合速率，可适当提高图示其他因素的强度。 (2)应用 ①温室栽培植物时，在光强度一定的条件下，白天适当升高温度，可提高与光合作用有关的酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率。 ②当温度适宜时，可适当增加光强度和CO2浓度，以提高光合速率。 4．其他因素对光合速率的影响 影响光合作用的因素除了光强度、CO2浓度、温度外，还有光质、水分(干旱、空气湿度)、气孔导度、矿质元素、种植密度(或叶面积系数) 等，其中水分和矿质元素的主要影响：(1)水既是光合作用的原料，又是体内多种化学反应的介质，如植物体内水分减少会导致包括光合作用在内的代谢水平下降；另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响 CO2进入叶肉细胞，进而影响光合作用。(2)矿质元素主要通过影响与光合作用有关的化合物的合成，直接或间接地影响光合作用。如 Mg可以影响叶绿素的合成，N可以影响叶绿素、酶等物质的合成。 5．两条变化曲线的比较 1．(2022·浙江6月选考，27)通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理，实验结果如表所示。 处理 指标 光饱和点(klx) 光补偿点(lx) 低于5 klx光合曲线的斜率(mg CO2·dm－2·hr－1· klx－1) 叶绿素含量(mg· dm－2) 单株光合产量(g干重) 单株叶光合产量(g干重) 单株果实光合产量(g干重) 不遮阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25 遮阴2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21 遮阴4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13 注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。 回答下列问题： (1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加________________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的__________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低____________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中__________________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。 (2)植物的光合产物主要以__________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至____________中。 (3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均__________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为__________(A.<2小时　B．2小时　C．4小时　D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。 答案　(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶　(3)下降　A 解析　(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强度下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5 klx光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间延长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。(2)植物的光合产物主要是以有机物(蔗糖)形式储存并提供给各个器官。结合表中数据看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高的花生产量。 2．(2023·浙江1月选考，23)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量比值表示)对叶片光合作用和光合产物分配的影响，实验结果见表1。 表1 项目 甲组 乙组 丙组 处理 库源比 1/2 1/4 1/6 单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0 净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 9.31 8.99 8.75 果实中含13C光合产物(mg) 21.96 37.38 66.06 单果重(g) 11.81 12.21 19.59 注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，用13CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单位叶面积从外界环境吸收的13CO2量。 回答下列问题： (1)叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素时，选择乙醇作为提取液的依据是_________________________________________。 (2)研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2,13CO2先与叶绿体内的____________结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的____________________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用13CO2的原因有___________________(答出2点即可)。 (3)分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率______________(填“升高”或“降低”)、果实中含13C光合产物的量____________(填“增加”或“减少”)。库源比降低导致果实单果重变化的原因是___________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验，库源处理如图所示，用13CO2供应给保留的叶片进行光合作用，结果见表2。 表2 果实位置 果实中含13C光合产物(mg) 单果重(g) 第1果 26.91 12.31 第2果 18.00 10.43 第3果 2.14 8.19 根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是___________ ________________________________________________________________________。 (5)综合上述实验结果，从调整库源比分析，下列措施中能提高单枝的合格果实产量(单果重10 g以上为合格)的是哪一项？________。 A．除草 B．遮光 C．疏果 D．松土 答案　(1)叶绿体中的色素易溶于无水乙醇　(2)五碳糖　ATP和NADPH　研究光合产物从源分配到库生成过程；研究净光合积累有机物的量　(3)降低　增加　库源比降低，植株总的叶片光合作用制造的有机物增多，运输到单个果实的有机物量增多，因此单果重量增加　(4)离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即库与源距离越近，库得到的有机物越多 (5)C 解析　(5)综合上述实验结果，从调整库源比分析，疏果能减小库和源的比值，提高单枝的合格果实产量，故选C。 思维延伸——判断与填充 (1)若适当提高苹果果实储藏环境中的O2浓度，会增加乙醇的生成量 (2020·浙江7月选考，6)(　×　) (2)干燥和无氧的环境有利于蔬菜的长期保鲜(2017·浙江11月选考，8)(　×　) (3)黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量不断减少 (2017·浙江11月选考，8)(　√　) (4)成熟苹果的果肉细胞缺氧时主要进行乳酸发酵(2017·浙江4月选考，13)(　×　) (5)富含油脂的种子在萌发初期，产生CO2的摩尔数/消耗O2的摩尔数比值低于1 (2019·浙江4月选考，27)(　√　) (6)(2020·全国，30节选)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。请回答：中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用(答出2点即可)。 题组一　考查细胞呼吸的影响因素及应用 1．(2023·台州高三联考)如图表示气温多变的一天中外界O2浓度的变化与马铃薯块茎的CO2释放情况。下列相关叙述错误的是(　　) ①ab段下降可能是低温抑制了需氧呼吸相关酶的活性 ②bc段细胞呼吸增强主要原因是O2浓度升高 ③a点时马铃薯块茎吸收O2的体积几乎等于放出CO2的体积 ④马铃薯块茎中各种酶发挥作用时所需条件一定相同 ⑤b点时马铃薯块茎细胞中产生CO2的场所可能有细胞溶胶和线粒体 A．①③ B．②⑤ C．③④ D．④⑤ 答案　D 解析　马铃薯块茎细胞的厌氧呼吸产生乳酸，需氧呼吸产生CO2和水，即只有需氧呼吸产生CO2，因此曲线ab段下降的原因可能是低温抑制了细胞的需氧呼吸，①正确；bc段细胞呼吸增强的主要原因是O2浓度升高，导致需氧呼吸增强，②正确；由于马铃薯块茎细胞只有需氧呼吸产生CO2，而需氧呼吸过程中消耗的O2量与产生的CO2量相等，所以a点时马铃薯块茎吸收O2的体积几乎等于放出CO2的体积，③正确；马铃薯块茎中各种酶发挥作用时所需条件不一定相同，④错误；马铃薯块茎细胞中产生CO2的场所只有线粒体，⑤错误。综上可知，D符合题意。 2．早稻浸种催芽时，用温水淋种和时常翻种的目的是控制温度和通气，使细胞呼吸顺利进行。下列关于细胞呼吸和催芽的分析，不正确的是(　　) A．细胞呼吸将糖类中的能量转化成热能和 ATP 中的化学能 B．温水淋种促进稻谷萌发，增强与细胞呼吸有关酶的活性 C．翻种可促进氧气与丙酮酸结合形成水并释放二氧化碳 D．翻种可以避免谷芽因缺氧产生乙醇，从而毒害幼胚的发育 答案　C 解析　细胞呼吸的实质是分解有机物释放能量，故细胞呼吸将糖类中的能量大部分转化成热能，小部分转化成ATP中的化学能，A正确；温水淋种可给予种子适宜的温度、湿度，增强与细胞呼吸有关酶的活性，促进发芽，B正确；翻种可促进氧气与[H]结合形成水，C错误；翻种可以增加氧气含量，避免谷芽因缺氧产生乙醇，从而毒害幼胚的发育，D正确。 题组二　考查光合作用的影响因素及应用 3．(2023·绍兴高三二模)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及位置不同(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，但叶绿素含量及其它性状基本一致。光饱和点和光补偿点是反映植物需光特性的两个主要指标(图c)，在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述正确的是(　　) A．t1比t2具有更高的光饱和点 B．t2比WT具有更低的光补偿点 C．t2在图c中B点时的光合作用强度等于细胞呼吸强度 D．t1光合作用强度随光强度的增加而变大 答案　C 解析　在正常光照下，t2中叶绿体相对受光面积低于t1，二者光合速率相同时，t2所需的光强度高于t1，因此当二者光合速率分别达到最大时，t2所需光强度高于t1，即t2比t1具有更高的光饱和点，A错误；在正常光照下，t2中叶绿体相对受光面积低于WT，吸收光能少，因此当细胞呼吸释放CO2速率等于光合作用吸收CO2速率时，t2所需光强度高于WT，即WT比t2具有更低的光补偿点，B错误；图c中B点为光补偿点，光合作用强度等于细胞呼吸强度，C正确；由图c可知，当达到一定的光强度后，光合作用强度不再随光强度的增加而变大，D错误。 4．(2023·舟山高三一模)景天科植物(如景天、落地生根)的叶子有一个很特殊的CO2固定方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列分析正确的是(　　) A．如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率将随之提高 B．由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区 C．白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相关 D．景天科植物参与卡尔文循环的CO2只来源于苹果酸的分解 答案　B 解析　由题意可知，景天科植物白天叶肉细胞的气孔是关闭的，所以白天适当提高CO2浓度，光合作用速率不会提高，A错误；由景天科植物特殊的CO2固定方式推测其可能生活在高温干旱地区，因为白天气孔关闭正好应对了高温干旱的环境，避免了水分大量蒸发，同时其固定CO2的机制也保证了光合作用的正常进行，B正确；白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸会通过脱羧作用形成CO2参与光合作用，进而合成葡萄糖，所以白天苹果酸的含量和葡萄糖的含量呈负相关，C错误；景天科植物参与卡尔文循环的CO2除了来源于苹果酸的分解外，还有细胞呼吸产生的CO2，D错误。 题组三　辨析光合速率随时间的变化特点 5．(2023·温州高三二模)将某种植物栽培于玻璃温室内，如图为用CO2浓度测定仪测定的密闭玻璃温室内一昼夜CO2浓度的变化情况。下列相关说法错误的是(　　) A．植物细胞在白天和黑夜都能进行需氧呼吸，玻璃罩内O2的含量在f点后又开始出现下降 B．图中曲线从a点到g点，一昼夜的时间内植物体存在有机物的积累 C．de段CO2浓度下降趋于平缓的原因主要是叶肉细胞的部分气孔关闭 D．植物体的所有细胞都能进行光合作用和细胞呼吸，且ATP的合成都是在膜上进行的 答案　D 解析　需氧呼吸无论白天黑夜都能进行，f点之后CO2浓度上升，是因为细胞呼吸大于光合作用或者只有细胞呼吸，O2的含量下降，A正确；一昼夜从a点到g点，玻璃罩内CO2浓度降低，存在有机物的积累，B正确；de段由于出现“光合午休”现象，部分气孔关闭，细胞间隙的CO2浓度降低，影响了光合作用强度，CO2浓度下降趋于平缓，C正确；植物体只有含有叶绿体的细胞能进行光合作用，细胞呼吸第一阶段ATP在细胞溶胶中合成，需氧呼吸第二阶段ATP在线粒体基质中合成，D错误。 6．科研机构为研究套种对油茶生长的影响，选用中草药前胡和旱稻作为套种对象，研究了套种对油茶净光合作用(Pn)、气孔导度(Gs)及胞间CO2浓度(Ci)的影响，实验结果如图所示。回答下列问题： (1)油茶叶肉细胞中吸收、传递和转化光能的物质是______________，RuBPCase(核酮糖1,5－二磷酸羧化酶)参与催化碳反应的过程，此酶在前胡和旱稻叶肉细胞中分布的场所是______________。 (2)图1的7：30～9：30时段，三种种植方式的油茶净光合速率都有明显的提升，主要原因是______________________；13：30左右净光合速率降至较低，结合图2和图3数据分析，主要原因是____________________________________________________。 (3)根据图2，日变化中气孔导度较大的种植方式是______________。结合图2、图3数据分析，图1中13：30到15：30植物净光合速率增加主要与这一时段________反应速率提升有关。 (4)依据图3信息可知，油茶单作方式下，13：30左右胞间CO2浓度达到了最低，__________能一定程度缓解油茶叶片胞间CO2浓度的下降；综合分析，15：30到17：30时段胞间CO2浓度略有增加是由于___________________________________________________。 (5)本研究给我们大田种植油茶的启示是______________________________________。 答案　(1)光合色素　叶绿体基质　(2)光强度增加，光合速率增大　温度升高，气孔导度下降，胞间CO2浓度低，碳反应减弱，从而导致光反应受到影响　(3)油茶套种旱稻　碳　(4)套种旱稻　光照减弱，净光合速率下降，对胞间CO2吸收减少　(5)套种合适植物可促进油茶生长 解析　(1)叶绿体中光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，碳反应在叶绿体基质中进行，故RuBPCase分布在叶绿体基质中。(2)7：30～9：30光强度逐渐增强，光合速率逐渐提升；由图2、3可知，13：30时由于气温升高，导致气孔导度下降，胞间CO2浓度低，碳反应减弱，从而导致光反应受到影响。(3)结合图2、图3数据分析，图1中13：30到15：30气孔导度和胞间CO2浓度较大，植物净光合速率增加主要与这一时段碳反应速率提升有关。(4)根据图3分析，13：30左右油茶套种旱稻模式下油茶叶片胞间CO2浓度相对较高，说明该套种方式能一定程度缓解油茶叶片胞间 CO2 浓度的下降。由于15：30到17：30时段光照减弱，净光合速率下降，对胞间 CO2 吸收减少，导致胞间 CO2 浓度略有增加。(5)据题图分析可知，套种合适植物可促进油茶生长，从而提高植物产量。 题组四　考查交替光照与连续光照问题分析 7．(2023·台州高三二模)科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量 NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验，结果如图。回答下列问题： (1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有NADP＋、______________，这是为了产生两种高能物质。只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗环境中，叶绿体也可将CO2转变为糖。 (2)该实验直接测量出来的是________光合作用速率，阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的____________，出现阴影部分的原因是_________________。 (3)据图推测，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，这是因为光合作用时的光反应和碳反应会有物质和能量上的联系，闪光照射时_______________________________ ________________________________________________________________________。 (4)为了进一步研究叶绿体中ATP的合成机理，科研人员将类囊体悬浮液的pH调整为4，使其内外部在这种酸性条件下平衡，然后将悬浮液的pH快速调整为8，结果合成了大量ATP。该实验除了提供必要的物质外，还要在________条件下进行，实验现象说明____________。 答案　(1)Pi(磷酸)、ADP　(2)真正(或总)　积累量　光反应速率大于碳反应速率　(3)大于　碳反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP　(4)黑暗　ATP的合成与H＋浓度梯度有关 解析　(1)两种高能物质分别是NADPH、ATP，合成的原料分别是NADP＋、ADP和游离的Pi 。(2)由于该实验中只存在离体的叶绿体，所以测出的O2释放速率全为光合作用的效果，不存在细胞呼吸，故测量出来的是真正光合速率；由于O2的释放速率代表光反应，能产生ATP与NADPH，碳反应固定CO2，消耗ATP与NADPH，所以阴影部分应该表示光反应产生量与碳反应消耗量的差值，故可表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量；阴影部分表示O2的释放速率大于CO2的吸收速率，所以出现阴影部分的原因是光反应速率大于碳反应速率。(3)光合作用的过程分为光反应和碳反应两个过程，两者在不同的酶的催化作用下独立进行，一般情况下，光反应的速度比碳反应快，光反应的产物 ATP 和NADPH不能被碳反应及时消耗掉。光照和黑暗间隔处理实际上是延长了光合作用的碳反应时间，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要大于连续光照下的光合效率，闪光照射时碳反应能更充分利用光反应提供的NADPH和ATP。(4)叶绿体浸泡在pH＝4的溶液中，基质从中摄取了H＋，并将摄取的H＋泵入类囊体的腔，使类囊体空腔中的pH为4。将此叶绿体转移到pH＝8的溶液中，类囊体膜两侧建立了质子电化学梯度，驱使ADP磷酸化产生ATP。本实验为了控制无关变量，所以需要在黑暗条件中进行，该实验的自变量只有酸碱度，故说明了ATP的合成与H＋浓度梯度有关。 学科网（北京）股份有限公司 $$