内容正文:
微专题强化练(四) 光合作用与细胞呼吸的联系与综合应用
(选择题每题5分,非选择题每题15分)
1.植物叶肉细胞中碳原子存在如下转移途径,序号表示生理过程。相关叙述正确的是( )
A.①表示光合作用光反应阶段
B.②发生的场所是叶绿体内膜
C.③可以释放出大量能量
D.④需要水的参与
解析:选D。①(CO2的固定)表示光合作用暗反应阶段,A错误;②(C3的还原)发生的场所是叶绿体基质,B错误;③(细胞呼吸第一阶段)可以释放出少量能量,C错误;④(有氧呼吸第二阶段)需要水的参与,D正确。
2.如图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化,相关叙述正确的是( )
A.过程①发生在叶绿体的类囊体薄膜上,过程④发生在线粒体的内膜上
B.过程⑦发生在线粒体中
C.过程⑤⑥均需要NADPH和ATP的参与
D.过程①③产生的[H]是相同的物质,过程⑧在线粒体中进行
解析:选A。过程①表示光合作用的光反应阶段,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,过程④表示有氧呼吸的第三阶段,发生在线粒体的内膜上,A正确;过程⑦表示细胞呼吸的第一阶段,发生在细胞质基质中,B错误;过程⑤是CO2的固定,不需要NADPH和ATP的参与,C错误;过程①③产生的[H]是不同的物质,过程⑧是有氧呼吸的第二阶段,发生在线粒体基质中,D错误。
3.将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图,a、b为曲线的相关交点。下列说法正确的是( )
A.a点时两组植株产生ATP的场所仅有细胞质基质和线粒体
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.随着温度上升,b点之后CT植株不再进行光合作用
D.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
解析:选D。由题图可知a点时两组植株都进行光合作用和呼吸作用,故产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体类囊体薄膜,A错误;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,CO2吸收速率代表净光合速率,由题图可知,35 ℃时两组植株的净光合速率相等,而两组植株的呼吸速率未知,故不能判断两组植株的总光合速率是否相等,B错误;由图可知,b点时CT植株的净光合速率为0,光合作用强度与呼吸作用强度相等,b点之后仍可以进行光合作用,只是小于呼吸作用强度,C错误;50 ℃时HT植株的净光合速率大于0,而CT植株的净光合速率等于0,即50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能,D正确。
4.(2025·合肥高一检测)下面是绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸及其关系的过程图解,其中A~D表示相关过程,a~e表示有关物质。据图判断下列有关说法错误的是( )
A.A过程表示光反应阶段,它为B过程提供了NADPH和ATP
B.C过程进行的场所是线粒体,在其内膜上物质b被利用
C.在黑暗的环境中,物质c可通过叶片的气孔释放到外界
D.若用18O标记物质b,则不会在C6H12O6中出现18O标记
解析:选D。图示为绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸过程及其关系的过程图解,分析图示可知A代表光反应阶段,B代表暗反应阶段,D代表有氧呼吸的第一阶段,C代表有氧呼吸的第二和第三阶段;a是H2O、b是O2、c是CO2、d是NADPH、e是ATP。图示中A过程表示光反应阶段,为暗反应阶段提供NADPH和ATP,A正确;C过程表示的是有氧呼吸的第二、三阶段,发生在线粒体中,物质b表示的是O2,参与有氧呼吸的第三阶段,在线粒体内膜上被利用,B正确;在黑暗环境中,植物只进行呼吸作用,不进行光合作用,物质c表示的是CO2,可以通过叶片的气孔释放到外界,C正确;用18O标记物质b(O2),在有氧呼吸第三阶段18O2和[H]反应可生成HO,HO参与有氧呼吸第二阶段可生成C18O2,C18O2参与光合作用进入C6H12O6使其被标记,D错误。
5.某生物学兴趣小组设计下图所示的实验装置来探究绿色植物的生理作用。假设该植物光合作用的产物以及呼吸作用的底物均为葡萄糖,并且其无氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳,不考虑装置内其他微生物的干扰。下列说法不正确的是( )
A.若要探究该植物的呼吸作用类型,应选择装置一和装置二,并在黑暗条件下进行
B.光照条件下,装置三中红色液滴向右移动的距离代表O2生成量
C.要测得真光合速率,可选择黑暗条件下的装置一和光照条件下的装置三
D.黑暗条件下,若装置一中的红色液滴向左移动,装置二中的红色液滴不移动,则该植物只进行有氧呼吸
解析:选B。装置一烧杯中盛放NaOH溶液的作用是吸收呼吸作用产生的CO2,该装置中液滴的移动代表O2的变化,装置二中的水不吸收CO2,液滴的移动代表呼吸作用释放的CO2量与消耗O2量的差值,根据液滴移动的情况来判断呼吸作用类型,且为避免光合作用的干扰,应提供黑暗条件,A正确;装置三中由于CO2缓冲液的存在,其中的CO2浓度是稳定的,液滴的移动可表示光下净光合速率的大小,即代表O2的释放量,B错误;要测得真正光合速率,需要将装置一置于黑暗下,测得其呼吸速率,装置三置于光照下测得净光合速率,两者相加即为真正光合速率,C正确;黑暗条件下,若装置一中的红色液滴向左移动,说明植物在黑暗条件下进行有氧呼吸消耗了O2,装置二中的红色液滴不移动,表明植物没有进行无氧呼吸,则该植物只进行有氧呼吸,D正确。
6.黑白瓶法可用于研究湖泊中浮游植物生产量,所用白瓶完全透光,黑瓶不透光。用若干个黑白瓶,装入某湖泊一定水层的1 L湖水后密闭,进行实验测试,结果如图所示。下列相关说法正确的是( )
A.a光照强度下白瓶24 h后的溶解氧量可表示浮游植物的总生产量
B.瓶中生物24 h呼吸作用消耗氧气量为7 mg
C.a光照强度下不能满足瓶中生物对氧气所需量
D.a光照强度下白瓶中生物光合作用速率大于呼吸作用速率
解析:选B。白瓶中24 h后的溶解氧量代表初始溶解氧+光合作用生产量-呼吸作用消耗量,A错误;黑瓶中生物只进行呼吸作用,所以装有1 L湖水的瓶中,生物24 h呼吸作用消耗氧气量为10-3=7 mg,B正确;a光照强度下,24 h后白瓶中溶解氧的含量还是10,说明瓶中生物的净光合作用等于0,即a光照强度下,光合作用速率等于呼吸作用速率,a光照强度刚好满足瓶中生物对氧气所需量,C、D错误。
7.如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图,关于此图说法错误的是( )
A.经主动运输进入细胞质基质
B.通过通道蛋白进入叶绿体基质
C.光反应生成的H+促进了进入类囊体
D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
解析:选B。据图分析可知,进入细胞质基质需要消耗线粒体产生的ATP,方式为主动运输,A正确。进入叶绿体基质需要消耗线粒体产生的ATP,方式为主动运输,通道蛋白介导的运输方式为协助扩散,B错误。据图可知,光反应阶段水光解产生的H+促进了进入类囊体,C正确。据图可知,光反应阶段生成的物质X为O2,O2浓度增大会使有氧呼吸增强,产生的ATP增多,有利于进入叶绿体基质,分解可产生CO2,从而保障暗反应的CO2供应,D正确。
8.(2025·宣城高一检测)利用图甲装置,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叶圆片,抽出空气,分别进行光合速率测定。图乙是利用图甲装置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,相比E植物,F植物更适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx时,利用图甲装置对植物E叶圆片的光合速率进行测定时,液滴不移动
C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等
D.光照强度为6 klx时,装置中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
解析:选D。根据图乙可知,F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比E植物低,F植物更适合在较弱光照下生长,A错误;光照强度为1 klx时,E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率,会吸收装置中的氧气,使液滴左移,B错误;光照强度为3 klx时,E、F两种植物叶圆片的净光合速率相等,但E植物叶圆片的呼吸速率大于F植物叶圆片,故光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率不相等,C错误;光照强度为6 klx时,E植物叶圆片释放氧气的速率大于F植物,故装置中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短,D正确。
9.科研人员测定了不同CO2浓度对南方红豆杉净光合速率和气孔导度(气孔开放程度)的影响,结果如下图。下列叙述不正确的是( )
A.单位面积叶片在单位时间内的CO2吸收量可表示净光合速率
B.低浓度CO2时,气孔导度较大有利于叶片吸收CO2
C.CO2浓度达到1 300×10-6 mol/L时,限制光合速率的因素可能是光照强度
D.进一步提高CO2浓度,净光合速率会继续增强
解析:选D。单位面积叶片在单位时间内的CO2吸收量或O2释放量可表示净光合速率,A正确;由图可知,低浓度CO2时,叶片气孔导度较大,气孔导度越大,叶片从外界吸收的CO2越多,所以低浓度CO2时,气孔导度较大有利于叶片吸收CO2,B正确;CO2浓度达到1 300×10-6 mol/L时,气孔导度较小,此时净光合速率不再随着CO2浓度的增大而增强,限制光合速率的因素可能是光照强度,C正确,D错误。
10.如图为某植株在24 h内,所有叶绿体内的CO2消耗量和植株CO2吸收量随时间变化的曲线图,假设在此过程中呼吸强度保持不变,据此分析,下列选项错误的是( )
A.12:00左右曲线b的下降主要由光反应降低引起
B.由曲线b可知,植物的呼吸速率为5 mg·10-2cm-2·h-1
C.曲线a、b分别代表植物的总光合速率、净光合速率
D.根据曲线a、b的比较,可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程
解析:选A。12:00左右曲线b的下降主要是光照过强,温度过高,部分气孔关闭,导致CO2供应不足,暗反应下降引起,A错误;曲线b代表净光合速率,与纵坐标的交点即呼吸速率,为5 mg·10-2cm-2·h-1,B正确;曲线a为CO2的消耗量,为总光合速率,曲线b代表植物的净光合速率,C正确;根据曲线a、b的比较,CO2的消耗量减去CO2的吸收量会大于呼吸速率释放的CO2量,可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程,D正确。
11.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率,做如图所示实验:在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其质量,M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3 h,则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位:g·cm-2·h-1,不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)( )
A.(3y-2z-x)/6 B.(3y-2z-x)/3
C.(2y-x-z)/6 D.(2y-x-z)/3
解析:选A。分析题意可知,上午10时到下午16时之间的6个小时,植物既进行光合作用,也进行细胞呼吸,因此其质量变化表示的是净光合作用量,则净光合速率=净光合作用量/6=(y-x)/6;而M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3 h,此时叶片只进行细胞呼吸,因此可以计算出呼吸速率=(y-z)/3;因此总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(y-x)/6+(y-z)/3=(3y-2z-x)/6。
12.如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题:
(1)图中①②③④代表的物质依次是______、__________、______、________,[H]代表的物质主要是________________。
(2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成发生在A过程,还发生在__________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是__________________________________________________________。
解析:(1)分析题图可知,图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2;②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP+;③是生成ATP的原料ADP+Pi;④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5;图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧,导致细胞进行无氧呼吸。
答案:(1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或还原型辅酶Ⅰ) (2)C和D (3)在缺氧条件下细胞进行无氧呼吸
13.下面是某植物叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图,其中①~⑤为生理过程,a~h为物质名称,请回答:
(1)物质a分布在叶绿体的____________。
(2)过程②和③发生的场所分别是__________________和________________。
(3)上述①~⑤过程中,能产生ATP的生理过程是______________________(填图中序号)。
(4)在光合作用过程中,二氧化碳被还原成糖类等有机物时,既要接受________(填图中字母,下空同)释放的能量,又要被______还原。
(5)假如白天突然中断二氧化碳的供应,则在短时间内f量的变化是______________;假如该植物从光下移到暗处,e量的变化是______________。
解析:(1)物质a为光合色素,分布在叶绿体的类囊体的薄膜上。(2)过程②(暗反应)场所是叶绿体基质,过程③(有氧呼吸的第一阶段)发生的场所是细胞质基质。(3)①为光合作用光反应阶段,②为暗反应阶段,③为细胞呼吸的第一阶段,④和⑤分别为有氧呼吸的第二、三阶段,光反应阶段和有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP,故图中能够产生ATP的生理过程是①③④⑤。(4)在光合作用过程中,二氧化碳被还原成糖类等有机物时,既接受c(ATP)、e(NADPH)释放的能量,又要被e(NADPH)还原。(5)白天突然中断二氧化碳的供应,暗反应中CO2的固定消耗C5反应停止,但C3还原生成C5还在进行,f(C5)的含量增加;假如该植物从光下移到暗处,光反应停止,e(NADPH)的含量将减少。
答案:(1)类囊体的薄膜上 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)①③④⑤ (4)c、e e (5)增加 减少
14.为了探究光合作用过程中的物质和能量去向和影响光合作用速率的因素,科学工作者设计了在光照下叶肉细胞内的物质和能量的传递模型(如图一)和测定光合作用速率的装置图(如图二)。结合相关知识回答下列问题。
(1)若图一表示在光下叶肉细胞内发生的物质和能量变化,甲、乙表示细胞器,a、b、c表示物质,则甲、乙分别表示____________(填细胞器名称),a、b、c分别表示的物质是________________________________,由b→c发生的场所是____________。
(2)在光照条件下,叶肉细胞进行呼吸作用,消耗O2和产生ATP最多的具体场所是____________,当O2不足的时候,进行无氧呼吸,其产物是______________,其底物中能量的去路包括存留在酒精中的能量以及____________和____________。
(3)图二的D烧杯中放一定浓度的NaHCO3溶液,在适宜的温度和一定的光照条件下,液滴始终位于0刻度不动,其代表的含义是_____________________________________________________________________________________________;
增加光照强度,一段时间后,液滴从E点移到F点,移动的距离代表的含义是____________________________________________________________________。
解析:(1)据图可知,甲可利用CO2和H2O,故甲为叶绿体,乙可产生CO2和H2O,故乙为线粒体。a是叶绿体的产物,可供线粒体利用,为氧气,b是葡萄糖,c是丙酮酸和[H]。由b→c是从葡萄糖转变为丙酮酸,为呼吸作用的第一阶段,场所是细胞质基质。(2)叶肉细胞进行呼吸作用,消耗O2和产生ATP最多的过程是有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜;植物叶肉细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2,其底物中能量的去路包括存留在酒精中的能量、以热能形式散失和转化成ATP中的化学能。(3)图二的植物可同时进行呼吸作用和光合作用,呼吸作用吸收O2释放CO2,光合作用正好相反,若烧杯中放一定浓度的NaHCO3溶液,在适宜的温度和一定的光照条件下,液滴始终位于0刻度不动,其代表的含义是植物的呼吸速率等于光合速率;增加光照强度,一段时间后,液滴从E点移到F点,移动的距离代表的含义是净光合作用所释放的氧气。
答案:(1)叶绿体、线粒体 O2、葡萄糖、丙酮酸和[H] 细胞质基质 (2)线粒体内膜 酒精和CO2 以热能形式散失 转化成ATP中的化学能 (3)光合速率与呼吸速率相等 净光合作用释放的氧气
15.图1为某种植物光合作用与有氧呼吸的部分过程示意图,其中①~④表示相关生理过程;图2表示该植物在最适温度、不同光照强度下净光合作用速率(用CO2吸收速率表示)的变化,净光合作用速率是指总光合作用速率与呼吸作用速率之差。分析图示,回答下列问题:
(1)图1中过程②属于有氧呼吸的第______阶段,过程③发生的场所是_____________。
(2)图2中C点时该植物总光合作用速率________(填“>”“=”或“<”)呼吸作用速率。B点对应的条件下,该植物能完成图1中的生理过程有______________(填序号)。
(3)当光照强度突然增大,在其他条件不变的情况下,叶肉细胞中C3含量短时间内会________(填“增加”“不变”或“减少”)。当光照强度为C点对应的光照强度时,限制光合作用速率不再增加的环境因素主要是____________________。
(4)如果将该植物先放置在图2中A点对应的条件下4 h,B点对应的条件下6 h,接着放置在C点对应的条件下14 h,则在这24 h内该植物每平方厘米叶面积的有机物积累量(用CO2吸收量表示)为__________mg。
(5)研究小组另选甲、乙两种植物,分别从两种植物上取多片彼此相似且等量的叶片,在最适温度条件下分别测定不同光照强度下甲、乙两植物叶片的CO2吸收速率,所得数据如表所示:
光照强度/klx
0
1
3
5
7
9
11
13
CO2吸收速率/(μmol·m-2·s-1)
叶片甲
-5
0.5
5
16
25
29
30
30
叶片乙
-4
1.5
5
8
10
12
12
12
从表中可以看出光照强度为________klx时,甲、乙两叶片中叶绿体的CO2固定速率相等。
解析:(1)图1中过程②葡萄糖分解产生了CO2,表示有氧呼吸第一、二阶段;过程③表示光合作用的光反应阶段,发生的场所是叶绿体类囊体薄膜。(2)图2中C点对应的光照强度为植物的光饱和点,此时植物的净光合速率>0,故该植物总光合作用速率>呼吸作用速率;B点对应的光照强度为光补偿点,此点表示光合速率等于呼吸速率,即植物可同时进行光合作用和呼吸作用,故该植物能完成图1中的生理过程有①(暗反应)、②(有氧呼吸第一、二阶段)、③(光反应)、④(有氧呼吸第三阶段)。(3)当光照强度突然增大,则光反应增强,产生的NADPH和ATP增多,在其他条件不变的情况下,C3还原加快,而CO2的固定速率基本不变,故叶肉细胞中C3含量短时间内会减少。C点对应的光照强度为植物的光饱和点,由于是在最适温度下进行的,故限制光合作用速率不再增加的环境因素主要是CO2浓度。(4)如果将该植物先放置在图2中A点对应的条件下4 h,B点对应的条件下6 h,接着放置在C点对应的条件下14 h,则在这24 h内该植物每平方厘米叶面积的有机物积累量(用CO2吸收量表示)为20×14(积累)-5×4(消耗)-0×6(无积累也无消耗)=260(mg)。(5)CO2固定速率表示总光合速率,CO2吸收速率表示净光合速率,光照强度为0时的CO2吸收速率可表示呼吸速率,总光合速率=净光合速率+呼吸速率。当光照强度为1 klx时,甲的总光合速率(0.5+5)等于乙的总光合速率(1.5+4)。
答案:(1)一、二 叶绿体类囊体薄膜 (2)> ①②③④ (3)减少 CO2浓度 (4)260 (5)1
16.(2025·武汉高一检测)富含重金属镉(Cd)的污水进入沿岸水域,成为当前海洋污染的重要污染物之一。为研究镉污染对水生植物生长的影响,某科研小组以石莼(一种绿色海藻)为材料,用不同浓度CdCl2溶液处理3 d后,测得石莼叶肉细胞总光合速率(μmolO2·mg-1·h-1)、叶绿素含量(μg·mg-1)和呼吸速率(μmolO2·mg-1·h-1)的数据如图一。回答下列问题:
(1)分离石莼叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是__________。
(2)在实验设置的浓度范围内,当Cd2+浓度高于10×10-6 mol/L时,石莼净光合速率的变化趋势是________,判断依据是________________________________________________________________________。
(3)研究发现金属镉并不会影响光合作用相关酶的活性,试推断随Cd2+浓度增加,石莼总光合速率变化的主要原因是__________________________,由此可知,金属镉的富集可能会直接影响光合作用的________阶段。
(4)研究发现,植物在受到轻度有害物质的刺激时,会通过加快细胞呼吸来补偿生理上受到的损害,以适应有害物质的刺激,称为伤呼吸。据图分析,能刺激石莼发生伤呼吸的Cd2+浓度范围是__________________,而超过这一范围伤呼吸就不能发生,这说明了植物的适应性能力具有一定限度。
(5)科学家对龙须菜(红藻)和石莼在不同光质下(其他条件相同且适宜)的光合速率进行了测定,结果如图二。在海水中________(填“龙须菜”或“石莼”)分布更深。从光质角度分析原因是________________________________________________________________________。
解析:(1)在提取和分离叶绿体中色素的实验中,随层析液在滤纸上扩散最快的是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)根据图示,在Cd2+浓度高于10×10-6 mol/L后,总光合速率略有下降,但细胞呼吸速率明显下降,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,呼吸速率下降趋势大于总光合速率,两者差值逐渐增大,净光合速率逐渐增大。(3)研究发现金属Cd并不会影响光合作用相关酶的活性,但由图可知,随着Cd2+浓度的增加,叶绿素含量逐渐减少,直接影响光反应阶段,使光反应减弱,产生NADPH和ATP减少,从而使暗反应速率降低,所以随Cd2+浓度增加,石莼总光合速率下降。(4)由图可知,与Cd2+浓度为0时相比,细胞呼吸加快的Cd2+浓度范围为小于15×10-6 mol/L,说明能刺激石莼发生伤呼吸的Cd2+浓度范围是小于15×10-6 mol/L。(5)红光的波长最长,在水中传播时被吸收较多,传播距离短,蓝光和绿光波长较短,传播距离较长,到达深水层的蓝光和绿光比红光多,据图可知,龙须菜吸收蓝光和绿光较多、吸收红光较少,故龙须菜更适应深水环境。
答案:(1)蓝紫光 (2)逐渐增加 当Cd2+浓度高于10×10-6 mol/L时,总光合速率略有下降,但呼吸速率明显下降,而净光合速率等于总光合速率与呼吸速率的差值 (3)Cd2+浓度的增加会使叶绿素含量降低(或抑制叶绿素的合成、促进叶绿素分解) 光反应 (4)小于15×10-6 mol/L (5)龙须菜 到达深水层的蓝光和绿光比红光多,龙须菜吸收蓝光和绿光较多、吸收红光较少,故龙须菜更适应深水环境
学科网(北京)股份有限公司
$