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專題三 細胞呼吸與光合作用 考情分析　光合作用與細胞呼吸是細胞代謝的核心知識，學(xué)考、選考都把兩者結(jié)合起來考查，一般以坐標曲線圖、表格和光合作用流程圖為載體，選擇題與非選擇題均有較大幾率出現(xiàn)。主要考查角度有以下幾點： (1)表觀光合速率及其影響因素，如2015年浙江10月選考，26T；2017年浙江11月選考，30T；2018年浙江4月選考，26T等。 (2)光強度對光合速率的影響，如2015年浙江10月選考，30T；2017年浙江4月選考，30T；2018年浙江4月選考，30T等。 (3)光合作用與細胞呼吸的過程，如2015年浙江10月選考，30T；2016年浙江4月選考，17T等。 (4)光反應(yīng)和碳反應(yīng)的過程，如2016年浙江4月選考，30T；2017年浙江11月選考，26T；2017年浙江11月選考，30T等。 (5)葉綠體色素的種類及提取與分離，2016年浙江4月選考，30T；2017年浙江4月選考，30T；2018年浙江4月選考，30T等。 1.表觀(凈)光合速率和真正(總)光合速率的判定方法 (1)若為坐標曲線形式，當光強度為0時，CO2吸收值為0，則該曲線表示真正(總)光合速率，若CO2吸收值為負值，則該曲線表示表觀光合速率。 (2)若所給數(shù)值為有光條件下綠色植物O2釋放量或CO2吸收量的測定值，則為表觀光合速率。 (3)有機物積累量為表觀光合速率，制造量為真正(總)光合速率。 2.光合作用與細胞呼吸“關(guān)鍵點”移動的判斷技巧 CO2(或光)補償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應(yīng)的最低CO2濃度(或光強度)，位于橫軸上。 (1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點B應(yīng)右移，反之左移。 (2)呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點B應(yīng)右移，反之左移。 (3)陰生植物與陽生植物相比，CO2(或光)補償點和飽和點都應(yīng)向左移動。 3.解讀密閉容器及自然環(huán)境中植物光合作用曲線 解讀　(1)夏季的一天中CO2吸收量和釋放量變化曲線分析(如圖1所示) ①a點：凌晨3～4時，溫度較低，細胞呼吸較弱，CO2釋放量較少。 ②b點：上午6時左右，溫度升高，細胞呼吸增強，CO2釋放量增多；太陽出來，開始進行光合作用。 ③bc段：光合速率小于呼吸速率。 ④c點：上午7時左右，光合速率等于呼吸速率。 ⑤ce段：光合速率大于呼吸速率。 ⑥d點：溫度過高，部分氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。 ⑦e點：下午6時左右，光合速率等于呼吸速率。 ⑧ef段：光合速率小于呼吸速率。 ⑨fg段：太陽落山，光合作用停止，只進行細胞呼吸。 (2)有關(guān)一天中有機物情況的曲線分析(如圖2所示) ①積累有機物的時間段：ce段。 ②制造有機物的時間段：bf段。 ③消耗有機物的時間段：Og段。 ④一天中有機物積累最多的時間點：e點。 ⑤一晝夜有機物的積累量：SP－SM－SN。 (3)在相對密閉的環(huán)境中，一晝夜CO2含量的變化曲線分析(如圖3所示) ①如果N點低于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量增加。 ②如果N點高于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量減少。 ③如果N點等于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量不變。 ④CO2含量最高點為c點對應(yīng)時刻，CO2含量最低點為e點對應(yīng)時刻。 (4)在相對密閉的環(huán)境中，一晝夜O2含量的變化曲線分析(如圖4所示) ①如果N點低于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量減少。 ②如果N點高于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量增加。 ③如果N點等于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機物總量不變。 ④O2含量最高點為e點對應(yīng)時刻，O2含量最低點為c點對應(yīng)時刻。 4.測定光合速率與呼吸速率的三種方法 (1)利用裝置圖法測定植物光合速率與呼吸速率 ①裝置中溶液的作用：在測細胞呼吸速率時，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測凈光合速率時，NaHCO3溶液可提供CO2，保證容器內(nèi)CO2濃度的恒定。 ②測定原理 a.甲裝置在黑暗條件下植物只進行細胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。 b.乙裝置在光照條件下植物進行光合作用和細胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。 c.真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。 ③測定方法 a.將植物(甲裝置)置于黑暗條件中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。 b.將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。 c.根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。 ④物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進行校正。 (2)“半葉法”測定光合速率 例如：某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強度進行測定，如圖所示。“半葉法”的原理是將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當?shù)姆椒?可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是mg/(dm2h)。若M＝MB－MA，則M表示B葉片被截取部分在6小時內(nèi)光合作用合成的有機物總量。 (3)利用“黑白瓶”法測定光合速率 將裝有水和光合植物的黑、白瓶置于相同水層中，測定單位時間內(nèi)瓶中溶解氧含量的變化，借此測定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進行細胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可進行光合作用和細胞呼吸。因此，真正光合作用氧氣產(chǎn)生量(光合作用總量)＝白瓶中氧氣增加量＋黑瓶中氧氣減少量。 題型一　光合作用與細胞呼吸的過程判斷 1.如圖是生物體內(nèi)能量供應(yīng)及利用的示意圖，下列說法錯誤的是(　　) A.A過程一定伴隨O2的釋放，D過程不需要O2的直接參與 B.A過程產(chǎn)生的ATP可用于B過程中三碳酸分子的還原 C.A過程產(chǎn)生的ATP遠多于C過程產(chǎn)生的ATP D.C過程葡萄糖中的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)移到ATP中 答案　D 解析　A是光反應(yīng)，產(chǎn)物有O2、ATP和NADPH等，D是ATP的利用，不需要O2的直接參與，A正確；A過程中產(chǎn)生的ATP和NADPH可用于B碳反應(yīng)中三碳酸分子的還原，B正確；A光反應(yīng)過程產(chǎn)生的ATP全部被用來進行碳反應(yīng)合成有機物，C細胞呼吸分解的有機物只是光合作用合成的有機物中的一部分，且細胞呼吸過程中大部分的能量以熱能形式散失，故A過程產(chǎn)生的ATP遠多于C過程產(chǎn)生的ATP，C正確；C細胞呼吸過程葡萄糖中的化學(xué)能只有少部分轉(zhuǎn)移到ATP中，大部分以熱能形式散失，D錯誤。 2.如圖為綠色植物光合作用過程示意圖(物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實線表示，能量傳遞用虛線表示，圖中a～g為物質(zhì)，①～⑥為反應(yīng)過程)。下列判斷錯誤的是(　　) A.a物質(zhì)為色素，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能貯存在c中 B.一個葉肉細胞呼吸產(chǎn)生的CO2到被自身光合作用利用，至少穿過了8層磷脂分子 C.將b物質(zhì)用18O標記，最終在合成的葡萄糖中能檢測到放射性18O D.在g物質(zhì)供應(yīng)充足時，突然停止光照，三碳酸的含量將迅速下降 答案　D 解析　分析題圖可知，圖中a物質(zhì)表示色素，葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能貯存在ATP中；葉肉細胞產(chǎn)生的CO2進入同一細胞葉綠體中進行光合作用被利用，至少需要穿過2層線粒體膜和2層葉綠體膜，即4層生物膜，8層磷脂分子；將b物質(zhì)(O2)用18O標記，18O2首先參與需氧呼吸生成HO，該HO可以參與需氧呼吸第二階段，此時18O將轉(zhuǎn)移到C18O2中，然后C18O2參與光合作用，最終在有機物中能檢測到放射性18O；突然停止光照，光反應(yīng)停止，NADPH和ATP的含量下降，故在CO2供應(yīng)充足時，三碳酸被還原的量減少，但生成量不變，因此三碳酸含量會迅速上升。 題型二　分析坐標曲線中補償點和飽和點的移動 3.將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室CO2濃度，在一定光強度下測定葉片光合作用強度(以CO2吸收速率表示)，測定結(jié)果如圖所示，下列敘述正確的是(　　) A.如果光強度適當降低，a點左移，b點左移 B.如果光強度適當降低，a點左移，b點右移 C.如果光強度適當增強，a點右移，b點右移 D.如果光強度適當增強，a點左移，b點右移 答案　D 解析　a點、b點分別是CO2補償點、CO2飽和點，在a點濃度時，光合速率等于呼吸速率；b點濃度時，光合速率達到最大。如果光強度適當降低，則光合作用強度會降低，a點應(yīng)右移，b點左移；如果光強度適當增強，則光合作用強度會增加，a點左移，b點右移。 4.將小麥植株置于密閉玻璃罩內(nèi)，在不同溫度條件下測定小麥對氧氣的吸收或釋放速率隨光強度的變化，實驗結(jié)果如圖所示。請回答下列問題： (1)b點的生物學(xué)含義是__________________________________________________。此時小麥根尖細胞中產(chǎn)生ATP的場所為_____________________。適當提高CO2濃度后再測定，圖中的b點將向________移動。 (2)由圖可知，影響c點變動的主要因素是____________________。 (3)若適當提高CO2濃度，d點將向________移動。此時葉綠體產(chǎn)生的O2的去向是____________(填“線粒體”“細胞外”或“兩者都有”)。 答案　(1)光合作用產(chǎn)生氧氣的速率等于需氧呼吸消耗氧氣的速率　細胞溶膠和線粒體　左　(2)光強度和溫度　(3)右下　兩者都有 解析　(1)分析題圖發(fā)現(xiàn)，縱坐標表示氧氣吸收速率即凈光合速率的負值，橫坐標表示光強度；b點氧氣吸收速率為0，即凈光合速率為0，其含義為：光合作用產(chǎn)生氧氣的速率等于需氧呼吸消耗氧氣的速率 ；此時小麥根尖(根尖中無葉綠體)，只能進行細胞呼吸產(chǎn)生ATP，細胞呼吸產(chǎn)生ATP的場所是細胞溶膠和線粒體。圖中適當提高CO2濃度后，光合速率增加，光補償點減小，b點將向左移動。 (2)由題圖可知，變量只有兩個：光強度、溫度。分析25 ℃曲線可知，隨著光強度增強，氧氣釋放速率增強，光強度是影響c點變動的主要限制因素；分析15 ℃曲線可知，c點時雖然二者溫度不同，但凈光合速率相同，由于二者的呼吸速率不同，說明二者總光合速率不同，進而說明溫度也影響光合速率，進而影響c點的變動。 (3)提高二氧化碳濃度后，植物的最大光合速率增加，d點會向下移，最大光合速率增加，需要的光強度會增加，所以d點會向右移；因此d點向右下移。 題型三　密閉容器和自然環(huán)境中光合作用曲線分析 5.將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如圖所示曲線，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A.H點CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收最多，光合作用最強 B.CO2濃度下降從D點后開始，說明植物進行光合作用是從D點開始的 C.D點表明植物光合速率和呼吸速率相等，F(xiàn)G段CO2濃度下降不明顯，是因為氣孔關(guān)閉，葉片對CO2的吸收減少 D.D點較B點CO2濃度高，是因為D點溫度高，使植物細胞呼吸增強 答案　C 解析　H點CO2濃度最低，說明此時植物吸收CO2總量最多，光合作用積累的有機物最多，此時光合速率等于呼吸速率；植物進行光合作用是從D點之前開始的，D點時光合速率和呼吸速率相等；D點較B點CO2濃度高，是因為D點之前，呼吸速率大于光合速率，CO2積累。 6.某校生物興趣小組以玉米為實驗材料，研究不同條件下光合速率和呼吸速率，繪制了如圖所示的四幅圖，除哪幅圖外，其余三幅圖中“a”點都可以表示光合速率與呼吸速率相等(　　) 答案　A 解析　A項圖中a點的含義是CO2的吸收量等于釋放量，表示表觀光合速率等于呼吸速率，此時光合速率大于呼吸速率；B項圖中a點后CO2的含量降低，說明光合速率大于呼吸速率，故a點含義是光合速率等于呼吸速率；C項圖中a點代表光合速率等于呼吸速率；D項圖中a點CO2的吸收量為0，說明此時光合速率等于呼吸速率。 題型四　實驗探究光合速率與呼吸速率的測定方法 7.用等體積的三個玻璃瓶甲、乙、丙，同時從某池塘水深0.5 m處的同一位置取滿水樣，立即測定甲瓶中的氧氣含量，并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶，分別測定兩瓶中的氧氣含量，結(jié)果如下(不考慮化能合成作用)。有關(guān)分析合理的是(　　) 透光玻璃瓶甲 透光玻璃瓶乙 不透光玻璃瓶丙 4.9 mg 5.6 mg 3.8 mg A.丙瓶中浮游植物的細胞產(chǎn)生NADH的場所是線粒體內(nèi)膜 B.在一晝夜內(nèi)，丙瓶生物細胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1 mg C.在一晝夜后，乙瓶水樣的pH比丙瓶的低 D.在一晝夜內(nèi)，乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量約為1.1 mg 答案　B 解析　不透光玻璃瓶內(nèi)浮游植物只進行需氧呼吸，丙瓶中浮游植物的細胞產(chǎn)生NADH的場所有細胞溶膠、線粒體基質(zhì)，A錯誤；本實驗中氧氣含量甲瓶－丙瓶＝1.1 mg，可表示一晝夜丙瓶中生物細胞呼吸量，乙瓶－甲瓶＝0.7 mg，可表示一晝夜乙瓶中生物凈產(chǎn)生的氧氣量，因此乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量＝1.1 mg＋0.7 mg＝1.8 mg，B正確，D錯誤；一晝夜后，乙瓶水樣中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中生物只進行細胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，因此乙瓶水樣的pH比丙瓶的高，C錯誤。 8.某轉(zhuǎn)基因作物有很強的光合作用能力。某中學(xué)生物興趣小組在暑假開展了對該轉(zhuǎn)基因作物光合作用強度測試的研究課題，設(shè)計了如圖所示裝置。請你利用這些裝置完成光合作用強度的測試實驗，并分析回答有關(guān)問題： (1)先測定植物的細胞呼吸強度，方法步驟如下： ①甲、乙兩裝置的D中都放入________________，裝置乙作為對照。 ②將甲、乙裝置的玻璃鐘罩進行________處理，放在溫度等相同且適宜的環(huán)境中。 ③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。 (2)測定植物的凈光合作用強度，方法步驟如下： ①甲、乙兩裝置的D中放入_________________________________________________。 ②把甲、乙裝置放在_______________________________________________________。 ③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。 (3)實驗進行30分鐘后，記錄的甲、乙裝置中紅墨水滴移動情況如下表： 項目 實驗30分鐘后紅墨水滴移動情況 測定植物細胞呼吸強度 甲裝置 ________(填“左”或“右”)移1.5 cm 乙裝置 右移0.5 cm 測定植物凈光合作用強度 甲裝置 ________(填“左”或“右”)移4.5 cm 乙裝置 右移0.5 cm (4)假設(shè)紅墨水滴每移動1 cm，植物體內(nèi)的葡萄糖增加或減少1 g，那么該植物的呼吸速率是_____ g/h；白天光照15 h，一晝夜葡萄糖的積累量是_____ g(不考慮晝夜溫差的影響)。 答案　(1)①NaOH溶液?、谡诠狻?2)①NaHCO3溶液，裝置乙作為對照?、诠庹粘渥恪囟鹊认嗤疫m宜的環(huán)境中　(3)左　右　(4)4　84 解析　要測定光合作用強度必須先測定細胞呼吸強度，在測定細胞呼吸強度時一定要將實驗裝置置于黑暗條件下，使植物只進行細胞呼吸。用NaOH溶液除去玻璃鐘罩內(nèi)的CO2，植物進行細胞呼吸消耗一定量的O2，釋放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根據(jù)一定時間內(nèi)玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的減少量即可計算出細胞呼吸強度。在測定凈光合作用強度時要滿足光合作用所需的條件：充足的光照、一定濃度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用過程中消耗一定量CO2，產(chǎn)生等量O2，而NaHCO3溶液可保證裝置內(nèi)CO2濃度的恒定，因此，玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的變化只受O2釋放量的影響，而不受CO2氣體減少量的影響。對照實驗裝置乙中紅墨水滴右移是環(huán)境因素(如氣壓等)對實驗產(chǎn)生影響的結(jié)果。實驗裝置甲同樣也受環(huán)境因素的影響，因此，植物細胞呼吸消耗O2量等于玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的改變量，則該植物的呼吸速率為(1.5＋0.5)0.5＝4(g/h)；凈光合速率為(4.5－0.5)0.5＝8(g/h)，白天光照15 h的凈光合作用量是815＝120(g)，一晝夜葡萄糖的積累量為120－49＝84(g)。 9.某同學(xué)利用如圖所示的裝置研究CO2含量以及光強度對某種樹葉光合作用的綜合影響。實驗用生長狀況相同的若干同種新鮮葉片，在室溫25 ℃下進行，緩沖液能調(diào)節(jié)密閉小室CO2濃度始終保持相對恒定。用相應(yīng)裝置精確測量，結(jié)果如下表。請分析回答下列問題： 組別 實驗條件 液滴移動(mLh－1) 光強度(lx) CO2(%) 1 800 0.03 右移6.0 2 1 000 0.03 右移9.0 3 1 000 0.05 右移11.2 4 1 500 0.05 右移11.2 5 1 500 0.03 右移9.0 (1)第3組裝置液滴右移的生理原因是_____________________________________________。該裝置在2 h內(nèi)，緩沖液釋放到密閉小室空間的CO2約為________ mg。第3、4兩組的結(jié)果相同，限制第4組光合作用的非生物因素主要是________________________________。 (2)裝置雖均置于25 ℃環(huán)境下，但有同學(xué)認為液滴移動的量不一定真正代表光合作用釋放O2的量，因為光照引起的________________會導(dǎo)致密閉小室氣體的物理膨脹。由此，實驗方案應(yīng)再作相應(yīng)完善。 (3)某同學(xué)認為本實驗不能令人信服地說明光照和CO2濃度的相互作用，使光合作用進一步增強。該同學(xué)又增設(shè)了一組實驗，你認為該組的實驗條件組合是____________________。 答案　(1)光合作用產(chǎn)生的O2多于細胞呼吸消耗的O2　44　CO2濃度　(2)溫度變化(升高)　(3)光強為800 lx，CO2濃度為0.05% 解析　緩沖液的作用是維持密閉空間內(nèi)CO2濃度的穩(wěn)定，即樹葉從空間吸收的CO2量與緩沖液釋放的CO2量相等。而空間氣體體積增加量(樹葉釋放O2量)等于樹葉從空間吸收的CO2量，即11.2 mL/h2 h＝22.4 mL。第3、4組接受的光強度不同，但光合速率相同，故CO2濃度是限制第4組光合作用的主要非生物因素。