高考生物二轮复习专题学案：3 光合作用与呼吸作用（含解析）
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| 名称 | 高考生物二轮复习专题学案：3 光合作用与呼吸作用（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-02-19 18:00:48 | ||
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文档简介
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高考生物二轮复习专题学案
3 光合作用与呼吸作用
// 高频易错 考前清零 //
1.判断有关细胞呼吸说法的正误
(1)根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短,可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。 ( )
(2)细胞呼吸的中间产物可参与蛋白质的合成。( )
(3)酵母菌与好氧细菌均可进行有氧呼吸,二者参与消耗氧气的酶附着部位相同。 ( )
(4)若用同位素18O标记O2参与线粒体的有氧呼吸, 一段时间后有氧呼吸的产物H2O和CO2中均可检测到18O。 ( )
(5)在现代储存技术中,可以利用控制环境中的气体比例,创造无氧环境抑制谷物的有氧呼吸。 ( )
(6)与玉米种子相比,花生种子萌发时呼吸作用需要大量氧气,播种时宜浅播。 ( )
(7)线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与。 ( )
(8)制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2。 ( )
2.判断有关光合作用说法的正误
(1)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到分离色素的作用。 ( )
(2)用纸层析法分离生菜绿叶中的色素,最下方的色素带是叶绿素b。 ( )
(3)鲁宾和卡门用放射性同位素标记技术证明了光合作用释放的氧气来自水。 ( )
(4)暗反应中14C的转移途径是14CO2C314C5(14CH2O)。 ( )
(5)适宜条件下光合作用过程中C5/C3的值,停止供应CO2后比停止前高。 ( )
(6)夏季晴天,植物出现光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 ( )
(7)在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的绿光照射,则叶绿体内NADPH含量下降。 ( )
(8)“稻如莺色红(水稻盈实),全得水来供”,其原理是水分越充分,越能促进水稻的光合作用,提高产量。 ( )
// 常考长句 考前规范 //
(1)高等植物光合作用中捕获光能的色素分布在叶绿体的 上,主要捕获可见光中的 ,色素的作用是 。
(2)用纸层析法分离色素的原理是 。提取叶绿体色素时,选择无水乙醇作为提取液的依据是 。
(3)[2022·山东卷] 强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(4)间歇光是一种人工光源,能够实现极短时间的照光和极短时间的黑暗轮番交替,光和暗的时间均为几十毫秒至几百毫秒。结果发现,用一定量的光照射果树叶片,相同的光照时间下,间歇照射比连续照射的效率要高,分析其原因是 。
(5)密闭小室内生长的植物光合速率下降的原因是 。
(6)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。
(7)“犁地深一寸,等于上层粪”,中耕松土有利于植物根细胞吸收无机盐的原因是 。
考点一 光合作用与呼吸作用的过程分析
1.图解光合作用与细胞呼吸的过程联系
[警示]①C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸,C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。(教材必修1 P104“相关信息”)
②光反应停止,暗反应不会立刻停止,因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。
③人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体,酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质;植物固定CO2的场所是叶绿体基质,蓝细菌、硝化细菌等固定CO2的场所是细胞质。
2.光合作用与细胞呼吸中物质和能量的变化联系
(1)三种元素转移途径
(2)能量转化关系
1.[2023·全国乙卷] 植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是 ( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
2.[2023·全国乙卷] 植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是 ( )
A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸
B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
3.[2023·山东卷] 水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径,延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是 ( )
A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足
D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
4.[2023·湖北卷] 植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是 ( )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
1.[2023·山东青岛二模] 糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程,氧气可以降低糖类的分解和减少糖酵解产物的积累,这种现象称为巴斯德效应。研究发现ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用,而ADP对其有激活作用。下列说法错误的是 ( )
A.催化糖酵解系列反应的酶均存在于酵母细胞的细胞质基质
B.供氧充足的条件下,丙酮酸进入线粒体产生H2O的同时可产生大量的能量
C.供氧充足的条件下,细胞质基质中ATP/ADP的值增高对糖酵解有抑制作用
D.供氧不足的条件下,NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗减少
2.光合作用与呼吸作用都是为植物的存活进行服务,两者虽然环环相扣、相互依存,但又有各自独立的工作系统。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图,Ⅰ~Ⅶ代表物质,①~③代表过程。下列叙述正确的是 ( )
A.甲过程中的Ⅰ物质与乙过程中的Ⅴ物质所含元素不一致
B.乙过程中①过程与②过程所产生的能量之和多于③过程所产生的能量
C.叶肉细胞中甲过程产生的Ⅳ物质多于乙过程所消耗的Ⅳ物质时,植物将生长
D.乙过程产生的ATP并不能用于甲过程的暗反应
3.[2023·湖南郴州模拟] 叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物,包括PSⅠ和PSⅡ),将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成,同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H+梯度,进而驱动ATP的合成。
注:类囊体薄膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合成酶复合体四类蛋白复合体,参与光能吸收、传递和转化,电子传递,H+输送及ATP合成等过程。
据图回答下列问题:
(1)光反应过程中,ATP的形成与光系统 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H+浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发,释放势能高的电子,电子的最终供体(供给电子的物质)是 。通过光合电子传递链,光能最终转化为 中的化学能。
(3)图中ATP合成酶的作用是 ;线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是 。据图分析,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有 (共3点)。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降,其原因可能是 。
考点二 光合作用和细胞呼吸的影响因素
1.把握与细胞呼吸影响因素相关的“四类”曲线
[提醒]①O2不仅影响细胞呼吸的强度,还影响细胞呼吸的类型。
②果蔬、种子储存除需低氧、零上低温等条件外,果蔬储存要求一定的空气湿度,而种子储存则要求干燥环境。
2.影响光合作用的因素
(1)把握与光合作用影响因素相关的“三类”曲线
①光照强度:影响光反应阶段ATP、NADPH的产生。
②CO2浓度:影响暗反应阶段C3的生成。
③温度:通过影响酶的活性来影响光合作用。
3.光(或CO2)补偿点、光(或CO2)饱和点的移动
(1)A点变化:细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。
(2)B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——光 (或CO2)补偿点 C点——光 (或CO2)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,光(或CO2)补偿点应右移,反之左移。
(3)D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。
(4)阴生植物和阳生植物的光饱和点、光补偿点分析
4.分析光合作用、细胞呼吸中“三率”的关系
5.聚焦自然环境及密闭容器中植物一昼夜气体变化曲线
(1)自然环境中(晴朗夏季)一昼夜植物光合作用变化曲线
(2)密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线
图甲中若N点低于虚线,说明一昼夜密闭容器中CO2浓度降低,即总光合量大于总呼吸量,植物生长。图乙中若N点低于虚线,说明一昼夜密闭容器中O2浓度降低,即总光合量小于总呼吸量,植物不能生长。
1.[2023·湖北卷] 高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是 ( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
2.[2023·北京卷] 在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是 ( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
3.[2023·广东卷] 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,其相关生理特征见下表和图。(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。
(2)光照强度逐渐增加达到2000 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 。
(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。
(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,在给出的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: 。
围绕细胞呼吸、光合作用的影响因素,考查科学思维能力
1.在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法不正确的是 ( )
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
2.[2023·湖北武汉二模] 甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.CO2浓度为200 μL/L时,限制两种植物光合速率的主要因素均为光照强度或温度
B.CO2浓度为400 μL/L时,甲、乙植物的总光合速率相等
C.CO2浓度为500 μL/L时,甲植物水的光解能力强于乙
D.与甲植物相比,乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存
3.作物光合作用既受外界因子的影响,也受植物内部结构和生理状况的调节。为研究土壤水分和温度变化对半干旱地区春小麦叶片的光合作用的影响,科研人员于春小麦开花期控制土壤水分为田间持水量的60%~65%(对照)和田间持水量的40%~45%(干旱处理),并设置了3组环境温度梯度(分别为25 ℃、26 ℃以及27 ℃),测定了植物的净光合速率,结果如图。下表是不同处理春小麦开花期叶片光响应参数。回答下列问题:
不同处理春小麦开花期叶片光响应参数
处理 最大净光 合速率/ (μmol· m-2·s-1) 光补偿点/ (μmol· m-2·s-1) 光饱和点/ (μmol· m-2·s-1) 呼吸速率/ (μmol· m-2·s-1)
A-25 ℃ 28.630 21.472 718.988 1.190
A-26 ℃ 29.765 26.794 852.417 1.280
A-27 ℃ 28.479 27.655 866.796 1.217
B-25 ℃ 21.573 26.667 519.309 1.531
B-26 ℃ 17.205 33.980 508.510 1.319
B-27 ℃ 17.974 38.249 580.545 1.380
(1)用 (填试剂名称)分离小麦叶片中的光合色素。叶片的光反应发生在叶绿体的 。若CO2的供应突然停止,短时间内C3的含量会 (填“增多”或“减少”)。
(2)图中的自变量是 。
(3)光饱和点与光补偿点是表征叶片对强光和弱光利用能力大小的重要参数。由表可得出结论:
①A、B两种处理下,随着温度升高,光补偿点提高,光饱和点提高,表明 。
② ,表明水分供给不足使春小麦叶片利用弱光和强光的能力均降低。
(4)由表可知,水分供给不足条件下,温度为 时,更有利于春小麦生长。
结合胁迫环境对植物光合作用的影响,考查拓展迁移能力
4.[2023·河北唐山一模] 我国南方很多水稻种植区长期处于阴雨寡日照的天气,常规稻受到低光胁迫的影响,产量减少很多,而超级稻在这种天气下产量几乎没有受到影响。回答下列有关问题:
(1)R酶能催化CO2固定,是影响暗反应速率的限速酶。科研人员对超级稻进行30天低光处理后测定相关指标,结果如下表:
品种 光强 叶绿素含量 /(g·m-2) 基粒数 /个 基粒厚度 /μm 基粒片 层数/层
100% 0.43 20 0.25 10
25% 0.60 12 0.50 20
①这个实验需要借助 才能完成。
②低光胁迫下超级稻叶片氮素含量下降,分析实验结果可知,超级稻的叶片氮素主要分配给了 ,而向 分配减少。
(2)R酶的活性可用羧化效率相对值与 R酶含量之比表示。不同光强下,超级稻 R 酶活性的测定结果如图。
该实验结果说明 。
(3)综合上述实验的结果,从光反应与暗反应两方面进行分析,超级稻在低光胁迫下产量几乎不受影响的原因是 。
5.[2023·辽宁锦州质检] 在全球气候变化日益加剧的背景下,多重联合胁迫对作物生长发育和产量形成的不利影响日益显著。研究者设计了如图甲所示的实验,分析了不同处理条件下苗期玉米的光合生理差异,部分结果如图乙所示,回答下列问题:
(1)图甲的实验设计中,对照组玉米的处理条件是 。图乙中,在恢复期作物净光合速率最低对应的处理条件是 。
(2)图丙光系统Ⅰ中的NADPH的作用是 。研究表明,玉米幼苗对低温较敏感。单一冷害胁迫会对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ造成极大损伤,结合图丙分析,单一冷害胁迫条件下玉米幼苗的净光合速率下降的原因是 。
(3)图乙结果所示,胁迫期C&D组净光合速率小于C组,而恢复期C&D组净光合速率明显大于C组,说明 。
围绕光合产物积累对光合作用的影响,考查拓展迁移能力
拓展视野:产物的积累会抑制光合作用。这是因为光合产物可以在光反应和暗反应中发挥反馈调节作用,抑制光合色素和酶的活性,从而降低光合作用速率。此外,当光合产物积累到一定程度时,会导致细胞内部环境紊乱,进一步影响光合作用的进行。
6.[2023·华中师大附中模拟] 研究人员发现了一种CST1基因功能缺失的突变体玉米,其光合速率明显低于正常玉米。研究人员利用它研究了叶片中光合作用产物的积累对光合作用的反馈调节机制。回答下列问题:
(1)在玉米叶肉细胞中合成的光合作用产物有淀粉和蔗糖,往往以 (填“淀粉”或“蔗糖”)形式运输到植株各处。
(2)研究人员检测了传粉后玉米叶片的气孔开放程度,结果如图。据图分析,突变体光合速率下降的根本原因是 。
(3)研究人员推测:叶片中光合作用产物的积累会抑制CST1基因的表达。为了证实这一推测,研究人员选用野生型玉米植株,阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,测定叶片气孔开放的程度。结果发现,随着光照时间的延长,气孔开放的程度逐渐降低。某同学认为该实验设计不严谨,还需增设一组对照组。对照组能否选用上述突变体植株 请判断并说明理由: 。
(4)请帮助该同学写出对照组的实验思路: 。
考点三 呼吸作用与光合作用的相关实验分析
光合速率与呼吸速率的测定方法
1.液滴移动法
实验装置:
分析:
a.甲、乙装置中NaOH溶液和CO2缓冲液(NaHCO3溶液)的作用分别是吸收细胞呼吸产生的CO2和保证容器内CO2浓度的恒定。
b.甲装置在黑暗条件下,单位时间内红色液滴左移的距离可表示呼吸速率。
c.乙装置在光照条件下,单位时间内红色液滴右移的距离可代表净光合速率。
实验结果:总(真正)光合速率=净光合速率+呼吸速率。
物理误差的校正:
a.为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应对装置及所测材料进行消毒处理。
b.为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测生物材料进行灭活。
2.黑白瓶法
“黑白瓶”问题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试题,题中“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:
1.蓝莓深受消费者喜爱的原因之一是其富含的花青素有延缓衰老的功效。某科研人员将一株正常生长的蓝莓幼苗放在透明且密闭的容器中,在适宜条件下培养一段时间(如图甲所示),并用三个如图甲所示的装置(烧杯中装水)在其他环境因素相同且适宜的条件下,探究自然条件下不同光照强度对蓝莓植株光合作用强度的影响,用传感器测定的锥形瓶中CO2浓度变化如图乙所示(设实验过程中三组蓝莓的呼吸速率相同)。 请回答下列问题:
(1)若图甲所示的烧杯中放入的物质是水,且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度,则一段时间内,锥形瓶内 CO2浓度可出现的变化趋势是 。
(2)若图甲所示的烧杯中放入的物质是一定浓度的 NaHCO3溶液,则用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时,净光合速率可用该实验装置测得的结果——该幼苗单位时间内 量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下蓝莓幼苗的实际光合速率, 请简单写出实验思路: 。
(3)图乙中A组蓝莓叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是 。B组蓝莓叶肉细胞的光合速率 (填“大于”“小于”或“等于”)蓝莓叶肉细胞的呼吸速率,原因是 。
2.当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填 “能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填 “多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 。
高考生物二轮复习专题学案
3 光合作用与呼吸作用（参考答案）
【高频易错·考前清零】
1.(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
[解析] (1)CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,因此根据溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,因此也可根据浑浊程度来分析酵母菌培养液中产生二氧化碳的情况。
(2)细胞呼吸是生物体代谢的枢纽,细胞呼吸的中间产物可进一步生成氨基酸等,可为蛋白质的合成提供原料。
(3)酵母菌属于真核生物,其消耗氧气的过程是有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜,而好氧细菌无线粒体,与酵母菌消耗氧气的部位不同。
(4)O2参与线粒体内有氧呼吸的第三阶段,若用同位素18O标记O2,则有氧呼吸第三阶段产生的H2O中的O为18O,O又可以作为有氧呼吸第二阶段的反应物与丙酮酸反应生成C18O2。
(5)无氧环境会促进谷物进行无氧呼吸,不利于谷物的储存,储存时,需要创造一个低氧环境来抑制谷物的有氧呼吸和无氧呼吸。
(6)花生种子脂肪含量高,由于脂肪中C、H的含量高,萌发时对氧气的需求量高,故适合浅播。
(7)丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,不需要氧气的参与。
(8)制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理,乳酸菌无氧呼吸的产物是乳酸,无二氧化碳产生。
2.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)×
[解析] (1)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到提取色素的作用。
(2)利用纸层析法可分离色素,不同的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越高的随层析液在滤纸条上扩散得越快,滤纸条上的色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
(3)鲁宾和卡门用同位素标记法,分别用18O标记的水和18O标记的二氧化碳进行实验, 发现了光合作用释放的氧气来自水,18O不具有放射性。
(4)暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。
(6)夏季中午光照强、温度高,蒸腾作用很强,为避免散失过量水分,植物关闭大部分气孔,供应给叶肉细胞的二氧化碳浓度下降,光合作用速率下降。
(7)植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物NADPH和ATP含量下降。
(8)细胞内的生化反应都在水溶液中进行,同时水分是光合作用的原料,“稻如莺色红(水稻盈实),全得水来供”说明水的重要性,但是水分也不能太多,若太多则导致水稻根部缺乏氧气,进行无氧呼吸,导致烂根,最终产量可能会降低。
【常考长句·考前规范】
(1)类囊体薄膜 蓝紫光和红光 吸收、传递、转化光能
(2)不同色素在层析液中的溶解度不同 叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
(3)五碳化合物供应不足、CO2供应不足 强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生氧气的速率增强
(4)与连续光照相比,间歇光照能够使光反应的产物被充分利用,使相同的光照时间内产生更多的ATP和NADPH,供暗反应利用,合成更多有机物
(5)植物光合作用吸收的CO2的量大于细胞呼吸释放的CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率随之降低
(6)干旱条件下,叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少,影响了暗反应速率,进而使光合速率降低
(7)中耕松土可以增加氧气浓度,促进植物根细胞的呼吸作用,进而促进无机盐的吸收
考点一
【高考曾经这样考】
1.D [解析] 叶绿素分子中含有氮元素和镁元素,缺氮和镁则叶绿素不能合成,A正确;叶绿素和类胡萝卜素都是光合色素,在植物叶片中分布在叶绿体中类囊体薄膜上,B正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越快,D错误。
2.C [解析] 分析题图,在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,结合“植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境”分析,此时该植物幼苗的根细胞只进行无氧呼吸产生乳酸,A正确; a~b时间内,在无氧条件下该植物幼苗的根细胞CO2释放速率大于0,说明此时存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程,B正确;葡萄糖经无氧呼吸产生酒精和乳酸的第一阶段是相同的,且都只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP,因此每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时的一样多,C错误;酒精跨膜运输的方式是自由扩散,不消耗ATP,D正确。
3.B [解析] 水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,方式为主动运输,逆浓度梯度进行,故正常玉米根细胞液泡中H+浓度高,液泡内pH低于细胞质基质,A错误;玉米根部短时间水淹,根部仍含有少量氧气,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,故检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成,B正确;由丙酮酸产生酒精的过程中,无ATP的产生,C错误;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同,D错误。
4.C [解析] 由题干“LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化”可知,叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ分离受阻,使得PSⅡ光复合体对光能的捕获增强,A正确;Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PSⅡ光复合体中的叶绿素含量减少,导致对光能的捕获减弱,B正确;弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,增强对光能的捕获,C错误;PSⅡ光复合体能吸收光能,并分解水,水的光解产生H+、电子和O2,D正确。
【重点热点题组练】
1.D [解析] 糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程,该过程指有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段,催化糖酵解系列反应的酶均存在于酵母细胞的细胞质基质,A正确;供氧充足的条件下进行有氧呼吸,丙酮酸进入线粒体产生H2O的同时可产生大量的能量,B正确;供氧充足的条件下,ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用,细胞质基质中ATP/ADP的值增高对糖酵解有抑制作用,C正确;供氧不足的条件下进行无氧呼吸,NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗增加,D错误。
2.D [解析] 甲过程中的Ⅰ物质是NADPH,乙过程中的Ⅴ是NADH,二者所含元素都是C、H、O、N、P,A错误;乙过程中①过程是有氧呼吸第一阶段,②过程是有氧呼吸第二阶段,③过程是有氧呼吸第三阶段,③过程所产生的能量远远多于①和②产生能量之和,B错误;甲是光合作用,乙是有氧呼吸,叶肉细胞有机物的产生量多于所有细胞细胞呼吸消耗量植物才能生长,叶肉细胞光合作用产生的葡萄糖多于叶肉细胞有氧呼吸消耗的葡萄糖时,植物未必生长,C错误;甲过程暗反应需要的ATP来自光反应,乙过程产生的ATP不用于甲过程的暗反应,用于其他各项生命活动,D正确。
3.(1)Ⅰ和Ⅱ
(2)水 ATP和NADPH
(3)催化ATP的合成、协助H+跨膜运输 线粒体内膜 水的光解产生H+、PQ与PQH2将H+从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H+
(4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递,会抑制水光解产生H+,使类囊体膜内外H+的浓度差减小甚至消失
[解析] (1)结合图示可知,光反应过程中,PSⅡ发生H2O的光解,使B侧H+浓度增加,产生的e-通过PSⅠ传递给NADP+,形成NADPH的过程中消耗H+,使A侧H+浓度降低。(2)叶绿素a接受光的照射后被激发,在PSⅡ发生H2O的光解,释放势能高的e-,e-的最终供体是H2O,最终受体是NADPH。通过光合电子传递链,光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能。(3)题图中ATP合成酶的作用是催化ATP的合成、协助H+跨膜运输。线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜,因为在线粒体内膜上发生有氧呼吸的第三阶段,该过程中有大量ATP的产生。据图分析,能使类囊体薄膜两侧的H+浓度差增加的生理过程有水的光解产生H+、PQ与PQH2将H+从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H+。(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。则DBMIB会抑制水光解产生H+,使类囊体薄膜内外H+的浓度差减小甚至消失,因此,若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降。
考点二
【高考曾经这样考】
1.D [解析] 高温使呼吸酶的活性增强,呼吸作用变强,消耗大量养分,A正确;高温使气孔导度变小,胞间二氧化碳浓度减小,光合作用强度减弱,有机物合成减少,B正确;高温使作物蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫,C正确;高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADPH和ATP减少,D错误。
2.C [解析] 本实验的自变量为光照强度和温度,因变量为CO2吸收速率。CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要从外界吸收的CO2减少,A正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强,B正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,也就是光合速率与呼吸速率的差值最大,D正确。
3.(1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 蓝紫
(2)高于 呼吸速率较高
(3)有机物积累较多
(4)
为什么高光照强度下,ygl的净光合速率高于WT(合理即可)
[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/叶绿素的值较高,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,由ygl叶色呈黄绿可推测,其叶片主要吸收蓝紫光。(2)根据图a净光合速率变化曲线可知,WT先达到光饱和点,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,一方面可能因为其叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低,另一方面可能因为ygl呼吸速率较高。(3)ygl群体净光合速率较高表明有机物的积累量较多,因此其产量较高。(4)ygl的呼吸速率和光补偿点均大于WT,结合图b和图c,可绘制在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl的净光合速率,见答案。根据两图,比较高光照强度和低光照强度下WT和ygl的净光合速率,可提出问题,如为什么高光照强度下,ygl的净光合速率高于WT。
【重点热点题组练】
1.A [解析] 与25 ℃相比,4 ℃耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明4 ℃时线粒体内膜上的电子传递未受阻,A错误;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多用于产热,消耗的葡萄糖量多, B、C正确;DNP使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP合成减少, D正确。
2.C [解析] 甲植物在CO2浓度为200 μL/L时,光合作用强度还未达到最大值,所以限制因素主要是CO2浓度,A错误;CO2浓度为400 μL/L时,甲、乙植物的净光合速率相等,但由于两植物呼吸速率不相等,所以总光合速率不相等,B错误;CO2浓度为500 μL/L时,甲植物的光合速率大于乙,所以甲植物水的光解能力强于乙,C正确;与乙植物相比,甲植物在高浓度CO2情况下光合作用速率更高,所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存,D错误。
3.(1)层析液 类囊体薄膜 减少
(2)光照强度、田间持水量(是否干旱)、温度
(3)①随着温度升高,春小麦叶片利用弱光能力减弱,利用强光能力增强 ②与A处理组相比,在相同的处理温度下,B处理组光补偿点高,光饱和点低
(4)25 ℃
[解析] (1)叶绿体中的色素只能溶于有机溶剂,用纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液,绿叶中色素的分离原理是色素在层析液中的溶解度不同。叶片的光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,暗反应中CO2与C5结合生成C3的过程叫作CO2的固定,如果突然停止CO2的供应,CO2的固定会减少,导致C3的生成减少,由于C3的还原不变,所以短时间内C3含量将会减少。(2)本实验的目的为研究土壤水分和温度变化对半干旱地区春小麦叶片的光合作用的影响,结合题图分析,本实验的自变量为光照强度、田间持水量(是否干旱)、温度。(3)光饱和点与光补偿点是表征叶片对强光和弱光利用能力大小的重要参数。①分析题表,A、B两种处理下,随着温度升高,光补偿点提高,光饱和点提高,表明随着温度升高,春小麦叶片利用弱光能力减弱(需要更大的光照强度才能使光合速率等于呼吸速率),利用强光能力增强(需要更大的光照强度才能使光合速率达到最大)。②与A处理组相比,在相同的处理温度下,B处理组光补偿点高,光饱和点低,表明水供给不足使春小麦利用弱光和强光的能力均降低。(4)由表可知,水分供给不足的条件下,即B组,温度为25 ℃时,春小麦的最大净光合速率最大,最有利于小麦生长。
4.(1)电子显微镜 叶绿素 R酶
(2)与全光照条件时相比,25%的低光胁迫条件下,超级稻R酶活性增强
(3)一方面叶绿素含量、基粒厚度和片层数量均明显增加,可减缓光反应速率的下降,为暗反应阶段提供较充足的ATP和NADPH;另一方面R酶活性明显增强,可促进CO2的固定,减缓暗反应速率的下降
[解析] (1)①该实验设定的相关检测指标包括基粒数、基粒厚度和基粒片层数,这些都需要借助电子显微镜才能观察到。②从实验结果上看,低光胁迫下超级稻的叶绿素含量升高,由于此时叶片氮素含量下降,这样分配给R酶的氮素减少。(2)根据题图可知,与全光照条件时相比,25%的低光胁迫条件下,超级稻R酶羧化效率相对值与R酶含量之比增大,说明R酶活性增强。(3)超级稻在低光胁迫下叶绿素含量、基粒厚度和片层数量均明显增加,这样减缓因低光照导致的光反应速率的下降,也可为暗反应阶段提供较充足的ATP和NADPH;另外低光胁迫下 R 酶数量虽然减少但活性明显增强,可促进CO2的固定,减缓暗反应速率的下降,因此超级稻在低光胁迫下产量几乎不受影响。
5.(1)适宜的温度和水分 单一冷害(C组)
(2)作为还原剂,还原C3;为C3的还原提供能量 冷害能够影响光能的吸收、转化与电子的传递,进而减少NADPH与ATP的生成,导致暗反应速率减慢
(3)干旱能够明显缓解冷害胁迫对玉米光合(和生长)等造成的损伤
[解析] (1)由图甲可知,对照组玉米的处理是适宜的温度和水分,由图乙的实验结果可知,在恢复期作物净光合速率最低对应的处理条件是单一冷害(C组)。(2)图丙光系统Ⅰ中NADPH的作用是作为还原剂,还原C3,同时为C3的还原提供能量。单一冷害胁迫会对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ造成极大损伤,结合图丙分析单一冷害胁迫条件下玉米幼苗的净光合速率下降的原因:冷害能够影响光能的吸收、转化与电子的传递,进而减少NADPH与ATP的生成,导致暗反应速率减慢,有机物合成减少。(3)由图乙可知,胁迫期C&D组(冷害+干旱)净光合速率小于C组(单一冷害),而恢复期C&D组净光合速率明显大于C组,说明干旱能够明显缓解冷害胁迫对玉米光合和生长等造成的损伤。
6.(1)蔗糖
(2)CST1基因功能缺失,不能合成CST1蛋白,气孔开放程度显著下降,CO2供应不足
(3)不能;突变体中CST1基因功能缺失,不能用于检测CST1基因的表达情况,不能达到实验目的
(4)选用野生型玉米植株,不阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,检测气孔开放程度
[解析] (1)蔗糖溶解度大,一般光合产物中以蔗糖的形式运输到植株各处。(2)野生型植株和突变体的区别为CST1基因功能是否缺失,进而是否表达出CST1蛋白,分析题图可知,野生型植株比突变体的气孔开放程度高,推测CST1蛋白能够促进气孔打开;突变体CST1基因功能缺失,不能合成CST1蛋白,气孔开放程度显著下降,CO2供应不足,是突变体光合速率下降的原因。(3)该实验目的为验证光合作用产物的积累会抑制CST1基因的表达,实验的自变量是光合产物是否积累,因变量是CST1基因的表达情况,对照组不能使用突变体,因为突变体中CST1基因功能缺失,不能用于检测CST1基因的表达情况。(4)实验组选用野生型玉米植株,阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,可导致光合产物积累,对照组应选用野生型玉米植株,不阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,检测气孔开放程度。
考点三
【重点热点题组练】
1.(1)降低至一定水平后保持相对稳定
(2)O2释放 先将装置移到黑暗处(或不给予光照),测出蓝莓幼苗单位时间内O2的吸收量(即呼吸速率),再给予一定光照条件,其他条件不变,测出蓝莓幼苗单位时间内氧气释放量(即净光合速率),然后将两值相加,即为该光照条件下蓝莓幼苗的实际光合速率
(3)细胞质基质、线粒体基质和内膜 大于 B组装置中CO2的浓度不变,表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等,植株中有许多细胞只能进行呼吸作用,因此蓝莓叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率
[解析] (1)若图甲烧杯中放入的物质是水,且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度,使得锥形瓶内二氧化碳浓度降低,光合速率下降,最后光合速率会等于呼吸速率,锥形瓶内二氧化碳浓度保持相对稳定,故锥形瓶内二氧化碳浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平后保持相对稳定。(2)若图甲烧杯中放入的物质是一定浓度的NaHCO3溶液,用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时,净光合速率可用图甲实验装置测得的该幼苗单位时间内O2释放量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下该幼苗的实际光合速率,则实验的思路是先将装置移到黑暗处(或不给予光照),测出蓝莓幼苗单位时间内的氧气吸收量(即呼吸速率),再给予一定光照条件,其他条件不变,测出蓝莓幼苗单位时间内氧气释放量(即净光合速率),然后将两值相加,即为该光照条件下蓝莓幼苗的实际光合作用速率。(3)图乙中A组在黑暗条件下,蓝莓植株只进行呼吸作用,其叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是细胞质基质、线粒体基质和内膜。B组装置中的二氧化碳浓度不变,表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等,而蓝莓植株中有许多细胞只能进行呼吸作用,因此叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率。
2.(1)光、H蛋白 CO2浓度、温度
(2)不能 突变体PS Ⅱ系统光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ系统光损伤大但能修复
(3)少 突变体NPQ高,PSⅡ系统损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性高,光反应产物多
[解析] (1)据题意,以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,实验的自变量有光照、H蛋白;影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。(2)据题图分析,强光照射下突变体的NPQ强度/相对值比野生型的NPQ强度/相对值高,能减少强光对PSⅡ复合体的损伤,但是野生型含有H蛋白,能对损伤后的PSⅡ进行修复,而突变体不能,故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。(3)据题图分析,强光照射下突变体中NPQ强度/相对值高,而NPQ能将过剩的光能耗散,从而使流向光合作用的能量减少。若突变体的NPQ强度/相对值高,能够减少强光对PSⅡ的损伤,且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用,这样导致突变体的PSⅡ活性高,光反应产物多,能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行,使得突变体的暗反应强度高于野生型。
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高考生物二轮复习专题学案
3 光合作用与呼吸作用
// 高频易错 考前清零 //
1.判断有关细胞呼吸说法的正误
(1)根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短,可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。 ( )
(2)细胞呼吸的中间产物可参与蛋白质的合成。( )
(3)酵母菌与好氧细菌均可进行有氧呼吸,二者参与消耗氧气的酶附着部位相同。 ( )
(4)若用同位素18O标记O2参与线粒体的有氧呼吸, 一段时间后有氧呼吸的产物H2O和CO2中均可检测到18O。 ( )
(5)在现代储存技术中,可以利用控制环境中的气体比例,创造无氧环境抑制谷物的有氧呼吸。 ( )
(6)与玉米种子相比,花生种子萌发时呼吸作用需要大量氧气,播种时宜浅播。 ( )
(7)线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与。 ( )
(8)制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2。 ( )
2.判断有关光合作用说法的正误
(1)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到分离色素的作用。 ( )
(2)用纸层析法分离生菜绿叶中的色素,最下方的色素带是叶绿素b。 ( )
(3)鲁宾和卡门用放射性同位素标记技术证明了光合作用释放的氧气来自水。 ( )
(4)暗反应中14C的转移途径是14CO2C314C5(14CH2O)。 ( )
(5)适宜条件下光合作用过程中C5/C3的值,停止供应CO2后比停止前高。 ( )
(6)夏季晴天,植物出现光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 ( )
(7)在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的绿光照射,则叶绿体内NADPH含量下降。 ( )
(8)“稻如莺色红(水稻盈实),全得水来供”,其原理是水分越充分,越能促进水稻的光合作用,提高产量。 ( )
// 常考长句 考前规范 //
(1)高等植物光合作用中捕获光能的色素分布在叶绿体的 上,主要捕获可见光中的 ,色素的作用是 。
(2)用纸层析法分离色素的原理是 。提取叶绿体色素时,选择无水乙醇作为提取液的依据是 。
(3)[2022·山东卷] 强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。
(4)间歇光是一种人工光源,能够实现极短时间的照光和极短时间的黑暗轮番交替,光和暗的时间均为几十毫秒至几百毫秒。结果发现,用一定量的光照射果树叶片,相同的光照时间下,间歇照射比连续照射的效率要高,分析其原因是 。
(5)密闭小室内生长的植物光合速率下降的原因是 。
(6)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。
(7)“犁地深一寸,等于上层粪”,中耕松土有利于植物根细胞吸收无机盐的原因是 。
考点一 光合作用与呼吸作用的过程分析
1.图解光合作用与细胞呼吸的过程联系
[警示]①C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸,C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。(教材必修1 P104“相关信息”)
②光反应停止,暗反应不会立刻停止,因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。
③人和动物细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体,酵母菌细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体和细胞质基质;植物固定CO2的场所是叶绿体基质,蓝细菌、硝化细菌等固定CO2的场所是细胞质。
2.光合作用与细胞呼吸中物质和能量的变化联系
(1)三种元素转移途径
(2)能量转化关系
1.[2023·全国乙卷] 植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是 ( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
2.[2023·全国乙卷] 植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是 ( )
A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳酸
B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
3.[2023·山东卷] 水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,无氧呼吸产生的乳酸也使细胞质基质pH降低。pH降低至一定程度会引起细胞酸中毒。细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径,延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是 ( )
A.正常玉米根细胞液泡内pH高于细胞质基质
B.检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C.转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP增多以缓解能量供应不足
D.转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
4.[2023·湖北卷] 植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是 ( )
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
1.[2023·山东青岛二模] 糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程,氧气可以降低糖类的分解和减少糖酵解产物的积累,这种现象称为巴斯德效应。研究发现ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用,而ADP对其有激活作用。下列说法错误的是 ( )
A.催化糖酵解系列反应的酶均存在于酵母细胞的细胞质基质
B.供氧充足的条件下,丙酮酸进入线粒体产生H2O的同时可产生大量的能量
C.供氧充足的条件下,细胞质基质中ATP/ADP的值增高对糖酵解有抑制作用
D.供氧不足的条件下,NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗减少
2.光合作用与呼吸作用都是为植物的存活进行服务,两者虽然环环相扣、相互依存,但又有各自独立的工作系统。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图,Ⅰ~Ⅶ代表物质,①~③代表过程。下列叙述正确的是 ( )
A.甲过程中的Ⅰ物质与乙过程中的Ⅴ物质所含元素不一致
B.乙过程中①过程与②过程所产生的能量之和多于③过程所产生的能量
C.叶肉细胞中甲过程产生的Ⅳ物质多于乙过程所消耗的Ⅳ物质时,植物将生长
D.乙过程产生的ATP并不能用于甲过程的暗反应
3.[2023·湖南郴州模拟] 叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物,包括PSⅠ和PSⅡ),将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成,同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H+梯度,进而驱动ATP的合成。
注:类囊体薄膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合成酶复合体四类蛋白复合体,参与光能吸收、传递和转化,电子传递,H+输送及ATP合成等过程。
据图回答下列问题:
(1)光反应过程中,ATP的形成与光系统 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H+浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发,释放势能高的电子,电子的最终供体(供给电子的物质)是 。通过光合电子传递链,光能最终转化为 中的化学能。
(3)图中ATP合成酶的作用是 ;线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是 。据图分析,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有 (共3点)。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降,其原因可能是 。
考点二 光合作用和细胞呼吸的影响因素
1.把握与细胞呼吸影响因素相关的“四类”曲线
[提醒]①O2不仅影响细胞呼吸的强度,还影响细胞呼吸的类型。
②果蔬、种子储存除需低氧、零上低温等条件外,果蔬储存要求一定的空气湿度,而种子储存则要求干燥环境。
2.影响光合作用的因素
(1)把握与光合作用影响因素相关的“三类”曲线
①光照强度:影响光反应阶段ATP、NADPH的产生。
②CO2浓度:影响暗反应阶段C3的生成。
③温度:通过影响酶的活性来影响光合作用。
3.光(或CO2)补偿点、光(或CO2)饱和点的移动
(1)A点变化:细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。
(2)B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——光 (或CO2)补偿点 C点——光 (或CO2)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,光(或CO2)补偿点应右移,反之左移。
(3)D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。
(4)阴生植物和阳生植物的光饱和点、光补偿点分析
4.分析光合作用、细胞呼吸中“三率”的关系
5.聚焦自然环境及密闭容器中植物一昼夜气体变化曲线
(1)自然环境中(晴朗夏季)一昼夜植物光合作用变化曲线
(2)密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线
图甲中若N点低于虚线,说明一昼夜密闭容器中CO2浓度降低,即总光合量大于总呼吸量,植物生长。图乙中若N点低于虚线,说明一昼夜密闭容器中O2浓度降低,即总光合量小于总呼吸量,植物不能生长。
1.[2023·湖北卷] 高温是制约世界粮食安全的因素之一,高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃,水稻、小麦等作物减产约3%~8%。关于高温下作物减产的原因,下列叙述错误的是 ( )
A.呼吸作用变强,消耗大量养分
B.光合作用强度减弱,有机物合成减少
C.蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少
2.[2023·北京卷] 在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是 ( )
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
3.[2023·广东卷] 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,其相关生理特征见下表和图。(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。
(2)光照强度逐渐增加达到2000 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 。
(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。
(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,在给出的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: 。
围绕细胞呼吸、光合作用的影响因素,考查科学思维能力
1.在有氧呼吸第三阶段,线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子,电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法不正确的是 ( )
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少
2.[2023·湖北武汉二模] 甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.CO2浓度为200 μL/L时,限制两种植物光合速率的主要因素均为光照强度或温度
B.CO2浓度为400 μL/L时,甲、乙植物的总光合速率相等
C.CO2浓度为500 μL/L时,甲植物水的光解能力强于乙
D.与甲植物相比,乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存
3.作物光合作用既受外界因子的影响,也受植物内部结构和生理状况的调节。为研究土壤水分和温度变化对半干旱地区春小麦叶片的光合作用的影响,科研人员于春小麦开花期控制土壤水分为田间持水量的60%~65%(对照)和田间持水量的40%~45%(干旱处理),并设置了3组环境温度梯度(分别为25 ℃、26 ℃以及27 ℃),测定了植物的净光合速率,结果如图。下表是不同处理春小麦开花期叶片光响应参数。回答下列问题:
不同处理春小麦开花期叶片光响应参数
处理 最大净光 合速率/ (μmol· m-2·s-1) 光补偿点/ (μmol· m-2·s-1) 光饱和点/ (μmol· m-2·s-1) 呼吸速率/ (μmol· m-2·s-1)
A-25 ℃ 28.630 21.472 718.988 1.190
A-26 ℃ 29.765 26.794 852.417 1.280
A-27 ℃ 28.479 27.655 866.796 1.217
B-25 ℃ 21.573 26.667 519.309 1.531
B-26 ℃ 17.205 33.980 508.510 1.319
B-27 ℃ 17.974 38.249 580.545 1.380
(1)用 (填试剂名称)分离小麦叶片中的光合色素。叶片的光反应发生在叶绿体的 。若CO2的供应突然停止,短时间内C3的含量会 (填“增多”或“减少”)。
(2)图中的自变量是 。
(3)光饱和点与光补偿点是表征叶片对强光和弱光利用能力大小的重要参数。由表可得出结论:
①A、B两种处理下,随着温度升高,光补偿点提高,光饱和点提高,表明 。
② ,表明水分供给不足使春小麦叶片利用弱光和强光的能力均降低。
(4)由表可知,水分供给不足条件下,温度为 时,更有利于春小麦生长。
结合胁迫环境对植物光合作用的影响,考查拓展迁移能力
4.[2023·河北唐山一模] 我国南方很多水稻种植区长期处于阴雨寡日照的天气,常规稻受到低光胁迫的影响,产量减少很多,而超级稻在这种天气下产量几乎没有受到影响。回答下列有关问题:
(1)R酶能催化CO2固定,是影响暗反应速率的限速酶。科研人员对超级稻进行30天低光处理后测定相关指标,结果如下表:
品种 光强 叶绿素含量 /(g·m-2) 基粒数 /个 基粒厚度 /μm 基粒片 层数/层
100% 0.43 20 0.25 10
25% 0.60 12 0.50 20
①这个实验需要借助 才能完成。
②低光胁迫下超级稻叶片氮素含量下降,分析实验结果可知,超级稻的叶片氮素主要分配给了 ,而向 分配减少。
(2)R酶的活性可用羧化效率相对值与 R酶含量之比表示。不同光强下,超级稻 R 酶活性的测定结果如图。
该实验结果说明 。
(3)综合上述实验的结果,从光反应与暗反应两方面进行分析,超级稻在低光胁迫下产量几乎不受影响的原因是 。
5.[2023·辽宁锦州质检] 在全球气候变化日益加剧的背景下,多重联合胁迫对作物生长发育和产量形成的不利影响日益显著。研究者设计了如图甲所示的实验,分析了不同处理条件下苗期玉米的光合生理差异,部分结果如图乙所示,回答下列问题:
(1)图甲的实验设计中,对照组玉米的处理条件是 。图乙中,在恢复期作物净光合速率最低对应的处理条件是 。
(2)图丙光系统Ⅰ中的NADPH的作用是 。研究表明,玉米幼苗对低温较敏感。单一冷害胁迫会对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ造成极大损伤,结合图丙分析,单一冷害胁迫条件下玉米幼苗的净光合速率下降的原因是 。
(3)图乙结果所示,胁迫期C&D组净光合速率小于C组,而恢复期C&D组净光合速率明显大于C组,说明 。
围绕光合产物积累对光合作用的影响,考查拓展迁移能力
拓展视野:产物的积累会抑制光合作用。这是因为光合产物可以在光反应和暗反应中发挥反馈调节作用,抑制光合色素和酶的活性,从而降低光合作用速率。此外,当光合产物积累到一定程度时,会导致细胞内部环境紊乱,进一步影响光合作用的进行。
6.[2023·华中师大附中模拟] 研究人员发现了一种CST1基因功能缺失的突变体玉米,其光合速率明显低于正常玉米。研究人员利用它研究了叶片中光合作用产物的积累对光合作用的反馈调节机制。回答下列问题:
(1)在玉米叶肉细胞中合成的光合作用产物有淀粉和蔗糖,往往以 (填“淀粉”或“蔗糖”)形式运输到植株各处。
(2)研究人员检测了传粉后玉米叶片的气孔开放程度,结果如图。据图分析,突变体光合速率下降的根本原因是 。
(3)研究人员推测:叶片中光合作用产物的积累会抑制CST1基因的表达。为了证实这一推测,研究人员选用野生型玉米植株,阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,测定叶片气孔开放的程度。结果发现,随着光照时间的延长,气孔开放的程度逐渐降低。某同学认为该实验设计不严谨,还需增设一组对照组。对照组能否选用上述突变体植株 请判断并说明理由: 。
(4)请帮助该同学写出对照组的实验思路: 。
考点三 呼吸作用与光合作用的相关实验分析
光合速率与呼吸速率的测定方法
1.液滴移动法
实验装置:
分析:
a.甲、乙装置中NaOH溶液和CO2缓冲液(NaHCO3溶液)的作用分别是吸收细胞呼吸产生的CO2和保证容器内CO2浓度的恒定。
b.甲装置在黑暗条件下,单位时间内红色液滴左移的距离可表示呼吸速率。
c.乙装置在光照条件下,单位时间内红色液滴右移的距离可代表净光合速率。
实验结果:总(真正)光合速率=净光合速率+呼吸速率。
物理误差的校正:
a.为防止微生物呼吸对实验结果的干扰,应对装置及所测材料进行消毒处理。
b.为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测生物材料进行灭活。
2.黑白瓶法
“黑白瓶”问题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试题,题中“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:
1.蓝莓深受消费者喜爱的原因之一是其富含的花青素有延缓衰老的功效。某科研人员将一株正常生长的蓝莓幼苗放在透明且密闭的容器中,在适宜条件下培养一段时间(如图甲所示),并用三个如图甲所示的装置(烧杯中装水)在其他环境因素相同且适宜的条件下,探究自然条件下不同光照强度对蓝莓植株光合作用强度的影响,用传感器测定的锥形瓶中CO2浓度变化如图乙所示(设实验过程中三组蓝莓的呼吸速率相同)。 请回答下列问题:
(1)若图甲所示的烧杯中放入的物质是水,且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度,则一段时间内,锥形瓶内 CO2浓度可出现的变化趋势是 。
(2)若图甲所示的烧杯中放入的物质是一定浓度的 NaHCO3溶液,则用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时,净光合速率可用该实验装置测得的结果——该幼苗单位时间内 量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下蓝莓幼苗的实际光合速率, 请简单写出实验思路: 。
(3)图乙中A组蓝莓叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是 。B组蓝莓叶肉细胞的光合速率 (填“大于”“小于”或“等于”)蓝莓叶肉细胞的呼吸速率,原因是 。
2.当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有 (答出2个因素即可)。
(2)根据本实验, (填 “能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是 。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量 (填 “多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是 。
高考生物二轮复习专题学案
3 光合作用与呼吸作用（参考答案）
【高频易错·考前清零】
1.(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
[解析] (1)CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄,因此根据溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,因此也可根据浑浊程度来分析酵母菌培养液中产生二氧化碳的情况。
(2)细胞呼吸是生物体代谢的枢纽,细胞呼吸的中间产物可进一步生成氨基酸等,可为蛋白质的合成提供原料。
(3)酵母菌属于真核生物,其消耗氧气的过程是有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜,而好氧细菌无线粒体,与酵母菌消耗氧气的部位不同。
(4)O2参与线粒体内有氧呼吸的第三阶段,若用同位素18O标记O2,则有氧呼吸第三阶段产生的H2O中的O为18O,O又可以作为有氧呼吸第二阶段的反应物与丙酮酸反应生成C18O2。
(5)无氧环境会促进谷物进行无氧呼吸,不利于谷物的储存,储存时,需要创造一个低氧环境来抑制谷物的有氧呼吸和无氧呼吸。
(6)花生种子脂肪含量高,由于脂肪中C、H的含量高,萌发时对氧气的需求量高,故适合浅播。
(7)丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,不需要氧气的参与。
(8)制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理,乳酸菌无氧呼吸的产物是乳酸,无二氧化碳产生。
2.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ (8)×
[解析] (1)无水乙醇在色素的提取和分离实验中起到提取色素的作用。
(2)利用纸层析法可分离色素,不同的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越高的随层析液在滤纸条上扩散得越快,滤纸条上的色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
(3)鲁宾和卡门用同位素标记法,分别用18O标记的水和18O标记的二氧化碳进行实验, 发现了光合作用释放的氧气来自水,18O不具有放射性。
(4)暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。
(6)夏季中午光照强、温度高,蒸腾作用很强,为避免散失过量水分,植物关闭大部分气孔,供应给叶肉细胞的二氧化碳浓度下降,光合作用速率下降。
(7)植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物NADPH和ATP含量下降。
(8)细胞内的生化反应都在水溶液中进行,同时水分是光合作用的原料,“稻如莺色红(水稻盈实),全得水来供”说明水的重要性,但是水分也不能太多,若太多则导致水稻根部缺乏氧气,进行无氧呼吸,导致烂根,最终产量可能会降低。
【常考长句·考前规范】
(1)类囊体薄膜 蓝紫光和红光 吸收、传递、转化光能
(2)不同色素在层析液中的溶解度不同 叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
(3)五碳化合物供应不足、CO2供应不足 强光照射后短时间内,光反应速率增强,水光解产生氧气的速率增强
(4)与连续光照相比,间歇光照能够使光反应的产物被充分利用,使相同的光照时间内产生更多的ATP和NADPH,供暗反应利用,合成更多有机物
(5)植物光合作用吸收的CO2的量大于细胞呼吸释放的CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率随之降低
(6)干旱条件下,叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少,影响了暗反应速率,进而使光合速率降低
(7)中耕松土可以增加氧气浓度,促进植物根细胞的呼吸作用,进而促进无机盐的吸收
考点一
【高考曾经这样考】
1.D [解析] 叶绿素分子中含有氮元素和镁元素,缺氮和镁则叶绿素不能合成,A正确;叶绿素和类胡萝卜素都是光合色素,在植物叶片中分布在叶绿体中类囊体薄膜上,B正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越快,D错误。
2.C [解析] 分析题图,在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,结合“植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境”分析,此时该植物幼苗的根细胞只进行无氧呼吸产生乳酸,A正确; a~b时间内,在无氧条件下该植物幼苗的根细胞CO2释放速率大于0,说明此时存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程,B正确;葡萄糖经无氧呼吸产生酒精和乳酸的第一阶段是相同的,且都只在第一阶段释放出少量的能量,生成少量ATP,因此每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP与产生乳酸时的一样多,C错误;酒精跨膜运输的方式是自由扩散,不消耗ATP,D正确。
3.B [解析] 水淹时,玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足,使液泡膜上的H+转运减缓,引起细胞质基质内H+积累,说明细胞质基质内H+转运至液泡需要消耗能量,方式为主动运输,逆浓度梯度进行,故正常玉米根细胞液泡中H+浓度高,液泡内pH低于细胞质基质,A错误;玉米根部短时间水淹,根部仍含有少量氧气,部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2,故检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成,B正确;由丙酮酸产生酒精的过程中,无ATP的产生,C错误;丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途径时消耗的[H]含量相同,D错误。
4.C [解析] 由题干“LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化”可知,叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHCⅡ与PSⅡ分离受阻,使得PSⅡ光复合体对光能的捕获增强,A正确;Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PSⅡ光复合体中的叶绿素含量减少,导致对光能的捕获减弱,B正确;弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,增强对光能的捕获,C错误;PSⅡ光复合体能吸收光能,并分解水,水的光解产生H+、电子和O2,D正确。
【重点热点题组练】
1.D [解析] 糖酵解是葡萄糖分解产生丙酮酸的过程,该过程指有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段,催化糖酵解系列反应的酶均存在于酵母细胞的细胞质基质,A正确;供氧充足的条件下进行有氧呼吸,丙酮酸进入线粒体产生H2O的同时可产生大量的能量,B正确;供氧充足的条件下,ATP对糖酵解相关酶的活性有抑制作用,细胞质基质中ATP/ADP的值增高对糖酵解有抑制作用,C正确;供氧不足的条件下进行无氧呼吸,NAD+和NADH的转化速度减慢且糖的消耗增加,D错误。
2.D [解析] 甲过程中的Ⅰ物质是NADPH,乙过程中的Ⅴ是NADH,二者所含元素都是C、H、O、N、P,A错误;乙过程中①过程是有氧呼吸第一阶段,②过程是有氧呼吸第二阶段,③过程是有氧呼吸第三阶段,③过程所产生的能量远远多于①和②产生能量之和,B错误;甲是光合作用,乙是有氧呼吸,叶肉细胞有机物的产生量多于所有细胞细胞呼吸消耗量植物才能生长,叶肉细胞光合作用产生的葡萄糖多于叶肉细胞有氧呼吸消耗的葡萄糖时,植物未必生长,C错误;甲过程暗反应需要的ATP来自光反应,乙过程产生的ATP不用于甲过程的暗反应,用于其他各项生命活动,D正确。
3.(1)Ⅰ和Ⅱ
(2)水 ATP和NADPH
(3)催化ATP的合成、协助H+跨膜运输 线粒体内膜 水的光解产生H+、PQ与PQH2将H+从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H+
(4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递,会抑制水光解产生H+,使类囊体膜内外H+的浓度差减小甚至消失
[解析] (1)结合图示可知,光反应过程中,PSⅡ发生H2O的光解,使B侧H+浓度增加,产生的e-通过PSⅠ传递给NADP+,形成NADPH的过程中消耗H+,使A侧H+浓度降低。(2)叶绿素a接受光的照射后被激发,在PSⅡ发生H2O的光解,释放势能高的e-,e-的最终供体是H2O,最终受体是NADPH。通过光合电子传递链,光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能。(3)题图中ATP合成酶的作用是催化ATP的合成、协助H+跨膜运输。线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜,因为在线粒体内膜上发生有氧呼吸的第三阶段,该过程中有大量ATP的产生。据图分析,能使类囊体薄膜两侧的H+浓度差增加的生理过程有水的光解产生H+、PQ与PQH2将H+从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H+。(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。则DBMIB会抑制水光解产生H+,使类囊体薄膜内外H+的浓度差减小甚至消失,因此,若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降。
考点二
【高考曾经这样考】
1.D [解析] 高温使呼吸酶的活性增强,呼吸作用变强,消耗大量养分,A正确;高温使气孔导度变小,胞间二氧化碳浓度减小,光合作用强度减弱,有机物合成减少,B正确;高温使作物蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫,C正确;高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADPH和ATP减少,D错误。
2.C [解析] 本实验的自变量为光照强度和温度,因变量为CO2吸收速率。CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,需要从外界吸收的CO2减少,A正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是光合酶的活性增强,B正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,也就是光合速率与呼吸速率的差值最大,D正确。
3.(1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 蓝紫
(2)高于 呼吸速率较高
(3)有机物积累较多
(4)
为什么高光照强度下,ygl的净光合速率高于WT(合理即可)
[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/叶绿素的值较高,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,由ygl叶色呈黄绿可推测,其叶片主要吸收蓝紫光。(2)根据图a净光合速率变化曲线可知,WT先达到光饱和点,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,一方面可能因为其叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低,另一方面可能因为ygl呼吸速率较高。(3)ygl群体净光合速率较高表明有机物的积累量较多,因此其产量较高。(4)ygl的呼吸速率和光补偿点均大于WT,结合图b和图c,可绘制在0~50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下,WT和ygl的净光合速率,见答案。根据两图,比较高光照强度和低光照强度下WT和ygl的净光合速率,可提出问题,如为什么高光照强度下,ygl的净光合速率高于WT。
【重点热点题组练】
1.A [解析] 与25 ℃相比,4 ℃耗氧量增加,根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明4 ℃时线粒体内膜上的电子传递未受阻,A错误;与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多用于产热,消耗的葡萄糖量多, B、C正确;DNP使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,导致ATP合成减少, D正确。
2.C [解析] 甲植物在CO2浓度为200 μL/L时,光合作用强度还未达到最大值,所以限制因素主要是CO2浓度,A错误;CO2浓度为400 μL/L时,甲、乙植物的净光合速率相等,但由于两植物呼吸速率不相等,所以总光合速率不相等,B错误;CO2浓度为500 μL/L时,甲植物的光合速率大于乙,所以甲植物水的光解能力强于乙,C正确;与乙植物相比,甲植物在高浓度CO2情况下光合作用速率更高,所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存,D错误。
3.(1)层析液 类囊体薄膜 减少
(2)光照强度、田间持水量(是否干旱)、温度
(3)①随着温度升高,春小麦叶片利用弱光能力减弱,利用强光能力增强 ②与A处理组相比,在相同的处理温度下,B处理组光补偿点高,光饱和点低
(4)25 ℃
[解析] (1)叶绿体中的色素只能溶于有机溶剂,用纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液,绿叶中色素的分离原理是色素在层析液中的溶解度不同。叶片的光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,暗反应中CO2与C5结合生成C3的过程叫作CO2的固定,如果突然停止CO2的供应,CO2的固定会减少,导致C3的生成减少,由于C3的还原不变,所以短时间内C3含量将会减少。(2)本实验的目的为研究土壤水分和温度变化对半干旱地区春小麦叶片的光合作用的影响,结合题图分析,本实验的自变量为光照强度、田间持水量(是否干旱)、温度。(3)光饱和点与光补偿点是表征叶片对强光和弱光利用能力大小的重要参数。①分析题表,A、B两种处理下,随着温度升高,光补偿点提高,光饱和点提高,表明随着温度升高,春小麦叶片利用弱光能力减弱(需要更大的光照强度才能使光合速率等于呼吸速率),利用强光能力增强(需要更大的光照强度才能使光合速率达到最大)。②与A处理组相比,在相同的处理温度下,B处理组光补偿点高,光饱和点低,表明水供给不足使春小麦利用弱光和强光的能力均降低。(4)由表可知,水分供给不足的条件下,即B组,温度为25 ℃时,春小麦的最大净光合速率最大,最有利于小麦生长。
4.(1)电子显微镜 叶绿素 R酶
(2)与全光照条件时相比,25%的低光胁迫条件下,超级稻R酶活性增强
(3)一方面叶绿素含量、基粒厚度和片层数量均明显增加,可减缓光反应速率的下降,为暗反应阶段提供较充足的ATP和NADPH;另一方面R酶活性明显增强,可促进CO2的固定,减缓暗反应速率的下降
[解析] (1)①该实验设定的相关检测指标包括基粒数、基粒厚度和基粒片层数,这些都需要借助电子显微镜才能观察到。②从实验结果上看,低光胁迫下超级稻的叶绿素含量升高,由于此时叶片氮素含量下降,这样分配给R酶的氮素减少。(2)根据题图可知,与全光照条件时相比,25%的低光胁迫条件下,超级稻R酶羧化效率相对值与R酶含量之比增大,说明R酶活性增强。(3)超级稻在低光胁迫下叶绿素含量、基粒厚度和片层数量均明显增加,这样减缓因低光照导致的光反应速率的下降,也可为暗反应阶段提供较充足的ATP和NADPH;另外低光胁迫下 R 酶数量虽然减少但活性明显增强,可促进CO2的固定,减缓暗反应速率的下降,因此超级稻在低光胁迫下产量几乎不受影响。
5.(1)适宜的温度和水分 单一冷害(C组)
(2)作为还原剂,还原C3;为C3的还原提供能量 冷害能够影响光能的吸收、转化与电子的传递,进而减少NADPH与ATP的生成,导致暗反应速率减慢
(3)干旱能够明显缓解冷害胁迫对玉米光合(和生长)等造成的损伤
[解析] (1)由图甲可知,对照组玉米的处理是适宜的温度和水分,由图乙的实验结果可知,在恢复期作物净光合速率最低对应的处理条件是单一冷害(C组)。(2)图丙光系统Ⅰ中NADPH的作用是作为还原剂,还原C3,同时为C3的还原提供能量。单一冷害胁迫会对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ造成极大损伤,结合图丙分析单一冷害胁迫条件下玉米幼苗的净光合速率下降的原因:冷害能够影响光能的吸收、转化与电子的传递,进而减少NADPH与ATP的生成,导致暗反应速率减慢,有机物合成减少。(3)由图乙可知,胁迫期C&D组(冷害+干旱)净光合速率小于C组(单一冷害),而恢复期C&D组净光合速率明显大于C组,说明干旱能够明显缓解冷害胁迫对玉米光合和生长等造成的损伤。
6.(1)蔗糖
(2)CST1基因功能缺失,不能合成CST1蛋白,气孔开放程度显著下降,CO2供应不足
(3)不能;突变体中CST1基因功能缺失,不能用于检测CST1基因的表达情况,不能达到实验目的
(4)选用野生型玉米植株,不阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,检测气孔开放程度
[解析] (1)蔗糖溶解度大,一般光合产物中以蔗糖的形式运输到植株各处。(2)野生型植株和突变体的区别为CST1基因功能是否缺失,进而是否表达出CST1蛋白,分析题图可知,野生型植株比突变体的气孔开放程度高,推测CST1蛋白能够促进气孔打开;突变体CST1基因功能缺失,不能合成CST1蛋白,气孔开放程度显著下降,CO2供应不足,是突变体光合速率下降的原因。(3)该实验目的为验证光合作用产物的积累会抑制CST1基因的表达,实验的自变量是光合产物是否积累,因变量是CST1基因的表达情况,对照组不能使用突变体,因为突变体中CST1基因功能缺失,不能用于检测CST1基因的表达情况。(4)实验组选用野生型玉米植株,阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,可导致光合产物积累,对照组应选用野生型玉米植株,不阻断其叶片中光合产物的输出,然后连续进行光照处理,检测气孔开放程度。
考点三
【重点热点题组练】
1.(1)降低至一定水平后保持相对稳定
(2)O2释放 先将装置移到黑暗处(或不给予光照),测出蓝莓幼苗单位时间内O2的吸收量(即呼吸速率),再给予一定光照条件,其他条件不变,测出蓝莓幼苗单位时间内氧气释放量(即净光合速率),然后将两值相加,即为该光照条件下蓝莓幼苗的实际光合速率
(3)细胞质基质、线粒体基质和内膜 大于 B组装置中CO2的浓度不变,表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等,植株中有许多细胞只能进行呼吸作用,因此蓝莓叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率
[解析] (1)若图甲烧杯中放入的物质是水,且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度,使得锥形瓶内二氧化碳浓度降低,光合速率下降,最后光合速率会等于呼吸速率,锥形瓶内二氧化碳浓度保持相对稳定,故锥形瓶内二氧化碳浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平后保持相对稳定。(2)若图甲烧杯中放入的物质是一定浓度的NaHCO3溶液,用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时,净光合速率可用图甲实验装置测得的该幼苗单位时间内O2释放量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下该幼苗的实际光合速率,则实验的思路是先将装置移到黑暗处(或不给予光照),测出蓝莓幼苗单位时间内的氧气吸收量(即呼吸速率),再给予一定光照条件,其他条件不变,测出蓝莓幼苗单位时间内氧气释放量(即净光合速率),然后将两值相加,即为该光照条件下蓝莓幼苗的实际光合作用速率。(3)图乙中A组在黑暗条件下,蓝莓植株只进行呼吸作用,其叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是细胞质基质、线粒体基质和内膜。B组装置中的二氧化碳浓度不变,表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等,而蓝莓植株中有许多细胞只能进行呼吸作用,因此叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率。
2.(1)光、H蛋白 CO2浓度、温度
(2)不能 突变体PS Ⅱ系统光损伤小但不能修复,野生型PSⅡ系统光损伤大但能修复
(3)少 突变体NPQ高,PSⅡ系统损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性高,光反应产物多
[解析] (1)据题意,以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,实验的自变量有光照、H蛋白;影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。(2)据题图分析,强光照射下突变体的NPQ强度/相对值比野生型的NPQ强度/相对值高,能减少强光对PSⅡ复合体的损伤,但是野生型含有H蛋白,能对损伤后的PSⅡ进行修复,而突变体不能,故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。(3)据题图分析,强光照射下突变体中NPQ强度/相对值高,而NPQ能将过剩的光能耗散,从而使流向光合作用的能量减少。若突变体的NPQ强度/相对值高,能够减少强光对PSⅡ的损伤,且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用,这样导致突变体的PSⅡ活性高,光反应产物多,能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行,使得突变体的暗反应强度高于野生型。
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