人教生物重难强化训练：专题2 细胞的代谢（2） 影响光合作用和细胞呼吸的因素分析及应用（含解析）

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专题2 细胞的代谢
（二） 影响光合作用和细胞呼吸的因素分析及应用
一、选择题
1．(2023·湖北高考)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
解析：选D　植物呼吸作用的最适温度往往高于光合作用，气温升高，植物呼吸作用增强，消耗的有机物增多，造成作物减产，A正确；温度升高，可能导致光合作用相关酶的活性降低，光合作用强度降低，有机物合成减少，B正确；温度升高，蒸腾作用增强，植物易失水萎蔫，从而影响正常的生命活动，造成减产，C正确；据题干信息可知，高温往往使叶片变黄、变褐，推测高温导致叶绿素降解，光反应产生的NADPH和ATP减少，NADH在细胞呼吸过程中产生，D错误。
2．为探究温度对绿藻光合作用和呼吸作用的影响，将绿藻培养液均分成4份，装入密闭培养瓶中，置于4种不同温度(已知t1＜t2＜t3＜t4)下培养，分别在光照和黑暗条件下测定密闭培养瓶中氧气的含量变化，得到如图所示数据。下列分析错误的是(　 )
A．在光照的条件下，t4温度时绿藻细胞群体的净光合速率为零
B．在光照的4种温度实验条件下，t3温度时绿藻净光合速率最大
C．光合作用相关酶的最适温度可能比呼吸作用相关酶的最适温度低
D．在实验范围内，四个组别的绿藻呼吸作用相关酶的活性随温度升高而升高
解析：选A　光下O2增加值代表了净光合速率(净光合速率＝总光合速率－呼吸速率)，随着温度的升高净光合速率先逐渐增加后降低，t4温度时净光合速率与呼吸速率相等，净光合速率为12 mg/h，A错误；在光照的4种温度实验条件下，t3温度下绿藻的净光合速率最大，t4温度下绿藻的呼吸速率最大，故光合作用相关酶的最适温度可能比呼吸作用相关酶的最适温度低，B、C正确；黑暗中O2的消耗值代表了呼吸速率，且已知温度t1＜t2＜t3＜t4，由图可知，随着温度的升高，呼吸速率逐渐增加，说明在实验温度范围内，绿藻呼吸作用相关酶的活性与温度呈正相关，即呼吸作用相关酶的活性随温度升高而升高，D正确。
3．种子库在适当的低温下保存植物的种子。入库保存前需对种子进行清洗、干燥等处理，然后密封包装存入－18 ℃的冷库。下列有关叙述正确的是(　 )
A．入库前干燥处理主要是除去大量的结合水
B．冷库中－18 ℃的低温会造成种子细胞中呼吸酶变性失活
C．密封包装袋中需要充入充足的氧气，以维持种子的活性
D．建立种子库可以保存濒危生物的种子，保护生物多样性
解析：选D　自由水含量与细胞代谢的强弱有关，入库前干燥处理主要是除去大量的自由水，降低细胞呼吸，利于储存，A错误；冷库中－18 ℃的低温通过抑制酶的活性来降低呼吸速率，不会破坏酶的空间结构，不会使酶变性失活，B错误；密封包装袋中需要降低氧气浓度，减弱细胞呼吸，以利于种子的保存，C错误；建立种子库可以保存濒危生物的种子，防止生物灭绝，可以保护生物多样性，D正确。
4．(2023·广东六校联考)光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量与光合作用中吸收的光能的比值。某研究人员将密闭容器内的某绿色植物先经黑暗再经恒定光照处理，容器内氧气的变化量如图所示(光照对呼吸作用的影响可忽略不计)。下列说法错误的是(　 )
A．C点时该植物叶肉细胞中合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质
B．A点以后的短时间内，叶绿体内C5含量将增加
C．5～15 min内，该植物光合作用产生O2的平均速率是5×10－8 mol/min
D．农业生产中使用农家肥主要是通过提高光合作用效率来提高产量的
解析：选C　C点时在黑暗条件下，植物叶肉细胞只进行呼吸作用，因此合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质，A正确；A点以后的短时间内，光照增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3被还原增多，产生的C5量增加，而短时间内C5的消耗量不变，则叶绿体内C5含量将增加，B正确；结合图示可知，黑暗下氧气量的变化量为呼吸速率，为(5×10－7－4×10－7)÷5＝2×10－8(mol/min)，在5～15 min内，净光合速率为(8×10－7－4×10－7)÷10＝4×10－8(mol/min)，该植物光合作用产生O2的平均速率即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4×10－8＋2×10－8＝6×10－8(mol/min)，C错误；农家肥中富含有机物，被分解者分解后，产生的无机盐和CO2可以被植物吸收利用，增强光合作用，增加光合产物量，D正确。
5．(2023·湖北高考)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
解析：选C　据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获，避免强光造成损伤；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获，有利于弱光条件下吸收足够的光能。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上LHCⅡ不能与PSⅡ分离，PSⅡ与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。Mg是构成叶绿素的元素，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
6．在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因不可能是(　 )
A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C．叶绿体类囊体薄膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低
D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
解析：选B　夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，A、D正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶也会受影响，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸作用释放的CO2量小于光合作用固定的CO2量，B错误；叶绿体的类囊体薄膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低，C正确。
7．科研人员在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，并测定苦菊幼苗的光合速率的变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是(　 )
A．若a点时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，则此时苦菊幼苗干重不变
B．若b点时突然增加光照强度，短时间内苦菊幼苗叶肉细胞C3含量增多
C．bc与eb段光合速率变化的差异可能因光合产物积累抑制了光合作用
D．c点时幼苗的光合速率最大，那么此时幼苗的净光合速率也最大
解析：选C　若a点时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，由于非叶肉细胞还存在细胞呼吸消耗有机物，因此，此时苦菊幼苗干重下降，A错误；b点时突然增加光照强度，短时间内光反应增强，ATP和NADPH含量增多，导致暗反应中C3的还原速率加快，而CO2的固定不变，最终导致C3减少，B错误；图中bc段与eb段光照强度相同，但光合速率有差异，可能因光合产物积累抑制了光合作用，C正确；c点时光合速率最大，但呼吸速率未知，此时净光合速率不一定最大，D错误。
8．夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示，下列说法不正确的是(　 )
A．甲植株在a点之前进行光合作用
B．乙植株在e点有机物积累量最多
C．曲线bc段和de段下降的原因不相同
D．两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
解析：选B　对于甲植株而言，a点CO2吸收速率为0，说明此时光合速率等于呼吸速率，所以甲植株在a点之前进行光合作用，A正确；对于乙植株而言，在18时后，CO2吸收速率小于0，说明乙植株的光合速率此时开始小于细胞呼吸速率，所以有机物的积累量最多的时刻应为18时，e点时有机物的积累量已经减少，B错误；图示曲线的bc段下降的主要原因是气孔部分关闭导致叶肉细胞内CO2浓度降低，de段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减慢，这两段下降的原因不相同，C正确；乙曲线bd段的变化为植物的“午休”现象，是气孔部分关闭导致的，甲植株不出现类似的现象，可能不存在“午休”现象或气孔关闭程度很小或气孔无法关闭，D正确。
二、非选择题
9．图1中①～⑤表示马铃薯叶肉细胞光合作用和有氧呼吸的部分过程，其中C3和C5在不同代谢过程中表示不同的化合物；图2表示25 ℃条件下，不同光照强度对马铃薯叶片二氧化碳吸收速率的影响；图3表示马铃薯叶肉细胞中的某种生物膜及其上所发生的部分生化反应，其中e－表示电子。回答下列问题：
(1)图1中过程①④发生的场所分别是___________。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_____________________________________________。
(2)若将马铃薯植株先置于图2中A点的条件下10.4小时，然后置于C点的条件下13.6小时，则24小时内该马铃薯植株单位叶面积的有机物积累量(用葡萄糖积累量表示，且不考虑叶片有机物的输出)为________mg。
(3)图3所示生物膜上发生的能量变化为_________________________________________。
研究表明，二硝基酚(DNP)会导致该生物膜对H＋的通透性增大但不影响电子转移。DNP作用于该膜时ATP的合成量会减少，原因是________________________________________
_______________________________________________________________________________。
解析：(1)分析图1可知，过程①代表有氧呼吸第一阶段，发生的场所是细胞质基质，过程④代表暗反应中CO2的固定，发生的场所是叶绿体基质。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呼吸作用强度等于或小于光合作用强度。(2)图2中A点光照强度为0，此时只进行呼吸作用，呼吸速率为5(mg·m－2·h－1)，C点的条件下植物的净光合速率为20(mg·m－2·h－1)，将植物置于A点的条件下10.4小时，然后置于C点的条件下13.6小时，则24小时内该植物单位叶面积的有机物积累量用CO2吸收量表示为13.6×20－10.4×5＝220(mg)，换算成葡萄糖的积累量为220÷44×180÷6＝150(mg)。(3)分析图3可知，图3所示生物膜上发生的反应为光反应，该过程中发生的能量变化为光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。H＋顺浓度梯度运输促进ATP合成，DNP会导致该生物膜对H＋的通透性增大，H＋在膜内外的浓度梯度会减小或消除，则ATP的合成量会减少。
答案：(1)细胞质基质、叶绿体基质　呼吸作用强度等于或小于光合作用强度　(2)150　(3)光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能　H＋顺浓度梯度运输促进ATP合成，DNP会导致该生物膜对H＋的通透性增大，H＋在膜内外的浓度梯度会减小或消除
10．(2023·日照调研)回答下列与花生和玉米种子萌发、作物生长等相关的问题：
(1)某生物兴趣小组研究发现花生和玉米种子萌发过程中，两者的干重都会减少，但花生种子的干重在萌发的初期会略有增加。
①从有机物的元素组成分析，花生种子在萌发的初期，有机物中增加的化学元素主要是________(只填一种)。
②当长出叶片后，在某个时间点，整个植株的干重开始增加，则光合作用开始于_______________(填“这个时间点之前”“这个时间点”或“这个时间点之后”)。
(2)一种农作物单独种植称为单作，不同种类农作物间行种植称为间作。某农科所要研究花生和玉米单作和间作对作物产量的影响，则应该设置________组实验。如图是某作物(花生或玉米)间作和单作时，
在不同光照强度下测得的单株该作物吸收CO2的速率。假设间作与单作时各农作物间的株距相同。
①光照强度为a时，无论间作，还是单作，该作物的光合速率无明显差别，导致该现象的主要原因是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②该作物很可能是________，理由是________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①花生种子在萌发的初期，脂肪转变成糖类，增加的化学元素主要是O(氧)。②当光合速率大于呼吸速率时，有机物开始增加，光合作用开始于光合速率大于呼吸速率这个时间点之前。(2)应该设置玉米单作、花生单作、玉米和花生间作3组实验。①光照强度为a时，光照强度弱，光反应限制光合速率，间作和单作的光合速率均较小，无明显差别。②玉米植株比花生植株高，间作时玉米与玉米行间距较大，不会彼此遮光，且有利于行间通风，局部CO2浓度较高，所以间作时玉米对CO2和光能的利用率优于单作，光合速率高。
答案：(1)①O(或氧)　②这个时间点之前　(2)3　①此时光照强度弱，光反应限制光合速率，间作和单作的光合速率均较小　②玉米　玉米植株比花生植株高，间作情况下玉米与玉米的行间距较大，不会彼此遮光，且有利于行间通风，局部CO2浓度较高，所以间作时玉米对CO2和光能的利用率优于单作，光合速率高
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