【高考突破方案】专题3 第4讲 光合作用的影响因素及其与呼吸作用的关系 -（习题课件） 高考生物一轮复习

(共42张PPT)
专题 3
细胞的能量供应和利用
第4讲　光合作用的影响因素
及其与呼吸作用的关系
1.（2024·湖南师大附中高三月考）科学研究发现，C4植物中固定CO2的酶与CO2的亲和力比C3植物的更强，使其适合在高温环境中生长。现将取自A、B两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25 ℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
一、单项选择题
A.图中A植物、B植物分别为C4植物和C3植物
B.M点处两种植物叶片的光合速率相等
C.C4植物中固定CO2的酶附着在叶绿体内膜上
D.40 min时B植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率
答案：D
【解析】D　图中 A植物、B植物分别为C3植物和C4植物，A错误；根据题中条件无法判断两种植物的呼吸速率，因此不能判断M点处两种植物叶片的光合速率相等，B错误；C4植物中固定CO2的酶存在于叶绿体基质中，C错误；40 min时B植物叶片光合速率等于呼吸速率，因此叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，D正确。
2.如图的纵坐标表示某种植物O2吸收相对速率的变化（非适宜条件下），下列说法不正确的是(　　)
A.可以判断d点开始进行光合作用
B.降低土壤中的Mg2+浓度，一段时间后d点将向右移
C.提高大气中的CO2浓度，e点将向右下移
D.该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4
答案：A
【解析】A　根据图示分析可知，d点以前就开始进行光合作用了，A错误；降低土壤中的Mg2+浓度，则叶绿素合成不足，导致光合速率降低，因此一段时间后d点将向右移，B正确；提高大气中的CO2浓度，光合速率增强，因此e点将向右下移，C正确；曲线与纵坐标相交的点代表细胞呼吸强度，即该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4，D正确。
3.（2024·湖南三模）将某植物引种到新环境后，其光合速率较原环境发生了一定的变化。将在新环境中产生的该植物种子培育的幼苗再移回原环境，发现其光合速率变化趋势与其原环境植株一致。在新环境中该植物的光合速率等生理指标日变化趋势如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.新环境中该植株光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的
B.图中光合作用形成ATP最快的时刻是10：00左右
C.10：00～12：00光合速率明显减弱，其原因可能是酶的活性减弱
D.气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水和有机物的运输
答案：D
【解析】D　生物的表型既由基因型决定，也受环境影响，在新环境中产生的后代，其遗传特性与亲代基本相同，从而排除遗传因素的影响；当迁回原环境后，其光合速率又恢复为原环境的速率，说明在原环境与新环境中的光合速率变化趋势的不同是由环境因素引起的，A正确。光合作用包括光反应和暗反应，10：00光合速率最大，因此光反应最快，形成ATP的速率也最快，B正确。10：00～12：00光合速率明显减弱，但此阶段气孔导度很高，因此限制光合作用的因素不是CO2浓度，影响因素可能是10：00～12：00温度较高，降低了光合作用相关酶的活性，光合速率明显下降，C正确。气孔导度增大，能够提高蒸腾速率，有助于植物体内水分和无机盐的运输，D错误。
4.下图表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径，下列相关叙述不正确的是(　　)
A.过程①④在生物膜上进行
B.光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①②③④转移到细胞呼吸的产
物H2O中
C.植物体光补偿点时，叶肉细胞内的过程③④中合成的ATP少于过程①合
成的ATP
D.过程①②③④都有能量的转化
B
【解析】B　光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①光反应释放到环境中，环境中的氧可通过④有氧呼吸第三阶段转移到细胞呼吸的产物H2O中，中间不经过②③，B错误。
5.如图是科研小组在探究环境因素对某植物完整幼苗光合作用影响时所得的实验结果。下列说法正确的是(　　)
A.A点时，叶肉细胞中产生ATP的细胞器只有线粒体
B.N点时，叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
C.限制BC段光合作用的主要环境因素是光照强度和CO2浓度
D.在相同的CO2浓度下，D点有机物的积累速率大于C点
答案：D
【解析】D　A点时，CO2浓度为0，但光照强度不为0，光合作用光反应仍能进行，光反应可以产生ATP，所以叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，A错误；N点时，植物对于外界环境CO2的吸收量为0，说明此时植物的细胞呼吸强度等于光合作用强度，但所有植物细胞都进行细胞呼吸产生CO2，而只有植物的叶肉细胞能够固定CO2进行光合作用，因此，对于叶肉细胞，此时光合速率大于呼吸速率，B错误；由图可知，BC段随CO2浓度增加，植物对于外界环境CO2的吸收量并没有增加，即光合速率没有提高，故限制BC段光合作用的主要环境因素是光照强度，C错误。
6.（2024·湖北三模）研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如下图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是(　　)
A.E点时密闭大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低
B.C点过后光照强度降低，短时间内叶绿体中C3含量升高
C.B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D.一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN
答案：A
【解析】A　B点之前经过一晚上的呼吸释放CO2，且6点前光合作用小于呼吸作用，因此大棚中的CO2浓度在B点达到最高，此后由于光合作用大于呼吸作用，CO2浓度开始下降，同时由于晚上消耗O2，此时O2浓度最低，即B点时大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低，A错误；C点过后光照强度降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；图中SM、SN分别表示0～6点、18～24点呼吸消耗的有机物量，Sm表示6～18点光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。
7.（2024·湖南三模）我国是一个传统的农业大国。农业生产是中国传统文化生产和发展的社会基础。下表是劳动人民在生产、生活中常采取的一些措施。下列说法正确的是(　　)
选项 生产、生活措施 目的
A 分区轮作 充分利用光能，促进光合作用
B 低温储存蔬菜、水果 减少自由水，抑制细胞呼吸
C 喷洒适宜浓度的2，4-D溶液 减少因连续阴雨天造成的油菜产量下降
D 合理密植 可提高光能的利用率，增加产量
D
【解析】D　分区轮作是为了调整作物布局，使不同作物对养分的吸收不同，避免土壤中某种养分的枯竭，而充分利用光能，促进光合作用一般通过合理密植来实现，A错误；低温储存蔬菜、水果是为了降低酶的活性，减少有机物的消耗，而不是减少自由水，B错误；喷洒适宜浓度的生长素类似物溶液（如2，4-D溶液）可以促进果实的发育，不能减少因连续阴雨天造成的油菜产量下降，C错误；合理密植可以在保证二氧化碳浓度的情况下，充分利用光能，提高光能利用率，增加产量，D正确。
二、不定项选择题
8.（2024·河北三模）草莓浆果芳香多汁，营养丰富，素有“早春第一果”的美称。秋冬季节光照不足是限制草莓生长的关键因素，研究人员探究了在不同补光位置进行补光对草莓生长的影响，实验处理和实验结果如表所示。下列相关叙述正确的是(　　)
处理 叶绿素荧光特性值 气孔导度/（mmol·m-2·s-1） 净光合速率/（μmol·m-2·s-1） 叶面积/cm2 根系干重/g
顶端补光 0.78 528.33 15.01 13.63 4.81
水平补光 0.89 576.33 16.51 18.05 4.22
不补光 0.65 486.56 7.78 20.53 3.24
注：测定时间是在草莓盛果期典型阴天早上9：00～10：00。
A.开始补光后草莓叶肉细胞中NADPH和C3的含量均增加
B.水平补光组草莓净光合速率的提高与暗反应速率加快有关
C.顶端补光组可能通过调控叶面积来减少呼吸消耗，从而抑制草莓植株的
徒长
D.补光使草莓叶片中叶绿素含量增加，进而提高了光反应的最大光能转化
效率
答案：BCD
【解析】BCD　开始补光后，光反应速率加快，生成的NADPH增多，暗反应速率短时间变化不大，C3生成速率不变，消耗速率加快，C3总量减少，A错误；与对照组相比，无论是顶端补光还是水平补光，净光合速率都得到了大幅提高，且气孔导度增大，固定的二氧化碳增多，暗反应速率加快，真正光合速率变大，即水平补光组草莓净光合速率的提高与暗反应速率加快有关，B正确；据表可知，顶端补光和水平补光的净光合速率值，差不多都是不补光组的两倍，但顶端补光的叶面积远小于水平补光的，这样能有效降低草莓的徒长，使光合产物更多地积累到果实中，C正确；与对照组相比，无论是顶端补光还是水平补光，净光合速率都得到了大幅提高，且补光后叶绿素荧光特性值均增大，最大光能转化效率得以提高，D正确。
9.下图是各种环境因素影响黑藻光合速率变化的示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
注：箭头所指为处理开始时间。
A.若在t1前补充CO2，则暗反应速率将显著提高
B.t1→t2，光反应速率显著提高而暗反应速率不变
C.t3→t4，叶绿体基质中NADPH的消耗速率提高
D.t4后短暂时间内，叶绿体中C3/C5的值下降
答案：C
【解析】C　O～t1，光照较弱，光合速率较慢，限制因素为光照强度，若在t1前补充CO2，暗反应速率不会显著提高，A错误；t1→t2，光反应速率显著提高，产生的NADPH和ATP增加，导致暗反应速率也增加，B错误；t3→t4，CO2浓度增加，叶绿体基质中生成的C3增加，消耗NADPH的速率提高，C正确；t4后短暂时间内，由于缺少光照，ATP和NADPH减少，还原C3的速率减慢，但短时间内C3继续生成，故叶绿体中C3/C5的值将上升，D错误。
10.将某种大小相同的绿色植物叶片在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即光照1 h再测其质量变化，结果如表所示，分析表中数据可判定
(　　)
组别 1 2 3 4
温度/℃ 25 27 29 31
暗处理后质量变化/mg －1 －2 －3 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋1
A.光照的1 h内，第4组合成的有机物总量为2 mg
B.光照的1 h内，第1、2、3组释放的氧气量相等
C.光照的1 h内，4组植物叶片的光合作用强度均大于呼吸作用强度
D.本实验中呼吸作用酶的最适温度是25 ℃
答案：C
【解析】C　在第4组实验测定结果中，每小时的呼吸消耗量为1 mg，而2 h后质量增加1 mg，因此1 h时间内合成葡萄糖总量＝1＋1×2＝3 mg，A错误。由图中数据可得，第1组实验中，1 h内的净光合作用量＝3＋1＝4 mg；第2组实验中，1 h 内的净光合作用量＝3＋2＝5 mg；第3组实验中，1 h内的净光合作用量＝3＋3＝6 mg，因此第3组释放的氧气量最多，第1组释放的最少，B错误。4组实验中，光照1 h时间后，光照后与暗处理前相比，质量均增加，说明光合作用强度均大于呼吸作用强度，C正确。本实验的温度梯度为2 ℃，表格中29 ℃时暗处理后质量减少最多，说明呼吸作用酶的最适温度在29 ℃左右，D错误。
三、非选择题
11.淀粉和蔗糖是光合作用的两种主要终产物，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎储藏，番薯叶片合成的有机物主要运向块根储存。如图是马铃薯和番薯光合作用产物的形成及运输示意图。在一定浓度的CO2和30 ℃条件下（细胞呼吸的最适温度为30 ℃，光合作用的最适温度为25 ℃），测定马铃薯和番薯在不同光照条件下的光合速率，结果如下表。分析回答：
分类 番薯 马铃薯
光合速率与呼吸速率相等时光照强度/klx 1 3
光饱和时光照强度/klx 3 9
光饱和时CO2吸收量/（mg·100 cm-2叶·小时-1） 11 30
黑暗条件下CO2释放量/（mg·100 cm-2叶·小时-1） 5 12
ATP和NADPH
叶绿体基质
停止光照
(1)马铃薯下侧叶片叶肉细胞中的叶绿体可将光能转化为　　　　　　　中活跃的化学能，同时氧化H2O产生O2。图中①过程发生在　　　　　（填场所）中。暗反应中首先生成的是C3，有同学猜测此化合物是CO2与某一个二碳化合物结合生成的，但当突然　　　 　　后，发现RuBP的含量快速　　　，由此推知猜测是错误的。
(2)为番薯叶片提供C18O2，块根中的淀粉会含18O，请写出元素18O转移的路径　　　　　　　　　　　　　　　　　　（用图中相关物质的名称及箭头表示）。
减少
C18O2→C3→磷酸丙糖→蔗糖→淀粉
(3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作是叶绿体的“脂质仓库”，其体积随叶绿体的生长而逐渐变小，可能的原因是___________________________________________。
(4)为了验证光合作用产物以蔗糖的形式运输，研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入植物，该基因表达的蔗糖酶定位在叶肉细胞的细胞壁上。结果发现转基因植物出现严重的小根、小茎现象，其原因是__________________________________________________________________________________________。研究发现蔗糖可直接进入液泡，该过程为逆浓度梯度运输，与该跨膜运输过程有关的细胞器有__________________。
颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构
叶肉细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，根和茎得到的糖不足，生长缓慢
线粒体和核糖体
4
小于
(5)25 ℃条件下测得番薯光补偿点会_________（填“小于”“大于”或“等于”）
1 klx；30 ℃条件下，当光照强度为3 klx时，番薯和马铃薯固定CO2量的差值为_______mg·100 cm-2叶·小时-1。
【解析】表格中是在30 ℃条件下测定的数据，此时呼吸作用最强，若将温度降到25 ℃（光合作用的最适温度），则光合作用增强，呼吸作用减弱，光补偿点是指光合速率等于呼吸速率时的光照强度，因此25 ℃时光补偿点小于1 klx；当光照强度为3 klx时，番薯固定的CO2为11＋5＝16 mg·100 cm-2叶·小时-1，而马铃薯光合作用和呼吸作用相等，为12 mg·100 cm-2叶·小时-1，所以二者相差4 mg·100 cm-2叶·小时-1。
12.（2024·雅礼中学二模）为探究不同耕作提高春小麦产量的光合生理机制，某研究小组于2019年研究了传统耕作(T)、传统耕作＋秸秆翻入(TS)、免耕＋秸秆不覆盖(NT)、免耕＋秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施对春小麦光合特性和产量形成的影响，结果如表1、表2。回答下列问题：
表1　不同耕作措施下春小麦灌浆期旗叶光合特性
处理 叶绿素含量（SPAD值） RuBP羧化酶活性/（μmol·g-1·min-1） 光合速率/（μmol·m-2·s-1） 蒸腾速率/（mmol·m-2·s-1） 气孔导度/（mmol·m-2·s-1）
T 51.0 0.20 14.7 4.9 191.2
NT 50.2 0.22 14.4 5.1 182.1
TS 52.8 0.18 15.5 5.9 196.4
NTS 52.9 0.39 16.9 6.6 223.4
表2　不同耕作措施对小麦产量及其构成因素的影响
处理 花后光合物质积累量/(g·plant-1) 有机物分配到籽粒的比例/% 穗数/（×104·hm-2） 产量/(kg·hm-2)
T 0.95 39.3 390.1 2 544.3
NT 1.36 40.0 477.3 2 597.4
TS 1.64 41.7 505.5 2 849.7
NTS 2.32 42.6 600.4 3 020.2
(1)与NT相比，NTS可使小麦叶片保持较高的叶绿素含量，这有利于小麦利用可见光中的　　　　　　，使光反应产生更多的NADPH和ATP；同时，NTS还可显著提高春小麦灌浆期旗叶的____________________________，从而提高了暗反应速率。
(2)小麦籽粒的产量主要来自花后干物质的积累及花前营养器官贮存干物质的再分配，土壤水分对小麦干物质的积累与分配有显著影响。请分析免耕＋秸秆覆盖(NTS)可有效提高产量的原因：____________________________________________________________________________________________________________。
蓝紫光和红光
RuBP羧化酶活性、气孔导度
免耕＋秸秆覆盖可以减少地表水分蒸发，增加土壤含水量，促进花后干物质的积累及向籽粒的分配，有效提高了产量
(3)该小组进一步研究了不同光照强度和氮肥配施对春小麦光合作用的影响，得到实验数据如表3。
表3　不同实验条件下实验装置中O2的相对浓度与时间的关系
（单位：μmol·m-2·s-1）
实验条件 培养时间/d 低光照强度 高氮肥 22.1 22.2 22.6 22.9 24.5 24.8 26.1
低氮肥 22.1 22.2 22.5 22.7 24.4 24.7 26.0
高光照强度 高氮肥 22.1 22.3 24.1 24.4 26.8 27.5 28.3
低氮肥 22.1 22.3 24.0 24.2 24.9 26.2 26.7
①第2～4天，在高氮肥条件下，高光照强度组比低光照强度组O2的相对浓度上升快，其主要原因是___________________________________________________________________________________________________。
②第6天后高氮肥和高光照强度组O2的相对浓度上升显著加快，除上述原因外，还可能的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)综合上述研究，阐述提高春小麦效益的措施：_______________________________________________（至少写出2点）。
第2～4天，限制光合作用强度的主要因素是光照强度，高光照强度下光反应速率快，故O2的相对浓度上升快
高氮肥的施加，使春小麦从土壤中吸收更多N元素，促进与光合作用相关的色素、酶等物质的合成，光合速率进一步加快，O2的释放量显著加快
免耕＋秸秆覆盖、适当添加氮肥等（合理即可）