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知識點4

細胞呼吸與光合作用

1.(2017·全國卷丙·T3)植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯誤的是()

A.類胡蘿卜素在紅光區吸收的光能可用于光反應中ATP的合成B.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制

C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示

D.葉片在640～660

nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的【解析】選A。類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,不能吸收紅光,A項錯誤;通過測量葉綠素對不同波長光的吸收值,可以繪制其吸收光譜,B項正確;CO2的吸收速率反映光合作用速率的變化,光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示,C項正確;640～660

nm波長的光屬于紅光,葉綠素可以吸收紅光,將水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式釋放出去,D項正確。

【易錯警示】本題易判斷A選項正確,錯因在于審題不仔細,只注意了A選項的后半句“可用于光反應中ATP的合成”,而忽略了前半句“類胡蘿卜素在紅光區吸收的光能”。

2.(2017·天津高考·T5)葉綠體中的色素為脂溶性,液泡中紫紅色的花青苷為水溶性。以月季成熟的紫紅色葉片為材料,下列實驗無法達到目的的是()

A.用無水乙醇提取葉綠體中的色素

B.用水做層析液觀察花青苷的色素帶

C.用質壁分離和復原實驗探究細胞的失水與吸水

D.用光學顯微鏡觀察表皮細胞染色體的形態和數目

【解析】選D。葉綠體中的色素易溶于有機溶劑,可以用無水乙醇提取葉綠體中的色素;花青苷為水溶性,用水做層析液可以觀察花青苷的色素帶;月季成熟葉片具有紫紅色的大液泡,可以用于質壁分離和復原實驗,探究細胞的失水與吸水;表皮細胞高度分化,不再進行有絲分裂,不能用光學顯微鏡觀察染色體的形態和數目。

3.(2017·天津高考·T6)某突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半,但固定CO2酶的活性顯著高于野生型。下圖顯示兩者在不同光照強度下的CO2吸收速率。敘述錯誤的是()

A.光照強度低于P時,突變型的光反應強度低于野生型

B.光照強度高于P時,突變型的暗反應強度高于野生型

C.光照強度低于P時,限制突變型光合速率的主要環境因素是光照強度

D.光照強度高于P時,限制突變型光合速率的主要環境因素是CO2濃度

【解析】選D。題圖中光照強度低于P時,突變型CO2吸收速率低于野生型,原因是突變型葉綠素含量較低,吸收光的能力較弱,光反應強度低于野生型,A項正確;光照強度高于P時,突變型CO2吸收速率大于野生型,原因是突變型固定CO2酶的活性顯著高于野生型,導致暗反應強度高于野生型,B項正確;光照強度低于P時,突變型光合速率隨光照強度增加而增加,限制突變型光合速率的主要環境因素是光照強度,C項正確;光照強度高于P時,在達到光飽和點以前,突變型光合速率仍隨光照強度增加而增加,此時限制突變型光合速率的主要環境因素仍是光照強度,D項錯誤。

【方法規律】曲線圖中限制因素的判斷方法

(1)曲線上升階段:縱坐標隨橫坐標增加而增加,限制因素為橫坐標代表的物理量(橫坐標為時間時,限制因素不是時間,而是隨時間變化而變化的溫度或光照等環境因素)。

(2)曲線水平階段:縱坐標不再隨橫坐標增加而增加,限制因素為橫坐標以外的物理量。

4.(2017·北京高考·T2)某植物光合作用、呼吸作用與溫度的關系如圖。據此,對該植物生理特性理解錯誤的是()

A.呼吸作用的最適溫度比光合作用的高

B.凈光合作用的最適溫度約為25℃

C.在0～25℃范圍內,溫度變化對光合速率的影響比對呼吸速率的大

D.適合該植物生長的溫度范圍是10～50℃

【解題指南】解答本題時需要關注兩點:

(1)圖解中曲線最高點對應的溫度表示最適溫度。

(2)植物生長的必需條件是凈光合速率大于0。

【解析】選D。由圖分析知,呼吸作用的最適溫度是55℃左右,光合作用的最適溫度是30℃左右,A項正確。當溫度約為25℃時,CO2的凈吸收量最大,所以該溫度為凈光合作用的最適溫度,B項正確。根據總光合速率、呼吸速率與溫度關系圖可知,0～25℃范圍內,總光合速率增加程度比呼吸速率大,溫度對光合速率影響比呼吸速率大,C項正確。超過45℃時凈光合速率為負值,沒有有機物積累,植物不能正常生長,D項錯誤。

5.(2017·全國卷甲·T29)下圖是表示某植物葉肉細胞光合作用和呼吸作用的示意圖。

據圖回答下列問題:

(1)圖中①、②、③、④代表的物質依次是、、、,[H]代表的物質主要是。

(2)B代表一種反應過程,C代表細胞質基質,D代表線粒體,則ATP合成發生在A過程,還發生在(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。

(3)C中的丙酮酸可以轉化成酒精,出現這種情況的原因是。

【解析】(1)據題圖分析可知,①為水光解的產物之一,應為O2;②為NADPH還原C3后的產物,應為NADP+;③為ATP的水解產物,應為ADP和Pi;④為CO2固定的反應物,應為C5;[H]所表示的物質為還原型輔酶Ⅰ,即NADH。

(2)題圖中A過程為光反應,B過程為暗反應,ATP合成發生在A過程;在細胞質基質中進行有氧呼吸第一階段,線粒體內進行有氧呼吸第二、三階段,這三個階段都有ATP的合成。

(3)在無氧條件下,植物細胞進行無氧呼吸,第一階段葡萄糖分解為丙酮酸,第二階段丙酮酸分解為酒精和CO2。

答案:(1)O2　NADP+　ADP+Pi　C5　NADH(或答:還原型輔酶Ⅰ)

(2)C和D(3)在缺氧條件下進行無氧呼吸

6.(2017·全國卷乙·T30)植物的CO2補償點是指由于CO2的限制,光合速率與呼吸速率相等時環境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題:

(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中,適宜條件下照光培養。培養后發現兩種植物的光合速率都降低,原因是。甲種植物凈光合速率為0時,乙種植物凈光合速率(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。

(2)若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中,照光培養一段時間后,發現植物的有氧呼吸增加,原因是。

【解題指南】(1)關鍵信息:“甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的”“密閉小室中,適宜條件下照光”。

(2)關鍵知識:CO2濃度變化對光合作用的影響;光合作用與有氧呼吸的關系。

【解析】本題主要考查了影響光合作用、有氧呼吸因素的相關知識。

(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放入同一密閉小室中,適宜條件下給予光照,甲、乙兩種植物都進行光合作用,當光合作用吸收的CO2大于呼吸作用釋放的CO2量時,密閉小室中的CO2濃度逐漸下降,受CO2濃度的制約,光合作用速率也隨之降低。當密閉小室中CO2濃度下降到CO2補償點時,植物的光合速率等于呼吸速率,凈光合速率為0。因為甲種植物CO2補償點大于乙種植物,所以當密閉小室中CO2濃度達到甲種植物CO2補償點時,乙種植物光合速率大于呼吸速率,即凈光合速率大于0。

(2)若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中,給予光照,甲種植物可進行光合作用,通過光合作用釋放了O2,O2與NADH反應生成水,這是有氧呼吸的第三階段。故光合作用產生O2增多時,使細胞的有氧呼吸增加。

答案:(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量,使密閉小室中CO2濃度降低,光合速率也隨之下降　大于0

(2)甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加,而O2與有機物分解產生的NADH發生作用形成水是有氧呼吸的一個環節,所以當O2增多時,有氧呼吸會增加

7.(2017·江蘇高考·T29)科研人員對獼猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性進行了系列研究。圖1為光合放氧測定裝置示意圖,圖2為不同光照條件下果肉隨時間變化的光合放氧曲線。請回答下列問題:

(1)取果肉薄片放入含乙醇的試管,并加入適量　　　　　　,以防止葉綠素降解。長時間浸泡在乙醇中的果肉薄片會變成白色,原因是。

(2)圖1中影響光合放氧速率的因素有。氧電極可以檢測反應液中氧氣的濃度,測定前應排除反應液中　　　　　的干擾。

(3)圖1在反應室中加入NaHCO3的主要作用是。若提高反應液中NaHCO3濃度,果肉放氧速率的變化是(填“增大”、“減小”、“增大后穩定”或“穩定后減小”)。

(4)圖2中不同時間段曲線的斜率代表光合放氧的速率,對15～20

min曲線的斜率幾乎不變的合理解釋是;若在20

min后停止光照,則短時間內葉綠體中含量減少的物質有(填序號:①C5　　②ATP　　③[H]　　④C3),可推測20

～25

min曲線的斜率為(填“正值”、“負值”或“零”)。

【解析】(1)提取色素時,加入CaCO3可防止葉綠素降解。由于色素能溶解在乙醇中,所以長時間浸泡在乙醇中的果肉薄片會變成白色。(2)影響光合作用的因素主要有光照、溫度、二氧化碳濃度、水和礦質元素含量,而圖中含水豐富,所以圖中影響光合放氧速率的因素有光照、溫度、CO2(NaHCO3)濃度。要檢測反應液中氧氣的濃度,應排除反應液中溶解氧的干擾,所以測定前應排出反應液中的溶解氧。(3)裝置中的NaHCO3可為果肉提供CO2,提高反應液中NaHCO3濃度,CO2濃度就增大,在一定范圍內果肉放氧速率增大,當達到CO2飽和點后,果肉放氧速率不再隨CO2濃度增大而變化。(4)圖2中不同時間段曲線的斜率代表光合放氧的速率,而15～20

min曲線的斜率幾乎不變,說明這個時間段內凈光合速率為0,即該時間段內的光合產氧量與呼吸耗氧量相等。若在20

min后停止光照,光反應停止,因此沒有②ATP和③[H]的產生。短時間內C5與CO2反應生成C3的速率不變,由于②ATP和③[H]的含量減少,C3被還原成C5的速率下降,導致C5含量減少。停止光照后,只有呼吸作用消耗氧氣,沒有光合作用產生氧氣,所以可推測20～25

min曲線的斜率為負值。

答案:(1)CaCO3　光合色素溶解在乙醇中(2)光照、溫度、CO2(NaHCO3)濃度　溶解氧(3)提供CO2　增大后穩定(4)光合產氧量與呼吸耗氧量相等　①②③　負值