高考生物二轮复习突破专题04《光合作用和呼吸作用》学案（含详解）

这是一份高考生物二轮复习突破专题04《光合作用和呼吸作用》学案（含详解），共15页。学案主要包含了光反应和暗反应的区别与联系，有氧呼吸与无氧呼吸的比较，叶圆片称重法，高考常考的4个经典实验分析，叶绿体中色素的提取和分离实验，酵母菌细胞呼吸方式的探究等内容，欢迎下载使用。
思维导图
一、光反应和暗反应的区别与联系
1.区别
2.联系
(1)光反应为暗反应提供_______________________；暗反应为光反应提供____________________。
(2)没有光反应，暗反应_______________________；没有暗反应，有机物无法合成。
二、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
考点突破
一、光合作用与细胞呼吸中物质和能量的转化关系
1.光合作用与细胞呼吸过程关系图
2.光合作用与细胞呼吸过程中ATP的来源、去路分析
3.绿色植物体内物质转化过程
4.绿色植物体内能量转移过程：
二、影响光合作用的因素及在生产实践上的应用
1.内部因素
(1)与植物自身的遗传性有关，如阴生植物、阳生植物。
(2)植物叶片的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用。
七、叶圆片称重法
1.测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）
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净光合速率=__________________________。
呼吸速率=__________________________。
总光合速率=__________________________。
2.半叶法
将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
八、高考常考的4个经典实验分析
1.普利斯特利实验：缺乏对照实验，实验结果说服力不强。应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内，作为空白对照。
2.普利斯特利没有认识到光在植物更新空气中的作用。
3.萨克斯实验：①对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化(有无淀粉生成)，实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组。
②该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力。
4.恩格尔曼实验中
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响。
②设置细光束和好氧菌的好处：能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。
5.鲁宾和卡门实验中
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径。
②此实验设置了对照，自变量是标记物质即Heq \\al(18,2)O和C18O2，因变量是释放的O2有无放射性。
九、叶绿体中色素的提取和分离实验
1.注意事项及操作目的归纳
2.在滤纸纸条一端剪去两角的目的
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而形成弧形色素带。
3.叶绿体色素提取分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠
滤纸条上的滤液细线接触到层析液。
(3)滤纸条看不到色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带。
忘记加碳酸钙致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”
4.(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少；
(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度的大小；
(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
十、酵母菌细胞呼吸方式的探究
1.装置及相关解读
2.实验成功关键点分析
①实验装置：甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。
②a瓶内液体是质量分数为10%的NaOH溶液，其作用是吸收空气中的CO2，以排除其对实验结果的干扰。
③图中可检测到CO2的为c、e，相比而言，c中CO2产生量既多又快。
④图中可检测到酒精的只有d。
⑤实验现象
⑥实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下产生的CO2多且快，在无氧条件下进行细胞呼吸能产生酒精，还产生少量CO2。
3.细胞呼吸探究实验成功的关键点
进行探究酵母菌的呼吸方式实验时，实验前必须检验装置的气密性，一般情况下，实验失败的原因就是装置封闭不严，导致细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清石灰水中。
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1．判断下列关于光合作用的叙述
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中( × )
(2)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质( √ )
(3)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP( × )
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度会降低，暗反应强度也降低( √ )
(5)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量( √ )
(6)如图是设置不同CO2浓度，分组光照培养蓝藻，测定净光合速率和呼吸速率的结果，则与d3浓度相比，d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生成的[H]多( √ )
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(7)下图是在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势，图中物质B浓度升高的原因是当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累；但是若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将高于B( √ )
(8)下图是夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化，则甲植株在a点开始进行光合作用；乙植株在e点有机物积累量最多；曲线b～c段和d～e段下降的原因相同( × )
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2．判断下列关于呼吸作用的叙述
(1)细胞呼吸必须在酶的催化下进行( √ )
(2)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水；无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累( × )
(3)下图为细胞呼吸作用的过程，其中物质甲、乙分别代表丙酮酸、[H]，而场所1、2、3所含酶的种类不同、只有场所3能产生大量ATP( √ )
(4)下图为细胞内糖分解代谢过程，则植物细胞能进行过程1和3或过程1和4；真核细胞的细胞质基质中能进行过程1和2；动物细胞内，过程2比过程1释放的能量多；乳酸菌细胞内，过程1产生[H]，过程3消耗[H]( × )
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(5)下图是大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线，若测得阶段Ⅱ种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3，则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为6∶1( √ )
(6)与酵母菌相比，硝化细菌具有的特点是无线粒体，只能通过无氧呼吸获得能量( × )
(7)无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜 ( × )
典型例题
1.中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
Ⅰ.提取叶绿素
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Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约25℃)下进行实验，方法和结果如下表。
根据所学知识和实验结果，请回答：
(1)提取食用叶绿素的X应该为___________，原因是___________________________________。
(2)表中Y应该为________，原因是______________________________________。
(3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于_____________食品，否则__________________________。
(4)小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。
【答案】 (1)对人无害的有机溶剂(食用酒精) 叶绿素溶于有机溶剂
(2)8.0 pH梯度差为1.0，所以Y为8.0
(3)酸性 由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质
(4)纸层析法，其主要步骤：①制备滤纸条，②画色素滤液细线，③用层析液分离色素，④观察色素带。 SHAPE \* MERGEFORMAT
2.为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如下表。
回答问题：
(1)光照条件下，组5叶片通过________作用产生淀粉；叶肉细胞释放出的氧气来自于________的光解。
(2)在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是________。
(3)组2叶片中合成淀粉的原料是________，直接能源物质是________，后者是通过________产生的。与组2相比，组4叶片无淀粉的原因是_________________________________。
(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2，预期实验结果是叶片中________(有、无)淀粉。
【答案】(1)光合 H2O (2)组2和组6 (3)葡萄糖 ATP 有氧呼吸 组4叶片不能进行有氧呼吸，淀粉的合成缺少ATP (4)无
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3.如图为不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：
(1)曲线AB段酵母菌呼吸发生的场所是_______________；曲线BC段酵母菌呼吸的方式为________。
(2)酵母菌种群数量从C点开始下降的主要原因除葡萄糖大量消耗外，还有____________、____________。
(3)在T1～T2时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有____________、____________。
(4)某同学在T3时取样，统计的酵母菌种群数量明显高于D点对应的数量，原因可能有___________________、_____________________和用血球计数板计数时出现错误等。
【答案】 (1)细胞质基质和线粒体 有氧呼吸和无氧呼吸 (2)乙醇含量过高 培养液的pH下降 (3)酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少 酵母菌种群数量增多 (4)取样时培养液未摇匀，从底部取样 未染色，统计的菌体数包含了死亡的菌体
【解析】 (1)酵母菌在有O2存在时进行有氧呼吸，并大量繁殖，在O2大量消耗后开始进行无氧呼吸产生乙醇。AB段没有乙醇产生，此阶段酵母菌只进行有氧呼吸，BC段开始有乙醇产生，酵母菌还在繁殖，说明此阶段有氧呼吸和无氧呼吸并存。(2)酵母菌从C点开始下降的原因：葡萄糖的大量消耗导致种内斗争加剧，酵母菌因无氧呼吸产生的乙醇含量过高对自身的伤害和酵母菌呼吸作用产生的CO2使培养液的pH下降。(3)T1～T2时段，由于酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖使酵每菌数量增多是单位时间内葡萄糖消耗迅速增加的主要原因之一。另外，此阶段开始进行无氧呼吸，无氧呼吸产生的能量较少，这也需要数量众多的酵母菌消耗大量的葡萄糖，用于维持自身的生长、发育和繁殖。(4)进行取样统计酵母菌种群数量时，如果培养液没有摇匀，直接从底部取样会造成测得数值明显高于实际数值。另外，如果没有用台酚蓝染液或亚甲基蓝溶液进行活体染色，会把死亡菌体计数在内，使测得数值高于实际数值。
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7.为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入A～F试管中，加入不同的物质，进行了如下实验(见下表)。
注：“＋”表示加入了适量的相关物质，“－”表示未加入相关物质。
(1)会产生CO2和H2O的试管有______________，会产生酒精的试管有__________，根据试管__________的实验结果可判断出酵母菌进行无氧呼吸的场所(均填试管编号)。
(2)有氧呼吸产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水。2,4­二硝基苯酚(DNP)对该氧化过程没有影响，但使该过程所释放的能量都以热能的形式耗散，表明DNP使分布在________的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管E中，葡萄糖的氧化分解________(填“能”或“不能”)继续进行。
【答案】(1)C、E B、F B、D、F
（2）线粒体内膜 能
【解析】（1）由题可知，A试管中不能进行呼吸作用，B试管中进行了无氧呼吸，能够产生酒精和CO2，C试管中能够进行呼吸作用的第二、三阶段，能产生水和CO2，D试管中不能进行呼吸作用，E试管中能进行有氧呼吸，F试管中能进行无氧呼吸。
(2)有氧呼吸产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，该过程是在线粒体内膜进行的，2，4-二硝基苯酚（DNP）对该氧化过程没有影响，该过程所释放的能量都以热的形式耗散，表明DNP使分布在线粒体内膜的酶无法合成ATP。若将DNP加入试管E中，葡萄糖的氧化分解能继续进行。
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1.某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是( )
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条 B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异显著，色素带缺第3条 D.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
【答案】B
2.甲图是细胞呼吸示意图，乙图是某细胞器结构示意图。下列说法中正确的是( )
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A.①④⑤阶段均产生[H]
B.酵母菌细胞内的④⑤过程分别发生在乙图中的b、c处
C.①②③过程都能产生ATP
D.植物细胞缺乏氧气时都进行①③过程
【答案】B
【解析】A、⑤阶段即有氧呼吸的第三阶段不产生[H]，A错误；
B、酵母菌细胞内的④⑤过程是有氧呼吸的第二、三阶段，分别发生在乙图中的b、c处即基质和内膜上，B正确；
C、②③过程不产生ATP，C错误；
D、马铃薯块茎、甜菜块根等部位无氧呼吸可产生乳酸，D错误．
3.如图为每10粒水稻种子在成熟过程中干物质和呼吸速率变化的示意图。下列分析不正确的是( )
A.种子干物质快速积累时期，呼吸作用旺盛 B.种子成熟后期自由水减少，呼吸速率下降
C.种子成熟后期脱落酸含量较高，呼吸速率下降 D.种子呼吸速率下降有利于干物质合成
【答案】D
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4.下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，有关叙述正确的是( )
A.该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，其中乙组作为对照组
B.若向B瓶和E瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，则E瓶内的溶液会变黄
C.可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D.若C瓶和F瓶中溶液都变浑浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式
【答案】C
【解析】解：A、该实验需设置有氧和无氧两种条件的对比实验，甲、乙组互为对照组，A错误；
B、若向B瓶和E瓶中加入酸性重铬酸钾溶液，由于只有无氧呼吸才会产生酒精，所以E瓶内的溶液会变灰绿色，B错误；
C、可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率，C正确；
D、酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，但产生的量不等，可以根据浑浊程度判断酵母菌的呼吸方式，D错误．
5.将一些苹果储藏在密闭容器中，通入不同浓度的氧气后，其氧气的消耗量和二氧化碳产生量如下表所示。下列分析错误的是(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)( )
A.氧浓度为a时，细胞呼吸不在线粒体中进行
B.氧浓度为b时，葡萄糖的消耗量为0.3 ml/min，较适宜苹果的储藏
C.氧浓度为c时，酒精发酵消耗葡萄糖的量为0.6 ml/min
D.氧浓度为d时，产生的二氧化碳中有1/4来自酒精发酵
【答案】C
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6.在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是( )
A.英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B.恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验
C.萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D.鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自于水的实验
【答案】C
【解析】A、英格豪斯在实验中证明了植物在光照条件下可以改变空气成分，即氧气和二氧化碳，但是这两种气体中未涉及能量的转换，A错误；
B、恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光，但未能证明该光能是否转变成其它形式的能量，B错误；
C、萨克斯的实验可以证明光合作用过程中吸收的光能转化成了有机物（淀粉）中稳定的化学能，C正确；
D、鲁宾和卡门的实验只是证明了氧气的来源，而氧气中未涉及能量的转换，D错误．
7.甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是( )
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C.丙可能是正确操作得到的理想结果 D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
【答案】C
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8.在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2+C5（即RuBP）→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A.菠菜叶肉细胞内BuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
【答案】B
【解析】A、菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶是植物体内催化CO2固定的酶，反应的场所是叶绿体基质，A正确；
B、CO2+C5→ 2C3的反应需要在二氧化碳供应和五碳化合物存在条件下进行，B错误；
C、测定该酶活性的方法用到了14C3，属于同位素标记法，C正确；
D、根据题意，单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高，D正确．
9.在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：
(1)图中物质A是________(C3化合物、C5化合物)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是____________，将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_______。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的___(低、高)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(高、低)，其原因是__________。
【答案】 (1)C3化合物
(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累
(3)高
(4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和[H]少
SHAPE \* MERGEFORMAT 考点分布
考纲要求
备考指南
1.光合作用的基本过程。
2.影响光合作用速率的环境因素。
3.实验：叶绿体色素的提取和分离。
4.细胞呼吸过程。
5.实验：探究酵母菌的呼吸方式。
1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。
2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。
3.细胞呼吸(Ⅱ)。
掌握光合作用和呼吸作用的过程。
掌握实验的原理、步骤等相关知识。
提高图像分析能力。
会解光合作用和呼吸作用综合性题目。
过程
注意事项
操作目的
提取色素
1
取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
2
研磨时加无水乙醇
溶解色素
3
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
4
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发，充分溶解色素
5
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
1
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
2
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
3
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
4
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
条件
澄清的石灰水的变化/出现变化的时间
重铬酸钾－浓硫酸溶液
甲组(有氧)
变混浊/快
无变化
乙组(无氧)
变混浊/慢
出现灰绿色
试管编号
加入的物质
细胞质基质
线粒体
酵母菌
A
B
C
D
E
F
葡萄糖
－
＋
－
＋
＋
＋
丙酮酸
＋
－
＋
－
－
－
氧气
＋
－
＋
－
＋
－
氧浓度(%)
a
b
c
d
e
CO2产生量(ml/min)
1.2
1.0
1.3
1.6
3.0
O2消耗量(ml/min)
0
0.6
0.7
1.2
3.0