2023届高考生物二轮复习专题2微专题2光合作用和细胞呼吸学案

这是一份2023届高考生物二轮复习专题2微专题2光合作用和细胞呼吸学案，共29页。

微专题2　光合作用和细胞呼吸
概念线索 网络构建


光合作用和细胞呼吸的过程及联系
1．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。 (×)
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，无[H]的积累。
2．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。 (√)
3．放置时间过长的牛奶发生胀袋，是乳酸菌污染导致的。 (×)
提示：乳酸菌无氧呼吸不产生CO2。
4．各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体。 (×)
提示：原核细胞无线粒体。
5．细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸。 (√)
6．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。 (√)
7．暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→C5―→(CH2O)。 (×)
提示：暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→(CH2O)。
8．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。
(√)
光合作用和细胞呼吸的影响因素及应用
1．及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。 (√)
2．降低光照将直接影响光反应的进行，从而影响暗反应；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行。 (√)
3．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度降低，暗反应强度也降低。 (√)
4．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。 (√)
5．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。 (√)
6．将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。 (√)
光合作用和细胞呼吸的实验
1．检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式。 (×)
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物中都有CO2。
2．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可直接向酵母菌培养液中添加酸性重铬酸钾溶液检测酒精。 (×)
提示：应各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支试管中，添加酸性重铬酸钾溶液检测。
3．在探究酵母菌细胞呼吸方式的实验中可依据澄清石灰水的浑浊程度判断细胞呼吸的方式。 (√)
4．制备圆形小叶片，用打孔器打孔时，不需要避开大的叶脉。 (×)
提示：叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
5．在探究光照强度对光合作用的影响实验中，光照越强，相同时间内叶片浮起的数量越多。 (×)
提示：在一定范围内，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐增加，但当达到光饱和点以后，光照强度再增加，光合作用强度则不再随之增加。
6．光合作用强度可以用光合作用消耗糖类的数量来表示。 (×)
提示：光合作用强度可以用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量来表示。

1．生物体内，蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽是什么？(必修1　P94“小字体”)
提示：细胞呼吸。
2．包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料的道理是什么？(必修1　P95“思考·讨论”)
提示：创造通气环境，避免厌氧菌繁殖。
3．海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？为什么？(必修1　P101“拓展应用”)
提示：有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水层对光波中的红、橙部分的吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收量，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
4．夏季晴天，植物光合作用会出现“午休”现象的原因是什么？(必修1　P106“拓展应用”)
提示：由于光照强，温度过高，植物蒸腾作用过强导致失水过多，气孔部分关闭，CO2吸收量减少，使CO2固定量减少，光合作用速率下降。


1．无氧呼吸释放能量少的原因是___________________________________
_______________________________________________________________。
提示：葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中，没有释放出来
2．光照停止后，植物的光反应立即停止，但暗反应没有立即停止，原因是
______________________________________________________________。
提示：光反应已经产生的ATP和NADPH还可以供暗反应利用一小段时间
3．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是__________________________________________________________
__________________________________________________________________。
提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO，有氧呼吸第二阶段利用HO生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CHO)

4．在温室大棚生产中，大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，道理是
_________________________________________________________________
______________________________________________________________。
提示：农家肥中的有机物被微生物分解产生无机盐和CO2，CO2和无机盐被作物利用，提高大棚作物的产量
5．土壤板结时光合速率下降的原因是________________________________
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：土壤板结，导致土壤中缺氧，根细胞呼吸产生的ATP减少，影响了矿质元素的吸收，从而影响了光合色素和酶的合成，光合作用减弱
6．农业生产上，“正其行，通其风”的道理是________________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
提示：“正其行”能增大植物的光合作用面积。“通其风”能增加空气流通，增加CO2的利用率，以此提高植物的光合作用强度，从而促进作物生长
考点1　光合作用和细胞呼吸的过程


1．光合作用和细胞呼吸的过程及联系


2．光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的转化
(1)物质转化

(2)能量转化



1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别
加入物质
条件
实验现象
A组
DCPIP溶液
适宜温度
和光照等
条件　　
产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组
适量磷酸、
NaHCO3
(CH2O)/C3的值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。)
(1)A组气泡中成分是什么？DCPIP溶液由蓝紫色变为无色的原因是什么？
(2)B组(CH2O)/C3的值增高的原因是什么？
提示：(1)O2；光反应阶段产生的NADPH使DCPIP被还原。
(2)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中 C3的还原，形成(CH2O)。
2．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s，光照与黑暗处理情况见下图所示(A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同)。结果是A组光合作用产物的相对含量为50%；B组光合作用产物的相对含量为70%；C组光合作用产物的相对含量为94%；D组光合作用产物的相对含量为100%。

(1)各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件适宜且相同，这样处理的目的是什么？
(2)可以判断，单位光照时间内，B组和C组植物合成有机物的量都高于D组植物合成有机物的量，判断依据是什么？如何解释这一实验结果？
提示：(1)排除无关变量对实验结果的干扰(或保证自变量的唯一性)。
(2)B组和C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的70%和94%。
因为随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。

——细胞呼吸与光合作用的过程
1．(2022·山东新泰一中检测)下列有关人体细胞利用葡萄糖进行细胞呼吸的叙述中，正确的是(　　)
A．无氧呼吸时，葡萄糖中能量的主要去向是以热能形式散失
B．剧烈运动时，人体产生的CO2来自细胞质基质和线粒体基质
C．用18O标记葡萄糖，在生成的水中检测不到18O
D．无氧呼吸过程中有[H]积累，有氧呼吸过程中没有[H]积累
C　[无氧呼吸时，葡萄糖中的能量主要去向是储存在不彻底的分解产物——有机物中，A错误；人体肌细胞无氧呼吸产生乳酸，其产生的CO2只能来自有氧呼吸，场所是线粒体基质，故剧烈运动时，人体产生的CO2来自线粒体基质，B错误；用18O标记葡萄糖，产物二氧化碳中能检测到放射性，水中检测不到放射性，C正确；人体细胞无氧呼吸过程和有氧呼吸过程中均无[H]的积累，D错误。]
2．(2022·辽宁名校联考)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。下列有关说法正确的是(　　)

A．甲为叶绿体，乙为细胞质基质
B．a、b、c依次为O2、NADPH、ADP
C．该过程合成的ATP大部分运出叶绿体外，用于绿色植物的各种生命活动
D．适宜条件下，当外界CO2含量升高时，a的产生速率会增加
D　[据图分析，甲处进行了水的光解，为类囊体的薄膜，乙为叶绿体基质，A错误；a为水光解的产物O2 ，b为类囊体的薄膜上合成的NADPH，c为形成ATP的ADP和Pi，B错误；光合作用过程合成的ATP被叶绿体自身消耗，用于光合作用的暗反应，还原C3，C错误；当外界CO2 含量升高时，暗反应速率加快，光反应速率也会加快， a(O2)的释放速率加快，D正确。]
——光合作用和细胞呼吸的综合
3．(不定项)(2022·湖南选择性考试)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．叶绿体内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
AD　[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，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上，C错误；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，D正确。]
4．(2022·山东济宁一模)蔗糖和淀粉是绿色植物光合作用的主要产物，二者都由卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化而成，简要的合成过程如图所示。叶绿体膜上的磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时将无机磷酸(Pi)运入叶绿体，且这种转运严格遵循1∶1反向交换原则。ADPG焦磷酸化酶是调节淀粉生物合成途径的主要酶，此酶的活性与3­磷酸甘油酸密切相关，白天3­磷酸甘油酸形成较多。回答下列问题。

(1)图中叶肉细胞的______________中产生的________(选填光合作用主要产物)是植物体内长距离运输的糖类物质。
(2)NADPH在1，3­二磷酸甘油酸转化为丙糖磷酸的反应中的作用是__________________；当光照强度突然降低时，叶绿体基质中RuBP的含量短时间内将________。
(3)实验研究发现，其他条件适宜的情况下，植物在白天时叶绿体中淀粉合成活跃，而蔗糖合成较少，其原因是______________________________________
___________________________________________________________________。
(4)适当给马铃薯增施含磷的肥料可以提高产量，试根据题干信息分析原因：
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析]　(1)图中叶肉细胞的细胞质基质中产生的蔗糖是植物体内长距离运输的糖类物质。
(2)NADPH在1，3­二磷酸甘油酸转化为丙糖磷酸的反应中的作用是提供能量并作为还原剂；当光照强度突然降低时，光反应产生的ATP和NADPH减少，还原产生的丙糖磷酸减少，再生成RuBP的含量短时间内将降低。
(3)实验研究发现，其他条件适宜的情况下，植物在白天时叶绿体中淀粉合成活跃，而蔗糖合成较少，据图分析，其可能原因是白天3­磷酸甘油酸形成较多，激活ADPG焦磷酸化酶的活性，丙糖磷酸更多用于淀粉的生成。
(4)适当给马铃薯增施含磷的肥料可以提高产量，根据题干信息，其原因可能是增施含磷的肥料，有利于马铃薯光合作用产生蔗糖，进一步运输到块茎储存起来，增加产量。
[答案]　(1)细胞质基质　蔗糖　(2)提供能量并作为还原剂　 降低　(3)白天3­磷酸甘油酸形成较多，激活ADPG焦磷酸化酶的活性，丙糖磷酸更多用于淀粉的生成　(4)增施含磷的肥料，有利于马铃薯光合作用产生蔗糖，进一步运输到块茎储存起来，增加产量
——细胞呼吸原理在生产、生活上的应用
5．(2022·广东选择性考试)种子质量是农业生产的前提和保障。生产实践中常用TTC法检测种子活力，TTC(无色)进入活细胞后可被[H]还原成TTF(红色)。大豆充分吸胀后，取种胚浸于0.5%TTC溶液中，30 ℃保温一段时间后部分种胚出现红色。下列叙述正确的是(　　)
A．该反应需要在光下进行
B．TTF可在细胞质基质中生成
C．TTF生成量与保温时间无关
D．不能用红色深浅判断种子活力高低
B　[大豆种子充分吸水胀大，此时子叶未形成叶绿体，不能进行光合作用，该反应不需要在光下进行，A错误；细胞质基质中可通过细胞呼吸第一阶段产生[H]，TTF可在细胞质基质中生成，B正确；保温时间较长时，较多的TTC进入活细胞，生成较多的红色TTF，C错误；相同时间内，种胚出现的红色越深，说明种胚代谢越旺盛，据此可判断种子活力的高低，D错误。]
6．(2022·武汉调研)甘薯(又称“红薯”“苕”等)在明代嘉靖年间传入我国，至万历年间，劳动人民在生产实践中就总结出了贮藏甘薯的要领。《农政全书》指出“藏种之难，一惧湿，一惧冻”，“欲避冰冻，莫如窖藏”。下列叙述正确的是(　　)
A．在潮湿环境中，病毒和细菌容易在甘薯细胞表面繁殖，进而侵染甘薯，造成伤害
B．甘薯细胞的结合水含量高，低温条件下细胞液容易结冰而使细胞产生机械性伤害
C．窖藏过程中，甘薯呼吸作用释放的能量大部分转化为热能，可影响窖室内的温度
D．窖藏过程中，窖室内保持严格的无氧环境，甘薯呼吸作用消耗的有机物的量最少
C　[病毒无细胞结构，必须寄生在活细胞内才能进行生长繁殖，A错误；结合水和自由水的比值大，甘薯的抗低温能力强，低温条件下细胞液不容易结冰，B错误；细胞呼吸释放的能量大部分转化为热能，小部分用于合成ATP，释放的能量会影响窖室内的温度，C正确；无氧条件下细胞呼吸较低氧条件下旺盛，故严格的无氧环境不利于甘薯保鲜，D错误。]
——人工光合系统的研究
7．(不定项)(2022·辽宁名校联考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列有关说法正确的是(　　)

模块1　　　　模块2　　　　　模块3
A．模块1、2模拟的是发生在叶绿体类囊体的薄膜上进行的过程
B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等
C．甲、乙两种物质分别是三碳化合物和五碳化合物
D．在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量更多
ABD　[从图中分析，模块1、2模拟的是水的分解和能量转换，属于光反应过程，在叶绿体类囊体的薄膜上进行，A项正确；从图中分析，模块3模拟的是暗反应过程，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ 等，B项正确；甲与CO2结合形成三碳化合物，因此甲是五碳化合物，乙是三碳化合物，C项错误；该系统只合成糖类，不消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统积累的糖类更多，D项正确。]
考点2　细胞呼吸和光合作用的影响因素及应用


1．影响细胞呼吸的因素的相关曲线

甲　　　　　　　　　　　乙

丙　　　　　　　　　　　丁
2．影响光合作用的因素的相关曲线



3．光合作用曲线中特殊点含义及移动情况分析

(1)曲线中特殊点含义分析
①A点：只进行细胞呼吸。AB段：光合速率小于呼吸速率。B点以后：光合速率大于呼吸速率。
②B点：光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用。
③C点：光饱和点(光合速率达到最大时的最低光照强度)，继续增加光照强度，光合作用强度不再增加。
④D点的含义：达到光饱和点C时，该植物吸收CO2的速率。
(2)曲线中的“关键点”移动
①细胞呼吸对应点(图中A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
②光补偿点(图中B点)的移动
细胞呼吸速率提高，其他条件不变时，光补偿点右移，反之左移。
细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点右移，反之左移。
③光饱和点(图中C点)和D点的移动：其他相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
4．图示法理解光合速率与呼吸速率的关系

(1)各种速率的表示方法及相互关系
①呼吸速率：有机物或O2消耗量、CO2产生量。
②净光合速率：有机物积累量、O2释放量、CO2吸收量。
③总(真正)光合速率：有机物或O2产生量、CO2消耗量。
④总(真正)光合速率：净光合速率＋呼吸速率。
(2)净光合速率和总(真正)光合速率的判定方法
①若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则该曲线表示总(真正)光合速率，若CO2吸收值为负值，则该曲线表示净光合速率。
②若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。
③有机物积累量表示净光合速率，制造量表示总(真正)光合速率。


1．在农业生产上，农作物的种植密度过大时，农作物的产量反而会降低，原因是什么？
提示：农作物的种植密度过大时，会造成作物的下部的叶片通风和透光度低，下部的叶片因光照强度和CO2浓度低，光合速率降低，而作物种植密度大又造成整体上作物的细胞呼吸强度的增大，因此作物的净光合速率降低。

2．请设计实验，探究导致大豆净光合速率下降的主要因素是高温还是干旱(写出实验设计思路)。
提示：将生长状况良好的大豆幼苗随机均分为甲、乙、丙三组，甲组在温度和湿度均适宜的条件下培养，乙组在高温、湿度适宜的条件下培养，丙组在温度适宜、干旱的条件下培养，将乙、丙两组的净光合速率分别与甲组进行比较。
3．为研究温度的变化对贮藏器官呼吸作用的影响，研究人员以马铃薯块茎为材料，进行了如下实验：
实验一：将两组相同的马铃薯块茎，分别置于低温(4 ℃)和室温(22 ℃)条件下贮藏10天，发现低温组块茎中淀粉酶含量显著高于室温组。
实验二：将马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃后，再回到20 ℃环境中，测定CO2的释放速率的变化，结果如下图所示。

(1)当马铃薯块茎从20 ℃移到0 ℃环境中，CO2的释放速率下降，其原因是什么？
(2)当马铃薯块茎重新移回到20 ℃环境中，与之前20 ℃环境相比，CO2的释放速率明显升高。综合上述实验，合理地解释这一现象。
提示：(1)温度降低导致酶的活性下降，呼吸作用产生的CO2减少。
(2)在0 ℃环境中淀粉酶含量增加，催化淀粉水解生成的还原糖增加，为之后20 ℃条件下呼吸作用提供更多的底物，呼吸作用较之前20 ℃时强。

——考查环境因素对细胞呼吸和光合作用的影响
1．(2022·南京一模)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
D　[自由水与代谢的强弱有关，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，可以保护物种的多样性，D正确。]
2．(不定项)(2022·江苏南通质量检测)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
AD　[对于甲植株而言，a点CO2吸收速率为0，说明此时光合作用等于呼吸作用，所以甲植株在a点之前进行光合作用，只是a点之前光合作用小于呼吸作用，A正确；对于乙植株而言，在18时后，CO2吸收速率小于0，说明乙植株的光合作用速率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错误；乙曲线bd段的变化为植物的“午休”现象，是气孔关闭导致叶内CO2浓度降低，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。]
——综合考查环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响
3．(2022·山师大附中检测)紫叶李(阳生植物)和绿萝(阴生植物)均为日常生活中常见的植物。如图为两种植物在适宜的温度、水分等条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是(　　)

A．若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点右移
B．光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜后绿萝干重不变，紫叶李干重减少
C．光照强度在b点之后，限制绿萝P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
D．光照强度为c时，紫叶李和绿萝的净光合速率相等
C　[对于B而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，对应的光照强度为光补偿点，若适当增加土壤中无机盐镁的含量，B植物合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后B植物的a点左移，A错误；光照强度为a时，对于绿萝(B)而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，B错误；光照强度在b点之后，绿萝已经达到光饱和点，限制绿萝(B)P/R值增大的主要外界因素不是光照强度，而是CO2浓度，C正确；阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率低，光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，D错误。]
——环境因素影响细胞呼吸和光合作用的生产应用
4．(2022·重庆育才中学一模)关于生物学原理在生产实践中的应用，下列叙述错误的是(　　)
A．“稀苗结大穗，密植多打粮”强调合理密植，提高光能利用率
B．封闭式冷藏库中充入部分氮气可降低果蔬有氧呼吸和无氧呼吸强度
C．农作物生长发育过程中，及时去掉作物下部衰老变黄的叶片，可以提高农作物产量
D．“露田、晒田”能促进根系的细胞呼吸，有利于无机盐的吸收
B　[农作物种植密度合理可以增产，原因是合理密植可以提高光能利用率，A正确；封闭式冷藏库中充入部分氮气可降低果蔬有氧呼吸强度，B错误；农作物生长发育过程中，衰老变黄的叶片光合作用较弱，且进行细胞呼吸作用消耗有机物，故及时去掉作物下部衰老变黄的叶片，减少有机物的消耗，利于作物有机物的积累，C正确；“露田，晒田”能为根系提供更多O2，促进根细胞有氧呼吸，有利于根吸收更多的无机盐，D正确。]
5．(2021·海南等级考)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
(1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是________________。除通气外，还需要更换营养液，其主要原因是____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图甲，培植区的光照强度应设置在________点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是________。

甲　　　　　　　　　　　　乙
(3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图乙，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量将________。
[解析]　(1)营养液中的生菜长期在液体的环境中，根得不到充足的氧，影响呼吸作用，从而影响生长，培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是促进生菜根部细胞呼吸；营养液中的无机盐在培植生菜的过程中会被大量吸收，因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量；B点为光饱和点对应的最大光合速率，因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度，根据题干“为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度”可知：该条件下光合速率增大，则B点向右上方移动。
(3)根据曲线可知：在此曲线中光合速率的最适温度为T5，而在该实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低；若将培植区的温度从T5调至T6，导致光合速率减小而呼吸速率增大，生菜植物的有机物积累量将减少。
[答案]　(1)促进生菜根部细胞呼吸　为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长　(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量　B　右上方　(3)低　减少
——环境因素影响细胞呼吸和光合作用的实验探究分析
6．(不定项)(2022·山东等级考)在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶Ⅰ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
BCD　[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的用于产热，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。]
7．(2022·广东惠州调研)为探究大气CO2浓度上升及紫外线(UV)辐射强度增加对农业生产的影响，研究人员人工模拟一定量的UV辐射和加倍的CO2 浓度处理番茄幼苗，直至果实成熟，测定了番茄株高及光合作用相关生理指标，结果见下表。请分析回答：
分组及实验处理
株高(cm)
叶绿素含量
(mg · g－ 1)
光合速率
(μmol·
m－2·s－ 1)
15天
30天
45天
15天
30天
45天
A
对照(自
然条件)
21.5
35.2
54.5
1.65
2.0
2.0
8.86
B
UV照射
21.1
31.6
48.3
1.5
1.8
1.8
6.52
C
CO2浓度倍增
21.9
38.3
61.2
1.75
2.4
2.45
14.28
D
UV照射和 CO2浓度倍增
21.5
35.9
55.7
1.55
1.95
2.25
9.02
(1)光合作用中，CO2在叶绿体________中与C5结合形成C3，这一过程叫作________。部分C3在光反应提供的________的作用下最终形成葡萄糖，这样光能就转化为葡萄糖分子中的化学能。
(2)据表分析，C组光合速率明显高于对照组，其原因一方面是由于____________，加快了暗反应的速率；另一方面是由于____________增加，使光反应速率也加快。D组光合速率与对照组相比无显著差异，说明CO2浓度倍增对光合作用的影响可以________UV辐射增强对光合作用的影响。
(3)由表可知，CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长。有研究者认为，这可能与CO2参与了植物生长素的合成启动有关。要检验此假设，还需要测定A、C组植株中生长素的含量。若检测结果是C组生长素含量________(填“大于”“小于”或“等于”)A组，则支持假设。
[解析]　(1)光合作用暗反应中，CO2在叶绿体基质中与C5(RuBP)结合，这一过程叫作CO2的固定。形成的C3被NADPH还原，该过程还需光反应提供ATP，这样光能就转化为葡萄糖分子中的化学能。
(2)分析表格中数据可以看出，C组光合速率较大，一方面由于CO2浓度倍增，加快了暗反应速率；另一方面，叶绿素的含量增加，吸收光能增加。D组光合速率与对照组相比无显著差异，和对照组相比，增加的条件是CO2倍增和UV照射，说明CO2浓度倍增可以抵消UV辐射对光合作用的影响。
(3)由于假设内容为CO2浓度倍增可以促进番茄植株生长可能与CO2参与了生长素的合成的基因表达有关，因此需要测定植株中生长素的含量，如果C组的生长素含量大于A组，可以证明假设内容。
[答案]　(1)基质　CO2的固定　ATP和NADPH (2)CO2浓度倍增　叶绿素的含量　抵消　(3)大于
考点3　光合作用和细胞呼吸的相关实验


1．利用液滴移动测定光合速率
(1)实验装置

甲装置　　　　　　　乙装置
(2)测定原理
①在黑暗条件下，甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②在光照条件下，乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于CO2缓冲液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到总(真正)光合速率。
(4)物理误差的校正：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，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
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(真正)光合作用强度的试题，其中“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：
规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总(真正)光合作用量。
规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差为总(真正)光合作用量。
3．厘清光合作用与呼吸作用实验设计中实验条件的控制方法
(1)增加水中O2——泵入空气或放入绿色水生植物。
(2)减少水中O2——容器密封或油膜覆盖。
(3)除去容器中的CO2——氢氧化钠溶液。
(4)保持容器中CO2浓度不变——CO2缓冲液。
(5)除去叶片中原有的淀粉——置于黑暗环境中一段时间。
(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
(7)消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。
(8)探究酵母菌的呼吸方式，检测产生的CO2情况——用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝溶液。
(9)除去叶子中的叶绿素——酒精隔水加热。
(10)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。


1．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验设计思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
预期结果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

设置对照实验(光照组和黑暗组)→控制自变量、检测因变量→比较两组的实验结果。

提示：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分韭菜幼苗置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素并比较滤纸条上的色素带。
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
2．现有载有水绵和好氧型细菌的临时装片、红光源和绿光源，请设计实验验证植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率，简要写出实验方案和预期实验结果与结论。
实验设计思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
预期结果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

恩格尔曼实验→设置红光和绿光的对比实验→控制自变量，排除无关变量→检测因变量。

提示：将临时装片置于没有空气的黑暗环境中，分别用同等强度的红光束和绿光束照射水绵。
好氧型细菌更多聚集在红光束照射的部位，证明植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率。

——细胞呼吸和光合作用的基础实验
1．(2022·南京一模)某小组探究酵母菌和乳酸菌的呼吸方式，实验装置如下图所示。①～③装置中溴麝香草酚蓝(BTB)溶液的最终颜色依次是(　　)
　

A．黄色、黄色、蓝色 B．黄色、蓝色、蓝色
C．蓝色、黄色、蓝色 D．蓝色、黄色、黄色
A　[①和②装置中的酵母菌分别进行了有氧呼吸和无氧呼吸，都有CO2的产生，所以都能使溴麝香草酚蓝溶液变为黄色，③装置中的乳酸菌进行无氧呼吸没有CO2的产生，所以溴麝香草酚蓝溶液为蓝色，A正确。]
2．(不定项)(2021·江苏南通联考)如图是某中学生物兴趣小组为探究二氧化碳浓度对光合作用的影响而设计的装置图，相关叙述正确的是(　　)

A．黑藻的成熟程度、水温的变化、NaHCO3浓度均属于无关变量
B．对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳
C．分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯，作为光源
D．一段时间后测量记录液面高度的变化，推测光合速率的变化
BCD　[黑藻的成熟程度、水温的变化属于无关变量，NaHCO3浓度是自变量，A错误；对照组中的蒸馏水煮沸后冷却可以去除水中的二氧化碳，以排除水中原有二氧化碳对实验的干扰，B正确；分别在距离实验组和对照组黑藻10 cm处放置台灯作为光源，可保证各组光照强度一致，排除无关变量光照强度的干扰，C正确；光合作用产生的氧气可使装置中液面高度发生变化，所以可在一段时间后测量记录液面高度的变化，来推测光合速率的变化，D正确。]
——光合作用的综合实验
3．(2022·济南一模)将长势相同的黑藻均分为八等份，编为A、B两组，每组四等份。将A组分别放入装有300 mL自来水的4只烧杯中，放入光照培养箱中，控制光照强度分别为0 Lux、1 500 Lux、3 000 Lux、4 500 Lux；将B组分别放入装有300 mL自来水且溶解有浓度依次为0%、0.1%、0.5%、2%NaHCO3的4只烧杯中，放入光照培养箱中，控制光照强度为1 500 Lux。用溶解氧传感器检测两组烧杯中黑藻的放氧情况(单位：mg·L－1)，每2分钟采集一次数据，连续采集10分钟，实验结果如下图所示(忽略不同光照强度对水温的影响)：

A组实验结果

B组实验结果
(1)本实验中涉及的自变量有________________________________。
(2)A组实验中，光照强度为3 000 Lux时，10分钟内黑藻通过光合作用产生的氧气量大约为________mg；光照强度为4 500 Lux时，8～10分钟溶解氧量几乎没有发生变化，原因是______________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)B组实验中有一只烧杯溶解氧量几乎未发生变化，该烧杯中黑藻所处的实验条件是________________，此时叶肉细胞中光合速率________(填“＜”“＝”或“＞”)呼吸速率。该烧杯中溶解氧量变化与其他三只烧杯明显不同的原因是_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[解析]　(1)不同功率的灯泡代表不同强度的光照，不同浓度的NaHCO3代表不同浓度的二氧化碳，探究了光照强度和二氧化碳对光合作用的影响，因此本实验中涉及的自变量有：光照强度、NaHCO3浓度、时间。
(2)光合作用产生氧气量表示总光合，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，无光照时黑藻只进行呼吸作用，10分钟内黑藻通过呼吸作用吸收了(4－2)×0.3＝0.6 mg的氧气，光照强度为3 000 Lux时，10分钟内氧气的释放量为(7－4)×0.3＝0.9 mg，故10分钟内黑藻通过光合作用产生的氧气量大约为0.9＋0.6＝1.5 mg；光照强度为4 500 Lux时，随植物光合作用进行，自来水中CO2浓度降低，植物光合速率下降，与呼吸速率大概相等，溶解氧量几乎不发生变化。
(3)烧杯溶解氧量几乎未发生变化，在实验结果的图中表现出来的是溶解氧保持稳定，没有明显的上升或下降趋势，即B组实验结果中的2%NaHCO3、1 500 Lux；烧杯溶解氧量几乎未发生变化，说明植物净光合速率为0，而植物细胞除了进行光合作用的叶肉细胞外，还有一些只进行呼吸作用的细胞(如根尖分生区细胞)，所以此时叶肉细胞中光合速率＞呼吸速率。分析B组实验结果可知，在一定范围内，随着二氧化碳浓度的增大，光合作用增强，而2%NaHCO3浓度较高，使得外界溶液浓度较大，细胞吸水困难，水作为光合作用和呼吸作用的原料，水的减少使得光合作用和细胞呼吸强度均减弱，并且强度相等，即光合作用氧气产生量和呼吸作用氧气消耗量相等。
[答案]　(1)光照强度、NaHCO3浓度、时间 (2)1.5　随着植物光合作用的进行，自来水中二氧化碳浓度降低，植物光合速率下降，与呼吸速率大概相等，溶解氧量几乎不发生变化　(3)2%NaHCO3、1 500 Lux　＞　NaHCO3浓度较高，植物吸水困难，光合作用和细胞呼吸强度均减弱，而且氧气产生量和消耗量相等
——光合作用的实验探究与生产应用
4．(2021·福建选择性考试)大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化，影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置不同CO2浓度(大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC)和磷浓度(低磷浓度LP和高磷浓度HP)的实验组合进行相关实验，结果如下图所示。

图1

图2
回答下列问题：
(1)本实验的目的是探究在一定光照强度下，_________________________
______________________________________________________________。
(2)ATP水解酶的主要功能是____________。ATP水解酶活性可通过测定
________________________________________________________________
__________________________________________________________来表示。
(3)由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞________增强，导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知，大气CO2条件下，高磷浓度能________龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是___________________________________________________________
______________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)结合分析可知，本实验的目的是探究在一定光照强度下，不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响。
(2)酶具有专一性，ATP水解酶的主要功能是催化ATP水解；酶活性可通过产物的生成量或底物的消耗量进行测定，由于ATP的水解产物是ADP和Pi，故ATP水解酶活性可通过测定单位时间Pi的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量来表示。
(3)净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC＋HP处理比LC＋HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，矿质元素的吸收需要能量，因而细胞呼吸增强，导致有机物消耗增加。
(4)由图2可知，大气CO2条件(LC组)下，HP组(高磷浓度)的净光合速率＞LP组(低磷浓度)，故推测高磷浓度能提高龙须菜的净光合速率；结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态。
[答案]　(1)不同CO2浓度和磷浓度对龙须菜ATP水解酶活性和净光合速率的影响　(2)催化ATP水解　单位时间Pi的生成量或单位时间ADP的生成量或单位时间ATP的消耗量　(3)呼吸作用 (4)提高　龙须菜在高磷条件下能快速生长，收获经济效益的同时，能降低海水中的磷等矿质元素的浓度，保护海洋生态
——细胞呼吸和光合作用的创新探究
5．(2022·广东选择性考试)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。

a

b
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是____________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]　(1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm－2，C组叶绿素含量为4.7 mg·dm－2，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能多地吸收光能。
(2)比较图b中B1叶绿素含量为 5.3 mg·dm－2，B2的叶绿素含量为3.9 mg·dm－2，A组叶绿素含量为4.2 mg·dm－2；B1净光合速率为20.5 μmol CO2·m－2·s－1，B2的净光合速率为7.0 μmol CO2·m－2·s－1，A组净光合速率为11.8 μmol CO2·m－2·s－1，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)/2＝4.6 mg·dm－2，平均净光合速率为(20.5＋7.0)/2＝13.75 μmol CO2·m－2·s－1，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。
(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否能提高作物产量。该实验自变量为玉米遮阴程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮阴程度外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮阴条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少。
[答案]　(1)高　遮阴条件下植物为尽可能多地吸收光能而合成较多的叶绿素　(2)糖类等有机物　(3)光照条件　A组　遮阴程度　探究能提高作物产量的具体的最适遮阴比例是多少