2023届高考生物二轮复习细胞呼吸与光合作用学案

这是一份2023届高考生物二轮复习细胞呼吸与光合作用学案，共21页。
第三讲　细胞呼吸与光合作用

考纲导向·明目标
KAO GANG DAO XIANG MING MU BIAO
考纲要求
素养定位
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)。
4．叶绿体色素的提取和分离(实验)。
5．探究酵母菌的呼吸方式(实验)。
1．从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用的基本过程，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化；通过图文结合，将代谢具体过程与线粒体、叶绿体的结构相对应，直观地体会结构与功能相适应；细胞呼吸的内在机制基本相同，细胞都以 ATP作为能量货币，从细胞代谢的角度，进一步认识生物界的统一性，为深入认识生命有共同起源打基础；结合线粒体起源、有氧呼吸与无氧呼吸的关系等内容，形成进化思想观念。(生命观念)
2．学会运用证据和逻辑来评价论点。探索光合作用过程的科学史中众多的事实证据，以及科学家所采用的科学方法，以证据、逻辑为基础来建构概念，从而帮助学生在概念学习过程中，训练、提升科学思维品质。(科学思维)
3．体验科学探究的过程，能设置对照实验、认识对比实验，并能运用所掌握的科学方法和探究技能，开展全过程、开放性的探究。(科学探究)
4．关注细胞呼吸和光合作用的有关原理在生产、生活中的应用，引导学生尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注生物科学技术与社会的关系。(社会责任)
核心考点一　细胞呼吸

核心知识·精解读
HE XIN ZHI SHI JING JIE DU
1．有氧呼吸和无氧呼吸的过程图解

2．细胞呼吸中[H]和ATP的来源和去向
物质
来源
去向
[H]
①有氧呼吸：C6H12O6和H2O；
②无氧呼吸：C6H12O6
①有氧呼吸：与O2结合生成水；
②无氧呼吸：还原丙酮酸
ATP
①有氧呼吸：三个阶段都产生；
②无氧呼吸：只在第一阶段产生
用于几乎各项生命活动
3．真核细胞呼吸过程中有关物质参与的阶段及场所总结
物质
阶段
场所
水
生成于有氧呼吸第三阶段
线粒体内膜
参与有氧呼吸第二阶段
线粒体基质
二氧
化碳
产生于有氧呼吸第二阶段
线粒体基质
产生于无氧呼吸第二阶段
细胞质基质
酒精或
乳酸
产生于无氧呼吸第二阶段
细胞质基质
葡萄糖
参与有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段
细胞质基质
丙酮酸
产生于有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段
细胞质基质
参与有氧呼吸第二阶段和无氧呼吸第二阶段
前者为线粒体基质，后者为细胞质基质
氧气
参与有氧呼吸第三阶段
线粒体内膜
4．细胞呼吸中能量的释放与去向


考题解密
1．(2022·全国甲卷，4)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述，错误的是(　C　)
A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与
D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
【解析】　有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质，第二、三阶段在线粒体，三个阶段均可产生ATP，故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP，A正确；线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该过程需要酶的催化，B正确；丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要氧气的参与，C错误；线粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA，可以通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，D正确。
2．(2022·浙江6月，12)下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是(　B　)
A．人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B．制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2
C．梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D．酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
【解析】　剧烈运动时人体可以进行厌氧呼吸，厌氧呼吸的产物是乳酸，故人体剧烈运动时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸，A正确； 制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理，乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸，无二氧化碳产生，B错误； 梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量，该部分能量大部分以热能的形式散失了，少部分可用于合成ATP，C正确； 酵母菌乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件产生乙醇的原理，故发酵过程中通入氧气会导致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量，D正确。

变式突破
变式一　考查细胞呼吸的类型和过程
1．(2022·蚌埠模拟)如图为有氧呼吸过程示意图。下列相关叙述错误的是(　B　)

A．过程①②③均可产生ATP
B．过程②产生的CO2中的O均来自甲
C．乙来自C6H12O6、甲和丁
D．丙和丁属于同一种物质
【解析】　过程①②③分别表示有氧呼吸的第一、第二和第三阶段，这三个阶段都可以产生ATP，A项正确；有氧呼吸第二阶段(②)产生的CO2中的O一部分来自丁(H2O)，另一部分来自甲(丙酮酸)，B项错误；乙是[H]，一部分来自C6H12O6，另一部分来自甲和丁，C项正确；丙和丁都是H2O，D项正确。
变式二　影响细胞呼吸的环境因素及应用
2．(2022·开封模拟)干种子萌发过程中，CO2释放量(QCO2)和O2吸收量(QO2)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：

(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是__自由水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应需要水的参与，水参与物质运输__(至少答出两点)。
(2)在种子萌发过程中的12 h～30 h，细胞呼吸的产物是__酒精、水__和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡，原因是__缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用__。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括__适宜的光照、CO2和无机盐等__。
【解析】　(1)干种子吸水后，自由水比例大幅增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是自由水是细胞内的良好溶剂，许多生物化学反应需要水的参与，水参与物质运输。(2)种子萌发过程中的12 h～30 h，释放的二氧化碳量大于消耗的氧气量，说明细胞既进行无氧呼吸，也进行有氧呼吸，所以细胞呼吸的产物是酒精、CO2和水。由于缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足生命活动所需，无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，故种子萌发过程缺氧，将导致种子萌发速度变慢甚至死亡。(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件有适宜的光照、CO2和无机盐等。
核心考点二　光合作用

核心知识·精解读
HE XIN ZHI SHI JING JIE DU
1．光合作用中元素的转移途径

(1)H：3H2O[3H](C3H2O)。
(2)C：14CO2(14CH2O)。
(3)O：H2；CC3(CHO)＋H2O。
2．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化

(2)物质含量变化
条件
光照由强到弱，CO2供应不变
光照由弱到强，CO2供应不变
CO2供应由充足到不足，光照不变
CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量
__增加__
减少
减少
__增加__
C5含量
减少
__增加__
__增加__
减少
[H]和ATP
的含量
减少
__增加__
增加
__减少__
(CH2O)的
合成量
__减少__
增加
__减少__
增加
3．图解光合作用速率的曲线
(1)图示

(2)真正光合速率(又称总光合速率)＝净光合速率(又称表观光合速率)＋细胞呼吸速率(黑暗中测量)。

考题解密
3．(2022·广东高考，18) 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。


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__高__，原因可能是__遮阴条件下植物合成较多的叶绿素__。
(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__糖类等有机物__，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__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所示的条件，分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__遮光程度__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：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是__探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少__。
【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，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图b中B1叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2；B1净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，A组净光合速率为11.8，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为5.3＋3.9＝9.2，净光合速率为(20.5＋7.0)/2＝13.75，两项数据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组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度，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，并保证除遮光条件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组遮光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光比例是多少。

变式突破
变式一　考查光合作用的过程
3．(2022·开封模拟)如图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(　B　)

A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B．c为ATP，f为[H]
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O
D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
【解析】　图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确、B项错误；18O2H218OC18O2(CHO)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
变式二　结合图像探究影响光合作用的环境因素
4．(2022·开封模拟)阳光穿过森林中的空隙形成光斑，下图表示一株生长旺盛的植物在光斑照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，据此下列分析正确的是(　C　)

A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
【解析】　光斑照射前，有氧气释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是先增加然后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；光斑移开后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
核心考点三　光合作用与细胞呼吸的关系

核心知识·精解读
HE XIN ZHI SHI JING JIE DU
1．图解细胞呼吸和光合作用的物质转化过程
(1)物质转化过程图解

(2)相应元素转移过程
元素
转移过程
C

O

H

2．细胞呼吸和光合作用的能量转换过程

3．分析一昼夜内密闭环境中CO2和O2含量的变化


(1)光合速率等于呼吸速率的点是C、E。
(2)图甲中N点低于虚线，该植物一昼夜内表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜内密闭容器中CO2浓度降低，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
(3)图乙中N点低于虚线，该植物一昼夜内不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜内密闭容器中O2浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。

考题解密
4．(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　D　)
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【解析】　初期容器内CO2浓度较大，光合作用速率大于呼吸作用速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，A错误；根据分析由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，所以说明植物光合作用速率大于呼吸作用速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用速率与呼吸作用速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
5．(2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是__O2、[H]和ATP__(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是__自身呼吸消耗或建造植物体结构__(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是__C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2__。
【解析】　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEP，Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。

变式突破
变式一　结合物质和能量变化考查光合作用和细胞呼吸的过程
5．(2022·大连模拟)绿色植物光合作用和呼吸作用之间的能量转换如图所示，图中①～⑥代表物质，有关叙述错误的是(　D　)

A．植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在①中
B．叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
C．给植物提供HO，短时间内生成的O2和CO2均可含18O
D．物质④在叶绿体基质中合成，在线粒体基质中分解
【解析】　物质④为葡萄糖，在叶绿体基质中合成，在细胞质基质中分解，D错误。
变式二　运用模型构建探究光合作用与细胞呼吸的关系
6．(2022·长沙高三模拟)如图表示在光照充足、CO2浓度适宜的条件下，温度对某植物光合速率和呼吸速率的影响。下列叙述正确的是(　B　)

A．在15 ℃时呼吸作用为暗反应提供的ATP不足
B．在5～37 ℃范围内，植物均表现为生长状态
C．当温度达到50 ℃时，植物因蛋白质失活而死亡
D．温室栽培中温度控制在30 ℃左右，不利于该植物生长
【解析】　暗反应需要的ATP来自光反应，而不是呼吸作用，A错误；图中显示，在5～37 ℃范围内，实际光合速率始终大于呼吸速率，因此植物均表现为生长状态，B正确；当温度达到50 ℃时，植物仍然能够进行呼吸作用，说明植物没有死亡，C错误；在温度为30 ℃的条件下，实际光合作用速率与呼吸作用速率的差值最大，即植物的有机物净积累量最多，最利于该植物生长，D错误。
变式三　理解光合作用与细胞呼吸的关系及其应用
7．(2022·济宁一模)为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影响。研究人员选取发育进程与长势基本一致的转基因大豆幼苗，在38 ℃高温条件下设置正常(CK)、中度干旱(L)和重度干旱(M)三组来进行一系列实验，结果如图所示。回答下列问题：


(1)研究人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，这主要是由大豆叶肉细胞叶绿体中__类囊体薄膜__上的叶绿素含量降低引起的。
(2)经测定，高温干旱条件下大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质的含量增加，其意义是__提高细胞的渗透压，增强细胞的吸水能力__。
(3)分析图中数据可知，第2～4 d大豆净光合速率下降的主要原因是__气孔导度下降，胞间CO2含量降低__。
由结果可以推断，第4～6 d大豆净光合速率下降主要是由非气孔因素导致的，依据是__气孔导度下降，胞间CO2含量反而升高__。
(4)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)：__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__。
【解析】　(1)随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，是因为叶绿素含量降低，叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)水的渗透方向是从低浓度到高浓度，干旱时，外界浓度升高，吸水困难，植物需要提高自身的浓度，也就是提高渗透压来提高细胞的吸水能力，所以大豆细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质的含量增加。(3)植物叶片通过气孔从外界吸收CO2，CO2含量下降会导致光合速率下降，进而导致净光合速率下降，分析题图可知，第2～4 d大豆净光合速率下降的主要原因是气孔导度下降，吸收的CO2减少，导致胞间CO2含量降低；由结果可以推断，第4～6 d大豆净光合速率下降，此时气孔导度继续在下降，胞间CO2含量反而升高，由此推测主要是由非气孔因素导致的。(4)要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，自变量是高温和干旱，实验组中一组自变量是干旱，另一组自变量是高温，同时还要设置对照组，最后将结果与对照组比较，就能得出导致大豆净光合速率下降的主要因素是高温还是干旱，所以实验思路为：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。
核心考点四　光合作用和细胞呼吸的测定和分析

核心知识·精解读
HE XIN ZHI SHI JING JIE DU
1．小液滴移动法测定光合速率和呼吸速率

(1)测定细胞呼吸速率：
NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸释放的CO2，随着氧气的消耗，容器内气体压强减小，毛细吸管内的有色液滴左移，单位时间内有色液滴左移的体积表示细胞呼吸耗氧速率。
注意事项：
①若被测生物为植物，整个装置必须遮光处理。
②对照组的设置是将所测生物灭活，其他各项处理与实验组完全一致。
(2)测定细胞呼吸类型：
同时设置NaOH溶液组和蒸馏水组，植物需遮光处理，根据两组装置中有色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型。
容器中气
体变化
液滴移动
NaOH
溶液组
蒸馏水组
细胞呼吸类型
不消耗O2，但产生CO2
不移动
右移
进行产生酒精的无氧呼吸
CO2释放量等于O2消耗量
左移
不移动
只进行有氧呼吸
CO2释放量大于O2消耗量
左移
右移
无氧呼吸、有氧呼吸同时进行
(3)测定净光合速率：
①原理：NaHCO3缓冲溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。光照条件下植物释放的氧气，使容器内气体压强增大，毛细吸管内的有色液滴右移，单位时间内有色液滴右移的体积表示净光合作用释放氧气的速率。
②结果：
a．若有色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸强度大于光合作用强度，吸收O2使瓶内气压减小。
b．若有色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度，生成O2量等于消耗O2量，瓶内气压不变。
2．黑白瓶法测定水生植物的光合速率和呼吸速率
(1)实验步骤：
①取三个玻璃瓶，两个用黑胶布包上，并包上锡箔，记为A、B瓶，另一玻璃瓶不做处理，记为C瓶，其中B、C瓶中放入长势良好的同种植物。从待测的水体深度取水，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。
②将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。
(2)实验结果：
①在有初始值的情况下，B瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；C瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
②在没有初始值的情况下，C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。

考题解密
6．(2021·山东高考 21)光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度
(CO2μmol·m2·s-1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度
(CO2μmol·m2·s-1)
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
(1)光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的__基质__中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是__光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多__。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度__低__(填“高”或“低”)，据表分析，原因是__喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等__。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在__100～300__mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
【解析】　(1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点，与对照相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/L时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。

变式突破
变式一　光合作用、细胞呼吸强度的测定
8．(2022·安阳模拟)如图为一测定叶片光合作用强度装置的示意图，其中叶室为透明玻璃材料制成。装置运行后，仪器气路管道中的气体流速满足正常测定的需求。黑暗时测出叶室内的CO2变化值为Q，光照下测出叶室内的CO2变化值为P。下列说法正确的是(　B　)

A．叶片的叶肉细胞叶绿体内参与光合作用光反应阶段的反应物只有H2O、ADP和Pi
B．在光照时，若该叶片实际光合作用消耗CO2的值为W，则W＝P＋Q
C．若光照下测出叶室内的CO2变化值(P)为0，则该植物的呼吸作用强度等于光合作用强度
D．若正常夏日早6点日出，晚6点日落。则一天之中，P值最高点在早6点，最低点在晚6点
【解析】　光合作用的光反应阶段包括H2O的光解(合成[H]需要NADP＋的参与)和ATP的合成(需要ADP和Pi参与)两个过程，故A错误；在光照时，叶室内的CO2的变化值为P表示的是净光合量，测定呼吸作用时的CO2的变化值为Q，植物光合作用总量等于净光合量加呼吸消耗量，故W＝P＋Q，则B正确；若光照下测出叶室内的CO2变化值(P)为0，即净光合作用为0，此时该叶片的呼吸作用强度等于光合作用强度，而该植物的呼吸作用强度大于光合作用强度，C错误；若正常夏日早6点日出，晚6点日落。则一天之中，净光合量P最高点应该在晚上6点左右，故D错误。
变式二　通过测量数据解决实际问题
9．(2021·衡水中学模拟)玉米是C4植物，其叶肉细胞中含有PEP羧化酶(进行CO2固定的关键酶，对CO2有较高的亲和力)，花生是C3植物，叶肉细胞中不含PEP羧化酶，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物不能。图1是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率的变化曲线；图2表示将玉米的PEP羧化酶基因导入花生后，测得光照强度对转基因花生和原种花生光合速率的影响。请据图回答下列问题：


(1)根据图1信息__不能__(填“能”或“不能”)比较玉米和花生的总光合速率，理由是__总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图1中缺少呼吸速率的数值__。
(2)图1中9:30～11:00之间，与玉米相比，花生的净光合速率下降的原因是__夏季气温升高后，部分花生叶片气孔关闭，但花生的叶肉细胞中不含PEP羧化酶，不能利用细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，CO2供应不足，影响暗反应__；在17:00时，玉米和花生中O2的__释放速率__(填“生成速率”或“释放速率”)相同。
(3)图2中，光照强度小于8×102μmol·m-2·s-1时，转基因花生和原种花生的光合速率几乎相同，主要是因为__此范围内光照强度是影响二者光合速率的主要环境因素，CO2浓度并未成为限制因素__。
(4)某兴趣小组在分析图1和图2后认为，由于导入了玉米的PEP羧化酶基因，花生在进行光合作用时，CO2被固定后C的转移路径会发生变化，请提出一种方法对该结论是否正确进行探究：__将两种花生置于特定环境中，给其提供14CO2，检测并记录放射性物质的转移过程__。
【解析】　(1)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图1中仅为净光合速率，缺少呼吸速率的数值。(2)图1中，在夏季晴朗白天，9：30～11：00之间气温较高，蒸腾作用增强，为减少水分散失，部分花生叶片的气孔关闭，胞间CO2浓度降低，但花生的叶肉细胞不含PEP羧化酶，不能利用细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，CO2供应不足，暗反应过程减缓，因而在9:30～11:00之间，花生的净光合速率会出现下降，玉米则不会出现下降；净光合速率可以用O2的释放速率表示。(3)图2中，转基因花生和原种花生最大的不同是转基因花生对二氧化碳的固定能力较强。当光照强度小于8×102μmol·m-2·s-1时，限制二者光合速率的主要环境因素是光照强度，不是二氧化碳浓度，因而其光合速率几乎相同。(4)利用同位素标记法可以追踪物质的运行规律，欲追踪C的转移路径，可给两种花生均提供14CO2，检测并记录放射性物质的转移过程即可。

素养提升
　(2022·鸡西市模拟)据联合国经济与社会事务部预测，2050年全球人口将增至97亿。如果农作物产量依然维持在现有水平，届时人类必将面临严重的粮食短缺局面。世界范围内便掀起了一场以通过生物工程技术提高植物光合效率为中心的“第二次绿色革命”。而“光呼吸代谢工程”被认为是此次革命的一个关键突破口。
(1)绿色植物中RUBP羧化酶(Rubisco)具有双重活性。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水，该反应称为光呼吸。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25～30%。过程如图1所示：

①暗反应的进行不需要光照，但受光照的影响，这是因为__光照影响光反应产生ATP和NADPH的数量，而ATP和NADPH参与暗反应中C3的还原__。
②Rubisco的催化方向取决于CO2与O2的浓度比，请推测具体的情况：__当CO2与O2浓度比高时，Rubisco使暗反应加强；当CO2与O2浓度比低时，Rubisco使光呼吸加强__。
③研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。生产实际中，常通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请分析并解释其原理(从光合作用原理和Rubisco催化反应特点两个方面作答)：__CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度，同时还可促进Rubisco催化更多的C5与CO2结合，减少与O2的结合，从而降低光呼吸速率__。
④已知强光下ATP和NADPH的积累会产生O2-(超氧阴离子自由基)，而O2-会对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图中信息，解释植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是__叶片缺水，气孔部分关闭，CO2吸收减少，低浓度CO2使得光呼吸增强，光呼吸可以消耗多余的ATP和NADPH__。
(2)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途径如图2所示。与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化的反应为C3＋CO2C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2用于暗反应，生成的C3(丙酮酸)再回到叶肉细胞中，进行循环利用。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2。

①研究发现，小麦的光合午休现象很明显，而玉米却几乎没有光合午休现象，从玉米的CO2固定途径分析，可能的原因是__玉米会先通过C4途径把二氧化碳储存起来形成C4，气孔关闭时，C4分解产生二氧化碳，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大__。
②请解释C4植物光呼吸比C3植物小很多的原因：__C4植物叶肉细胞中特殊的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高，在与O2竞争Rubisco中有优势，抑制光呼吸__。
(3)华南农业大学彭新湘课题组利用水稻自身的三个基因，即GLO(乙醇酸氧化酶)、OXO(草酸氧化酶)和CAT(过氧化氢酶)，成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多基因转化技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，从而形成一种类似C4植物的光合CO2浓缩机制(如图3)。

请阐明GOC工程水稻株系的光合效率、生物量、籽粒产量提高的机制：__C3植物叶绿体中引入光呼吸代谢支路，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被分解为CO2，将原本释放于线粒体中的CO2转移到叶绿体中释放，类似于C4植物的CO2浓缩机制，提高叶绿体中CO2浓度，在与O2竞争Rubisco酶中有优势，抑制光呼吸，由此可提高植物的光合效率等__。