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适用于新教材2024版高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第15讲光合作用细胞呼吸的综合课件新人教版
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这是一份适用于新教材2024版高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第15讲光合作用细胞呼吸的综合课件新人教版，共59页。PPT课件主要包含了素养目标，内容索引，强基础·增分策略，提能力·精准突破，练高考·衍生训练，2结合曲线辨析，考向探究，方法突破等内容，欢迎下载使用。
1 强基础·增分策略
一、细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系1.光合作用与细胞呼吸的物质转化过程
(1)填写相关物质名称:a.叶绿体中的色素,b.O2,c. ATP ,d.ADP,e.NADPH,f. C5 ,g.CO2,h. C3 。
(2)生理过程及场所
(3)完善光合作用与细胞呼吸的物质联系
2.光合作用与细胞呼吸的能量转化
旁栏边角(必修1 P106“拓展应用”2)给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照强度、温度等条件,幼苗的生存时间一般不会太长,请分析可能的原因。提示:随着植物生长,土壤的水分会减少,土壤中的无机盐含量会下降,空气中CO2 含量减少等。
易错辨析(1)光合作用与细胞呼吸总是同时进行的。(必修1 P105旁栏思考)( × )(2)叶绿体产生的O2 可进入线粒体被直接利用,线粒体产生的H2O 可进入叶绿体被直接利用。(必修1 P103正文)( √ )(3)进入叶绿体的CO2 能被NADPH 直接还原,植物体的净光合速率长期为零时会导致植物体停止生长。(必修1 P103正文)( × )
二、真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系1.辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析
以光合速率大于呼吸速率为例
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(1)判定方法
(2)相关计算①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)=实测植物氧气 释放量 + 细胞呼吸耗氧量 。 ②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=实测植物 CO2吸收量 +细胞呼吸CO2释放量。 ③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。
2 提能力·精准突破
考向1 构建模式图,考查物质和能量转化1.(2022大连模拟)绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是( )
A.植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在NADPH和①中B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
D.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解答案:D
2.(2022威海模拟)如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图,①~⑤表示有关过程,X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断,下列说法错误的是( )
A.X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATPB.①~⑤过程中能产生ATP的有①②③④C.②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定D.光合速率小于呼吸速率时,④过程产生的CO2会释放到细胞外
答案:B解析:据图可知,物质X是CO2固定的产物,所以X表示C3。物质Y是葡萄糖氧化分解成CO2的中间产物,所以Y表示丙酮酸。物质Z是光反应产生用于暗反应的ATP,A项正确;图中①过程表示光反应,能产生ATP。②过程表示暗反应中C3的还原,消耗ATP而不能产生ATP。③过程表示有氧呼吸的第一阶段,能产生ATP。④过程表示有氧呼吸第二阶段(或第二、三阶段),能产生ATP。⑤过程表示暗反应中CO2的固定,不能产生ATP,B项错误,C项正确;光合速率小于呼吸速率时,④过程产生的CO2要比⑤过程消耗的CO2多,所以会有一部分CO2释放到细胞外,D项正确。
易错提醒在进行光合作用和细胞呼吸同位素标记分析时,如果分析“首先出现在”“短时间出现在”,一般是要求分析第一步反应,不必沿箭头所指路线过多分析;如果是分析“在哪些物质中出现”,则需要沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来。
考向2 考查NADPH、NADH、ATP的来源与去路3.(2022枣庄模拟)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ATPD.过程①②③④都有能量的转化答案:B
解析:过程①光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行,④有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,A项正确;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项错误;植物体光补偿点时,整体植株的光合作用强度等于细胞呼吸强度,但植物的非绿色组织只能进行细胞呼吸不能进行光合作用,故叶肉细胞的光合作用强度应大于自身的细胞呼吸强度,即③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP,C项正确;过程①②③④不仅有物质的变化过程也伴有能量的转化,D项正确。
4.(2022沈阳一模)下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径,其中①~⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是( )A.过程①②③不在生物膜上进行B.参与过程②③⑤的酶的种类不同C.过程②③④⑤都有ATP产生D.过程③产生的[H]全部来自丙酮酸答案:D
解析:过程①为光合作用暗反应阶段,发生在叶绿体基质中;过程②为有氧呼吸的第一阶段,发生在细胞质基质中;过程③为有氧呼吸第二阶段,发生在线粒体基质中,均不在生物膜上进行,A项正确。过程②③为有氧呼吸的过程,其催化反应的酶都为呼吸酶,过程⑤为光合作用光反应阶段,其催化反应的酶为光合作用酶,酶的种类不相同,B项正确。过程②③④为有氧呼吸的三个过程,均有ATP产生,过程⑤为水的光解过程,有ATP产生,C项正确。过程③(有氧呼吸第二阶段)是丙酮酸和H2O反应产生CO2和[H],释放少量能量,产生的[H]部分来自丙酮酸,部分来自H2O,D项错误。
拓展提升归纳光合作用与有氧呼吸中NADPH、NADH、ATP的来源与去路
分析一昼夜中植物代谢强度变化的两个曲线(1)自然环境中,绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析
(2)相对密闭的环境中,一昼夜CO2含量的变化曲线分析
考向1 围绕光合速率和呼吸速率,考查科学思维1.(2022烟台二模)某生物兴趣小组测定了不同温度条件下,棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗量以及光照条件下单位时间内O2的释放量,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜,消耗的场所是线粒体基质B.20 ℃时棉花植株的总光合作用速率最大C.30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的两倍D.40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失,光合作用停止答案:C解析:O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜,消耗的场所是线粒体内膜,A项错误;20 ℃时棉花植株的净光合速率最大,但呼吸速率较低,故总光合作用速率不一定最大,B项错误;图中O2的消耗速率表示呼吸速率,O2的释放速率表示净光合速率,两条曲线的交点表示净光合速率等于呼吸速率,故30 ℃时,棉花植株的总光合作用速率是细胞呼吸速率的两倍,故此时固定CO2的量是其产生CO2量的两倍,C项正确;40 ℃时棉花净光合速率为0,光合作用并未停止,D项错误。
考向2 围绕不同环境中一昼夜内光合速率曲线分析,考查科学思维2.(2022南京四校联考)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图,下列关于该图的叙述,错误的是( )
A.A点产生的原因是夜温降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少B.开始进行光合作用的点是B点,结束光合作用的点是M点C.光合速率与呼吸速率相等的点是C、H点,有机物积累量最大的点是M点D.DE段下降的原因是部分气孔关闭,CO2吸收减少,FH段下降的原因是光照减弱
答案:C解析:A点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低,呼吸酶活性降低,呼吸速率降低,CO2释放减少,A项正确。由图可知,B点是光合作用开始的点,M点之后,CO2释放速率不变,说明M点之后不再进行光合作用,B项正确。H点之后,光合速率小于呼吸速率,有机物减少,因此有机物积累最大的点是H点,C项错误。DE段光照较强,温度较高致使部分气孔关闭,CO2通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少,光合速率降低;FH段光合速率下降的原因是光照减弱,D项正确。
光合速率与呼吸速率的探究方法(1)“液滴移动”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光合速率。
(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O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。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即总光合作用量。
(3)半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,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。
考向1 光合速率与呼吸速率的测定1.(2022济宁模拟)利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是( )
A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长B.光照强度为1 klx时,装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时,液滴不移动C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短答案:D
解析:根据图乙可知,F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低,适合在较弱光照下生长,A项错误;光照强度为1 klx时,E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率,装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2,使液滴左移,B项错误;光照强度为3 klx时,E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等,但E植物叶圆片的细胞呼吸强度大于F植物叶圆片,故光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等,C项错误;光照强度为6 klx时,E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度,故此光照强度下,E植物叶圆片释放的O2多,故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短,D项正确。
2.(2022衡阳质检改编)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是( )A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是细胞呼吸引起的D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重答案:B
解析:遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱直至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项错误;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
3.某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样,分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg/L,白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a
解析:黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧,A项正确;光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等,说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的细胞呼吸消耗,B项错误;当光照强度为c时,白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量=净光合作用量+细胞呼吸消耗量=(24-10)+(10-3)=21(mg/L),C项正确;由d、e两组数据可知,当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中溶解氧的含量也不再增加,即白瓶中植物的光合速率不再增加,D项正确。
考向2 与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析4.在适宜温度及CO2浓度条件下,某实验小组测得某森林中石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如下表所示。请回答下列问题。
(1)光照直接影响光合作用的 阶段,当光照强度为39 μml·m-2·s-1时,青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有 。 (2)研究的2种植物中,最适合在较弱的光照环境中生长的是 ,判断的依据是 。
(3)研究发现,空气中氧气浓度不同时,对受冷害的植物的光合作用速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合作用速率的影响,请简要写出实验思路并预测实验结果及结论。(实验所需材料及条件都充足)实验思路: 。 预测结果及结论: 。
答案:(1)光反应 细胞质基质、线粒体和叶绿体 (2)青冈 青冈的光补偿点和光饱和点均最低,在较弱光照强度下即可生长 (3)将受冷害的青冈幼苗植株均分成两组,分别置于低氧浓度(1%)和正常氧浓度条件下培养,其他条件相同且适宜,一段时间后测定两组植株的平均光合速率 若甲组的光合速率大于乙组,则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用;若甲组的光合速率小于乙组,则说明低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用;若甲组的光合速率等于乙组,则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响
3 练高考·衍生训练
角度1 光合作用与细胞呼吸的关系1.(2022全国高考乙卷)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( )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答案:D
解析:适宜且恒定的温度和光照条件下,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内O2含量逐渐升高,CO2含量逐渐降低,光合速率逐渐降低,呼吸速率逐渐升高,A、B、C三项错误; 容器内CO2浓度保持相对稳定时,光合速率等于呼吸速率, D项正确。
角度2 光合速率与呼吸速率之间的关系2.(2017北京高考)某植物光合作用、细胞呼吸与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性的理解,错误的是( )
A.细胞呼吸的最适温度比光合作用的高B.净光合作用的最适温度约为25 ℃C.在0~25 ℃范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大D.适合该植物生长的温度范围是10~50 ℃
答案:D解析:由图可知,细胞呼吸的最适温度为50 ℃,总光合作用的最适温度为30 ℃,A项正确;由图可知,植物体在25 ℃时,净光合速率最高,说明该温度为净光合作用的最适温度,B项正确;在0~25 ℃范围内,光合作用的增大速率大于细胞呼吸,说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的影响大,C项正确;由图可知,超过45 ℃,净光合速率为负值,没有有机物的积累,不适合植物生长,D项错误。
角度3 与光合作用和细胞呼吸有关的实验设计与分析3.(2022广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图1),测定相关指标(图2),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 ,原因可能是 。 (2)比较图2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1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。收获后分别记录各组玉米的籽粒质量。 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 。
答案:(1)高 遮阴条件下可合成较多的叶绿素 (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最适遮阴比例
解析:本题主要考查光照程度与光合作用的关系,考查实验探究能力以及获取信息的能力。由图1可知,A组未遮阴,B组植株一半遮阴(50%遮阴),C 组全遮阴(100%遮阴)。(1)由图2可知,培养10天后,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2,C组叶绿素含量为4.7 mg/dm2,原因可能是遮阴条件下,光照强度适宜,植物合成较多的叶绿素,从而吸收较多的光能。(2)由图2中B 1组叶绿素含量为5.3 mg/dm2,B2组叶绿素含量为3.9 mg/dm2,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2;B1组净光合速率为20.5 μml CO2/ (m2·s),B2组净光合速率为7.0 μml CO2/(m2·s),A 组净光合速率为 11.8 μml CO2/(m2·s),可推测B组玉米植株的总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 (mg/dm2),净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 (μml CO2·m-2·s-1),两项数据显示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。
1 强基础·增分策略
一、细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系1.光合作用与细胞呼吸的物质转化过程
(1)填写相关物质名称:a.叶绿体中的色素,b.O2,c. ATP ,d.ADP,e.NADPH,f. C5 ,g.CO2,h. C3 。
(2)生理过程及场所
(3)完善光合作用与细胞呼吸的物质联系
2.光合作用与细胞呼吸的能量转化
旁栏边角(必修1 P106“拓展应用”2)给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照强度、温度等条件,幼苗的生存时间一般不会太长,请分析可能的原因。提示:随着植物生长,土壤的水分会减少,土壤中的无机盐含量会下降,空气中CO2 含量减少等。
易错辨析(1)光合作用与细胞呼吸总是同时进行的。(必修1 P105旁栏思考)( × )(2)叶绿体产生的O2 可进入线粒体被直接利用,线粒体产生的H2O 可进入叶绿体被直接利用。(必修1 P103正文)( √ )(3)进入叶绿体的CO2 能被NADPH 直接还原,植物体的净光合速率长期为零时会导致植物体停止生长。(必修1 P103正文)( × )
二、真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系1.辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析
以光合速率大于呼吸速率为例
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(1)判定方法
(2)相关计算①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)=实测植物氧气 释放量 + 细胞呼吸耗氧量 。 ②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=实测植物 CO2吸收量 +细胞呼吸CO2释放量。 ③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。
2 提能力·精准突破
考向1 构建模式图,考查物质和能量转化1.(2022大连模拟)绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是( )
A.植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在NADPH和①中B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性
D.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解答案:D
2.(2022威海模拟)如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图,①~⑤表示有关过程,X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断,下列说法错误的是( )
A.X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATPB.①~⑤过程中能产生ATP的有①②③④C.②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定D.光合速率小于呼吸速率时,④过程产生的CO2会释放到细胞外
答案:B解析:据图可知,物质X是CO2固定的产物,所以X表示C3。物质Y是葡萄糖氧化分解成CO2的中间产物,所以Y表示丙酮酸。物质Z是光反应产生用于暗反应的ATP,A项正确;图中①过程表示光反应,能产生ATP。②过程表示暗反应中C3的还原,消耗ATP而不能产生ATP。③过程表示有氧呼吸的第一阶段,能产生ATP。④过程表示有氧呼吸第二阶段(或第二、三阶段),能产生ATP。⑤过程表示暗反应中CO2的固定,不能产生ATP,B项错误,C项正确;光合速率小于呼吸速率时,④过程产生的CO2要比⑤过程消耗的CO2多,所以会有一部分CO2释放到细胞外,D项正确。
易错提醒在进行光合作用和细胞呼吸同位素标记分析时,如果分析“首先出现在”“短时间出现在”,一般是要求分析第一步反应,不必沿箭头所指路线过多分析;如果是分析“在哪些物质中出现”,则需要沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来。
考向2 考查NADPH、NADH、ATP的来源与去路3.(2022枣庄模拟)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ATPD.过程①②③④都有能量的转化答案:B
解析:过程①光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行,④有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行,A项正确;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项错误;植物体光补偿点时,整体植株的光合作用强度等于细胞呼吸强度,但植物的非绿色组织只能进行细胞呼吸不能进行光合作用,故叶肉细胞的光合作用强度应大于自身的细胞呼吸强度,即③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP,C项正确;过程①②③④不仅有物质的变化过程也伴有能量的转化,D项正确。
4.(2022沈阳一模)下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径,其中①~⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是( )A.过程①②③不在生物膜上进行B.参与过程②③⑤的酶的种类不同C.过程②③④⑤都有ATP产生D.过程③产生的[H]全部来自丙酮酸答案:D
解析:过程①为光合作用暗反应阶段,发生在叶绿体基质中;过程②为有氧呼吸的第一阶段,发生在细胞质基质中;过程③为有氧呼吸第二阶段,发生在线粒体基质中,均不在生物膜上进行,A项正确。过程②③为有氧呼吸的过程,其催化反应的酶都为呼吸酶,过程⑤为光合作用光反应阶段,其催化反应的酶为光合作用酶,酶的种类不相同,B项正确。过程②③④为有氧呼吸的三个过程,均有ATP产生,过程⑤为水的光解过程,有ATP产生,C项正确。过程③(有氧呼吸第二阶段)是丙酮酸和H2O反应产生CO2和[H],释放少量能量,产生的[H]部分来自丙酮酸,部分来自H2O,D项错误。
拓展提升归纳光合作用与有氧呼吸中NADPH、NADH、ATP的来源与去路
分析一昼夜中植物代谢强度变化的两个曲线(1)自然环境中,绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析
(2)相对密闭的环境中,一昼夜CO2含量的变化曲线分析
考向1 围绕光合速率和呼吸速率,考查科学思维1.(2022烟台二模)某生物兴趣小组测定了不同温度条件下,棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗量以及光照条件下单位时间内O2的释放量,结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜,消耗的场所是线粒体基质B.20 ℃时棉花植株的总光合作用速率最大C.30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的两倍D.40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失,光合作用停止答案:C解析:O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜,消耗的场所是线粒体内膜,A项错误;20 ℃时棉花植株的净光合速率最大,但呼吸速率较低,故总光合作用速率不一定最大,B项错误;图中O2的消耗速率表示呼吸速率,O2的释放速率表示净光合速率,两条曲线的交点表示净光合速率等于呼吸速率,故30 ℃时,棉花植株的总光合作用速率是细胞呼吸速率的两倍,故此时固定CO2的量是其产生CO2量的两倍,C项正确;40 ℃时棉花净光合速率为0,光合作用并未停止,D项错误。
考向2 围绕不同环境中一昼夜内光合速率曲线分析,考查科学思维2.(2022南京四校联考)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图,下列关于该图的叙述,错误的是( )
A.A点产生的原因是夜温降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少B.开始进行光合作用的点是B点,结束光合作用的点是M点C.光合速率与呼吸速率相等的点是C、H点,有机物积累量最大的点是M点D.DE段下降的原因是部分气孔关闭,CO2吸收减少,FH段下降的原因是光照减弱
答案:C解析:A点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低,呼吸酶活性降低,呼吸速率降低,CO2释放减少,A项正确。由图可知,B点是光合作用开始的点,M点之后,CO2释放速率不变,说明M点之后不再进行光合作用,B项正确。H点之后,光合速率小于呼吸速率,有机物减少,因此有机物积累最大的点是H点,C项错误。DE段光照较强,温度较高致使部分气孔关闭,CO2通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少,光合速率降低;FH段光合速率下降的原因是光照减弱,D项正确。
光合速率与呼吸速率的探究方法(1)“液滴移动”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光合速率。
(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O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。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即总光合作用量。
(3)半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,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。
考向1 光合速率与呼吸速率的测定1.(2022济宁模拟)利用装置甲,在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片,抽出空气,进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是( )
A.从图乙可看出,F植物适合在较强光照下生长B.光照强度为1 klx时,装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时,液滴不移动C.光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率相等D.光照强度为6 klx时,装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短答案:D
解析:根据图乙可知,F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低,适合在较弱光照下生长,A项错误;光照强度为1 klx时,E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率,装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的O2,使液滴左移,B项错误;光照强度为3 klx时,E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等,但E植物叶圆片的细胞呼吸强度大于F植物叶圆片,故光照强度为3 klx时,E、F两种植物的叶圆片产生O2的速率不相等,C项错误;光照强度为6 klx时,E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度,故此光照强度下,E植物叶圆片释放的O2多,故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短,D项正确。
2.(2022衡阳质检改编)研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是( )A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是细胞呼吸引起的D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重答案:B
解析:遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱直至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项错误;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
3.某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样,分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg/L,白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a
解析:黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧,A项正确;光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等,说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的细胞呼吸消耗,B项错误;当光照强度为c时,白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量=净光合作用量+细胞呼吸消耗量=(24-10)+(10-3)=21(mg/L),C项正确;由d、e两组数据可知,当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中溶解氧的含量也不再增加,即白瓶中植物的光合速率不再增加,D项正确。
考向2 与光合作用、细胞呼吸有关的实验设计分析4.在适宜温度及CO2浓度条件下,某实验小组测得某森林中石栎和青冈幼苗叶片的生理指标如下表所示。请回答下列问题。
(1)光照直接影响光合作用的 阶段,当光照强度为39 μml·m-2·s-1时,青冈叶肉细胞消耗ADP的场所有 。 (2)研究的2种植物中,最适合在较弱的光照环境中生长的是 ,判断的依据是 。
(3)研究发现,空气中氧气浓度不同时,对受冷害的植物的光合作用速率的影响是不同的。某实验小组欲探究低氧浓度(1%)对受冷害青冈幼苗的光合作用速率的影响,请简要写出实验思路并预测实验结果及结论。(实验所需材料及条件都充足)实验思路: 。 预测结果及结论: 。
答案:(1)光反应 细胞质基质、线粒体和叶绿体 (2)青冈 青冈的光补偿点和光饱和点均最低,在较弱光照强度下即可生长 (3)将受冷害的青冈幼苗植株均分成两组,分别置于低氧浓度(1%)和正常氧浓度条件下培养,其他条件相同且适宜,一段时间后测定两组植株的平均光合速率 若甲组的光合速率大于乙组,则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定促进(保护)作用;若甲组的光合速率小于乙组,则说明低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用有一定抑制作用;若甲组的光合速率等于乙组,则低氧浓度对受冷害的青冈幼苗的光合作用无影响
3 练高考·衍生训练
角度1 光合作用与细胞呼吸的关系1.(2022全国高考乙卷)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( )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答案:D
解析:适宜且恒定的温度和光照条件下,初期光合速率大于呼吸速率,导致容器内O2含量逐渐升高,CO2含量逐渐降低,光合速率逐渐降低,呼吸速率逐渐升高,A、B、C三项错误; 容器内CO2浓度保持相对稳定时,光合速率等于呼吸速率, D项正确。
角度2 光合速率与呼吸速率之间的关系2.(2017北京高考)某植物光合作用、细胞呼吸与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性的理解,错误的是( )
A.细胞呼吸的最适温度比光合作用的高B.净光合作用的最适温度约为25 ℃C.在0~25 ℃范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大D.适合该植物生长的温度范围是10~50 ℃
答案:D解析:由图可知,细胞呼吸的最适温度为50 ℃,总光合作用的最适温度为30 ℃,A项正确;由图可知,植物体在25 ℃时,净光合速率最高,说明该温度为净光合作用的最适温度,B项正确;在0~25 ℃范围内,光合作用的增大速率大于细胞呼吸,说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的影响大,C项正确;由图可知,超过45 ℃,净光合速率为负值,没有有机物的积累,不适合植物生长,D项错误。
角度3 与光合作用和细胞呼吸有关的实验设计与分析3.(2022广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图1),测定相关指标(图2),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 ,原因可能是 。 (2)比较图2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1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。收获后分别记录各组玉米的籽粒质量。 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 。
答案:(1)高 遮阴条件下可合成较多的叶绿素 (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最适遮阴比例
解析:本题主要考查光照程度与光合作用的关系,考查实验探究能力以及获取信息的能力。由图1可知,A组未遮阴,B组植株一半遮阴(50%遮阴),C 组全遮阴(100%遮阴)。(1)由图2可知,培养10天后,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2,C组叶绿素含量为4.7 mg/dm2,原因可能是遮阴条件下,光照强度适宜,植物合成较多的叶绿素,从而吸收较多的光能。(2)由图2中B 1组叶绿素含量为5.3 mg/dm2,B2组叶绿素含量为3.9 mg/dm2,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2;B1组净光合速率为20.5 μml CO2/ (m2·s),B2组净光合速率为7.0 μml CO2/(m2·s),A 组净光合速率为 11.8 μml CO2/(m2·s),可推测B组玉米植株的总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 (mg/dm2),净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 (μml CO2·m-2·s-1),两项数据显示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。
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