2020浙江高考生物二轮讲义：第4讲　细胞呼吸和光合作用


第4讲　细胞呼吸和光合作用
考点
考试内容
考试要求
细胞呼吸的原理
1.需氧呼吸与厌氧呼吸的概念和过程
b
2.需氧呼吸与厌氧呼吸的异同
b
影响细胞呼吸的因素及应用
细胞呼吸在实践中的应用
b
叶绿体色素的种类及提取与分离
1.色素的种类、颜色和吸收光谱
a
2.活动：光合色素的提取与分离
b
光合作用的原理及应用
1.光合作用的概念、阶段、场所和产物
b
2.光反应和碳反应的过程
b
3.活动：探究环境因素对光合作用的影响
c
4.环境因素对光合速率的影响
c
光合作用与细胞呼吸的关系
光合作用与呼吸作用的异同
b
　细胞呼吸与光合作用的关系

1．细胞呼吸的原理
(1)需氧呼吸
①含义：细胞在氧气的参与下，把糖分子氧化成二氧化碳和水，并释放能量，生成大量ATP的过程。
②过程

③反应式：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量。
(2)厌氧呼吸
①场所：细胞溶胶。
②过程
a．第一阶段：与需氧呼吸第一阶段完全相同。
b．第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳或转化成乳酸。
③反应式
a．产物为酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。
b．产物为乳酸：C6H12O62C3H6O3＋少量能量。
2．光合色素
(1)叶绿体色素的种类
色素
功能
叶绿素
叶绿素a：蓝绿色
主要吸收蓝紫光
和红光
叶绿素b：黄绿色
类胡萝卜素
叶黄素：黄色
主要吸收
蓝紫光
胡萝卜素：橙黄色
(2)色素提取与分离实验中的注意事项及操作目的

实验过程
操作过程
操作目的
提
取
色
素
①
选取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
②
将新鲜的菠菜叶烘干、粉碎成干粉，研磨时加入2～3 mL 95%的乙醇
溶解叶片中的色素
③
研磨时加入少许的二氧化硅和碳酸钙
研磨充分和保护叶绿素
④
迅速充分研磨
防止溶剂挥发并充分溶解色素
⑤
盛放滤液的小试管口加棉塞
防止色素分子被氧化
分
离
色
素
①
滤纸条预先干燥处理
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
③
滤液细线要细、齐、直
使分离的色素带平齐，不重叠
④
滤液细线干燥后
重复画3～4次　
使分离的色素带清晰便于观察
⑤
滤液细线不能
触及层析液　
防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中
3.光合作用的过程
(1)光反应
①条件：光、色素、酶、水。
②场所：类囊体膜上(即光合膜)。
③物质变化：H2O＋NADP＋―→NADPH([H])＋O2
ADP＋PiATP
④能量变化：光能―→电能―→活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中。
(2)碳反应
①条件：多种酶、CO2、ATP、NADPH。
②场所：叶绿体的基质中。
③物质变化：CO2首先被1个RuBP分子固定，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子，每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团生成三碳糖，并将NADPH和ATP释放的化学能储存在糖分子中。每3个CO2进入卡尔文循环就形成6个三碳糖，其中5个三碳糖分子再生成RuBP，还有一个三碳糖分子运到叶绿体外合成蔗糖或被叶绿体利用合成淀粉、蛋白质和脂质。
④能量变化：ATP和NADPH中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。
4．光合作用和细胞呼吸的联系
(1)二者的比较

光合作用
细胞呼吸
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
物质变化
无机物有机物
有机物无机物
能量变化
光能―→化学能
化学能―→ATP＋热能
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物、释放能量，供细胞利用
(2)光合作用与细胞呼吸的关系图示

(3)光合作用与需氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去路的比较

比较项目
来源
去路
[H]
光合
作用
光反应中水的光解
作为碳反应阶段的还原剂，用于还原C3
需氧
呼吸
第一阶段、第二阶段产生
用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量
ATP
光合
作用
在光反应阶段合成，其合成所需能量来自色素吸收、转化的太阳能
用于碳反应阶段C3还原，其中活跃的化学能以稳定的化学能形式储存在有机物中
需氧
呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，其合成所需能量来自有机物的分解
水解释放的能量直接用于除碳反应以外的各项生命活动

　如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。

据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是______、______、______、______，[H]代表的物质主要是______________________________________________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是________________________________________________________________________。
[解析]　(1)由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用碳反应阶段参与固定CO2的物质RuBP；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行厌氧呼吸。
[答案]　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　RuBP　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行厌氧呼吸

光合作用与细胞呼吸过程及物质转化分析策略
答题时，应结合所给条件，从以下几个方面进行：
(1)理解教材中光合作用和细胞呼吸的过程图解，把握相关生理过程中的物质变化和能量变化。
①光合作用：物质变化为CO2→C3→RuBP＋(CH2O)、H2O→O2＋NADPH，能量变化为光能→活跃的化学能(NADPH和ATP)→(CH2O)中稳定的化学能。
②细胞呼吸：物质变化为C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)＋4[H]、2C3H4O3(丙酮酸)＋6H2O→6CO2＋20[H]、24[H]＋6O2→12H2O，能量变化为(CH2O)中稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)和热能。
(2)应结合教材图解，准确获取图示中的物质转化信息，据此确定相应生理过程是光合作用过程还是呼吸作用过程，是光反应阶段还是碳反应阶段，或者是需氧呼吸的哪一个阶段。　
[题组突破]
考向一　对细胞呼吸类型的比较及细胞呼吸原理应用的考查
1．(2018·浙江6月学考)真核细胞需氧呼吸中含碳物质的变化是：葡萄糖丙酮酸CO2，其中①、②表示两个阶段。下列叙述错误的是(　　)
A．①和②中产生[H]较多的是②
B．①和②产生的[H]都用于生成H2O
C．①和②是需氧呼吸中释放大量能量的阶段
D．①和②发生的场所分别是细胞溶胶和线粒体
答案：C
2．(2019·浙江1月学考)真核生物厌氧呼吸过程中葡萄糖分解的两个途径如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．甲过程中有ATP的生成
B．乙过程需要乳酸脱氢酶参与
C．丙过程可发生在人体肌肉细胞中
D．甲过程为乙、丙过程提供还原剂
解析：选C。甲过程为糖酵解，有ATP的生成；乙过程为产生乳酸的厌氧呼吸第二阶段，需要乳酸脱氢酶参与；人体肌肉细胞中不能进行产生乙醇和CO2的厌氧呼吸；甲过程为乙、丙过程提供还原氢。故C错误。
考向二　光合色素
3．(2019·浙江4月选考节选)回答与光合作用有关的问题：
在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素合称为________。分析叶绿素a的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的________光。环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与________抑制叶绿素的合成有关。
解析：在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素(胡萝卜素和叶黄素)合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收可见光中的蓝紫光和红光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。
答案：类胡萝卜素　蓝紫光和红　低温
考向三　对光合作用、呼吸作用过程及能量转化的考查
4．(原创)下图为叶绿体结构与功能示意图，A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列叙述不正确的是(　　)

A．参与光合作用的色素位于图中的A部位
B．CO2进入叶绿体后，通过固定形成⑤物质
C．若突然停止光照，C3的含量会升高
D．用14C标记CO2进行光合作用，可在④⑤中测到较高放射性
解析：选B。CO2通过固定形成④物质。
5．(2019·浙江4月选考节选)回答与光合作用有关的问题：
在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中3­磷酸甘油酸的含量会________。为3­磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是________。若停止CO2供应，短期内小球藻细胞中RuBP的含量会________。研究发现Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶，它催化CO2被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体________中。
解析：在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，由于绿光几乎不被吸收，光反应减弱，ATP和NADPH减少，短期内小球藻细胞中3­磷酸甘油酸的含量增加。为3­磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是ATP和NADPH。若停止CO2供应，短期内小球藻细胞中RuBP的含量会增加。Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶，它催化CO2被固定的反应，推知该酶存在于叶绿体基质中。
答案：增加　ATP和NADPH　增加　基质
考向四　光合作用和细胞呼吸综合过程的考查
6．(2019·高考海南卷改编)下列关于绿色植物的叙述，错误的是(　　)
A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B．植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
解析：选B。有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，A正确；植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的，如细胞溶胶和线粒体基质中也可以合成ATP，B错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，从而导致叶肉细胞的叶绿素含量下降，C正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用，D正确。
7．如图所示为甘蔗叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是(　　)

A．过程①产生[H]，过程②消耗[H]，过程③既产生也消耗[H]
B．过程②只发生在叶绿体基质，过程③只发生在线粒体基质
C．过程①消耗CO2释放O2，过程③消耗O2释放CO2
D．若叶肉细胞内过程②的速率大于过程③的速率，甘蔗的干重必然增加
解析：选A。过程①②③分别为光反应、碳反应和呼吸作用，光反应中水的光解产生[H]，碳反应中消耗[H]和ATP，呼吸作用中第一、二阶段产生[H]，第三阶段消耗[H]，A正确；碳反应只发生在叶绿体基质，过程③发生在细胞溶胶和线粒体，B错误；光反应不消耗CO2，只是释放O2，C错误；叶肉细胞内过程②的速率大于过程③的速率，甘蔗的干重不一定增加，因为甘蔗干重增加的条件是整个植株的有机物合成量大于消耗量，而图示仅为叶肉细胞中能量代谢，D错误。
　影响光合作用与细胞呼吸的因素

1．影响因素
(1)光合作用
(2)细胞呼吸
2．光合速率与呼吸速率的关系

(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数据为呼吸速率(A点)。
(2)绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
(3)总(真正)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(4)各点(段)光合作用和呼吸作用分析
A点　　
AB段
B点
B点后
3．从关键词来区分“总光合速率”“净光合速率”和“呼吸速率”
在黑暗时，植物体只能进行呼吸作用，所以在黑暗条件下测得的数据就是呼吸速率；而在光照条件下，植物体可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此，在光下直接测得的数据是净光合速率；总光合速率无法直接测得，只能间接求得：总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。如表列出了部分常见的与总光合速率和净光合速率有关的关键词。

项目
常用关键词
真正光
合速率
O2产生
(生成)速率
CO2固定
速率
有机物产生
(制造、生成)
速率
净(表观)
光合速率
O2释放
速率
CO2吸收
速率
有机物积
累速率
呼吸速率
黑暗中O2
吸收速率
黑暗中CO2
释放速率
黑暗中有机
物消耗速率
特例：如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的量，则该数据为总光合速率。

　(2018·浙江4月选考)各取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)数株，分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3，24 h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素)，测得未胁迫和胁迫8 h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是(　　)

A．寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上[H]的传递
B．寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C．转Z基因提高光合作用的效率，且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D．喷施NaHSO3促进光合作用，且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
[解析]　寡霉素抑制ATP合成酶的活性，A错误；寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体的类囊体膜，B错误；转Z基因提高光合作用效率，减弱寡霉素对光合速率的抑制作用，C错误。
[答案]　D

光合作用和细胞呼吸的计算策略
(1)理清各量的关系
①光合作用所需CO2的来源有两个：细胞呼吸产生的，从周围空气中吸收的(若是水生植物，则是从周围的水中吸收的)(当光合速率大于呼吸速率时)。
②光合作用释放O2的去向有两个：细胞呼吸、释放到周围的空气中(当光合速率大于呼吸速率时)。
③光合作用制造(等同生产、合成)的葡萄糖的去向有两个：细胞呼吸消耗、积累(当光合速率大于呼吸速率时)。
④当在光照下光合作用与呼吸作用同时进行时：光合作用实际产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量；光合作用实际二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳吸收量＋呼吸作用二氧化碳释放量；光合作用葡萄糖净产量＝光合作用实际葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量。
(2)看懂数据及其相互关系是解题的关键
①文字叙述式：利用一段文字直接给出有关数据；
②表格式：在表格中给出相关数据。　
[题组突破]
考向一　以曲线、柱形图等形式考查影响光合作用与细胞呼吸的因素
1．(2018·浙江11月选考)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和pH为7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如下图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化快的品种受除草剂抑制效果更显著
B．与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体膜的功能较强
C．除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能产生三碳糖
D．不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲
解析：选B。单位时间内溶液颜色变化快则说明杂草进行光合作用产生的[H]多，则杂草受除草剂的抑制作用不显著，故A错误。相同除草剂浓度，品种甲的放氧速率比乙低，则品种甲的光反应速率比乙低，光反应发生在类囊体膜上，故除草剂抑制品种甲比抑制品种乙类囊体膜的功能强，故B正确。在实验过程中，溶液中的DCIP作为氧化剂，光反应产生的[H]被DCIP氧化，使得三碳酸不能被[H]还原而产生三碳糖，故C错误。不用除草剂处理时，品种甲和品种乙的放氧速率相同，故D错误。
2．如图表示光照、贮藏温度对番茄果实呼吸强度变化的影响。下列有关叙述错误的是(　　)

A．番茄果实细胞产生CO2的场所是线粒体和细胞溶胶
B．光照对番茄果实呼吸的抑制作用8 ℃时比15 ℃时更强
C．低温、黑暗条件下更有利于贮存番茄果实
D．贮藏温度下降时果实呼吸减弱，可能与细胞内酶活性降低有关
解析：选C。番茄果实需氧呼吸产生CO2的场所是线粒体，厌氧呼吸产生CO2的场所是细胞溶胶，A正确；由题
图看出8 ℃时黑暗条件下与光照条件下呼吸强度差值比15 ℃大即抑制作用更强，B正确；由题图看出低温条件下呼吸强度更低，但黑暗条件下比光照条件下呼吸强度高，所以黑暗条件下不利于果实的贮存，C错误；呼吸过程是酶促反应，酶活性受温度影响，温度降低酶活性降低，D正确。
考向二　光合速率与呼吸速率的相关计算
3．对胡萝卜幼苗在不同环境条件下氧气的吸收量和释放量进行测定，结果如表所示，下列对结果的分析不合理的是(　　)
　　　　　　光照强度(klx)
O2变化量　
(mg/h)　
温度
0
5
10
10 ℃
－0.5
＋3.0
＋4.0
20 ℃
－1
＋2.0
＋5.0
A.在20 ℃时，用5 klx光照胡萝卜幼苗，胡萝卜幼苗叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体、线粒体及细胞溶胶
B．在20 ℃时，分别用10 klx和5 klx光照胡萝卜幼苗10小时，再黑暗14小时，光合作用积累的葡萄糖量前者比后者多28.125 mg
C．在10 ℃时，用5 klx光照胡萝卜幼苗10小时，胡萝卜幼苗所有叶肉细胞产生的氧气为35 mg
D．在10 ℃时，用10 klx光照胡萝卜幼苗4.8小时后，再将胡萝卜幼苗转入20 ℃黑暗环境19.2小时，氧气变化量为0
解析：选C。黑暗中氧气的吸收量代表呼吸速率，光下测定的氧气的释放量是净光合速率，在20 ℃时，用5 klx光照胡萝卜幼苗，净光合速率大于0，则胡萝卜幼苗叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体、线粒体及细胞溶胶，A正确；在20 ℃时，分别用10 klx和5 klx光照10小时，再黑暗14小时，氧气增加量分别是5×10－1×14＝36 mg、2×10－1×14＝6 mg，前者比后者多释放氧气30 mg，换算为葡萄糖则为28.125 mg，B正确；在5 klx光照条件下10小时，10 ℃时光合作用产生的O2总量是(3.0＋0.5)×10＝35 mg，此35 mg氧气为整个幼苗光合作用产生的氧气总量，大于幼苗所有叶肉细胞产生的氧气量，C错误；在10 ℃、10 klx光照4.8小时，积累氧气4×4.8＝19.2 mg，20 ℃黑暗环境19.2小时，消耗氧气1×19.2＝19.2 mg，氧气变化量为0，D正确。
　光合作用与细胞呼吸的实验设计

光合作用与细胞呼吸相关实验设计的方法总结
(1)酸碱指示剂显色法验证光合速率与呼吸速率：在NaHCO3溶液中，加入BTB等酸碱指示剂，BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高，其颜色由蓝→绿→黄，在不同的光照强度下，观察其颜色变化。
(2)叶圆片浮起法验证光合速率：在适宜浓度的NaHCO3溶液中，不同光照强度下，单位时间统计叶圆片浮起的数目。
(3)光合速率与呼吸速率测定的实验装置法
①测定装置

②测定方法及解读
a．测定呼吸强度
Ⅰ.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2；
Ⅱ.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰；
Ⅲ.置于适宜温度环境中；
Ⅳ.红色液滴向左移动(代表呼吸耗氧量)。
b．测定净光合速率
Ⅰ.装置烧杯中放入适宜浓度的NaHCO3溶液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合需求；
Ⅱ.必须给予较强光照处理，且温度适宜；
Ⅲ.红色液滴向右移动(代表净光合速率)。

　(2018·浙江6月学考)某研究小组进行了探究环境因素对光合作用影响的活动，其装置如图所示。实验开始时，经抽气处理的叶圆片沉在NaHCO3溶液底部。

回答下列问题：
(1)光合作用产生的氧气使叶圆片上浮，氧气产生于叶绿体的________，该结构产生的ATP和________用于将3­磷酸甘油酸还原成__________________。
(2)该小组利用上述装置，以叶圆片上浮时间为观察指标，研究NaHCO3浓度对光合作用的影响。在坐标系中用曲线图预测实验结果，并标注横、纵坐标的名称。

(3)该小组还利用菠菜叶圆片研究了某些因素对酶促反应的影响。实验设计和结果如下表：
组别
1
2
3
4
5
菠菜叶圆片(片)
5
5
5
5
5
蒸馏水(mL)
10
8
8
7
6
淀粉酶溶液(mL)
/
2
/
/
/
纤维素酶溶液(mL)
/
/
2
3
4
实验结果
－
－
＋
＋＋
＋＋＋
注：观察前去除液体中叶圆片或残渣；“＋”越多表示溶液绿色越深，“－”表示溶液颜色无显著变化。
①该实验的可变因素是_____________________________________________。
②第3、4、5组的溶液呈绿色，原因可能是__________________________
________________________________________________________________________(答出1点即可)。
[答案]　(1)类囊体膜　NADPH　三碳糖磷酸
(2)
(3)①酶的种类和浓度
②去壁的细胞吸水胀破；叶绿体破裂

(1)测定不同植物光合速率时观察对象不同
①水生植物：单位时间内气泡产生量或气泡生成速率；
②离体叶片：单位时间内上浮叶片数目或全部上浮所需时间；
③植物体上的叶片：碘蒸气处理后叶片颜色的变化；
④水绵：好氧细菌的分布情况。
(2)NaHCO3溶液、NaOH溶液和水的作用。NaHCO3溶液能为水中的植物提供碳源。NaOH溶液能吸收CO2，相应的装置用于测定O2吸收量。加水的对照组中相应的装置用于测定光合作用实验中CO2吸收量和O2释放量的差值，而细胞呼吸实验中测定CO2释放量和O2吸收量的差值。
(3)如何排除环境因素对实验结果的干扰。排除环境因素对实验结果的干扰的总体思路是不让生物进行代谢活动，测量环境因素(如温度等)对实验结果的影响。常用的方法：用等量的消毒过的死的生物材料代替活的生物材料，其他与实验组相同。　
[题组突破]
(2019·浙江1月学考)某同学利用小球藻(一种单细胞真核生物)为实验材料，进行了“探究环境因素对光合作用的影响”的活动，他设计的实验装置如图所示。

回答下列问题：
(1)小球藻进行光合作用时，利用________范围内的光进行光反应，形成了ATP和NADPH。在叶绿体的________中，NADPH为三碳酸的还原提供了________。
(2)该同学研究了不同光强度和不同浓度的NaHCO3溶液对小球藻光合作用的影响，得到实验数据如下：
表：不同实验条件下实验装置中氧气的相对浓度与时间的关系

　　　　培养时间(d)
实验条件　　　　　
0
2
4
6
8
10
12
低光
强度
高浓度NaHCO3
溶液
0.1
0.2
0.6
0.9
1.5
1.8
2.1
低浓度NaHCO3
溶液
0.1
0.2
0.5
0.7
1.4
1.7
2.0
高光
强度
高浓度NaHCO3
溶液
0.1
0.3
1.1
1.4
2.8
3.5
4.3
低浓度NaHCO3
溶液
0.1
0.3
1.0
1.2
1.9
2.2
2.7
①该实验的自变量是________________________；在实验操作过程中，需要保持温度、______________(答出1点即可)等无关变量一致。
②第2～4 d，在高浓度NaHCO3溶液条件下，高光强度组比低光强度组氧气的相对浓度上升快，其主要原因是__________________________；第6 d后高浓度NaHCO3溶液和高光强度组氧气的相对浓度上升显著加快，除上述原因外，还可能的原因是________________________。
解析：(1)小球藻进行光合作用时，利用可见光范围内的光进行光反应，形成了ATP和NADPH。在叶绿体基质中，NADPH为三碳酸的还原提供了氢和能量。(2)①该同学研究了不同光强度和不同浓度的NaHCO3溶液对小球藻光合作用的影响，该实验的自变量是光强度和NaHCO3溶液浓度，在实验操作过程中，需要保持温度、小球藻的起始数量、NaHCO3溶液的量等无关变量一致。②第2～4 d，在高浓度NaHCO3溶液条件下(CO2充足)，高光强度组比低光强度组氧气的相对浓度上升快，其主要原因是高光强度下光反应强度大；第6 d后高浓度NaHCO3溶液和高光强度组氧气的相对浓度上升显著加快，除CO2和光照充足外，还可能的原因是小球藻数量快速增加。
答案：(1)可见光　基质　氢和能量
(2)①光强度和NaHCO3溶液浓度　小球藻的起始数量、NaHCO3溶液的量　②高光强度下光反应强度大　小球藻数量快速增加
课后作业
一、选择题
1．(2019·浙江4月选考)生物利用的能源物质主要是糖类和油脂，油脂的氧原子含量较糖类中的少而氢的含量多。可用一定时间内生物产生CO2的摩尔数与消耗O2的摩尔数的比值来大致推测细胞呼吸底物的种类。下列叙述错误的是(　　)
A．将果蔬储藏于充满氮气的密闭容器中，上述比值低于1
B．严重的糖尿病患者与其正常时相比，上述比值会降低
C．富含油脂的种子在萌发初期，上述比值低于1
D．某动物以草为食，推测上述比值接近1
答案：A
2．下图为酵母菌细胞呼吸代谢简图，①②表示过程，下列叙述错误的是(　　)

A．过程①为糖酵解，所有活细胞中均能发生此过程
B．NADH比NADPH少一个磷酸基团，是一种辅酶
C．丙酮酸只有在有氧的条件下才进入线粒体
D．过程②发生在线粒体内膜，释放的能量大部分用于合成ATP
解析：选D。过程①为糖酵解，葡萄糖在细胞溶胶中被分解，产生丙酮酸和NADH，所有活细胞中无论是需氧呼吸还是厌氧呼吸均能发生此过程；NADH比NADPH少一个磷酸基团，是一种辅酶；丙酮酸只有在有氧的条件下才进入线粒体，被彻底氧化分解为CO2和H2O，同时产生大量能量；过程②发生在线粒体内膜，NADH所携带的氢和电子分别经过复杂的步骤传递给氧，最后形成水，同时产生大量的能量，大部分能量转化为热能，小部分用于合成ATP。故D错误。
3．下列关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是(　　)
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3 次
D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
解析：选B。正确选材和操作是实验成功的关键。在提取叶绿体中的色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤，A项错误；纸层析法分离滤液中的色素时，需用干燥的定性滤纸，B项正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重复画线1～2次，C项错误；研磨叶片时是用无水乙醇溶解色素，D项错误。
4．下列有关乙醇发酵和乳酸发酵的叙述，正确的是(　　)
A．乙醇发酵中乙醇的来源和乳酸发酵中乳酸的来源不同
B．乙醇发酵的第一阶段与乳酸发酵不同，乙醇发酵不进行糖酵解
C．乳酸发酵过程中NADH可将丙酮酸还原
D．乳酸发酵过程中，ATP会在线粒体内膜上产生
解析：选C。乙醇发酵中乙醇的来源和乳酸发酵中乳酸的来源相同，都来自丙酮酸，A错误；不管是乙醇发酵还是乳酸发酵，它们的第一阶段都是糖酵解，B错误；乳酸发酵过程中，NADH将丙酮酸还原为乳酸，C正确；乳酸发酵产生ATP的场所是细胞溶胶，D错误。
5．下图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和RuBP的相对含量随一种环境因素的改变的变化情况，下列对这一环境因素的改变的分析，正确的是(　　)

A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
解析：选D。突然停止光照时，[H]和ATP减少，C3被消耗的量减少，故其含量增多，而RuBP的来源减少，故其含量降低。突然增加CO2浓度时，合成C3的原料增加，导致C3含量增加。增加光照强度时，[H]和ATP增多，C3因大量消耗而减少，RuBP的含量增加。
6．为研究光合作用中ATP合成的动力，20世纪60年代，Andre Jagendorf等科学家设计了如下实验：首先人为创设类囊体内外pH梯度，之后置于黑暗条件下，发现随着类囊体内外pH梯度的消失有ATP形成。下列相关说法合理的是(　　)

A．离体类囊体取自绿色植物根尖分生区细胞
B．在绿色植物中该过程也是在黑暗中完成的
C．ATP的合成需要伴随H＋运输进入类囊体腔
D．推测ATP合成的动力来自H＋浓度梯度势能
解析：选D。类囊体存在于叶绿体中，而绿色植物根尖分生区细胞没有叶绿体；在绿色植物中合成ATP是在光反应阶段进行的，自然环境下此过程需要光照；ATP的合成需要伴随H＋运输出类囊体腔；把悬浮液的pH迅速上升为8，类囊体内外产生了浓度差，此时，在有ADP和Pi存在的情况下类囊体内生成了ATP，因此可以推测ATP合成的动力来自H＋浓度梯度势能。故D正确。
7．科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如下表所示。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
大量3­磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述正确的是(　　)
A．碳反应最初形成的主要是3­磷酸甘油酸(三碳化合物)
B．本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段
C．3­磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等
D．实验结果说明光合作用产物是糖类
解析：选A。由表格可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的物质是3­磷酸甘油酸(三碳化合物)；由题可知，用同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段；根据时间分析可知，3­磷酸甘油酸要先转化成12种磷酸化糖类，然后才转化成氨基酸、有机酸等；表中数据说明光合作用除了产生糖类外，还有氨基酸、有机酸等其他有机物。故A正确。
8．为了研究两个小麦新品种P1、P2的光合作用特性，研究人员分别测定了新品种与原种(对照)叶片的净光合速率，结果如图所示。以下说法错误的是(　　)

A．实验过程中光照强度和CO2初始浓度必须一致
B．可用单位时间内进入叶绿体的CO2量表示净光合速率
C．每组实验应重复多次，所得数据取平均值
D．三个品种达到最大净光合速率时的温度没有显著差异
解析：选B。该实验过程中的光照强度和CO2初始浓度均属于无关变量，无关变量在实验过程中必须一致，A项正确；可用单位时间内植物从外界环境中吸收的CO2量表示净光合速率，B项错误；为了减少实验误差，每组实验应重复多次，所得数据取平均值，C项正确；题图显示，三个品种达到最大净光合速率时的温度都是25 ℃左右，没有显著差异，D项正确。
9．如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程，其中①②表示相关过程，A、B表示两种气体物质，下列说法错误的是(　　)

A．过程①表示光反应，过程②的场所是叶绿体基质
B．物质A表示O2，物质B表示CO2
C．过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能
D．过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的[H]和ATP
解析：选D。由题图可知，过程①②分别表示光反应和碳反应，反应场所分别是类囊体薄膜和叶绿体基质。物质A、B分别表示O2和CO2。光反应能将光能转换成活跃的化学能储存在ATP中，碳反应能将活跃的化学能转变成稳定的化学能储存在葡萄糖中。过程②包括CO2的固定和C3的还原两个阶段，其中CO2的固定不需要消耗①过程产生的[H]和ATP。
10．某密闭温室大棚内CO2浓度的变化如图所示，其中B、C两点的温度相同。下列说法错误的是(　　)

A．B、C两点时温室大棚中的光照强度相同
B．经一昼夜后大棚内植物有机物积累量增加
C．经一昼夜后大棚内O2浓度增加
D．B、C两点时植物细胞的光合作用速率等于细胞呼吸速率
解析：选A。选项B正确，由图可知，一昼夜后大棚内CO2浓度下降，减少的CO2用于合成有机物，因此，经一昼夜后大棚内植物体内有机物积累量将增加。选项C正确，CO2浓度下降，说明光合作用总强度大于细胞呼吸，因此大棚内O2浓度增加。选项A错误、选项D正确，B、C两点的温度相同，说明植物细胞呼吸强度相同，同时由于B、C两点时植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度，说明B、C两点时植物的光合作用强度也相同，但C点时大棚内CO2浓度更低，说明C点时的光照强度必然大于B点时的光照强度。
11．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RuBP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
解析：选B。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；CO2固定需要在CO2供应和C5存在条件下进行，有光、无光均可；测定该酶活性的方法用到了14CO2，属于同位素标记法；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。
二、非选择题
12．(2019·浙江6月学考)希尔反应是测定叶绿体活力的常用方法。希尔反应基本原理：光照下，叶绿体释放O2，同时氧化型DCIP(2，6－二氯酚靛酚)被还原，颜色由蓝色变成无色。DCIP颜色变化引起的吸光率变化可反映叶绿体活力。研究小组利用菠菜叶进行了叶绿体活力的测定实验。回答下列问题：
(1)制备叶绿体悬液：选取10 g新鲜的菠菜叶加入研钵，研磨前加入适量的0.35 mol/L NaCl溶液和pH 7.8的酸碱缓冲液等；研磨成匀浆后，用纱布过滤，取滤液进行________，分离得到叶绿体；将叶绿体置于________溶液中，以保证叶绿体的正常形态，获得叶绿体悬液。
(2)测定叶绿体活力：分组如下，并按下表加入试剂；测定各组吸光率。
试管号
磷酸缓
冲液(mL)
叶绿体
悬液(mL)
煮沸(min)
DCIP(mL)
1
9.4
0.1
－
0.5
2
9.4
0.1
5
0.5
3
9.9
0.1
－
－
注：“－”表示不处理或不加入。
①希尔反应模拟了光合作用中________阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的________中进行。氧化型DCIP在希尔反应中的作用，相当于在该阶段中________的作用。
②煮沸处理后，需向2号试管中加入一定量的________，以保证各试管中液体的量相等。
③3号试管的作用是________________________。
解析：(1)制备叶绿体悬液时，先选取10 g新鲜的菠菜叶加入研钵，研磨前加入适量的0.35 mol/L NaCl溶液(维持叶绿体形态)和pH 7.8的酸碱缓冲液(维持一定的pH)等；研磨成匀浆后，用纱布过滤，取滤液进行离心，分离得到叶绿体；将叶绿体置于0.35 mol/L NaCl(或等渗)溶液中，以保证叶绿体的正常形态，获得叶绿体悬液。(2)①希尔反应模拟了光合作用中光反应阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的类囊体膜中进行。氧化型DCIP(2，6­二氯酚靛酚)可被还原，因此氧化型DCIP在希尔反应中的作用，相当于NADP＋在该光阶段中的作用。②煮沸处理后，因蒸发部分水分，因此需向2号试管中补充一定量的蒸馏水，以保证各试管中液体的量相等。③3号试管的作用是作为对照，测定该浓度叶绿体悬液自身的吸光率。
答案：(1)离心　0.35 mol/L NaCl(或等渗)
(2)①光反应　类囊体膜　NADP＋
②蒸馏水
③测定该浓度叶绿体悬液自身的吸光率作为对照
13．图1为某植物叶肉细胞中叶绿体内部分生理过程示意图，图2为某研究人员根据研究结果，绘制的该植物叶片在光照等环境因素影响下吸收和释放CO2速率的变化曲线。请回答下列问题：

(1)图1表示的过程是光合作用的__________________阶段，该阶段发生的能量转换是________________________________。
(2)图2中t1→t2，叶绿体__________________(填场所)的色素吸收光能增加，加快水的光解，进而加快图1中________________(填字母A～D)的利用。
(3)图2中t2→t3，限制光合速率的环境因素主要是________________。与t2→t3相比，t3→t4和t4后短暂时间内，图1中B的含量变化分别为________________。
(4)图2中________(填“A”“B”或“A＋B”)的面积可表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用固定CO2的总量。
解析：(1)图1表示光合作用的碳反应阶段，该阶段能将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。(2)图2中t1→t2，光照增强，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，光反应产生的[H]和ATP增加，会加快碳反应中CO2(A)、C3(B)、RuBP(D)等物质的利用。(3)图2中t2→t3，光照充足，在t3时补充CO2后光合速率迅速增加，说明t2→t3限制光合速率的环境因素主要是CO2浓度。与t2→t3相比，t3→t4有较多的CO2(A)与RuBP(D)结合，从而使C3(B)的含量增加；t4后短暂时间内，光反应提供的[H]和ATP减少，导致C3(B)的还原受阻，故叶绿体中C3(B)的含量增加。(4)图2中A的面积可表示该植物在一定时间内单位面积叶片净光合作用吸收CO2的量，B的面积可表示该植物在一定时间内单位面积叶片呼吸作用释放CO2的量，故A＋B的面积可表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用固定CO2的总量。
答案：(1)碳反应　ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能　(2)类囊体薄膜上　A、B、D
(3)CO2浓度　增加、增加　(4)A＋B
14．请回答下列与小麦植株生长发育及实验相关的问题：
(1)小麦灌浆期是影响产量的关键时期，如果在这一时期遇到连绵阴雨天气，则小麦的产量会受到严重影响，其主要原因是________减弱，直接影响了光合作用的________阶段。
(2)将小麦幼苗放置在一密闭的玻璃钟罩内培养(光照强度和温度适宜)，测定玻璃钟罩内二氧化碳浓度的变化，则其可能的变化趋势是__________________________________(不
考虑其他生物的影响)，出现这种变化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在栽培管理中，如果遇到严重干旱，小麦叶片会发黄，其可能原因是________________________，出现这种情况后会使提供给碳反应的________(填物质)减少。
(4)某研究小组利用____________(填试剂)提取了小麦叶肉细胞叶绿体中的色素，并利用____________法分离获得了叶绿素a。随后该研究小组做了如图所示实验(A是接受光线的装置)，则在A上几乎看不到______________________光。

解析：(1)连绵阴雨天气，光强度减弱，直接影响了光反应，产生的[H]和ATP减少，从而导致光合作用下降，小麦产量受到严重影响。(2)密闭玻璃钟罩内刚开始CO2浓度较高，光照强度、温度适宜，光合作用速率大于呼吸作用速率，后来由于CO2不断消耗浓度开始下降，光合作用速率随之下降，当光合作用速率等于呼吸作用速率时，CO2浓度保持相对稳定。(3)叶绿素含量高时叶片呈绿色，若叶肉细胞内叶绿素含量下降(叶绿素分解或合成减慢)，则类胡萝卜素含量相对升高，从而使叶片发黄。叶绿素含量下降，吸收和转化的光能减小，光反应减弱，提供给碳反应的[H]和ATP减少。(4)叶绿体中色素的提取通常用无水乙醇或丙酮，利用纸层析法分离色素。叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光，故在A上几乎看不到红光和蓝紫光。
答案：(1)光强度　光反应
(2)逐渐减小，最终保持稳定　起初光合作用速率大于呼吸作用速率，使二氧化碳浓度逐渐减小，随着二氧化碳浓度逐渐减小，光合作用速率也逐渐减小，当光合作用速率与呼吸作用速率相等时，二氧化碳浓度保持稳定
(3)叶绿素分解(或叶绿素合成速率变慢或停止)，类胡萝卜素的颜色呈现出来(答出一项即可)　ATP和[H]
(4)无水乙醇(丙酮)　纸层析　红光和蓝紫