专题05 细胞呼吸和光合作用-备战2022年高考生物专题提分攻略

第5章 细胞呼吸和光合作用

一、基础知识必备
1、有氧呼吸
（1）概念:细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。
（2）过程
阶段
具体过程
发生场所
与氧的关系　
第一阶段
C6H12O6→ 2丙酮酸+4[H]+ATP(少)
细胞质基质　
无关
第二
阶段
2丙酮酸+6H2O → 6CO2+20[H]+ATP(少)
线粒体基质　
无关
第三
阶段
6O2+24[H] → 12H2O+ATP(大量)
线粒体内膜　
必须
有氧
（3）反应式 C6H12O6+6H2O+6O2 → 6CO2+12H2O+能量
2、无氧呼吸
（1）概念:细胞在无氧条件下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解,产生C2H5OH(乙醇)和CO2或C3H6O3(乳酸),释放出少量能量,生成少量ATP的过程。
（2）过程
阶段
具体过程
发生场所
第一
阶段
C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+ATP(少量)
细胞质
基质　
第二
阶段
2C3H4O3+4[H] → 2C2H5OH(酒精)+2CO2
或者2C3H4O3+4[H]→ 2C3H6O3(乳酸)
（3）反应式
(1)无氧呼吸产生酒精的反应式:C6H12O6 → 2C2H5OH+2CO2+少量能量。
(2)无氧呼吸产生乳酸的反应式:C6H12O6 → 2C3H6O3+少量能量。
二、通关秘籍
1、有氧呼吸过程中各元素的去向

反应物中的葡萄糖、水、氧气分别在第一、二、三阶段被利用。产物中的二氧化碳和水分别在第二、三阶段形成。
应用
分析
用“创可贴”等敷料包扎伤口
既为伤口敷上了药物,又为伤口创造了疏松透气的环境,避免厌氧病原菌的繁殖,有利于伤口的痊愈
板结的土壤要及时松土透气
使根细胞进行有氧呼吸,有利于根系的生长和对无机盐的吸收。松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,促使微生物对有机物的分解,有利于植物对无机盐的吸收
稻田需要定期排水
水稻的根细胞比较适应无氧呼吸,但仍然需要进行有氧呼吸,所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足,水稻的根细胞进行酒精发酵,时间一长酒精就会对根细胞产生毒害作用
伤口较深时需到医院治疗
破伤风是由破伤风芽孢杆菌引起的。较深的伤口里缺少氧气,破伤风芽孢杆菌在厌氧环境中生存并大量繁殖
提倡慢跑等有氧运动
有氧运动是指在人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。相反,无氧运动中,肌细胞因氧气不足,要靠乳酸发酵来获取能量,因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢,所以这时人会有肌肉酸胀、乏力的感觉

三、基础知识必备
1、叶绿体的结构及其中的色素
（1）.叶绿体的结构和功能分析表
名称
叶绿体
分布
主要存在于绿色植物的叶肉细胞和幼茎的皮层细胞中
形态
扁平的椭球形或球形
结构
双层膜内含有几个到几十个基粒(由许多片层结构的薄膜堆叠而成),基粒之间充满了基质
主要
成分
类囊体的薄膜上分布有进行光合作用所需的色素和酶,基质中有进行光合作用所需的酶,及少量的DNA和RNA
功能
叶绿体中的色素能吸收、传递和转化光能,叶绿体是真核生物进行光合作用的场所
图示

①外膜,②内膜,③基粒,④基质
（2）叶绿体中的色素及色素的吸收光谱

2、实验:叶绿体色素的提取和分离
（1）实验原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中,因此,可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,从而在扩散过程中将色素分离开来。
（2）实验流程


3、光合作用
（1）光合作用的概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
（2）光合作用的过程
比较项目
光反应
暗反应
过程模型

实质
光能转换为化学能,并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促,以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
(1)水的光解:2H2O→ 4[H]+O2；
(2)ATP的合成:ADP+Pi+能→ATP
(1)CO2的固定:CO2+C5→ 2C3;
(2)C3的还原:2C3 → (CH2O)+C5
能量转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
关系
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP;暗反应为光反应提供ADP和Pi；
(2)没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,有机物无法合成；
(3)光反应是暗反应的物质和能量准备阶段,暗反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段。

四、通关秘籍
1、不同颜色温室大棚的光合效率
（1）无色透明大棚能透过日光中各种色光,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
（2）叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低。
（3）不同颜色的温室大棚光合效率不同,单色光中,红光下光合速率最快,蓝紫光次之,绿光最差。
2、叶绿体的结构与其功能相适应
(1)叶绿体内有许多基粒和类囊体,扩大了受光面积,类囊体的薄膜上还分布着许多吸收光能的色素分子,便于光能的吸收。
(2)类囊体的薄膜上以及叶绿体基质内分布着多种光合作用所必需的酶,有利于光合作用的进行。
2、影响光合作用的因素
（1）光照强度:直接影响光反应的速度,光反应产物[H]和ATP的数量多少会影响暗反应的速度。
（2）温度:影响光合作用过程,特别是影响暗反应中酶的催化效率,从而影响光合速率。
（3）CO2浓度:CO2是暗反应的原料,CO2浓度高低直接影响光合速率。
（4）矿质元素:矿质元素直接或间接影响光合作用。例如镁是叶绿素的组成成分,氮对酶的含量有影响,磷是ATP的组成成分。
（5）水分:水既是光合作用的原料之一,又是植物体内各种化学反应的介质,另外还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体。
（6）日变化:光合速率在一天中有变化,一般与太阳辐射进程相符合,但也有例外,如炎热夏天,中午前后光合速率下降(气孔关闭,CO2供给不足)。
五、知识网络构建


一、 选择题
1.下列关于叶绿体和线粒体比较的叙述,正确的是(　　)
A.ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生,在线粒体中随水的生成而产生
B.都具有较大膜面积和复杂的酶系统,有利于新陈代谢高效而有序地进行
C.光能转变成化学能发生在叶绿体中,化学能转变成光能发生在线粒体中
D.叶绿体中可发生CO2→C3→C6H12O6,在线粒体中则会发生C6H12O6→C3→CO2
【答案】 B
【解析】 光反应进行的过程有水的光解和ATP的合成，而有氧呼吸第一、二阶段都产生ATP和还原氢，第三阶段由前两个阶段产生的氢与氧结合产生大量能量，A项错误。叶绿体通过类囊体堆叠成基粒来扩大膜面积,而线粒体通过内膜向内凹陷成嵴扩大膜面积，二者都有复杂的酶系统与其功能相对应，B项正确。线粒体不能把化学能转变成光能，C项错误。C6H12O6→C3发生在细胞质基质中，D项错误。
2.(2019河北安平中学检测)下图表示叶肉细胞内的部分代谢过程,下列叙述错误的是(　　)

A.过程①表示光合作用的暗反应,该过程不需要光照
B.过程②发生在细胞质基质中,活细胞内都能进行
C.过程③表示有氧呼吸第二阶段,无氧条件下能持续进行
D.过程③产生的[H]、ATP一般不用于过程①
【答案】 C
【解析】 过程①表示光合作用的暗反应,暗反应不需要光照,A项正确。②过程表示细胞呼吸的第一阶段,在细胞质基质中进行,活细胞都能进行,B项正确。过程③表示有氧呼吸的第二阶段,无氧条件下不能进行,C项错误。过程③产生的[H]与O2结合生成H2O,产生的ATP通常用于光合作用之外的生命活动,D项正确。
3.(2019全国Ⅲ理综)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为(　　)
A.有机物总量减少,呼吸强度增强 B.有机物总量增加,呼吸强度增强
C.有机物总量减少,呼吸强度减弱 D.有机物总量增加,呼吸强度减弱
【答案】 A
【解析】 在黑暗中萌发的种子,进行细胞呼吸,消耗有机物,种子中的有机物总量减少;种子在萌发时吸收水分,细胞中的自由水增多,呼吸强度增强,A项正确。
4.将某绿色植物放在特定的实验装置中,研究温度对光合作用和细胞呼吸的影响(其他实验条件都是理想的),实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示:
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2(mg·h-1)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放CO2(mg·h-1)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
下面对该表数据分析正确的是(　　)
A.昼夜不停地光照,在35 ℃时该植物不能生长
B.昼夜不停地光照,在20 ℃时该植物生长得最快
C.每天光照12 h,20 ℃时该植物积累有机物最多
D.每天光照12 h,30 ℃时积累的有机物是10 ℃时的2倍
【答案】 C
【解析】 根据表格数据,光照下吸收CO2的量代表净光合速率,黑暗中释放CO2的量代表呼吸速率,因此净光合速率=总光合速率-呼吸速率。如果昼夜不停地光照,在35℃时该植物能生长,A项错误。并且最适合植物生长的温度是25℃,B项错误。如果每天光照、黑暗各进行12h,则植物积累的有机物的量=12×净光合速率-12×呼吸速率,则在温度为20℃时,该植物积累的有机物为3.25×12-1.50×12=21(mg),为同种条件下最多,C项正确。30℃时每天交替进行12h光照,12h黑暗,有机物积累是10℃时的一半,D项错误。
5.(2017全国Ⅲ理综)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640~660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
【答案】 A
【解析】 类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光,基本不吸收红光,A项错误。各种色素的吸收光谱可以通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B项正确。光合作用的作用光谱可用光合作用的强度随光波长的变化来表示,通常用O2的释放速率或CO2的吸收速率来表示光合作用强度,故C项正确。波长为640~660nm 的光为红光,叶绿素对其吸收量较大,在此波长光下释放O2是由于叶绿素参与了光合作用,故D项正确。
6.在CO2浓度为0.03%和适宜的恒定温度条件下,测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率,结果如下图。下列有关分析正确的是(　　)

A.当光照强度为1 klx时,植物甲开始进行光合作用
B.当光照强度为3 klx时,植物乙的总光合速率是0
C.若在C点时突然停止CO2供应,短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加
D.D点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度
【答案】 D
【解析】 光照强度为1klx时,此时植物甲的光合作用强度等于呼吸作用强度,A项错误。当光照强度为3klx时,植物乙的总光合速率=净光合速率+呼吸速率=0+20=20mg/(100cm2叶·h),B项错误。C点的限制因素主要是CO2浓度,因此突然停止CO2供应,CO2固定受阻,短时间内导致C3的含量会减少,C项错误。D点时植物乙到达光饱和点,因此光照强度不再是限制因素,而题中又提出“适宜的恒定温度条件”,因此此时限制植物乙的光合速率增大的主要因素是CO2的浓度,D项正确。
7．[2020·广东中山测试]下图所示为自然状态下甘蔗一个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中类胡萝卜素主要吸收的是红外光和蓝紫光
B．过程②只发生在叶绿体基质，过程③不只发生在线粒体中
C．过程③释放的能量大部分储存于ATP中
D．过程④释放的能量可以用于ATP的合成
【答案】 B
【解析】　①是光反应，叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；过程②是暗反应，只发生在叶绿体基质，过程③是细胞呼吸，发生在细胞质基质和线粒体中，B正确；过程③是细胞呼吸，释放的能量大部分以热能的形式散失，C错误；过程④表示ATP的水解，释放的能量可用于各项生命活动，但是不可以用于ATP的合成，D错误。
8．[2020·湖北黄冈联考]下图表示萌发的小麦种子中可能发生的相关生理过程，a～e表示物质，①～④表示过程。下列有关叙述正确的是(　　)

A．催化反应②和④的酶都存在于细胞质基质中
B．图中物质c为[H]，它只在有氧呼吸过程中产生
C．图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为ATP
D．①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2
【答案】 D
【解析】　③表示有氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜中进行；④表示有氧呼吸的第二阶段，在线粒体基质中进行，A错误；图中物质c为[H]，它能在有氧呼吸、无氧呼吸过程中产生，B错误；图中①②过程主要发生在小麦种子萌发的早期，其中e为酒精，C错误；①④③过程为有氧呼吸的三个阶段，其中物质a、d分别是丙酮酸和O2，D正确。
9．如图表示某一植物的非绿色器官在不同的O2浓度下气体交换的相对值的变化，下列有关叙述正确的是(　　)

A．图中曲线QR段下降的主要原因是O2浓度增加，有氧呼吸受到抑制
B．以葡萄糖为底物的情况下，Q点只进行无氧呼吸，P点只进行有氧呼吸
C．若图中AB段与BC段的长度相等，此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量等于无氧呼吸消耗的葡萄糖的量
D．O2浓度调节到P点对应的浓度，更有利于水果的运输
【答案】 B
【解析】　图中曲线QR段下降的主要原因是O2浓度增加，无氧呼吸受到抑制，A错误。以葡萄糖为底物的情况下，Q点不吸收O2，说明只进行无氧呼吸；P点O2吸收量等于CO2生成量，说明只进行有氧呼吸，B正确。若图中的AB段与BC段长度相等，说明有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2，根据反应式可知，此时有氧呼吸消耗的葡萄糖量与无氧呼吸消耗的葡萄糖量之比是1：3，C错误。图中R点时CO2的释放量表现为最低，则有机物的分解量最少，即呼吸作用最弱，该点对应的O2浓度更有利于蔬菜、水果的运输和储存，D错误。
10．[2020·河北唐山考试]运动生物化学研究发现：在跑步开始的5分钟内，心跳显著增快，心脏泵血加剧，但其程度是不均匀的，被称为“心脏适应期”。跑步持续5分钟后，心脏已经适应，心搏有力，泵血均匀，并随时根据运动量的大小作出相应的调整。在跑步20分钟以内，提供能量的主要是体内储存的糖原，跑步20分钟以后，糖原大部分被消耗，供能的主要来源转变为体内的脂肪。下列相关叙述与事实不相符的是(　　)
A．在有氧运动中，糖和脂肪都能分解，产生二氧化碳和水
B．有氧运动中脂肪氧化供能比等量糖类氧化供能耗氧量少
C．以锻炼心肺功能为目的的跑步，时间不应少于5分钟
D．以减肥健美为目的的跑步，时间不应少于20分钟
【答案】 B
【解析】　糖和脂肪的组成元素都为C、H、O三种，在有氧运动中，糖和脂肪都能分解，产生二氧化碳和水，A正确；与糖类相比，脂肪分子中C、H所占比例较大，O所占比例较小，因此，在有氧运动中，脂肪氧化供能比等量糖类氧化供能耗氧量多，B错误；在跑步开始的5分钟内为“心脏适应期”，跑步持续5分钟后，心脏已经适应，心搏有力，泵血均匀，并随时根据运动量的大小作出相应的调整，因此，以锻炼心肺功能为目的的跑步，时间不应少于5分钟，C正确；在跑步20分钟以内，提供能量的主要是体内储存的糖原，跑步20分钟以后，糖原大部分被消耗，供能的主要来源转变为体内的脂肪，因此，以减肥健美为目的的跑步，时间不应少于20分钟，D正确。
11．(2020·衡水中学月考)为了测量某植物的光合速率，在不同温度条件下，给植物一定强度的光照，植物的初始质量为M，光照12 h后质量为M＋X，再黑暗处理12 h后，其质量为M＋Y。不同温度条件下测定的X和Y如表所示(M、X、Y为植物体干重量)。下列叙述错误的是(　　)
温度/℃
15
20
25
30
35
X/g
1.0
2.4
3.2
4.8
4.0
Y/g
0.4
1.6
2.1
3.2
2.0
A.该植物的总光合速率可表示为(2X－Y)/12
B．适当延长光照和黑暗处理时间可减少实验误差
C．该植物置于30 ℃的光照环境下比较有利于有机物的积累
D．在15～35 ℃的温度范围内，细胞呼吸速率先上升后下降
【答案】 D
【解析】 在光照下，植物进行12 h光合作用后质量增加X，则X为净光合作用量。再黑暗处理12 h后，呼吸作用消耗量为X－Y，总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝X＋ (X－Y)＝2X－Y，故总光合速率可表示为(2X－Y)/12，A项正确；测量时出现误差不可避免，如果实验时间过短就测量，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较大；如果适当延长时间，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较小，更接近实际值，B项正确；在光照条件下，该植物在30 ℃下净光合速率最大，最有利于有机物积累，C项正确；在15～35 ℃的温度范围内，12 h呼吸作用消耗量(X－Y)依次是0.6、0.8、1.1、1.6、2.0，由此可知，细胞呼吸速率一直在上升，D项错误。
12．(2020·张家口检测)下图表示适宜条件下玉米叶肉细胞发生的部分代谢过程示意图，其中A～D为不同的反应过程，①～④代表不同的物质。下列相关叙述有误的是(　　)

A．A、B过程最终把光能转变成有机物中稳定的化学能，发生在叶绿体
B．C、D过程把稳定的化学能转变成活跃的化学能，主要场所是线粒体
C．适宜条件下，①物质产生后，除部分释放外，其余的在线粒体内膜参与生成H2O
D．NADPH转化形成的②物质积累到一定程度时，会转移至线粒体被还原
【答案】 D
【解析】 过程A为光反应，过程B为暗反应，玉米利用叶绿体通过光合作用把光能最终转变成有机物中稳定的化学能，A正确； C、D过程是有氧呼吸，发生的主要场所是线粒体，细胞通过有氧呼吸实现了有机物中稳定化学能到活跃化学能的转变，B正确；适宜条件下，玉米叶肉细胞光合作用强度大于细胞呼吸强度，故①物质(氧气)产生后，一部分释放，一部分转移到线粒体被利用，C正确；NADP＋在叶绿体不会大量积累，也不会转移至线粒体被还原，D错误。
三、非选择题
13.科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题。

图1

图2
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量　　　　　　,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中　　　　　的干扰。 
(3)图1在反应室中加入NaHCO3 的主要作用是　　　　　　　。若提高反应液中NaHCO3 浓度,果肉放氧速率的变化是　　　　　　　　(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。 
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15~20 min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若在20 min 后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有　　　　　　(填序号:①C5　②ATP 
③[H]　④C3),可推测20~25 min 曲线的斜率为　　　　(填“正值”“负值”或“零”)。 
【答案】 (1)CaCO3　光合色素溶解在乙醇中　(2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度　溶解氧　(3)提供CO2　增大后稳定　(4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等　①②③　负值
【解析】(1)提取色素时,加入CaCO3研磨的目的是防止色素被破坏。果肉薄片中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故果肉薄片长时间浸泡在乙醇中会因色素溶解在乙醇中而变白。(2)光照强度、温度、CO2浓度均会影响光合作用强度。测定放氧速率时,应排除反应液中溶解氧的干扰。(3)反应室中加入NaHCO3的目的是为植物的光合作用提供原料CO2。若提高NaHCO3浓度,在一定范围内光合作用逐渐增强,超过一定浓度,光合作用不再增大,故放氧速率的变化是先增大后稳定。(4)由图2可知15~20minO2浓度不变,说明光合作用强度与细胞呼吸强度相等,光合作用释放的O2量与细胞呼吸消耗的O2量相等。若突然停止光照,光反应产物[H]、ATP的产生减少,C3的还原减慢,C5的消耗不变,故C5、ATP、[H]的含量下降。20min 时光合作用强度与细胞呼吸强度相等,20min后停止光照,则光合作用强度减小,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度,20~25min 曲线下降,斜率为负值。
14.(2019河北示范性高中4月联考)某生物兴趣小组在探究多种环境因素对水稻光合作用影响的活动中,测得水稻吸收(用“+”表示)或释放(用“-”表示)CO2的速率(单位:m·h-1)随温度变化的部分数据如下表所示。请回答下列问题。
组别
条　件
温　　度
10℃
20℃
30℃
35℃
40℃
45℃
A
黑暗
-5
-10
-18
-34
-40
-34
B
适当遮阴,CO2浓度为0.03%
3
5
0
-16
-24
-24
C
全光照,CO2浓度为0.03%
5
8
4
2
0
-14
D
全光照,CO2浓度为1.22%
10
20
40
28
12
0
(1)A组数据可表示水稻的　　　　　　　随温度变化的情况。由表中数据可知,影响水稻光合速率的外界因素有　  　。 
(2)分析表中数据可知,在相同温度下,C组的光合速率明显高于B组的,其原因是　　　　　　　　。
(3)若对水稻进行光照、黑暗处理各12 h,根据表格中信息,应选择光照为　　　　　、CO2浓度为　　　　、光照下温度为　　　　和黑暗下温度为　　　　的条件,以保证水稻中有机物的积累量最多。 
【答案】 (1)呼吸速率　光照强度、温度、CO2浓度
(2)在温度和CO2浓度都相同的情况下,C组的光照强度强于B组的,C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多,促进了C3的还原,使暗反应加快,光合速率升高 (3)全光照　1.22%　30 ℃　10 ℃
【解析】 (1)A组实验是在黑暗条件下测得的,可以表示水稻在不同温度条件下的呼吸速率;根据表格信息判断,此实验中影响光合速率的因素有温度、光照强度和二氧化碳浓度。
(2)根据表格分析,B组与C组的唯一变量是光照强度,在温度和CO2浓度都相同的情况下,C组的光照强度高于B组的光照强度,C组光反应阶段产生的ATP和[H]较多,促进了C3的还原,使暗反应加快,C组的光合速率升高,所以在相同温度下,C组的光合速率明显高于B组。
(3)根据题意分析,对水稻进行光照、黑暗处理各12h,欲使水稻中有机物积累的量最多,则光照条件下的净光合速率与黑暗条件下的呼吸速率的差值应该最大,因此应选择光照为全光照、CO2浓度为1.22%、光照下温度为30℃和黑暗下温度为10℃的条件。
15.(2018全国Ⅱ理综)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如下图所示,据图回答问题。


(1)从图可知,A叶片是树冠　　　　(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是　　　　　　　　。 
(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的　　　反应受到抑制。 
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是　　　　　　　　。 
【答案】(1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗　(3)无水乙醇
【解析】(1)据图可知,相同光照强度下,两种叶片净光合速率有所不同,且A叶片达到净光合速率最大值时的光照强度小于B叶片达到净光合速率最大值时的光照强度,所以A叶片是树冠下层的叶片。
(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,说明光合作用的光反应不变,光反应产生的ATP和NADPH不变,A叶片净光合作用速率下降的原因是暗反应受到抑制。
(3)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以常用无水乙醇提取绿叶中的叶绿素。
16．植物的光合作用是合成有机物的主要途径。下图一是光合作用过程示意图，其中A、B、C代表物质；图二表示在不同条件下某植株的光合作用速率。请据图分析回答：

(1)图一中A代表的物质是______________________________________________________________。
(2)充足光照下，光合作用利用的CO2主要来自______，也有部分是由细胞的________(填场所)产生的。
(3)磷酸转运器能将磷酸丙糖运出的同时将无机磷酸等量运入叶绿体。当细胞质基质中无机磷酸相对含量降低时，________(填“促进”或“抑制”)磷酸丙糖的外运，同时______________________的合成量增加。
(4)图二是利用密闭大棚进行实验所得结果，这一实验过程中的自变量有____________________；30 ℃时，给提供饱和CO2浓度的大棚通风，图一中C物质合成速率________(填“增加”“减小”或“不变”)。
(5)冬季晴天大棚蔬菜的生产除了应适当升温外，还可采取施用有机肥的方法达到增产的目的，原因是______________________________________________________________________________________。
【答案】(1)ATP和[H]　(2)大气　线粒体(基质)　(3)抑制　淀粉　(4)温度和二氧化碳浓度　减小　(5)有机肥被微生物分解既可提高环境中的二氧化碳浓度也可为植物提供无机盐
【解析】(1)分析图一可知，A表示[H](NADPH)和ATP，B表示三碳化合物(C3)，C表示五碳化合物(C5)。(2)充足光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，光合作用利用的CO2主要来自大气，也有部分来自线粒体。(3)由题中信息可知，磷酸转运器能将磷酸丙糖运出的同时将无机磷酸等量运入叶绿体，结合题图可知，当细胞质基质中无机磷酸相对含量降低时，会抑制磷酸丙糖的外运，磷酸丙糖的外运被抑制后，淀粉的合成量增加。(4)根据坐标曲线图可知，该实验过程中的自变量有温度和二氧化碳浓度。C表示五碳化合物，30 ℃时，给提供饱和CO2浓度的大棚通风，将导致大棚中CO2浓度降低，二氧化碳浓度降低，会使C3的含量减少，因此会导致五碳化合物的合成速率减小。(5)由于有机肥被微生物分解既可以提高环境中二氧化碳的浓度，也可以为植物提供无机盐，故可以采取施用有机肥的方法达到增产的目的。
17．[2020·安徽滁州调研]玉米与其他植物间行种植称为间作，单独种植玉米称为单作。玉米与大豆间作可增产(已知玉米株高大于大豆)。下图是玉米与大豆间作和玉米单作在不同光照强度下测得的单株玉米吸收CO2的速率(假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同)。请分析回答下列问题：

(1)光照强度为a时，间作和单作光合速率无明显差别，导致该现象的主要原因是________________。
(2)光照强度为c时，间作的光合速率比单作高，从环境角度分析，间作时对________和________的利用优于单作。
(3)光照强度为b时，单作玉米的叶绿体固定CO2的速率为________μmol·m－2·s－1。
(4)光照强度为d时，玉米间作时平均每个叶肉细胞中产生[H]和ATP的量比单作时______(多、少、相等)。
【答案】(1)光照强度低(弱)　(2)CO2　光能　(3)15　(4)多
【解析】(1)分析题图可知：当光照强度等于或小于a时，间作和单作的光合速率无明显差别；当光照强度大于a后，间作的光合速率逐渐高于单作；因此当光照强度为a时，导致间作和单作光合速率无明显差别的主要原因是光照强度低。(2)影响光合作用的环境因素有光照强度、温度、CO2浓度等。当光照强度为c时，间作的光合速率比单作高，说明间作时对CO2和光能(或光照)的利用优于单作。(3)当光照强度为零时，纵坐标对应的数值为玉米的呼吸速率＝5μmol·m－2·s－1，光照强度为b时，单作玉米吸收CO2的速率即净光合速率＝10μmol·m－2·s－1，而叶绿体固定CO2的速率即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝10＋5＝15μmol·m－2·s－1。(4)间作和单作的情况下玉米的呼吸速率相等，均为5μmol·m－2·s－1；光照强度为d时，间作的净光合速率为17μmol·m－2·s－1，而单作的净光合速率为10μmol·m－2·s－1，因此玉米间作时的总光合速率(22μmol·m－2·s－1)大于单作时的总光合速率(15μmol·m－2·s－1)，即玉米间作时每个叶肉细胞中光反应产生的[H]和ATP的量比单作时多。
18．下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H])，请回答下列问题：

(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为______________________，其中大多数高等植物的______________________需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在__________________________(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在____________________________(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为____________________________后进入乙，继而在乙的____________________________(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的______________________(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括__________________________(填序号)。
①C3的还原　②内外物质运输　③H2O裂解释放O2
④酶的合成
【答案】(1)叶绿素、类胡萝卜素　叶绿素　(2)类囊体膜上　基质中 (3)丙酮酸　基质中　内膜上　(4)①②④
【解析】(1)甲表示叶绿体，是光合作用的场所；乙是线粒体，是有氧呼吸的主要场所；参与光反应阶段的将光能转变为化学能的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物的叶绿素需要在光照条件下合成。(2)光反应的场所是类囊体薄膜，因此细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到叶绿体内，在类囊体薄膜上组装；二氧化碳的固定发生在叶绿体基质中，因此核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到叶绿体内，在叶绿体基质中组装。(3)在氧气充足的条件下，叶绿体产生的三碳糖在细胞质基质中分解为丙酮酸，然后进入线粒体基质中，彻底氧化分解成CO2；图中叶绿体中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在线粒体内膜上转移到ATP中。(4)叶绿体光反应产生ATP，因此图中线粒体为叶绿体提供的ATP用于光反应以外的生命活动，如C3的还原、内外物质运输、酶的合成等，而H2O裂解释放O2属于光反应。
19．[2019·全国卷Ⅰ]将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________________________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________________________，出现这种变化的主要原因是________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
【答案】(1)增强 (2)降低　 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
【解析】(1)干旱处理后，该植物根细胞中溶质浓度增大，使根细胞的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，从外界吸收的CO2减少，使该植物的光合速率降低。(3)要验证干旱条件下ABA引起气孔开度减小，需要取ABA缺失突变体植株，在正常条件下测定其气孔开度，经干旱处理后，再测定其气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。再将上述干旱处理后的ABA缺失突变体植株随机分为两组，一组不做处理(对照组)，一组进行ABA处理(实验组)，在干旱条件下培养一段时间后，测定两组的气孔开度，预期结果是实验组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
20．(2020·山东等级考)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。

(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为_______。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________________________。
(3)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________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是____________________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
【答案】　(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5)　(2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少。
【解析】　(1)根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO2的固定为CO2和C5结合生成C3，C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
21．某研究小组为探究CO2浓度和光照强度对天竺葵植株光合作用的综合影响，他们设计了如下图所示的实验装置若干组，利用缓冲液维持密闭小室内CO2浓度的相对恒定，在室温25 ℃的标准状态下进行了一系列的实验，对相应装置准确测量的结果如下表所示。回答以下问题：

甲
组别
实验条件
液滴移动(mL/h)
光照强度(lx)
CO2(%)

1
0
0.05
左移2.24
2
800
0.03
右移6.00
3
1 000
0.03
右移9.00
4
1 000
0.05
右移11.20
5
1 500
0.05
右移11.20
6
1 500
0.03
右移9.00
(1)图甲装置内液滴移动的距离可反映出装置内______的含量变化情况。
(2)与组别4比较可知，限制组别3液滴右移的主要环境因素是______________。
(3)若将实验装置中的CO2缓冲液改为蒸馏水，则在光照强度为0时，实验测得的数据指标的含义是_______________。
(4)若利用甲装置测定光合作用强度，为了使实验结果更加准确，应增加一个乙装置，乙装置应在甲装置的基础上进行修改，乙装置中应放置的是_______________。简要实验步骤如下：
步骤一：测定植物的呼吸作用强度，即将甲、乙装置遮光处理、放在温度等条件相同的环境中，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。
步骤二：测定植株的净光合速率，即______________________________________________，30 min后分别记录甲、乙两装置液滴移动的方向和刻度。
【答案】(1)氧气(或O2)　(2)CO2浓度　(3)天竺葵植株释放的CO2量与吸收的O2量的差值　(4)等量天竺葵死植株　将甲、乙装置放在光照充足，适宜温度等条件相同的环境中
【解析】　(1)植物光合作用吸收的CO2全部来自CO2缓冲液。植物光合作用制造的O2量等于植物释放的O2量＋植物呼吸消耗的O2量。图甲装置内液滴移动的距离可代表装置内植物光合作用释放的O2的含量变化。(2)第3、4两组对比，CO2浓度增大，植物光合作用释放的O2量增多，故限制第3组装置液滴右移的主要环境因素是CO2浓度。(3)如果将实验装置中的CO2缓冲液改为蒸馏水，蒸馏水可排除实验中溶剂对实验的影响。在光照强度为0时，植物光合作用光反应停止，而呼吸作用吸收O2、释放CO2，故实验测得的数据为天竺葵植株释放的CO2量与吸收的O2量的差值。(4)光照引起装置内的温度升高，小室内气体的物理性膨胀影响实验结果的可靠性，应增加一个乙装置进行对照实验，将甲装置内的天竺葵植株换成等量的天竺葵死植株，注意小烧杯中放CO2缓冲液而不是蒸馏水，其他装置和条件不变。测定植物的呼吸作用强度，首先应该排除光合作用的影响，故应将装置放在黑暗的环境中，在黑暗中天竺葵植株只进行呼吸作用不进行光合作用，呼吸作用的O2利用量等于O2吸收量，呼吸作用的CO2产生量等于CO2释放量。测定植株的净光合速率，将甲、乙装置放在光照充足，适宜温度等条件相同的环境中，在甲、乙两装置的烧杯中加入NaHCO3溶液，可以补充光合作用吸收消耗的CO2，确保装置中液滴移动是光合作用释放的O2引起的。
22．(2020·深圳高级中学测试)很多植物通过光合作用，不仅有葡萄糖的合成，还有淀粉和蔗糖生成。某种植物叶肉细胞的暗反应、蔗糖与淀粉合成代谢途径如下图所示(Pi代表无机磷酸，三碳糖磷酸进一步转化形成葡萄糖)。请回答下列问题：

(1)磷酸转运器位于________， 其功能是_____________。在叶绿体和线粒体中，Pi参与合成的物质包括______________等。
(2)在碳同化过程中，二氧化碳与五碳化合物结合的反应属于________过程，该反应的产物接受________(填数字标号)被还原。
(3)若蔗糖合成或输出受阻，则进入叶绿体的________数量减少，会使________大量积累在叶绿体膜附近，最终导致光反应中合成________数量下降，碳同化循环减速。此时过多的三碳糖磷酸，一方面可用于_______，以维持暗反应的进行，另一方面可用于_______，以维持光反应的进行。
(4)光合作用旺盛时，许多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体________。
【答案】(1)叶绿体内膜上　由叶绿体转运出三碳糖磷酸，同时向叶绿体内转运进Pi　ATP、核酸　(2)CO2固定　①和②　(3)Pi　三碳糖磷酸　ATP　转化为五碳化合物　淀粉的合成　(4)吸水涨破
【解析】　(1)图中显示的是光反应和暗反应及蔗糖的合成过程，磷酸转运器位于叶绿体内膜上，其功能是由叶绿体转运出三碳糖磷酸，同时向叶绿体内转运进 Pi。在叶绿体和线粒体中，Pi参与合成的物质包括ATP和核酸等。(2)由图可知，在碳同化过程中，二氧化碳与五碳化合物结合的反应属于碳固定过程，该反应的产物C3接受①[H]和②ATP被还原。(3)若蔗糖合成或输出受阻，三碳糖磷酸转化脱去Pi的过程受阻，形成的Pi减少，则进入叶绿体的Pi数量减少，已经转运的三碳糖磷酸不能及时消耗，会积累在叶绿体膜附近，由于Pi是合成ATP的原料，最终导致光反应中合成ATP的数量下降，碳同化减速。此时过多的三碳糖磷酸，一方面可用于转化为五碳化合物，与二氧化碳结合，以维持暗反应的进行，另一方面可用于淀粉的合成，既能消除三碳糖磷酸的积累，又能提供Pi，以维持光反应的进行。(4)光合作用合成的糖类，如以大量可溶性糖的形式存在，使得叶绿体渗透压升高引起吸水，而过度吸水则可能导致叶绿体吸水涨破。