新教材高考生物一轮复习能力素养提升课2光合作用与细胞呼吸的综合分析及应用课件

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一、光合作用与有氧呼吸的内在关系典例剖析1.下列关于叶绿体和线粒体的叙述,正确的是(　　)A.在叶绿体中可发生CO2→C3→C6H12O6的变化,在线粒体中则会发生C6H12O6→C3→CO2的变化B.NADPH在叶绿体中随水的光解而产生,NADH在线粒体中随水的生成而产生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.都具有较大的膜面积和复杂的酶系统,有利于新陈代谢高效有序地进行
葡萄糖分解为丙酮酸是在细胞质基质中进行的,而不是在线粒体内进行的,A项错误。NADPH在叶绿体中随水的光解而产生,线粒体中随水的生成而消耗NADH,B项错误。线粒体中发生的能量变化是有机物中的化学能转变成热能和ATP中的化学能,并不能发生化学能转变成光能,C项错误。叶绿体内有很多基粒,线粒体内膜的某些部位向内腔折叠形成嵴,使叶绿体和线粒体都具有较大的膜面积和复杂的酶系统,有利于新陈代谢高效有序地进行,D项正确。
2.某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验,连续48 h测定温室内CO2含量及植物的CO2吸收速率,得到下图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定)。据图分析,下列叙述正确的是(　　)A.图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个B.绿色植物的CO2吸收速率达到最大的时刻是第45小时C.实验开始的前24 h比后24 h的平均光照强度弱D.实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所是线粒体和叶绿体
呼吸速率与光合速率相等时,植物从外界吸收CO2的速率为0,所以呼吸速率与光合速率相等的时间点有4个,即第6小时、第18小时、第30小时、第42小时,A项错误。叶绿体利用CO2速率最大的时刻是CO2吸收速率曲线的最高点,即第36小时,B项错误。由温室内CO2含量曲线及CO2吸收速率曲线可知,第24小时温室内CO2含量与初始时相等;第48小时温室内CO2含量比第24小时低,所以前24 h比后24 h的平均光照强度弱,C项正确。由曲线可知,实验过程中有些时段植物既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,D项错误。
要点整合1.光合作用与细胞呼吸中的物质、能量转化(1)物质转化
注呼吸Ⅰ表示有氧呼吸的第一阶段或无氧呼吸的第一阶段,呼吸Ⅱ、Ⅲ分别表示有氧呼吸的第二、第三阶段。
2.光合速率与呼吸速率(1)呼吸速率的表示方法:将植物置于黑暗环境中或选用非绿色组织,测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)净光合速率和真正光合速率。①净光合速率:常用单位时间内单位面积的叶片O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。②真正光合速率:常用单位时间内单位面积的叶片O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
(3)光合速率与呼吸速率的关系:真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。若用O2、CO2或葡萄糖的量表示可得以下关系式。①光合作用产氧量=O2释放量+细胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定CO2量=CO2吸收量+细胞呼吸释放的CO2量。③光合作用葡萄糖产生量=葡萄糖积累量(增重部分)+细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
(4)各点(段)光合作用和细胞呼吸分析。
3.有机物的变化曲线及密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线(1)用曲线表示绿色植物一昼夜有机物的制造、消耗与积累。①典型图示②曲线解读a.积累有机物时间段:CE段(不包括C、E两点)。b.制造有机物时间段:BF段(不包括B、F两点)。c.消耗有机物时间段:OG段。d.一天中有机物积累最多的时间点:E点。e.一昼夜有机物的积累量:SP-SM-SN(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积)。
(2)在相对密闭的环境中,一昼夜CO2含量变化曲线图和O2含量变化曲线图的比较。
即时演练1.下图表示的是北方某作物植株一昼夜CO2吸收量的变化。图甲为盛夏的某一晴天,图乙为春天的某一晴天。下列关于两图的相关原因的分析,错误的是(　　)A.适当提高温度可以增加OA的绝对值B.图甲中有机物积累最多的是G点,两图中植物B点时的干重均低于A点时的干重C.两图中DE段叶绿体中C3含量均大大减少D.图甲中E点和G点相比,E点叶绿体中的ATP含量较多
据题图分析可知,有机物总积累量可用曲线与横轴围成的有关面积表示。适当提高温度可提高细胞呼吸强度,A项正确。G点光合作用强度等于细胞呼吸强度,之后细胞呼吸强度大于光合作用强度,故有机物积累最多的是G点,两图中AB段只进行细胞呼吸,故植物B点时的干重均低于A点时的干重,B项正确。图甲DE段,光照强,气温高,为减少蒸腾作用散失水分,气孔关闭,导致CO2供应不足,光合作用速率略有下降,C3合成减少,消耗未变,含量减少;图乙DE段,光照强度减弱,光反应减弱,导致光合作用强度减弱,C3合成不变,消耗减少,含量增加,C项错误。图甲中E点与G点相比,叶绿体中的ATP含量较多,D项正确。
2.下图表示某植物叶肉细胞进行光合作用和有氧呼吸的过程,其中甲~丁表示场所,a~d表示相关物质。下列叙述正确的是(　　)A.a表示NADPH,该物质与呼吸作用产生的[H]是同一物质B.乙为叶绿体基质,该处主要发生CO2的固定和C3的还原过程C.d表示O2,在线粒体内膜上与d结合的[H]都来自葡萄糖D.该叶肉细胞在夜间合成ATP数量最多的场所是丙
题图中甲是叶绿体的类囊体薄膜,乙是叶绿体基质,丙是细胞质基质,丁是线粒体,a是NADPH,b是ATP,c是CO2,d是O2。光合作用产生的NADPH与呼吸作用产生的[H]不是同一物质,A项错误。暗反应包括CO2的固定和C3的还原两个过程,主要发生在叶绿体基质中,B项正确。在线粒体内膜上与O2结合的[H]最终来自葡萄糖和水,C项错误。夜间叶肉细胞只能进行细胞呼吸,细胞呼吸中合成ATP最多的是发生在线粒体内膜上的有氧呼吸第三阶段,D项错误。
3.(不定项选择题)为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响,研究者选取至少具有10个棉铃的植株,去除一定数量的棉铃,3 d后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量(占叶片干重的比例),结果如下图所示。
下列相关分析错误的是(　　)A.由图1可知,随着去除棉铃比例的增大,叶片光合速率逐渐下降B.本实验中对照组(空白对照组)植株CO2固定速率相对值是28C.由图2可知,去除棉铃后,植株叶片中淀粉和蔗糖的含量不一定增加D.综合图1、图2结果可推测,叶片光合产物的积累有利于光合作用
由题图1可知,随着去除棉铃比例的增大,叶片光合速率(CO2固定速率相对值)逐渐下降,A项正确。本实验对照组是没有去除棉铃的植株,CO2固定速率相对值是28,B项正确。由题图2可知,去除棉铃后,植株叶片中淀粉和蔗糖的含量增加,C项错误。去除棉铃后,造成叶片光合产物积累,不利于光合作用的进行,D项错误。
二、测定真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用方法及实验探究典例剖析某兴趣小组设计了下图所示的实验装置若干组,在室温(25 ℃)下进行了一系列的实验。下列关于实验过程中装置条件及结果的叙述,错误的是(　　)A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照,则液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测定真正光合作用强度,则需另加设一组装置遮光处理,X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照,光合作用大于细胞呼吸时,液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理,消耗的底物为脂肪时,液滴左移
当装置给予光照时,装置内植物既进行光合作用也进行细胞呼吸,CO2缓冲液可保持装置内CO2含量不变,那么液滴移动距离即表示净光合作用释放O2的多少,A项正确。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,测定呼吸速率需另加设一组装置遮光处理(不能进行光合作用),为去除有氧呼吸产生的CO2的干扰,将X溶液更换为NaOH溶液,那么测得液滴移动距离即为有氧呼吸消耗O2的量,B项正确。若X溶液为清水并给予光照,装置内植物光合作用吸收的CO2量=释放的O2量,液滴不移动,C项错误。若X溶液为清水并遮光处理,植物只进行有氧呼吸,但由于消耗的底物为脂肪,其消耗O2的量大于产生CO2的量,液滴向左移动,D项正确。
要点整合测定真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用方法及实验探究(1)利用装置法测定植物的光合速率与呼吸速率①将植物(装置甲)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(装置乙)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出真正光合速率。
(2)叶圆片称量法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,如下图所示,以有机物的变化量为指标测定真正光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
(3)黑白瓶法“黑白瓶法”是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方法,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;二者之和为真正光合作用量。再通过计算得出真正光合速率、净光合速率和呼吸速率。规律2:没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有气体量与黑瓶中测得的现有气体量之差为真正光合作用量。再通过计算得出真正光合速率。
(4)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进行物质和能量的转移。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,照光的叶片质量大于暗处的叶片质量,超过部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出真正光合速率。
即时演练1.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,进行了下图所示的实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),在不同时间分别于同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片,烘干后称其重量,测得叶片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6[g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)A.下午4时后将整个实验装置遮光3 hB.下午4时后将整个实验装置遮光6 hC.下午4时后在阳光下照射1 hD.晚上8时后在无光下放置3 h
起始干重为上午10时移走的叶圆片干重x g,从上午10时到下午4时,叶片在这6 h内既进行光合作用,又进行细胞呼吸,所以下午4时移走的叶圆片干重(y g)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x g)的差值,就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量(y-x)g。若要求出细胞呼吸消耗的干物质量,应将叶片遮光处理,先假设叶片遮光处理为a h后干重为z g,则细胞呼吸消耗干物质量为(y-z) g。已知测得叶片的叶绿体光合作用速率为(3y-2z-x)/6[g/(cm2·h)],据真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6 =(y-x)/6+(y-z)/a ,计算出a=3。
2.下表是采用黑白瓶(不透光瓶和可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均O2质量浓度与24 h后平均O2质量浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　　)A.水深1 m处白瓶中水生植物24 h制造的氧气为 3 g/m3B.水深2 m处黑瓶中水生植物不能进行水的光解,但能进行C3的还原C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用