2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第三单元第04讲光合作用


第04讲　光合作用、细胞呼吸在生命体系中的关系及应用
最新考纲
高频考点
核心素养
光合作用与细胞呼吸在植物代谢中的综合性考查(Ⅱ)
光合作用与呼吸作用在作物增产中的实际应用
科学探究与社会责任——灵活运用所学的生物知识，尝试解释当今生产实践中有关增产增收问题

考点一　光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用

1．光合作用与有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物合成有机物
有机物被分解成无机物
能量变化
光能→稳定的化学能
稳定的化学能→热能、ATP中活跃的化学能
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
场所
主要是叶绿体
细胞质基质和线粒体
条件
只在光下进行
时刻都能进行
2.光合作用与有氧呼吸的联系

(1)物质方面
C：CO2C6H12O6C3H4O3CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6
[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃的化学能C6H12O6中稳定的化学能
3．在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的计算

(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。
(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。
(3)真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
①光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。
③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
　热图解读
有关光合速率(真光合)、净光合速率与呼吸速率的曲线总结
相关曲线分析


以测定的CO2吸收量与释放量为指标


【真题考情】　(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的______________上，该物质主要捕获可见光中的________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
教材命题
本题主要考查光合色素、影响光合作用的因素以及光合作用与呼吸作用的关系等知识，意在考查考生的识图析图能力以及运用所学知识进行分析判断的能力。要求考生须具备一定的科学思维能力，及社会责任意识。阴生植物光合作用“吸收”的CO2量应该是指“固定”的CO2量，考生不可因惯性思维而错答
微解导思　由图中植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率三者之间的关系可知，图中植物群体光合速率其实代表总光合速率，阴生植物光合作用“吸收”的CO2量应该是指“固定”的CO2量。(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到此点需要的光照强度低。
答案　(1)类囊体薄膜　蓝紫光和红光
(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低
(3)低
考向一 光合作用与呼吸作用基本过程的联系
1．如图表示光合作用与细胞呼吸过程中物质变化的关系，下列相关说法正确的是(　　)

A．1、5过程都能为绿色植物的各种生命活动提供能量
B．有氧呼吸和无氧呼吸都能进行的是3过程
C．1过程产生的[H]不能与氧结合生成水
D．某植物细胞内1过程产生的O2若参与到5过程中需至少穿越4层磷脂分子
解析　图中1过程为光合作用的光反应阶段、2过程为光合作用的暗反应阶段、3过程为有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段、4过程为有氧呼吸的第二阶段、5过程为有氧呼吸的第三阶段。1过程产生的ATP只能用于叶绿体内的生命活动。有氧呼吸和无氧呼吸相同的过程是细胞呼吸的第一阶段，即3过程。1过程产生的[H]主要用于暗反应，也能与氧结合。植物细胞内1过程产生的O2若参与到5过程中至少需穿越叶绿体的2层膜和线粒体的2层膜，即8层磷脂分子。故选B。
答案　B
2．如图为某植物叶肉细胞内生理活动的示意图，其中a、b代表细胞结构，①～⑤代表物质，下列说法正确的是(　　)

A．色素只存在于结构a中，可以用无水乙醇进行提取
B．图中a实现的能量转换为光能直接转换为稳定的化学能
C．①②分别为H2O和CO2，该细胞的光合速率小于呼吸速率
D．⑤代表的物质为ATP，图中细胞外K＋运输到细胞内的方式是主动运输
解析　分析题图可知，图中结构a代表叶绿体、b代表线粒体，叶肉细胞中叶绿体中含有色素，液泡中也可能含有色素，A项错误；a代表叶绿体，叶绿体是植物细胞进行光合作用的场所，光合作用过程中发生的能量变化是光能先转换成ATP中活跃的化学能，ATP中活跃的化学能再转换成(CH2O)中稳定的化学能，B项错误；①可用于光合作用和细胞呼吸，且细胞呼吸也可产生①，所以①为H2O，②可来自细胞外和线粒体，推知其为CO2，该细胞需要从外界吸收CO2，所以光合速率大于呼吸速率，C项错误；⑤代表的物质为ATP，由此可以判定K＋由细胞外运输到细胞内的方式为主动运输，D项正确。
答案　D
考向二 光合作用与呼吸作用在生产实践中的应用
3.(2019·山东联考)如图是温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用影响的研究结果，有关说法不正确的是(　　)

A．光合酶和呼吸酶的最适温度不同，光合作用速率最大时的温度为30 ℃
B．在15 ℃时，光合作用速率为呼吸作用速率的3.5倍
C．每天光照12 h，最有利于植物生长的温度是25 ℃
D．持续光照，最有利于植物生长的温度是25 ℃
解析　本题借助柱状图考查光合作用和呼吸作用的关系及其影响因素。光照下CO2吸收量表示净光合速率，黑暗中CO2释放量表示呼吸速率，从图中分析可知，当温度超过25 ℃时，该植物的净光合速率下降，而呼吸速率上升，说明光合酶和呼吸酶的最适反应温度不同，真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图中该值最大是在30 ℃，为3.5＋3＝6.5(mg/h)，A项正确；15℃时，光合作用速率＝2.5＋1＝3.5(mg/h)，呼吸速率为1 mg/h，前者是后者的3.5倍，B项正确；每天光照12 h，则黑暗12 h，有利于植物生长的应是24 h积累有机物最多的温度，25 ℃时有机物的积累值用CO2吸收值表示约为(3.8－2.3)×12＝18(mg)，而20 ℃时该值约为(3.2－1.5)×12＝20.4(mg)，因此，最有利于植物生长的温度在20 ℃左右，C项错误；持续光照，净光合速率最大的是25 ℃，该温度下积累有机物最多，因此最有利于植物生长，D项正确。
答案　C
4．科研人员进行植物叶面积指数与细胞呼吸、总光合作用量、干物质积累量关系的实验，所获有关数据如下表所示。请据表判断下列叙述正确的是(　　)
叶面积指数/(cm2/cm2)
1
2
3
4
5
6
7
8
总光合作用量/
(μmol CO2·cm－2·h－1)
12
35
58
76
85
92
93
93
呼吸量/
(μmol CO2·cm－2·h－1)
8
25
30
45
50
68
93
97
注　叶面积指数指单位地表面积上植物叶片的面积。
A．随着叶面积指数的增加，植物的干物质积累量增加
B．叶面积指数为5时，植物的干物质积累量一定最大
C．叶面积指数>6时，限制植物总光合作用量增加的因素是含水量和温度
D．从能量流动的角度看，植物的干物质积累量≥0
解析　干物质积累量＝总光合作用量－呼吸量，由表可知，植物的干物质积累量随叶面积指数的增加而先增加后减少，A项错误；由表中数据只能得出，植物的干物质积累量最大值对应的叶面积指数在5左右，B项错误；植物的叶面积指数大于6时，由于叶片重叠较多，限制植物总光合作用量增加的因素主要是光照强度，C项错误；在生态系统中，植物要维持生命，其干物质积累量应该大于等于0，D项正确。
答案　D
5．将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干，分组进行如下实验。已知叶片实验前，在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即再光照1 h(光照强度相同)，再测其质量变化，得到如下结果：
组别
甲
乙
丙
丁
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后质量变化/mg
－1
－2
－3
－1
光照后与暗处理前质量变化/mg
＋3
＋3
＋3
＋1
请计算：光合作用最适温度和30 ℃总光合速率各是多少？
解析　解答本题的关键是知道光照后的净光合作用量是从暗处理之后开始积累的，而题目已知的条件是光照后与暗处理前质量的变化，直接计算总光合速率时很容易错把净光合作用量当成总光合作用量。
假设暗处理1 h 后的质量变化为M，即呼吸速率；再给1 h光照，叶圆片积累的总量是N，即净光合速率，则光照后与暗处理前的质量变化为X＝N－M，所以净光合速率(N)＝X＋M，总光合速率＝X＋2M。题表可以转换成：
组别
甲
乙
丙
丁
温度/℃
27
28
29
30
净光合速率/(mg/h)
4
5
6
2
总光合速率/(mg/h)
5
7
9
3
因此，光合作用的最适温度约为29 ℃；温度为30 ℃时叶片总光合速率为3 mg/h。
答案　29℃　3 mg/h
考点二　解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线


[图例分析]
1．图甲中各点含义及形成原因分析
a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段：光合作用大于呼吸作用。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
2．图乙中各点含义及形成原因分析
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点：随光照增强，光合作用强度＝呼吸作用强度。
DH段：光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度<呼吸作用强度，直至光合作用完全停止，只进行呼吸作用。

考向 曲线的综合考查
1．(2019·福建五校联考)如图是大棚番茄在24小时测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是(　　)

A．a点CO2释放量减少可能是由于温度降低使细胞呼吸减弱
B．d点时由于温度升高，蒸腾作用过强使气孔关闭，CO2供应减少
C．如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段
解析　图中虚线表示CO2的吸收速率，Oc段所对应的虚线位于横坐标下面，实际表示CO2的释放速率，b时刻最可能是光合作用起始时刻，b点之前只进行呼吸作用，所以Oa段对应的虚线上升，即呼吸减弱，原因可能是环境温度降低，A项正确；d点时由于温度过高，蒸腾作用过强使植物气孔关闭，从而降低了CO2的吸收速率，B项正确；M点和N点位于实线上，实线表示大棚中CO2的含量，如果N点低于M点，说明经过一昼夜，大棚中的CO2含量减少，减少的CO2被吸收进入植物细胞内合成了有机物，从而使植物体内的有机物总量增加，C项正确；虚线上的c、e两点是虚线与横坐标的交点，此时光合作用速率＝细胞呼吸速率，说明在c点之前和e点之后的一段时间内，植物也在进行光合作用，只是光合作用速率小于细胞呼吸速率，D项错误。
答案　D
2．Ⅰ.如图甲是晴朗夏季的一天中密闭蔬菜大棚内某种气体含量的变化曲线，图乙是植物叶肉细胞相关气体的交换途径，请回答下列问题：

(1)图甲中所测气体为________，DE区段形成的直接原因是光合作用过程中的________过程变弱，进而引起该气体释放减小。
(2)图甲中D点时植物叶肉细胞的气体交换途径有________________(用图乙中字母表示)。
(3)分析图甲，一昼夜该大棚内植物有机物总量______(填“增加”或“减小”)。判断依据是__________________。
Ⅱ.某研究小组利用叶面积相等的A、B两种植物的叶片分别进行了以下实验：给予不同强度的光照，测定两种植物叶片的CO2吸收量，结果如图所示(实验在相同且适宜的温度下进行)。请分析回答：

(4)实验中自变量为____________________________，因变量为______________________。
(5)实验在相同且适宜的温度下进行，其目的是______________________________。
(6)该实验中________(填“有”或“无”)对照组，因此从类型上看，该实验属于________实验。
解析　Ⅰ.(1)根据曲线随时间的变化趋势可知，所测气体是氧气。DE段由于光照过强、气孔关闭，导致环境中二氧化碳进入叶肉细胞受阻，暗反应减弱，进而引起光反应减弱，释放的氧气减少。(2)图甲中D点时光合作用强度大于呼吸作用强度，因此，叶肉细胞的气体交换情况是：从线粒体中吸收二氧化碳(m1)、从环境中吸收二氧化碳(m3)、释放氧气到线粒体中(n1)、释放氧气到环境中(n3)。(3)比较起点A和终点G，可知一昼夜大棚内氧气的浓度增加了，这说明在一昼夜内光合作用释放的氧气量比呼吸作用消耗的氧气量多，因此，植物体内的有机物总量增加。
Ⅱ.(4)实验中自变量有两个，即光照强度和植物种类，因变量是叶片的CO2吸收量。(5)该实验中温度是无关变量，为了避免无关变量对实验的干扰，应让无关变量相同且处于适宜状态。(6)该实验无实验组和对照组之分，属于对比实验。
答案　 Ⅰ.(1)O2　暗反应(或CO2的固定)
(2)m1、m3、n1、n3
(3)增加　G点的O2含量高于A点(一天内光合作用释放O2的量多于呼吸作用消耗的O2量)
Ⅱ.(4)光照强度和植物种类　叶片的CO2吸收量
(5)排除无关变量(温度)的干扰
(6)无　对比
考点三　光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动

1．CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。

(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
(3)若改变某一外界因素(如温度)，使光合作用与呼吸作用均受影响，则补偿点移动要视具体情况而定。例如，提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率增加值，则B点右移，反之左移。
(4)若外界因素改变，导致植物最大光合速率减小，达到最大光合速率所需的CO2浓度(光照强度)也会降低，C点左移，反之右移。
(5)阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
2．其他点的移动也要分情况。例如，呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，D点向左下方移动，反之向右上方移动。

考向 外界条件改变对曲线图的影响
1.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是(　　)
　　　　　　　　　　　
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
解析　图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知当温度从30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
答案　C
2.植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下。测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。下列有关说法，不正确的是 (　　)

A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是叶绿体
B．该植物叶片的呼吸速率是5 mg/(100 cm2叶·小时)
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将右移，c点将下移
解析　由题图可知，在a点时该植物只进行细胞呼吸，不能进行光合作用，所以在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体。从题图中可以看出，光照强度为0时，a点对应的值即为呼吸速率。将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，每100 cm2叶片CO2的净吸收量为10×11＝110 mg；其余时间置于黑暗中，每100 cm2叶片CO2的释放量为5×13＝65 mg，故每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110－65＝45 mg。若将温度升高到30 ℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故b点将右移，c点将下移。
答案　A

光合速率的常用测定方法——气体体积变化法
通过测定光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积来表示光合速率：

1．装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的相对稳定。
2．测定原理
(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的相对稳定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
3．测定方法
(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真光合速率。
4．物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
　提能演练
1．如图是探究某绿色植物光合速率的实验装置图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的CO2浓度。将该装置放在20 ℃、一定光照条件下。实验开始时，针筒的读数是0.2 mL，毛细管内的有色液滴在A处。30 min后，针筒的读数需要调至0.6 mL，才能使有色液滴仍维持在A处。下列有关说法正确的是(　　)

A．若以O2释放量代表光合速率，该植物的净光合速率为1.2 mL/h
B．上述装置测得的数值较植物的实际光合速率数值偏小
C．若在该植物叶片上涂一层凡士林，光合速率不会受影响
D．要在黑暗情况下测定O2吸收量，应该将碳酸氢钠溶液换成清水
解析　由于装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的CO2浓度，因此装置中气体的增加量代表净光合速率，即净光合速率＝(0.6－0.2)÷0.5＝0.8(mL/h)，A项错误；由于植物进行光合作用的同时进行细胞呼吸，装置中气体增加量实际上是植物光合作用释放的O2量与细胞呼吸作用消耗的O2量的差值，因此所测数值代表净光合速率，它比实际光合速率小，B项正确；若在植物叶片上涂一层凡士林，将会影响叶片对CO2的吸收，影响暗反应的顺利进行，进而会导致光合速率下降，C项错误；植物细胞呼吸消耗O2、产生CO2，若要测得O2吸收量，应该排除CO2的影响，一般将碳酸氢钠溶液换成氢氧化钠溶液，D项错误。
答案　B
2．某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。

(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中都放入____________________，装置乙作为对照。
②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中放入
________________________________________________________________________。
②把甲、乙装置放在
________________________________________________________________________。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(3)实验进行30分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：

实验30分钟后红墨水滴移动情况
测定植物呼
吸作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移1.5 cm
乙装置
右移0.5 cm
测定植物
净光合作
用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移4.5 cm
乙装置
右移0.5 cm
(4)假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1 g，那么该植物的呼吸速率是__________g/h；白天光照15 h，一昼夜葡萄糖的积累量是________g(不考虑昼夜温差的影响)。
解析　要测光合作用强度必须先测呼吸作用强度，在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：充足的光照、一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果。实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为1.5＋0.5＝2(g/半小时)；净光合速率为4.5－0.5＝4(g/半小时)，白天光照15 h 的净光合作用量是(4×2)×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量是15 h的光合作用实际生产量减去24 h的呼吸作用消耗量，等同于15 h的净光合作用量减去9 h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。
答案　(1)①等量且适量的NaOH溶液　②遮光
(2)①等量且适量的NaHCO3溶液，装置乙作为对照
②光照充足、温度等相同且适宜的环境中　
(3)左　右
(4)4　84


1．菠萝植株的叶肉细胞在干旱条件下有一个很特殊的CO2同化方式，夜间气孔开放，吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，如图甲所示。表乙是在土壤中不同含水量的条件下，测得的菠萝植株的部分生理特征。根据相关内容回答下列问题：

甲

乙
(1)图甲中，能参与CO2固定的物质有____________。PGA即暗反应中的________。
(2)干旱条件下，白天当光照、温度等适宜时，菠萝叶肉细胞的光合速率最可能________(填“小于”“等于”或“大于”)呼吸速率，说明原因：
_______________________________________________。
(3)干旱条件下，菠萝叶肉细胞夜间pH会有所下降，原因是
_________________________________________________。
(4)表乙中X组起________作用。据表分析，在干旱环境条件下，菠萝产量会降低，原因是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　(1)由图甲可知，参与CO2固定的物质有PEP和RuBP，分析图甲中PGA所处的位置及参与的反应可知，PGA即C3。(2)由于干旱条件下，白天菠萝植株叶肉细胞的气孔关闭，不与外界环境进行气体交换，而光照、温度适宜，光合作用消耗的CO2来自叶肉细胞自身呼吸产生的CO2和苹果酸经脱羧作用产生的CO2，即叶肉细胞经光合作用消耗的CO2多于其经呼吸作用产生的CO2，故叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。(3)干旱条件下，由于夜间菠萝叶肉细胞合成并储存苹果酸，故pH会有所下降。(4)由表格数据可知，X组为适宜的土壤含水量，起到了对照作用，在干旱环境条件下，菠萝产量会降低的原因为叶面积减小，叶绿素含量下降，光合作用减弱，产生的有机物减少。
答案　(1)PEP、RuBP　C3
(2)大于　光合作用中CO2的吸收量大于呼吸作用中CO2的释放量(合理即可)
(3)夜间菠萝叶肉细胞合成苹果酸并储存在液泡中(合理即可)
(4)对照　干旱条件下，菠萝植株的叶面积减小，叶绿素含量下降，光合作用减弱，产生的有机物减少(合理即可)
2．有两种植物，一种在强光下生长，一种在阴蔽处生长。从这两种植物上各取一片相似的叶片，分别放在两个密闭透明盒子中。在适宜温度条件下，逐渐增加光照强度，测得放氧速率的数据如下表：

(1)由表中数据可以推测，取自强光下的叶片是______；光照强度直接影响光合作用的________过程，该过程可将光能转化为________________中的化学能。
(2)光照强度大于600 μmol光子/(m2·s)时，可推知叶片A放氧速率主要被__________________________限制。此条件下，叶肉细胞呼吸作用产生的CO2转移途径是
________________________________________________________________________________________________。
(3)若绘制A、B两叶片放氧速率曲线图，则大约在175 μmol光子/(m2·s)时两条曲线相交，此点的生物学含义是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　影响光合作用的主要环境因素有光照强度、温度和二氧化碳浓度等。真正光合作用速率＝呼吸作用速率＋净光合作用速率。(1)据表中数据分析，A叶片在较高光照强度下放氧速率明显大于叶片B，故A为取自强光下的叶片。光照强度直接影响光合作用的光反应过程，光反应过程可将光能转化为ATP、NADPH中的化学能。(2)光照强度大于600 μmol光子/(m2·s)时，叶片A放氧速率主要被CO2浓度限制。叶肉细胞呼吸作用产生的CO2转移途径是从线粒体进入叶绿体进行光合作用。(3)根据题意，大约在175 μmol光子/(m2·s)时两条曲线相交，此交点的生物学含义是A、B两叶片净光合作用速率相等。
答案　(1)A　光反应　ATP、NADPH(有ATP即可)
(2)CO2浓度　从线粒体进入叶绿体进行光合作用　(3)阳生植物和阴生植物的净光合速率相等(A、B两叶片净光合速率相等)
3．为了探究温度对黑藻光合速率的影响，某小组将黑藻置于密闭容器内，根据毛细管中红色液滴的移动距离，可以读出容器内氧气体积的改变量。将不同温度下测得的相关数据记录在表格中。(说明：培养液中加有缓冲物质，不考虑pH的变化)回答下列问题：

温度(℃)
5
10
15
20
25
30
35
40
适宜光照下氧气体积的改变量(mL/h)
0
＋4
＋11
＋18
＋26
＋22
＋13
＋9
温度(℃)
5
10
15
20
25
30
35
40
黑暗下氧气体积的改变量(mL/h)
－2
－4
－7
－11
－16
－23
－28
－21
(1)适宜光照下，与25 ℃相比，30 ℃条件下液滴的移动速度________(填“快”或“慢”)，黑藻细胞固定CO2的速率________(填“增大”或“减小”)。
(2)有人认为实验设计不够严谨，你认为主要原因是______________________________，应如何完善该实验？________________________________________。
(3)若探究CO2浓度对黑藻光合作用的影响，在未达到CO2饱和点时，提高反应液中NaHCO3的浓度，短时间内黑藻光合速率的变化是____________(填“增大”或“减小”)。
解析　(1)由题意可知，适宜光照下氧气体积的改变量表示黑藻的净光合速率，黑暗条件下氧气体积的改变量表示黑藻的呼吸速率。适宜光照下，与25 ℃相比，30 ℃条件下黑藻的净光合速率低，单位时间内释放的氧气量少，液滴移动的速度慢；黑藻固定CO2的速率代表真光合速率，真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，30 ℃时的真光合速率比25 ℃时的大，因此，黑藻细胞固定CO2的速率增大。(2)实验需要设置对照组，以排除无关变量的影响，可在另一相同装置中放入死的黑藻作为对照。(3)探究CO2浓度对黑藻光合作用的影响，提高反应液中NaHCO3的浓度，CO2的浓度增大，短时间内黑藻光合速率会增大。
答案　(1)慢　增大
(2)缺少空白对照实验　增加一组装置，将里面放入死的黑藻，其他同原来的装置(合理即可)
(3)增大
4．柱花草是我国南方地区重要的豆科牧草，对低温胁迫较为敏感，易发生冷害。如表所示为科研人员在不同温度下测得的柱花草叶片光合作用速率等相关指标(柱花草主要生存在年均气温19～25 ℃的地区)。请回答下列问题：
检测内容
处理类型
净光合速率
(μmol O2·
m－2·s－1)
总光合速率
(μmol O2·
m－2·s－1)
CO2固定酶活性
(μmol CO2·mg－1
蛋白·min－1)
6 ℃处理
3.11
3.51
3.34
25 ℃处理
14.78
15.15
6.86
36 ℃处理
14.14
14.51
6.07
(1)本实验中的对照组是________℃处理组，分析实验结果可得知________(填“6 ℃”或“36 ℃”)对柱花草生长的影响更大，判断的依据是
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)与光合作用相比较，温度胁迫对柱花草的呼吸作用__________(填“有”或“无”)显著影响。
(3)6 ℃处理条件下，一般不通过增加CO2浓度来提高光合速率，根据实验结果分析最可能的原因是
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析　(1)本实验的目的是探究不同温度对光合速率的影响，表格中25 ℃是植物生长的适宜温度，因此该组为对照组。6 ℃和36 ℃处理组相比，6 ℃处理组的净光合速率、总光合速率远远低于对照组，而36 ℃处理组的净光合速率、总光合速率与对照组相比并无太大差别，因此6 ℃对柱花草生长的影响更大。(2)呼吸速率＝总光合速率－净光合速率，25 ℃处理组的呼吸速率为0.37 μmol O2·m－2·s－1,6 ℃、36 ℃处理组的呼吸速率分别为0.40 μmol O2·m－2·s－1、0.37 μmol O2·m－2·s－1，说明温度胁迫对柱花草的呼吸作用影响不显著。(3)分析表中数据，6 ℃处理条件下CO2固定酶的活性较低，此时限制光合作用速率的主要因素为温度，增加CO2浓度并不能显著提高光合速率。
答案　(1)25　6 ℃　与对照组比较，6 ℃组净光合速率的下降比36 ℃组显著
(2)无
(3)6 ℃条件下，CO2固定酶活性较低，故增加CO2浓度不能显著提高光合速率