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2021届高考生物二轮复习 备考提升指导与精练8 光合作用和呼吸作用实验探究综合

2021届高考生物二轮复习 备考提升指导与精练8 光合作用和呼吸作用实验探究综合

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光合作用和呼吸作用实验探究综合
1.应用① 密闭实验法

例1．某研究性活动小组为了探究光合作用产物的转运路径，设计如下实验；将图甲（a表示叶片，b表示茎，c表示果实，X表示某种气体）放入光合作用最适合的温度和光强度下培养，并随时记录a、b、c三处放射性含量的数值如图乙。下列分析不正确的是（ ）

A．t1时刻是光合作用的结束点
B．根据实验要求，气体X应选择14CO2
C．叶绿体中可发生CO2→三碳化合物→糖类
D．若适当提高温度，则图乙中的S1和S2的值都将变小
【解析】t1表示叶片中标记的光合产物全部运输到茎或果实内，此时光合作用并没有停止，A错误；据题意可知，气体X参与光合作用，是14C标记的二氧化碳，B正确；叶绿体中在碳反应阶段，可发生CO2→三碳化合物→糖类，C正确；因为曲线是在最适宜温度条件下测定的，适当提高温度，光合作用减弱，则图乙中的S1和S2的值都将变小，D正确。故选A。
【答案】A

2.应用② 黑白瓶实验法

例2．取三个玻璃瓶，两个用黑胶布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一个白瓶记为C瓶，其中B、C瓶中放入长势良好的同种植物。从待测的水体深度取水，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。错误的一项是（ ）
A．有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量
B．有初始值的情况下，白瓶中氧气的增加量为净光合作用量
C．没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之和即总光合作用量。
D．没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。
【解析】黑瓶B中的植物只能进行呼吸作用，不能进行光合作用，因此在有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量，A正确；白瓶C中的植物就可以进行光合作用，也可以进行呼吸作用，因此在有初始值的情况下，白瓶中氧气的增加量为净光合作用量，B正确；黑瓶中的氧气变化量为有氧呼吸的消耗量，白瓶中的氧气变化量是光合作用与有氧呼吸的差值，因此在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差为总光合作用量，C错误、D正确。
【答案】C

3.应用③ 其他实验法

例3．某科研小组采用“半叶法”对某植物叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）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。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/（dm2·h）。
（1）MA表示6小时后：叶片初始质量一呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后：
+ -呼吸作用有机物的消耗量。
（2）若M=MB-MA，则M表示 。
（3）真正光合速率（单位：mg/dm2·h）的计算方法是
。
（4）本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路：
。
【解析】（1）A部分遮光处理，植物叶肉细胞只能进行呼吸作用，因此MA表示6小时后：叶片初始质量一呼吸作用有机物的消耗量；B部分为遮光，植物叶肉细胞同时进行呼吸作用和光合作用，因此MB表示6小时后：叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物的消耗量。（2）根据第（1）题可知，M=MB-MA=（叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物的消耗量）-（叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量）=B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。（3）真光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的CO2或释放的O2表示，亦可用单位时间、单位叶面积所积累的干物质量表示。因此真光合速率=M÷（截取面积×时间）。（4）本方法主要是将光合作用和呼吸作用分开进行，最后取差值来计算单位面积、单位时间内的光合速率的方法。因此将在测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
【答案】（1）叶片初始质量    光合作用有机物的总产量
（2）B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量
（3）M值除以时间再除以面积，即M÷（截取面积×时间）
（4）将在测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率
提分训练

1．如图是在一定温度下测定某植物呼吸作用和光合作用强度的实验装置(呼吸底物为葡萄糖，不考虑装置中微生物的影响)，相关叙述正确的是（ ）

A．烧杯中盛放NaHCO3溶液，可用于测定一定光强下植物的净光合速率
B．在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，可用于测定植物无氧呼吸的强度
C．烧杯中盛放清水，可用于测定一定光照强度下真光合速率
D．在遮光条件下，烧杯中盛放清水，可用于测定植物有氧呼吸的强度
【解析】烧杯中盛放NaHCO3溶液，NaHCO3溶液可以为光合作用提供二氧化碳，消耗的氧气量则为植物的净光合速率，故能用于测定一定光强下植物的净光合速率，A正确；种子无氧呼吸不消耗氧气，产生的二氧化碳被NaOH溶液吸收，故在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，不可用于测定种子无氧呼吸强度，B错误；一定光照强度下，植物既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，故烧杯中盛放清水，不能用于测定一定光照强度下真光合速率，C错误；在遮光条件下．植物能进行有氧呼吸，而有氧呼吸消耗的氧气量等于有氧呼吸产生的二氧化碳量，故烧杯中盛放清水，不能用于测定种子有氧呼吸的强度，D错误。故选A。
【答案】A
2．如图甲曲线表示在温度为25℃（该温度是该作物光合作用的最适温度），水分和无机盐均适宜的条件下，温室内光照强度与作物光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置。下列有关分析错误的是（ ）

A．图甲曲线中，当B＜E＜C时，限制作物增产的主要因素是CO2浓度
B．图甲曲线中，当光照强度为B时，叶绿体吸收CO2的量等于a﹢b
C．图乙装置中盛水玻璃柱的作用是吸收灯光的热量，避免光照对试管内水温的影响
D．若该植物呼吸作用的最适温度为30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到30℃，图甲曲线中a点上移、b点下移
【解析】图甲曲线是在温度为25℃条件下获得的。若该植物呼吸作用的最适温度为30℃，光合作用的最适温度是25℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到30℃，则呼吸速率增大，光合速率有所减弱，所以图甲曲线中的a和b点都将向下移动，D项错误。
【答案】D
3．为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量，绘制曲线如图乙。下列叙述正确的是（ ）

A．该实验中植物释放的气体是O2
B．当距离为C时，该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
C．当距离由C突然变为a时，短时间内叶绿体中C5的含量增加
D．当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素是光照强度
【解析】当光源与密闭小室的距离大于c时，呼吸速率大于光合速率，植物释放的气体是CO2，在距离小于c时，光合速率大于呼吸速率，植物释放的气体是O2，A项错误；实验测得是整个植株气体释放速率，但相当一部分细胞不能进行光合作用，但可以进行呼吸作用，所以叶肉细胞的光合速率应大于呼吸速率，B项错误；当距离由c突然变为a时，光照强度增强，短时间内叶绿体中C5的含量增加，C项正确；当光源与密闭小室的距离小于a时，光合速率达到最大，限制光合作用的主要因素不再是光照强度，D项错误。
【答案】C
4．将某绿色植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影简（其他实验条件都是理想的），实验以单位时间内CO2的吸收量与释放量为为检测指标，实验结果如表。下列对该表数据分析正确的是（ ）
温度（℃）
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2
速率（mg/h）
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放CO2
速率（mg/h）
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
A．昼夜不停地进行光照，在5℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地进行光照，该植物生长的最适温度是30℃
C．每天交替进行12h光照、12h黑暗，温度均保持在20℃的条件下，该植物积累的有机物最多
D．每天交替进行12h光照、12h黑暗，温度在30℃时，该植物积累的有机物是温度在10℃时的2倍
【解析】由表可知，在昼夜不停地进行光照的条件下，只要净光合速率大于0，植物就可以生长，所以在5℃时该植物能生长，A错误；昼夜不停地进行光照，净光合速率越大，植物生长越快，故在25℃时该植物生长最快，B错误；有机物积累量=光照下积累的有机物量-黑暗条件下消耗的有机物量，故每天光照12h、黑暗12h，在20℃时该植物的有机物积累量最多，C正确；每天进行12h光照、12h黑暗，温度在30℃时，该植物积累的有机物是温度在10℃时的倍，D错误。选C。
【答案】C
5．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。下列有关分析错误的是（ ）

A．研磨叶片时需加入适量CaCO3，可防止叶绿素被降解
B．图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是提供CO2
C．若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉放氧速率将不断增大
D．图2中若在20min后停止光照，则短时间内叶绿体中C3含量增加
【解析】若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉细胞的光合作用会逐渐增强，但由于光照强度、温度等因素的限制，果肉细胞的光合速率最终趋于稳定，C项错误。
【答案】C
6．以玉米为实验材料，研究不同条件下植物的代谢情况，绘制了如甲、乙、丙所示的三幅图，其中乙表示夏季晴天，玉米放在密闭玻璃罩内一昼夜CO2浓度变化。下列有关叙述，不正确的是（ ）

A．甲图中，光合速率是呼吸速率的两倍的点为两曲线的交点
B．乙图中，玉米在一天24小时内有机物的积累量为正值
C．丙图中，m点时叶绿体中ADP的移动方向是从基质移向类囊体膜
D．光合速率等于呼吸速率的点有乙图中虚线与实线的交点和丙图中的m点
【解析】甲图中，两曲线的交点代表净光合速率等于呼吸速率，光合速率是呼吸速率的两倍，A项正确；乙图中，密闭装置在一天24小时内CO2浓度降低，说明玉米有机物的积累量为正值，B项正确；丙图中，m点时光合作用等于呼吸作用，叶绿体中ADP的移动方向是从基质移向类囊体膜，C项正确；乙图中的最高点和最低点代表光合速率等于呼吸速率，D项错误。
【答案】D
7．在25℃、CO2浓度为0.10%等环境条件下，实验测得某植物幼苗光合作用与光照强度关系，结果如图甲所示。请回答下列问题：

（1）在其他条件不变的情况下，环境温度由25℃升高到30℃的过程中，D点逐渐左移，对这种变化的合理解释是温度升高，光合作用的__________降低，光饱和点下降。
（2）在温度等条件保持不变的情况下，CO2浓度若下降到0.03%，B点右移，对该现象最合理的解释是CO2浓度下降，_______________阶段减弱，故在光合作用强度达到与呼吸作用强度_________时所需要的光照强度相应增强。
（3）若在植物培养液中加入抑制暗反应的药物后，发现在同样的光照条件下释放氧气的速率会下降。分析主要原因是________________的积累，使光反应速率减慢。
（4）要测得植物在温度为25℃、光照强度为D时的真正光合速率，根据图乙实验装置及必备的溶液(NaHCO3溶液、NaOH溶液)至少需要设计两组实验。
一组装置：放置NaOH溶液，将植物置于温度为25℃、________________条件下，测呼吸作用速率(氧气的吸收速率)；另一组装置：放置同种生长状况相同的植物、NaHCO3溶液，并置于温度为___________℃、____________________的密闭环境中，测净光合速率(氧气的释放速率)。
【解析】（1）环境温度由25℃升高到30℃的过程中，D点逐渐左移，说明光合作用强度降低，原因可能是温度升高，光合酶活性降低，光饱和点下降（所需要的最强光照强度减弱）。（2）甲图中的B点表示光合作用强度与呼吸作用强度相等，CO2浓度若下降到0.03%，导致暗反应减弱，使得光合作用强度减弱，要保证光合作用强度与呼吸作用强度相等，所需要的光照强度相应增强，因此B点向右移。（3）光反应的产物是[H](NADPH)和ATP，[H]和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原，加入抑制暗反应的药物，会导致[H]和ATP的积累，进而抑制光反应阶段，使光反应速率减慢。（4）真光合作用是呼吸作用与净光合作用之和，呼吸作用需要在黑暗的条件下侧得，NaOH可以吸收呼吸作用产生的二氧化碳，此时装置压强的变化就是呼吸作用吸收氧气的量。在光照作用下，NaHCO3溶液可以提供光合作用的二氧化碳，此时压强的变化应是光合作用放出的氧气与呼吸作用吸收的氧气的差值，因此要测得植物在温度为25℃、光照强度为D时的真正光合速率，一组装置放置NaOH溶液，将植物置于温度为25℃、黑暗或遮光条件下，测呼吸作用速率（氧气的吸收速率），另一组装置放置同种生长状况相同的植物、NaHCO3溶液，并置于温度为25℃、光照强度为D的密闭环境中，测得净光合速率（氧气的释放速率）。
【答案】（1）酶活性
（2）暗反应 相等
（3）[H]、ATP
（4）黑暗或遮光 25 光照强度为D
8．图甲表示在一定条件下测得的某植物的光合速率与光照强度的关系；图乙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：

（1）图甲中c点时，该植物的叶肉细胞中产生ATP的场所有____________。此时，该植物的叶肉细胞中光合速率___________呼吸速率（填大于、等于或小于）。
（2）据图甲可知，在相同温度下，将该植物置于4 klx光照下12小时，然后移到黑暗处12小时，该植物24小时内每100 cm2叶片的光合作用所固定的CO2总量为_______mg。
（3）由图乙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是_______点，光合速率与呼吸速率相等的点是___________点和___________点，一昼夜后植物体内的有机物含量将_______（填增加、减少、或不变）。
【解析】（1）图甲中c点为光补偿点，因此叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体，图甲表示在一定条件下测得的某植物的光合速率与光照强度的关系，由于植物的某些细胞不能进行光合作用，因此c点时，该植物的叶肉细胞中光合速率大于呼吸速率。
（2）据图甲可知，在相同温度下，将该植物置于4klx光照下12小时，然后移到黑暗处12小时，该植物24小时内每100cm2叶片的光合作用所固定的CO2总量为（6+6）×12=144mg。
（3）乙图中纵轴表示的是温室中二氧化碳的量，光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，因此二氧化碳量最少是就是氧气积累最多时。f、h两点表示光合速率等于呼吸速率。j点时二氧化碳浓度高于e点，表明j点时消耗的有机物更多，与e点比植物体内有机物减少。
【答案】（1）细胞质基质、线粒体、叶绿体 大于
（2）144
（3）h f h 减少
9．绿色植物的光合作用与细胞呼吸之间有密切的联系，甲图表示了两者之间的关系。图乙为研究棉花去棉铃(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，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉的含量。

Ⅰ．据甲图回答下列问题：
（1）甲图①～⑤的过程中，既没有消耗氧气，也没有产生氧气的过程是____________(写标号)，能使ADP含量增多的过程主要是____________(写标号)。
（2）图甲中光合作用和细胞呼吸过程中，生成的物质和消耗的物质可互为供给利用的除了葡萄糖外，还有____________。
（3）将一盆在阳光下正常生长的植物迅速移入暗室，X物质含量短时间发生的变化是____________，与此同时在①～⑤的过程中，会明显减弱的过程有____________(写标号)。
Ⅱ．据乙图回答下列问题：
（4）由图1可知，随着去除棉铃的百分率的提高，叶片光合速率____________。本实验中空白对照组植株的CO2 固定速率相对值是____________。
（5）由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中____________增加。已知叶片光合产物会运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，_____________降低，进而在叶片中积累。综合上述结果可推测，叶片中光合产物的积累会____________光合作用。
（6）一种验证上述推测的方法为：去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测____________叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是________________________，则支持上述推测。
【解析】（1）甲图①～⑤的过程中，既没有消耗氧气，也没有产生氧气的过程是②三碳化合物的还原，③有氧呼吸的第一阶段，④有氧呼吸第二阶段或无氧呼吸第二阶段，⑤暗反应中二氧化碳的固定。其中②三碳化合物的还原过程中ATP 分解为ADP，使ADP含量升高。
（2）图甲中在光合作用和细胞呼吸过程中，细胞呼吸产生的二氧化碳可供给光合作用利用，光合作用产生的有机物葡萄糖和氧气可供细胞呼吸利用，故生成的物质和消耗的物质可互为供给利用的除了葡萄糖外，还有氧气、水和二氧化碳。（3）将一盆在阳光下正常生长的植物迅速移入暗室，暗室缺的是光照，导致光反应①下降，三碳化合物的还原减弱，消耗的三碳化合物减少，暗反应②也随之减弱，所以三碳化合物X的含量上升；在①～⑤的过程中，会明显减弱的过程有①②。（4）根据图1可以看出，随去除棉铃的百分率提高，二氧化碳固定的速率下降，使叶片光合速率下降；对照组没有去除棉铃即去除棉铃的百分率为0，此时植物二氧化碳固定速率为28。（5）由图2可知，随去除棉铃的百分率逐渐提高，叶片干重百分比逐渐升高，淀粉和蔗糖含量增加。去除棉铃后，叶片光合作用产生有机物含量虽然降低，但最终净光合作用积累有机物量提高，说明叶片和棉铃的细胞呼吸消耗有机物减少，即输出量降低。根据图1可以看出，光合作用速率随去除棉铃的百分率的增加而降低，而图2则说明光合作用下降的原因是光合作用的产物在叶片中积累，所以叶片中光合产物的积累会抑制光合作用。（6）为了验证叶片中光合产物的积累会抑制光合作用，具体做法是：去除掉棉铃以后并对部分叶片进行遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测未遮光的叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是叶片的光合产物含量下降、光合速率上升，则支持上述推测。
【答案】Ⅰ．（1）②③④⑤ ②
（2）氧气、水和二氧化碳
（3）上升 ①②
Ⅱ．（4）下降 28
（5）淀粉和蔗糖 输出量 抑制
（6）未遮光的 叶片的光合产物含量下降、光合速率上升