专题2细胞代谢2光合作用和细胞呼吸.doc

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专题二 光合作用和细胞呼吸
核心考点整合
考点整合一：光合作用过程
光合作用的过程包括光反应和暗反应两个阶段，二者的比较如下：

阶段
项目
光反应阶段
暗反应阶段
所需条件
必须有光、酶
有光无光均可、酶
进行场所
类囊体的薄膜上
叶绿体内的基质中
物质变化

能量转换
光能转变为ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
联系
物质联系：光反应阶段产生的[H]，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能

【例1】 （2010山东临沂检测）下列关于光合作用的描述中，正确的是
A．黑暗情况下叶肉细胞内无ATP产生
B．叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D．光合作用强烈时，暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
[解析] 在黑暗情况下，叶肉细胞可通过进行细胞呼吸产生ATP；叶绿体的类囊体薄膜上含有自身光合作用所需的各种色素；光照下叶绿体中的ATP是由光反应产生的；在暗反应过程中，一分子CO2被C5固定，产生两分子C3。
[答案] B
[知识总结] ①叶绿体在离体条件下，只需保持其正常生存状态的条件，即可正常发挥其生理作用。②在植物体中，并非是每个细胞都存在叶绿体，如高等植物的根细胞就没有。③进行光合作用的生物不一定都有叶绿体，但必须都有相关的色素和酶，如蓝藻和光合细菌，因其为原核细胞，没有叶绿体等典型的细胞器，靠细胞质中的色素和酶进行光合作用。④改变条件后，C3、C5、[H]和ATP、葡萄糖合成量等的变化规律：
条件
停止光照，
CO2供
应不变
突然光
照，CO2
供应不变
光照不
变，停止
CO2供应
光照不
变，CO2
供应过量
C3
增加
减少
减少
增加
C5
下降
增加
增加
减少
[H]和ATP
减少或没有
增加
增加
减少
葡萄糖合成量
减少或没有
增加
减少或没有
增加

【互动探究1】 如图表示某植物的叶肉细胞在温室中、一定的光照强度（N点后停止光照）条件下，O点开始提供14C标记的质量分数为0.03%的CO2，叶肉细胞内C3和C5中14C含量相对值随时间的变化曲线。分析回答：
（1）图中表示用14C标记C5含量相对值变化的曲线是________（填字母）。
（2）a曲线在P至N时间段内14C含量相对值稳定不变的原因是___________________________________。
（3）N点后，b曲线下降的原因是______________________________________________________________。
b
CO2固定的速率等于C3被还原的速率
停止光照后，ATP和[H]不能合成、C3不能被还原形成C5，
C5和CO2还能形成C3

（4）实验过程中，叶肉细胞内糖类中14C含量相对值随时间变化的趋势是__________________________。
逐渐增加，N点后逐渐减少
[解析] 在黑暗条件下，对CO2＋C52C3的反应影响不大，C5不断被消耗，C3不断生成，而对C3的还原影响较大，因为随着光反应产生的[H]和ATP的逐渐消耗，被还原的C3也越来越少，生成的糖类也越来越少。分析曲线可知，曲线a代表的物质含量在黑暗的条件下不断上升，说明它代表的是C3，b代表的是C5。图中曲线a在P至N时间段，由于CO2固定的速率等于C3被还原的速率，所以14C含量相对值稳定不变。
考点整合二：影响光合作用速率的主要因素及其在生产中的应用

【例2】 （2010·宁夏理综、辽宁理综）请回答与光合作用有关的问题：

（1）甲、乙、丙三种植物光合作用强度与光照强度的关系如图所示。据图回答：
①强光下上述三种植物固定CO2能力最强的植物是________。
②乙植物达到最大光合作用强度所需的最低光照强度是________（a、b、c、d）。
③当光照强度从a到b时，________植物光合作用强度增加最快。
（2）植物光合作用产生的O2来自H2O，还是来自CO2？请写出简单实验思路证明你的结论。

[解析] （1）①由图示可知，在强光下甲植物光合作用强度较乙、丙两植物高，因此，甲固定CO2的能力最强。②随着光照强度的增加，乙植物在c点最先达到最大光合作用强度。③在a点时，三种植物的光合作用强度相同，而在b点时，甲的光合作用强度最大，所以当光照强度从a到b时，甲植物光合作用强度增加最快。（2）分别用18O标记的C18O2和H\o\al（18，2）O提供给两组植物进行光合作用实验，分析两组植物光合作用释放的O2，18O2仅在提供H\o\al（18，2）O的那组植物中产生，即可证明光合作用产生的O2来自H2O。
[答案] （1）①甲 ②c ③甲 （2）来自于H2O。分别将C18O2和HO提供给两组植物，分析两组植物光合作用释放的氧气，18O2仅在提供HO的那组植物中产生，即可证明上述结论。

【互动探究2】 （2010·苏州模拟）如图是光照强度、CO2浓度、温度对光合速率的影响的曲线，据图回答下列有关问题：

（1）图1表明，光照强度对光合速率的影响是___________________________________________________，
限制CD段的主要的内部因素最可能是____________________________________。
（2）若图1表示在适宜的温度下某玉米幼苗光合作用强度的变化，曲线CD段产生的原因是光合作用受到__________等外界条件的影响。
在一定范围内，随着光照强度的增强，植物光合速率增加，超过这一范围，光合速率不再增加
色素种类和含量、酶含量及活性
CO2浓度

（3）根据图2信息，适当提高CO2浓度可以促进植物的光合作用，试举出两种可以增加大田种植作物周围CO2浓度的方法。_______________________________________________。
（4）图2中当CO2浓度由F点突然降到E点时，叶绿体中C3的含量将会________。
（5）图3表明在一定的温度范围内，随着温度的升高，光合速率不断增强，超过这一范围，光合速率反而迅速下降，产生这一现象的根本原因是温度影响了______________________________。
正行通风、增施农家肥等
下降
光合作用酶的活性

[解析] 光照是限制光合作用速率的主要因素，低光照下，光照强度是光合作用的限制因素，随着光照强度的增强，植物光合速率增加，当到达一定限度时，即使再增加光照，光合速率也不再增加，此时的限制因素是温度或CO2浓度等。限制光合作用速率的内部因素主要有色素种类和含量、酶含量及活性等。适当提高CO2浓度有利于促进光合作用暗反应中CO2的固定，提高CO2浓度的方法主要有正行通风（通风有利于植物周围的CO2得到及时补充）、增施农家肥（利用微生物分解有机物释放CO2）、深施有机肥（使根部吸收的CO2增多）等。当CO2浓度突然降低，暗反应中CO2的固定减少，形成的C3将减少。温度影响参与光合作用的酶的活性，由于光合作用过程有许多酶促反应，因此温度影响光合作用的速率。

考点整合三：细胞呼吸的原理及其在生产中的应用
1．有氧呼吸的过程
类型
第一阶段
第二阶段
第三阶段
场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
过程
1分子葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量的[H]，并且释放少量的能量。这一阶段不需要O2的参与
丙酮酸和H2O彻底分解成CO2和[H]，同时释放出少量的能量。这一阶段不需要O2的参与
前两个阶段产生的[H]和O2结合生成水，同时释放大量的能量。此阶段需要O2的参与
反应式

2．有氧呼吸与无氧呼吸的比较

3．影响细胞呼吸的主要因素及其在生产中的应用
因素
对呼吸作用的影响
在生产中的应用
温度
温度通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性而影响呼吸作用。在一定范围内，细胞的呼吸速率随温度的升高而明显加快，但超过一定的温度后，细胞的呼吸速率反而会减慢

O2
浓度
在一定范围内，随O2浓度的增加，有氧呼吸速率增加，超过一定浓度，O2浓度再增加，有氧呼吸速率不再增加
（1）在大棚蔬菜的栽培过程中，夜间适当降温，抑制呼吸作用，减少有机物的消耗，可达到增产的目的；（2）无土栽培通入空气，农耕松土等都是为了增加氧气的含量，加强根部的有氧呼吸，保证能量供应，促进矿质元素的吸收；（3）贮藏蔬菜和水果时，通过控制细胞呼吸强度以降低其代谢强度，达到保鲜的目的，如置于低温环境或降低空气中的含氧量及增加CO2的浓度，降低器官代谢速率，延缓老化达到保鲜效果；（4）作物种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使呼吸作用降至最低，以减少有机物消耗
CO2
浓度
增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应
含水量
在一定范围内，呼吸速率随含水量的增加而增加，随含水量的减少而降低

【例3】 （2010·石家庄调研）为了探究植物呼吸强度的变化规律，研究者在遮光状态下，测得了相同的新鲜菠菜叶在不同温度和O2含量条件下的CO2释放量，结果如下表（表中数据为相对值）。下列有关分析，错误的是

O2含量
CO2释放量
温度
0.1%
1.0%
3.0%
10.0%
20.0%
40.0%
3℃
6.2
3.6
1.2
4.4
5.4
5.3
10℃
31.2
53.7
5.9
21.5
33.3
32.9
20℃
46.4
35.2
6.4
38.9
65.5
56.2
30℃
59.8
41.4
8.8
56.6
100.0
101.6

A．根据变化规律，表中10℃、1.0%条件下的数据很可能是错误的
B．温度为3℃、O2含量为3.0%是贮藏菠菜叶的最佳环境条件组合
C．O2含量从20.0%升至40.0%时，O2含量限制了呼吸强度的继续升高
D．在20℃条件下，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞无氧呼吸逐渐减弱
[解析] 随着氧浓度的升高，二氧化碳的释放量表现为由多到少，再由少到多的变化过程，表中显示温度、O2含量为10℃、1.0%时，CO2释放量太高，在温度不变的情况下，O2含量为1.0%时释放的CO2量应比O2含量为0.1%时低，因此A正确；贮藏菠菜叶的最佳环境条件组合是释放CO2量最少的一组条件，因此B正确；比较相同温度下，O2含量为20.0%和40.0%时的CO2释放量可见，氧气达到一定浓度后，再改变O2含量，对细胞呼吸影响不大，因此C错误；当氧气浓度升高时，无氧呼吸受到抑制，O2含量从0.1%升高到3.0%的过程中，细胞无氧呼吸逐渐减弱，因此D正确。
[答案] C
[知识总结] 巧判细胞呼吸类型
（1）根据反应物、产物来判断：如果要消耗氧气，则一定是有氧呼吸；如果产物有水，则一定是有氧呼吸；如果产物中有酒精或乳酸，则为无氧呼吸；但要注意，产物中如果有二氧化碳，要分情况讨论。
（2）根据反应中的物质的量的关系进行判断：不消耗氧气，释放二氧化碳，只进行无氧呼吸；酒精量等于二氧化碳的量，只进行无氧呼吸；二氧化碳的释放量大于氧气的吸收量，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，多余的二氧化碳来自于无氧呼吸；酒精量小于二氧化碳量，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸，多余的二氧化碳来自于有氧呼吸。
（3）根据反应场所来判断：有氧呼吸：第一阶段在细胞质基质中，第二、三阶段在线粒体中；无氧呼吸：在细胞质基质中。
【互动探究3】 如图是验证酵母菌细胞呼吸类型的实验装置，两套装置的培养条件一致（不考虑环境中物理因素的影响），下列相关叙述不正确的是

A．若装置1中的红色液滴向左移，移动距离可表明酵母菌有氧呼吸所消耗的氧气量
B．若酵母菌只进行无氧呼吸，则装置1中红色液滴不移动，装置2中红色液滴向右移
C．若酵母菌只进行有氧呼吸，则装置1中红色液滴不移动，装置2中红色液滴向左移
D．若酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，则装置1中红色液滴向左移，装置2中红色液滴向右移
[解析] 本实验的目的是验证酵母菌细胞呼吸的类型，若酵母菌只进行无氧呼吸，装置1中酵母菌无氧呼吸产生的二氧化碳被NaOH溶液吸收，装置内气体量不变，红色液滴不移动，装置2内由于呼吸放出二氧化碳，气体量增加，红色液滴向右移动，B对；若酵母菌只进行有氧呼吸，有氧呼吸过程中消耗的氧气量与放出的二氧化碳量相等，装置2内气体量没有发生变化，红色液滴不移动，装置1内，由于二氧化碳被吸收，氧气被消耗，气体量减少，红色液滴向左移动，且其移动的距离可表明有氧呼吸所消耗的氧气量，A对，C错；若同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，氧气的消耗量小于放出的二氧化碳量，装置1中红色液滴向左移动，装置2中红色液滴向右移动，D对。
[答案] C

考点整合四：光合作用和呼吸作用之间的关系
1．光合作用和呼吸作用中物质和能量的变化关系
（1）物质变化：

（2）能量变化：

各项生命活动。
2．总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系

【例4】 （2013·四川理综，3）有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究，结果如下表（净光合速率以CO2的吸收速率表示，其他条件适宜且相对恒定）。下列相关分析不正确的是

A．光强大于0.1 mmol光子·m－2·s－1，随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减小
B．光强小于0.5 mmol光子·m－2·s－1，限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量
C．光强大于0.7 mmol光子·m－2·s－1，限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度
D．龙眼的最大光能利用率大于芒果，但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果
[解析] 本题考查植物的光合作用、呼吸作用以及影响光合作用的因素，意在考查考生获取信息的能力以及综合运用能力。从表中可以看出：芒果的最大光能利用率<龙眼的最大光能利用率，龙眼的呼吸强度<芒果的呼吸强度。当光强>0.1 mmol光子·m－2·s－1时，随光照增强，两种果树的光能利用率均呈现逐渐减小的趋势；当光强<0.5 mmol光子·m－2·s－1时，限制净光合速率的主要因素是光照强度；当光强>0.7 mmol光子·m－2·s－1时，限制净光合速率的主要因素是CO2浓度；龙眼的最大光能利用率大于芒果，龙眼的最大总光合速率为8.5＋0.6＝9.1（μmol CO2m－2·s－1），而芒果的最大总光合速率为7.6＋2.1＝9.7（μmol CO2·m－2·s－1），大于龙眼的最大总光合速率。
[答案] B

[知识总结] 光合作用和呼吸作用中[H]、ATP的来源和去路
项目
来源
去路
[H]
光合
作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于C3的还原
有氧
呼吸
第一、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ATP，其合成所需能量来自于色素吸收转换的太阳能
用于暗反应中C3还原时的能量之需，以稳定的化学能储存在有机物中
有氧
呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自于有机物的分解
作为能量，直接用于各项生命活动

【互动探究4】 （2013·山东青岛调研）某生物兴趣小组在密闭玻璃温室内进行植物栽培实验，他们对温室内CO2含量、O2含量及CO2吸收速率进行了24 h测定，得到如图所示曲线，则以下说法有几种是正确的

①c、e两点的光合速率为零
②c、d之间的区段光合速率大于呼吸速率
③de段光合速率小于呼吸速率
④进行细胞呼吸的区段只有ab段和fg段
A．1种说法正确 B．2种说法正确
C．3种说法正确 D．4种说法正确

[解析] 看清曲线含义是解答本题的关键，由图可知：c、e两点CO2吸收速率为零，c、e两点的光合速率等于呼吸速率，①错；c、e之间CO2吸收速率大于零，表明光合速率大于呼吸速率，③错；一天24小时植物都要进行呼吸作用，④错。
[答案] A
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1.（2013·上海卷，7）在人和植物体内都会发生的物质转化过程是
①葡萄糖彻底氧化 ②葡萄糖转化为乙醇 ③葡萄糖脱水缩合 ④葡萄糖分解为丙酮酸
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
解析：本题考查人和植物体糖类代谢的比较。在人和植物体内都能进行有氧呼吸，将葡萄糖彻底氧化分解，在分解过程中，第一步是将葡萄糖分解为丙酮酸。在缺氧条件下，人和植物体都能进行短暂的无氧呼吸，但是人无氧呼吸的产物是乳酸，而植物无氧呼吸的产物是酒精。植物和动物体的细胞内都能进行葡萄糖脱水缩合形成多糖的过程，植物体通过光合作用合成单糖再形成淀粉等多糖，人体在肌细胞和肝细胞内可将葡萄糖合成为糖原。故只有过程②在人体内不能发生。
答案：C
2．（2013·上海卷，18）如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是
A．②处发生三羧酸循环
B．①处产生ATP
C．②处产生二碳化合物
D．③处发生[H]与O2的结合反应

解析：本题考查线粒体的结构与细胞的有氧呼吸过程，意在考查考生对细胞呼吸过程的理解。图示中①为线粒体外膜和内膜间的空隙，②为线粒体基质，③为线粒体的内膜。A项正确：三羧酸循环在线粒体基质中进行，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸，所以叫做三羧酸循环；B项错误：线粒体中产生ATP的部位是线粒体基质和内膜。
答案：B
3．（2013·广东卷，29）试管苗的光合作用能力较弱，需要逐步适应外界环境才能往大田移栽。研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验，实验在适宜温度下进行，图甲和图乙表示其中的两个实验结果。

请回答：
（1）图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的。据图分析，试管苗在不加蔗糖的培养基中__________和__________更高。
（2）图乙是试管苗在密闭、无糖培养基条件下测得的24 h内CO2浓度变化曲线。图中b～c段CO2浓度升高缓慢是因为__________________________________，c～d段CO2浓度急剧下降是因为试管苗__________________________。若d点时打开培养瓶塞，试管苗的光合速率________。
光合速率
光饱和点
CO2浓度过高使细胞呼吸减弱
进行光合作用吸收了CO2
提高

（3）根据上述实验结果推知，采用无糖培养基、_____________________和________________________可缩短试管苗的适应过程。
适当提高CO2浓度
适当提高光照强度
解析：本题主要考查植物的新陈代谢，涉及的知识点有光照强度、蔗糖、CO2浓度、温度等环境条件的变化对光合作用和呼吸作用等生理过程的影响；环境条件对试管苗适应能力的影响等。意在考查考生的理解能力、获取与处理信息的能力和综合运用能力。（1）由甲图知，不管是否加入蔗糖，在一定范围内提高光照强度，植物的光合速率都会提高；加了蔗糖后光合速率和光饱和点明显降低。（2）乙图中b～c段为23∶00～7∶00，此阶段长时间无光照，植物不进行光合作用，只进行呼吸作用，产生的CO2积累到一定程度会制约呼吸作用的进行，因此CO2浓度上升缓慢；c～d段开始有了光照，且最初CO2浓度较高，因此有利于植物进行光合作用，这样CO2浓度急剧下降；d点时CO2浓度很低，如果打开瓶塞，则补充了CO2，有利于植物进行光合作用。
4．（2013·江苏卷，33）不同生态环境对植物光合速率会产生影响。某课题组测定生长于A地（平原）和B地（山区）银杏叶片不同时间的光合速率，结果如图。

（1）植物中叶绿素通常和蛋白质结合成为结合型叶绿素。在某些环境因素影响下，部分结合型叶绿素与蛋白质分离，成为游离型叶绿素。A．B两地银杏叶片中叶绿素含量测定结果见下表。

采样日期
（月－日）
A地银杏叶绿素
含量（mg/g）
B地银杏叶绿素
含量（mg/g）
总量
游离型
结合型
总量
游离型
结合型
7－1
2.34
0.11
2.23
2.43
0.21
2.22
8－1
2.30
0.12
2.18
2.36
0.29
2.07
9－1
1.92
0.21
1.71
2.11
0.58
1.53
10－1
1.58
0.29
1.29
1.75
0.81
0.94
11－1
1.21
0.41
0.80
1.44
1.05
0.39

①请画出总叶绿素含量与采样日期关系的二维曲线图。

②从表中数据分析，导致银杏叶片光合速率下降的主要原因是___________________________。
（2）为提取银杏叶片中的叶绿素，研磨前在研钵中除加入剪碎的叶片外，还应加入____________________。经快速研磨、过滤，将滤液收集到试管中，塞上橡皮塞；将试管置于适当的光照下2～3 min后，试管内的氧含量___________________________________。
结合型叶绿素含量降低
无水酒精（丙酮）、碳酸钙、石英砂（二氧化硅）
基本不变
（3）a、b是7月1日和10月1日B地银杏叶绿体亚显微结构典型照片，推测________（填字母）是10月1日的叶绿体照片，理由是__________________________________________________。
a
10月1日的光合速率低，a中叶绿体类囊体膜结构被破坏

解析：本题主要考查光合作用的影响因素，意在考查考生获取信息并进行信息转化的能力、推理能力和应用能力。在7～11月，随时间的推移叶绿素的总量下降，主要与结合型叶绿素含量下降有关；在提取叶绿体中的色素时，要加入无水乙醇（丙酮）、碳酸钙和少量的二氧化硅；研磨后，叶绿体的结构被破坏，所以功能丧失；在10月份，游离型叶绿素增多，所以叶绿体的结构部分被破坏。
5．（2013·上海卷，六）分析有关植物光合作用的资料，回答问题。
在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率，结果如下表，据表中数据回答问题。

光合速率与呼吸速率相等时光照强度（千勒克司）
光饱和时光照强度（千勒克司）
光饱和时CO2吸收量[mg/（100 cm2叶·小时）]
黑暗条件下CO2释放量[mg/（100 cm2叶·小时）]
A植物
1
3
11
5.5
B植物
3
9
30
15

（1）与B植物相比，A植物是在________光照条件下生长的植物，判断的依据是__________________________________________________________________________________________。
（2）当光照强度超过9千勒克司时，B植物光合速率______________，造成这种现象的实质是______________跟不上________反应。
弱
因为A植物在光饱和时的光照强度低于B植物（A植物在光
合速率与呼吸速率相等时的光照强度低于B植物）
不再增加
暗反应
光
（3）当光照强度为9千勒克司时，B植物的总光合速率是________[mgCO2/（100 cm2叶·小时）]。当光照强度为3千勒克司时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为________[mgCO2/（100 cm2叶·小时）]。
45
1.5
p79
（4）光合速率也受光合产物从叶中输出速率的影响。某植物正处于结果期，如图①。

若只留一张叶片，其他叶片全部摘除，如图②，则留下叶片的光合速率________，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。

增加
枝条上仅剩一张叶片，总光合产物减少，但结果期的植物
对营养的需求量大，因此叶中光合作用产物会迅速输出，
故光合速率增加

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