高考生物光合作用和细胞呼吸综合题型专训.docx

高考生物光合作用和细胞呼吸综合题型专训.docx

《高考生物光合作用和细胞呼吸综合题型专训.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考生物光合作用和细胞呼吸综合题型专训.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考生物光合作用和细胞呼吸综合题型专训

光合作用和细胞呼吸综合题型专训

——疑难聚焦，专讲专练

一、光合——呼吸中“CO2与O2交换”的物理模型

绿色植物的光合作用是在叶绿体内完成的，而细胞呼吸主要在线粒体内进行。

两者之间的关系从物质交换的角度来看，主要涉及的是O2和CO2的去路与来源问题。

通过构建物理模型可以进一步加深对光合作用强度与呼吸作用强度之间的内在联系的理解和认识。

1．模型构建

2．模型解读

绿色植物进行光合——呼吸过程中，O2和CO2的去路与来源：

（1）叶绿体光合作用产生O2的去路：

①用于植物呼吸作用；②释放到周围的环境中。

（2）叶绿体光合作用利用CO2的来源：

①来自植物自身的呼吸作用；②从外界环境中吸收（若是水生植物，则从周围的水中吸收）。

光合作用强度与呼吸作用强度间的关系，可参见下表：

光照条件

生理过程

气体进出图解

生物学含义

无光照（或黑暗）

⑤和⑥

只进行呼吸作用

弱光照

①②⑤⑥

光合作用强度小于呼吸作用强度

较强光照

①②

光合作用强度等于呼吸作用强度

强光照

①②③④

光合作用强度大于呼吸作用强度

二、光合——呼吸中“光合速率与光照、温度”的数学模型

模型解读

1．界定总光合速率、呼吸速率与表观（净）光合速率

（1）呼吸速率

①概念：

是指单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率。

②表示方法：

单位时间内，释放的CO2量或吸收的O2量。

③测定条件：

黑暗条件下。

（2）表观（净）光合速率：

光照下测定的CO2吸收速率（或O2释放速率）。

（3）实际（总）光合速率：

植物在光下实际合成有机物的速率。

计算公式：

实际光合速率＝表观（净）光合速率＋呼吸速率。

具体可表示为：

实际光合速率＝从外界吸收CO2的速率＋呼吸释放CO2的速率，或实际光合速率＝释放O2的速率＋呼吸消耗O2的速率。

（4）真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的常用表示方法（如下表）

真正光

合速率

O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2量

CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量

有机物产生（制造、生成）速率

净光合

速率

植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率

植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率

有机物积累速率

呼吸

速率

黑暗中O2吸收速率

黑暗中CO2释放速率

有机物消耗速率

2.光合速率与植物生长的关系

（1）当净（表观）光合速率>0时，植物积累有机物而生长；

（2）净光合速率＝0时，植物不能生长；

（3）净光合速率<0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。

由图乙可看出，最有利于植物生长的应为净光合速率的至高点，而非真正光合速率的至高点。

【典例1】

如图甲表示a、b两种植物光合速率随光照强度改变的变化曲线，图乙表示将a植物放在不同浓度CO2环境条件下，a植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。

请分析回答下列问题。

（1）在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是________。

（2）图甲中的A点表示________。

如果以缺镁的完全营养液培养a植物幼苗，则B点的移动方向是__________________。

（3）在C点时，叶绿体中ADP的移动方向是从________向________移动。

如图所示中与C点相符合的是_______。

（4）与D点相比，E点时叶肉细胞中C3的含量________；与F点相比，E点时叶肉细胞中C3的含量________。

（填“高”“低”或“基本一致”）

（5）当光照强度为g时，比较植物a、b的有机物积累速率M1、M2的大小和有机物合成速率N1、N2的大小，结果应分别为M1________M2、N1________N2。

（6）增施农家肥可以提高光合效率的原因是________。

解析　根据坐标曲线的含义可知，图甲是以光照强度和植物种类为自变量的多变量模型，图乙是以光照强度和CO2浓度为自变量的多变量模型。

（1）在较长时间连续阴雨的环境中，由于光照不足，a植物生长受到显著影响。

（2）图甲中，A点光照强度为零，植物不能进行光合作用，此时A点表示a植物的呼吸速率。

若缺Mg，a植物中的叶绿素减少，使光反应受到抑制，只有通过增加光照强度来提高光合速率，才能使光合速率与呼吸速率相等，即B点右移。

（3）C点时，光合作用强度最大，在叶绿体基质中ATP不断被分解产生ADP，并移向类囊体薄膜参与ATP的合成。

（4）E点与D点相比，两者CO2浓度相等，所以C3的来源不变，但E点的光照强度较大，光反应产生的ATP和[H]多，有利于C3的还原，使其去路增多，所以C3含量降低；E点与F点相比，光照强度相同，光反应产生的ATP和[H]相等，所以C3的去路不变，但E点CO2浓度较大，即有利于C3的生成，故C3的含量增加。

（5）G点是a与b曲线的交点，所以此时M1＝M2，而a植物的呼吸速率大于b植物的，因此N1>N2。

（6）农家肥即有机肥，分解后可为农作物提供CO2和矿质元素，有利于光合作用的进行。

答案　

（1）a　

（2）a植物的呼吸速率　向右　（3）叶绿体基质　类囊体薄膜　D　（4）低　高　（5）＝　>　（6）农家肥被微生物分解为农作物提供CO2；提供矿质元素；促进土壤微生物的活动，提高土壤的通气性，促进植物对矿质元素的吸收（答出任意两项即可）

【训练1】

如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图。

以下相关叙述错误的是（　　）。

A．细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率

B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率

C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和

D．分析细胞④可得出，此时的光照强度较弱且n1小于m2

三、光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置

1．表观（净）光合速率的测定方法

（1）NaHCO3溶液作用：

玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。

（2）植物光合速率指标：

植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。

单位时间内水滴右移的体积即是光合速率。

（3）条件：

整个装置必须在光下。

动态分析：

当外界条件变化时，CO2（光）补偿点移动规律

①若呼吸速率增加，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。

②若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，CO2（光）补偿点应右移，反之应左移。

③阴生植物与阳生植物相比，CO2（光）补偿点和饱和点都相应向左移动。

2．细胞呼吸状况的实验测定归纳

欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，两套呼吸装置中的单一变量为NaOH与蒸馏水，即用等量的蒸馏水取代实验组的NaOH溶液，其他所有项目均应一致，加蒸馏水的装置内气压变化应由CO2与O2共同决定。

两套装置可如下图所示，当然，此时仍有必要设置另一组作误差校正之用。

结果与分析

①若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸（因有氧呼吸产CO2量与耗O2量相等）。

②若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸（因无氧呼吸只产CO2，不耗O2）。

③若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。

④装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。

a．为使实验结果精确，排除实验误差还应设置如图装置3，以便校正。

b．进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”，如上。

【典例2】

（2012·孝感统考）以小球藻为材料做下列两组实验，根据实验回答下列问题。

实验一　小球藻在适宜条件下进行光合作用时，其繁殖速度较快。

在相同培养液中，以图中的装置Ⅰ和Ⅱ（密封环境）分别培养相同品质和数量的小球藻。

将两个装置都放在阳光下，一定时间后，观察装置Ⅰ和Ⅱ发生的变化。

（1）比较B、C两试管中的小球藻的繁殖速度，可以发现________试管的繁殖速度较快，其原因在于__________________________________________________。

实验二　如果用图中E试管和F试管敞开口培养小球藻，E试管用完全培养液，F试管用缺镁的营养液，研究光照强度对E、F两试管中小球藻产生氧气量的影响，结果如图。

据图回答问题。

（2）P点的坐标值表示的意义是______________________。

（3）Q点小球藻释放的氧气量为________，其原因是_____________________________________________。

（4）当光照强度小于M时，限制试管中小球藻光合作用强度的主要环境因素是_________________________________。

（5）当光照强度沿Q→M方向移动时，造成E、F两试管氧气增加量差异的原因是______________________________。

实验三　将若干小球藻、水草及一条小鱼放在一个盛有水的玻璃容器内，使之处于气体密闭状态。

实验在温度适宜的暗室中进行，将玻璃容器用黑纸包裹遮光，在距玻璃容器0.3m处用不同功率的灯泡给予光照1h时（每换一次灯泡有一个间歇期，间歇期间足以使玻璃容器内的含氧量恢复到初始实验状态），其间用仪器记录该容器内氧气浓度的变化（浓度单位：

g/m3）。

遮光实验结束后，去掉黑纸，实施上述同样的实验操作步骤．实验结果如下。

15W

20W

25W

30W

35W

40W

45W

遮光

－10

－10

－10

－10

－10

－10

－10

不遮光

－6

－4

－2

0

＋2

＋5

＋10

（6）不遮光的容器在光照为25W时产生的氧气量是________g/m3，消耗的氧气量是________g/m3。

（7）当光照强度大于________W时，这个生态系统才有可能得以长期维持。

（8）实验中黑纸包裹容器的作用是用来测定________________________________________________。

解析　

（1）A烧瓶中的酵母菌是兼性厌氧型生物，通过呼吸作用可产生CO2，而D烧瓶进行的是乳酸发酵，乳酸发酵不产生CO2，因此B试管小球藻能进行光合作用，繁殖的速度较快。

（2）P点时，光照强度为零，小球藻只进行呼吸作用不进行光合作用，因此P点表示光照强度为零时，E试管内小球藻呼吸作用吸收的氧气量。

（3）Q点表示光合作用强度等于呼吸作用强度，此时净光合速率为0，（4）分析坐标图可知，当光照强度小于M时，限制试管中小球藻光合作用强度的主要环境因素是光照强度。

（5）F试管的培养液中缺少镁元素，影响叶绿素的正常合成，因此其中小球藻的光合作用效率比E试管低。

（6）分析表可知，小球藻的呼吸速率为10g/m3，当光照强度为25W时，产生的氧气量是8g/m3。

（7）当光照强度大于30W时，净光合速率大于0，这个生态系统有可能得以长期维持。

（8）测定呼吸作用强度需要在黑暗条件下进行，这样可以排除光合作用对测量结果的干扰。

答案　

（1）B　A瓶产生CO2，D瓶产生乳酸时不产生CO2

（2）在光照强度为零时，E试管内小球藻呼吸作用吸收的氧气量

（3）0　呼吸作用消耗的氧气量等于光合作用产生的氧气量

（4）光照强度

（5）F试管的培养液中缺少镁元素，影响叶绿素的正常合成，其中小球藻的光合作用效率比E试管低

（6）8　10　（7）30　（8）呼吸作用消耗的氧气量

【训练2】

（2013·湖南重点中学调研）下面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物，有关分析不正确的是（　　）。

A．三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都不需要设置对照实验

B．甲装置可用于探究呼吸作用是否产生热量

C．乙装置可用于探究萌发的种子是否进行有氧呼吸

D．丙装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生CO2