新高考 一轮复习 苏教版微专题二 开放和密闭环境中CO2O2含量昼夜变化状况分析 教案.docx
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新高考一轮复习苏教版微专题二开放和密闭环境中CO2O2含量昼夜变化状况分析教案
微专题二 开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化状况分析
1．开放环境中CO2吸收、释放量昼夜变化曲线的分析
（1）曲线的各点含义及形成原因的分析：
①a点：
凌晨3～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
②b点：
上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③bc段：
光合作用强度小于呼吸强度。
④c点：
上午7时左右，光合作用强度等于呼吸强度。
⑤ce段：
光合作用强度大于呼吸强度。
⑥d点：
温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。
⑦e点：
下午6时左右，光合作用强度等于呼吸强度。
⑧ef段：
光合作用强度小于呼吸强度。
⑨fg段：
太阳落山，停止光合作用，只进行细胞呼吸。
（2）绿色植物一昼夜内有机物的“制造”、“消耗”与“积累”
2．相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较
比较项目
一昼夜CO2含量的变化曲线图（小室中CO2变化状况）
一昼夜O2含量的变化曲线图（小室中O2变化状况）
图示
曲线分析
C点、E点：
光合作用强度＝呼吸强度
CE段：
光合作用强度＞呼吸强度
MC段和EN段：
光合作用强度＜呼吸强度
光合作用开始于C点之前，结束于E点之后
含量最高点
CO2含量最高点为C点
O2含量最高点为E点
含量最低点
CO2含量最低点为E点
O2含量最低点为C点
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
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少
如果N点高于M点
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
如果N点与M点一样高
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
[归纳整合]
[微专特训]
1．图1表示的是八月份某一晴天，一昼夜棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示棉花叶肉细胞两种细胞器的四种生理活动状态。
由图1中时间a、b、c、d依次发生的图2所示的生理活动为（ ）
A．
（1）
（2）（3）（4） B．（3）
（2）（4）
（1）
C．（3）（4）
（1）
（2）D．（4）（3）
（2）
（1）
解析：
选D 图1曲线中横坐标以上的部分表示光合作用速率大于呼吸速率，横坐标以下的部分表示光合作用速率小于呼吸速率或只有细胞呼吸，曲线与横坐标的交点处表示光合作用速率等于呼吸速率。
图2中
（1）表示光合作用速率大于呼吸速率，对应图1中d、e、f点；图2中
（2）表示光合作用速率等于呼吸速率，对应图1中c、g点；图2中（3）表示光合作用速率小于呼吸速率，对应图1中b点；图2中（4）表示只有细胞呼吸，对应图1中a、h点，D项正确。
2．图甲中曲线Ⅰ表示夏季某一天的温度变化，图乙曲线表示放置于密闭玻璃罩内的某植物在这一天内引起的玻璃罩内CO2浓度变化，请据图分析回答下列问题：
（1）若图甲曲线Ⅱ和Ⅲ中有一条代表该植物的总光合速率，则应该是曲线________；结合曲线Ⅰ分析，曲线Ⅲ的a点出现小波动的原因是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）若第
（1）小题的分析正确，则曲线Ⅱ的b点和曲线Ⅲ的e点分别代表__________________和____________________________。
（3）曲线Ⅲ的d点对应图乙曲线中________段的某一点，此时限制光合速率的外界因素主要是________；图乙曲线中H点对应图甲中________点。
（4）图甲中可用___________________________________________________
表示该植物一天内的有机物积累量；而由图乙可知，该植物在密闭玻璃罩的一天时间内，植物体内的有机物量________（填“增加”“减少”或“基本不变”）。
解析：
（1）由图甲可知，曲线Ⅲ在夜间也有速率变化，而曲线Ⅱ的速率变化只在白天体现，因此，曲线Ⅲ代表净光合速率，曲线Ⅱ代表总光合速率；a点对应的温度较低，由此可推知，由于气温降低导致酶活性降低，从而影响植物细胞呼吸释放CO2的速率。
（2）b点为曲线Ⅱ与横轴的交点，即此时该植物开始进行光合作用；e点为曲线Ⅲ与横轴的交点，即此时该植物的净光合速率为0（光合速率等于呼吸速率）。
（3）d点出现小波动的原因是中午气温过高，植物出现气孔关闭现象，引起CO2供应不足，进而影响暗反应，最终导致光合速率下降，故d点对应图乙曲线中FG段的某一点；图乙曲线的H点代表净光合速率傍晚为0的点，对应图甲中曲线Ⅲ的e点。
（4）图甲中曲线Ⅲ代表该植物的净光合速率，因此，一天时间内，有机物的积累量可由曲线Ⅲ与横轴围成的面积来表示。
图乙曲线代表密闭环境中CO2浓度变化，一天时间内，有机物的积累量可由曲线的起点和终点的高低来判断，图乙曲线的终点低于起点，说明一天后密闭玻璃罩内的CO2浓度降低，植物吸收CO2积累有机物。
答案：
（1）Ⅱ 凌晨时气温较低，导致催化植物细胞呼吸的酶活性降低，从而影响细胞呼吸（有氧呼吸）释放CO2的速率（答案合理即可）
（2）开始进行光合作用 光合速率等于呼吸速率（或净光合速率为0） （3）FG CO2浓度 e （4）曲线Ⅲ与横轴围成的正面积与负面积之差 增加
3．如图1表示某绿色植物细胞内部分代谢活动的相互关系，其中a、b、c代表不同的细胞器，①～⑤代表不同的物质。
请据图回答下列问题：
（1）写出以下结构或物质的名称：
物质①________，结构a________。
（2）③在b内参与的反应是有氧呼吸的第________阶段，反应场所是__________。
（3）②在a内变为④所需的直接条件是需要多种酶及________________________________。
（4）如图2表示棉田内，棉叶在一天内吸收二氧化碳变化情况，如果C、F时间所合成的葡萄糖速率相等，则C、F两点的呼吸强度的比较结果是________（填“C＞F”“C＝F”或“C＜F”）。
（5）如图3表示不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内氧气的消耗量，以及光照条件下单位时间内氧气的释放量。
30℃时，棉花植株的总光合作用速率是呼吸速率的________倍，40℃时，棉花叶肉细胞光合作用所需CO2的来源有__________________。
解析：
分析题图1可知，①为水，②为二氧化碳，③为氧气，④为葡萄糖，⑤为ATP，a为叶绿体，b为线粒体，c为液泡。
分析题图2可知，A点以前和H点之后，植物二氧化碳的吸收量不变且为负值，说明植物只进行细胞呼吸；B点和G点CO2吸收量为0，说明这时光合速率等于呼吸速率；BG段，细胞呼吸速率小于光合速率；C与F之间植物出现了午休现象。
分析题图3，氧气消耗量代表呼吸速率，氧气释放量代表净光合速率，两者之和代表实际光合速率，两者相交的点代表光合速率是呼吸速率的两倍。
（1）根据以上分析可知，图1中①为水，a为叶绿体。
（2）③为氧气，b为线粒体，氧气在线粒体内膜参与有氧呼吸第三阶段，与还原氢结合生成水。
（3）②为二氧化碳，a为叶绿体，④为葡萄糖，二氧化碳在叶绿体基质中参与光合作用暗反应过程，暗反应需要光反应提供ATP和[H]。
（4）根据题意分析，图2中C、F时间所合成的葡萄糖速率相等，即光合速率相等，而图中显示C点的净光合速率大于F点的净光合速率，说明C点呼吸速率小于F点的呼吸速率。
（5）根据以上分析可知，30℃时，两条曲线相交，表示棉花植株的总光合作用速率是呼吸速率的2倍；40℃时，曲线与横坐标相交，表示这个植株净光合速率为0，而植株的所有细胞中只有叶肉细胞等少数细胞可以进行光合作用，因此叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，则此时光合作用需要的二氧化碳除了来自线粒体，还需要从外界吸收。
答案：
（1）H2O 叶绿体
（2）三 线粒体内膜
（3）ATP、[H] （4）C＜F （5）2 线粒体和外界环境
4．某生物研究小组用某种绿色植物作实验材料，做了如下实验：
图1为某植物在密闭透光的玻璃小室内一昼夜CO2浓度的变化示意图（假若一昼夜6时日出，18时日落）；图2表示该植物在温度为A时，光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内气体的变化情况（其中a为无光条件）；图3表示该植物的真正光合速率、呼吸速率与温度的关系。
请分析回答下列问题：
（1）图1曲线的A至G的7个点中，代表光合作用速率与呼吸速率相等的是________点，对应图2中的________（用a、b、c、d表示）点。
图1中F点植物叶肉细胞中合成ATP的场所有__________________________________________。
图2中光照强度为d时，植物光合作用需要从外界吸收________个单位CO2。
该玻璃小室内的植物经过一昼夜后是否积累有机物？
__________。
理由是：
__________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）请描述图3中阴影部分的含义：
__________________
________________________________________________________________________。
（3）如果该植物是一种蔬菜，在塑料大棚内种植该种蔬菜时，请你结合以上相关的因素，提出两项使蔬菜增产的方法：
______________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
据图分析，图1表示某植物在密闭透光的玻璃小室内一昼夜CO2浓度的变化，其中B、F点表示光合速率与呼吸速率相等；G点与A点相比，玻璃小室内一昼夜CO2浓度降低，说明植物的有机物有积累，表现为生长现象。
图2中a点没有光照，植物只能进行细胞呼吸，呼吸强度为6；b点产生的氧气总量与释放的二氧化碳量相等，表示呼吸速率是光合速率的两倍；c点没有二氧化碳的释放，且氧气产生总量为6，说明光合速率与呼吸速率相等；d点氧气产生总量是8，说明光合速率大于呼吸速率。
图3中两条曲线之间的差值表示净光合速率。
（1）根据以上分析可知，图1中的B、F点以及图2中的c点都表示光合速率与呼吸速率相等的点；由于图1中的F点可以同时进行光合作用与细胞呼吸，因此该点植物叶肉细胞中合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体；光照强度为d时，植物的氧气产生质量是8，需要消耗8个单位二氧化碳，而细胞呼吸只能产生6个单位，因此还需要从空气中吸收2个单位二氧化碳；根据以上分析可知，图1中G点的CO2浓度低于A点，说明有机物有积累。
（2）根据以上分析可知，图中阴影部分表示温度在15～35℃之间，植物的光合速率大于呼吸速率，即表示进行光合作用消耗的CO2相对值。
（3）根据三幅图分析可知，影响光合作用的因素有二氧化碳浓度、光照强度和温度，因此提高大棚蔬菜产量的措施有：
适当增加光照强度、适当增加二氧化碳的浓度、将温度控制在适宜的范围内、夜晚适当降低温度等。
答案：
（1）B和F c 细胞质基质、线粒体、叶绿体 2 是 G点的CO2浓度低于A点，有机物有积累（一个昼夜对植物的光合作用消耗的CO2量多于细胞呼吸产生的CO2量）
（2）温度在15～35℃之间植物进行光合作用消耗的CO2相对值（净光合作用） （3）适当增加光照强度、适当增加二氧化碳的浓度、将温度控制在适宜的范围内、夜晚适当降低温度等
5．将5mL小球藻浓缩液置于密闭玻璃容器中，注入适量清水，在温度适宜的暗室中进行实验，用仪器记录该容器内氧气量的变化，从第5min起给予光照，实验结果如图所示，据图分析并回答下列问题：
（1）在0～5min之间氧气量减少的原因是__________。
（2）在5～15min之间，氧气量增加的速率________，这是因为________________________________________________________________________。
（3）如果小球藻的呼吸速率不变，在5～15min之间，小球藻的平均光合作用速率（用氧气产生量表示）是______mol/min。
（4）溴甲酚紫能在植物生理活动的酸碱范围内灵敏地变色，pH＞6.7时呈紫色，pH＜6.7时呈黄色。
在上述实验的容器中滴入适量溴甲酚紫指示剂，实验的第5min溶液最可能呈______，第15min时溶液最可能呈______。
解析：
据题图分析，在0～5min内，没有光照，小球藻不进行光合作用，只进行有氧呼吸，且呼吸强度平均值＝（5－4）÷5×10－7＝2×10－8（mol/min）；从第5min起给予光照，则在5～15min内，小球藻可以同时进行光合作用和细胞呼吸，若呼吸速率不变，则光合速率的平均值＝（8－4）÷10×10－7＋2×10－8＝6×10－8（mol/min）。
（1）根据以上分析可知，在0～5min内小球藻只能进行细胞呼吸消耗氧气，因此该容器内氧气量减少。
（2）在5～15min内，由于光合作用使密闭容器内的CO2浓度逐渐降低，光合作用速率逐渐下降，所以该容器内氧气量增加的速率逐渐减小。
（3）若小球藻的呼吸速率不变，在5～15min之间，小球藻的光合作用速率的平均值为6×10－8（mol/min）。
（4）实验的前5min内，小球藻只能进行细胞呼吸，产生二氧化碳，导致溶液呈酸性，因此实验的第5min溶液最可能呈黄色；而在5～15min之间，小球藻的光合速率先大于呼吸速率，之后等于呼吸速率，导致容器内的二氧化碳减少，所以第15min时溶液最可能呈紫色。
答案：
（1）细胞呼吸消耗氧气
（2）逐渐减小 容器内CO2逐渐减少，光合作用速率下降 （3）6×10－8 （4）黄色 紫色
6.某研究小组为探究环境因素对光合作用强度的影响，设计进行下列实验。
实验材料和用具：
100mL量筒，50W、100W、200W和400W的台灯，冷开水，NaHCO3溶液，黑藻等。
实验步骤：
①准备4套如图所示的装置，编号为1～4。
在瓶中各加入约500mL质量浓度为0.01g/mL的NaHCO3溶液后用冷开水充满。
②取4等份长势相同的黑藻分别放入1～4号装置。
③将4套装置放入暗室中，然后分别用50W、100W、200W和400W的台灯等距离照射1～4号装置，观察气泡的产生情况。
④30min后停止光照，测量光合作用释放的O2体积（mL）。
以上实验重复三次，实验结果见下表。
组别
次数
1
2
3
4
50W
100W
200W
400W
第一次
5.0
12.0
21.0
19.2
第二次
5.3
11.5
20.0
18.5
第三次
5.0
12.0
20.0
19.0
分析并回答有关问题：
（1）该实验中应控制的无关变量有____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________（答出两项）。
（2）根据装置图，上表的实验数据是如何读出的？
______________________。
（3）上表测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量，其原因是____________________________。
（4）对表中数据进行分析，得出的结论是__________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）若想确定黑藻生长的最适光照强度，请在本实验的基础上写出进一步探究的实验思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
解析：
（1）题中实验是探究光照强度对黑藻光合作用强度的影响，自变量是光照强度，因变量是氧气释放量，无关变量有CO2量（或NaHCO3溶液量及浓度）、温度、pH、光照时间、黑藻量等。
（2）在不同光照强度下氧气的释放使瓶中的压强增大，水分从排水管排出，因此，读量筒中水的体积就可以得出表格中的实验数据。
（3）题表测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量，因为黑藻自身的细胞呼吸会消耗O2，水中还会溶解少量O2。
（4）对表中的数据分析，得出的结论：
一定范围内光照强度增强，光合作用强度随之升高；超出该范围后光照强度增强，光合作用强度下降。
（5）据表中数据分析可知，缩小光照强度梯度，在100～400W范围内设置更多组进行实验，可以得出黑藻生长的最适光照强度。
答案：
（1）CO2量（或NaHCO3溶液量及浓度）、温度、pH、光照时间、黑藻量等
（2）读量筒中收集到的水的体积 （3）黑藻自身的细胞呼吸会消耗氧气 （4）一定范围内光照强度增强，光照强度增强，光合作用强度随之升高；超出该范围后光照强度增强，光合作用强度下降
（5）缩小光照强度梯度，在100～400W范围内设置更多组进行实验
一、培养科学思维
1.（2020·7月浙江选考）将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。
图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。
下列叙述正确的是（ ）
A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大
C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似
D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A～B段对应的关系相似
解析：
选A 测得的植物叶片的光合速率为净光合速率，不仅需要考虑叶绿体的光合速率，还需要考虑线粒体的呼吸速率，因此分离得到的叶绿体的光合速率大于测得的该植物叶片的光合速率，A正确；叶绿体被破碎后，结构被破坏，无法进行光合作用，因此无破碎叶绿体的光合速率比有一定比例破碎叶绿体的光合速率大，B错误；该植物较长时间处于遮阴环境，由于缺乏光照，叶片的光合速率为0，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵后，叶片光合作用产生的蔗糖不能运输到花朵，导致叶片内蔗糖积累过多，不利于光合作用的进行，其蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似，D错误。
2．（北京高考）某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。
据此，对该植物生理特性理解错误的是（ ）
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25℃
C．在0～25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50℃
解析：
选D 从第二幅图的曲线中可以看出，光合作用的最适温度为30℃左右，呼吸作用的最适温度为55℃左右，因此呼吸作用的最适温度比光合作用的高；从第一幅图的曲线中可以看出，净光合作用的最适温度为25℃左右；通过第二幅图的曲线可以看出，在0～25℃范围内，光合作用曲线变化明显大于呼吸作用曲线；植物总光合作用大于呼吸作用时，即净光合作用大于0时，适合植物的生长，从图中可以看出，适合该植物生长的温度范围是－10～45℃。
二、进行科学探究
3．（2019·全国卷Ⅰ）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小。
回答下列问题。
（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）有研究表明：
干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。
请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论。
要求简要写出实验思路和预期结果。
解析：
（1）经干旱处理后，该植物根细胞中溶质浓度增大，则该植物根细胞的吸水能力增强。
（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，从而影响光合作用所需的CO2的供应，其光合速率降低。
（3）本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
答案：
（1）增强
（2）降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少 （3）取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。
预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。
预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
4．（2020·山东等级考）人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________。
（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________（填“增加”或“减少”）。
若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是___________________________________。
（3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量______________（填“高于”“低于”或“等于”）植物，
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