细胞呼吸和光合作用的综合应用含详细解析.docx
《细胞呼吸和光合作用的综合应用含详细解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞呼吸和光合作用的综合应用含详细解析.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
细胞呼吸和光合作用的综合应用含详细解析
细胞呼吸和光合作用的综合应用
（40分钟 100分）
1.（12分）科学家在黑暗条件下，将离体叶绿体浸泡在pH=4的酸性溶液中不能产生ATP（图1），当叶绿体基质和类囊体腔均达到pH=4时也不能产生ATP（图2），将其转移到pH=8的碱性溶液中（图3）发现能产生ATP。
回答下列问题：
（1）该实验是研究叶绿体中ATP产生的机理，由实验结果可以推测，叶绿体中ATP合成的必要条件是________________________________________。
（2）绿色植物在光合作用时，叶绿体中ATP的合成部位是__________，叶绿体依靠光反应中__________过程在类囊体腔部位积累H+产生类似于图3的条件。
（3）图3实验状态下，叶绿体________（填“会”或“不会”）释放氧气，其原因是________________________。
【解题指南】解答本题的关键是：
（1）三图所示只有图3叶绿体中能产生ATP。
（2）实验条件是离体的叶绿体、黑暗的环境条件。
（3）三图的主要不同是不同部位pH不同（H+浓度不同）。
【解析】
（1）由实验结果可知，三种条件下只有图3的条件才能产生ATP，与图1、图2相比，图3的条件是类囊体腔中的pH低于叶绿体基质，即类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质。
（2）绿色植物在光合作用时，叶绿体中ATP的合成部位是类囊体薄膜上，叶绿体中水的光解会产生H+，H+积累形成类似于图3的条件。
（3）由于实验在黑暗条件下进行，叶绿体内无法进行水的光解，因此不能释放氧气。
答案：
（1）类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质（或类囊体腔中的pH低于叶绿体基质）
（2）类囊体薄膜上 水的光解 （3）不会 在黑暗条件下，叶绿体不能进行水的光解，不能释放氧气
2.（12分）（2017·武汉模拟）下图1为植物光合作用与有氧呼吸的过程示意图，图中字母表示有关物质，序号表示相关生理过程，请据图回答问题：
（1）写出下列符号所表示的含义：
C________，D________，①________。
（2）若图1中化合物B的含量在24小时内发生的变化如下图2所示，请回答：
G点时化合物B含量升高主要是_____________________________________所致。
________段的出现可能是由白天天气暂时由晴转阴造成的。
请在图3中画一条曲线，表示上图中的EH段（10h至14h）水稻叶肉细胞中C3含量的变化趋势。
（设a点为10h的C3含量）
【解析】本题主要考查植物的光合作用与呼吸作用，意在考查考生的理解能力。
（1）由图1可知，A、B、C、D、E、F分别表示CO2、C5、O2、[H]、水、[H]，①表示暗反应过程，②表示O2进入线粒体的过程，③表示有氧呼吸的第一阶段，④表示有氧呼吸的第二阶段。
（2）在12～14h内，气温过高，植物为了减弱蒸腾作用，气孔张开程度减小，甚至关闭，导致进入叶肉细胞内的CO2含量减少，使C3合成量减少，C5含量增加。
天气由晴转阴时，光反应受阻，产生的ATP和[H]减少，使C3的还原变慢，C5的产生量减少，同时C5仍与CO2结合生成C3，所以此条件下的C5含量会降低。
C3与C5的含量变化相反，所以参照C5的含量变化即可画出C3的含量变化图。
答案：
（1）O2 [H] 暗反应
（2）温度过高，气孔关闭，叶肉细胞吸收CO2减少 CD 如图：
3.（12分）对黄瓜植株不同着生位置的叶片的结构及光合作用进行研究，部分结果如下，分析回答问题：
（1）上位叶（着生于植株上部）的光合作用速率和CO2固定速率均明显高于下位叶（着生于植株基部），其主要原因是下位叶接受的光照较弱，光反应产生的______
________较少，影响了暗反应中________的还原，从而影响了对CO2的固定。
（2）上位叶的光饱和点和光补偿点均明显高于下位叶。
若下图中的曲线Ⅰ表示上位叶在不同的光照强度下的光合速率（以吸收CO2的相对值表示），则表示下位叶的光合速率的曲线最可能是______。
（3）观察上位叶和下位叶的结构，发现下位叶的叶绿体数量多、体积大，叶绿体中的基粒数和每个基粒中的类囊体数量都比较多。
上述项目中，能在光学显微镜下观察到的是________。
这种结果表明，生物体的结构和______是相适应的。
【解析】
（1）弱光下，光反应产生[H]和ATP减少，影响了暗反应中C3的还原，从而影响了对CO2的固定。
（2）由题可知，上位叶的光饱和点和光补偿点均明显高于下位叶，则上位叶光合速率也明显高于下位叶。
若曲线Ⅰ表示上位叶在不同的光照强度下的光合速率，则图中曲线Ⅳ光补偿点高于曲线Ⅰ，而曲线Ⅱ光合作用强度与曲线Ⅰ无明显差异，只有曲线Ⅲ光补偿点和光饱和点均低于曲线Ⅰ，且光合速率也明显低于曲线Ⅰ，因此曲线Ⅲ为下位叶在不同的光照强度下的光合速率。
（3）在光学显微镜下可以观察到叶绿体的形态和数量，而叶绿体的结构（双层膜结构和基粒）为亚显微结构，需要利用电子显微镜才能观察。
从实验中可以得出由于上位叶与下位叶在叶绿体数量和基粒数量、结构等方面的差异，导致光合作用上的差异，这表明了生物体的结构和功能是相适应的。
答案：
（1）[H]和ATP C3
（2）Ⅲ
（3）叶绿体数量（和大小） 功能
4.（12分）（2017·安庆模拟）如图是某植物成熟绿叶组织的相关图解。
其中图1是叶肉细胞的光合作用过程图解；图2表示在某光照强度和适宜温度下，光合作用增长速率随CO2浓度变化的情况；图3表示当光照和CO2浓度充足的条件下，温度对该植物光合作用和呼吸作用的影响（其中实线表示光照时CO2的固定量，虚线表示黑暗时CO2的产生量）。
请据图回答下列问题：
（1）由图1可知，甲、乙分别代表的物质是________、________，想要使叶绿体内C3的含量快速下降，可以改变的环境条件是_______________。
（2）图2中限制D点光合作用速率的主要环境因素是________，和D点相比，C点叶绿体中C5的含量______（填“较低”“较高”或“相等”）。
（3）由图3可知，与________作用相关的酶对高温更为敏感，相关酶的作用机理是________________________。
（4）若昼夜不停地照光，图3植物在温度为________条件下，生长状况达到最佳。
若在此温度条件下，每天交替进行12h光照、12h黑暗处理，则该植物在24小时内积累的葡萄糖为________mg（保留小数点后一位）。
【解析】
（1）联系光合作用过程的图解，可知图1中甲即CO2与C5结合生成C3，C3在光反应生成的ATP和[H]（即乙）的作用下，生成（CH2O）和C5。
不提供CO2会导致C3不能生成，增加光照强度，会导致C3快速消耗，两种情况都可使C3含量快速下降。
（2）由题干可知，图2曲线是在适宜温度下测得的，D点光合作用速率不再随CO2浓度的增加而增加，故推知限制D点光合作用速率的主要环境因素是光照强度。
C点CO2的含量低于D点，结合的C5少，故C点叶绿体中C5的含量较高。
（3）由图3可知，实线代表总光合作用强度，虚线代表呼吸作用强度，呼吸作用强度的峰值所对应的温度高于光合作用强度峰值所对应的温度，故光合作用相关的酶对高温更为敏感，酶通过降低化学反应的活化能来催化化学反应。
（4）光合作用强度和呼吸作用强度的差值最大时，植物积累的有机物最多，由图3可知该点对应的温度为30℃。
此温度条件下，光照12h，黑暗12h，累积吸收的CO2为（5-3）×12=24（mg），换算成积累的葡萄糖为24/44×1/6×180≈16.4（mg）。
答案：
（1）CO2 [H]和ATP 减小CO2浓度（不提供CO2或增强光照等）
（2）光照强度 较高
（3）光合 降低化学反应的活化能
（4）30℃ 16.4
5.（10分）（2017·洛阳模拟）某研究小组用番茄进行光合作用和呼吸作用的实验。
结合所给材料，回答相关问题：
（1）实验一：
探究单株番茄光合作用强度与种植密度的关系，结果如图甲所示。
与M点相比，N点限制单株番茄光合作用强度的外界因素是________、________，图甲给我们的启示是在栽培农作物时要注意______________________。
（2）在图乙中A点时叶肉细胞中形成NADPH（[H]）的场所是________。
有氧呼吸过程中，葡萄糖中氧的转移途径是______________________。
（3）据图乙分析，温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应控制的最低温度为________。
（4）图乙中，________点光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍。
【解析】
（1）由图甲可知，与M点相比，N点种植密度较大，因此会影响单株番茄的光照强度，同时也会影响通风即影响二氧化碳的浓度，即N点的限制因素是光照强度、二氧化碳浓度等。
从图甲分析可知，密度过大，单株番茄的光合作用强度下降，因此在栽培农作物时要注意合理密植。
（2）图乙中A点时从空气中吸收的CO2量为0，即此时净光合速率为0，在叶绿体的类囊体薄膜上形成NADPH（[H]）。
在有氧呼吸过程中，葡萄糖中的氧原子先进入丙酮酸，然后在有氧呼吸第二阶段再进入二氧化碳中。
（3）获得最大经济效益所需的最低温度是达到最大净光合速率时的最低温度，从图乙可知，为20℃。
（4）光合作用制造有机物的量是呼吸作用消耗有机物的量的两倍的点应是净光合速率与呼吸速率相等的点，即两条曲线的交点，对应B、D点。
答案：
（1）光照强度 二氧化碳浓度 合理密植
（2）叶绿体的类囊体薄膜 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
（3）20℃ （4）B、D
6.（10分）研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究。
A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2+的培养液中，其他条件相同且适宜。
一段时间后，持续提供14C标记的CO2进行光合作用。
回答下列问题：
（1）菠菜细胞吸收Mg2+的方式为________________，此过程____________（填“消耗”或“不消耗”）ATP。
（2）请列举出本实验的两个无关变量：
______________、____________。
（3）一段时间后检测，发现B组产生的含有14C标记的（CH2O）的量比A组低，原因是缺Mg2+导致叶片中________含量减少，从而直接影响光合作用的____________
_________（填反应阶段）。
（4）在检测过程中，发现6s后含有14C的物质种类要比0.5s后的多。
菠菜最初产生的含有14C的物质为______________，场所是________________。
【解析】
（1）植物细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输，需要消耗ATP。
（2）本实验自变量为有无Mg2+，其他影响光合作用的因素如温度、光照、pH等均为无关变量。
（3）Mg是合成叶绿素的元素，缺少Mg2+不利于叶绿素的合成，缺少叶绿素，叶绿体吸收的光能减少，导致光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，最终使（CH2O）合成减少。
（4）暗反应阶段，CO2不能直接被[H]还原，必须先在叶绿体基质中与C5结合，形成两个C3分子，最终C3经过一系列变化，形成糖类，所以菠菜最初产生的含有14C的物质为C3，场所是叶绿体基质。
答案：
（1）主动运输 消耗
（2）温度、光照、pH等（答出两项即可）
（3）叶绿素 光反应 （4）C3 叶绿体基质
7.（16分）为研究某种经济作物光合作用的影响因素，研究小组将其分为4组，分别用强度相同的4种可见光照射，在不同CO2浓度下，测定各组叶片的净光合速率（各组呼吸速率基本不变），得到各组叶片的CO2补偿点、CO2饱和点。
数据如下表：
组别
光质
CO2补偿点
（μmol·
mol-1）
CO2饱和点
（μmol·
mol-1）
最大净光合速率
（μmolCO2·
m-2·s-1）
A
白光
78.3
1297.5
31.2
B
红光
83.1
1218.3
26.1
C
黄色
91.8
1174.9
20.4
D
蓝光
99.2
1334.6
33.4
（CO2补偿点指叶片吸收CO2的速率与释放CO2的速率相同时的外界环境中CO2浓度。
CO2饱和点指叶片的光合速率不再随CO2浓度的升高而增大时的外界环境中CO2浓度）
回答下列问题：
（1）该实验的自变量是____________。
（2）在光照条件下，叶肉细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来自_______________
_________________（填写细胞内场所）。
（3）环境CO2浓度为99.2μmol·mol-1时，叶片净光合速率最低的是________组作物。
环境CO2浓度为1400μmol·mol-1时，叶片净光合速率最高的是____组作物。
（4）在大棚栽培中不宜用黄光作为补充光源，原因是_______________________，无法显著提高光合速率。
【解析】
（1）本实验在4种可见光照射、不同CO2浓度下，测定各组叶片的净光合速率，因此自变量为光质和CO2浓度。
（2）在光照条件下，叶肉细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来自细胞呼吸，场所是细胞质基质和线粒体。
（3）由题表可知，环境CO2浓度99.2μmol·mol-1是D组作物的CO2补偿点，且高于其他3组的CO2补偿点，因此D组叶片净光合速率为0，在4组中最低。
环境CO2浓度为1400μmol·mol-1时，超过了4组作物的CO2饱和点，因此叶片净光合速率最高的也是D组作物。
（4）由表可知，黄光组最大净光合速率最低，说明叶绿体色素对黄光的利用率（或吸收率）较低，因此在大棚栽培中不宜用黄光作为补充光源。
答案：
（1）光质和CO2浓度
（2）细胞质基质、线粒体
（3）D D （4）叶绿体色素对黄光的利用率（或吸收率）较低（叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光）
8.（16分）为了探究补光光质对莴苣光合作用的影响，科学家设计了4组不同光照分别处理长势相同的莴苣幼苗，第40天进行测定，4组不同光照及测定的实验结果见下表，分析回答下列问题：
组别
A
B
C
D
处理
白光
白光+
红光
白光+
蓝光
白光+
红光+
蓝光
叶绿素含量
（mg·g-1）
叶绿素a
0.52
0.54
0.42
0.63
叶绿素b
0.12
0.12
0.09
0.14
净光合速率
（μmolCO2·m-2·s-1）
4.9
5.3
5.6
3.2
气孔导度
（mmolH2O·m-2·s-1）
234
214
240
184
（1）在本实验过程中，A组的作用是______，同时补充红光和蓝光________（填“促进”或“抑制”）莴苣生长。
实验中选用红、蓝两种光源作为补充光源的依据是________________________。
（2）若用该实验培养的莴苣叶做绿叶中色素的提取与分离实验，则滤纸条上自上而下第四条色素带的颜色是__________色，该色素带颜色最深的是__________组。
（3）D组净光合速率最低，根据表中数据推测，最可能的原因是______________，与C组相比，叶肉细胞中的C3含量______（填“较高”“相等”或“较低”）。
【解析】
（1）本实验目的是探究补光光质对莴苣光合作用的影响，用白光组可以作为对照。
与对照组相比，同时补充红光和蓝光组净光合速率减小，因此同时补充红光和蓝光抑制莴苣生长。
由于绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光，因此实验中选用红、蓝两种光源作为补充光源。
（2）用该实验培养的莴苣叶做绿叶中色素的提取与分离实验时，滤纸条上自上而下第四条色素带为叶绿素b，颜色是黄绿色，该色素带颜色最深的是D组。
（3）与其他组相比，D组叶绿素含量增加，但净光合速率最低，原因是气孔导度降低，影响了CO2供应，与C组相比，叶肉细胞中的C3含量较低。
答案：
（1）对照 抑制 绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光
（2）黄绿 D
（3）CO2供应不足 较低
【加固训练】
生物细胞呼吸的底物（有机物）种类及含量的差异，会导致细胞呼吸释放的CO2与吸收的O2比值发生差异，这可用呼吸商表示：
呼吸商（RQ）=细胞呼吸释放的CO2/细胞呼吸吸收的O2，为了测定种子萌发时的呼吸商（只考虑有氧呼吸），现准备了锥形瓶、瓶塞、小烧杯、滤纸、带刻度的玻璃管、发芽的小麦种子、10%的NaOH溶液、NaHCO3、清水等，并组装成下面的3套装置：
其中甲实验装置设计如下：
锥形瓶内放入一盛有10%的NaOH溶液的小烧杯，杯中插入一根滤纸折叠条。
瓶底放入一些蒸馏水浸泡过的滤纸圆片，再将若干经消毒并充分吸胀的小麦种子平铺在滤纸圆片上，加入适量蒸馏水。
整个装置密封，并放置到20℃恒温环境中培养。
（1）小烧杯中插入一根滤纸折叠条的作用是________________________。
（2）由于发芽小麦种子（已消毒）的细胞呼吸，甲装置内的气体发生了变化，使得墨滴向右移动，说明瓶内气体减少了。
减少的气体是____________。
（3）甲装置内的气体变化还不足以求出发芽小麦的呼吸商，由此还要利用乙装置来测定发芽小麦细胞呼吸过程中的某一种气体的变化，进而测定单位质量小麦种子呼吸时CO2释放量与O2消耗量的比值，请将下面主要的方法步骤补充完整：
①_____________________________________________；
②用同质量的小麦种子在相同环境下进行与上述实验相同的操作；
③测出_________________________________________；
④再计算出CO2释放量。
（4）若甲装置测出的实验数据（墨滴移动量）为X，乙装置测得的实验数据（墨滴移动量）为Y，则呼吸商计算式为：
______________________。
如果呼吸商小于1，说明呼吸底物中含脂肪。
据此可判断出干重相同的油菜种子和小麦种子在萌发时有氧呼吸CO2释放量与O2消耗量的比值为油菜种子________（填“大于”“等于”或“小于”）小麦种子。
（5）为了校正环境因素引起的实验测量误差，必须另设丙装置进行校正。
则应对丙装置作相应处理：
锥形瓶中加入________________，小烧杯内加入__________
_____________，其他处理与实验组完全相同，同时记录相同时间内的读数变化。
如果丙装置的墨滴在实验后向左移动量为Z，则氧气实际消耗量应为__________
_________。
【解析】
（1）小烧杯中的NaOH溶液能吸收CO2，插入滤纸折叠条能使NaOH溶液扩散到滤纸条上，增大吸收CO2的能力。
（2）甲装置内发芽小麦种子进行有氧呼吸，吸收氧气，释放CO2，释放的CO2被NaOH吸收，因此减少的气体是O2。
（3）装置乙测定的另一种气体应为CO2，则装置内的小烧杯中的NaOH溶液应换成清水，测定相同时间内密闭系统的气体体积净变化量。
（4）装置甲测得的X值是O2吸收量，也等于有氧呼吸CO2释放量，装置乙测得的Y值是无氧呼吸CO2释放量，因此细胞呼吸释放的CO2总量为X+Y，则呼吸商计算式为：
（X+Y）/X。
如果呼吸商小于1，说明呼吸底物中含脂肪，与小麦种子相比，油菜种子中的脂肪含量高，因此干重相同的油菜种子和小麦种子在萌发时有氧呼吸CO2释放量与O2消耗量的比值为油菜种子小于小麦种子。
（5）对照组应加入死种子（无细胞呼吸），检测环境条件对瓶内气体体积的影响。
如果丙装置的墨滴在实验后向左移动量为Z，说明温度升高导致气体体积增大，则氧气的消耗量应为X+Z。
答案：
（1）增大吸收CO2的能力
（2）O2
（3）①锥形瓶内的小烧杯中不加入NaOH溶液，以等量的清水代之
③相同时间内密闭系统的气体体积净变化量
（4）（X+Y）/X 小于
（5）与实验组等量的死种子 与实验组等量的清水 X+Z
升级会员 