（江苏专用）2020版新高考生物 第三单元 细胞的能量供应与利用 考点加强课1 光合作用与细胞呼吸的关系与影响因素及相关曲线分析学案

光合作用与细胞呼吸的关系与影响因素及相关曲线分析重点题型1光合作用与细胞呼吸的关系1.光合作用与细胞呼吸的关系2.光合作用与细胞呼吸三个层面上的联系(1)过程联系(2)物质联系C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2O：H2OO2H2OH：H2OH(CH2O)HH2O(3)能量联系【例证】 (2018高考江苏卷，29)如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指H)，请回答下列问题：(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为_，其中大多数高等植物的_需在光照条件下合成。(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在_(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在_(填场所)组装。(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为_后进入乙，继而在乙的_(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的_(填场所)转移到ATP中。(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括_(填序号)。C3的还原内外物质运输H2O裂解释放O2酶的合成解析(1)由题图可知甲为叶绿体，乙为线粒体。植物通过光合作用将光能转变为化学能，参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物的叶绿素需在光照条件下合成。(2)光反应的场所为类囊体膜，参与光反应中心的蛋白在类囊体膜上组装；Rubisco(催化CO2固定的酶)是参与暗反应的相关酶，在叶绿体基质中组装。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2；NADPH可被线粒体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用，NADPH中的能量最终被转移到ATP中。(4)线粒体产生的ATP被叶绿体利用时，可参与叶绿体内C3的还原、内外物质运输、有关酶的合成等代谢过程，水裂解释放O2利用的是光能。答案(1)叶绿素、类胡萝卜素叶绿素(2)类囊体膜上基质中(3)丙酮酸基质中内膜上(4)光合作用与有氧呼吸中H、ATP来源与去路题型光合作用与有氧呼吸的内在关系，考查科学思维能力1.(2019江西金太阳全国大联考)如图为某植物叶肉细胞内生理活动的示意图，其中a、b代表细胞结构，代表物质，下列说法正确的是()A.色素只存在于结构a中，可以用无水乙醇进行提取B.图中a实现的能量转换为光能直接转换为稳定的化学能C.分别为H2O和CO2，该细胞的光合速率小于呼吸速率D.代表的物质为ATP，图中细胞外K运输到细胞内的方式是主动运输解析分析题图可知，图中结构a代表叶绿体、b代表线粒体，叶肉细胞中叶绿体中含有色素，液泡中也可能含有色素，A错误；a代表叶绿体，叶绿体是进行光合作用的场所，光合作用过程中发生的能量变化是光能先转换成ATP中活跃的化学能，ATP中活跃的化学能再转换成(CH2O)中稳定的化学能，B错误；可用于光合作用和细胞呼吸，且细胞呼吸也可产生，所以为H2O，可来自细胞外和线粒体，推知其为CO2，该细胞需要从外界吸收CO2，所以光合速率大于呼吸速率，C错误；代表的物质为ATP，由此可以判定K由细胞外运输到细胞内的方式为主动运输，D正确。答案D2.(2019河南、河北重点高中联考)下图表示某自养型生物细胞内光合作用、细胞呼吸过程中H的转移过程。下列叙述错误的是()H2OH(CH2O)HH2OA.图中过程都能产生ATPB.过程需要H2O参与，能产生CO2C.过程和过程离不开叶绿体和线粒体D.过程和过程产生的H不是同种物质解析由图分析可知，过程表示光合作用，过程表示有氧呼吸，蓝藻可以进行光合作用，但属于原核生物，没有叶绿体；没有线粒体，C错误。答案C重点题型2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分析2.相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长：易错警示植株叶肉细胞：密闭小室中气体变化是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合与呼吸作用综合影响的结果当密闭小室中CO2(或O2)初测值与末测值相等时：【例证】 (2016全国卷，29)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同，于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：对照组实验组一实验组二实验组三实验组四实验处理温度/3636363125相对湿度/%1727525252实验结果光合速率/(mgCO2dm2h1)11.115.122.123.720.7回答下列问题：(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是_，依据是_；并可推测，_(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)在实验组中，若适当提高第_组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是_。(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程_(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，_(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。历练审题(1)分析如下(2)对比实验实验组三和组四因温度降低，叶片的光合速率下降，适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2为气体分子其进入叶肉细胞的方式为自由扩散即不需要载体蛋白，也不需要消耗ATP。点悟分析多因子变量时，一定要遵循单一变量原则，分析温度对光合速率的影响时，温度为单一变量，相对湿度为无关变量，其应该相同，同理，相对湿度为单一变量时，温度应该相同。答案(1)湿度(或相对湿度)相同温度条件下，相对湿度改变时，光合速率变化较大增加(2)四该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度(其他合理答案可酌情给分)(3)不需要不需要1.(2019唐山市质检)将两棵生长状况相同的同种植物分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示；在相同自然条件下，测得甲、乙装置一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。下列说法正确的是()A.一昼夜中，装置乙的植物积累的有机物多B.E点时，气孔关闭导致光合作用停止C.14点时，与装置乙相比，甲中植物叶绿体在C3生成量相对较高D.AB段和CD段，曲线下降的原因相同解析图丙、丁中横轴上方曲线与横轴围成的面积均表示相应时间段内植物有机物的积累量，横轴下方曲线与横轴围成的面积表示相应时间段内，有机物的消耗量，二者的差值表示的是一昼夜中有机物的积累量，A正确；丁图中E点时大多数气孔关闭，少数气孔仍开放，同时叶肉细胞间隙中仍存在CO2，光合作用仍进行，B错误；图甲植物处于密闭空间内，当光合作用强度大于呼吸作用强度时，容器内CO2量随光合作用的进行逐渐减少，而图乙植物处于开放空间内，CO2浓度为外界大气中的浓度，则14点时图甲植物生存环境中CO2浓度低于乙，且图甲植物14点时O2释放速率明显低于乙，光合作用强度小于乙，则C3的生成量低于乙，C错误；AB段光合速率下降的主要原因是CO2浓度降低，CD段光合速率下降的主要原因是光照强度降低，D错误。答案A2.(2018镇江一模)某种植物固定CO2的方式比较特殊，夜间吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中， 白天苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其过程如图1所示；图2表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析并回答：(1)图1所示细胞对应图2中的_(填字母)类植物，其在中午12点时光合作用所需的CO2来源有_，该植物在夜间产生ATP的场所有_。 (2)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图2中植物A和植物B细胞中C3含量的变化分别是_。 (3)m点是曲线C与X轴交点，影响m点向左移动的因素有_(多选)。 A.植物缺镁B.调整温度使之更适宜C 天气转阴D.CO2浓度适当上升E.CO2浓度适当下降(4)在一定的二氧化碳浓度和适宜温度下，把图2中A植物的叶片置于5 klx(光合作用总速率为44 mg CO2100 cm2叶h1)光照下14 h，其余时间置于黑暗中(细胞呼吸速率为6.6 mg CO2100 cm2叶h1)，则一天内该植物每25 cm2叶片葡萄糖积累量为_(用CO2的净吸收量表示)mg。 (5)图1细胞固定CO2的方式是对环境的适应，推测其生活环境的特点是_(选填“炎热干旱”或“温暖潮湿”)，从进化角度看，其固定CO2的特殊方式是_的结果。 解析(1)图1所示细胞夜间能吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中，对应图2中A类植物。由图1卡尔文循环中CO2的来源可以看出，该类植物中午光合作用所需的CO2来源于苹果酸经脱羧作用释放及细胞呼吸产生，该植物在夜间进行细胞呼吸产生ATP，场所为细胞质基质和线粒体。(2)突然降低环境中CO2浓度，植物A液泡中苹果酸经脱羧作用可以释放CO2，所以细胞中C3含量基本不变，植物B由于环境中CO2浓度下降，生成的C3减少，细胞中C3含量下降。(3)m点是曲线C与X轴交点，此时细胞呼吸速率等于光合作用速率，调整温度使之更适宜及CO2浓度适当上升均会增大光合作用速率，使m点向左移动；植物缺镁、天气转阴及CO2浓度适当下降，均会降低光合作用速率，使m点向右移动。(4)一天内该植物每100 cm2叶片CO2净吸收量为44146.624457.6 mg，每25 cm2叶片CO2净吸收量为457.64114.4 mg。(5)图1细胞生活在炎热干旱环境，白天气孔关闭，所以夜晚要固定CO2，从进化角度看，这是长期自然选择的结果。答案(1)A苹果酸经脱羧作用释放、细胞呼吸产生细胞质基质和线粒体(2)A基本不变，B下降(3)BD(4)114.4(5)炎热干旱自然选择课后加强训练 (时间：20分钟)1.某研究小组在水肥充足条件下，观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势，结果如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是()A.光合作用消耗ATP最快的时刻是15：00B.根吸水能力最强的时刻是12：00C.直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗D.影响光合速率的环境因素主要是CO2浓度解析光合速率越大，光合作用消耗ATP也就越快，由甲图可知，光合作用消耗ATP最快的时刻是12：00。蒸腾作用越强，根吸水能力越强，由乙图可知，根吸水能力最强的时刻是15：00。蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗。据图可知，本题中影响光合速率的主要环境因素是光照强度。答案C2.(多选)绿色植物是主要的能量转换者，因为它们均含有叶绿体(图甲)这一完成能量转换的细胞器，图乙是图甲中的色素分离结果，图丙是在图甲结构中进行的生化反应，分别代表图甲中叶绿体的结构。下列相关叙述中，正确的是()A.图乙中的色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素B.图甲中和的成分和结构相似C.环境条件相对稳定的条件下，图甲中的C3含量多于C5D.如果突然降低CO2的浓度，图丙中的C3含量会一直下降解析图乙中下方有滤液细线，色素的扩散方向是从下向上的，所以14分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。图甲中的和分别是叶绿体的内膜和外膜，它们的成分和结构相似。分析图丙中的过程要从两个方面进行：一是环境条件相对稳定时，暗反应中的两个过程、光反应与暗反应之间均处于一种相对平衡的状态，由于一个C5对应着两个C3，所以C3含量要比C5高；二是当环境条件突然改变时，如CO2浓度突然降低时，短时间内由于CO2固定过程减弱而C3的还原过程仍在进行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段时间后，反应过程又达到一个新的平衡状态，所以C3含量不会一直下降。答案ABC3.(2019安徽省淮北市高三考试)某研究小组在温室大棚内测得某植株体在适宜温度、CO2浓度为0.03%时，光照强度与CO2吸收量的关系，结果如图所示(B为光补偿点，D为光饱和点)。下列有关说法正确的是()A.图中CD段、DE段分别表示实际光合作用强度与呼吸作用强度B.植物细胞呼吸产生的CO2总量S1S2S4，实际光合作用吸收CO2的总量S2S3S4C.适当提高温度，有利于该植物有机物的积累D.当适当提高大棚内的CO2浓度时，B点将向右移，D点将向左移解析图中CD段是二氧化碳吸收量，是净光合量，DE段是二氧化碳释放量，是呼吸量，可以用CDDE表示实际光合作用强度，DE表示呼吸作用强度，A错误；看图可知植物细胞呼吸产生的CO2总量为S1S2S4，实际光合作用吸收CO2的总量S2S3S4，B正确；该温度条件已是适宜温度，再提高温度不利于有机物积累，C错误；适当提高大棚内的CO2浓度时，光合速率加快，光补偿点减小，B点将向左移，同时光饱和点增大，D点将向右移，D错误。答案B4.(2019江西省赣州市摸底考试)图甲表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，图乙表示植物光合速率与光照强度的关系曲线，假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，则下列说法正确的是()A.若图甲代表水稻，图乙代表蓝藻，则图甲的c时与图乙的c时细胞中产生ATP的场所都有细胞质基质、线粒体和叶绿体B.若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的b相当于图乙的b点C.图甲的d时，单位时间内细胞从周围环境吸收2个单位的CO2D.图乙的a、b、c点光合作用限制因素只有光照强度解析蓝藻没有叶绿体，A错误；若图甲与图乙为同一植物，则相同温度下，图甲的b表示O2产生总量CO2释放量，即光合作用O2产生总量CO2产生总量，光合速率呼吸速率，而乙图中的b是光补偿点，表示光合作用量呼吸量，B错误；图甲中，植物在d时，O2产生总量为8，无CO2释放，即光合作用量为8，而且细胞呼吸释放的CO2都被植物吸收，所以细胞从周围环境吸收2个单位的CO2，C正确；图乙的a、b、c点光合作用限制因素除了光照强度外，还有其他因素，如温度，D错误。答案C5.(2018南京盐城二模)图甲表示在不同温度条件下CO2浓度对某植物净光合速率的影响；图乙表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。请回答下列问题：(1)据图甲可知，当CO2浓度分别为600 molL1和1 200 molL1时，更有利于该植物生长的温度分别是_。当CO2浓度为200 molL1时，28 条件下该植物净光合速率明显低于20 和15 ，原因可能是_。 (2)CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据图乙分析，AB的变化是由于叶肉细胞吸收CO2速率_，在此阶段暗反应消耗ATP的速率_；BC保持稳定的内因是受到_限制。 (3)研究发现，绿色植物中RuBP羧化酶具有双重活性，催化如图丙所示的两个方向的反应，反应的相对速度取决于O2和CO2的相对浓度。在叶绿体中，在RuBP羧化酶催化下C5与_反应，形成的_进入线粒体放出CO2，称之为光呼吸。光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上，据此推测，CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是_。解析(1) 据图甲可知，当CO2浓度为600 molL1，20 的净光合速率最大，当CO2浓度为1 200 molL1，28 的净光合速率最大，更有利于该植物生长。当CO2浓度为200 molL1时，28 、20 和15 的实际光合速率都不高，但28 时的呼吸速率很强，所以28 条件下该植物净光合速率明显低于20 和15 。(2) 由于叶肉细胞吸收CO2的速率增加，消耗的C5增加，所以出现了图乙AB的变化，此阶段形成的C3增加，消耗ATP的速率增加；由于C5的消耗需要RuBP羧化酶作用，而RuBP羧化酶数量或浓度一定，所以图乙中BC保持稳定。(3) 由图丙可知，叶绿体中C5 与O2在RuBP羧化酶催化下形成C2和C3酸，C2进入线粒体放出CO2。CO2浓度倍增后，高浓度CO2与C5形成C3酸使光合产物的积累增加，减少光呼吸。答案(1)20 、28 实际光合速率都不高，而28 时的呼吸速率很强(2)增加增加RuBP羧化酶数量(浓度)(3)O2二碳化合物(C2)高浓度CO2可减少光呼吸6.(2018苏锡常镇二模)高温对我国部分地区葡萄生长造成了不利影响。右图表示高温期间测定的葡萄叶片净光合速率与气孔导度(气孔导度越大，气孔开启程度越大)的日变化曲线。请分析并回答下列问题：(1)据图分析，9：0013：00随着叶际温度的升高，葡萄叶片光合作用速率下降的主要原因是_。进一步研究还发现，高温导致葡萄叶肉细胞内放氧复合体中有关功能蛋白的稳定性下降，使位于_(填结构名称)中的三碳化合物进一步生成糖类所需的_不足。 (2)科研人员在葡萄实验田中，选择生长、发育状况相同的葡萄植株，均分成三组，在高温条件下，第2、3组分别在叶面再喷施15 mmolL1的CaCl2溶液，2 h后，给第3组葡萄叶面再喷施5 mmolL1的EGTA(EGTA可与Ca2稳定结合)，于次日测定获得实验数据如下表：组别处理净光合速率/(molm2s1)气孔导度/(molm2s1)细胞间隙CO2浓度/(molm2s1)叶际温度/1对照10.3289.0266.736.12Ca211.5350.5254.536.23Ca2EGTA8.1254.3267.636.0对第1组葡萄植株的叶面应做的处理是_。从气孔导度与细胞间隙CO2浓度变化角度分析，据表可知，葡萄叶面喷施CaCl2溶液处理后，其光合作用固定CO2的速率将_，理由是_。 适度喷施Ca2可以_(选填“增强”“减缓”或“不影响”)高温对葡萄叶片光合作用的抑制作用，而EGTA会对葡萄植株内的Ca2的作用起到_效应。 解析(1)从图中可以看出，9：0013：00随着叶际温度升高，气孔导度下降，吸收的CO2减少，叶片净光合速率下降。CO2和C5在叶绿体基质中形成C3，在ATP和H的作用下进一步生成糖类，高温导致叶肉细胞内放氧复合体中有关功能蛋白的稳定性下降，生成的ATP和H不足。(2)对第1组的空白对照应在叶面喷施等量的蒸馏水。从气孔导度与细胞间隙CO2浓度变化分析，从表中可以看出，第2组葡萄叶面喷施CaCl2溶液处理后，与第1组相比，气孔导度增大，细胞间隙CO2浓度下降，净光合速率增加，所以光合作用固定CO2的速率增加。适度喷施Ca2，净光合速率增加，减缓了高温对葡萄叶片光合作用的抑制，而第3组加了EGTA后净光合速率减少，表明EGTA对葡萄植株内的Ca2的作用起抑制效应。答案(1)气孔导度下降，吸收的CO2减少叶绿体基质ATP和H(2)叶面喷施等量的蒸馏水增加气孔导度增大，细胞间隙CO2浓度下降(或净光合速率增加)减缓抑制7.(2018扬州一模)为了提高大棚草莓的经济效益，科研人员对温室栽种的草莓植株进行了相关研究，选取草莓植株放在密闭透明的玻璃罩内并置于户外充足光照下，下图是相关实验装置。请回答下列问题：(1)该装置里草莓植株的叶肉细胞中能产生ATP的场所有_。将玻璃罩置于水浴中的目的是_。 (2)若用该装置检测草莓植株的呼吸方式，需撤销图中的_条件，设置两组实验，并分别在烧杯内放入_。 (3)若用该装置检测草莓植株在一定CO2浓度下的光合速率，烧杯内应放入_，打开活塞开关，使U形管两侧液面相平，再关闭活塞，一段时间后将观察到U形管A侧液面_(选填“升高”“下降”或“不变”)。 (4)为了进一步探究不同条件对草莓植株光合作用速率和呼吸作用速率的影响，做了如下实验：用8株大小和长势相似的草莓植株，分别放在玻璃罩中，连接传感器定时测定容器中二氧化碳含量的变化。实验结果统计如下表，请分析回答下列问题：编号12345678温度/1010202030304040光照强度/lx1 00001 00001 00001 0000开始时CO2量/g5555555512 h后CO2量/g4.55.13.55.41.85.725.8由表格可知，本实验的自变量是_。在光照强度为1 000 lx，温度为30 时，日光照12 h，一昼夜每株草莓可积累葡萄糖_g(计算结果保留一位小数)。解析(1)草莓植株在充足的光照条件下，既进行光合作用也进行有氧呼吸，所以该植株的叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、叶绿体和线粒体；将玻璃罩置于水浴中的目的是避免温度变化对实验结果产生影响。(2)细胞光合作用会吸收CO2，产生O2，检测草莓植株的呼吸方式需避免光合作用的影响，即不需要光照条件，并设置两组实验，分别在烧杯内放入NaOH(用于吸收呼吸作用产生的CO2)和清水。(3)若用该装置检测草莓植株在一定CO2浓度下的光合速率，烧杯内应放入NaHCO3溶液(CO2缓冲液)，可以为光合作用提供稳定的二氧化碳来源，使装置中的气压变化只来自氧气。在充足的光照条件下，植物的光合作用速率大于呼吸作用速率，释放的氧气增多，装置内气压增大，所以一段时间后将观察到U形管A侧液面升高。(4)由表格可知，本实验的自变量是温度、有无光照。由表中数据可知，光照强度为1 000 lx，温度为30 时，日光照12 h，每株草莓净消耗的CO2量是51.83.2 g，在光照强度为0 lx，温度为30 时，每株草莓呼吸作用12 h产生的CO2量是5.750.7 g，则一昼夜每株草莓净消耗的CO2量是3.20.72.5 g，一昼夜每株草莓可积累葡萄糖的量为2.54461801.7 g。答案(1) 细胞质基质、叶绿体和线粒体避免温度变化对实验结果的影响(2) 光照NaOH和清水(3) NaHCO3溶液(或CO2缓冲液)升高(4) 温度、有无光照1.714