高考综合复习——植物的新陈代谢

高考综合复习植物的新陈代谢 内容概述 本专题包括必修本第一册第三章中植物的光合作用、水分的吸收和利用、矿质营养、细胞呼吸;选修本第二章第一节。新陈代谢是生物最基本的特征，本部分内容是全书的重点、高考的热点。重点难点一、基本知识：1水分代谢 2矿质营养：矿质元素：除C、H、O外，主要由根系从土壤中吸收的元素。 3光合作用：（1）叶绿体中色素：（2）光合作用总反应式要记住元素之间的关系，关键是光合作用中释放的氧来自参加反应的水。（3）光合作用过程：分光反应和暗反应两个阶段光反应暗反应场所叶绿体基粒囊状结构薄膜上叶绿体基质中条件需光不需光过程（1）水的光解2H2O 4H+O2（2）ATP的形成 ADP+Pi ATP（1）CO2 的固定CO2+C52C3（3）C3 的还原 2C3C6H12O6能量转换光能电能电能活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能联系光反应为暗反应提供H和ATPC3植物叶片C4植物叶片微管束鞘细胞不含叶绿体细胞比较大，含有无基粒的叶绿体（数目多，个体大）叶肉细胞含有叶绿体含有正常的叶绿体，部分叶肉细胞与维管束鞘细胞共同构成“花环型”结构光合作用特点只有C3途径既有C4途径，又有C3途径4细胞呼吸：（1）有氧呼吸总反应式生成物、反应物与光合作用正好相反，但反应条件不一样，呼吸作用释放能量，提供给各项生命活动。（2）两种类型：有氧呼吸和无氧呼吸二、植物生理知识扩展与应用：光合作用、呼吸作用、水分代谢和矿质营养有关试题是近几年高考的重点，扩展大学课本有关知识有利于对试题的分析。（一）影响光合作用的因素：影响光合作用强度的因素主要有光照强度、CO2浓度、温度和矿质营养。光照强度：植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，而相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用：当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。如图所示：一般阳生植物的光补偿点和光饱和点比阴生植物高。所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育。总光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO2总量)。净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO2总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行呼吸作用所消耗的有机物(或释放的CO2)后，净增的有机物的量。温度：植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。CO2浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，只有当环境中的CO2达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2的补偿点，即在此CO2浓度条件下，植物通过光合作用吸收的CO2与植物呼吸作用释放的CO2相等。环境中的CO2低于这一浓度，植物的光合作用就会低于呼吸作用，消耗大于积累，长期如此植物就会死亡。温室栽培时，适当提高室内二氧化碳的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使温室中二氧化碳含量增加，提高农作物的光合作用效率。一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增加或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。如CO2浓度继续升高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。如下图所示：必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。如氮是催化光合作用过程各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分；磷也是NADP+和ATP的重要组成成分。绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要钾。镁是叶绿体的重要组成成分，没有镁就不能合成叶绿素。（二）影响呼吸作用的因素：温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。如下图所示曲线所示。根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏，一般采用零上低温。氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不仅直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用下图所示的曲线来表示：根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜、水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物(如酒精等)往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。中耕松土有利于植物根系吸收矿质离子。长期水淹影响植物正常生长和发育的原因主要有两点：一是根细胞无氧呼吸产生酒精对细胞有毒害作用；二是无氧呼吸提供的能量少，导致植物吸收矿质元素离子的数量减少而不能满足植物生长发育的需要。CO2：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。（三）种子的成熟与萌发生理胚珠中的卵细胞完成受精后，经过细胞分裂、组织分化、器官形成，最后发育成成熟的胚的过程中，发生着一系列的生理变化。1首先在受精卵发育成胚的过程中，开始合成大量的生长素，生长素的生理功能之一能够改变植物体内营养物质的分配。正在发育的胚中合成的大量生长素就使得整个胚珠及子房都处在适宜浓度的生长素的环境中，形成了植物体内的营养物质分配中心。植物的叶片进行光合作用制造的有机物(主要是糖类)源源不断地运输到子房中来。刚运来的糖类都是可溶性的糖，如蔗糖等。在成熟过程中，这些可溶性的糖逐渐转变成淀粉等不溶性的物质。可溶性的糖溶解在水中，使幼嫩种子的渗透压较高，所以幼嫩种子的含水量较高。但随着种子的成熟，可溶性的糖逐渐转变成不溶性的糖，种子内的渗透压逐渐下降，种子的含水量也逐渐下降。总之在种子成熟过程中，含水量在逐渐下降，有机物的含量在逐渐增加，有机物的种类相对减少。2种子解除休眠后，吸水膨胀，就开始进行旺盛的呼吸作用，种子中的许多酶被合成或被激活，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。种子的胚乳或子叶中贮藏的蛋白质、淀粉、脂肪等不溶性的大分子物质被分解成可溶性的氨基酸、麦芽糖、甘油和脂肪酸等小分子物质，转运到胚芽、胚轴和胚根中，胚芽、胚轴、胚根中的细胞开始分裂、分化、发育，最后形成幼苗。所以种子在萌发过程中，随着吸水量的增加，呼吸作用逐渐旺盛，鲜重逐渐增加。由于呼吸消耗，干重却在减少。在萌发过程，利用种子中的贮藏物质合成了种类繁多的有机小分子物质，满足生长发育所需，有机物的种类增加了。种子在萌发过程中是不能进行光合作用的，待种子发育成幼苗后，便可进行光合作用，独立生活了。（四）水分代谢与应用在比较两种溶液渗透压高低时以两种溶液中的溶质分子的物质的量为标准进行比较。如果溶质分子相同，也可以用质量分数比较。能够通过渗透作用吸水的细胞一定是一个活细胞。一次施肥过多引起“烧苗”，是由于土壤溶液的浓度突然增高，导致植物的根细胞吸水发生困难或不能吸水所至。盐碱地里大多数农作物不能正常生长的原因之也是土壤溶液浓度过高造成的。淹制的鱼、肉等不易变质，是由于高浓度的盐溶液使细胞等微生物失水死亡之故。移栽植物必须去掉一部分枝叶才容易成活的原因是：移栽时，植物的根系受到损伤，吸收水分的能力大大降低。这时如果不降低蒸腾作用，植物因失水过多而死亡。所以必须去掉一部分枝叶，以降低蒸腾作用，减少植物体内水分的散失。知识链接1光合作用、呼吸作用的场所：叶绿体、线粒体的结构。2光合作用、呼吸作用与碳循环。3色素的吸收光谱与物理知识联系。4光合作用、呼吸作用的计算题与化学计算方法联系。5数学的坐标和图像表示生理过程。例题解析1下图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。P点的生物学含义是（ ）A无光合作用，有呼吸作用B光合作用与呼吸作用达到动态平衡C无呼吸作用，有光合作用D光合作用与呼吸作用都不进行(2005年高考江苏卷第8题)解析：CO2是光合作用的原料，也是呼吸作用的产物。当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行呼吸作用所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点。 P点是光补偿点，表示光合作用与呼吸作用达到动态平衡。答案：B2蔬菜和水果长时间储藏、保鲜所需要的条件应为（ ）A低温、干燥、低氧B低温、湿度适中、低氧C高温、干燥、高氧D高温湿度适中、高氧(2005年高考江苏卷第5题)解析：低温有利于降低呼吸酶的活性；氧气是呼吸作用的原料，低氧环境减少呼吸作用对有机物的消耗。种子储藏时需要干燥的环境，降低呼吸作用，但是蔬菜、水果本身含水量较大，干燥会使蔬菜、水果很快萎蔫，所以，需要湿度适中。答案：B3下图表示在适宜的温度、水分和CO2条件下， 两种植物光合作用强度的变化情况。下列说法错误的是（ ）A当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，即达到饱和BC3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和CC4植物比C3植物光能利用率高D水稻是阴生植物，玉米是阳生植物(2005年高考全国卷第2题)解析：当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点；玉米是C4植物，水稻是C3植物，玉米比水稻的光饱和点高，光能利用率高。水稻和玉米都是阳生植物。所以，D错误。答案：D4下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（ ）A叶片从幼到老光合作用强度不变B森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异C光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的D在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同(2004 高考全国卷第1题)解析：影响植物光合作用强度的因素很多：首先，由于遗传特性的不同，各种植物即使在相同的条件下，光合作用强度有差异。其次，植物在不同的生长阶段，其代谢功能存在很大的差异，就光合作用来说，光合作用能力最高的是植物成熟叶片。外界环境如光照、温度以及矿质元素和水分的供应状况也时刻影响着植物的光合作用强度。上部叶片和下部叶片所处光照、温度条件不同，光合作用强度有差异。答案：B5离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（ ）AC3化合物增多、C5化合物减少 BC3化合物增多，C5化合物增多CC3化合物减少，C5化合物增多 DC3化合物减少，C5化合物减少(2004 年高考全国卷 第3题)解析：在光合作用的暗反应阶段，进入叶绿体的首先CO2与叶绿体内的C5化合物结合，形成C3化合物，进而C3化合物被还原成糖类等有机物。如果突然中断CO2气体的供应，则C3化合物的形成受阻， C5化合物会因积累而含量增多，同时C3化合物会因形成受阻且不断被还原而减少。答案：C6根据生物知识判断下列叙述，正确的是（ ）A. 在植物体内积累的元素一定是植物的必需元素B. 人体细胞进行无氧呼吸时，既能释放二氧化碳，又能产生大量能量C. 在光合作用过程中，既有水的分解，又有二氧化碳的固定D. 高等植物细胞壁主要由果胶和蛋白质构成(2004年高考全国第21题)解析：植物由多种元素构成，必需的元素只有14种。人体细胞进行无氧呼吸时，产生乳酸，释放少量能量。高等植物细胞壁主要由纤维素和果胶构成。所以，ABD选项错误。答案：C7在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效的利用CO2，使光合产量高于m点的选项是（ ）A. 若a点在a2，b点在b2时 B. 若a在a1，b在b1时 C. 若a点在a2，b在b1时 D. 若a在a1，b点在b2时（2004年高考北京卷第4题）解析：某种C3植物能更有效地利用CO2，即在浓度较低时能够积累有机物，若a在a1说明该植物能利用较低浓度的CO2。b点在b2时，CO2浓度大，又由于该植物能利用较低浓度的CO2，从而使光合产量高于m点。答案：D8下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是（ ）A. 光合作用和呼吸作用总是同时进行 B光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用C. 光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用D光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行（2004年高考广东卷第4题）解析：活细胞都能进行呼吸作用，根细胞中也能进行；光合作用只有部分具有叶绿体或叶绿素的细胞能够进行，根细胞中不能进行。光合作用产生的ATP主要用于光合作用的暗反应。所以，ACD选项错误。光合作用形成的糖类如葡萄糖，使呼吸作用中最常利用的物质，呼吸作用分解糖类等有机物，释放能量用于各项生命活动。答案：B9回答有关光合作用的问题。下图表示当影响光合作用的因素X、Y和Z变化时，光合作用合成量和光强度的关系。（1）图中X1、X2、X3的差异是由于某种原因_影响了光合作用的_所导致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加为X1，最常采取的简便而有效的措施是_。（2）图中Y1、Y2、Y3的差异是由于_影响了光合作用的_所致。（3）图中Z1、Z2、Z3的差异表现在光合作用中_反应的不同，如果Z因素代表植物生长发育期，则代表幼苗期、营养生长期和现蕾开花期的曲线依次是_。（2004年上海高考卷第35题）解析：影响光合作用合成量的因素主要有光照强度、CO2浓度、温度和光质。（1）X1、X2、X3 三条曲线在光照强度达到光饱和点之前重合，达到饱和点之后出现差异，限制因素应该是暗反应，暗反应主要是二氧化碳和温度。温室栽培时，适当提高室内二氧化碳的浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使温室中二氧化碳含量增加，提高农作物的光合作用效率。（2）Y1、Y2、Y3的差异是在光强度较小时，光强度达到一定值时却重合了，说明决定暗反应的因素是相同的，差异是光反应所致，不同波长的光对光合速率的影响不同，植物主要吸收红橙光和蓝紫光。（3）Z3、Z2、Z1三条曲线从始至终都不重合，说明其光反应和暗反应都不同。光合作用的合成量幼苗期营养生长期现蕾开花期。答案：（1）二氧化碳和温度 暗反应 施放干冰，增加二氧化碳浓度（或燃烧柴草）或适当升温 （2）光波长（或光质） 光反应 （3）光反应和暗反应 Z3、Z2、Z1 10将等量萌发的种子和煮沸自然冷却后的种子分别放入甲、乙两试管中，如图所示(本实验中石蜡油短期内不影响生物的生长)。两试管中均无空气存在。据图分析回答：（1）甲试管放置几个小时后，管内顶部出现气泡，其中的气体成分主要是_；将该气体引入_溶液中，可使该溶液变混浊。（2）甲试管中产生气泡的现象是种子进行_造成的，写出表示这一过程的反应式_。（3）乙试管在与甲试管同样的时间内，试管内顶部未出现气泡，原因是_。（4）乙试管继续放置几天，一些微生物开始繁殖，导致试管内顶部也出现少量气体，这是这些微生物从试管中的_获得了所需要的营养物质进行新陈代谢的结果。一般来说，微生物所需的营养要素可归纳成_、_、_、_和_五大类。（5）这些微生物可能的来源是(答出两个来源即可)_。(2004全国卷第 31题)解析：本题考查了植物呼吸作用和微生物代谢的有关知识。萌发的植物种子时刻要进行呼吸作用，以满足其生命活动中对能量的要求。在隔绝空气的情况下，它通过无氧呼吸提供能量。无氧呼吸有两种形式：在酶的催化下，将葡萄糖进行不彻底的分解，一种是产生酒精和CO2，并释放能量，一种是产生乳酸，并释放能量。只有前者才会在试管顶部产生气泡，因此，甲试管是以产生酒精和CO2，并释放能量这一途径来获取能量的。而煮沸自然冷却后的种子不可能进行呼吸作用，因此，在最初的一段时间里，乙试管无气泡产生。微生物在自然界中无处不在，乙试管放置几天，一些微生物开始繁殖，是一种很正常的现象。这些微生物之所以进入试管，原因很多，在我们实验过程中，每一步都可能带入：试管内壁由于未灭菌而带入的菌类、操作过程中会带入的菌类、石蜡油中和铁丝网上有菌类、种子表面有耐高温的没有被杀死的菌类等等，在适宜的条件下，它们都会迅速繁殖起来。当然，它们也需要能量，会进行发酵作用，在发酵过程中，部分菌类会产生酒精和CO2，因此，乙试管内顶部会出现少量气体。微生物在生命活动中，需要不断从外界环境中获取营养物质，以维持正常的生长和繁殖，这些营养物质可归纳为碳源、氮源、生长因子、无机盐、水等五大类营养要素物质。答案：CO2 、Ca(OH)2 无氧呼吸 C6H12O6酶2C2H5OH(酒精) + 2 CO2+ 能量被煮沸过的种子已经死亡，不能进行呼吸作用死亡种子中、碳源、氮源、生长因子、无机盐、水未灭菌的试管内壁的菌类、操作过程中带入的菌类、石蜡油中菌类、铁丝网上的菌类、种子表面耐高温的没有被杀死的菌类11