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第2讲 光合作用和细胞呼吸,水的光解,ATP的形成,CO2的固定,C3的还原,橙黄,黄,蓝绿,黄绿,叶绿体类囊体薄膜上,吸收、传递、转化光能,CO2浓度,光照强度、光质,走进高考 1.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与(2014课标全国,6B)( ) 2.肺炎双球菌无线粒体,但能进行有氧呼吸(2013课标全国,3A)( ) 3.光合作用推动碳循环过程,促进了生物群落中的能量循环(2013天津,3A)( ) 4.叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多(2012福建,1D) ( ) 5.破伤风杆菌在有氧条件下能大量繁殖(2011海南,3C)( ) 6.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短(2011浙江,1C)( ) 7.无氧呼吸不需要O2的参与,该过程最终有H的积累(2010课标全国,2C)( ) 8.乳酸杆菌在细胞质基质中产乳酸(2010北京,2B)( ) 9.光反应为暗反应提供的物质是H和H2O(2010海南,4A)( ) 10.在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质和线粒体内膜(2010天津,1C)( ),【自我校对】 1. 2. 肺炎双球菌属于原核生物, 含有与有氧呼吸有关的酶。 3. 光合作用可促进物质循环,但是能量不能循环。 4. 叶片黄化,说明叶片缺少叶绿素,因此叶绿体对红光的吸收减少。 5. 破伤风杆菌属于厌氧菌,在有氧条件下受抑制。 6. 植物在冬季光合速率低的主要原因是光照强度弱,气温低。 7. 无氧呼吸第一阶段产生的H被第二阶段消耗,故没有H的积累。 8. 乳酸杆菌进行无氧呼吸,在细胞质基质中产生乳酸。 9. 光反应产生ATP,为暗反应提供能量;合成H,为暗反应提供还原剂。 10. CO2的固定发生在暗反应阶段,场所为叶绿体基质;CO2的产生发生在有氧呼吸的第二阶段,场所为线粒体基质。,考点一,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,图表示 ,对应图中的 点。 图表示 ,对应图中的 段(不包括两个端点)。 图表示 ,对应图中的 点。 图表示 ,对应图中 的 点以后。,只进行细胞呼吸,A,光合作用强度细胞呼吸强度,AB,光合作用强度=细胞呼吸强度,B,光合作用强度细胞呼吸强度,B,考点一,考点二,考点三,有机物,丙酮酸,H,H,O2,H2O,ATP,各项生命活动,考点一,考点二,考点三,H2O光解产生,有氧呼吸第一、二阶段,还原C3,用于第三阶段还原O2,光反应阶段产生,三个阶段都产生,用于C3的还原供能,用于各项生命活动 (光合作用过程中C3的还原除外),考点一,考点二,考点三,例1：(2014天津理综,2)下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是( ) A.过程只在线粒体中进行,过程只在叶绿体中进行 B.过程产生的能量全部储存在ATP中 C.过程产生的(CH2O)中的氧全部来自H2O D.过程和中均能产生H,二者还原的物质不同,考点一,考点二,考点三,解析:本题考查代谢中的光合作用和呼吸作用相关知识。过程为有氧呼吸过程,真核生物有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行,第二、三阶段在线粒体中进行;原核生物无线粒体,部分需氧原核生物在细胞质中进行有氧呼吸。过程为光合作用过程,可发生在绿色植物以及蓝藻体内。蓝藻属于原核生物,没有叶绿体,故A项错误。过程产生的能量大部分以热能形式散失,只有一小部分储存在ATP中,故B项错误。过程反应物H2O中的氧元素全部生成O2,(CH2O)中的氧来自于CO2,故C项错误。过程产生的H用于还原O2,过程产生的H用于还原C3,故D项正确。 答案:D,考点一,考点二,考点三,思维链接 (1)请说出有氧呼吸三个阶段的反应场所和光合作用两个阶段的反应场所。 提示:有氧呼吸的三个阶段分别发生在细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜上;光合作用两个阶段分别发生在叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。 (2)线粒体和叶绿体增大膜面积的方式有何不同? 提示:线粒体通过内膜向内腔折叠形成嵴来扩大膜面积;叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒来扩大膜面积。 (3)光合作用和细胞呼吸产生的ATP 能否通用? 提示:不能。光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应还原C3;细胞呼吸产生的ATP可用于绝大多数生命活动,但不能用于光合作用暗反应。,考点一,考点二,考点三,(4)判断:正常生长的植物体,光合作用产生的ATP总量一定大于细胞呼吸产生的ATP总量。 提示:正确。正常生长的植物体,光合作用产生有机物的总量一定大于细胞呼吸消耗有机物的总量,所以光合作用产生的ATP总量一定大于细胞呼吸产生的ATP总量。 (5)判断:进行有氧呼吸的生物必有线粒体,进行光合作用的生物必有叶绿体。 提示:错误。有些原核细胞没有叶绿体和线粒体,但可进行光合作用和有氧呼吸,如蓝藻。 (6)欲使光合作用过程中的C3的含量迅速降低,可采取何种措施? 提示:提高光照强度或降低CO2浓度。,考点一,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,对点训练1 1.(2015海南,24)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养。从照光开始,净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0,之后保持不变。在上述整个时间段内,玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( ) A.降低至一定水平时再升高 B.降低至一定水平时保持不变 C.持续保持相对稳定状态 D.升高至一定水平时保持相对稳定 解析:本题主要考查光合作用和细胞呼吸的知识。净光合速率是指真光合速率与细胞呼吸速率的差值,可用CO2的吸收量、O2的释放量表示。若检测环境中的CO2浓度,只要净光合速率大于0(吸收CO2的速率大于0),环境中的CO2浓度就会下降;当净光合速率等于0时,环境中的CO2浓度保持稳定,所以本题应该选择B项。 答案:B,考点一,考点二,考点三,2.(2015四川乐山一模)下列物质转化过程会发生在人体内的是( ) A.H2O中的O(氧)转移到O2中 B.CO2中的C(碳)转移到C6H12O6中 C.C6H12O6中的H转移到C2H5OH中 D.O2中的O(氧)转移到H2O和CO2中 解析:H2O的光解发生在植物光合作用过程中,不可能在人体内,A项错误;CO2中的C(碳)转移到C6H12O6中发生在光合作用的暗反应过程,B项错误;人体无氧呼吸产生乳酸,不能产生酒精,C项错误;人体细胞进行有氧呼吸,O2中的O(氧)转移到H2O,H2O又可作为呼吸作用的原料,与丙酮酸反应将O(氧)转移到CO2中,D项正确。 答案:D,考点一,考点二,考点三,3.(2015北京东城区期末)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照,结果如下表。 根据上述实验结果分析,下列叙述不正确的是( ) A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段 B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布 C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类 D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸和有机酸等,考点一,考点二,考点三,解析:CO2是光合作用暗反应阶段的原料,A项正确;每组照光后将小球藻进行处理使酶失活,其目的是终止相关的反应,这样测定的数据,才能准确反映光照时间内放射性物质的分布,B项正确;在光合作用的暗反应过程中,CO2先进行固定,生成三碳化合物,然后是三碳化合物被还原,从表中可以看出,放射性首先出现在3-磷酸甘油酸中,C项错误;表中信息显示,光合作用产生的有机物还包括氨基酸和有机酸等,D项正确。 答案:C,考点一,考点二,考点三,(1)光照强度(如图甲)。 原理: 。 P点的限制因素:外因包括 ; 内因包括 。,考点一,考点二,考点三,(2)CO2浓度(如图乙)。 原理: 。 P点的限制因素:外因包括 ; 内因包括 。 (3)温度(如图丙)。 原理:通过影响 而影响光合作用。 分析:P点对应的温度为进行光合作用的 。,答案：(1)影响光反应阶段ATP、H的产生 温度、CO2的供应量等 色素含量、酶的活性和数量、叶绿体的数量等 (2)影响暗反应阶段C3的生成 温度、光照强度等 酶的活性和数量、叶绿体的数量等 (3)酶的活性 最适温度,考点一,考点二,考点三,(1)温度(如图甲)。 原理: 。 实践应用:在 下储存蔬菜、水果;在大棚蔬菜的栽培过程中,通过 以减少有机物的消耗,提高产量。,考点一,考点二,考点三,(2)O2(如图乙)。 原理: 。 实践应用:常利用 抑制有氧呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间。 (3)含水量(如图丙)。 原理: 。 实践应用:储藏作物种子时,将种子风干,以减弱 ,减少有机物的消耗。,答案：(1)影响酶活性 零上低温 增加昼夜温差 (2)无氧呼吸时氧气起抑制作用,有氧呼吸时第三阶段需要氧气 降低氧的浓度 (3)自由水含量较高时呼吸旺盛 细胞呼吸,考点一,考点二,考点三,例2：(2015课标全国理综,29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响,科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135 s,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下。 A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。 B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。 C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。 D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。,考点一,考点二,考点三,回答下列问题。 (1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量 (填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是 ;C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要 ,这些反应发生的部位是叶绿体的 。 (2)A、B、C三组处理相比,随着 的增加,使光下产生的 能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。,考点一,考点二,考点三,解析:本题通过影响植物光合作用的外界因素考查实验与探究能力。(1)比较C组和D组可知,前者光照时间为后者的一半,结果C组光合作用产物的相对含量却是D组的94%,说明单位光照时间内C组植物合成有机物的量高于D组。光合作用的暗反应不需要光照,其发生部位是叶绿体基质。(2)A、B、C三组随着光照和黑暗交替频率的增加,使光反应产生的ATP和还原型辅酶能够充分利用与及时再生,从而提高了光合作用中CO2的同化量。 答案:(1)高于 C组只用了D组一半的光照时间,其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶,考点一,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,考点一,考点二,考点三,对点训练2 (2014山东理综,26)山东省某经济植物光合作用的研究结果如下图所示。,(1)图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的 上。需先用 (填溶剂名称)提取叶片中的色素,再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时,叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是 。据图分析,该植物可通过 以增强对弱光的适应能力。,考点一,考点二,考点三,(2)图乙表示初夏某天在遮光50%条件下,温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。8:00到12:00光照强度增强而净光合速率降低,主要原因是 。18:00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器有 。 (3)实验过程中,若去除遮光物,短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3化合物含量 。,考点一,考点二,考点三,解析:(1)本题考查绿叶中色素的提取和分离实验以及叶绿体的结构等知识,较为基础。叶绿素存在于叶绿体中的类囊体薄膜上,需先用无水乙醇溶解加以提取,再用层析液分离。色素分离的原理是不同色素在层析液中由于溶解度不同,导致沿滤纸条向上扩散的速度不同。叶绿素a比叶绿素b在滤纸条上扩散得快,因此溶解度高的是叶绿素a。由图甲看出光照强度减弱,叶绿素含量增多。 (2)在8:0012:00之间,气温逐渐升高,呼吸作用增强;而光照强度虽然增强,但气孔导度维持在较低水平,CO2供应不足,限制了暗反应的进行,故实际光合速率始终较低,因此实际光合速率与呼吸速率的差值逐渐减小,即净光合速率降低。18:00时仍有光照,叶肉细胞中同时进行光合作用和呼吸作用,两者均可产生ATP,故叶肉细胞内产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体。 (3)若去除遮光物,则光照强度增强,光反应产生的H和ATP增多,则C3的还原速率加快,产生更多的C5,而CO2的固定速率短时间内不变,C5的消耗不变,故C5含量增加,C3含量减少。,考点一,考点二,考点三,答案:(1)类囊体膜(或类囊体,基粒) 无水乙醇(或丙酮) 叶绿素a 增加叶绿素含量 (2)呼吸作用增强,光合速率与呼吸速率的差值减小 线粒体、叶绿体 (3)减少,考点一,考点二,考点三,(1)NaHCO3溶液的作用: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对CO2的需求。 (2)条件:必须为整个装置 。,考点一,考点二,考点三,(3)植物光合速率指标:植物光合作用吸收CO2,CO2由CO2缓冲液提供,因此装置中压强的变化与 无关, 使容器内气体压强增大,毛细管内的液滴右移。单位时间内液滴右移的体积即代表 。 (4)如果要测定真正(总)光合速率,需要再设计一套装置,在同样的条件下 处理,用 替代NaHCO3溶液,毛细血管内的液滴左移,单位时间内液滴左移的体积即代表 ,其与净光合速率之和就是真正(总)光合速率。,答案： (2)提供光照 (3)CO2的吸收 释放的O2 净光合速率 (4)遮光 NaOH溶液 呼吸速率,考点一,考点二,考点三,2.测定细胞呼吸状况的实验归纳 实验材料:一般是非绿色器官(萌发的种子或根细胞)或酵母菌,如果是绿色植物需要进行遮光处理。 欲测定某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,这两套呼吸装置中的单一变量为NaOH溶液与蒸馏水,即对照组(装置2)用等量的蒸馏水取代实验组(装置1)的NaOH溶液,其他所有项目均应一致,对照组装置内气压变化由CO2与O2共同决定。如果要排除物理因素(温度、大气压等)的影响,需要设置另一套装置作误差校正之用(装置3)。,考点一,考点二,考点三,结果与分析: 若 ,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); 若 ,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); 若 ,则表明该生物既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸。,答案： 装置1着色液滴左移,装置2着色液滴不动 装置1着色液滴不动,装置2着色液滴右移 装置1着色液滴左移,装置2着色液滴右移,考点一,考点二,考点三,例3：右图是探究绿色植物光合作用速率的实验装置示意图,装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。将该装置放在20 环境中。实验开始时,针筒的读数是0.2 mL,毛细管内的水滴在甲处。30 min后,针筒的容量需要调至0.6 mL读数处,才能使水滴仍维持在甲处。下列说法错误的是( ) A.实验中可采用由同一植株经单细胞克隆获得的植株,目的是确保单一变量,消除实验误差 B.用释放氧气的速率表示光合作用速率,该植物的光合作用速率是0.4 mL/h C.用该法测量光合作用速率,比实际的光合速率低,原因是受细胞呼吸影响 D.对该装置加以改造可用来测定实际光合速率,考点一,考点二,考点三,解析:实验设计要遵循单一变量原则、对照原则,其他条件应相同且适宜,因此实验中采用由同一植株经单细胞克隆获得的植株,可确保单一变量,A项正确;用释放氧气的速率表示光合作用速率,则光合作用速率为(0.6-0.2)1/2=0.8 mL/h,B项错误;植物进行细胞呼吸消耗氧气,所以用这一方法测得的光合作用速率是净光合速率,比实际的光合速率要低,C项正确;若对该装置加以改造用来测定实际光合速率,可将装置中的碳酸氢钠溶液替换成氢氧化钠溶液,在同样的温度(20 )下,遮光处理一定时间,读出针筒需要调整的读数,即可计算出呼吸速率,呼吸速率和净光合速率之和就是实际光合速率,D项正确。 答案:B,考点一,考点二,考点三,对点训练3 1.下面是某研究小组以番茄为材料所做的相关实验及其结果,下列判断错误的是( ),考点一,考点二,考点三,A.由图甲可推知,与P点相比,Q点限制单株光合作用强度的外界因素是光照强度和CO2浓度 B.若图乙是种植番茄的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化,CF段叶绿体内ADP含量最高的部位是叶绿体基质,一昼夜内该植株没有生长 C.将对称叶片左侧遮光,右侧曝光(如图丙),在适宜光照下照射12 h后,从两侧截取同等面积的叶片,烘干称重,分别记为a和b,则b-a代表12 h内从右侧截取的部分叶片进行光合作用制造的有机物总量 D.图丁所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响,实验的因变量是单位时间内上浮圆叶片的数量,考点一,考点二,考点三,解析:随着种植密度加大,田间的通风、透光条件变差,故与P点比,限制Q点光合强度的因素有光照强度和CO2浓度,A项正确;光合作用过程中ATP在叶绿体基质中被消耗,因此ADP在叶绿体基质中含量最高,经过24 h后大棚内CO2浓度较初始浓度低,说明有有机物积累,使植物生长,B项错误;照光与不照光的区别在于光合作用是否进行,假设初始干重是m,则m-a是12 h左侧叶片呼吸作用消耗有机物的量,b-m是12 h右侧叶片净积累量,因此12 h内从右侧截取的部分叶片进行光合作用制造的有机物总量应为(b-m)+(m-a)=b-a,C项正确;台灯与烧杯的距离表示光照强度,故该实验自变量是光照强度,因变量应为单位时间内上浮圆叶片的数量,D项正确。 答案:B,考点一,考点二,考点三,2.(2015江苏,27)为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性,研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量,结果如下图所示。请回答下列问题。,(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片,在 相同的实验条件下,测得的单位时间、单位叶面积 的释放量。 (2)光合作用过程中,CO2与C5结合生成 ,消耗的C5由 经过一系列反应再生。,考点一,考点二,考点三,(3)由图可知,P1的叶片光合作用能力最强,推断其主要原因有:一方面是其叶绿素含量较高,可以产生更多的 ;另一方面是其蛋白质含量较高,含有更多的 。 (4)栽培以后,P2植株干重显著大于对照,但籽实的产量并不高,最可能的生理原因是 。,考点一,考点二,考点三,解析:本题主要考查光合作用的过程、影响光合作用的因素等知识。获取图表信息并与所学知识相联系是解答本题的关键。 (1)由图1可知:自变量为温度,因变量为净光合速率。依据单一变量原则,无关变量要相同且适宜,影响光合速率的主要因素为光照强度、CO2浓度和温度,所以要保持光照强度、CO2浓度相同。净光合速率的表示方法有单位时间、单位叶面积O2的释放量或CO2的吸收量等。 (2)在光合作用暗反应阶段,CO2与C5结合生成C3,C3还原后又重新生成C5。 (3)由图2可知:P1品种叶绿素含量、蛋白质含量均较高,其光合作用能力较强。叶绿素主要是吸收、传递和转化光能用于光反应阶段生成H和ATP;参与光合作用酶的化学本质为蛋白质,酶较多,光合速率较快,光合作用能力也就越强。 (4)栽培后,P2植株干重显著大于对照组,说明P2积累的有机物更多;而籽实的产量不高,最可能的原因是P2光合作用能力强,但向籽实运输的光合产物少。,考点一,考点二,考点三,答案:(1)光照强度、CO2浓度 O2 (2)C3 C3 (3)H和ATP 参与光合作用的酶 (4)P2光合作用能力强,但向籽实运输的光合产物少,
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