熱點(diǎn)專題突破系列(二) 細(xì)胞呼吸和光合作用的綜合應(yīng)用,【三年考情分析】 細(xì)胞呼吸和光合作用是細(xì)胞代謝的核心知識(shí)，高考命題常把兩者結(jié)合起來考查，一般以坐標(biāo)曲線圖和表格為載體，多以非選擇題的形式出現(xiàn)。主要考查角度有以下兩點(diǎn)： (1)凈光合速率及其影響因素：三年9考，如2014年新課標(biāo)全國卷T29、2014年廣東高考T26等。 (2)種子萌發(fā)過程分析：三年4考，如2014年海南高考T26、2013年山東高考T25等。,【熱點(diǎn)分類突破】 類型一 凈光合速率及其影響因素 1.凈光合速率及其表示方法： (1)凈(表觀)光合速率：綠色植物組織在有光的條件下，光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行時(shí)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)容器中O2的增加量或CO2的減少量。 (2)呼吸速率：綠色植物組織在黑暗條件下，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)容器中O2的減少量或CO2的增加量。 (3)真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。,(4)常用表示方法：,光合作用產(chǎn)生O2量=實(shí)測(cè)的O2釋放量+細(xì)胞呼吸消耗O2量 光合作用固定CO2量=實(shí)測(cè)的CO2吸收量+細(xì)胞呼吸釋放CO2量 光合作用產(chǎn)生的葡萄糖量=葡萄糖的積累量(增重部分)+細(xì)胞呼吸消耗的葡萄糖量,(5)凈光合速率與真正光合速率的關(guān)系：,2.影響凈光合速率的因素： 所有能影響呼吸速率和光合速率的因素都可以影響凈光合速率，如光照強(qiáng)度、CO2濃度、O2濃度、溫度等。 3.凈光合速率和植物生長： (1)當(dāng)凈光合速率0時(shí)，植物因積累有機(jī)物而生長。 (2)當(dāng)凈光合速率=0時(shí)，植物不能生長。 (3)當(dāng)凈光合速率0時(shí)，植物不能生長，長時(shí)間處于此種狀態(tài)，植物將死亡。,4.凈光合速率測(cè)定方法的圖示和解讀：,(1)NaHCO3溶液作用：保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。 (2)植物光合速率指標(biāo)：植物光合作用釋放氧氣，使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時(shí)間內(nèi)水滴右移的體積就是凈光合速率。 (3)條件：整個(gè)裝置必須在光下。,【考題回訪】 1.(2012·天津高考)設(shè)置不同CO2濃度，分組光照培養(yǎng)藍(lán)藻，測(cè)定凈光合速率和呼吸速率(光合速率=凈光合速率+呼吸速率)，結(jié)果見圖。據(jù)圖判斷，下列敘述正確的是( ),A.與d3濃度相比，d1濃度下單位時(shí)間內(nèi)藍(lán)藻細(xì)胞光反應(yīng)生成的H多 B.與d2濃度相比，d3濃度下單位時(shí)間內(nèi)藍(lán)藻細(xì)胞呼吸過程產(chǎn)生的ATP多 C.若d1、d2、d3濃度下藍(lán)藻種群的K值分別為K1、K2、K3，則K1K2K3 D.密閉光照培養(yǎng)藍(lán)藻，測(cè)定種群密度及代謝產(chǎn)物即可判斷其是否為兼性厭氧生物,【解題指南】(1)理論基礎(chǔ)：光合速率隨CO2濃度的變化而變化，在一定范圍內(nèi)隨CO2濃度的增大而增大，超過一定范圍后，隨CO2濃度的增大而減小。 (2)曲線兩端出現(xiàn)差異的原因：CO2濃度低時(shí)，光合速率低，產(chǎn)生O2少，細(xì)胞呼吸也弱；CO2濃度高時(shí)，抑制細(xì)胞呼吸，細(xì)胞代謝也隨之降低，光合速率下降。,【解析】選A。d1濃度下光合速率大于d3濃度下的，因此d1濃度下藍(lán)藻細(xì)胞光反應(yīng)產(chǎn)生的H多，故A選項(xiàng)正確；d2濃度下呼吸速率大于d3濃度下的，因此d3濃度下的藍(lán)藻細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP少，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由于d2濃度下凈光合速率最大，d1、d3濃度下的凈光合速率相等，因此，三種濃度下的藍(lán)藻種群的K值大小關(guān)系為K2K1=K3，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；若要判斷藍(lán)藻是否是兼性厭氧生物，需要設(shè)置有氧、無氧兩種條件，在沒有光合作用影響O2的產(chǎn)生，其他條件相同且適宜的情況下進(jìn)行驗(yàn)證，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,2.(2015·衡水模擬)下圖表示某植物在不同溫度條件下(適宜的光 照和CO2濃度)的凈光合速率和呼吸速率曲線。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的 是( ),A.20時(shí)，限制植物光合速率的主要因素是溫度 B.與呼吸作用有關(guān)酶的最適溫度高于與光合作用有關(guān)酶的最適溫度 C.40時(shí)，該植物光合作用停止 D.60時(shí)，該植物呼吸作用停止,【解析】選C。實(shí)線代表凈光合速率，虛線代表呼吸速率，兩條曲線高度差代表總光合速率，該實(shí)驗(yàn)在適宜光照和CO2濃度下進(jìn)行。20時(shí)，光合速率只有4，30時(shí)，光合速率接近9，所以20時(shí)限制因素是溫度；呼吸速率在接近40達(dá)到最大值；55時(shí)，光合作用停止；60時(shí)，該植物呼吸作用停止。,3.(2014·廣東高考)觀測(cè)不同光照條件下生長的柑橘，結(jié)果見下表，請(qǐng)回答下列問題： 注：括號(hào)內(nèi)的百分?jǐn)?shù)以強(qiáng)光照的數(shù)據(jù)作為參照,(1)CO2以 方式進(jìn)入葉綠體后，與 結(jié)合而被固定，固定產(chǎn)物的還原需要光反應(yīng)提供的 。 (2)在弱光下，柑橘通過 和 來吸收更多的光能，以適應(yīng)弱光環(huán)境。 (3)與弱光下相比，強(qiáng)光下柑橘平均每片葉的氣孔總數(shù) ，單位時(shí)間內(nèi)平均每片葉CO2吸收量 。對(duì)強(qiáng)光下生長的柑橘適度遮陰，持續(xù)觀測(cè)葉色、葉面積和凈光合速率，這三個(gè)指標(biāo)中，最先發(fā)生改變的是 ，最后發(fā)生改變的是 。,【解題指南】 (1)關(guān)鍵知識(shí)：影響光合作用的因素及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。 (2)隱含信息：光照強(qiáng)度影響光合作用。,【解析】本題考查分析表格的能力及光合作用的過程等知識(shí)。 (1)光合作用暗反應(yīng)的場所是葉綠體基質(zhì)，CO2進(jìn)入葉綠體的方式為自由擴(kuò)散，與細(xì)胞中的五碳化合物結(jié)合形成三碳化合物，這個(gè)過程叫做二氧化碳的固定。C3在ATP供能下，被H(NADPH)還原生成(CH2O)和C5。 (2)通過對(duì)表中數(shù)據(jù)分析可知，在弱光下，柑橘通過增加葉綠素含量和增大葉面積來吸收更多的光能，以適應(yīng)弱光環(huán)境。,(3)平均每片葉的氣孔數(shù)：強(qiáng)光下為13.6×826×100=1 123 360(個(gè))， 弱光下為28.4×752×100=2 135 680(個(gè))。單位時(shí)間內(nèi)平均每片葉吸 收CO2量：強(qiáng)光下為13.6×10-4×4.335.89×10-3(mol)，弱光下為 28.4×10-4×3.871.10×10-2(mol)，所以強(qiáng)光比弱光下的氣孔總 數(shù)少，單位時(shí)間內(nèi)平均每片葉CO2吸收量少。據(jù)表中信息可知，光照強(qiáng) 度直接影響光反應(yīng)而影響凈光合速率(有機(jī)物積累)，故最先發(fā)生改變 的是凈光合速率。葉綠素形成需要光誘導(dǎo)，相對(duì)滯后，而葉面積的增 加需要有機(jī)物積累后才改變，最緩慢。,答案：(1)自由擴(kuò)散 五碳化合物(或C5) H(NADPH)和ATP (2)增加葉面積 提高葉綠素含量 (3)較少 較少 凈光合速率 葉面積,4.(2015·賀州模擬)下圖甲為測(cè)定光合作用速率的裝置，在密封的試管內(nèi)放一新鮮葉片和CO2緩沖液，試管內(nèi)氣體體積的變化可根據(jù)毛細(xì)刻度管內(nèi)紅色液滴的移動(dòng)距離測(cè)得。在不同強(qiáng)度的光照條件下，測(cè)得的氣體體積變化如圖乙所示。,(1)標(biāo)記實(shí)驗(yàn)開始時(shí)毛細(xì)刻度管中紅色液滴所在位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，試管內(nèi)變化的氣體是 。 (2)若此時(shí)圖甲植物光照強(qiáng)度為15 klx，則1 h光合作用產(chǎn)生的氣體量為 mL。若此時(shí)植物葉片的呼吸熵(CO2/O2)為0.8(呼吸時(shí)產(chǎn)生的CO2和消耗的O2的比值)，那么植物光合作用除自身呼吸提供的CO2外，還需從外界吸收 mL CO2。,(3)為了防止無關(guān)因子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，本實(shí)驗(yàn)還應(yīng)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)照組實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)裝置的區(qū)別是 。如果對(duì)照組在相同光照條件下，毛細(xì)刻度管中的紅色液滴較實(shí)驗(yàn)組向右移了5 mL，其原因是 。,【解析】本題考查細(xì)胞呼吸和光合作用的實(shí)驗(yàn)探究，明確“紅色液 滴移動(dòng)”的實(shí)質(zhì)是正確解題的關(guān)鍵。由于圖甲中存在CO2緩沖液，所 以在不同光照強(qiáng)度下，液滴位置改變的本質(zhì)是O2的消耗和釋放。光合 作用產(chǎn)生O2的量應(yīng)包括積累量和葉片消耗量(15 klx時(shí)為150+50= 200 mL)，若呼吸熵為0.8，則植物自身呼吸作用產(chǎn)生的CO2為0.8× 50=40(mL)，植物光合作用產(chǎn)生的O2量等于消耗的CO2量，故植物還需 從外界吸收160 mL CO2；設(shè)置對(duì)照時(shí)可將新鮮葉片改為經(jīng)消毒的死葉 片；除葉片本身會(huì)影響實(shí)驗(yàn)外，環(huán)境因素也可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,答案：(1)O2 (2)200 160 (3)新鮮葉片改為經(jīng)消毒的死葉片 環(huán)境因素(如溫度變化等)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,類型二 種子萌發(fā)過程的分析 1.萌發(fā)條件： (1)外部因素：適宜的溫度、水分和充足的氧氣。 (2)內(nèi)部因素：具有活性的胚。 2.物質(zhì)變化： (1)水分的變化：種子吸水使自由水增多，代謝增強(qiáng)。 (2)有機(jī)物種類的變化：隨著萌發(fā)的進(jìn)行，種子細(xì)胞呼吸增強(qiáng)，有機(jī)物種類增多。,3.干重變化：先降低后增加。 (1)種子萌發(fā)初期，不能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物，同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞呼吸消耗有機(jī)物，為種子萌發(fā)提供能量，干重下降。復(fù)雜有機(jī)物被分解為簡單有機(jī)物，細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物種類增多。 (2)子葉出土后，由于可以利用葉綠體進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物，光合作用強(qiáng)度逐漸大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，因此干重逐漸增加。,【考題回訪】 (2013·山東高考)大豆種子萌發(fā)過程中鮮重的變化曲線如圖：,(1)階段和大豆種子的鮮重增加明顯，階段中，水進(jìn)入種子胚細(xì)胞的穿(跨)膜運(yùn)輸方式為 。階段中，種子胚細(xì)胞內(nèi)水的主要存在形式是 。 (2)階段期間，大豆種子胚細(xì)胞合成的 解除種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)。階段中根向地生長的原因是 分布不均，使根的近地側(cè)生長受到 。,(3)若測(cè)得階段種子吸收O2與釋放CO2的體積比為13，則此時(shí)種子胚細(xì)胞的無氧呼吸與有氧呼吸消耗葡萄糖之比為 。 (4)大豆幼苗在適宜條件下進(jìn)行光合作用時(shí)，若突然停止CO2供應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C5和ATP含量的變化分別為 、 。大田種植大豆時(shí)，“正其行，通其風(fēng)”的主要目的是通過 提高光合作用強(qiáng)度以增加產(chǎn)量。,【解題指南】(1)理論基礎(chǔ)：種子萌發(fā)需要的外部條件：隨自由水增多，細(xì)胞代謝活動(dòng)增強(qiáng)；子葉出土后進(jìn)行光合作用，受外部環(huán)境因素的影響。 (2)葉綠體內(nèi)C5和ATP含量變化分析：CO2停止供應(yīng)，消耗的C5減少，生成的C3減少，C3還原消耗的ATP和H減少。,【解析】本題主要考查大豆種子萌發(fā)過程及幼苗階段的細(xì)胞代謝和激素調(diào)節(jié)。 (1)水分子的跨膜運(yùn)輸方式是自由擴(kuò)散；階段種子新陳代謝強(qiáng)度比較大，細(xì)胞內(nèi)的水主要以自由水的形式存在。 (2)打破種子的休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)的激素是赤霉素；根的向地性產(chǎn)生的原因是生長素的運(yùn)輸受重力因素的影響，使近地側(cè)生長素濃度高于遠(yuǎn)地側(cè)生長素濃度，但根對(duì)生長素較敏感，生長素濃度高使根的生長受到抑制而長得慢，遠(yuǎn)地側(cè)生長素濃度低但生長得快，表現(xiàn)為根的向地性。,(3)根據(jù)題意假設(shè)O2的吸收量為1 mol，則CO2的釋放量為3 mol， 則有氧呼吸時(shí)： C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O 1 6 6 1/6 mol 1 mol 1 mol 無氧呼吸時(shí)： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 1 2 1 mol 2 mol 所以無氧呼吸消耗葡萄糖的量有氧呼吸消耗葡萄糖的量=61。,(4)突然停止CO2的供應(yīng)以后，導(dǎo)致CO2的固定減弱，所以消耗的C5減少，而光反應(yīng)不變，短時(shí)間內(nèi)C3還原生成C5不受影響，所以C5的含量增加；同時(shí)由于生成的C3減少，消耗光反應(yīng)中H和ATP的量減少，所以ATP的含量增加；“正其行，通其風(fēng)”的目的是通過增加CO2濃度來增強(qiáng)光合作用強(qiáng)度以增加產(chǎn)量。 答案：(1)自由擴(kuò)散 自由水 (2)赤霉素(或GA) 生長素(或IAA) 抑制 (3)61 (4)升高(或增加) 升高(或增加) 增加CO2濃度,【延伸探究】 (1)圖中階段和變化幅度比較大的原因是什么？ 提示：階段干種子吸收水分，階段隨著自由水增多，代謝活動(dòng)增強(qiáng)，所以這兩個(gè)階段種子鮮重增加比較明顯。 (2)圖中如果將縱坐標(biāo)換成“干重”，種子萌發(fā)初期曲線走勢(shì)如何變化？ 提示：由于種子萌發(fā)過程中進(jìn)行細(xì)胞呼吸，會(huì)消耗葡萄糖等有機(jī)物，所以萌發(fā)初期干重會(huì)減少。,