光合作用與細胞呼吸

物質(zhì)出入細胞的方式、光合作用、細胞呼吸綜合考查

有關(guān)真核細胞結(jié)構(gòu)和功能的敘述，正確的是 （ ）

A.葉綠體的類囊體膜上存在催化還原型輔酶Ⅱ（NADPH）合成的酶

B.線粒體是有氧呼吸的場所，為細胞新陳代謝提供95%以上的能量

C.動物細胞的吸水和失水實驗只能以哺乳動物紅細胞為材料

D.水分子只能從低濃度溶液流向高濃度溶液

【答案】A

【命題意圖】本題考查細胞器的結(jié)構(gòu)和功能、動物細胞的吸水和失水，考查學(xué)生的理解能力，體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的科學(xué)思維。

【解題分析】NADPH 的形成是在葉綠體的類囊體膜上完成的。在光合作用的光反應(yīng)階段，水光解時產(chǎn)生的H+與NADP+（氧化型輔酶Ⅱ）在相應(yīng)酶的作用下發(fā)生反應(yīng)生成 NADPH（還原型輔酶Ⅱ），A 正確；線粒體是真核細胞進行有氧呼吸的主要場所，細胞生命活動所需的能量，大約95%來自線粒體，B 錯誤；課本中探究動物細胞的吸水和失水實驗，以哺乳動物紅細胞為材料，是因為取材方便，血液中紅細胞是單個存在的，不需要用胰蛋白酶使細胞分離開，血紅蛋白是紅色的，便于觀察，但探究動物細胞的吸水和失水實驗，也可以用其他動物細胞，C 錯誤；水分子的移動方向是雙向，細胞吸水和失水的多少取決于細胞內(nèi)外的濃度差，總體上由低濃度溶液流向高濃度溶液的水分子數(shù)較多，D 錯誤。

光合作用的基本過程

1.如圖1 是綠色植物葉肉細胞內(nèi)部分代謝過程圖解，其中①～⑤表示生理過程，甲、乙表示物質(zhì)。據(jù)圖1 回答下列問題：

圖1

（1）在生物膜上發(fā)生的生理過程有圖1 中的_____________________（填序號）。如果突然降低CO2的濃度，短時間內(nèi)甲物質(zhì)含量會__________________________（填“增加”“減少”或“不變”）。

（2）如果葉肉細胞的呼吸速率大于光合速率，則過程⑤消耗的O2除了來自過程①外，還來自__________________________。圖1 中乙物質(zhì)是__________________________。

（3）綜合題圖代謝過程分析大棚蔬菜生產(chǎn)中可采取______________等措施來增加蔬菜產(chǎn)量。

【答案】（1）①和⑤ 增加 （2）外界吸收 CO2（3）控制光照的強弱、控制溫度的高低、適當(dāng)增加大棚中CO2的濃度等（答出其中一項即可）

【命題意圖】本題考查光合作用和細胞呼吸，考查學(xué)生的理解能力，體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的科學(xué)思維。

【解題分析】（1）在生物膜上發(fā)生的生理過程有①光反應(yīng)（類囊體膜）和⑤有氧呼吸的第三階段（線粒體內(nèi)膜）；圖1 中的甲物質(zhì)是光反應(yīng)產(chǎn)生的用于暗反應(yīng)的[H]和ATP，如果突然降低CO2的濃度，暗反應(yīng)減弱，短期內(nèi)[H]和ATP 積累，其含量會增加。（2）過程⑤是有氧呼吸的第三階段。如果葉肉細胞的呼吸速率大于光合速率，則用于有氧呼吸第三階段的O2除了來自圖1 中過程①光合作用的光反應(yīng)外，還有一部分要從外界吸收；圖1 中乙物質(zhì)是有氧呼吸第二階段產(chǎn)生的CO2。（3）大棚蔬菜生產(chǎn)中增加蔬菜產(chǎn)量的措施有控制光照的強弱、控制溫度的高低、適當(dāng)增加作物環(huán)境中CO2的濃度等。

2.圖2 為蠶豆葉肉細胞中部分物質(zhì)變化途徑，其中①～④代表有關(guān)生理過程，圖3 為科研人員探究在膠泥土和沙壤土中施用不同氮肥量對蠶豆單株產(chǎn)量的影響所得實驗結(jié)果。請回答下列相關(guān)問題：

圖3

（1）圖2 中①發(fā)生的場所是________________________，①～④能產(chǎn)生ATP 的有________________________。

（2）由圖3 可知蠶豆單株產(chǎn)量較高的條件是___________________，從光合作用角度分析施加適量氮肥能促進水稻增產(chǎn)的原因可能是a：____________________；b：_____________________。

【答案】（1）葉綠體的類囊體薄膜 ①②④（2）種植在沙壤土上，且氮肥的施用量為 240 kg/ hm2a:氮是葉綠素合成的必需元素，含氮量提高葉綠素含量增加，光合作用增強 b:氮是酶合成的必需元素，含氮量提高酶含量增加，有利于光合作用的進行（順序可顛倒）

【命題意圖】本題考查呼吸作用與光合作用，考查考生理解能力、獲取信息能力。

【解題分析】（1）①表示光反應(yīng)過程，發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上；② ③④分別代表有氧呼吸第三階段、光合作用暗反應(yīng)階段和有氧呼吸的第一、二階段，①～④能產(chǎn)生ATP 的有①② ④。（2）由圖3 可知當(dāng)蠶豆種植在沙壤土且氮肥的施用量為240 kg/hm2時，單株產(chǎn)量較高；從光合作用角度分析施加適量氮肥，能促進水稻增產(chǎn)的原因可能是氮是葉綠素合成的必需元素，含氮量提高葉綠素含量增加，光合作用增強；還可能是氮是酶合成的必需元素，含氮量提高酶含量增加，有利于光合作用的進行。

影響光合作用速率和呼吸作用速率的環(huán)境因素

1.小球藻是研究光合作用的常用材料，圖4 是CO2濃度對其光合作用強度的影響，圖5 是在其他條件適宜的情況下測定的小球藻O2吸收量（不考慮滲透壓對生命活動的影響）。請結(jié)合有關(guān)知識回答問題：

圖5

（1）CO2濃度主要影響光合作用的_______________________階段，根據(jù)光合作用的發(fā)生過程推斷當(dāng)達到平衡狀態(tài)時，C3與C5的含量比例是_______________________。

（2）從圖4 甲可看出，CO2濃度對光合作用強度的影響是______________________________________________。

（3）當(dāng)圖4 曲線平行于橫軸時，影響光合作用強度的內(nèi)在因素是______________________________________________。

（4）圖5 曲線有不科學(xué)的地方，請結(jié)合圖4 和已有知識推斷錯誤區(qū)段是_______________________段。圖5 中bc 段的光合作用強度_______________________（填“大于”“小于”或“等于”）呼吸作用強度。

【答案】（1）暗反應(yīng) 2∶1 （2）在一定范圍內(nèi)，光合作用強度與CO2濃度呈正相關(guān)，超過一定濃度，光合作用強度不變（意思正確即可） （3）色素和酶 （4）cf 大于

【命題意圖】本題考查光合作用的影響因素，考查獲取信息能力和綜合運用能力，考查生命觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究核心素養(yǎng)。

【解題分析】（1）圖4 為CO2濃度對光合作用強度的影響，CO2是在暗反應(yīng)中被使用，因此會影響暗反應(yīng)；當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，由于一分子C5和一分子CO2結(jié)合生成兩分子C3，因此C3是C5的二倍，濃度比例為2∶1。（2）從圖4 可看出，在一定范圍內(nèi)，光合作用強度與CO2濃度呈正相關(guān)，超過一定濃度，CO2濃度增加光合作用速率不再加強。（3）影響光合作用強度的內(nèi)在因素主要是色素含量、酶的含量和活性。（4）NaHCO3可以為小球藻光合作用提供二氧化碳，隨著NaHCO3濃度的增加，由圖4 可知，O2吸收量應(yīng)該先逐漸降低后維持相對穩(wěn)定一段時間，因此圖5 中cf 段出現(xiàn)了異常；圖5 中橫坐標(biāo)以上表示呼吸速率大于光合速率，橫坐標(biāo)以下表示光合速率大于呼吸速率。

2.海島棉不僅纖維品質(zhì)優(yōu)良，而且是鹽堿地的主要栽培作物?？蒲腥藛T就鹽脅迫對新海 21 號海島棉幼苗生長和生理特性的影響開展研究，得到實驗結(jié)果如表：

（1）海島棉的葉綠素分布在葉綠體的_____________________，葉綠素的作用是_____________________。

（2）實驗設(shè)計需遵循單一變量原則、對照性原則和平行重復(fù)原則等，上述實驗采用盆栽法培育海島棉，每組種18 盆，每盆種6 株，這種做法符合_____________________原則，目的是_____________________。

（3）脯氨酸是高等植物體內(nèi)重要的有機小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，有很高水溶性。實驗中脯氨酸含量的變化，表明__________________________________________。

（4）由實驗結(jié)果分析可知，高濃度鹽脅迫下海島棉生長受抑制的原因是__________________________________________。

【答案】（1）類囊體的薄膜上 吸收、呈遞和轉(zhuǎn)化光能（或吸收光能） （2）平行重復(fù)（或等量重復(fù)） 消除偶然因素對實驗結(jié)果的影響 （3）在一定范圍內(nèi)，隨著鹽脅迫的增強，海島棉滲透調(diào)節(jié)能力逐漸增強，對鹽堿地的適應(yīng)能力增強 （4）高濃度鹽脅迫通過影響海島棉葉綠素含量影響光合作用速率，進而影響葉片的生長，導(dǎo)致海島棉植株的生長受抑制

【命題意圖】本題考查光合作用的知識，考查學(xué)生的實驗與探究能力。

【解題分析】（1）葉綠素分布在葉綠體的類囊體的薄膜上，作用是吸收、呈遞和轉(zhuǎn)化光能。（2）多個平行組取平均值，符合平行重復(fù)原則，避免偶然因素對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。（3）實驗自變量為NaCl 濃度，脯氨酸是高等植物體內(nèi)重要的有機小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過表格可知，隨NaCl 濃度的升高，脯氨酸含量不斷升高，使海島棉滲透調(diào)節(jié)能力逐漸增強，對鹽堿地的適應(yīng)能力也逐漸增強。（4）條件為高濃度鹽脅迫，結(jié)果為海島棉生長受抑制，指標(biāo)為植株干重和株高均下降，據(jù)表可知，植株生長受凈光合速率和葉面積的影響，凈光合速率受葉綠素含量的影響，葉綠素含量受鹽脅迫的影響，則高濃度鹽脅迫通過影響海島棉葉綠素含量影響光合作用速率，進而影響葉片的生長，導(dǎo)致海島棉植株的生長受抑制。

3.某生物興趣小組欲通過一次實驗進行如下兩方面的研究：一是驗證甲、乙兩種植物混合種植導(dǎo)致兩種植物的單株平均干重均下降，二是探究兩種植物根部競爭、莖葉競爭對單株平均干重的影響強度，完成如下實驗步驟以及實驗結(jié)果分析：

（1）實驗步驟：

①選擇生長狀況相似的健康甲、乙植株若干，分成適量且等量的幾組備用。實驗共分4 組，編號為A、B、C、D。

②A、B 組的甲、乙植株________________________________，以此為對照；C 組的甲、乙植株__________________________以形成根部競爭；D 組的甲、乙植株________________________________以形成莖葉競爭。

③在相同且適宜的條件下培養(yǎng)相同時間，求各組植株的單株平均干重。

（2）實驗結(jié)果分析：

若________________________________，說明根部競爭的影響大；若C、D 組的單株平均干重比A、B 組低，且C 組下降量小于D 組，說明莖葉競爭的影響大；若C、D 組的單株平均干重比A、B 組低，且兩組下降量相當(dāng)，說明________________________________。

【答案】（1）②單獨種植 種植在同一土壤中但莖葉部分分開 種植在隔離的土壤中但莖葉部分交織 （2）C、D 組的單株平均干重比A、B 組低，且C 組下降量大于D 組（或D 組下降量小于C 組） 根部競爭與莖葉競爭的影響強度相當(dāng)

【命題意圖】本題以實驗設(shè)計的方式考查植物之間的競爭機制以及影響作用的大小?？疾閷W(xué)生的實驗與探究能力以及理解能力。

【解題分析】（1）②在實驗中為確定混合種植對單株平均干重的影響，應(yīng)首先設(shè)置甲、乙兩種植物單獨種植的對照，并與混合種植的實驗組進行比較，若創(chuàng)設(shè)根部競爭的實驗條件，需將甲、乙兩種植物種植在同一土壤中但莖葉部分分開，根部則因吸收水分、無機鹽等形成競爭，若創(chuàng)設(shè)莖葉競爭的實驗條件，需將甲、乙兩種植物種植在隔離的土壤中但莖葉部分交織，莖葉部分因光照、二氧化碳而形成競爭，適宜的條件下培養(yǎng)相同時間，比較四組甲、乙植物的單株平均干重，確定根部競爭、莖葉競爭對單株平均干重的影響。（2）若C、D 組的單株平均干重比A、B 組低，且C 組下降量大于D 組，說明根部競爭的影響大；若C、D 組的單株平均干重比A、B 組低且C 組下降量小于D 組（或D 組下降量大于C 組），說明莖葉競爭對甲、乙植物單株平均干重的影響大；若C、D 組的單株平均干重比A、B 組低，且兩組下降量相當(dāng)，說明根部競爭與莖葉競爭的影響強度相當(dāng)。

4.某科研小組探究苗期不同遮陰程度對花生光合作用速率的影響，實驗中以花育22 號花生品種為材料，遮陰時間從花生全部出苗到花針期（出苗后30 d）。拆除遮陰網(wǎng)后用不同光照強度照射三組花生幼苗并測定光合速率，實驗結(jié)果如圖6 所示（實驗中光照強度以光量子密度PPFD 表示）。回答下列問題：

圖6

（1）圖6 中曲線縱坐標(biāo)應(yīng)為花生凈光合作用速率而非總光合作用速率，判斷理由是__________________________________。

（2）實驗中當(dāng)光照強度大于1 200 μmol ? m-2? s-1，隨花生苗期遮光程度增強，花生植株對光能的利用率______（填“越高”或“越低”）；當(dāng)光照強度低于600 μmol ? m-2? s-1，圖中凈光合速率變化幅度較小的花生植株是____________________。

（3）據(jù)圖6 分析，若在林蔭下種植花育22 號花生，為利于增產(chǎn)可采取的有效措施為_______________；大田種植花生時，還需給田地施用足量磷肥以利于花生提高光合作用速率，其機理有______________________________（寫出兩點即可）。

【答案】（1）曲線起點不是坐標(biāo)原點，縱坐標(biāo)應(yīng)是總光合速率與細胞呼吸速率的差值即凈光合速率 （2）越低 苗期遮光程度85%的花生植株 （3）在花生苗期適當(dāng)程度遮光一段時間 形成磷脂進而參與構(gòu)成葉綠體膜、形成ATP 和NADPH 等參與能量轉(zhuǎn)化、合成葉綠體中DNA 和RNA（寫出兩點即可）

【命題意圖】本題考查光合作用的過程、礦質(zhì)元素和光照強度等環(huán)境因素對光合速率的影響。意在考查獲取信息能力、理解能力、實驗與探究能力和綜合運用能力。

【解題分析】（1）圖6 中曲線縱坐標(biāo)應(yīng)為花生凈光合作用速率而非總光合作用速率，判斷理由是曲線起點不是坐標(biāo)原點，縱坐標(biāo)應(yīng)是總光合速率與細胞呼吸速率的差值即凈光合速率。（2）實驗中當(dāng)光照強度大于1 200 μmol ? m-2? s-1時，隨花生苗期遮光程度增強，花生植株對光能的利用率越低；當(dāng)光照強度低于600 μmol ? m-2? s-1，圖中凈光合速率變化幅度較小的花生植株是苗期遮光程度達到85%的花生幼苗。（3）據(jù)圖6 分析，若在林蔭下種植花育22 號花生，為利于增產(chǎn)可采取的有效措施為在花生苗期適當(dāng)程度遮光一段時間；大田種植花生時，還需給田地施用足量磷肥以利于花生提高光合作用速率，其原因有磷元素參與形成磷脂進而參與構(gòu)成葉綠體膜、形成ATP和NADPH 等參與能量轉(zhuǎn)化和參與合成葉綠體中DNA 和RNA 等。