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知识点4
细胞呼吸与光合作用
1.(2017·全国卷丙·T3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D.叶片在640～660
nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的【解析】选A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,A项错误;通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值,可以绘制其吸收光谱,B项正确;CO2的吸收速率反映光合作用速率的变化,光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示,C项正确;640～660
nm波长的光属于红光,叶绿素可以吸收红光,将水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式释放出去,D项正确。
【易错警示】本题易判断A选项正确,错因在于审题不仔细,只注意了A选项的后半句“可用于光反应中ATP的合成”,而忽略了前半句“类胡萝卜素在红光区吸收的光能”。
2.(2017·天津高考·T5)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是()
A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B.用水做层析液观察花青苷的色素带
C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
【解析】选D。叶绿体中的色素易溶于有机溶剂,可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素;花青苷为水溶性,用水做层析液可以观察花青苷的色素带;月季成熟叶片具有紫红色的大液泡,可以用于质壁分离和复原实验,探究细胞的失水与吸水;表皮细胞高度分化,不再进行有丝分裂,不能用光学显微镜观察染色体的形态和数目。
3.(2017·天津高考·T6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是()
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
【解析】选D。题图中光照强度低于P时,突变型CO2吸收速率低于野生型,原因是突变型叶绿素含量较低,吸收光的能力较弱,光反应强度低于野生型,A项正确;光照强度高于P时,突变型CO2吸收速率大于野生型,原因是突变型固定CO2酶的活性显著高于野生型,导致暗反应强度高于野生型,B项正确;光照强度低于P时,突变型光合速率随光照强度增加而增加,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,C项正确;光照强度高于P时,在达到光饱和点以前,突变型光合速率仍随光照强度增加而增加,此时限制突变型光合速率的主要环境因素仍是光照强度,D项错误。
【方法规律】曲线图中限制因素的判断方法
(1)曲线上升阶段:纵坐标随横坐标增加而增加,限制因素为横坐标代表的物理量(横坐标为时间时,限制因素不是时间,而是随时间变化而变化的温度或光照等环境因素)。
(2)曲线水平阶段:纵坐标不再随横坐标增加而增加,限制因素为横坐标以外的物理量。
4.(2017·北京高考·T2)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此,对该植物生理特性理解错误的是()
A.呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B.净光合作用的最适温度约为25℃
C.在0～25℃范围内,温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D.适合该植物生长的温度范围是10～50℃
【解题指南】解答本题时需要关注两点:
(1)图解中曲线最高点对应的温度表示最适温度。
(2)植物生长的必需条件是净光合速率大于0。
【解析】选D。由图分析知,呼吸作用的最适温度是55℃左右,光合作用的最适温度是30℃左右,A项正确。当温度约为25℃时,CO2的净吸收量最大,所以该温度为净光合作用的最适温度,B项正确。根据总光合速率、呼吸速率与温度关系图可知,0～25℃范围内,总光合速率增加程度比呼吸速率大,温度对光合速率影响比呼吸速率大,C项正确。超过45℃时净光合速率为负值,没有有机物积累,植物不能正常生长,D项错误。
5.(2017·全国卷甲·T29)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题:
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是、、、,[H]代表的物质主要是。
(2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成发生在A过程,还发生在(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是。
【解析】(1)据题图分析可知,①为水光解的产物之一,应为O2;②为NADPH还原C3后的产物,应为NADP+;③为ATP的水解产物,应为ADP和Pi;④为CO2固定的反应物,应为C5;[H]所表示的物质为还原型辅酶Ⅰ,即NADH。
(2)题图中A过程为光反应,B过程为暗反应,ATP合成发生在A过程;在细胞质基质中进行有氧呼吸第一阶段,线粒体内进行有氧呼吸第二、三阶段,这三个阶段都有ATP的合成。
(3)在无氧条件下,植物细胞进行无氧呼吸,第一阶段葡萄糖分解为丙酮酸,第二阶段丙酮酸分解为酒精和CO2。
答案:(1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或答:还原型辅酶Ⅰ)
(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
6.(2017·全国卷乙·T30)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是。甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是。
【解题指南】(1)关键信息:“甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的”“密闭小室中,适宜条件下照光”。
(2)关键知识:CO2浓度变化对光合作用的影响;光合作用与有氧呼吸的关系。
【解析】本题主要考查了影响光合作用、有氧呼吸因素的相关知识。
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放入同一密闭小室中,适宜条件下给予光照,甲、乙两种植物都进行光合作用,当光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2量时,密闭小室中的CO2浓度逐渐下降,受CO2浓度的制约,光合作用速率也随之降低。当密闭小室中CO2浓度下降到CO2补偿点时,植物的光合速率等于呼吸速率,净光合速率为0。因为甲种植物CO2补偿点大于乙种植物,所以当密闭小室中CO2浓度达到甲种植物CO2补偿点时,乙种植物光合速率大于呼吸速率,即净光合速率大于0。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,给予光照,甲种植物可进行光合作用,通过光合作用释放了O2,O2与NADH反应生成水,这是有氧呼吸的第三阶段。故光合作用产生O2增多时,使细胞的有氧呼吸增加。
答案:(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量,使密闭小室中CO2浓度降低,光合速率也随之下降 大于0
(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加,而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节,所以当O2增多时,有氧呼吸会增加
7.(2017·江苏高考·T29)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题:
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量 ,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是。
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中 的干扰。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是。若提高反应液中NaHCO3浓度,果肉放氧速率的变化是(填“增大”、“减小”、“增大后稳定”或“稳定后减小”)。
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15～20
min曲线的斜率几乎不变的合理解释是;若在20
min后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有(填序号:①C5 ②ATP ③[H] ④C3),可推测20
～25
min曲线的斜率为(填“正值”、“负值”或“零”)。
【解析】(1)提取色素时,加入CaCO3可防止叶绿素降解。由于色素能溶解在乙醇中,所以长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色。(2)影响光合作用的因素主要有光照、温度、二氧化碳浓度、水和矿质元素含量,而图中含水丰富,所以图中影响光合放氧速率的因素有光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度。要检测反应液中氧气的浓度,应排除反应液中溶解氧的干扰,所以测定前应排出反应液中的溶解氧。(3)装置中的NaHCO3可为果肉提供CO2,提高反应液中NaHCO3浓度,CO2浓度就增大,在一定范围内果肉放氧速率增大,当达到CO2饱和点后,果肉放氧速率不再随CO2浓度增大而变化。(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,而15～20
min曲线的斜率几乎不变,说明这个时间段内净光合速率为0,即该时间段内的光合产氧量与呼吸耗氧量相等。若在20
min后停止光照,光反应停止,因此没有②ATP和③[H]的产生。短时间内C5与CO2反应生成C3的速率不变,由于②ATP和③[H]的含量减少,C3被还原成C5的速率下降,导致C5含量减少。停止光照后,只有呼吸作用消耗氧气,没有光合作用产生氧气,所以可推测20～25
min曲线的斜率为负值。
答案:(1)CaCO3 光合色素溶解在乙醇中(2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度 溶解氧(3)提供CO2 增大后稳定(4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值
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