优化探究高三生物二轮复习专题突破二第2讲光合作用和细胞呼吸强化训练.docx
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优化探究高三生物二轮复习专题突破二第2讲光合作用和细胞呼吸强化训练
第2讲 光合作用和细胞呼吸
2016高考导航——适用于全国卷Ⅱ
考纲要求
高考印证
备考策略
2013
2014
2015
1．光合作用的基本过程（Ⅱ）
T2
T6AB
1.命题趋势：
叶绿体色素的提取与分离实验常直接考查，而光合作用与细胞呼吸原理与应用的考查常结合过程模型、曲线分析和生产生活应用进行。
2．备考指南：
（1）利用光合作用图解或表解帮助理解光合作用中主要的生理变化以及光反应与暗反应之间的关系。
（2）可通过表解对比法和元素追踪法加深对有氧呼吸三个阶段的理解。
（3）利用曲线、表格分析法复习影响光合作用和细胞呼吸的因素。
2．影响光合作用速率的环境因素（Ⅱ）
T29
3．细胞呼吸（Ⅱ）
T3C
T6CD
4．实验：
（1）叶绿体色素的提取和分离
（2）探究酵母菌的呼吸方式
[高考回放]
1．（2014·高考全国卷Ⅱ，T6,6分）关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是（ ）
A．磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物
B．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与
C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D．病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量
解析：
选C。
A项，光合作用的光反应中有ATP的合成，需要原料ADP和磷酸。
B项，光合作用中叶绿素吸收并转化光能的过程与酶的催化作用无关。
C项，乳酸是无氧呼吸的产物，在人体内不能继续分解供能，人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的。
D项，病毒无独立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。
2．（2013·高考全国卷Ⅱ，T2,6分）关于叶绿素的叙述，错误的是（ ）
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可能用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
解析：
选D。
题干明确考查叶绿素的有关知识，可根据叶绿素的有关内容，逐项分析解答。
叶绿素a和叶绿素b所含的化学元素相同，都由C、H、O、N、Mg组成，故A项正确。
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素吸收的光能通过光合作用转变为储存在有机物中的化学能，故B项正确。
叶绿素a在红光区的吸收峰值约为663nm，叶绿素b在红光区的吸收峰值约为645nm，故C项正确。
绿叶中的色素对绿光的吸收极少，绝大多数绿光被反射出来，因此植物呈现绿色，故D项错误。
3．（2013·高考全国卷Ⅱ，T3,6分）下列与微生物呼吸有关的叙述，错误的是（ ）
A．肺炎双球菌无线粒体，但能进行有氧呼吸
B．与细菌呼吸有关的酶由拟核中的基因编码
C．破伤风芽孢杆菌适宜生活在有氧的环境中
D．有氧和无氧时，酵母菌呼吸作用产物不同
解析：
选C。
据题干可知，本题重点考查微生物的细胞呼吸，可首先联系细胞呼吸的方式（有氧呼吸和无氧呼吸），然后分析每个选项提供的信息，逐项解答。
肺炎双球菌属于原核生物，细胞中只有核糖体一种细胞器，与有氧呼吸有关的酶存在于细胞膜和细胞质基质中，故A项正确。
细菌的拟核有环状DNA，为细菌的遗传物质，其上的基因控制着相关蛋白质的合成，故B项正确。
破伤风芽孢杆菌的细胞呼吸方式是无氧呼吸，其适宜的生活环境应为无氧环境，故C项错误。
酵母菌为兼性厌氧型微生物，进行有氧呼吸时，呼吸产物是CO2和水，进行无氧呼吸时，呼吸产物是酒精和CO2，故D项正确。
4．（2014·高考全国卷Ⅱ，T29,10分）某植物净光合速率的变化趋势如图所示。
据图回答下列问题：
（1）当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。
CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
（2）CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是________。
（3）当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________（填“大于”、“等于”或“小于”）光合作用吸收的CO2量。
（4）据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
解析：
（1）根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下（曲线A）该植物的净光合速率为0；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。
（2）由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。
当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。
（3）当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2的量。
（4）据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。
答案：
（1）0 A、B和C
（2）光强 （3）大于 （4）光强
[学生用书P18]
1．光合作用与细胞呼吸关系的分析
①H2O、②[H]、③C6H12O6、④CO2＋H2O、⑤C2H5OH＋CO2。
（1）光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向
光合作用
有氧呼吸
[H]
来源
H2O光解产生
有氧呼吸第一、二阶段
去向
还原C3
用于第三阶段还原O2
ATP
来源
光反应阶段产生
三个阶段都产生
去向
用于C3还原供能
用于各项生命活动（植物C3的还原除外）
（2）光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系
①物质变化
C：
CO2
有机物
丙酮酸
CO2
H：
H2O
[H]
（CH2O）
[H]
H2O
O：
H2O
O2
H2O
②能量变化
光能
ATP
（CH2O）
2．影响光合作用的因素分析
（1）光照强度（如图甲）
①原理：
影响光反应阶段ATP、[H]的产生。
②分析
P点的限制因素
（2）CO2浓度（如图乙）
①原理：
影响暗反应阶段C3的生成。
②分析
P点的限制因素
（3）温度（如图丙）
①原理：
通过影响酶的活性而影响光合作用。
②分析：
P点对应的温度为进行光合作用的最适温度。
3．细胞呼吸方式的判断
（1）依据反应物、产物来判断
①若需消耗氧气，则一定存在有氧呼吸；若产物有水，则一定存在有氧呼吸。
②若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸。
③若产物中有二氧化碳，则要依据物质的量的关系来讨论。
（2）依据物质的量的关系来判断
①不消耗O2，释放CO2→只进行无氧呼吸。
②无CO2释放→只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡。
③CO2释放量等于O2的吸收量→只进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸。
④CO2释放量大于O2的吸收量→既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵。
（3）依据反应场所来判断
①对于真核生物来说，有线粒体参与的一定是有氧呼吸，无线粒体参与的一定是无氧呼吸。
②对于原核生物来说，原核细胞中无线粒体，故有氧呼吸和无氧呼吸都没有线粒体的参与，某些原核生物内
存在与有氧呼吸有关的酶，可进行有氧呼吸，如硝化细菌。
4．影响细胞呼吸的因素
（1）温度：
曲线模型如图甲
温度通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。
（2）氧气：
曲线模型如图乙
氧气存在抑制无氧呼吸，有氧呼吸第三阶段必须需要氧气。
（3）含水量：
曲线模型如图丙
自由水含量较高时呼吸作用旺盛。
（4）CO2浓度：
曲线模型如图丁
CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。
命题点1 用模式图分析光合作用与细胞呼吸的物质和能量的关系
[学生用书P19]
下图甲、乙表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质的变化，其中1～7和a～d表示生理过程的某一阶段，A～G表示生理过程中的相关物质，请据图回答下列问题：
（1）下列有关推断中错误的是（ ）
A．各种细胞生物都能进行过程3
B．过程2需多种酶参与，且需ATP供能
C．过程1、3和4产生的[H]均能与氧结合产生水
D．能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的是过程5
（2）写出下列物质或生理过程的名称：
E________________________________________________________________________，
G____________，6____________。
（3）甲图中2对应乙图中的________。
人体内能进行乙图中的________。
乙图中能使ADP含量减少的是________。
（4）细胞中发生过程1的部位是
________________________________________________________________________，
其上分布的与光合作用有关的物质有
________________________________________________________________________。
（5）过程7可产生合成A的原料，这些原料的运动方向是
________________________________________________________________________。
[解析]
（1）所有细胞生物都能进行呼吸作用，而过程3是有氧呼吸和无氧呼吸的共有过程，即第一阶段，故A正确；过程2代表光合作用的暗反应阶段，需要多种酶催化和ATP供能，故B正确；过程1产生的[H]用于C3的还原反应，故C错误；过程3、4、5分别代表有氧呼吸的三个阶段，第三阶段放出能量最多，生成的ATP也最多，故D正确。
（2）图中E为H2O，G为O2,6为CO2的固定。
（5）过程7产生的可合成A（ATP）的原料是ADP和Pi，它们产生于叶绿体基质中发生的暗反应，消耗于类囊体薄膜上的光反应，所以合成ATP的原料ADP和Pi的运动方向应从叶绿体基质移向叶绿体类囊体的薄膜。
[答案]
（1）C
（2）H2O O2 CO2的固定 （3）b a、d a、c、d （4）叶绿体类囊体的薄膜 色素和酶 （5）从叶绿体基质移向叶绿体类囊体的薄膜
[易错展台]
（1）甲图中，不在生物膜上进行的生理过程是2、3、4、6、7。
（2）在光下，根尖细胞内合成[H]的场所有细胞质基质、线粒体。
（3）同一细胞中O2从叶绿体到线粒体被利用共经过8层磷脂分子。
（4）请在下面的坐标系中绘出相关物质[C3、C5、[H]和ATP的含量、（CH2O）合成量]的量的变化曲线。
提示：
（5）若某叶肉细胞光合作用产生的葡萄糖中有三分之一用于该细胞的呼吸作用，那么该细胞每积累1分子葡萄糖，能够产生9分子氧气。
1．分析光合作用和细胞呼吸的过程及物质转化问题的策略
解答时，应结合所给条件，从以下几个方面进行：
（1）理解教材中光合作用和细胞呼吸的过程图解，把握相关生理过程中的物质变化和能量变化。
①光合作用：
物质变化为CO2→C3→C5＋（CH2O）、H2O→O2＋[H]，能量变化为光能→活跃的化学能（[H]和ATP中的能量）→（CH2O）中稳定的化学能。
②细胞呼吸：
物质变化为C6H12O6→2C3H4O3（丙酮酸）＋4[H]、2C3H4O3（丙酮酸）＋6H2O→6CO2＋20[H]、24[H]＋6O2→12H2O，能量变化为（CH2O）中稳定的化学能→活跃的化学能（ATP中的能量）和热能。
（2）应结合教材图解，准确获取图示中的物质转化信息，据此确定相应生理过程是光合作用过程还是呼吸作用过程，是光反应阶段还是暗反应阶段，或者是有氧呼吸的哪一个阶段。
2．理解物质含量的变化关系
在解答光合作用相关物质含量变化的题目时，要结合图解或其中部分图解（如右图所示）进行分析推理，若从骤变因素影响的直接反应式角度考虑会化难为易。
若突然停止光照，[H]和ATP无法生成，这些物质直接参与C3的还原：
2C3
（CH2O）＋C5，因此叶绿体中[H]和ATP含量均减少，导致消耗的C3减少，细胞中C3的含量相对增加，生成的（CH2O）、C5均减少；若降低（或停止）CO2供应，主要影响CO2的固定：
CO2＋C5
2C3，消耗的C5减少，细胞中的C5含量增加，生成的C3减少，C3还原中消耗的[H]和ATP减少，则叶绿体中[H]和ATP含量增加。
采用这种方法，这类问题即可迎刃而解。
1．（2015·宁夏银川一中第五次考试，T31）图1表示绿色植物叶肉细胞部分结构中的某些生命活动过程，甲、乙代表两种细胞器，①～⑦代表各种物质。
图2表示在相同且适宜温度下，测定该植物1cm2叶片重量变化（只考虑有机物的变化，单位为mg）。
据图回答下列问题：
（1）获取甲、乙细胞器的方法是________________，将结构乙从细胞中提取出来，置于清水中，则其内膜破裂晚于外膜，原因是________________________。
（2）在光照适宜但高温或干旱条件下，某些植物的光合作用强度也会下降，其首先是由于图1中的________（用数字和箭头表示）环节的反应强度下降导致的。
（3）该植物的呼吸速率可表示为________mg/（cm2·h），光照处理1h的实际光合速率可表示为______mg/（cm2·h）。
解析：
（1）将细胞内各种细胞器分离开采用差速离心法。
结构乙为线粒体，其内膜向内折叠，面积大于外膜，在清水中线粒体吸水膨胀，由于内膜面积大，故内膜破裂的时间较外膜晚。
（2）在高温或干旱的条件下，植物叶片表面的气孔关闭，使环境中的二氧化碳进入细胞内减少，从而直接影响二氧化碳的固定，即影响⑥→⑤的反应。
（3）无光时植物只进行呼吸作用，图2中无光处理1h，叶片重量减少Amg，因此，该植物的呼吸速率为Amg/（cm2·h）。
实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，净光合速率为光照处理1h后叶片增加的重量，即（Z＋B）－（Z－A）＝B＋A，因此，实际光合速率＝B＋A＋A＝B＋2Amg/（cm2·h）。
答案：
（1）差速离心法 内膜的表面积大于外膜
（2）⑥→⑤ （3）A B＋2A
2．（2015·新疆维吾尔自治区第一次适应性检测，T29）图中的A表示某种结构，X、Y分别表示在光照等适宜条件下输入和输出的物质。
从下列①～⑩中选出有关物质填空（填序号）。
①氧气 ②二氧化碳 ③水 ④ATP ⑤糖类
⑥丙酮酸 ⑦C3 ⑧C5 ⑨[H] ⑩酒精
X―→
―→Y
（1）若A表示叶绿体，X可以表示________，Y可以表示________。
（2）若A表示线粒体，X可以表示________，Y可以表示________。
（3）若A表示叶肉细胞，X表示H
O，Y中含18O的有机物是________。
解析：
（1）叶绿体中发生光合作用，利用二氧化碳和水合成糖类等有机物，并释放氧气，因此X可表示二氧化碳和水，Y可表示糖类和氧气。
（2）线粒体内发生有氧呼吸的第二、三阶段，在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸在水的参与下分解成二氧化碳，产生[H]，并释放少量能量，在有氧呼吸的第三阶段，前两个阶段产生的[H]传递给氧气生成水，并释放大量能量；有氧呼吸过程释放的能量一部分以热能形式散失，另一部分转移至ATP中。
因此X可表示氧气、水、丙酮酸和[H]，Y表示二氧化碳、水和ATP。
（3）水在叶肉细胞内可参与光合作用和呼吸作用，X表示H
O，参与有氧呼吸的第二阶段，产生的CO2中含有18O，然后C18O2参与光合作用的暗反应，合成含有18O的糖类。
答案：
（1）②③ ①⑤
（2）①③⑥⑨ ②③④
（3）⑤
3．（2015·云南昆明高三质检，T29）研究小组分别于20℃、30℃下，测定不同光照强度对某单细胞绿藻平均每个细胞O2的总产生速率和CO2释放速率的影响，结果如下：
光照强度（klx）
1
2
3
4
5
6
O2的总产生速率（nmol·h－1）
20℃
1
3
6
8
8
8
30℃
2
4
7
10
12
12
CO2的释放速率（nmol·h－1）
20℃
9
7
4
2
2
2
30℃
2
0
－3
－6
－8
－8
请分析回答下列问题：
（1）在20℃下，当光照强度为1klx时，细胞中能合成[H]的细胞器有________________；若该绿藻长期处于20℃、5klx条件下，则________（填“能”或“不能”）正常生长，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）在30℃下，当光照强度为2klx时，平均每个细胞CO2的固定速率是________nmol·h－1。
（3）分析数据，可判断该绿藻细胞呼吸酶的最适温度应________（填“大于”、“等于”或“小于”）30℃；且该绿藻细胞呼吸速率与光照强度________（填“有关”、“无关”或“无法确定”），理由是
________________________________________________________________________
________________________。
解析：
（1）在20℃、1klx时，绿藻细胞同时进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生[H]的场所为叶绿体类囊体薄膜，有氧呼吸中产生[H]的场所为细胞质基质和线粒体，其中属于细胞器的是叶绿体和线粒体。
在20℃、5klx时，绿藻细胞向外界释放二氧化碳的速率为2nmol·h－1，说明此时光合速率小于呼吸速率，植物体内有机物会不断减少，因此，长期处于这一条件下的绿藻不能正常生长。
（2）在30℃、2klx时，平均每个细胞氧气的总产生速率为4nmol·h－1，根据光合作用的反应式，可知光合作用中产生的氧气量与固定的二氧化碳量相等，因此，这一条件下平均每个细胞二氧化碳的固定速率为4nmol·h－1。
（3）在光照强度为1klx时，在20℃时呼吸作用产生二氧化碳的速率为1＋9＝10（nmol·h－1），而在30℃时呼吸作用产生二氧化碳的速率为2＋2＝4（nmol·h－1），这说明在20℃时呼吸酶的活性比30℃时的大，则呼吸酶的最适温度应小于30℃。
在光照强度为2klx时，20℃和30℃时呼吸作用产生二氧化碳的速率分别为7＋3＝10（nmol·h－1）、0＋4＝4（nmol·h－1），同理，可以计算出在不同的光照强度下，同一温度下呼吸作用产生二氧化碳的速率都相等，这说明光照强度不影响呼吸速率。
答案：
（1）线粒体、叶绿体 不能 在20℃、5klx的条件下，该绿藻光合速率小于呼吸速率（其他合理答案也可）
（2）4 （3）小于 无关 在相同温度下，随光照强度的改变该绿藻细胞呼吸速率不发生改变
命题点2 借助图表、曲线考查影响光合作用和细胞呼吸的因素
[学生用书P20]
为了更好地提高温室大棚栽种作物的经济效益，科研人员对某作物进行了温度和O2浓度的相关研究。
图1表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下测得的温度与光合、呼吸的关系，图2中曲线表示不同O2浓度下光照强度与光合作用速率的关系（已知O2可与C5结合，生成一个三碳化合物和一个二碳化合物，此二碳化合物不参与光合作用）。
请回答下列问题：
（1）图1中，当温度达到________时，植物不再进行光合作用。
在温度为30℃时，叶肉细胞内的[H]用于__________________________________。
（2）图1中，40℃与60℃时，CO2的吸收量均为0，二者的区别是前者________________________，后者__________________________。
（3）结合暗反应的过程，解释图2中高O2浓度更能抑制光合作用速率的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）根据以上研究结果，该温室大棚作物白天（适宜的温度）在0.03%CO2浓度时，生长的最佳环境条件是__________________（光照强度为30千勒克斯）。
[解析]
（1）由图1可知，细线表示光合作用CO2的净吸收量，粗线表示呼吸作用CO2的释放量，当温度达到55℃时，净光合作用强度等于呼吸作用强度，植物不再进行光合作用；当温度为30℃时，叶肉细胞内进行光合作用和呼吸作用，光合作用中光反应产生的[H]用于暗反应C3的还原，而呼吸作用中产生的[H]与O2结合生成水。
（2）图1中，在40℃时，净光合速率为0，光合速率等于呼吸速率；在60℃时，温度过高导致植物死亡，细胞代谢停止。
（3）根据题干信息，可知当氧气浓度较高时，会与更多的C5结合，用于CO2固定的C5相应减少，生成的C3减少，从而降低了光合作用速率。
（4）由两图分析可知，温度为30℃、O2浓度为1.5%时，净光合速率最大，最适宜植物生长。
[答案]
（1）55℃ 与O2结合形成水、还原三碳化合物（C3）
（2）光合速率等于呼吸速率 光合速率和呼吸速率均为0（植物死亡） （3）高O2与更多的C5结合，减少了用于还原的C3，从而降低了光合作用速率 （4）温度为30℃，O2浓度为1.5%
[易错展台]
（1）在下面的坐标图中绘出25℃时真正的光合作用强度的线段示意图。
提示：
如下图：
（2）根据图1绘出温度影响总光合作用强度的曲线，并作简要分析。
提示：
见下图。
低温时光合作用强度低但不为零，最适温度在30℃，到55℃时降为零。
（3）在下面的叶肉细胞示意图中分别标出A点、B点、F点的气体交换情况，并标出气体名称。
提示：
（4）图2中C点主要的限制因素是光照强度。
（5）结合下图适当增大CO2的浓度（其他条件不变），a、b、c点将怎样移动？
a点不变，b点向左移动，c点向右上方移动。
（6）若温度保持25℃，长时间每天交替进行12h光照，12h黑暗，该植物能（能、不能）正常生长。
1．从关键词来区分“总光合速率”“净光合速率”和“呼吸速率”
在黑暗时，植物体只能进行呼吸作用，所以在黑暗条件下测得的数据就是呼吸速率；而在光照条件下，植物体可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此，在光下直接测得的数据是净光合速率；总光合速率无法直接测得，只能间接求得：
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
下表列出了部分常见的与总光合速率和净光合速率有关的关键词。
项目
常用关键词
真正光合速率
O2产生（生成）速率
CO2固定速率
有机物产生（制造、生成）速率
净（表观）光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
黑暗中有机物消耗速率
特例：
如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO
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