第三单元第4讲 光合作用与呼吸作用的关系及影响因素.docx
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第三单元第4讲光合作用与呼吸作用的关系及影响因素
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一、选择题
1.将甲、乙两株同样的植物放在两个密闭的装置中,甲给予光照,乙遮光处理,其他条件相同。
下列关于这两株植物代谢的叙述中,正确的是( )
A.给予光照的装置中O2含量将持续增加
B.遮光处理的植株有机物的含量将减少
C.如果乙植株突然给予光照,叶绿体内C3含量将增加
D.甲、乙植株的叶肉细胞中产生ATP的场所相同
解析:
甲密闭装置O2含量的变化情况与光合作用及呼吸作用强度有关,A错误;乙装置遮光处理,因植株进行呼吸作用,有机物的含量将减少,B正确;如果乙植株突然给予光照,C3的消耗加快,所以C3的含量将减少,C错误;两植株叶肉细胞中细胞质基质和线粒体均可产生ATP,另外甲植株的叶绿体也可产生ATP,D错误。
答案:
B
2.用足量的14CO2“饲喂”叶肉细胞,让叶肉细胞长时间在较强光照下进行光合作用。
一段时间后,关闭光源,将叶肉细胞置于黑暗中。
下列关于叶肉细胞中含放射性三碳化合物(C3)的浓度的推测正确的是( )
A.光照中含放射性的C3的浓度持续上升,黑暗中含放射性的C3的浓度持续下降
B.光照中含放射性的C3的浓度先上升后下降,黑暗中含放射性的C3的浓度持续上升
C.光照中含放射性的C3的浓度先上升后保持稳定,黑暗中含放射性的C3的浓度持续上升
D.光照中和黑暗中含放射性的C3的浓度的变化均是先上升后保持稳定
解析:
在较强光照下,当叶肉细胞开始利用14CO2进行固定时,产生的含放射性的三碳化合物的浓度将上升,由于暗反应循环进行,最终含放射性的三碳化合物的含量将保持稳定。
黑暗环境下,由于光反应停止,含放射性的三碳化合物积累,其含量持续上升,但最终达到某个值后将维持稳定。
答案:
D
3.科学研究发现:
小麦、水稻等作物在强光、干旱时会发生比较强的光呼吸作用,在光呼吸过程中,叶绿体基质中的Rubisco起到了重要作用,该酶在O2浓度较高时,可催化五碳化合物与O2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,而是在消耗一定ATP和NADPH的基础上,重新形成五碳化合物,并释放CO2。
此外,光合作用过程中,Rubisco也可催化五碳化合物与CO2结合,进行CO2固定。
下列有关说法错误的是( )
A.Rubisco既可参与光呼吸,也可参与光合作用的暗反应
B.强光、干旱条件下提高O2浓度,小麦植株内有机物生成量将上升
C.提高CO2的浓度可以抑制光呼吸
D.光呼吸和细胞呼吸的相同点是都会消耗O2,释放CO2
解析:
由题干信息可知,Rubisco既可参与光呼吸,也可参与光合作用的暗反应,A正确。
强光、干旱条件下,提高O2浓度,小麦植株的光呼吸增强,而光合作用的进行受到了一定程度的抑制,有机物生成量将下降,B错误。
提高CO2的浓度可促进Rubisco催化更多的五碳化合物与CO2结合,而减少五碳化合物与O2的结合,从而抑制光呼吸,C正确。
结合题干信息分析可知,光呼吸和细胞呼吸的相同点是都会消耗O2,释放CO2,D正确。
答案:
B
4.能源问题是当前社会面临的最为紧迫的问题之一,而氢气则是最洁净的高效能源之一,H2可由2个H+生成,光合作用的光反应可产生H+,目前部分生物学家正致力于从光合作用中得到用于合成H2的H+的研究,并取得了一定的进展。
下列有关说法错误的是( )
A.水光解产生的H+被NADP+接受,生成了NADPH
B.在叶绿体中ATP和NADPH的转移途径是从类囊体薄膜到叶绿体基质
C.根据光合作用释放的氧气量,可以计算出光合作用有机物的积累量
D.停止光照,暗反应很快会停止,停止供应CO2,则光反应不受影响
解析:
选项A正确,ATP和NADPH是光反应的产物;选项B正确,ATP和NADPH形成于类囊体薄膜,然后转移至叶绿体基质参与暗反应;选项C正确,光合作用每释放6mol氧气,会积累1mol葡萄糖,因此可根据光合作用释放氧气的量计算光合作用有机物的积累量;选项D不正确,停止供应CO2,暗反应停止,光反应产生的ATP和NADPH积累,进而光反应受到抑制。
答案:
D
5.夏季晴朗的中午,部分植物会因为蒸腾作用过于剧烈而出现气孔关闭的现象,植物通过关闭气孔可减少水分的过度散失。
气孔关闭后,短时间内,植物叶绿体内C3、C5和ATP的含量的变化是( )
A.C3减少、C5增多、ATP减少
B.C3减少、C5增多、ATP增多
C.C3增多、C5减少、ATP减少
D.C3增多、C5减少、ATP增多
解析:
题干所给条件:
光照没有减弱,气孔关闭,即二氧化碳的吸收减弱,细胞内二氧化碳的含量降低,因此C3减少、C5增多、ATP增多。
答案:
B
6.(2020·安徽巢湖月考)如图表示适宜温度和适宜土壤环境下玉米光合作用强度与光照强度的关系。
下列对于该曲线的说法中,正确的是( )
A.b点时能产生ATP的细胞器只有线粒体
B.a点时NADH可从线粒体内膜移动到线粒体基质
C.其他条件适宜,当植物缺Mg时,b点右移
D.影响c点光合作用强度的限制因素是光照强度
解析:
b点为光补偿点,即光合速率=呼吸速率,能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体,A错误。
a点只进行细胞呼吸,NADH可从线粒体基质移动到线粒体内膜,B错误。
当植物体缺Mg时,叶绿素合成减少,导致光合作用减弱,而细胞呼吸未变,要使光合速率等于呼吸速率,就要增大光照强度,即b点右移,C正确。
c点时达到了光饱和,限制因素是除光照强度外的其他因素,如二氧化碳浓度,D错误。
答案:
C
7.如图中曲线表示在适宜温度、水分和一定的光强度下,甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。
下列分析正确的是( )
A.CO2浓度大于a时,甲才能进行光合作用
B.适当增加光强度,a点将左移
C.CO2浓度为b时,甲、乙真正光合速率相等
D.甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
解析:
图中纵坐标是CO2净吸收速率,a点是甲植物的二氧化碳补偿点,因此甲植物在a点之前就已进行光合作用,A错误。
适当增加光强度,有利于光合作用的进行,提高对二氧化碳的利用率,因此a点将左移,B正确。
b点时甲、乙的净光合速率相等,呼吸速率不一定相等,所以总光合速率不一定相等,C错误。
在一定范围内,甲、乙光合作用强度随CO2浓度增大不断增强,D错误。
答案:
B
二、非选择题
8.如表为某学校兴趣小组探究影响植物光合作用因素所做的实验及结果,据表回答下列有关问题:
容器
植株
光照部位
光质
光照强度(klx)
温度(℃)
容器中O2增加速率(mL/8小时)
1
天竺葵
叶
红
20
22
120
2
天竺葵
叶
黄
20
22
15
3
天竺葵
根
红
20
22
-10
4
紫罗兰
叶
红
20
22
80
5
紫罗兰
叶
黄
20
22
10
注:
假设植株各部位呼吸速率相同。
(1)1号容器天竺葵产氧速率是________mL/8小时。
(2)据表可知,该探究影响植物光合作用的因素有_____________________。
(3)1号容器比2号容器O2增加速率大,只是因为天竺葵吸收红光比黄光多,而不是不同光质下天竺葵呼吸速率不同,为了充分证明这一结论,还要增加6号实验组,这组实验如何设计?
______________________________。
若6号容器天竺葵的O2增加速率与________号的相同,则上述结论成立。
(4)5号容器紫罗兰的线粒体内将丙酮酸中的能量转化成__________________。
解析:
(1)产氧速率(实际光合速率)=净光合速率(表格中O2增加速率)+呼吸速率,天竺葵的呼吸速率可通过第三组数据求得,即产氧速率=120+10=130(mL/8小时)。
(2)据表可知,该实验研究的自变量有:
植物的种类(天竺葵、紫罗兰)、光照的部位(叶片、根)和光质(红、黄)。
(3)净光合速率(表格中O2增加速率)=产氧速率-呼吸速率。
为了充分证明这一结论:
1号容器比2号容器O2增加速率快,只是因为天竺葵吸收红光比黄光多,而不是不同光质下天竺葵呼吸速率不同,即产氧速率更快,而呼吸速率相同,因此氧增加速率更快。
应通过实验设计得出天竺葵在黄光下的呼吸速率,6号实验组设计为:
其他条件同3号容器的实验,只将光质变成黄光。
结果也应该和3号相同,才支持题中所述结论。
(4)在细胞呼吸过程中发生的能量转化是将有机物中稳定的化学能转变为ATP中活跃的化学能和大量热能。
答案:
(1)130
(2)植物种类、光照部位、光质
(3)其他条件类同3号容器的实验,只将光质变成黄光 3
(4)热能和ATP中的化学能
9.(2020·湖北宜昌模拟)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。
图甲为光合放氧测定装置示意图,图乙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)图甲中影响光合放氧速率的因素有________________________(任意答两点)。
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)图甲在反应室中加入NaHCO3的主要作用是_______________________。
(4)图乙中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对15~20min曲线的斜率几乎不变的合理解释是____________________________;若在20min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 ③C3),可推测20~25min曲线的斜率为________(填“正值”“负值”或“零”)。
解析:
(1)CaCO3能中和有机酸,防止叶绿素遭到破坏;由于光合色素能溶解在乙醇中,因此长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色。
(2)图甲中影响光合放氧速率的因素有光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度;图甲为光合放氧测定装置示意图,测定的是光合作用的放氧量,因此应排除溶液中原有的溶解氧对实验的干扰。
(3)图甲中NaHCO3分解可产生CO2,因此在反应室中加入NaHCO3的主要作用是维持二氧化碳的相对稳定。
(4)当光合产氧量与呼吸耗氧量相等时,外界的氧气浓度不再变化,处于平衡中;在20min后停止光照,首先光反应产生的ATP和[H]减少,从而使三碳化合物的还原减慢,短时间内二氧化碳的固定不受影响,因此C3增多,而C5减少;停止光照后,光合作用停止,而呼吸作用消耗氧气的速率不受影响,因此氧气不断减少,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)维持二氧化碳的相对稳定 (4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①② 负值
10.图1表示番茄叶肉细胞的两个重要生理过程中C、H、O的变化,图2为大棚中番茄叶肉细胞部分代谢过程示意图。
请据图回答:
(1)图1甲过程中“Ⅰ”是________,其在____________(答具体结构)上产生;该物质用于乙过程的________阶段,该阶段所发生的场所是________(答具体结构)。
(2)图2中细胞器a是________,物质④是________。
光照充足条件下理论上可以完成的过程有________(用字母表示)。
(3)以测定CO2吸收速率与释放速率为指标,探究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸作用的影响,结果如表所示:
温度/℃
5
10
20
25
30
35
光照条件下CO2
吸收速率/(mg·h-1)
1
1.8
3.2
3.7
3.5
3
黑暗条件下CO2
释放速率/(mg·h-1)
0.5
0.75
1
2.3
3
3.5
①温度在25~30℃间光合作用制造的有机物总量逐渐________(填“增加”或“减少”)。
②假设细胞呼吸昼夜不变,植物在30℃时,一昼夜中给植物光照14h,则一昼夜净吸收CO2的量为________mg。
解析:
(1)由图1可知,Ⅰ为O2,在光合作用的光反应阶段产生,即叶绿体类囊体的薄膜上产生,应用于呼吸作用的第三阶段,场所为线粒体内膜。
(2)图2中细胞器a是液泡,物质④是葡萄糖在细胞质基质分解生成的丙酮酸和[H]。
在光照充足的条件下光合作用正常进行,所以会有c(CO2的吸收)和d(O2的释放),同时呼吸作用照常进行,线粒体与叶绿体之间有气体交换,会发生e、f。
b为渗透作用吸水,不受光照影响。
(3)①植物制造的有机物为总光合作用合成的有机物,而总光合速率=净光合作用速率+呼吸作用速率,根据表格中数据可知,25℃时总光合速率=3.7mg·h-1+2.3mg·h-1=6mg·h-1;30℃时总光合速率=3.5mg·h-1+3mg·h-1=6.5mg·h-1,故温度在25~30℃间光合作用制造的有机物总量逐渐增加。
②假设呼吸速率不变,植物在30℃时,一昼夜中植物净吸收CO2的量等于光照时净吸收CO2的量减去黑暗条件下呼吸作用释放CO2的量,即3.5mg·h-1×14h-3mg·h-1×10h=19mg。
答案:
(1)O2 (叶绿体)类囊体的薄膜 第三 线粒体内膜
(2)液泡 丙酮酸(丙酮酸、[H]) c、d、e、f(c、d、e、f、b) (3)①增加 ②19
11.(2020·江西上饶质检)某种观赏植物A在干旱条件下,会改变CO2吸收方式。
测得正常和干旱条件下,植物A一昼夜气孔开放度与CO2吸收速率的变化情况如表所示:
项目
0:
00
4:
00
8:
00
12:
00
16:
00
20:
00
24:
00
正
常
气孔开放度(%)
90
90
90
70
85
90
90
CO2吸收速率相对值
-20
-20
0
100
30
-20
-20
干旱
气孔开放度(%)
70
70
10
0
15
70
70
CO2吸收速率相对值
40
40
极少
0
5
40
40
(1)正常条件下8:
00,叶绿体中[H]转移的方向为____________,线粒体中[H]转移的方向为________________。
(2)在干旱条件下4:
00,植物A________(填“发生”或“不发生”)光合作用的暗反应,原因是________________________。
已知在干旱条件下12:
00,植物A发生明显的有机物积累,请推测光合作用所需CO2来源为______________。
此时实验测得CO2吸收速率相对值为零的原因是____________。
解析:
(1)8:
00时,植物既进行光合作用,又进行呼吸作用,叶绿体中在光反应阶段产生[H],暗反应阶段消耗[H],故[H]从类囊体薄膜转移到叶绿体基质。
线粒体中有氧呼吸第二阶段产生[H],第三阶段消耗[H],故[H]从线粒体基质向线粒体内膜转移。
(2)光反应为暗反应提供[H]和ATP,4:
00时无光,不能进行光反应,也就不能进行暗反应。
12:
00时,气孔关闭,但能进行光合作用,则CO2可能来自夜间吸收并储存的CO2和呼吸作用产生的CO2。
答案:
(1)从类囊体向叶绿体基质 从线粒体基质向线粒体内膜
(2)不发生 无光照则无光反应为暗反应供氢、供能 呼吸作用释放和夜间吸收并储存的CO2 气孔关闭
12.生物兴趣小组在夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行了24小时的检测,结果如图1。
图2是表示叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系的图解。
请回答下列问题:
(1)图1中所测气体为________。
该大棚内的蔬菜经过一昼夜后是否积累有机物?
________(填“是”或“否”)。
(2)与它们各自的前一阶段相比,EC段和DB段叶肉细胞内的C3含量的变化趋势分别是________、________。
(3)对应图1中的B点时,图2中应该进行的气体转移途径有________,而对应图1中的DB段,图2中应该进行的气体转移途径有________(以上均用图中字母表示)。
(4)如图2所示,在氧气不足条件下,线粒体内丙酮酸氧化分解的速率将会________。
适宜光照条件下,光反应产生的并能够为暗反应所利用的能源物质是________,该植物细胞把暗反应产物转变成丙酮酸的场所是________。
(5)大棚蔬菜一天中有机物积累量最大是在图1中的________点(用图中字母表示),若要进一步提高大棚蔬菜的产量,可采取的措施是夜间_________________。
解析:
(1)5~7h,刚开始可能没有光照,后来光照较弱,蔬菜刚开始可能只进行有氧呼吸,后来有氧呼吸强度大于光合作用强度,该时间段图中气体浓度减小,说明该气体为氧气。
图1显示,F点的氧气浓度大于A点的氧气浓度,说明经过一昼夜后大棚内氧气浓度增加,因此,植物体内有有机物的积累。
(2)EC段光照增强,叶肉细胞内ATP和NADPH含量增加,C3的还原增加。
二氧化碳固定速率不变,故C3减少;DB段光照减弱,ATP和NADPH含量减少,C3的还原减少,故C3增加。
(3)图1中B点表示光合作用强度等于呼吸作用强度,图2中应该进行的气体交换途径有c和d。
图1中DB段表示光合作用强度大于呼吸作用强度,图2中进行的气体交换途径有acde。
(4)在氧气不足时,[H]与氧气反应生成水的速度减慢,则[H]会积累。
从而造成线粒体内丙酮酸分解形成[H]的速度减慢。
光反应中产生的ATP和[H](NADPH)在暗反应中被利用,ATP主要为暗反应提供能量。
暗反应的产物为葡萄糖,葡萄糖转变成丙酮酸的场所是细胞质基质。
(5)图1中从E点到B点光合作用强度都大于呼吸作用强度,这段时间内植物体内的有机物一直在积累,B点之后光合作用强度小于呼吸作用强度,因此,一天之内在B点时植物体内积累的有机物量最多。
在夜间适当降低温度,能够减少呼吸作用消耗有机物的量,有利于提高大棚蔬菜的产量。
答案:
(1)氧气 是
(2)减少 增加 (3)cd acde (4)减慢 ATP(或ATP和NADPH) 细胞质基质 (5)B 适当降低温度
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