特训2 光合作用与细胞呼吸的综合应用1．(2022·惠州三调)将小麦幼苗放入如图1密闭装置内，暗处理24小时后开始测量装置内的CO2的变化速率，之后再给予适宜的光照(其他条件均适宜)测定一段时间内装置内CO2的变化速率，结果如图2所示。另将幼苗用含氮量不同的三种培养液处理，其他条件相同且适宜，进行相同的实验，在t4时测得CO2的减少速率如图3所示。回答下列问题：(1)图2中，t1～t2时段内，细胞中产生ATP的主要场所有______________。(2)图2中，与t3时相比，t4时小麦幼苗的光合速率______(填“增大”“减小”或“不变”)，判断依据是___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)从图3得到的结论是___________________________________________________________________________________________________________________________；从光合作用的影响因素角度分析，其机理是________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)细胞质基质 (2)增大 t4时密闭装置内的小麦幼苗CO2的减少速率比t3时的大(其他合理答案也可) (3)植物(小麦幼苗)光合作用强度(速率)随着培养液中含氮量的增加而增强 氮是叶绿素合成的必需元素，含氮量提高，叶绿素含量增加，使光合作用增强(或氮是光合作用有关酶合成的必需元素，含氮量提高使酶含量增加，有利于光合作用的进行)解析 (1)分析图2可知，暗处理24小时后，t1～t2时间段CO2减少速率不变，说明此时细胞只进行无氧呼吸(若24h后还存在有氧呼吸，随着密闭装置中O2含量下降，CO2释放量会不断变化)，所以细胞中产生ATP的主要场所是细胞质基质。(2)t2时小麦幼苗开始进行光合作用，此后装置内CO2的减少速率逐渐增大，光合作用逐渐增强，与t3时相比，t4时小麦幼苗的光合速率增大。(3)由图3可知，在低氮、中氮、高氮三种培养液中，t4时CO26\n的减少速率依次增大，说明小麦幼苗光合作用强度随着培养液中含氮量的增加而增强。氮是叶绿素合成、光合作用有关酶合成的必需元素，含氮量提高使叶绿素含量和相关酶含量增加，有利于光合作用的进行。2．(2022·日照一模)温室效应是全球环境变化研究的热点问题之一，预计到下世纪中后期，大气CO2浓度将是现在的两倍。研究人员利用玉米和大豆研究CO2浓度倍增对植物光合作用的影响，结果如下表。回答下列问题：项目CO2浓度为350μmol·mol－1CO2浓度为700μmol·mol－1玉米大豆玉米大豆净光合速率(μmol·m－2·s－1)29.8821.2430.9533.79蒸腾速率(μmol·m－2·s－1)3.186.011.695.90水分利用效率(μmol·mol－1)9.403.5318.315.73注：水分利用效率＝净光合速率/蒸腾速率。(1)两种植物叶肉细胞的细胞器中能够消耗水并伴随ATP生成的部位是______________。(2)在CO2浓度倍增条件下，玉米和大豆的净光合速率均升高，可能的原因是____________________________________________________________________________________。(3)净光合速率提高和蒸腾速率降低均会使水分利用效率升高，请根据表中数据分析玉米和大豆水分利用效率升高的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)类囊体薄膜、线粒体基质 (2)CO2浓度升高使暗反应中CO2的固定增强，C3的还原增强 (3)玉米主要通过降低蒸腾速率提高水分利用效率，大豆主要通过提高净光合速率提高水分利用效率解析 (1)细胞有氧呼吸第二阶段发生的反应是丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，同时伴随ATP生成，场所为线粒体基质，光合作用光反应阶段发生的反应是水分解成O2，同时生成ATP和[H]，场所为叶绿体的类囊体薄膜，因此两种植物叶肉细胞的细胞器中能够消耗水并伴随ATP生成的部位是类囊体薄膜和线粒体基质。(2)在CO2浓度倍增条件下，二氧化碳的浓度升高，使暗反应中二氧化碳的固定增强，从而导致C3还原增强，总光合速率升高，由表可知，玉米和大豆的净光合速率均升高。(3)净光合速率提高和蒸腾速率降低均会使水分利用效率升高，由表可知，玉米主要通过降低蒸腾作用速率提高水分利用率，大豆主要通过提高净光合速率来提高水分利用率。6\n3．(2022·广东一模)果糖1,6二磷酸酶(FBPase)是参与卡尔文循环的关键酶，能控制光合作用的运转。科研人员为研究温度对不同水稻光合作用的影响，进行了有关实验，结果如下。请回答下列问题：水稻品种FBPase活性/IU酶活性相对降低值/%室温(20℃)低温(1℃)汕优12.5111.2510.07秀优11.2410.645.34(1)分析表中数据，可推测秀优水稻的抗寒能力比汕优水稻的强，原因是______________________________________________________________________________________。(2)在低温条件下，两种水稻的净光合速率都下降，原因可能是FBPase的活性降低使光合作用的________阶段减弱，从而降低了光合作用速率。(3)低温条件下汕优(或秀优)水稻叶片的细胞呼吸速率____________(填“增大”“不变”或“减小”)，为测定相关数据可将汕优(或秀优)水稻叶片置于密闭容器中，在________条件下，测定汕优(或秀优)水稻叶片单位时间内CO2的释放量。答案 (1)在低温条件下，秀优水稻的FBPase活性相对降低值比汕优水稻的低 (2)暗反应 (3)减小 黑暗解析 (1)分析题表和图可知，本实验的自变量是水稻的品种、温度，因变量是酶的活性相对降低值、净光合速率。与室温相比，低温条件下，秀优水稻酶活性相对降低值低、净光合速率降低也少，所以秀优水稻的抗寒能力可能比汕优水稻的强。(2)FBPase是参与卡尔文循环的关键酶，说明其催化的是暗反应过程，其活性降低使得暗反应阶段减弱，进而降低光合速率。(3)低温条件下，呼吸酶的活性降低，则两种水稻细胞的呼吸速率都会降低；测定呼吸速率应该排除光合作用的影响，因此需在黑暗条件下，测定汕优(或秀优)水稻叶片单位时间内CO2的释放量。4．(2022·广州一模)科研人员研究了在夏季与秋季时，温度对某植物光合速率和呼吸速率的影响，实验结果如下图(净光合速率在光照充足条件下测得)。回答下列问题：6\n(1)实验通过测量______________________________________________________________________________________________________________________________来分别反映净光合速率和呼吸速率。实验过程中，该植物根尖细胞产生ATP的细胞器是________。(2)上图中，在秋季温度为a℃时，该植物净光合速率与呼吸速率的比值________(填“＞”“＝”或“＜”)1。(3)30℃时，夏季与秋季相比，该植物总光合速率更高的是________。结合夏季与秋季的实验结果进行分析，温度对该植物总光合速率的影响为_________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)该植物单位时间单位面积CO2的吸收量和黑暗条件下CO2的释放量 线粒体 (2)＞ (3)夏季 在一定温度范围内，随着温度的升高，夏季和秋季该植物总光合速率均下降，秋季下降幅度略大于夏季解析 (1)净光合速率为总光合速率和呼吸速率的差值，可用CO2的吸收量表示。呼吸速率可用黑暗条件下的CO2释放量表示，以排除光合作用的干扰。根尖细胞没有叶绿体，细胞内只有细胞质基质和线粒体进行细胞呼吸能产生ATP，即根尖细胞产生ATP的细胞器是线粒体。(2)由图可知，左侧坐标轴与右侧坐标轴分别代表净光合速率和呼吸速率，在秋季温度为a℃时，该植株的净光合速率为5CO2mg·cm－2·h－1左右，呼吸速率为1.0CO2mg·cm－2·h－1左右，可知净光合速率与呼吸速率的比值大于1。(3)总光合速率为净光合速率和呼吸速率的总和，由图可知，30℃时，夏季的总光合速率高于秋季的总光合速率。由图分析可知，夏秋两个季节，温度升高，净光合速率下降，呼吸速率小幅上升，两季上升幅度大体接近，但由于呼吸速率的数值较小，总光合速率仍呈下降趋势，其中秋季下降幅度较大。5．(2022·长沙质检)某小组在其他外界条件适宜的条件下，研究光照强度和CO2对伊乐藻光合速率的影响，结果如图所示。回答下列问题：6\n(1)t1～t2时段内，光反应速率和暗反应速率的变化情况是________，两者的因果关系是________________________________________________________________________。(2)t2～t3时段内，伊乐藻叶肉细胞的叶绿体CO2吸收速率的相对值为________。(3)在突然停止光照后约10s内(t6～t7时段内)，CO2的吸收速率并没有立即下降的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)均增大 光反应增强导致暗反应增强 (2)13(3)持续光照后，突然停止光照，叶肉细胞内仍有少量ATP和[H]，使暗反应仍可持续一段时间解析 (1)t1～t2时段内，光照强度增大，因而光反应速率增大，为暗反应提供的ATP、[H]数量增加，从而导致暗反应速率也增大。(2)t2～t3时段内，伊乐藻叶肉细胞的叶绿体CO2吸收速率的相对值为叶肉细胞从外界环境中吸收CO2的速率与细胞呼吸产生的CO2速率之和，即9＋4＝13。(3)突然停止光照后，叶绿体内之前通过光反应所产生的ATP、[H]还没有被消耗完，暗反应还可以维持一段时间，因此，停止光照后约10s内CO2的吸收速率并没有立即下降。6．(2022·高考命题原创卷)如表所示为不同光照强度和土壤含水量对番茄植株光合作用的影响结果。如图表示不同O2浓度对番茄叶肉细胞呼吸强度的影响结果。回答下列问题：光照强度土壤含水量(%)叶绿素a含量(mg/cm2)叶绿素b含量(mg/cm2)C5的再生速率[μmol/(m2·s)]正常光800.0180.0041.9400.0280.0071.6弱光800.0170.0041.2400.0250.0071.4(1)在提取番茄叶中的色素时，为防止叶绿素被破坏，研磨时可加入适量的________。用纸层析法分离提取液中的色素时，会得到4条色素带，从上往下看，叶绿素a、叶绿素b分别位于第________条。6\n(2)光照减弱会使____________的含量下降，这会导致光反应产生的____________________不足，从而影响暗反应中C5的再生。若栽培番茄植株的温室所处条件为弱光、土壤含水量为80%，此时可采取____________的措施来提高番茄产量。(3)若要测定番茄叶肉细胞的呼吸强度，应在________条件下进行。图中O2浓度为0时，番茄叶肉细胞中的CO2产生于________________(填细胞结构)。当O2浓度为________时，番茄叶肉细胞的细胞呼吸最弱。当O2浓度达到15%以后，CO2释放量不再随O2浓度的增加而继续增加的内因可能是________________________________________________________________________。答案 (1)碳酸钙 3、4 (2)叶绿素a ATP和[H] 增强光照 (3)遮光(或黑暗) 细胞质基质 5% 呼吸酶的数量有限解析 (1)提取绿叶中的色素时，在研磨时加入适量的碳酸钙可防止色素被破坏。用纸层析法分离提取液中的色素时，得到的4条色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)光照减弱时，光反应产生的ATP和[H]减少，会影响C5的再生。据表中数据可知，在弱光、土壤含水量为80%的条件下，C5的再生速率最低，比较该组与C5的再生速率最高组，不同之处是该组光照较弱，因此，在弱光、土壤含水量为80%的温室中可采取增强光照的措施来提高番茄产量。(3)若测定植株叶肉细胞的呼吸强度，要排除叶肉细胞光合作用对实验结果的影响，所以应在遮光或黑暗条件下进行。图中O2浓度为0时，番茄叶肉细胞只进行无氧呼吸，在细胞质基质中将葡萄糖分解为酒精和CO2。当O2浓度为5%时，番茄叶肉细胞CO2的释放总量最少，此时的细胞呼吸最弱。当O2浓度达到15%以后，CO2释放量不再随O2浓度的增加继续增加的内因可能是呼吸酶数量有限。6
