重点题型研析3——聚焦细胞代谢相关题型题型1 光合作用与有氧呼吸的关系1．区别光合作用有氧呼吸物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能―→化学能(储能)化学能―→ATP中活跃的化学能、热能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物、释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行2．联系(1)物质方面C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2O：H2OO2H2OH：H2O[H](CH2O)[H]H2O(2)能量方面光能ATP中活跃化学能(CH2O)3．光合作用与细胞呼吸的关系图示4．细胞内[H]、ATP来源、去路的比较比较项目来源去路[H]光合作用光反应中水的光解作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物等有氧呼吸、无氧呼吸有氧呼吸第一阶段、第二阶段及无氧呼吸第一阶段产生有氧呼吸用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量；无氧呼吸用于第二阶段还原丙酮酸生成相应产物ATP光合作用在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收转化的太阳能用于暗反应阶段C3的还原，并以稳定的化学能形式贮存在有机物中直接用于各项生命活动-18-\n有氧呼吸、无氧呼吸有氧呼吸第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解；无氧呼吸第一阶段典例剖析 如图表示光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法不正确的是( )A．能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的过程是5B．各种生物体(病毒除外)都能进行的过程是3C．1、3和4过程产生的[H]都能与氧结合产生水D．2过程需多种酶参与，且需ATP供能解析 据图可知，1、2、3、4、5分别是光反应、暗反应、有氧呼吸第一、第二、第三阶段。五个过程中，1、3、4、5都能合成ATP，但1过程合成的ATP只能用于光合作用的暗反应；有氧呼吸合成的ATP可供给各种生命活动所需能量，其中5过程产生最多，故A正确；1、2过程表示光合作用，4、5过程属于有氧呼吸过程，并不是所有细胞都能进行光合作用和有氧呼吸，因此只有3过程在具有细胞结构的生物体内都能进行，故B正确。1、3和4过程都有[H]的产生，其中1过程产生的[H]在暗反应阶段用于还原C3,3、4过程产生的[H]在5过程中与氧结合产生水，故C错误。光合作用的暗反应除需要光反应提供ATP和[H]外，还需要多种酶参与，故D正确。答案 C跟踪训练 1．下图表示某高等绿色植物体内的部分生理过程，有关分析正确的是( )A．能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ、ⅢB．阶段Ⅰ生成的[H]可作为还原剂用于⑤过程生成水C．过程①④⑤可为叶肉细胞吸收Mg2＋等提供动力D．过程③④⑤进行的场所分别是叶绿体基质、细胞质基质、线粒体答案 A解析 据图可知，阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表光反应、暗反应、细胞呼吸，①表示光反应产生ATP，②表示C3的还原，③～⑤分别表示二氧化碳的固定、无氧呼吸、有氧呼吸。能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ(光反应发生于类囊体的薄膜上)、Ⅲ中的⑤(有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上)，故A正确；阶段Ⅰ生成的[H]将作为还原剂还原C3，故B错误；过程④和⑤都合成ATP，为细胞吸收Mg2＋等提供动力，①过程产生的ATP只能用于暗反应，故C错误；过程③进行的场所是叶绿体基质，过程④进行的场所是细胞质基质，过程⑤进行的场所是细胞质基质和线粒体，D错误。2．如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图。Ⅰ～Ⅶ代表物质，①～③代表过程。据图回答下列问题：-18-\n(1)将该植物由光下突然置于黑暗中，甲图中的C3的含量将________，C5的含量将________。(2)与马铃薯块茎细胞在缺氧时的代谢相比，乙图特有的步骤是______(填数字)，这些过程发生在______________中。(3)若用18O标记甲图中的H2O，则在细胞呼吸产物中能首先测到放射性的物质是________，甲、乙两图中不同数字代表同一物质的标号是________。(4)根据上图写出根吸收无机盐离子所需能量的形成过程：光能→__________________→__________________→__________________→用于吸收无机盐离子的能量。答案 (1)增多 减少 (2)②③ 线粒体的基质和内膜(或线粒体) (3)水 Ⅰ与Ⅴ、Ⅱ与Ⅵ、Ⅲ与Ⅶ (4)活跃的化学能 葡萄糖等有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能解析 (1)将植物由光下突然置于黑暗环境中，光反应停止，不能合成[H]和ATP，C3还原过程减慢，C3含量增多，C5含量减少。(2)乙图表示有氧呼吸过程，马铃薯块茎在缺氧条件下进行无氧呼吸，与无氧呼吸相比，有氧呼吸特有的阶段是第二、三阶段，即乙图中的②③过程，分别发生在线粒体基质中和线粒体内膜上。(3)甲图中的HO通过光解产生18O2，在有氧呼吸第三阶段与[H]结合生成HO。甲、乙两图分别表示光合作用和有氧呼吸，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ分别表示[H]、O2、CO2、(CH2O)、[H]、O2、CO2，Ⅰ与Ⅴ都表示[H]，Ⅱ、Ⅵ都表示O2，Ⅲ、Ⅶ都表示CO2。题型2 光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下的气体变化观察下面的图示，确定相应点、段的含义及相应的气体交换图示。1．A点时，只进行呼吸作用，如图甲。2．AB段，呼吸作用强度大于光合作用强度，如图乙。3．B点时，呼吸作用强度等于光合作用强度，如图丙。-18-\n4．BC段及C点以后，呼吸作用强度小于光合作用强度，如图丁。5．甲、乙、丙、丁所处的条件分别为黑暗、弱光照、中性光照、强光照。典例剖析 如图为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中，正确的是( )A．a、b箭头表示的是O2进出细胞的过程B．e、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程C．以C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O的呼吸作用产物的主要去向是图中的dD．以HO作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下，测得含18O的光合作用产物的主要去向是图中的b解析 a表示叶绿体吸收CO2，b表示叶绿体释放O2，e表示线粒体吸收O2，f表示线粒体释放CO2，c表示叶绿体产生的O2被线粒体利用，d表示线粒体产生的CO2被叶绿体利用。以C18O2作原料进行光合作用，18O的转移为C18O2→有机物→C18O2，在较强光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸产物C18O2主要被叶绿体利用，即主要去向是图中的d。以HO作原料进行光合作用，18O全部生成氧气，在较强呼吸强度下，氧气主要被线粒体利用，进行有氧呼吸，即主要去向是图中的c。答案 C跟踪训练 3．如图甲表示某种植物光合作用强度(用CO2吸收量表示)与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体的体积)，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)( )A．图甲中的纵坐标数值即为图乙中的m4B．处于图甲中a、b、c、d、e任意一点，图乙中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0C．图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D．图甲中c点时，图乙中有m1＝n1＝m4＝n4答案 D解析 图乙中m1～m4分别表示线粒体产生、细胞释放、细胞吸收、叶绿体吸收的CO2量，n1～n4分别表示线粒体吸收、细胞吸收、细胞释放、叶绿体产生的O2量。图甲中的纵坐标数值是整个细胞吸收的CO2量，即为图乙中的m3，A错误；若在e点时，叶绿体产生的O2足够线粒体呼吸消耗，n2＝0，B错误；图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，即达到光饱和点，其主要原因是叶绿体中的色素等有限，来不及吸收和利用那么多的光能，C错误；图甲中c点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，故有m1＝n1＝m4＝n4，D正确。4．-18-\n如下图所示，图甲表示某大棚蔬菜叶肉细胞的部分结构和相关代谢情况，其中a～f代表O2或CO2。图乙表示该植物在适宜条件下O2净产量(光合作用的O2产生量－呼吸作用的O2消耗量)与光照强度之间的关系曲线。据图回答下列问题：(1)在图甲中，b可代表______，物质b进入箭头所指的结构后与______结合，生成大量的________。(2)在适宜的条件下，若用CO2、HO供给植物进行代谢，则甲图中的d所代表的物质应是________。(3)在图乙中，A点时叶肉细胞内生成的物质有________________，在N点后O2净产量的增长逐渐减慢并趋向平衡，其制约的内在和外在因素分别是________________、__________________。(4)在其他条件不变的情况下，适当提高棚内的温度，可以提高蔬菜的产量，此时乙图中N点向____(左、右)移动。(5)在图乙P点所处的状态时，叶绿体内ATP移动的方向是______________________。答案 (1)O2 [H] ATP和水 (2)18O2 (3)CO2和H2O 叶绿体的数量等 二氧化碳浓度(或温度)等(4)左 (5)从类囊体的薄膜到叶绿体基质解析 该题以图解和坐标曲线的形式考查光合作用、呼吸作用的过程。两者互相提供原料，光合作用需要线粒体中呼吸作用释放的CO2来合成有机物，线粒体中呼吸作用要消耗光合作用产生的O2，同时会分解光合作用合成的有机物为生物生命活动提供直接的能源物质。曲线的A点光照强度为零，此时只进行呼吸作用，P点表示光合作用强度等于呼吸作用强度。题型3 光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置1．实验装置2．实验原理：因呼吸作用类型不同，瓶内气压增大、减小或不变，可通过液滴的右移、左移或不动来呈现；也可根据光照强度不同，通过光合作用与呼吸作用的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。3．装置比较——单一变量的控制及作用装置1装置2装置3-18-\n材料发芽种子发芽种子煮熟的种子试剂20%NaOH溶液5mL蒸馏水5mL蒸馏水5mL导致瓶内气压变化的气体O2(因CO2被吸收)(呼吸引起)CO2—O2(差值)(呼吸引起)CO2—O2(差值)(环境引起)作用————物理误差的校正对照(装置1和2)等量NaOH溶液和蒸馏水单一变量控制——对照(装置2和3)——等量萌发的种子和煮熟的种子单一变量控制4．若将装置1改为探究光合作用和呼吸作用与光照强度的关系，则：(1)装置需改动的地方有三处①将“发芽种子”换成“能进行光合作用的材料”。②将“NaOH溶液”换成“Na2CO3/NaHCO3缓冲液”，保证CO2的相对稳定。③置于不同的光照强度下，观察液滴移动。(2)结果分析：①若红色液滴右移，说明光照较强，光合作用大于细胞呼吸，释放O2使瓶内气压增大；②若红色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸大于光合作用，吸收O2使瓶内气压减小；③若红色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用等于细胞呼吸，释放的O2量等于吸收的O2量，瓶内气压不变。5．探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析(1)欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，即装置1和装置2。(2)结果与分析①若装置1液滴左移，装置2液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸(因有氧呼吸产CO2量与耗O2量相等)。②若装置1液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸只产CO2，不耗O2)。③若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。④装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。(与糖类相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解时释放相同CO2时，脂肪消耗的O2多，故CO2/O2<1，而葡萄糖只进行有氧呼吸时，CO2/O2＝1；若有氧和无氧呼吸同时进行，则CO2/O2>1。)a．为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置3，以便校正。b．进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”，如上。典例剖析 取一植物形态、大小、生长发育状况相同的4张叶片按如图所示的装置进行实验，烧杯中的液体可以保证叶片所需的水与矿质元素的正常供应，气体的体积变化可以通过观察油滴的运动进行判断。(不考虑气体在水中的溶解、外界气压的变化和蒸腾作用的影响)-18-\n(1)适宜的光照下，装置A中油滴的移动情况是________，原因是______________。(2)适宜的光照下短时间内(装置内仍有O2存在)装置B中油滴的移动情况是________________。放置一段时间后，装置中的O2消耗完毕，这时油滴的移动方向是__________，写出此时的反应方程式：_______________________________________________________________________________________________________________。(3)分析装置C中的油滴移动情况与光合作用和细胞呼吸的关系：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)能否直接用装置C、D证明光合作用需要CO2，为什么？_____________________。如果用装置B、C证明光合作用需要CO2，实验前应该将叶片进行怎样的处理？________________________________________________________________________。(5)要测定叶片细胞呼吸的强度最好选择装置______________________________。解析 (1)由于装置A处于适宜的光照下，再根据光合作用和有氧呼吸的总反应式，可知消耗的气体量与产生的气体量相等，而装置A内的清水不影响气压变化，则压强不变，故油滴不移动。(2)装置B内的NaOH溶液能吸收CO2，有氧呼吸消耗O2使压强减小，则油滴向左移动。装置B中的O2消耗完毕时，则叶片只能进行无氧呼吸产生酒精和CO2，而CO2又被NaOH溶液吸收，压强不变，油滴不移动。(3)装置C中CO2缓冲液提供一定浓度的CO2，且保持不变，若光合作用产生的O2量大于细胞呼吸消耗的O2量，则压强增大，油滴向右移动；若光合作用产生的O2量等于细胞呼吸消耗的O2量，则压强不变，油滴不移动；若光合作用产生的O2量小于细胞呼吸消耗的O2量，则压强减小，油滴向左移动。(4)要证明光合作用需要CO2，则自变量为CO2的有无，其他条件都相同，但装置C、D不符合单一变量原则。对叶片进行饥饿处理消耗原有淀粉，有利于检测是否新产生了淀粉。(5)测定叶片细胞呼吸的强度，需要排除光合作用的干扰，所以装置应遮光。答案 (1)不移动 光合作用吸收的CO2体积等于释放出的O2体积，细胞呼吸吸收的O2体积等于释放出的CO2体积 (2)向左移动 不移动 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量 (3)①当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，油滴向右移动；②当光合作用强度等于细胞呼吸强度时，油滴不移动；③当光合作用强度小于细胞呼吸强度时，油滴向左移动(因为CO2缓冲液在CO2浓度低时可以释放出CO2，而在浓度高时要吸收CO2，从而保证装置内CO2浓度的稳定) (4)不能。因为二者不符合单一变量原则 饥饿处理 (5)D跟踪训练 5．选用甲、乙两种植物进行光合作用的探究实验，测定两种植物在不同条件下单位时间内的O2释放量(mL)，实验结果如下表。下列说法正确的是( )灯泡的功率(单位：W)2050751002003000.1%CO2浓度甲植物3.416.028.240.556.556.5乙植物2.69.119.255.775.6102.60.03%甲植物2.311.219.827.627.527.6-18-\nCO2浓度乙植物1.88.418.954.275.2101.8A.在阳光不充足的地区，甲植物与乙植物相比，光照强度最可能限制甲植物的正常生长B．在100W、CO2浓度为0.03%的条件下，提高光照强度能提高甲植物的光合作用强度C．光照强度由300W逐渐增大至400W的过程中，甲植物CO2吸收量可能保持相对稳定D．光照强度由300W逐渐增大至400W的过程中，乙植物O2释放量保持相对稳定答案 C解析 甲植物的光饱和点小于乙植物，因此光照强度弱最可能限制乙植物的正常生长。在光照强度为100W、CO2浓度为0.03%时，甲植物的光合作用已经达到最大，光照强度再增大时，光合速率基本不变。光照强度由300W逐渐增大至400W的过程中，乙植物的光合作用强度可能进一步增强，O2释放量可能进一步上升，但甲植物光合作用强度基本不变，CO2吸收量可能会保持相对稳定。6．如图甲所示为测定光合作用速率的装置，在密封的试管内放一新鲜叶片和CO2缓冲液，试管内气体体积的变化可根据毛细刻度管内红色液滴的移动距离测得。在不同强度的光照条件下，测得的气体体积变化如图乙所示。(1)标记实验开始时毛细刻度管中红色液滴所在位置。实验时，试管内变化的气体是____________。(2)若此时图甲植物光照强度为15千勒克司，则1小时光合作用产生的气体量为________毫升。若此时植物叶片的呼吸熵(CO2/O2)为0.8(呼吸时产生的CO2和消耗的O2的比值)，那么植物光合作用除自身呼吸提供的CO2外，还需从外界吸收________毫升CO2。(3)为了防止无关因子对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，对照实验装置与实验组实验装置的区别是____________________________________________________。如果对照组在相同光照条件下，毛细刻度管中的红色液滴较实验组向右移了5毫升，其原因是__________________________________________。(4)如果将试管中的CO2缓冲液改为无菌水，则实验测得的数据指标是____________________________________值。该方法测得的实验数据不能较准确地说明光合作用速率变化，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)O2 (2)200 160 (3)新鲜叶片改为经消毒的死叶片 环境因素(如温度变化等)对实验的影响 (4)释放的CO2与吸收O2量的差 光合作用强度大于细胞呼吸强度，使光合作用所需CO2不够或光合作用吸收和产生的气体量相等，变化量与细胞呼吸强度相关-18-\n解析 本题考查细胞呼吸和光合作用的实验探究，明确“红色液滴移动”的实质是正确解题的关键。由于图甲中存在CO2缓冲液，所以在不同光照强度下，液滴位置改变的本质是O2的消耗和释放。光合作用产生O2的气体量应包括积累量和叶片消耗量(15千勒克司时为150＋50＝200毫升)，同时，植物自身呼吸作用产生的CO2为0.8×50＝40(毫升)，植物光合作用产生的O2量等于消耗的CO2量，故植物还需从外界吸收160毫升CO2。设置对照时可将新鲜叶片改为经消毒的死叶片；除叶片本身会影响实验外，环境因素也可能影响实验结果。若改装置中的缓冲液为无菌水，则测得值为释放的CO2与吸收O2量的差。题型4 光合作用与细胞呼吸的相关计算总结下列相关概念的含义与它们之间的关系1．呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。2．净光合速率和真正光合速率(1)净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。(2)真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。3．光合速率与呼吸速率的关系4．相关计算植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，存在如下关系：(1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。(2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2消耗量＋细胞呼吸CO2释放量。(3)光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。5．以净光合速率的大小来判断植物能否正常生长(自然状态下以一天24小时为单位)(1)净光合速率大于0时，植物因积累有机物而正常生长。(2)净光合速率等于0时，植物因无有机物积累不能生长。(3)净光合速率小于0时，植物因有机物量减少而不能生长，且长时间处于此种状态下植物将死亡。易错警示 植物进行光合作用的同时，一定进行着呼吸作用，但在进行呼吸作用时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光存在时才能进行，而呼吸作用无时无刻不在进行着。因此在计算时不要忽略无光照时呼吸作用也存在。典例剖析 以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( )A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等解析 该图纵坐标分别表示光照下二氧化碳的吸收量(即植物积累的有机物量)和黑暗中二氧化碳的释放量(即呼吸作用)，因此，光合作用制造的有机物应该是两条曲线的数值之和。-18-\n35℃时光合作用制造的有机物的量为(3.5＋3)mg/h,30℃时光合作用制造的有机物的量为(3.5＋3)mg/h，故光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等；制造有机物最多的应该不是25℃而是30～35℃，积累量最多的才是25℃；光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗的有机物的量相等的点应该是光照下植物不吸收二氧化碳的点，而不是图中二者曲线的交点。答案 A跟踪训练 7．用大小相同的轮藻叶片分组进行光合作用实验：已知叶片实验前质量，在不同温度下分别暗处理1h，测其质量变化，立即再光照1h(光照强度相同、保持相应温度不变)，再测其质量变化。得到如下表结果：组别1234温度/℃27282930暗处理后质量变化/mg－1－2－3－1光照后与暗处理前质量变化/mg＋3＋3＋3＋1以下说法错误的是( )A．光照1h内，第4组轮藻合成有机物总量为3mgB．光照1h内，第1、2、3组轮藻释放的O2量相等C．光照1h内，四组轮藻光合作用强度均大于呼吸作用强度D．该轮藻与呼吸作用有关的酶的最适温度在28℃至30℃之间答案 B解析 光照后与暗处理前质量变化中包含的是“1h光合作用制造有机物的量－2h呼吸作用消耗有机物的量”，故光照1h内，第4组轮藻合成有机物总量为1＋2×1＝3(mg)，A项正确；光照1h内释放的O2量代表的是净光合速率，也可用光照1h内积累的有机物量来表示，故第1、2、3组轮藻光照1h内积累的有机物量分别为4(3＋1)、5(3＋2)、6(3＋3)，B项错误；光照1h内，四组轮藻光合作用强度分别是5mg/h、7mg/h、9mg/h、3mg/h，四组轮藻呼吸作用强度分别是1mg/h、2mg/h、3mg/h、1mg/h，C项正确；从暗处理后1h的质量变化可知，该轮藻与呼吸作用有关的酶的最适温度在29℃左右，即28℃至30℃之间，D项正确。8．下列对该表数据分析正确的是( )温度(℃)5101520253035光照下吸收CO2(mg/h)1.001.752.503.253.753.503.00黑暗中释放CO2(mg/h)0.500.751.001.502.253.003.50A.昼夜不停地光照，在35℃时该植物不能生长B．昼夜不停地光照，在15℃时该植物生长得最快C．每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在20℃时该植物积累的有机物最多D．每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在30℃时该植物积累的有机物是10℃时的2倍答案 C解析 光照下吸收CO2的量代表的是有机物的积累量，黑暗中放出CO2的量代表的是有机物的消耗量。35℃时该植物的有机物积累量为3，能正常生长。植物生长最快时的温度为25℃。每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在20℃时该植物积累的有机物为：3.25×12－1.5×12＝21mg；同理可算出其他温度条件下有机物的积累量，在所有的温度中20℃-18-\n时有机物积累量最多。每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在10℃时该植物积累的有机物为：1.75×12－0.75×12＝12mg；在30℃时该植物积累的有机物为：3.5×12－3.0×12＝6mg；在10℃时该植物积累的有机物是30℃时的2倍。题型5 光合作用速率关系曲线图中各点移动问题1．CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上。(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。2．曲线上其他点(补偿点之外的点)的移动方向：在外界条件的影响下，通过分析光合速率和呼吸速率的变化，进而对曲线上某一点的纵、横坐标进行具体分析，确定横坐标左移或右移，纵坐标上移或下移，最后得到该点的移动方向。(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，曲线上的A点下移、其他点向左下方移动，反之A点上移、其他点向右上方移动。(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，曲线上的A点不动，其他点向左下方移动，反之向右上方移动。典例剖析 如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，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．适当增加光照强度，a点将左移C．CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等D．甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强解析 对于甲植物而言，a点时CO2净吸收速率为0，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，故在a点之前，甲植物已经开始进行光合作用；适当增加光照强度，光合速率增大，a点将左移；CO2浓度为b时，甲、乙的净光合作用强度相等，而总光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，由图可知，甲的呼吸作用强度大于乙，故b点时，甲的总光合作用强度大于乙；在一定范围内随CO2浓度的增大，甲、乙的光合作用强度增强，超过这一范围，随CO2浓度的增大，光合作用强度不再增强。答案 B-18-\n跟踪训练 9．下列是四幅关于光合作用和细胞呼吸的图，有关叙述正确的是( )A．图甲中O2浓度为a时，无氧呼吸与有氧呼吸的强度相同B．图乙中如果再提高CO2浓度，则b点一定上移C．图丙中，温度为t4℃时，植物净光合作用强度最大D．图丁代表两类色素的吸收光谱，其中e代表类胡萝卜素答案 D解析 图甲中O2浓度为a时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2量相同，但消耗葡萄糖的量为3∶1，故A错误；若图乙曲线是在CO2浓度适宜的情况下测得的，再提高CO2浓度，b点不会上移，故B错误；图丙中，温度为t4℃时，植物净光合作用强度为0，故C错误；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，其波长较短，对应曲线e，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，对应曲线f，故D正确。10．植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定的某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。下列有关说法不正确的是( )A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是线粒体B．该植物叶片的呼吸速率是5mg/(100cm2叶·小时)C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45mgD．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25℃和30℃。若将温度提高到30℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将右移，c点将下移答案 A解析 由题图可知，在a点时该植物只进行细胞呼吸，不能进行光合作用，所以在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体。将该植物叶片置于c点光照强度条件下11小时，每100cm2叶片CO2的净吸收量为10×11＝110(mg)；其余时间置于黑暗中，每100cm2叶片CO2的释放量为5×13＝65(mg)，故每100cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110－65＝45(mg)。若将温度升高到30℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故b点将右移，c点将下移。实验技能突破3——实验中对照的设置与变量的控制技能归纳1．实验中变量和对照的设计实验项目名称实验项目内容实验项目作用-18-\n自变量实验过程中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称为自变量或实验变量针对实现实验目的而确立的可行性的措施，通过自变量直接达到预期效果因变量随着自变量的变化而变化的变量称为因变量，又称反应变量是实际发生的实验现象，能直观呈现出实验结果无关变量除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量，又称控制变量对预期结果产生干扰即产生误差，并有对误差产生校正的效果对照实验除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫对照实验在实验室条件下，把自然发生的变化，科学地、直观地、理想化地进行再现对照组和实验组对照实验一般要设置对照组和实验组，在对照实验中，除了观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同对照组：能排除无关变量产生的误差，使实验结果更具有真实性；实验组：得出实验的实际结果2．在解答实验题时，主要的错误表现为：变量分析不到位，不能准确地控制自变量、无关变量；实验步骤的设计不科学；对因变量的检测方法不正确；对实验结果和现象的分析不到位。为防止此类问题的出现，应做到：(1)理解实验原理，找出单一变量，做到各组之间除单一变量外，无关变量相同且适宜。(2)明确材料用途，合理选择与使用材料，进行合理分组，恰当设置对照。(3)合理预测因变量，并用恰当的方法将因变量转变为可以直接观察的实验现象。典例剖析 如图甲是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。试回答：(1)图1装置中隔在灯与反应瓶之间的盛水玻璃柱的具体作用是__________________，此种处理是在调整实验的________变量。(2)若实验中每隔5min缩短一次反应瓶与盛水玻璃柱之间的距离，随着两者间距离的减小，水银柱的高度__________，产生这一结果的原因可能是____________________。(3)某同学利用两套图甲所示装置中的部分器材进行了如图乙所示的实验(两装置内的小麦种子质量相等；开始时两个水银流体压力计的水银柱a、b高度一致)。将装置放在适宜的条件下使种子萌发，一段时间后，会发现a与b的高度关系是________。-18-\n解析 (1)影响光合作用的主要因素有光照强度、温度和CO2浓度等，根据对实验装置的分析可以推测，盛水玻璃柱的具体作用是避免光照引起温度的改变而违背单一变量原则；若温度不是人为控制的自变量，又与光合作用有关，则温度就是实验的无关变量。(2)反应瓶中有NaHCO3溶液，可以为植物提供光合作用所需要的CO2，释放的O2造成了反应瓶中气体体积的增加，最终使水银柱的高度下降；光合作用的强度越大，水银柱的高度下降的速度越快。(3)图乙中左边装置测量的呼吸作用消耗的O2量与产生的CO2量的差值，右边装置测量的是呼吸作用消耗的O2量，故一段时间后两者水银柱高度的关系是a<b。答案 (1)吸收灯光的热量，避免光照对试管内的水温造成影响 无关 (2)下降加快 光照强度增大，光合作用产生的O2增多 (3)a<b即时巩固1．通过观察叶片在相应液体中的上升、下沉，可以验证光合作用和细胞呼吸过程中有气体的产生和消耗。下列相关描述中，错误的是( )A．实验前应该用真空泵抽出液体和叶片中的气体，以减少无关变量对实验的影响B．实验中应该进行光暗条件的变换，以改变叶片的代谢过程C．抽气后，放在盛有NaHCO3稀溶液试管中的叶片，在适宜光照下会因为进行光合作用产生气体，而从试管底部缓缓上升D．抽气后，放在盛有蒸馏水试管中的叶片，在黑暗中会因为进行有氧呼吸产生气体，而从试管底部缓缓上升答案 D解析 只有去除原有气体的影响，才能使因光合作用和细胞呼吸导致的气体变化得以体现。光合作用需要光，细胞呼吸不需要光，光照下光合作用和细胞呼吸同时存在，而黑暗中只进行细胞呼吸，提供光暗变换的条件才能使两者都得以体现。适宜光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出的O2多于细胞呼吸消耗的O2，叶肉中的O2增加，叶片上浮。蒸馏水中缺乏O2，所以叶片不能进行有氧呼吸。2．如图甲为探究光合作用的装置图，图乙为不同CO2浓度下温度对光合速率和呼吸速率的影响示意图。请据图回答有关问题：(1)若用图甲所示装置来研究CO2是否为光合作用的原料，则还应该再增加一个装置，做法是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若用图甲所示装置来探究元素X是否为植物的必需矿质元素，则还应该再增加一个装置，做法是____________________________________________________________-18-\n________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)若将图甲所示装置中的质量分数为1%的NaHCO3溶液换成等量的质量分数为1%的NaOH溶液，则在开始的短暂时间内，植物的叶绿体中C3与C5相对含量的变化情况是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)图乙中，若环境温度保持在35℃，每日光照12小时，两昼夜后测定，植物体干重将________(填“增加”“减少”或“不变”)。答案 (1)将质量分数为1%的NaHCO3溶液换成等量的质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件同图甲所示装置 (2)将水槽中的完全培养液替换成等量的只缺少元素X的完全培养液，其他条件同图甲所示装置 (3)C3相对含量下降，C5相对含量上升 (4)减少解析 (1)在设置对照实验时，一般将要探究的因素设为变量，其他因素必须保持一致。本实验中是否有CO2就是自变量，根据题意可知增加的一组实验装置中应该没有CO2。(2)若探究元素X是否为植物的必需矿质元素，可以采用水培法，增加的装置中应将水槽中的完全培养液替换成等量的只缺少元素X的完全培养液，其他条件同图甲所示装置。(3)若将NaHCO3溶液替换为NaOH溶液，则短时间内CO2含量减少，使CO2的固定减弱，C3合成减少而消耗仍在继续，所以C3相对含量降低，C5相对含量升高。(4)35℃时，光照下有机物净积累量为0，所以每日光照12小时，没有有机物的积累，但是黑暗中的12小时仍有有机物的消耗，所以最终结果是植物体干重减少。热点专项聚焦3——坐标曲线题的解题技巧曲线类试题是生物高考中出现频率较高的一类题型，此类试题信息含量大，难度大，曲线种类大多复杂，但无论曲线怎么复杂，其关键均为数与形。数就是图像中的点——起点、转折点和止点；形就是曲线的变化趋势及将来动态，抓住关键，具有一个正确的解题策略，此类试题就会迎刃而解。解答坐标曲线题的基本步骤：1．识标：看清纵、横坐标的含义，找出二者之间的联系是解答此类试题的基础，坐标曲线实际上就是横坐标对纵坐标的影响。纵坐标与横坐标的关系，有的比较明显，有的比较隐晦，需利用所学的生物学知识联想，推理，找出纵、横坐标联系的“桥梁”，从而找出纵、横坐标表达的真正变量。2．明点：坐标图上的曲线是满足一定条件的点的集合，在这些点的集合中，有些特殊点，如曲线的起点、转折点、终点、曲线与纵横坐标以及其他曲线的交叉点等，它们隐含着某些限制条件或某些特殊的生物学含义，明确这些特殊点的含义是解答此类试题的关键。3．析线：准确描述曲线的增减变化以及找准引起这种变化的主要原因是正确解答此类习题的根本所在。根据纵横坐标的含义可以得出：在一定范围内，随“横坐标量”的增加，“纵坐标量”逐渐增加或减小。超过一定范围后，随“横坐标量”的增加，“纵坐标量”减少或增加，或者达到某种平衡状态。从而揭示出各段曲线的变化趋势及其含义。4．若为多重曲线坐标图，则可先分析每一条曲线随横坐标变量的变化规律，再分析不同曲线变化的因果关系、先后关系，分别揭示其变化趋势，然后对比分析找出符合题意的曲线、结论或者是教材中的结论性语言，进而掌握两个或多个变量变化快慢的相应生物学意义。典例剖析 如图甲表示春季晴天某密闭大棚内一昼夜中CO2浓度的变化。图乙中曲线a表示某种植物在20℃、CO2浓度为0.03%的环境中随着光照强度的变化光合作用合成量的变化；在B点时改变某种条件，结果发生了如曲线b所示的变化。请分析回答下列问题：-18-\n(1)图甲中，在一昼夜中CO2浓度最高和最低的两个时刻即a时刻和b时刻，植物的光合作用速率________(填大于、等于或小于)呼吸作用速率。(2)分析图乙中的B点，改变的某种条件可能是(列举一种情况即可)________________________________________________________________________________________________________________________________________________。理由：____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)图乙中A点与B点相比较，A点时叶绿体中[H]的含量________(填“多”或“少”)。如果图乙中A、C点时温度分别降低10℃，则曲线有何变化？请在图丙中表示出来。解析 (1)图甲中，a时刻CO2浓度最高，此时呼吸作用速率等于光合作用速率，其后，随光照强度增强，光合作用速率大于呼吸作用速率；b时刻CO2浓度最低，此时呼吸作用速率等于光合作用速率，随着时间推移光照强度减弱，呼吸作用速率大于光合作用速率，最后只进行呼吸作用。(2)图乙中，在B点时，改变某种条件会使植物的光合作用合成量(在光照强度不变的情况下)有所增加，说明B点时改变的条件很可能是增加环境中的CO2浓度或适当提高环境中的温度。(3)图乙中，A、B点表示在CO2浓度、温度等条件相同时，光照强度不同，光合作用合成量也不同。A点时的光照强度低于B点时的，所以A点时的[H]含量少于B点时的。在C点时，光照强度不是限制光合作用合成量的主要因素，CO2浓度、温度的适当提高都会增加光合作用合成量。若此时温度降低10℃，光合作用合成量则会有所减少。在A点时，温度降低10℃，光合作用合成量比原温度时有所减少，但随着光照强度的增加，光合作用合成量继续增加，最后达到平衡。答案 (1)等于 (2)温度适当升高 在一定的温度范围内，随着温度的升高光合作用增强(或CO2浓度增加 在一定的CO2浓度范围内，随着CO2浓度的增加光合作用增强)(3)少 如图所示变式体验1．将某种植物置于CO2浓度适宜、水分充足的环境中，温度分别保持在5℃、15℃、25℃和35℃条件下，改变光照强度，测定CO2的吸收速率，得到图1所示的结果。处理图1中有关数据得到图2、图3。下列叙述不正确的是( )-18-\nA．图1中的自变量是温度和光照强度B．当光照强度大于7时，25℃与15℃条件下植物的有机物的合成速率相同C．图2表示在5～35℃条件下该植物光饱和点的变化D．图3表示在5～35℃条件下该植物呼吸速率的变化答案 B解析 题图中CO2的吸收速率指的是净光合速率，有机物的合成速率应该是净光合速率加上呼吸速率。当光照强度大于7时，25℃与15℃条件下植物的净光合速率相等，但由于呼吸速率不同，故有机物的合成速率也不相同。2．图一表示A、B两种植物CO2吸收量随光照强度改变的变化曲线；图二表示将A植物放在不同浓度的CO2的环境条件下，光合作用速率受光照强度影响的变化曲线；图三表示植物叶面积指数与物质量的关系。请分析回答下列问题：(1)图一中a点表示的生理学含义是__________________________；b点为光补偿点，若某光照强度小于b点时的光照强度，则其光合作用强度________细胞呼吸强度。(2)图二曲线中d点到e点，叶绿体中C3浓度__________；e点到f点，叶绿体中C5浓度____________。(3)图三中的阴影部分表示______________________________________________，要想获得干物质量最多，叶面积指数应控制在__________左右；据测定，玉米在黑暗中每小时释放出44mg的CO2，而在光照充足的条件下，每小时释放出32-18-\nmg的O2，则其每小时实际产生的O2量为________mg。答案 (1)A植物细胞呼吸释放的CO2量 小于(2)降低 升高(3)不同叶面积指数下植物的呼吸量的变化情况 5 64解析 (1)图一中a点对应的光照强度为0，无光条件下A植物不能进行光合作用，故a点表示A植物细胞呼吸释放的CO2量；b点为光补偿点，即光合作用强度与细胞呼吸强度相等，若某光照强度小于b点时的光照强度，则其光合作用强度小于细胞呼吸强度。(2)d点与e点相比较，变量只有光照强度，从d点到e点，相当于增加了光照强度，故叶绿体中C3浓度降低；e点与f点相比较，变量只有CO2浓度，从e点到f点，相当于降低了CO2浓度，故叶绿体中C5浓度升高。(3)据图三可知，阴影部分表示不同叶面积指数下植物的呼吸量的变化情况，叶面积指数控制在5左右时获得的干物质量最多；玉米在黑暗中只进行细胞呼吸，而在光照条件下既进行光合作用又进行细胞呼吸，据有氧呼吸的反应简式中“6O2―→6CO2”计算得出玉米在黑暗中每小时消耗的O2量为192×44÷264＝32(mg)。因此，光照条件下玉米每小时实际产生的O2量为32＋32＝64(mg)。-18-
