1、热点专题突破系列(二)细胞呼吸和光合作用的综合应用【三年考情分析】细胞呼吸和光合作用是细胞代谢的核心知识，高考命题常把两者结合起来考查，一般以坐标曲线图和表格为载体，多以非选择题的形式出现。主要考查角度有以下两点：(1)净光合速率及其影响因素：三年9考，如2014年新课标全国卷T29、2014年广东高考T26等。(2)种子萌发过程分析：三年4考，如2014年海南高考T26、2013年山东高考T25等。【热点分类突破】类型一 净光合速率及其影响因素 1.净光合速率及其表示方法：(1)净(表观)光合速率：绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行时，测得的实验容器中O2的增加量或CO2
2、的减少量。(2)呼吸速率：绿色植物组织在黑暗条件下，测得的实验容器中O2的减少量或CO2的增加量。(3)真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。(4)常用表示方法：项 目 常用表示方法 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 有机物消耗 速率 光合作用产生O2量=实测的O2释放量+细胞呼吸消耗O2量 光合作用固定CO2量=实测的CO2吸收量+细胞呼吸释放CO2量 光合作用产生的葡萄糖量=葡萄糖的积累量(增重部分)+细胞呼吸消
3、耗的葡萄糖量(5)净光合速率与真正光合速率的关系：2.影响净光合速率的因素：所有能影响呼吸速率和光合速率的因素都可以影响净光合速率，如光照强度、CO2浓度、O2浓度、温度等。3.净光合速率和植物生长：(1)当净光合速率0时，植物因积累有机物而生长。(2)当净光合速率=0时，植物不能生长。(3)当净光合速率K2K3 D.密闭光照培养蓝藻，测定种群密度及代谢产物即可判断其是否为兼性厌氧生物【解题指南】(1)理论基础：光合速率随CO2浓度的变化而变化，在一定范围内随CO2浓度的增大而增大，超过一定范围后，随CO2浓度的增大而减小。(2)曲线两端出现差异的原因：CO2浓度低时，光合速率低，产生O2少，
4、细胞呼吸也弱；CO2浓度高时，抑制细胞呼吸，细胞代谢也随之降低，光合速率下降。【解析】选A。d1浓度下光合速率大于d3浓度下的，因此d1浓度下蓝藻细胞光反应产生的H多，故A选项正确；d2浓度下呼吸速率大于d3浓度下的，因此d3浓度下的蓝藻细胞呼吸产生的ATP少，故B选项错误；由于d2浓度下净光合速率最大，d1、d3浓度下的净光合速率相等，因此，三种浓度下的蓝藻种群的K值大小关系为K2K1=K3，故C选项错误；若要判断蓝藻是否是兼性厌氧生物，需要设置有氧、无氧两种条件，在没有光合作用影响O2的产生，其他条件相同且适宜的情况下进行验证，故D选项错误。2.(2015衡水模拟)下图表示某植物在不同温度
5、条件下(适宜的光 照和CO2浓度)的净光合速率和呼吸速率曲线。下列有关说法错误的 是()A.20时，限制植物光合速率的主要因素是温度 B.与呼吸作用有关酶的最适温度高于与光合作用有关酶的最适温度 C.40时，该植物光合作用停止 D.60时，该植物呼吸作用停止【解析】选C。实线代表净光合速率，虚线代表呼吸速率，两条曲线高度差代表总光合速率，该实验在适宜光照和CO2浓度下进行。20时，光合速率只有4，30时，光合速率接近9，所以20时限制因素是温度；呼吸速率在接近40达到最大值；55时，光合作用停止；60时，该植物呼吸作用停止。3.(2014广东高考)观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表，请回
6、答下列问题：注：括号内的百分数以强光照的数据作为参照 光照 强度 叶色 平均叶面积(cm2)气孔密度(个mm-2)净光合速率(mol CO2 m-2s-1)强 浅绿 13.6(100%)826(100%)4.33(100%)中 绿 20.3(149%)768(93%)4.17(96%)弱 深绿 28.4(209%)752(91%)3.87(89%)(1)CO2以 方式进入叶绿体后，与 结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供的 。(2)在弱光下，柑橘通过 和 来吸收更多的光能，以适应弱光环境。(3)与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数 ，单位时间内平均每片叶CO2吸收量 。对强光下生
7、长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是 ，最后发生改变的是 。【解题指南】(1)关键知识：影响光合作用的因素及其在农业生产中的应用。(2)隐含信息：光照强度影响光合作用。【解析】本题考查分析表格的能力及光合作用的过程等知识。(1)光合作用暗反应的场所是叶绿体基质，CO2进入叶绿体的方式为自由扩散，与细胞中的五碳化合物结合形成三碳化合物，这个过程叫做二氧化碳的固定。C3在ATP供能下，被H(NADPH)还原生成(CH2O)和C5。(2)通过对表中数据分析可知，在弱光下，柑橘通过增加叶绿素含量和增大叶面积来吸收更多的光能，以适应弱光环境。(3)平均每片叶
8、的气孔数：强光下为13.6826100=1 123 360(个)，弱光下为28.4752100=2 135 680(个)。单位时间内平均每片叶吸 收CO2量：强光下为13.610-44.335.8910-3(mol)，弱光下为 28.410-43.871.1010-2(mol)，所以强光比弱光下的气孔总 数少，单位时间内平均每片叶CO2吸收量少。据表中信息可知，光照强 度直接影响光反应而影响净光合速率(有机物积累)，故最先发生改变 的是净光合速率。叶绿素形成需要光诱导，相对滞后，而叶面积的增 加需要有机物积累后才改变，最缓慢。答案：(1)自由扩散 五碳化合物(或C5)H(NADPH)和ATP(
9、2)增加叶面积 提高叶绿素含量(3)较少 较少 净光合速率 叶面积 4.(2015贺州模拟)下图甲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 klx，则1 h光合作用产生的气体量为 mL。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 mL CO
10、2。(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，对照组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 mL，其原因是 。【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的量应包括积累量和叶片消耗量(15 klx时为150+50=200 mL)，若呼吸熵为0.8，则植物自身呼吸作用产生的CO2为0.8 50=40(mL)，植物光合作用产生的O2量等于消耗的CO2量，故植
11、物还需 从外界吸收160 mL 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。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 类型二 种子萌发过程的分析 1.萌发条件：(1)外部因素：适宜的温度、水分和充足的氧气。(2)内部因素：具有活性的胚。2.物质变化：(1)水分的变化：种子吸水使自由水增多，代谢增强。(2)有机物种类的变化：随着萌发的进行，种子细胞呼吸增强，有机物种类增多。3.干重变化：先降低后增加。(1)种子萌发初期，不能进行光合作用制造有机物，同时进行细胞呼吸消耗有机
12、物，为种子萌发提供能量，干重下降。复杂有机物被分解为简单有机物，细胞内有机物种类增多。(2)子叶出土后，由于可以利用叶绿体进行光合作用制造有机物，光合作用强度逐渐大于细胞呼吸强度，因此干重逐渐增加。【考题回访】(2013山东高考)大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线如图：(1)阶段和大豆种子的鲜重增加明显，阶段中，水进入种子胚细胞的穿(跨)膜运输方式为 。阶段中，种子胚细胞内水的主要存在形式是 。(2)阶段期间，大豆种子胚细胞合成的 解除种子休眠，促进种子萌发。阶段中根向地生长的原因是 分布不均，使根的近地侧生长受到 。(3)若测得阶段种子吸收O2与释放CO2的体积比为13，则此时种子胚细胞的无氧
13、呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为 。(4)大豆幼苗在适宜条件下进行光合作用时，若突然停止CO2供应，短时间内叶绿体中C5和ATP含量的变化分别为 、。大田种植大豆时，“正其行，通其风”的主要目的是通过 提高光合作用强度以增加产量。【解题指南】(1)理论基础：种子萌发需要的外部条件：随自由水增多，细胞代谢活动增强；子叶出土后进行光合作用，受外部环境因素的影响。(2)叶绿体内C5和ATP含量变化分析：CO2停止供应，消耗的C5减少，生成的C3减少，C3还原消耗的ATP和H减少。【解析】本题主要考查大豆种子萌发过程及幼苗阶段的细胞代谢和激素调节。(1)水分子的跨膜运输方式是自由扩散；阶段种子新陈代谢强
14、度比较大，细胞内的水主要以自由水的形式存在。(2)打破种子的休眠，促进种子萌发的激素是赤霉素；根的向地性产生的原因是生长素的运输受重力因素的影响，使近地侧生长素浓度高于远地侧生长素浓度，但根对生长素较敏感，生长素浓度高使根的生长受到抑制而长得慢，远地侧生长素浓度低但生长得快，表现为根的向地性。(3)根据题意假设O2的吸收量为1 mol，则CO2的释放量为3 mol，则有氧呼吸时：C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O 1 6 6 1/6 mol 1 mol 1 mol 无氧呼吸时：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 1 2 1 mol 2 mol 所以无氧呼吸消耗葡萄糖的
15、量有氧呼吸消耗葡萄糖的量=61。(4)突然停止CO2的供应以后，导致CO2的固定减弱，所以消耗的C5减少，而光反应不变，短时间内C3还原生成C5不受影响，所以C5的含量增加；同时由于生成的C3减少，消耗光反应中H和ATP的量减少，所以ATP的含量增加；“正其行，通其风”的目的是通过增加CO2浓度来增强光合作用强度以增加产量。答案：(1)自由扩散 自由水(2)赤霉素(或GA)生长素(或IAA)抑制(3)61(4)升高(或增加)升高(或增加)增加CO2浓度【延伸探究】(1)图中阶段和变化幅度比较大的原因是什么？提示：阶段干种子吸收水分，阶段随着自由水增多，代谢活动增强，所以这两个阶段种子鲜重增加比较明显。(2)图中如果将纵坐标换成“干重”，种子萌发初期曲线走势如何变化？提示：由于种子萌发过程中进行细胞呼吸，会消耗葡萄糖等有机物，所以萌发初期干重会减少。
