山东专用2021高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应与利用复习提升课4光合作用与细胞呼吸的综合应用5演练解析版 5页

光合作用与细胞呼吸的综合应用 ‎1．(装置法)下图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是(　　)‎ A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动 B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变 C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化 D．若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度 B　[图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所需CO2由CO2缓冲液提供，而产生的O2会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境中，植物呼吸消耗O2而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动。若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，虽然光照条件不变，但由于无CO2提供，暗反应不能为光反应提供ADP与NADP＋等物质，从而影响光反应的进行，产生NADPH的速率将下降。在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真光合速率下降，而一般情况下与细胞呼吸有关的酶的最适温度较高，此时酶活性会随温度升高而升高，因此呼吸速率会升高。光合速率由a到b变化，说明光合速率升高了，影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等，适当提高CO2浓度会增大光合速率。]‎ ‎2．(叶圆片称量法)某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)(　　)‎ - 5 -‎ A．(3y－2z－x)/6　　　 B．(3y－2z－x)/3‎ C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3‎ A　[分析题意可知，上午10时到下午16时之间的6个小时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率＝净光合作用量/6＝(y－x)/6；而M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶片只进行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。]‎ ‎3．(黑白瓶法)某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是(　　)‎ A．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶 B．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶 C．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k－v)mol/瓶 D．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－v)mol/瓶 D　[根据题意知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24小时生物进行呼吸消耗的氧气量为(w－v) mol/瓶；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(k－w) mol/瓶，即为瓶内生物24小时进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)，故24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量＝呼吸消耗的氧气量＋净光合量＝(w－v)＋(k－w)＝(k－v) mol/瓶，D项正确。]‎ ‎4．(半叶法)某研究小组采用“半叶法”对番茄叶的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：‎ - 5 -‎ ‎(1)MA表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6小时后(__________________)＋(______________________________)－呼吸作用有机物的消耗量。‎ ‎(2)若M＝MB－MA，则M表示____________________________________________。‎ ‎(3)总光合速率的计算方法是_________________________________________。‎ ‎(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。‎ ‎________________________________________________________________________‎ 解析　叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6小时后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6小时后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6小时干物质的生成量(B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算总光合速率，即M值除以时间再除以面积。‎ 答案　(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量 ‎(2)B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量 ‎(3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)‎ ‎(4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。‎ ‎5．(CO2传感器检测法)某同学为了体验光照强度与植物光合作用的关系，设计了如下实验：取4株带有5个叶片、株高相近的西红柿植株，分别放在4个密闭的玻璃容器内，以4种不同的光照强度进行实验；实验开始前先测定CO2浓度并使各组容器内的CO2浓度保持相同，12小时后，再测定CO2浓度。实验装置如下图，实验结果见如下表格。‎ 序 号 温度 ‎(℃)‎ 光照 强度(%)‎ 开始时 CO2浓度(%)‎ ‎12小时后 CO2浓度(%)‎ 植株 叶片数 ‎1‎ ‎25‎ ‎0‎ ‎0.35‎ ‎0.368‎ ‎5‎ ‎2‎ ‎25‎ ‎20‎ ‎0.35‎ ‎0.306‎ ‎5‎ ‎3‎ ‎25‎ ‎60‎ ‎0.35‎ ‎0.282‎ ‎5‎ - 5 -‎ ‎4‎ ‎25‎ ‎95‎ ‎0.35‎ ‎0.279‎ ‎5‎ ‎(1)该同学的实验目的是__________________________________________________；‎ 实验的自变量是____________；需控制的条件是_____________________________(至少回答出2点)等。‎ ‎(2)实验中设置序号1的目的是____________________；序号2至4，实验前后CO2浓度的差值可表示_______________________________________________________________。‎ ‎(3)该同学的实验设计缺乏严谨性，请对其提出合理的改进建议：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析　(1)由题意“体验光照强度与植物光合作用的关系”和“以4种不同的光照强度进行实验”可知：该同学的实验目的是研究光照强度与光合作用速率的关系，实验的自变量是光照强度。为了排除无关变量对实验结果的干扰，对于诸如“温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度”等无关变量，各组均需加以控制相同条件。‎ ‎(2)实验中，序号1控制的光照强度为零，属于对照组，即设置序号1的目的是作为空白对照。在有光的条件下，密闭玻璃容器内的植物幼苗既能进行光合作用，也能进行呼吸作用，容器内CO2浓度的变化是其中植物幼苗光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量的差值所致，据此可知：序号2～4所对应的实验前后CO2浓度的差值可表示西红柿植株12h内的净光合作用量。‎ ‎(3)为了增加实验设计的严谨性，减少实验误差，依据实验设计应遵循的原则和表中信息可知，合理的改进建议是：每种光强下设置3个重复的实验，或者是缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组。‎ 答案　(1)研究光照强度与光合作用速率的关系　光照强度　温度、开始时的CO2浓度、植物叶片数和高度等 ‎(2)作为空白对照　西红柿植株12h内的净光合作用量　(3)每种光强下设置3个重复的实验(或缩小相邻组别之间的光照强度差值，增加实验组)‎ ‎6．(梯度法)在测定金鱼藻光合作用中，容器密闭内有一定浓度的碳酸氢钠溶液，保持温度恒定且适宜，通过改变光源与容器的距离用以改变光照强度(光合强度用金鱼藻放出的气泡数来表示)。表格为不同距离下的9个相同装置5分钟内产生的气泡数。请回答下列问题：‎ 光源与容器 的距离/(cm)‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎25‎ ‎30‎ ‎35‎ ‎40‎ ‎45‎ ‎50‎ 气泡数 ‎40‎ ‎39‎ ‎30‎ ‎22‎ ‎15‎ ‎5‎ ‎3‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎(1)从实验结果可以看出，距离为10 cm或15 cm时，金鱼藻产生气泡的量并无明显变化，故若要增加15 cm处产生气泡的数量，可在实验前采取_________________________的措施。光源距离为45 cm和50 cm时气泡数为0是因为______________________________。‎ - 5 -‎ ‎(2)光照较长时间后，发现距离较近的组別产生气泡的速率明显减慢，产生这一现象的原因是___________________________________________________________________，直接影响了光合作用的__________，导致____________积累，抑制光反应，使得________的产生量减少。‎ ‎(3)如图是金鱼藻在15 cm距离下，气泡产生速率与碳酸氢钠溶液浓度的关系，浓度超过25 mg·L－1时气泡数反而下降，分析其原因可能是浓度过高，导致金鱼藻细胞________，影响了金鱼藻的生理活动。‎ 解析　(1)因为的溶液中CO2量有限，随着光照较长时间的进行，溶液中CO2逐渐减少，导致[H]和ATP消耗减少，从而抑制了光反应，光合作用越来越弱，从而产生的气泡数逐渐减少，故若要增加15 cm 处产生气泡的数量，可在实验前适当增加碳酸氢钠溶液浓度。光合作用产生的O2正好供给呼吸作用利用，呼吸作用产生的CO2正好供给光合作用，即植物的净光合作用为0，产生气泡数为0，对应表中灯与烧杯间的距离为45 cm ，所以光源距离为45 cm和50 cm 时气泡数为零的原因是光合作用产生的氧气小于或等于呼吸作用消耗的氧气。‎ ‎(2)当光照较长时间后，由于溶液中CO2量有限，随着光照较长时间的进行，溶液中CO2逐渐减少，暗反应减慢，导致[H]和ATP消耗减少，从而抑制了光反应，光合作用越来越弱，从而产生的氧气气泡数逐渐减少。‎ ‎(3)图2中，浓度超过25 mg·L－1时，因为外界溶液碳酸氢钠的浓度过高，导致金鱼藻细胞渗透失水过多，影响了金鱼藻的生理活动。‎ 答案　(1)适当增加碳酸氢钠溶液浓度　光合作用产生的氧气小于或等于呼吸作用消耗的氧气　(2)容器中二氧化碳(或碳酸氢钠)逐渐减少　暗反应　[H]和ATP　氧气 ‎(3)渗透失水(或“质壁分离”)‎ - 5 -‎