江苏省2020届高考生物二轮复习考前专题增分大题冲关3突破光合作用与细胞呼吸的综合运用题解析版 5页

‎3.突破光合作用与细胞呼吸的综合运用题 ‎(时间：20分钟)‎ ‎1.(2019·江西省红色七校联考)某研究人员将某绿色植物放在温度适宜的密闭容器内(如图1所示)，经黑暗处理后置于恒定光照下并测量容器内氧气的变化量，测量的结果如图2所示。请回答下列问题：‎ ‎(1)图1中通过变换光源可研究________、________对光合作用的影响。‎ ‎(2)将多株健壮的生长状态相同且大小相似(假设干重相同)的该植株幼苗均分为甲、乙两组，置于图1的装置中。给甲组适宜光照处理，乙组黑暗处理，其他条件相同且适宜。10小时后，将甲、乙两组中的植株烘干称重，分别记为M甲、M乙若M＝M甲－M乙，则M的准确含义是____________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(3)图2中，A点以后的短时间内，叶肉细胞的叶绿体内C3的量将________，B点时，叶肉细胞内的光合作用速率________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸作用速率。在5～15 min内，该容器内氧气量增加的速率逐渐减小，这是因为______________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 如果该植物的呼吸速率始终不变，则在5～15 min内，该植物光合作用的平均速率(用氧气产生量表示)是________mol·min。‎ 解析　(1)在图1实验中变换光源可以改变灯泡的功率大小也可以更换不同颜色的灯泡，因此图1中通过变换光源可研究光照强度和光质(或波长)对光合作用的影响。(2)给甲组适宜光照处理，乙组黑暗处理，设实验一开始时植株干重为A，一定时间后，甲组植株干重为M甲，其中M甲－A为有机物积累量；一定时间后乙组植株干重为M乙，其中A－M乙为呼吸消耗量。M＝(M甲－A)＋(A－M乙)＝M甲－M乙，M的准确含义为一定时间(10小时)内植株合成的有机物总量。(3)图2中A点以后开始光照，叶肉细胞进行光反应产生ATP和[H]，C3的还原速率加快，短时间内C3的生成速率不变，C3含量会减少。B点时，密闭小室中氧气量不再增加，此时整个植株的光合速率等于呼 5‎ 吸速率，可知叶肉细胞内的光合作用速率大于呼吸作用速率。在5～10 min内，图示中氧气释放量增加，光合作用强度大于呼吸作用强度，此时二氧化碳不断被吸收，密闭容器中二氧化碳的浓度越来越低，因此光合作用速率也会下降。在5～15 min内氧气含量从4×10－7mol增加到8×10－7mol，另外根据曲线知5～15 min内呼吸消耗氧气量为2×10－7mol，因此5～15 min内氧气总产生量为6×10－7mol，再除以时间(10 min)可知每分钟产生氧气量为6×10－8mol，即该植物光合作用的平均速率为6×10－8mol·min－1。‎ 答案　(1)光照强度　光质(或波长)‎ ‎(2)甲组植株在10小时内(或实验过程中)光合作用合成的有机物总量 ‎(3)减少　大于　植物光合作用强度大于呼吸作用强度，吸收CO2导致容器内的CO2浓度逐渐降低，而CO2是光合作用的原料，因而光合作用速率降低，植物释放氧气的速率降低　6×10－8‎ ‎2.(2019·武汉市调研)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(2 ℃)‎ 汕优 ‎12.51‎ ‎11.25‎ ‎10.07‎ 秀优 ‎11.24‎ ‎10.64‎ ‎5.34‎ ‎(1)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________阶段减弱进而降低光合作用速率。‎ ‎(2)分析表中数据，可推测秀优水稻的抗寒能力比汕优水稻________，依据是______________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(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。‎ ‎(4)某生物兴趣小组想通过实验验证两种水稻在室温(20 ℃)时净光合作用强度的不同，现提供如下材料用具：打孔器(用于叶片打孔)、注射器(排出叶肉细胞间隙中的空气)、烧杯，请说明他们的实验设计思路：_____________________________‎ 5‎ ‎______________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 解析　(1)FBPase是参与卡尔文循环的关键酶，说明该酶催化的是暗反应过程，其活性降低使暗反应减弱，进而降低光合速率。(2)分析表中数据可知，与室温相比，低温条件下，秀优水稻的FBPase活性相对降低值比汕优水稻低，故秀优水稻的抗寒能力可能比汕优水稻强。(3)低温条件下，呼吸酶的活性降低，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照的影响，因此应在黑暗条件下，测定汕优(或秀优)水稻叶片单位时间内CO2的释放量。(4)依据题意和提供的材料用具可知，本实验属于验证性实验，即验证两种水稻在室温(20 ℃)时净光合作用强度的不同，自变量是两种水稻的叶片，检测因变量需要依据单位时间内叶圆片上浮的数量来推测净光合作用强度，而叶圆片的沉浮取决于净光合作用产生的气体是否在细胞间积累，因此实验开始时应排出叶肉细胞间隙的气体。光照强度、温度和光照时间都属于无关变量，所以须在相同且适宜的光照和室温(或20 ℃)下处理相同的时间后，才能观察和记录两个烧杯中叶圆片浮起的数量。‎ 答案　(1)暗反应 ‎(2)强　在低温条件下，秀优水稻的FBPase活性相对降低值比汕优水稻低 ‎(3)减小　黑暗 ‎(4)取两种水稻生长旺盛的叶片，分别用打孔器打出等量的若干小圆形叶片，用注射器排出叶肉细胞间隙中的气体，分别放在两个盛有清水的烧杯中，在相同且适宜的光照和室温(或20 ℃)下处理相同的时间后，观察和记录两个烧杯中叶圆片浮起的数量 ‎3.(2019·石家庄市模拟)如图是探究绿色植物光合作用速率实验的示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。该装置放在20 ℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2 mL，毛细管内的水滴在位置X。30 min后，针筒的容量需要调至0.6 mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此实验回答下列问题：‎ ‎(1)用这一方法测量所得的光合作用速率，比实际的光合速率________，原因是_____________________________________________________________________。‎ ‎(2)假若将该植物叶的下表面涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，原因是______________________________________________________________‎ 5‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(3)某同学想探究影响光合作用的因素有哪些，他重新设计了两个相同的装置A和B，其中A装置实验时是在原实验的基础上增强了光照强度，重复上述实验，结果针筒的容量仍维持在0.6 mL读数处。在B实验装置进行实验时，只将温度提升至30 ℃，重复上述实验，发现针筒容量需要调至0.8 mL读数才能使水滴维持在X位置上。通过两个实验可以得出的结论是____________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 解析　(1)用这一方法测量所得的光合作用速率为净光合速率，因此小于实际光合速率。(2)假若将该植物的叶的下表面涂上一层凡士林，则气孔被阻塞，使供应给叶的二氧化碳减少，限制光合作用的暗反应，导致光合作用的速率大幅度下降。(3)A装置仅增加光照强度，读数不变，说明光合作用速率未增加，B装置提高温度，读数增加，说明光合作用速率增加，两个实验表明第一次实验中所照射的光照强度已达到光饱和点，但温度还没有达到最适宜的温度。‎ 答案　(1)低　植物同时进行细胞呼吸，消耗了氧气 ‎(2)凡士林阻塞气孔，使供应给叶的二氧化碳减少，限制光合作用的暗反应 ‎(3)第一次实验中所照射的光照强度已达到光饱和点，但温度还没有达到最适宜的温度(或从20 ℃升高到30 ℃的过程中，随着温度的升高，光合作用强度不断升高)‎ ‎4.光补偿点是指植物在一定光强范围内，光合速率与呼吸速率相等时的光照强度。光饱和点是指植物在一定光强范围内，光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。已知植物体内呼吸酶的最适温度为35 ℃。下表为25 ℃和相同CO2浓度等条件下三种植物幼苗的生理指标。请回答：‎ 物种甲 物种乙 物种丙 光补偿点/(μmol·m－2·s－1)‎ ‎130‎ ‎64‎ ‎35‎ 光饱和点/(μmol·m－2·s－1)‎ ‎1 325‎ ‎1 145‎ ‎840‎ ‎(1)在光照强度为130 (μmol·m－2·s－1)条件下，物种甲幼苗叶片产生O2的速率________(填“大于”“等于”或“小于”)利用O2的速率，作出此判断的理由是______________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎(2)在光照强度为64 (μmol·m－2·s－1)条件下，给物种乙的幼苗提供18O2、HO和C16O2，一段时间后检测发现幼苗体内出现了含18O的葡萄糖。上述过程中，叶绿体内[H]的作用是____________________，18O2中氧原子转移到葡萄糖中的途径与生理过程为________________________________________________________(请用文字叙述)。‎ ‎(3)据表分析，在光照强度保持35 μmol·m－2·s－1和其他条件不变的情况下，温度由25 ℃升高为30‎ 5‎ ‎ ℃的过程中，物种丙幼苗的光补偿点逐渐增大而光饱和点逐渐降低。对上述现象合理的解释是_____________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 解析　本题考查光合作用和呼吸作用过程及影响因素，主要考查理解能力和综合运用的能力。(1)在光照强度为130 (μmol·m－2·s－1)条件下，物种甲光合速率与呼吸速率相等，但是幼苗的所有细胞都通过细胞呼吸消耗O2，只有叶肉细胞等含叶绿体的细胞通过光合作用产生O2，故幼苗叶片细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片产生O2的速率大于利用O2的速率。(2)叶绿体内[H]在光反应过程产生，可将C3还原，生成葡萄糖和C5等物质。18O2中氧原子要转移到葡萄糖中，需要经过有氧呼吸和光合作用过程。通过有氧呼吸第三阶段，18O2与[H]结合产生HO；在有氧呼吸第二阶段，HO与丙酮酸反应产生C18O2，C18O2通过光合作用的暗反应合成含有18O的葡萄糖。(3)光饱和点降低说明光合作用强度减弱，其原因可能为温度升高使光合作用酶活性降低；据题干信息可知，温度由25 ℃升高为30 ℃的过程中，呼吸酶的活性升高，从而使细胞呼吸加快。‎ 答案　(1)大于　幼苗的所有细胞都通过细胞呼吸消耗O2，而只有叶肉细胞等含叶绿体的细胞通过光合作用产生O2，故幼苗叶片细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度(其他合理答案即可)‎ ‎(2)将C3还原，生成葡萄糖和C5等物质　通过有氧呼吸第三阶段，18O2与[H]结合产生HO；在有氧呼吸第二阶段，HO与丙酮酸反应产生C18O2；C18O2通过光合作用的暗反应合成含有18O的葡萄糖(其他合理答案即可)‎ ‎(3)温度升高，呼吸酶的活性升高而光合作用酶活性降低，从而使细胞呼吸加快、光合作用减慢(其他合理答案即可)‎ 5‎