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專題3　細(xì)胞呼吸與光合作用 一、核心概念的實(shí)質(zhì) 1.細(xì)胞呼吸:有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)氧化分解,生成CO2或其他產(chǎn)物,釋放出能量并生成ATP。 2.光合作用:將光能轉(zhuǎn)換成細(xì)胞能夠利用的化學(xué)能。 二、光合作用與有氧呼吸過程 1.快速填出Ⅰ～Ⅶ代表的物質(zhì)名稱: ⅠNADPH?、騉2　ⅢCO2?、羝咸烟恰、鮊ADH　 ⅥO2?、鰿O2 2.快速填出①～③代表的過程及發(fā)生場所: ①有氧呼吸第一階段、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 ②有氧呼吸第二階段、線粒體基質(zhì)。 ③有氧呼吸第三階段、線粒體內(nèi)膜。 三、無氧呼吸 1.第一階段: (1)場所:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 (2)物質(zhì)變化:葡萄糖→丙酮酸、ATP、[H]。 (3)能量變化:穩(wěn)定化學(xué)能→熱能、活躍的化學(xué)能。 2.第二階段: (1)場所:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 (2)物質(zhì)變化:丙酮酸+[H]→酒精+CO2(乳酸)。 四、兩大代謝過程的主要影響因素 1.細(xì)胞呼吸:O2濃度、CO2濃度、溫度、含水量等。 2.光合作用:光照、CO2濃度、溫度、含水量等。 1.下列關(guān)于細(xì)胞呼吸的說法,正確的有②③④。 ①細(xì)胞無氧呼吸過程中,葡萄糖中的能量大部分以熱能形式散失。 ②葡萄糖→丙酮酸→CO2的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中,都會(huì)產(chǎn)生ATP。 ③有氧呼吸和無氧呼吸的實(shí)質(zhì)都是氧化分解有機(jī)物,釋放能量,生成ATP。 ④對(duì)于人和動(dòng)物而言,有CO2生成的呼吸方式一定是有氧呼吸。 ⑤若細(xì)胞既不吸收O2,也不放出CO2,說明細(xì)胞已經(jīng)停止無氧呼吸。 ⑥人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的能量主要來自無氧呼吸。 2.下列關(guān)于光合作用的說法,正確的有①④⑥。 ①光合作用過程中葉綠素吸收光能不需要酶的參與。 ②類胡蘿卜素可在紅光區(qū)吸收大量光能用于光反應(yīng)中ATP的合成。 ③黑暗條件下,只能完成化學(xué)能→熱能的轉(zhuǎn)化。 ④進(jìn)入葉綠體的CO2不能被[H]直接還原。 ⑤進(jìn)入夜間,葉肉細(xì)胞內(nèi)ATP合成停止。 ⑥用14C標(biāo)記的CO2進(jìn)行光合作用,放射性會(huì)出現(xiàn)在C3和C5中。 ⑦植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。 3.下列關(guān)于細(xì)胞呼吸和光合作用的說法,正確的有②⑤。 ①提供氧氣,線粒體能為葉綠體提供CO2和ATP。 ②細(xì)胞呼吸過程和光合作用過程中產(chǎn)生的[H]不是一種物質(zhì)。 ③玉米光合作用和有氧呼吸過程中,水都在生物膜上參與反應(yīng)。 ④光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,細(xì)胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP。 ⑤細(xì)胞呼吸和光合作用過程中均有ATP的生成。 ⑥有氧呼吸的場所是線粒體,光合作用的場所是葉綠體。 1.(2017全國卷Ⅲ改編)植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對(duì)不同波長光的反應(yīng)(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯(cuò)誤的是 (　　) A.類胡蘿卜素主要在藍(lán)紫光區(qū)吸收光能用于光反應(yīng)中ATP的合成 B.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對(duì)不同波長光的吸收值來繪制 C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示 D.葉片釋放出的O2是在葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)生的 【解析】選D。類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,不能吸收紅光,A項(xiàng)正確;通過測量葉綠素對(duì)不同波長光的吸收值,可以繪制其吸收光譜,B項(xiàng)正確;CO2的吸收速率反映光合作用速率的變化,光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示,C項(xiàng)正確;葉片釋放出的O2是在葉綠體類囊體薄膜上產(chǎn)生的,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.(2016全國卷Ⅱ改編)關(guān)于高等植物葉綠體中色素的敘述,正確的是 (　　) A.葉綠體色素的分離原理是葉綠體色素能溶解在有機(jī)溶劑乙醇中 B.構(gòu)成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收 C.通常,紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用 D.黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉黃素合成較多引起的 【解析】選B。本題主要考查葉綠體中色素的性質(zhì)、作用與色素合成的條件。葉綠體中的色素能夠溶于有機(jī)溶劑無水乙醇中,是提取葉綠體色素的原理,A錯(cuò)誤;鎂是合成葉綠素的原材料,可以由根從土壤中吸收,B正確;葉綠體中的色素主要吸收藍(lán)紫光和紅光進(jìn)行光合作用,C錯(cuò)誤;葉綠素的合成需要光照,無光環(huán)境中葉綠素不能合成,表現(xiàn)為黃化現(xiàn)象,D錯(cuò)誤。 3.(2014全國卷Ⅰ改編)正常生長的綠藻,照光培養(yǎng)一段時(shí)間后,用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上,此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)發(fā)生的變化是 (　　) A.O2的產(chǎn)生停止　　 B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值上升 D.NADPH/NADP+比值上升 【解析】選A。本題主要考查光合作用過程中光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段相關(guān)物質(zhì)的變化。由于用黑布將培養(yǎng)瓶罩住,綠藻細(xì)胞光合作用過程中光反應(yīng)停止,O2的產(chǎn)生停止,A正確;暗反應(yīng)階段會(huì)因?yàn)楣夥磻?yīng)階段的停止,供應(yīng)ATP與NADPH停止,使C3的還原速度減慢,C3在葉綠體內(nèi)積累而導(dǎo)致CO2的固定減慢,B錯(cuò)誤;光反應(yīng)停止,NADPH和ATP的產(chǎn)生停止,而暗反應(yīng)階段繼續(xù)消耗ATP生成ADP,ATP/ADP比值下降,C錯(cuò)誤;暗反應(yīng)階段C3的還原繼續(xù)消耗NADPH生成NADP+,使NADPH/NADP+比值下降,D錯(cuò)誤。 4.(2016全國卷Ⅲ)為了探究某地夏日晴天中午時(shí)氣溫和相對(duì)濕度對(duì)A品種小麥光合作用的影響,某研究小組將生長狀態(tài)一致的A品種小麥植株分為5組,1組在田間生長作為對(duì)照組,另4組在人工氣候室中生長作為實(shí)驗(yàn)組,并保持其光照和CO2濃度等條件與對(duì)照組相同,于中午12:30測定各組葉片的光合速率,各組實(shí)驗(yàn)處理及結(jié)果如表所示: 對(duì)照組 實(shí)驗(yàn) 組一 實(shí)驗(yàn) 組二 實(shí)驗(yàn) 組三 實(shí)驗(yàn) 組四 實(shí)驗(yàn) 處理 溫度(℃) 36 36 36 31 25 相對(duì)濕 度(%) 17 27 52 52 52 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 光合速率 (mgCO2dm-2h-1) 11.1 15.1 22.1 23.7 20.7 　回答下列問題: (1)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以推測中午時(shí)對(duì)小麥光合速率影響較大的環(huán)境因素是________,其依據(jù)是________________________________________;并可推測,________(填“增加”或“降低”)麥田環(huán)境的相對(duì)濕度可降低小麥光合作用“午休”的程度。 (2)在實(shí)驗(yàn)組中,若適當(dāng)提高第________組的環(huán)境溫度能提高小麥的光合速率,其原因是____________________________。 (3)小麥葉片氣孔開放時(shí),CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞的過程________(填“需要”或“不需要”)載體蛋白,________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。 【解題指導(dǎo)】(1)題干及表格信息:“小麥植株分為5組,1組在田間生長作為對(duì)照組,另4組在人工氣候室中生長作為實(shí)驗(yàn)組,并保持其光照和CO2濃度等條件與對(duì)照組相同,于中午12:30測定各組葉片的光合速率”,表格中相當(dāng)于5個(gè)不同的溫度和相對(duì)濕度組合條件下的光合速率。 (2)變量分析:單一變量原則分析溫度或相對(duì)濕度對(duì)光合速率的影響,如對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)一、二組,溫度相同,可分析出相對(duì)濕度對(duì)光合速率的影響,實(shí)驗(yàn)二、三、四組相對(duì)濕度相同,可分析出溫度對(duì)光合速率的影響。 【解析】本題考查對(duì)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式、植物的光合作用及其相關(guān)知識(shí)的理解能力和實(shí)驗(yàn)分析能力。 (1)在相同溫度(36 ℃)條件下,小麥光合速率隨著相對(duì)濕度的增加而明顯加快,但相對(duì)濕度相同時(shí)(實(shí)驗(yàn)二、三、四組),即52%時(shí),小麥光合速率隨溫度變化不明顯,因此增加麥田環(huán)境的相對(duì)濕度可降低小麥光合作用“午休”的程度。 (2)實(shí)驗(yàn)二、三、四組相比,小麥光合作用的最適溫度在31 ℃左右,而第四組 25 ℃離最適溫度較遠(yuǎn)。 (3)CO2進(jìn)出細(xì)胞的方式是自由擴(kuò)散,既不需要載體蛋白,也不需要消耗ATP。 答案:(1)濕度(或相對(duì)濕度)　在相同溫度條件下,相對(duì)濕度改變時(shí)光合速率變化較大　增加 (2)四　該實(shí)驗(yàn)組的環(huán)境溫度未達(dá)到光合作用的最適溫度 (3)不需要　不需要 5.(2018全國卷Ⅱ)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性,某同學(xué)選取來自樹冠不同層的A、B兩種葉片,分別測定其凈光合速率,結(jié)果如圖所示。據(jù)圖回答問題: (1)從圖可知,A葉片是樹冠________(填“上層”或“下層”)的葉片,判斷依據(jù)是_________________________________________________________ __________________________________________________________。 (2)光照強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí),A葉片的凈光合速率開始下降,但測得放氧速率不變,則凈光合速率降低的主要原因是光合作用的__________反應(yīng)受到抑制。 (3)若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量,在提取葉綠素的過程中,常用的有機(jī)溶劑是__________________。 【解題指導(dǎo)】突破本題的關(guān)鍵有兩點(diǎn): (1)關(guān)鍵信息:分析題干兩圖的區(qū)別,比較光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)的大小。 (2)關(guān)鍵知識(shí):光合作用過程、影響光合作用的外界因素。 【解析】(1)題干兩圖橫坐標(biāo)都是光照強(qiáng)度,縱坐標(biāo)都是凈光合速率。A葉片的細(xì)胞呼吸弱,光補(bǔ)償點(diǎn)低,光飽和點(diǎn)低,適應(yīng)弱光環(huán)境,判斷為下層葉片。 (2)放氧速率不變,說明光反應(yīng)速率不變,凈光合速率下降的主要原因是暗反應(yīng)受到抑制。 (3)綠葉中的色素易溶于有機(jī)溶劑,常用無水乙醇提取。 答案:(1)下層　A葉片的凈光合速率達(dá)到最大時(shí)所需光照強(qiáng)度低于B葉片 (2)暗　(3)無水乙醇