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代謝之主要過程——細胞呼吸與光合作用 一、選擇題 1．(2018常州一模)雪滴蘭早春開花，開花時花序細胞的耗氧速率遠高于其他細胞，但ATP的生成量卻遠低于其他細胞。據(jù)此推知，雪滴蘭的花序細胞(　　) A．依靠無氧呼吸為生命活動供能 B．比其他細胞消耗的ATP更少些 C．ATP合成受到了溫度的影響 D．呼吸作用過程中釋放的熱能比較多 解析：選D　開花時花序細胞的耗氧速率遠高于其他細胞，說明花序細胞主要依靠有氧呼吸為生命活動供能，但ATP的生成量卻遠低于其他細胞，說明呼吸作用過程中釋放的能量轉移到ATP的很少，較多以熱能的形式釋放，以適應寒冷環(huán)境。 2．(2017全國卷Ⅲ)植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯誤的是(　　) A．類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應中ATP的合成 B．葉綠素的吸收光譜可通過測量其對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．葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的 解析：選A　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光；葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制；作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應來繪制的，因此可用CO2吸收速率隨光波長的變化來表示；葉綠素吸收640～660 nm的紅光，導致水光解釋放O2。 3．如圖表示光照下葉肉細胞中甲、乙兩種細胞器間的氣體交換。下列有關此圖的敘述，正確的是(　　) A．甲結構可進行完整的細胞呼吸 B．甲、乙結構可為對方提供ATP C．若O2全部被甲結構利用，則光合速率與呼吸速率一定相同 D．限制甲、乙結構代謝的主要環(huán)境因素不同 解析：選D　分析題圖可知，甲為線粒體，乙為葉綠體。線粒體是有氧呼吸的主要場所，但只能完成有氧呼吸的第二和第三階段；葉綠體產(chǎn)生的ATP主要供給本身的暗反應；若線粒體除了利用了葉綠體產(chǎn)生的全部O2，還從環(huán)境中吸收O2，則光合速率小于呼吸速率；限制線粒體代謝的主要環(huán)境因素為O2，限制葉綠體代謝的主要環(huán)境因素為光照、CO2。 4．如圖表示芍藥葉肉細胞光合作用和細胞呼吸過程中CO2和[H]的變化，下列相關敘述正確的是(　　) A．過程①發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上，過程④發(fā)生在線粒體的內膜上 B．過程⑦發(fā)生在線粒體中 C．過程⑤⑥均需要[H]和ATP的參與 D．過程①③產(chǎn)生的[H]是相同的物質，過程⑧在線粒體中進行 解析：選A　過程①表示光合作用的光反應，發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上，過程④表示有氧呼吸的第三階段，發(fā)生在線粒體的內膜上；過程⑦表示細胞呼吸的第一階段，發(fā)生在細胞質基質中；過程⑤是CO2的固定，不需要[H]和ATP的參與；過程①③產(chǎn)生的[H]是不同的物質，過程⑧是有氧呼吸的第二階段，發(fā)生在線粒體中。 5．三倍體西瓜由于含糖量高且無籽，備受人們青睞。下圖是三倍體西瓜葉片凈光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)與胞間CO2濃度(Ci)的日變化曲線，以下分析正確的是(　　) A．與11：00時相比，13：00時葉綠體中合成C3的速率相對較高 B．14：00后葉片的Pn下降，導致植株積累有機物的量開始減少 C．17：00后葉片的Ci快速上升，導致葉片暗反應速率遠高于光反應速率 D．葉片的Pn先后兩次下降，主要限制因素分別是CO2濃度和光照強度 解析：選D　與11：00時相比，13：00時胞間CO2濃度較低，據(jù)此可推知，葉綠體中合成C3的速率相對較低；14：00后葉片的Pn下降，但仍然大于0，說明植株體內仍然在積累有機物，植株積累有機物的量還在增加，只是增加的速率變慢；17：00后，雖然葉片的Ci快速上升，但由于光照強度較低，光反應產(chǎn)生的[H]和ATP減少，導致葉片暗反應速率下降；葉片的Pn先后兩次下降，第一次主要原因是中午時葉片部分氣孔關閉導致CO2吸收量減少，第二次下降的主要原因是光照強度減弱導致光合速率下降。 6．某實驗小組研究溫度對水綿光合作用和呼吸作用的影響，實驗結果如圖所示，據(jù)圖分析下列有關說法正確是(　　) A．據(jù)圖可知，水綿細胞呼吸作用的最適溫度為35 ℃ B．圖中水綿細胞積累有機物速率最大時的溫度是25 ℃ C．每天光照10 h，最有利于水綿生長的溫度是25 ℃ D．在5 ℃時，水綿細胞產(chǎn)生O2的速率是消耗O2的速率的2倍 解析：選B　圖中縱坐標表示光照下吸收CO2的量(即凈光合速率)或黑暗中釋放CO2的量(即呼吸速率)。據(jù)圖示可知在5～35 ℃之間，隨溫度升高呼吸作用逐漸增強，由于缺少高于35 ℃條件下水綿細胞的呼吸作用的數(shù)據(jù)，因此，不能說明水綿細胞呼吸作用的最適溫度為35 ℃。水綿細胞積累有機物的速率是指凈光合速率，從圖中可以看出，在25 ℃時水綿細胞在光照下吸收CO2的量最高，即積累有機物的速率最大。每天光照10 h，最有利于水綿生長的溫度應是20 ℃，因為在20 ℃時，每天光照10 h，一晝夜水綿積累的有機物最多，為11.5 mg(3.2510－1.514＝11.5，用CO2吸收速率表示)。在5 ℃ 時，水綿細胞產(chǎn)生O2的速率是1.5 mg/h(用CO2吸收速率表示)，消耗O2的速率是0.5 mg/h(用CO2釋放速率表示)，可知水綿細胞產(chǎn)生O2的速率是消耗O2的速率的3倍。 7．(2019屆高三徐州質檢)下圖甲為光合作用最適溫度條件下，植物光合速率測定裝置圖，圖乙中a、b為測定過程中某些生理指標相對量的變化。下列說法錯誤的是(　　) A．圖甲裝置在較強光照下有色液滴向右移動，再放到黑暗環(huán)境中有色液滴向左移動 B．若將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數(shù)為1%的NaOH溶液，其他條件不變，則植物幼苗葉綠體產(chǎn)生NADPH的速率將不變 C．一定光照條件下，如果再適當升高溫度，真光合速率會發(fā)生圖乙中從b到a的變化，同時呼吸速率會發(fā)生從a到b的變化 D．若圖乙表示甲圖植物光合速率由a到b的變化，則可能是適當提高了CO2緩沖液的濃度 解析：選B　圖甲裝置在較強光照下，植物光合作用強度大于細胞呼吸強度，植物所需CO2由CO2緩沖液提供，而產(chǎn)生的O2會使裝置中氣體體積增大，因此有色液滴向右移動，如果再放到黑暗環(huán)境中，植物呼吸消耗O2而產(chǎn)生的CO2又被CO2緩沖液吸收，因此有色液滴向左移動。若將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數(shù)為1%的NaOH溶液，雖然光照條件不變，但由于無CO2提供，暗反應不能為光反應提供ADP與NADP＋等物質，從而影響光反應的進行，產(chǎn)生NADPH的速率將下降。在光合作用最適溫度時再升高溫度，與光合作用有關的酶活性會下降，真光合速率下降，而一般情況下與細胞呼吸有關的酶的最適溫度較高，此時酶活性會隨溫度升高而升高，因此呼吸速率會升高。光合速率由a到b變化，說明光合速率升高了，影響光合速率的因素有光照強度、CO2濃度、溫度等，適當提高CO2濃度會增大光合速率。 8.(2018南通、泰州一模)如圖是探究酵母菌無氧呼吸產(chǎn)物的實驗裝置，甲瓶中加入10 g酵母菌和240 mL葡萄糖溶液，乙瓶中加入澄清石灰水。下列相關敘述正確的是(　　) A．甲瓶中加入酵母菌和葡萄糖溶液后應立即與乙瓶相連通 B．使乙瓶中澄清石灰水變混濁的CO2來自酵母菌線粒體 C．實驗中需控制葡萄糖溶液的濃度以保證酵母菌正常的活性 D．該實驗結果說明酵母菌只有在無氧呼吸時才能產(chǎn)生酒精 解析：選C　甲瓶中加入酵母菌和葡萄糖溶液后需反應一段時間再與乙瓶相連，目的是確保通入澄清石灰水的CO2都是由無氧呼吸產(chǎn)生的；酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生CO2的場所為細胞質基質；葡萄糖溶液濃度過大會導致酵母菌過度失水死亡；本實驗沒有進行有氧呼吸的對比，且沒有檢測是否產(chǎn)生酒精，不能確定只有在無氧呼吸時才能產(chǎn)生酒精。 9．某校生物興趣小組以玉米為實驗材料，研究不同條件下光合速率與呼吸速度，繪制了如圖所示的四幅圖，哪幅圖中“a”點不能表示光合速率等于呼吸速率(　　) 解析：選C　A項圖中的a點表示光合速率和呼吸速率相等；B項圖中的上升支代表呼吸速率大于光合速率，導致溫室內空氣中CO2濃度上升，下降支表示呼吸速率小于光合速率，導致溫室內空氣中CO2濃度下降，a點(拐點)表示呼吸速率等于光合速率；C項圖中光照下CO2的吸收量代表凈光合速率，黑暗下CO2的釋放量代表呼吸速率，故a點表示呼吸速率等于凈光合速率；D項圖中的曲線代表凈光合速率，a點時CO2的吸收量為0，即凈光合速率為0，表示此時呼吸速率等于光合速率。 10.某突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半，但固定CO2酶的活性顯著高于野生型。如圖顯示兩者在不同光照強度下的CO2吸收速率。敘述錯誤的是(　　) A．光照強度低于P時，突變型的光反應強度低于野生型 B．光照強度高于P時，突變型的暗反應強度高于野生型 C．光照強度低于P時，限制突變型光合速率的主要環(huán)境因素是光照強度 D．光照強度高于P時，限制突變型光合速率的主要環(huán)境因素是CO2濃度 解析：選D　光照強度低于P時，光反應強度受葉綠素含量影響較大，突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半，故其光反應強度低于野生型。光照強度高于P時，暗反應強度受固定CO2酶的影響較大，突變型水稻葉片的固定CO2酶的活性顯著高于野生型，故其暗反應強度高于野生型。光照強度低于P時，限制光合速率的主要環(huán)境因素是光照強度。P點并未達到突變型水稻光合作用的光飽和點，故光照強度高于P小于光飽和點時，限制光合速率的主要環(huán)境因素是光照強度，當光照強度大于光飽和點時，限制光合速率的主要環(huán)境因素是CO2濃度。 11．(2018徐州模擬，多選)下圖表示菠菜葉肉細胞光合與呼吸過程中碳元素和氫元素的轉移途徑，其中①～⑥代表有關生理過程。相關敘述正確的是(　　) A．過程①②③不在生物膜上進行 B．參與過程②③⑤的酶種類相同 C．過程②③④⑤都有ATP產(chǎn)生 D．過程③產(chǎn)生的[H]不全都來自丙酮酸 解析：選ACD　過程①是光合作用的暗反應階段，發(fā)生在葉綠體基質，過程②是有氧呼吸的第一個階段，場所是細胞質基質，過程③是有氧呼吸的第二階段，場所是線粒體基質，因此過程①②③不在生物膜上進行；過程②③為有氧呼吸的第一、二階段，參與的酶都為呼吸酶，過程⑤為光合作用的光反應階段，參與的酶為光合酶，因此過程②③⑤所需酶種類不同；過程②③④為有氧呼吸的三個階段，均有ATP產(chǎn)生，過程⑤為光合作用的光反應階段，也會產(chǎn)生ATP；過程③為有氧呼吸第二階段，反應物是丙酮酸與水，產(chǎn)生CO2和[H]，釋放少量能量，產(chǎn)生的[H]部分來自丙酮酸，部分來自水。 12．(多選)某興趣小組研究綠竹筍的保鮮方法，將新采摘的綠竹筍做如圖所示處理后，用一定濃度的殼聚糖涂抹，再將其裝箱。每種處理取3株竹筍，測其呼吸速率。下列有關敘述正確的是(　　) A．可以用O2的釋放量或CO2的吸收量作為呼吸速率的指標 B．裝箱初期，乙的呼吸速率低于甲的原因是酶的活性較低 C．與乙相比，丙還可以減少O2進入細胞，進一步降低有機物消耗 D．常溫下不利于竹筍的保鮮 解析：選BCD　可以用O2的吸收量或CO2的釋放量作為呼吸速率的指標；裝箱初期，乙冰水浴溫度低于甲常溫，酶的活性較低，呼吸速率低；與乙相比，丙的呼吸速率較低，可減少O2進入細胞，進一步降低有機物消耗；常溫下不利于竹筍的保鮮。 二、非選擇題 13．(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)光照強度達到一定數(shù)值時，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，常用的有機溶劑是________。 解析：(1)根據(jù)題圖中的曲線可知，A葉片凈光合速率最大時，對應的光照強度約為 1 200 μmolm－2s－1，B葉片凈光合速率最大時，對應的光照強度至少為2 000 μmolm－2s－1，即A葉片的凈光合速率達到最大時所需的光照強度低于B葉片，因此A葉片位于樹冠下層。(2)當光照強度達到一定數(shù)值時，A葉片的放氧速率不變，但凈光合速率下降，可能原因是光合作用的暗反應受到抑制。(3)常用的提取葉綠素的有機溶劑是無水乙醇。 答案：(1)下層　A葉片的凈光合速率達到最大時所需光照強度低于B葉片　(2)暗　 (3)無水乙醇 14．(2018蘇北四市一模)圖1表示某綠色植物葉肉細胞中進行的兩個相關的生理過程，其中a～f表示物質，甲和乙表示兩種細胞器；圖2表示在不同條件下測定該植物葉片質量變化情況(均考慮為有機物的重量變化)。請據(jù)圖分析回答： (1)圖1中b物質為________、________；生成c物質的過程稱為____________；e物質被徹底分解的場所是乙中的__________。 (2)圖2中，影響A、B兩點光合速率的主要因素是______________。A點時，氣體a的釋放速率________(填“大于”“等于”或“小于”)氣體f的釋放速率。 (3)在圖2兩種溫度下，若給該植物12 h C點對應的光照和12 h黑暗處理，則一晝夜中，溫度恒定為________℃時有機物積累最多，相比另一溫度下多出了________g。 解析：(1)分析圖1可知，a～f分別表示O2、[H]和ATP、C3、C5、C3H4O3(丙酮酸)、CO2；C5和CO2生成C3的過程稱為CO2的固定；C3H4O3(丙酮酸)在線粒體基質中被徹底分解。(2)由圖2可知，A、B兩點溫度相同，影響A、B兩點光合速率的主要因素是光照強度。A點時，有機物的重量變化為0，此時光合速率等于呼吸速率，即光合作用釋放O2的速率等于呼吸作用釋放CO2的速率。(3)圖2中C點時，兩種溫度下積累的有機物量相等，但溫度為15 ℃時呼吸速率少了2 gh－1,12 h黑暗處理后積累的有機物多了122＝24(g)。 答案：(1)[H]　ATP　CO2的固定　基質　(2)光照強度　等于　(3)15　24 15．有學者對華北某地大棚栽培的某葡萄品種在夏季的光合速率日變化規(guī)律進行了研究，結果如表所示。請回答下列問題： 時間 葉片光合速率 (μmolm－2 s－1) 葉面光照強度 (μmolm－2 s－1) 葉溫 (℃) 棚內CO2濃度 (mgkg－1) 氣孔導度 (μmolm－2 s－1) 7：00 13.8 16.8 20.0 827.9 458.7 9：00 36.9 329.9 27.2 518.9 391.3 11：00 8.41 384.4 32.9 193.2 244.7 13：00 12.1 680.5 35.9 312.5 244.7 15：00 13.9 58.7 30.9 333.9 283.5 17：00 10.1 31.8 27.1 338.9 216.5 (1)在7：00～9：00，________________________上升，且__________較高，促使葉片光合速率不斷升高。 (2)在9：00～11：00通常是露地葡萄光合作用最旺盛的時間段，而大棚葡萄在9：00～11：00的葉片光合速率不僅沒有上升反而下降，這是因為_________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (3)在13：00時，采用通風操作，提升了棚內CO2濃度，從而提高了光合速率，該過程中CO2被固定為______________的量增加，該產(chǎn)物被還原后大部分運至葉綠體外且轉變成蔗糖，供植物體細胞利用。 (4)如圖是測定葡萄葉片光合速率的實驗裝置，該裝置直接測的是葡萄葉片的________(填“凈光合速率”或“總光合速率”)，若要測定葡萄葉片的呼吸速率，則應將裝置置于________環(huán)境測量CO2濃度的變化。 解析：(1)據(jù)表分析，在7：00～9：00時，葉面光照強度和葉溫不斷上升，棚內CO2濃度較高，葉片光合速率不斷升高。(2)由于大棚內旺盛的光合作用消耗了大量的CO2，從而使大棚內CO2濃度迅速下降，且氣孔導度有所降低，造成CO2供應不足，從而抑制了光合作用，所以大棚葡萄在9：00～11：00時的葉片光合速率不僅沒有上升反而下降。(3)提高CO2濃度，其固定加快，三碳化合物合成增多，三碳化合物在葉綠體內會被還原為糖類，作為合成其他物質的原料，或被運至葉綠體外轉變成蔗糖，供植物體細胞利用。(4)裝置中測得的是光合作用CO2吸收量和呼吸作用CO2產(chǎn)生量的差值，故測定的是凈光合速率，若要測定總光合速率，還需要測定呼吸速率，測定呼吸速率時需要將該裝置置于黑暗環(huán)境中，測量CO2濃度的變化。 答案：(1)葉面光照強度和葉溫　棚內CO2濃度 (2)旺盛的光合作用消耗了大量的CO2，從而使大棚內CO2濃度迅速下降，且氣孔導度有所降低，造成CO2供應不足抑制了光合作用　(3)三碳化合物　(4)凈光合速率　黑暗 16．如圖是某生物興趣小組設計的測量某種陽生花卉光合速率的密閉裝置。已知有三套完全相同的該裝置，裝置a置于適宜光照、25 ℃條件下，裝置b置于自然環(huán)境下，裝置c置于黑暗、25 ℃條件下，同時將生理狀況一致的三盆植物分別置于三種環(huán)境的裝置中，起始液滴對應的數(shù)據(jù)均為零，氧傳感器(測定裝置內的氧含量)數(shù)據(jù)顯示屏上的數(shù)據(jù)均為E。測量數(shù)據(jù)的時間適宜且三套裝置同時測量，并記錄相關數(shù)據(jù)?；卮鹨韵聠栴}： (1)裝置a的液滴________(填“向左移”“向右移”或“不移動”)，測量數(shù)據(jù)可反映出____________的大小。 (2)影響裝置b光合速率的外界因素有__________________________________________。 (3)裝置c中植物細胞內能產(chǎn)生ATP的場所有______________________，該裝置可用于測量__________________。 (4)適宜時間后，裝置a與裝置c刻度尺上反映的數(shù)據(jù)分別為M、N，數(shù)據(jù)顯示屏上的數(shù)據(jù)分別是P、Q，利用這兩套裝置測量該花卉的總光合速率時，下列可用的數(shù)據(jù)有________(填序號)。 ①|M|－|N|?、趞M|＋|N|?、踻P|－|Q|?、軀P|＋|Q|?、輡P|－|Q|－2|E|?、迀P|＋|Q|－2|E| (5)利用該裝置探究光照強度對該花卉光合速率的影響時，無關變量是________。 解析：(1)裝置a置于適宜光照強度下，CO2濃度和溫度恒定，光合速率應大于呼吸速率，故容器內氣體總量會增加，液滴應向右移，測量的數(shù)據(jù)反映的是凈光合速率。(2)裝置b置于自然環(huán)境下，溫度和光照強度是變化的，所以影響該植物光合作用的外界因素為溫度和光照強度。(3)裝置c置于黑暗條件下，該植物不能進行光合作用，但可以進行呼吸作用，故產(chǎn)生ATP的場所只有細胞質基質和線粒體?？赏ㄟ^檢測裝置內氧氣的減少量來測量呼吸速率。(4)總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，M可反映凈光合速率，而N可反映呼吸速率，故總光合速率＝|M|＋|N|；|P|－|E|可反映凈光合速率，|E|－|Q|可反映呼吸速率，故總光合速率＝(|P|－|E|)＋(|E|－|Q|)＝|P|－|Q|。(5)該套裝置內CO2濃度等都是固定的，可變的只有溫度和光照強度，其中光照強度是自變量，溫度是無關變量。 答案：(1)向右移　凈光合速率　(2)溫度和光照強度 (3)細胞質基質和線粒體　呼吸速率　(4)②③　(5)溫度