高中生物專題05 細胞呼吸和光合作用-備戰(zhàn)2021年高考生物專題提分攻略（原卷版）

第5章細胞呼吸和光合作用一、基礎知識必備1、有氧呼吸（1）概念:細胞在氧的參與下,通過多種酶的催化作用,把葡萄糖等有機物徹底氧化分解,產生二氧化碳和水,釋放能量,生成大量ATP的過程。（2）過程階段具體過程發(fā)生場所與氧的關系第一階段C6H12O6→2丙酮酸+4[H]+ATP(少)細胞質基質無關第二階段2丙酮酸+6H2O→6CO2+20[H]+ATP(少)線粒體基質無關第三階段6O2+24[H]→12H2O+ATP(大量)線粒體內膜必須有氧（3）反應式C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量2、無氧呼吸（1）概念:細胞在無氧條件下,通過多種酶的催化作用,把葡萄糖等有機物不徹底地氧化分解,產生C2H5OH(乙醇)和CO2或C3H6O3(乳酸),釋放出少量能量,生成少量ATP的過程。（2）過程階段具體過程發(fā)生場所第一階段C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+ATP(少量)細胞質基質第二階段2C3H4O3+4[H]→2C2H5OH(酒精)+2CO2或者2C3H4O3+4[H]→2C3H6O3(乳酸)（3）反應式(1)無氧呼吸產生酒精的反應式:C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+少量能量。(2)無氧呼吸產生乳酸的反應式:C6H12O6→2C3H6O3+少量能量。二、通關秘籍1、有氧呼吸過程中各元素的去向反應物中的葡萄糖、水、氧氣分別在第一、二、三階段被利用。產物中的二氧化碳和水分別在第二、三階段形成。應用分析用“創(chuàng)可貼”等敷料包扎傷口既為傷口敷上了藥物,又為傷口創(chuàng)造了疏松透氣的環(huán)境,避免厭氧病原菌的繁殖,有利于傷口的痊愈板結的土壤要及時松土透氣使根細胞進行有氧呼吸,有利于根系的生長和對無機鹽的吸收。松土透氣還有利于土壤中好氧微生物的生長繁殖,促使微生物對有機物的分解,有利于植物對無機鹽的吸收稻田需要定期排水水稻的根細胞比較適應無氧呼吸,但仍然需要進行有氧呼吸,所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧氣不足,水稻的根細胞進行酒精發(fā)酵,時間一長酒精就會對根細胞產生毒害作用傷口較深時需到醫(yī)院治療破傷風是由破傷風芽孢桿菌引起的。較深的傷口里缺少氧氣,破傷風芽孢桿菌在厭氧環(huán)境中生存并大量繁殖提倡慢跑等有氧運動有氧運動是指在人體細胞充分獲得氧的情況下所進行的體育鍛煉。相反,無氧運動中,肌細胞因氧氣不足,要靠乳酸發(fā)酵來獲取能量,因為乳酸能夠刺激肌細胞周圍的神經末梢,所以這時人會有肌肉酸脹、乏力的感覺三、基礎知識必備1、葉綠體的結構及其中的色素（1）.葉綠體的結構和功能分析表名稱葉綠體分布主要存在于綠色植物的葉肉細胞和幼莖的皮層細胞中形態(tài)扁平的橢球形或球形結構雙層膜內含有幾個到幾十個基粒(由許多片層結構的薄膜堆疊而成),基粒之間充滿了基質主要成分類囊體的薄膜上分布有進行光合作用所需的色素和酶,基質中有進行光合作用所需的酶,及少量的DNA和RNA功能葉綠體中的色素能吸收、傳遞和轉化光能,葉綠體是真核生物進行光合作用的場所圖示①外膜,②內膜,③基粒,④基質（2）葉綠體中的色素及色素的吸收光譜2、實驗:葉綠體色素的提取和分離（1）實驗原理綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑(無水乙醇或丙酮)中,因此,可以用無水乙醇等有機溶劑來提取葉綠體中的色素。根據綠葉中色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快,從而在擴散過程中將色素分離開來。（2）實驗流程3、光合作用（1）光合作用的概念綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物,并且釋放出氧氣的過程。（2）光合作用的過程比較項目光反應暗反應過程模型實質光能轉換為化學能,并放出O2同化CO2形成有機物(酶促反應)時間短促,以微秒計較緩慢條件色素、光、酶、水、ADP、Pi多種酶、ATP、[H]、CO2、C5場所在葉綠體內的類囊體薄膜上進行在葉綠體基質中進行物質轉化(1)水的光解:2H2O→4[H]+O2；(2)ATP的合成:ADP+Pi+能→ATP(1)CO2的固定:CO2+C5→2C3;(2)C3的還原:2C3→(CH2O)+C5能量轉化光能→ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能關系(1)光反應為暗反應提供[H]和ATP;暗反應為光反應提供ADP和Pi；(2)沒有光反應,暗反應無法進行;沒有暗反應,有機物無法合成；(3)光反應是暗反應的物質和能量準備階段,暗反應是光反應的繼續(xù),是物質和能量轉化的完成階段。四、通關秘籍1、不同顏色溫室大棚的光合效率（1）無色透明大棚能透過日光中各種色光,有色大棚主要透過同色光,其他光被其吸收,所以無色透明的大棚中植物的光合效率最高。（2）葉綠素對綠光吸收最少,因此綠色塑料大棚中植物的光合效率最低。（3）不同顏色的溫室大棚光合效率不同,單色光中,紅光下光合速率最快,藍紫光次之,綠光最差。2、葉綠體的結構與其功能相適應(1)葉綠體內有許多基粒和類囊體,擴大了受光面積,類囊體的薄膜上還分布著許多吸收光能的色素分子,便于光能的吸收。(2)類囊體的薄膜上以及葉綠體基質內分布著多種光合作用所必需的酶,有利于光合作用的進行。2、影響光合作用的因素（1）光照強度:直接影響光反應的速度,光反應產物[H]和ATP的數量多少會影響暗反應的速度。（2）溫度:影響光合作用過程,特別是影響暗反應中酶的催化效率,從而影響光合速率。（3）CO2濃度:CO2是暗反應的原料,CO2濃度高低直接影響光合速率。（4）礦質元素:礦質元素直接或間接影響光合作用。例如鎂是葉綠素的組成成分,氮對酶的含量有影響,磷是ATP的組成成分。（5）水分:水既是光合作用的原料之一,又是植物體內各種化學反應的介質,另外還能影響氣孔的開閉,間接影響CO2進入植物體。（6）日變化:光合速率在一天中有變化,一般與太陽輻射進程相符合,但也有例外,如炎熱夏天,中午前后光合速率下降(氣孔關閉,CO2供給不足)。五、知識網絡構建選擇題1.下列關于葉綠體和線粒體比較的敘述,正確的是()A.ATP和[H]在葉綠體中隨水的分解而產生,在線粒體中隨水的生成而產生B.都具有較大膜面積和復雜的酶系統(tǒng),有利于新陳代謝高效而有序地進行C.光能轉變成化學能發(fā)生在葉綠體中,化學能轉變成光能發(fā)生在線粒體中D.葉綠體中可發(fā)生CO2→C3→C6H12O6,在線粒體中則會發(fā)生C6H12O6→C3→CO22.(2019河北安平中學檢測)下圖表示葉肉細胞內的部分代謝過程,下列敘述錯誤的是()A.過程①表示光合作用的暗反應,該過程不需要光照B.過程②發(fā)生在細胞質基質中,活細胞內都能進行C.過程③表示有氧呼吸第二階段,無氧條件下能持續(xù)進行D.過程③產生的[H]、ATP一般不用于過程①3.(2019全國Ⅲ理綜)若將n粒玉米種子置于黑暗中使其萌發(fā),得到n株黃化苗。那么,與萌發(fā)前的這n粒干種子相比,這些黃化苗的有機物總量和呼吸強度表現為()A.有機物總量減少,呼吸強度增強B.有機物總量增加,呼吸強度增強C.有機物總量減少,呼吸強度減弱D.有機物總量增加,呼吸強度減弱4.將某綠色植物放在特定的實驗裝置中,研究溫度對光合作用和細胞呼吸的影響(其他實驗條件都是理想的),實驗以CO2的吸收量與釋放量為指標。實驗結果如下表所示:溫度/℃5101520253035光照下吸收1.001.752.503.253.753.503.00黑暗中釋放0.500.751.001.502.253.003.50下面對該表數據分析正確的是()A.晝夜不停地光照,在35℃時該植物不能生長B.晝夜不停地光照,在20℃時該植物生長得最快C.每天光照12h,20℃時該植物積累有機物最多D.每天光照12h,30℃時積累的有機物是10℃時的2倍5.(2017全國Ⅲ理綜)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640~660nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的6.在CO2濃度為0.03%和適宜的恒定溫度條件下,測定植物甲和植物乙在不同光照條件下的光合速率,結果如下圖。下列有關分析正確的是()A.當光照強度為1klx時,植物甲開始進行光合作用B.當光照強度為3klx時,植物乙的總光合速率是0C.若在C點時突然停止CO2供應,短時間內植物甲的葉綠體中C3的含量會增加D.D點時限制植物乙的光合速率增大的主要環(huán)境因素是CO2的濃度7．[2020·廣東中山測試]下圖所示為自然狀態(tài)下甘蔗一個葉肉細胞內的系列反應過程，下列有關說法正確的是()A．過程①中類胡蘿卜素主要吸收的是紅外光和藍紫光B．過程②只發(fā)生在葉綠體基質，過程③不只發(fā)生在線粒體中C．過程③釋放的能量大部分儲存于ATP中D．過程④釋放的能量可以用于ATP的合成8．[2020·湖北黃岡聯考]下圖表示萌發(fā)的小麥種子中可能發(fā)生的相關生理過程，a～e表示物質，①～④表示過程。下列有關敘述正確的是()A．催化反應②和④的酶都存在于細胞質基質中B．圖中物質c為[H]，它只在有氧呼吸過程中產生C．圖中①②過程主要發(fā)生在小麥種子萌發(fā)的早期，其中e為ATPD．①④③過程為有氧呼吸的三個階段，其中物質a、d分別是丙酮酸和O29．如圖表示某一植物的非綠色器官在不同的O2濃度下氣體交換的相對值的變化，下列有關敘述正確的是()A．圖中曲線QR段下降的主要原因是O2濃度增加，有氧呼吸受到抑制B．以葡萄糖為底物的情況下，Q點只進行無氧呼吸，P點只進行有氧呼吸C．若圖中AB段與BC段的長度相等，此時有氧呼吸消耗的葡萄糖量等于無氧呼吸消耗的葡萄糖的量D．O2濃度調節(jié)到P點對應的濃度，更有利于水果的運輸10．[2020·河北唐山考試]運動生物化學研究發(fā)現：在跑步開始的5分鐘內，心跳顯著增快，心臟泵血加劇，但其程度是不均勻的，被稱為“心臟適應期”。跑步持續(xù)5分鐘后，心臟已經適應，心搏有力，泵血均勻，并隨時根據運動量的大小作出相應的調整。在跑步20分鐘以內，提供能量的主要是體內儲存的糖原，跑步20分鐘以后，糖原大部分被消耗，供能的主要來源轉變?yōu)轶w內的脂肪。下列相關敘述與事實不相符的是()A．在有氧運動中，糖和脂肪都能分解，產生二氧化碳和水B．有氧運動中脂肪氧化供能比等量糖類氧化供能耗氧量少C．以鍛煉心肺功能為目的的跑步，時間不應少于5分鐘D．以減肥健美為目的的跑步，時間不應少于20分鐘11．(2020·衡水中學月考)為了測量某植物的光合速率，在不同溫度條件下，給植物一定強度的光照，植物的初始質量為M，光照12h后質量為M＋X，再黑暗處理12h后，其質量為M＋Y。不同溫度條件下測定的X和Y如表所示(M、X、Y為植物體干重量)。下列敘述錯誤的是()溫度/℃1520253035X/g1.02.43.24.84.0Y/g0.41.62.13.22.0A.該植物的總光合速率可表示為(2X－Y)/12B．適當延長光照和黑暗處理時間可減少實驗誤差C．該植物置于30℃的光照環(huán)境下比較有利于有機物的積累D．在15～35℃的溫度范圍內，細胞呼吸速率先上升后下降12．(2020·張家口檢測)下圖表示適宜條件下玉米葉肉細胞發(fā)生的部分代謝過程示意圖，其中A～D為不同的反應過程，①～④代表不同的物質。下列相關敘述有誤的是()A．A、B過程最終把光能轉變成有機物中穩(wěn)定的化學能，發(fā)生在葉綠體B．C、D過程把穩(wěn)定的化學能轉變成活躍的化學能，主要場所是線粒體C．適宜條件下，①物質產生后，除部分釋放外，其余的在線粒體內膜參與生成H2OD．NADPH轉化形成的②物質積累到一定程度時，會轉移至線粒體被還原三、非選擇題13.科研人員對獼猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性進行了系列研究。圖1為光合放氧測定裝置示意圖,圖2為不同光照條件下果肉隨時間變化的光合放氧曲線。請回答下列問題。圖1圖2(1)取果肉薄片放入含乙醇的試管,并加入適量,以防止葉綠素降解。長時間浸泡在乙醇中的果肉薄片會變成白色,原因是。

(2)圖1中影響光合放氧速率的因素有。氧電極可以檢測反應液中氧氣的濃度,測定前應排除反應液中的干擾。

(3)圖1在反應室中加入NaHCO3的主要作用是。若提高反應液中NaHCO3濃度,果肉放氧速率的變化是(填“增大”“減小”“增大后穩(wěn)定”或“穩(wěn)定后減小”)。

(4)圖2中不同時間段曲線的斜率代表光合放氧的速率,對15~20min曲線的斜率幾乎不變的合理解釋是;若在20min后停止光照,則短時間內葉綠體中含量減少的物質有(填序號:①C5②ATP

③[H]④C3),可推測20~25min曲線的斜率為(填“正值”“負值”或“零”)。

14.(2019河北示范性高中4月聯考)某生物興趣小組在探究多種環(huán)境因素對水稻光合作用影響的活動中,測得水稻吸收(用“+”表示)或釋放(用“-”表示)CO2的速率(單位:m·h-1)隨溫度變化的部分數據如下表所示。請回答下列問題。組別條件溫度10℃20℃30℃35℃40℃45℃A黑暗-5-10-18-34-40-34B適當遮陰,CO2濃度為0.03%350-16-24-24C全光照,CO2濃度為0.03%58420-14D全光照,CO2濃度為1.22%10204028120(1)A組數據可表示水稻的隨溫度變化的情況。由表中數據可知,影響水稻光合速率的外界因素有

。

(2)分析表中數據可知,在相同溫度下,C組的光合速率明顯高于B組的,其原因是。(3)若對水稻進行光照、黑暗處理各12h,根據表格中信息,應選擇光照為、CO2濃度為、光照下溫度為和黑暗下溫度為的條件,以保證水稻中有機物的積累量最多。

15.(2018全國Ⅱ理綜)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,結果如下圖所示,據圖回答問題。(1)從圖可知,A葉片是樹冠(填“上層”或“下層”)的葉片,判斷依據是。

(2)光照強度達到一定數值時,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。

16．植物的光合作用是合成有機物的主要途徑。下圖一是光合作用過程示意圖，其中A、B、C代表物質；圖二表示在不同條件下某植株的光合作用速率。請據圖分析回答：(1)圖一中A代表的物質是______________________________________________________________。(2)充足光照下，光合作用利用的CO2主要來自______，也有部分是由細胞的________(填場所)產生的。(3)磷酸轉運器能將磷酸丙糖運出的同時將無機磷酸等量運入葉綠體。當細胞質基質中無機磷酸相對含量降低時，________(填“促進”或“抑制”)磷酸丙糖的外運，同時______________________的合成量增加。(4)圖二是利用密閉大棚進行實驗所得結果，這一實驗過程中的自變量有____________________；30℃時，給提供飽和CO2濃度的大棚通風，圖一中C物質合成速率________(填“增加”“減小”或“不變”)。(5)冬季晴天大棚蔬菜的生產除了應適當升溫外，還可采取施用有機肥的方法達到增產的目的，原因是______________________________________________________________________________________。17．[2020·安徽滁州調研]玉米與其他植物間行種植稱為間作，單獨種植玉米稱為單作。玉米與大豆間作可增產(已知玉米株高大于大豆)。下圖是玉米與大豆間作和玉米單作在不同光照強度下測得的單株玉米吸收CO2的速率(假設間作與單作農作物間的株距、行距均相同)。請分析回答下列問題：(1)光照強度為a時，間作和單作光合速率無明顯差別，導致該現象的主要原因是________________。(2)光照強度為c時，間作的光合速率比單作高，從環(huán)境角度分析，間作時對________和________的利用優(yōu)于單作。(3)光照強度為b時，單作玉米的葉綠體固定CO2的速率為________μmol·m－2·s－1。(4)光照強度為d時，玉米間作時平均每個葉肉細胞中產生[H]和ATP的量比單作時______(多、少、相等)。18．下圖為某植物葉肉細胞中有關甲、乙兩種細胞器的部分物質及能量代謝途徑示意圖(NADPH指[H])，請回答下列問題：(1)甲可以將光能轉變?yōu)榛瘜W能，參與這一過程的兩類色素為______________________，其中大多數高等植物的______________________需在光照條件下合成。(2)在甲發(fā)育形成過程中，細胞核編碼的參與光反應中心的蛋白，在細胞質中合成后，轉運到甲內，在__________________________(填場所)組裝；核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉運到甲內，在____________________________(填場所)組裝。(3)甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為____________________________后進入乙，繼而在乙的____________________________(填場所)徹底氧化分解成CO2；甲中過多的還原能可通過物質轉化，在細胞質中合成NADPH，NADPH中的能量最終可在乙的______________________(填場所)轉移到ATP中。(4)乙產生的ATP被甲利用時，可參與的代謝過程包括__________________________(填序號)。①C3的還原②內外物質運輸③H2O裂解釋放O2④酶的合成19．[2019·全國卷Ⅰ]將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小?；卮鹣铝袉栴}。(1)經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力________________________。(2)與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會________________________，出現這種變化的主要原因是________________________。(3)有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。20．(2020·山東等級考)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是________，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為_______。(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發(fā)生改變，原因是______________________________________。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是____________________________________________________。(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________。人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應用前景。21．某研究小組為探究CO2濃度和光照強度對天竺葵植株光合作用的綜合影響，他們設計了如下圖所示的實驗裝置若干組，利用緩沖液維持密閉小室內CO2濃度的相對恒定，在室溫25℃的標準狀態(tài)下進行了一系列的實驗，對相應裝置準確測量的結果如下表所示?；卮鹨韵聠栴}：甲組別實驗條件液滴移動(mL/h)光照強度(lx)CO2(%)100.05