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专题3 细胞呼吸与光合作用
(B卷)
(45分钟 100分)
一、单项选择题(共6小题,每小题8分,共48分)
1.(新题预测)有学者欲研究影响玉米根尖细胞线粒体耗氧速率的因素,按图示顺序依次向测定仪中加入线粒体及相应物质,测定氧气浓度的变化,结果如图(注:图中呼吸底物是指在呼吸过程中被氧化的物质)。下列分析正确的是 ( )
A.实验中加入的呼吸底物是葡萄糖
B.过程①没有进行有氧呼吸第三阶段
C.过程②比过程⑤耗氧速率低的原因可能是[H]不足
D.过程④比过程⑤耗氧速率低的主要原因是呼吸底物不足
【解析】选C。线粒体中进行氧化分解的物质是丙酮酸,因此图中加入的呼吸底物是丙酮酸,而不是葡萄糖,A错误。由图中曲线可知,加入线粒体后,过程①氧气浓度略有下降,说明在线粒体中进行了有氧呼吸的第三阶段,消耗了氧气,B错误。分析图可知,过程②加入ADP后氧气浓度下降速度较慢,加入呼吸底物后氧气浓度下降速度加快,由于氧气的作用是与[H]结合形成水,因此限制过程②氧气浓度降低的因素可能是[H],加入ADP后,过程⑤氧气浓度降低的速度加快,说明该过程限制氧气与[H]结合的因素是ADP的量,因此过程②比过程⑤耗氧速率低的主要原因可能是[H]不足,C正确。过程④氧气浓度降低的速率较慢,但加入ADP后,过程⑤氧气浓度的下降速度加快,说明限制过程④耗氧速率的应该是ADP的量,所以过程④比过程⑤耗氧速率低的主要原因是ADP量少,D错误。
2.(2018·汕头一模)下列有关探究酵母菌细胞呼吸方式实验的叙述,正确的是
( )
A.隔绝O2的一组产生的CO2量远大于通入O2的一组
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B.葡萄糖培养液煮沸的目的是杀灭微生物并去除培养液中的O2
C.可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测无氧呼吸的产物——酒精
D.可以通过是否产生CO2来判断酵母菌细胞呼吸的方式
【解析】选B。隔绝O2的一组进行的是无氧呼吸,通入O2的一组进行的是有氧呼吸,消耗相同的葡萄糖,有氧呼吸产生的CO2量大于无氧呼吸,A错误;实验中酵母菌培养液在加入前先要煮沸再冷却,煮沸的主要目的是去除培养液中的O2,并杀灭杂菌,B正确;酵母菌细胞呼吸产生的CO2可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测,颜色由蓝变绿再变黄,C错误;酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生CO2,所以不能根据实验中有无CO2的产生来判断酵母菌细胞呼吸的方式,D错误。
3.将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后,测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1)。在天气晴朗时的早6点移至阳光下,日落后移到暗室中继续测量两种气体的相对含量,变化情况如下图,下列相关叙述正确的是 ( )
A.光合作用强度与细胞呼吸强度相等的时刻为10点与20点
B.20点以后该植物的细胞呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸
C.该植物17点时有机物积累量少于19点时
D.该植物10点时细胞中[H]的总产生量少于8点时
【解题指导】解答本题需明确三点:
(1)密闭容器内,曲线转折点对应的时刻光合作用强度等于细胞呼吸强度。
(2)光合作用强度大于细胞呼吸强度的时间范围内有机物积累逐渐增多。
(3)植物细胞除有氧呼吸产生CO2外,无氧呼吸生成酒精的同时也能产生少量CO2。
【解析】选B。光合作用强度与细胞呼吸强度相等的时刻为8点与17点,A错误;20点以后密闭容器中的CO2增加量大于O2的减少量,说明该植物的细胞呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸,B正确;因17点后容器中CO2
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增多,说明细胞呼吸强度大于光合作用强度,有机物积累量会减少,故该植物17点时有机物积累量多于19点时,C错误;密闭容器内8点到10点间O2浓度增加,说明光合作用增强,该植物10点时细胞中[H]的总产生量多于8点时,D错误。
【加固训练】
下列关于在人体细胞呼吸过程中,[H]的来源和用途的叙述,最准确的是
( )
选项
呼吸类型
[H]的来源
[H]的用途
A
有氧呼吸
只来源于葡萄糖
用于生成水
B
有氧呼吸
来源于葡萄糖和水
用于生成水
C
无氧呼吸
来源于葡萄糖和水
用于生成乳酸
D
无氧呼吸
只来源于葡萄糖
用于生成酒精
【解析】选B。根据有氧呼吸的具体过程可知,有氧呼吸过程中,人体细胞呼吸中[H]来源于葡萄糖和水,用于生成水,A错误、B正确;根据无氧呼吸的具体过程可知,无氧呼吸过程中,人体细胞呼吸中[H]只来源于葡萄糖,用于生成乳酸,C、D错误。
4.提倡有氧运动的原因之一是避免肌肉细胞无氧呼吸产生大量乳酸。如图所示为人体运动强度与血液中乳酸含量和氧气消耗速率的关系。结合所学知识,分析下列说法正确的是 ( )
A.ab段只进行有氧呼吸,bc段为有氧呼吸和无氧呼吸共存,cd段只进行无氧呼吸
B.运动强度大于c后,肌肉细胞CO2的产生量将大于O2消耗量
C.无氧呼吸只产生少量ATP,是因为有机物中的能量大部分以热能的形式散失
D.在缺氧条件下,细胞可利用无氧呼吸分解有机物产生ATP
【解析】选D。ab段乳酸含量没有增加,说明此时细胞进行的是有氧呼吸;bc段和cd段中既有氧气的消耗,也有乳酸的产生,说明这两个阶段既有有氧呼吸也有无氧呼吸,A错误;运动强度大于c后,肌肉细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,其中有氧呼吸产生的CO2量等于消耗的O2量,而无氧呼吸既不消耗氧气也不产生CO2,因此运动强度大于c后,肌肉细胞CO2的产生量将等于O2
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消耗量,B错误;人体无氧呼吸过程是有机物不彻底的氧化分解过程,大部分能量储存在乳酸中未被释放出来,所以只能产生少量ATP,C错误;在缺氧条件下,人体细胞可利用无氧呼吸产生少量ATP,保证生命活动的需要,D正确。
【知识总结】光合作用的影响因素分析
(1)内因:酶的数量与活性、色素含量等。
(2)外因:CO2浓度、温度、光照强度等。
(3)在达到光合作用光饱和点(或CO2饱和点)之前,影响光合作用的主要因素是光照强度(或CO2浓度)。
5.(2018·天津高考)为探究酵母菌的呼吸方式,在连通CO2和O2传感器的100 mL锥形瓶中,加入40 mL活化酵母菌和60 mL葡萄糖培养液,密封后在最适温度下培养。培养液中O2和CO2相对含量变化如图。有关分析错误的是 ( )
A.t1→t2,酵母菌的有氧呼吸速率不断下降
B.t3时,培养液中葡萄糖的消耗速率比t1时快
C.若降低10 ℃培养,O2相对含量达到稳定所需时间会缩短
D.实验后的培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色
【解析】选C。本题通过图形考查有氧呼吸、无氧呼吸的过程、影响细胞呼吸的因素等。据图分析可知,探究酵母菌呼吸方式的装置是封闭的,t1→t2随着O2消耗,酵母菌的有氧呼吸速率不断下降,A项正确;t3时,O2浓度几乎为0,酵母菌只进行无氧呼吸,t1时,有氧呼吸和无氧呼吸同时进行,且t3时培养液中CO2相对含量远大于t1时,所以消耗葡萄糖的速率总是t3>t1,B项正确;此实验数据是在最适温度下获得的,故降低10 ℃,与细胞呼吸相关的酶的活性降低,O2相对含量达到稳定所需时间变长,C项错误;该实验装置在密闭的环境中无氧呼吸产生了酒精,其培养液滤液加入适量酸性重铬酸钾溶液后变成灰绿色,D项正确。
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【易错提醒】本题易错选B项。培养液中葡萄糖的消耗速率要看单位时间内葡萄糖的消耗量,而不能根据图中纵坐标所标识的培养液气体相对含量判断。通过细胞呼吸的过程可知,产生相同含量的二氧化碳时,无氧呼吸消耗的葡萄糖速率较大。
6.(新题预测)实验人员将生长旺盛的酵母菌接种在仅含葡萄糖溶液的试管中,并在30 ℃的透明恒温箱中保温。在1～10 min内,有色液滴基本不移动;11～60 min内有色液滴向右移动;61 min后,有色液滴又保持不动。下列对此现象分析正确的是 ( )
A.1～10 min内,酵母菌的代谢水平很低,基本处于休眠状态
B.11～60 min内,酵母菌既进行无氧呼吸,又进行有氧呼吸
C.61 min后,酵母菌只进行无氧呼吸
D.1～10 min内已经产生了酒精
【解析】选B。葡萄糖为底物时,酵母菌有氧呼吸能吸收氧气并释放二氧化碳,吸收氧气的量等于释放的二氧化碳量,由于试管中气压不变,有色液滴基本不移动,因此1～10 min内,酵母菌只进行有氧呼吸,酵母菌的代谢水平比较高,没有进行无氧呼吸,没有产生酒精,A、D错误;酵母菌无氧呼吸不消耗氧气,会释放二氧化碳,由于试管中气压增大,刻度管内的液滴向右移动,由于11～60 min内液滴向右移动,因此11～60 min内,酵母菌既进行无氧呼吸,又进行有氧呼吸,B正确;61 min后,液滴又保持不动,说明葡萄糖全部消耗完了,酵母菌不进行细胞呼吸,C错误。
二、非选择题(共3小题,共52分)
7.(14分)(2018·太原二模)阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。如图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子在“光斑”照耀前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的情况。据图分析回答下列问题:
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(1)图中__________(填“甲”或“乙”)代表O2释放速率,请写出判断理由:__。
(2)A点以后植物是否继续进行光合作用?__________________,
请说明理由: _______________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)图中A点以后叶绿体________(填“C3”或“C5”)含量会暂时增加,此时ATP的移动方向是____________________________。
【解析】(1)光斑照耀的时候,光照强度提高,迅速进行光合作用的光反应阶段,释放出大量氧气,所以在光斑开始时,(O2)释放速率迅速增加;光斑移开时,(O2)释放速率迅速下降,氧气的释放速率要高于二氧化碳的吸收速率,实线代表CO2吸收速率,虚线代表O2释放速率。
(2)A点处,光斑移走,但是依然有微弱的氧气释放和二氧化碳吸收,由图也可观察到A点后植物叶片依然在吸收CO2和释放O2,说明叶片仍在进行光合作用,不是完全停止的。
(3)光合作用过程中,O2的产生是在光反应阶段进行的,水利用光能,在酶的作用下,分解成O2和[H],此过程积累的[H]和ATP,供给暗反应进行C3还原。当光照停止,光反应结束,此过程积累的[H]和ATP会逐渐消耗减少,减少C3的消耗,二氧化碳的固定继续,由此C3会积累增加;光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行,产生的ATP移向叶绿体基质(暗反应发生场所)。
答案:(1)甲 光斑开始时,(O2)释放速率迅速增加;光斑移开时,(O2)释放速率迅速下降(写出一条即可,或释放速率随光斑的改变而迅速改变)
(2)是 A点后植物叶片依然在吸收CO2和释放O2,说明叶片仍在进行光合作用
(3)C3 从叶绿体类囊体薄膜移向叶绿体基质
8.(18分)(新题预测)光合作用的暗反应阶段主要包括:C5和CO2结合生成C3,C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光,科学家利用小球藻进行实验,结果如图所示。分析回答下列问题:
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(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径,给小球藻提供14CO2后的处理应为__________________________。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是______________________________,做出此判断的依据是__ __________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是______________________________。
【解析】(1)探究14CO2中14C的转移路径时,该实验的自变量是供给二氧化碳后的时间,因变量是14C标记出现的产物,故给小球藻提供14CO2后,应该每间隔一段时间用热酒精终止暗反应过程,提取并鉴定含14C标记的物质。
(2)图中反应条件由光照变为黑暗时,二氧化碳的固定过程不变,C5的含量减少,C3的还原受阻,含量上升,所以C3经一系列变化生成糖类和C5,说明暗反应需要间接依赖光反应。
(3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,二氧化碳的固定速率减慢,C5的消耗减少,短时间内其来源不变,最终导致C5的含量升高;同时C3的来源受阻,短时间内其去路不变,最终导致C3的含量降低。
答案:(1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应过程,提取并鉴定含14C标记的物质
(2)C3经一系列变化生成糖类和C5 当反应条件由光照变为黑暗时,C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降,说明C3的还原与光照条件有关
(3)C3含量降低,C5含量升高
【加固训练】
图1表示某植物在不同光照强度下O2或CO2的吸收量(单位:mL·h-1),请回答下列问题:
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(1)与c点相比,b点时叶肉细胞内C5的含量较__________(填“多”或“少”)。
(2)c点之后限制光合速率的主要环境因素是____________________,在c点对应的光照强度下植物叶肉细胞(不考虑其他能进行光合作用的细胞)每小时固定的CO2为________mL,叶绿体释放的O2的去向是________________。
(3)人们从生长状况相同的植物叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片,抽取圆叶片细胞内的气体,平均分成若干份,然后置于一定范围的、不同浓度的NaHCO3溶液中,使其沉于底部,在适宜温度下给予相同的、一定强度的光照,测量圆叶片上浮至液面所需时间,其记录结果绘成曲线如图2。据图分析,导致d点圆叶片上浮至液面所用时间大于e点的主要原因是________________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)与c点相比,b点光照强度较小,光反应阶段产生的ATP和[H]较少,C3还原产生的C5的量较少,但消耗量不变,因此叶肉细胞内C5的含量较少。
(2)c点之后限制光合速率的主要环境因素是温度和CO2浓度,在c点对应的光照强度下植物叶肉细胞每小时固定的CO2为48+8=56 mL,此时光合作用强度大于细胞呼吸强度,因此叶绿体释放的O2的去向是进入线粒体和释放到外界环境中。
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(3)由于d点时NaHCO3溶液浓度较低,CO2供应较少,细胞光合作用强度较弱,而细胞呼吸强度未变,气体产生的速率与气体消耗速率之差较e点小,故上浮时间长。
答案:(1)少 (2)温度和CO2浓度 56 进入线粒体和释放到外界环境中
(3)d点时NaHCO3溶液浓度较低,CO2供应较少,细胞光合作用强度较弱,而细胞呼吸强度未变,气体产生的速率与气体消耗速率之差较e点小,故上浮时间长
9.(20分)(能力挑战题)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题:
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量__________,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是__________________。
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有________________。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中__________的干扰。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是________________________。若提高反应液中NaHCO3浓度,果肉放氧速率的变化是__________ (填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。
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(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对 15～20 min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是____________________________;若在20 min后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有____________(填序号:①C5 ②ATP ③[H] ④C3),可推测20 ～25 min 曲线的斜率为____________(填“正值”“负值”或“零”)。
【解析】(1)提取色素时,加入CaCO3可防止叶绿素降解。由于色素能溶解在乙醇中,所以长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色。(2)影响光合作用的因素主要有光照、温度、二氧化碳浓度、水和矿质元素含量,而图中含水丰富,所以图中影响光合放氧速率的因素有光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度。要检测反应液中氧气的浓度,应排除反应液中溶解氧的干扰,所以测定前应排出反应液中的溶解氧。(3)装置中的NaHCO3可为果肉提供CO2,提高反应液中NaHCO3浓度,CO2浓度就增大,在一定范围内果肉放氧速率增大,当达到CO2饱和点后,果肉放氧速率不再随CO2浓度增大而变化。(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,而15～20 min曲线的斜率几乎不变,说明这个时间段内净光合速率为0,即该时间段内的光合产氧量与呼吸耗氧量相等。若在20 min后停止光照,光反应停止,因此没有②ATP和③[H]的产生。短时间内C5与CO2反应生成C3的速率不变,由于②ATP和③[H] 的含量减少,C3被还原成C5的速率下降,导致C5含量减少。
停止光照后,只有呼吸作用消耗氧气,没有光合作用产生氧气,所以可推测20～
25 min 曲线的斜率为负值。
答案:(1)CaCO3 光合色素溶解在乙醇中
(2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度 溶解氧
(3)提供CO2 增大后稳定
(4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值
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