代谢之主要过程——细胞呼吸与光合作用
一、选择题
1．(2018·常州一模)雪滴兰早春开花，开花时花序细胞的耗氧速率远高于其他细胞，但ATP的生成量却远低于其他细胞。据此推知，雪滴兰的花序细胞( )
A．依靠无氧呼吸为生命活动供能
B．比其他细胞消耗的ATP更少些
C．ATP合成受到了温度的影响
D．呼吸作用过程中释放的热能比较多
解析：选D 开花时花序细胞的耗氧速率远高于其他细胞，说明花序细胞主要依靠有氧呼吸为生命活动供能，但ATP的生成量却远低于其他细胞，说明呼吸作用过程中释放的能量转移到ATP的很少，较多以热能的形式释放，以适应寒冷环境。
2．(2017·全国卷Ⅲ)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
解析：选A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。
3．如图表示光照下叶肉细胞中甲、乙两种细胞器间的气体交换。下列有关此图的叙述，正确的是( )
A．甲结构可进行完整的细胞呼吸
B．甲、乙结构可为对方提供ATP
C．若O2全部被甲结构利用，则光合速率与呼吸速率一定相同
D．限制甲、乙结构代谢的主要环境因素不同
解析：选D 分析题图可知，甲为线粒体，乙为叶绿体。线粒体是有氧呼吸的主要场所，但只能完成有氧呼吸的第二和第三阶段；叶绿体产生的ATP主要供给本身的暗反应；若线粒体除了利用了叶绿体产生的全部O2，还从环境中吸收O2，则光合速率小于呼吸速率；限制线粒体代谢的主要环境因素为O2，限制叶绿体代谢的主要环境因素为光照、CO2。
4．如图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2
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和[H]的变化，下列相关叙述正确的是( )
A．过程①发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上
B．过程⑦发生在线粒体中
C．过程⑤⑥均需要[H]和ATP的参与
D．过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行
解析：选A 过程①表示光合作用的光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④表示有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体的内膜上；过程⑦表示细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中；过程⑤是CO2的固定，不需要[H]和ATP的参与；过程①③产生的[H]是不同的物质，过程⑧是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体中。
5．三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。下图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线，以下分析正确的是( )
A．与11：00时相比，13：00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B．14：00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少
C．17：00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D．叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
解析：选D 与11：00时相比，13：00时胞间CO2浓度较低，据此可推知，叶绿体中合成C3的速率相对较低；14：00后叶片的Pn下降，但仍然大于0，说明植株体内仍然在积累有机物，植株积累有机物的量还在增加，只是增加的速率变慢；17：00后，虽然叶片的Ci快速上升，但由于光照强度较低，光反应产生的[H]和ATP减少，导致叶片暗反应速率下降；叶片的Pn先后两次下降，第一次主要原因是中午时叶片部分气孔关闭导致CO2吸收量减少，第二次下降的主要原因是光照强度减弱导致光合速率下降。
6．某实验小组研究温度对水绵光合作用和呼吸作用的影响，实验结果如图所示，据图分析下列有关说法正确是( )
9
A．据图可知，水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃
B．图中水绵细胞积累有机物速率最大时的温度是25 ℃
C．每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度是25 ℃
D．在5 ℃时，水绵细胞产生O2的速率是消耗O2的速率的2倍
解析：选B 图中纵坐标表示光照下吸收CO2的量(即净光合速率)或黑暗中释放CO2的量(即呼吸速率)。据图示可知在5～35 ℃之间，随温度升高呼吸作用逐渐增强，由于缺少高于35 ℃条件下水绵细胞的呼吸作用的数据，因此，不能说明水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃。水绵细胞积累有机物的速率是指净光合速率，从图中可以看出，在25 ℃时水绵细胞在光照下吸收CO2的量最高，即积累有机物的速率最大。每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度应是20 ℃，因为在20 ℃时，每天光照10 h，一昼夜水绵积累的有机物最多，为11.5 mg(3.25×10－1.5×14＝11.5，用CO2吸收速率表示)。在5 ℃ 时，水绵细胞产生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释放速率表示)，可知水绵细胞产生O2的速率是消耗O2的速率的3倍。
7．(2019届高三·徐州质检)下图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法错误的是( )
A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化
D．若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
解析：选B 图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所需CO2由CO2缓冲液提供，而产生的O2
9
会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境中，植物呼吸消耗O2而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动。若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，虽然光照条件不变，但由于无CO2提供，暗反应不能为光反应提供ADP与NADP＋等物质，从而影响光反应的进行，产生NADPH的速率将下降。在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真光合速率下降，而一般情况下与细胞呼吸有关的酶的最适温度较高，此时酶活性会随温度升高而升高，因此呼吸速率会升高。光合速率由a到b变化，说明光合速率升高了，影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度、温度等，适当提高CO2浓度会增大光合速率。
8.(2018·南通、泰州一模)如图是探究酵母菌无氧呼吸产物的实验装置，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。下列相关叙述正确的是( )
A．甲瓶中加入酵母菌和葡萄糖溶液后应立即与乙瓶相连通
B．使乙瓶中澄清石灰水变混浊的CO2来自酵母菌线粒体
C．实验中需控制葡萄糖溶液的浓度以保证酵母菌正常的活性
D．该实验结果说明酵母菌只有在无氧呼吸时才能产生酒精
解析：选C 甲瓶中加入酵母菌和葡萄糖溶液后需反应一段时间再与乙瓶相连，目的是确保通入澄清石灰水的CO2都是由无氧呼吸产生的；酵母菌无氧呼吸产生CO2的场所为细胞质基质；葡萄糖溶液浓度过大会导致酵母菌过度失水死亡；本实验没有进行有氧呼吸的对比，且没有检测是否产生酒精，不能确定只有在无氧呼吸时才能产生酒精。
9．某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合速率与呼吸速度，绘制了如图所示的四幅图，哪幅图中“a”点不能表示光合速率等于呼吸速率( )
解析：选C A项图中的a点表示光合速率和呼吸速率相等；B项图中的上升支代表呼吸速率大于光合速率，导致温室内空气中CO2浓度上升，下降支表示呼吸速率小于光合速率，导致温室内空气中CO2浓度下降，a点(拐点)表示呼吸速率等于光合速率；C项图中光照下CO2的吸收量代表净光合速率，黑暗下CO2的释放量代表呼吸速率，故a点表示呼吸速率等于净光合速率；D项图中的曲线代表净光合速率，a点时CO2
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的吸收量为0，即净光合速率为0，表示此时呼吸速率等于光合速率。
10.某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
解析：选D 光照强度低于P时，光反应强度受叶绿素含量影响较大，突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，故其光反应强度低于野生型。光照强度高于P时，暗反应强度受固定CO2酶的影响较大，突变型水稻叶片的固定CO2酶的活性显著高于野生型，故其暗反应强度高于野生型。光照强度低于P时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度。P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度。
11．(2018·徐州模拟，多选)下图表示菠菜叶肉细胞光合与呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过程。相关叙述正确的是( )
A．过程①②③不在生物膜上进行
B．参与过程②③⑤的酶种类相同
C．过程②③④⑤都有ATP产生
D．过程③产生的[H]不全都来自丙酮酸
解析：选ACD 过程①是光合作用的暗反应阶段，发生在叶绿体基质，过程②是有氧呼吸的第一个阶段，场所是细胞质基质，过程③是有氧呼吸的第二阶段，场所是线粒体基质，因此过程①②③不在生物膜上进行；过程②③为有氧呼吸的第一、二阶段，参与的酶都为呼吸酶，过程⑤为光合作用的光反应阶段，参与的酶为光合酶，因此过程②③⑤所需酶种类不同；过程②③④为有氧呼吸的三个阶段，均有ATP产生，过程⑤为光合作用的光反应阶段，也会产生ATP；过程③为有氧呼吸第二阶段，反应物是丙酮酸与水，产生CO2和[H]，释放少量能量，产生的[H]部分来自丙酮酸，部分来自水。
12．(多选)某兴趣小组研究绿竹笋的保鲜方法，将新采摘的绿竹笋做如图所示处理后，用一定浓度的壳聚糖涂抹，再将其装箱。每种处理取3株竹笋，测其呼吸速率。下列有关叙述正确的是( )
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A．可以用O2的释放量或CO2的吸收量作为呼吸速率的指标
B．装箱初期，乙的呼吸速率低于甲的原因是酶的活性较低
C．与乙相比，丙还可以减少O2进入细胞，进一步降低有机物消耗
D．常温下不利于竹笋的保鲜
解析：选BCD 可以用O2的吸收量或CO2的释放量作为呼吸速率的指标；装箱初期，乙冰水浴温度低于甲常温，酶的活性较低，呼吸速率低；与乙相比，丙的呼吸速率较低，可减少O2进入细胞，进一步降低有机物消耗；常温下不利于竹笋的保鲜。
二、非选择题
13．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：
(1)从图可知，A叶片是树冠________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
解析：(1)根据题图中的曲线可知，A叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为
1 200 μmol·m－2·s－1，B叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为2 000 μmol·m－2·s－1，即A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片，因此A叶片位于树冠下层。(2)当光照强度达到一定数值时，A叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，可能原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。
答案：(1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片 (2)暗
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(3)无水乙醇
14．(2018·苏北四市一模)图1表示某绿色植物叶肉细胞中进行的两个相关的生理过程，其中a～f表示物质，甲和乙表示两种细胞器；图2表示在不同条件下测定该植物叶片质量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)。请据图分析回答：
(1)图1中b物质为________、________；生成c物质的过程称为____________；e物质被彻底分解的场所是乙中的__________。
(2)图2中，影响A、B两点光合速率的主要因素是______________。A点时，气体a的释放速率________(填“大于”“等于”或“小于”)气体f的释放速率。
(3)在图2两种温度下，若给该植物12 h C点对应的光照和12 h黑暗处理，则一昼夜中，温度恒定为________℃时有机物积累最多，相比另一温度下多出了________g。
解析：(1)分析图1可知，a～f分别表示O2、[H]和ATP、C3、C5、C3H4O3(丙酮酸)、CO2；C5和CO2生成C3的过程称为CO2的固定；C3H4O3(丙酮酸)在线粒体基质中被彻底分解。(2)由图2可知，A、B两点温度相同，影响A、B两点光合速率的主要因素是光照强度。A点时，有机物的重量变化为0，此时光合速率等于呼吸速率，即光合作用释放O2的速率等于呼吸作用释放CO2的速率。(3)图2中C点时，两种温度下积累的有机物量相等，但温度为15 ℃时呼吸速率少了2 g·h－1,12 h黑暗处理后积累的有机物多了12×2＝24(g)。
答案：(1)[H] ATP CO2的固定 基质 (2)光照强度 等于 (3)15 24
15．有学者对华北某地大棚栽培的某葡萄品种在夏季的光合速率日变化规律进行了研究，结果如表所示。请回答下列问题：
时间
叶片光合速率
(μmol·m－2·
s－1)
叶面光照强度
(μmol·m－2·
s－1)
叶温
(℃)
棚内CO2浓度
(mg·kg－1)
气孔导度
(μmol·m－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
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(1)在7：00～9：00，________________________上升，且__________较高，促使叶片光合速率不断升高。
(2)在9：00～11：00通常是露地葡萄光合作用最旺盛的时间段，而大棚葡萄在9：00～11：00的叶片光合速率不仅没有上升反而下降，这是因为_________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________。
(3)在13：00时，采用通风操作，提升了棚内CO2浓度，从而提高了光合速率，该过程中CO2被固定为______________的量增加，该产物被还原后大部分运至叶绿体外且转变成蔗糖，供植物体细胞利用。
(4)如图是测定葡萄叶片光合速率的实验装置，该装置直接测的是葡萄叶片的________(填“净光合速率”或“总光合速率”)，若要测定葡萄叶片的呼吸速率，则应将装置置于________环境测量CO2浓度的变化。
解析：(1)据表分析，在7：00～9：00时，叶面光照强度和叶温不断上升，棚内CO2浓度较高，叶片光合速率不断升高。(2)由于大棚内旺盛的光合作用消耗了大量的CO2，从而使大棚内CO2浓度迅速下降，且气孔导度有所降低，造成CO2供应不足，从而抑制了光合作用，所以大棚葡萄在9：00～11：00时的叶片光合速率不仅没有上升反而下降。(3)提高CO2浓度，其固定加快，三碳化合物合成增多，三碳化合物在叶绿体内会被还原为糖类，作为合成其他物质的原料，或被运至叶绿体外转变成蔗糖，供植物体细胞利用。(4)装置中测得的是光合作用CO2吸收量和呼吸作用CO2产生量的差值，故测定的是净光合速率，若要测定总光合速率，还需要测定呼吸速率，测定呼吸速率时需要将该装置置于黑暗环境中，测量CO2浓度的变化。
答案：(1)叶面光照强度和叶温 棚内CO2浓度 (2)旺盛的光合作用消耗了大量的CO2，从而使大棚内CO2浓度迅速下降，且气孔导度有所降低，造成CO2供应不足抑制了光合作用 (3)三碳化合物 (4)净光合速率 黑暗
16．如图是某生物兴趣小组设计的测量某种阳生花卉光合速率的密闭装置。已知有三套完全相同的该装置，装置a置于适宜光照、25 ℃条件下，装置b置于自然环境下，装置c置于黑暗、25 ℃条件下，同时将生理状况一致的三盆植物分别置于三种环境的装置中，起始液滴对应的数据均为零，氧传感器(测定装置内的氧含量)数据显示屏上的数据均为E。测量数据的时间适宜且三套装置同时测量，并记录相关数据。回答以下问题：
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(1)装置a的液滴________(填“向左移”“向右移”或“不移动”)，测量数据可反映出____________的大小。
(2)影响装置b光合速率的外界因素有__________________________________________。
(3)装置c中植物细胞内能产生ATP的场所有______________________，该装置可用于测量__________________。
(4)适宜时间后，装置a与装置c刻度尺上反映的数据分别为M、N，数据显示屏上的数据分别是P、Q，利用这两套装置测量该花卉的总光合速率时，下列可用的数据有________(填序号)。
①|M|－|N| ②|M|＋|N| ③|P|－|Q| ④|P|＋|Q| ⑤|P|－|Q|－2|E| ⑥|P|＋|Q|－2|E|
(5)利用该装置探究光照强度对该花卉光合速率的影响时，无关变量是________。
解析：(1)装置a置于适宜光照强度下，CO2浓度和温度恒定，光合速率应大于呼吸速率，故容器内气体总量会增加，液滴应向右移，测量的数据反映的是净光合速率。(2)装置b置于自然环境下，温度和光照强度是变化的，所以影响该植物光合作用的外界因素为温度和光照强度。(3)装置c置于黑暗条件下，该植物不能进行光合作用，但可以进行呼吸作用，故产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体。可通过检测装置内氧气的减少量来测量呼吸速率。(4)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，M可反映净光合速率，而N可反映呼吸速率，故总光合速率＝|M|＋|N|；|P|－|E|可反映净光合速率，|E|－|Q|可反映呼吸速率，故总光合速率＝(|P|－|E|)＋(|E|－|Q|)＝|P|－|Q|。(5)该套装置内CO2浓度等都是固定的，可变的只有温度和光照强度，其中光照强度是自变量，温度是无关变量。
答案：(1)向右移 净光合速率 (2)温度和光照强度 (3)细胞质基质和线粒体 呼吸速率 (4)②③ (5)温度
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