第29题 光合作用和细胞呼吸-2021年高考生物逐题必刷200题（解析版）

第 29 题 光合作用和细胞呼吸 1．气孔由保卫细胞组成，是蒸腾作用水蒸气从体内排到体外的主要出口，也是光合作用、呼吸作用与外界 气体交换的“大门”，影响着蒸腾、光合和呼吸。图 1 是植物在正常情况下气孔开度与保卫细胞内 K+和 蔗 糖 含 量 的 日 变 化 曲 线 ， 图 2 是 气 孔 开 度 在 红 光 照 射 下 对 蓝 光 的 反 应 。 回 答 下 列 问 题 ： （1）影响绿色植物光合作用速率的因素主要有光照强度、温度、CO2 浓度、水和无机盐含量等，其中光 合作用的原料是 ，温度影响的是 过程。 （2）气孔开度可影响光合作用的原料供应，结合图 1 分析，气孔开度变化与 有关，且在不同时 间段起主要作用的物质 （填“相同”或“不同”）。 （3）图 2 说明叶片保卫细胞存在接受红光信号和蓝光信号的 ，故气孔开度可受红光和蓝光的影 响。进一步研究发现，蓝光通过激活保卫细胞的离子载体和有机物合成来调节保卫细胞的渗透压进而导 致气孔开放，综合图 1 推测保卫细胞吸水和失水与气孔开闭的关系是 。 （4）干旱条件下，植物体内 ABA 增多，ABA 作为逆境信号抑制蓝光诱导的气孔开放，这种调节机制的 意义是 。 【解答】解：（1）光合作用的原料是二氧化碳和水，温度会影响光合酶的活性，光合作用的光反应和暗 反应阶段都需要酶的催化，故温度影响光反应和暗反应。 （2）分析图 1 可以看出，在不同 K+和蔗糖浓度时，气孔开度也不同，说明气孔开度变化与 K+和蔗糖浓 度变化有关。K+和蔗糖含量在不同时间段时的含量大小不同，在 13：00 之前，K+比蔗糖含量大，在 13： 00 之后，K+比蔗糖含量小，所以在不同时间段起主要作用物质类型不同。 （3）分析图 2 可以看出，在红光能够促进气孔开度增加并在达到较高水平的条件下，蓝光会进一步刺激 气孔开度增加，红光和蓝光都能影响气孔开度，说明叶片保卫细胞存在接受红光信号和蓝光信号的受体。 蓝光通过激活保卫细胞的离子载体和有机物合成，来调节保卫细胞的渗透压进而导致气孔开放。结合图 1 可知，当保卫细胞内钾离子和蔗糖浓度较高时，保卫细胞渗透压较高，细胞吸水，气孔开放。可以推 测保卫细胞吸水和失水与气孔开闭的关系是：保卫细胞吸水使气孔开放，保卫细胞失水使气孔关闭。 （4）干旱条件下，植物体内 ABA 增多，ABA 作为逆境信号抑制蓝光诱导的气孔开放，避免因蒸腾作用 过强，导致植物失水过多，提高植物的抗旱能力。 故答案为： （1）水、CO2 光反应和暗反应 （2）K+浓度和蔗糖浓度 不同 （3）受体 保卫细胞吸水使气孔开放，保卫细胞失水使气孔关闭 （4）避免水分过度散失，提高抗旱能力 2．植物的功能性状是植物生态学领域近年来研究的热点内容之一，比叶面积（简称 SLA）是叶片面积与叶 片干重的比值，是植物叶性状的一个重要指标。研究人员对淮北相山的 5 种植物叶片进行叶面积和叶干 重的测量和称重，并计算出比叶面积，结果如下表： 不同植物的比叶面积/（m2/kg） 物种 扁担木 柘树 构树 木荆 酸枣 SLA 平均值 24.69 30.50 16.97 22.06 20.83 （1）光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的 上，该物质主要捕状可见光中的 ，合成 糖类等有机物的阶段是 ，场所是 。 （2）已知伴随着植物单位叶面积中干物质含量的增加，叶片厚度相对增加，使得叶片内部的水分向叶片 表面扩散的距离或阻力增大，从上表数据分析可以得出 （填植物名称）是最适合生活在相对干旱 的环境下，原因是 。 （3）研究还发现，植物的叶面积系数与产量关系密切。叶面积系数（单位土地面积上时叶面积总和）与 植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示，由图可知：当叶面积系数小于 a 时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均 。当叶面积系数超过 b 时，群体干物 质积累速率降低，其原因是 。 【解答】解：（1）光合作用中捕获光能的物质是光合色素，分布在叶绿体的上类囊体薄膜上，光合素素 有两大类：叶绿素和类胡萝卜素，主要捕获可见光中的红光和蓝紫光；暗反应阶段合成糖类等有机物， 场所是叶绿体基质。 （2）从上表数据分析可以得出，构树的 SLA 最小，叶片厚，叶片内部的水分向叶片表面扩散的距离或 阻力增大，水分不易散失，因此构树更适合生活在相对干旱的环境下。 （3）分析题图可知：当叶面积系数小于 a 时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均 增加。当叶面积系数超过 b 时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率 降低。 故答案为： （1）类囊体薄膜 红光和蓝紫光 暗反应 叶绿体基质 （2）构树 构树的 SLA 最小，叶片厚，叶片内部的水分向叶片表面扩散的距离或阻力增大，水分不易 散失，因此更适合生活在相对干旱的地区 （3）增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 3．海带是我国北方大规模养殖的食用海藻，具有重要的经济价值。养殖区重金属离子超标会造成海带大幅 减产。 （1）研究发现，在一定浓度的 Cu2+溶液中，短时间内海带细胞中叶绿素含量显著下降，这一变化会对 海带利用光能产生影响，直接抑制光合作用的 阶段。同时 Cu2+还可通过抑制光合电子传递过程， 使 ATP 的合成受阻，直接抑制暗反应中 过程。 （2）科研人员定量研究了水体中 Cu2+对海带光合作用、呼吸作用的影响。 ① 将海带分别放入含不同浓度 Cu2+溶液的透明瓶中，测定初始时瓶内溶氧量为 M．将瓶口密封置于光下 一段时间后，测定瓶内溶氧量为 N．本实验用单位质量海带在单位时间内引起的溶氧量变化来表示海带 的净光合作用速率。计算公式为： （w：海带湿重；t：反应时间）。在利用同样装置研究 呼吸作用时，需要对装置进行 处理。 ② 如图可知，在 Cu2+浓度为 1.00mg/L 时，光合放氧率 （大于/等于/小于）呼吸耗氧率，此浓度 下的总光合速率 （大于/等于/小于）Cu2+浓度为 0.50mg/L 下的总光合速率。 （3）若想进一步从细胞水平上探究 Cu2+对海带光合作用及呼吸作用的影响，可在电子显微镜下观察相 关细胞器的 。根据上述实验信息，推测 Cu2+对 （填细胞器名称）破坏较小。 【解答】解：（1）依题文信息可知，因为一定浓度的 Cu2+溶液中，短时间内使海带细胞中叶绿素含下降， 叶绿素作用之一是吸收光能，所以海带吸收光能受到影响，从而直接抑制光合作用的光反应阶段。因为 Cu2+抑制光合电子传递过程，ATP 的合成受阻，无法为暗反应提供能量，所以会直接抑制暗反应中 C3 的还原。 （2） ① 根据分析可知，光照结束时溶氧量和光照开始时溶氧量的差值就是净光合作用速率，计算式为： N﹣M；只测其呼吸作用时，需要对装置进行遮光处理，因为需要停止其光合作用，以避免光合作用中气 体变化对实验结果的影响。 ② 由题图纵轴数据可知，在 Cu2+浓度为 1.00mg/L 时，溶氧量的相对变化为负值，说明光合放氧率小于 呼吸耗氧率；真光合速率即总光合速率，其等于净光合速率与呼吸速率之和；识图可知，Cu2+浓度为 0.50mg/L 时的溶氧量的变化为正值，说明光合强度大于呼吸强度，故 Cu2+浓度为 1.00mg/L 时的真光合 速率小于 Cu2+浓度为 0.50mg/L 时的真光合速率。 （3）光合作用在叶绿体内进行，呼吸作用主要在线粒体内进行，二者的形态、结构、数量都会影响各自 的代谢活动，所以在电子显微镜下应观察相关细胞器的形态、结构、数量；综合题文信息可知 Cu2+对呼 吸速率的影响较小，即对线粒体破坏较小。 故答案为： （1）光反应 C3 的还原 （2） ① N﹣M 遮光 ② 小于 小于 （3）形态（结构）、数量 线粒体 4．在某 1 年生植物的生长中期采用黑色遮阳网对其进行适当的遮阴处理，测定适当遮阴与未遮阴下（A： 30% 遮 阴 ， B ： 无 遮 阴 ） 其 各 项 光 合 作 用 指 标 ， 结 果 如 图 。 注：净光合速率＝真正光合速率﹣呼吸速率 请回答： （1）欲提取与分离叶绿体中的色素，研磨过程加入的 95%乙醇的作用是 ，研磨液用 进行 过滤，利用各种色素在层析液中 的不同分离色素。 （2）卡尔文循环中 1 分子 CO2 与 1 分子 RuBP 结合形成 1 分子的 ；遮阴组在 8：00 至 10：00 胞间 CO2 浓度逐渐下降的原因是 。 （3）据图分析，10：00 至 12：00，无遮阴组净光合速率明显下降，是 （填“气孔”或“非气孔”） 因素导致的，判断依据是 。从 8：00 至 16：00，有机物积累量更多的是 （填“遮阴组” 或“无遮阴组”）。 【解答】解：（1）在色素的提取与分离的过程中，95%的乙醇用于提取色素，在研钵中同时加入少许二 氧化硅和碳酸钙，研磨后将研磨液迅速用单层尼龙布过滤。色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的 随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢。 （2）在暗反应中，1 分子 CO2 与 1 分子 RuBP 结合形成 1 分子的六碳化合物。据曲线图分析显示，8： 00 至 10：00 期间，遮阴组的净光合速率逐渐提高，气孔导度逐渐下降，因此胞间 CO2 浓度逐渐下降。 （3）10：00 至 12：00，无遮阴组虽然净光合速率下降，但胞间 CO2 浓度上升，因此其影响因素是非气 孔因素导致。据图分析，8：00 至 16：00，遮阴组的平均净光合速率大于无遮阴组，因此这段时间内有 机物积累量更多的是遮阴组。 故答案为： （1）（溶解并）提取叶绿体中的色素 （单层）尼龙布 溶解度 （2）六碳分子/六碳化合物 净光合速率逐渐提高，气孔导度逐渐下降 （3）非气孔 胞间 CO2 浓度上升 遮阴组 5．气孔是植物进行气体交换的主要通道，其开放程度直接影响植物的蒸腾、光合和呼吸作用。为探究光照、 CO2 浓度和温度对气孔开闭的影响，科研人员做了如下实验：剪取同一株鸢尾植株上长势一致的叶片， 利用恒温培养箱设置光照 20000lx/23℃、黑暗/23℃、光照 20000lx/4℃等 3 个处理；同时，在光照 2001x/12℃ 的环境下，用系列浓度为 0g/L、5g/L、10g/L、15g/L、20g/L 的 NaHCO3 溶液进行 CO2 处理；处理时间 均为 1h，每个处理重复至少 3 次，统计分析数据如图。据图回答下列问题。 （1）据图 1 分析，影响气孔开闭的主要因素是 ，由此推断早晨气孔会随光照增强而 （开 放、关闭）。试分析原因： 。 （2）研究发现、鸢尾的光合作用强度随温度降低而下降的幅度比大多数植物小，具有较强的耐寒性，据 图分析原因可能是 。 （3）根据实验分析提高鸢尾光合速率的措施有 。 【解答】解：（1）据图 1 分析，影响气孔开闭的主要因素是温度和光照强度；早晨由于光照强度逐渐增 强，气温逐渐增加，气孔会随光照增强而开放。 （2）由图 1 中数据可以看出，在同等光照强度下，温度降至很低时，气孔的开放率仍维持较高水平，保 证了光合作用对 CO2 的供应，因此其光合作用强度随温度降低而下降的幅度较小。 （3）根据实验分析，提高鸢尾光合速率的措施有：适宜的温度、CO2 浓度和光照强度。 故答案为： （1）温度和光照强度 开放 早晨光照强度逐渐增强，气温逐渐增加 （2）在同等光照强度下，温度降至很低时，气孔的开放率仍维持较高水平，保证了光合作用对 CO2 的 供应 （3）适宜的温度、CO2 浓度和光照强度 6．某植物光合作用、呼吸作用和有机物积累速率与温度的关系如图所示。据此，回答下列问题： （1）图中代表光合速率和呼吸速率的曲线依次 、 。光合速率为 0 时，净光合速率为 mg/h。 （2）白天温度为 ℃植物积累有机物最多，若夜间植物生长最适温度为 20℃，一天 12 小时充足 光照，则该种一昼夜积累有机物的量为 mg。 （3）该植物能生长的温度范围是 ℃。 【解答】解：（1）有机物累积速率等于光合作用速率减去呼吸作用速率，由此推测 ① 为光合速率， ② 为 有机物累积速率， ③ 为呼吸速率。净光合速率可以用有机物累积速率表示，由图得光合作用速率为 0 时， 对应的温度为﹣5℃和 50℃，此时呼吸速率为 0 和 16mg/h，根据净光合速率＝光合速率﹣呼吸速率，可 得净光合速率为 0 和﹣16mg/h。 （2）有机物累积最多时为 ② 线最高点时，对应温度为 20℃；20℃时净光合速率为 14mg/h，呼吸速率为 5mg/h，一天光照时间为 12 小时，故一昼夜有机物积累量为（14×12﹣5×12）＝108mg。 （3）植物能生长需要保证净光合速率大于 0，故能生长的温度范围是﹣5～40℃。 故答案为： （1） ①③ 0 和﹣16 （2）20 108 （3）﹣5～40 7．如图为山芹菜光合作用、呼吸作用与温度的关系。请据此图回答下列问题： （1）由图可知，呼吸作用的最适温度比光合作用的 。 （2）在 0﹣25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的影响更 。 （3）温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应将温度控制在 。超过45℃植物净光合速率 ， 没有有机物的 ，不能生长。 （4）温度 30℃时，山芹菜叶肉细胞中 O2 的移动方向是从 移向 。研究者用含 18O 的葡掏 糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移途径是 。 【解答】解：（1）由图可知，光合作用的最适温度为 30℃左右，呼吸作用的最适温度为 52℃左右，所以 呼吸作用的最适温度比光合作用的高。 （2）在 0﹣25℃范围内，光合速率增加的快，呼吸速率增加的慢，说明此温度范围对该植物光合速率的 影响比对呼吸速率的影响更大。 （3）温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应让植物积累有机物最多，由图可知，温度在 25℃时， 净光合速率最大，积累有机物最多，所以应将温度控制在 25℃．超过 45℃植物净光合速率小于 0，没有 有机物的积累，植物不能生长。 （4）温度 30℃时，净光合速率大于 0，即光合作用产生的氧气一部分流向线粒体供呼吸利用，一部分流 向细胞外，所以叶肉细胞中 O2 的移动方向是从叶绿体移向线粒体和细胞外。含 18O 的葡萄糖在根细胞的 细胞质基质分解形成丙酮酸和还原氢，并释放少量能量，丙酮酸进入线粒体基质和水反应生成二氧化碳 和还原氢，并释放少量能量，前两个阶段产生的还原氢与氧在线粒体内膜上反应生成水，并释放大量能 量。所以含 18O 的葡萄糖在根细胞有氧呼吸过程中的转移途径是：葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。 故答案为： （1）高 （2）大 （3）25℃小于零 积累 （4）叶绿体 线粒体和细胞外 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 8．科学家研究发现：在强光下，激发态叶绿素会与氧分子反应形成单线态氧而损伤叶绿体，然而类胡萝卜 素可快速淬灭激发态叶绿素，起到保护叶绿体的作用。如图是夏季连续两昼夜内，某杏树 CO2 吸收量和 释放量的变化曲线图。S1～S5 表示曲线与横轴围成的面积。请据图回答下列问题： （1）图中 MN 段杏树叶肉细胞合成 ATP 的场所有 ，造成 MN 段波动的主要外界因素是 。 （2）图中 B 点时，该杏树的叶肉细胞中光合速率 呼吸速率（填“大于”“小于”或“等于”）。 （3）经过这两昼夜，该杏树仍正常生长，则有机物的积累量在图示 （填字母）时刻达到最大值。 图中 S2 明显小于 S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是 ，图中 FG 段 CO2 吸收量下降，造 成这一变化的主要原因是 。 （4）在强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素的突变体的光合速率 （填“上升”“不变” 或“下降”），原因有 。 【解答】解：（1）图中 MN 段无光照，杏树叶肉细胞不能进行光合作用，只进行呼吸作用，合成 ATP 的 场所有细胞质基质和线粒体；影响植物呼吸作用的主要因素是温度，夜间温度有起伏，故造成 MN 段波 动的因素为温度。 （2）B 点时，整个植株的光合强度等于呼吸强度，而此时叶肉细胞的光合速率应大于呼吸速率。 （3）I 点时植株的光合强度等于呼吸强度，超过 I 点有机物消耗大于合成速率，故这两昼夜有机物的积 累量在 I 时刻达到最大值。影响光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和 CO2 浓度，故两昼夜中， 造成 S2 明显小于 S4 的外界因素最可能是光照强度。图中 FG 段为中午，由于温度较高，植物体为降低蒸 腾作用，部分气孔关闭，导致 CO2 吸收量下降。 （4）由于类胡萝卜素可快速淬灭激发态叶绿素，故缺乏类胡萝卜素的突变体因无法淬灭激发态叶绿素而 使叶绿体受损，同时缺乏类胡萝卜素会导致光反应吸收的蓝紫光减少，所以光合速率下降。 故答案为： （1）细胞质基质和线粒体 温度 （2）大于 （3）Ⅰ光照强度 部分气孔关闭，CO2 供应量减少 （4）下降 该突变体无法淬灭激发态叶绿素而使叶绿体受损，缺乏类胡萝卜素导致吸收的蓝紫光减少， 影响光合作用 9．据图回答下列问题： （1）光合作用暗反应阶段中，绿叶通过 （结构）从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被 还 原，它必须首先与植物体内的 C5 结合，这个过程叫做 。在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶 剂是 。 （2）植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数（单位土地面积上的叶面积总和）与植物群体光合速率、 呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于 a 时，随叶面积系数增 加，群体光合速率和干物质积累速率均增加。当叶面积系数超过 b 时，群体干物质积累速率降低，其原 因是 。 （3）通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的 CO2 量相等时所需要的光照强 度 （填“高”或“低”），其原因是 。 【解答】解：（1）光合作用暗反应阶段中，绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被[H] 还原，它必须首先与植物体内的 C5 结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。绿叶中的叶绿素等光合色素能 够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取叶绿素。 （2）据题意可知，植物群体光合速率即为总光合速率，干物质积累速率即为净光合速率；据题中曲线可 知：当叶面积系数小于 a 时，群体光合速率、干物质积累速率及呼吸速率均上升；当叶面积系数大于 a， 小于 b 时，群体光合速率上升、干物质积累速率基本不变、呼吸速率上升；当叶面积系数大于 b 时，由 于群体光合速率不变，而群体呼吸速率仍在上升，导致群体净光合速率降低，干物质积累速率下降。 （3）由于阴生植物的呼吸作用强度小于阳生植物，即阴生植物通过呼吸作用放出的 CO2 比阳生植物少， 因此阴生物光合作用吸收 CO2 量与呼吸作用放出的 CO2 量相等时所需要的光照强度比阳生植物低。 故答案为： （1）气孔[H]二氧化碳的固定 无水乙醇 （2）群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 （3）低 阴生植物的光合速率和呼吸速率都比阳生植物低（阴生植物的呼吸作用强度小于阳生植物） 10．某研究者对某一大豆新品种种子萌发和幼苗生长过程开展研究，首先将大豆种子置于水分、空气、光 照等条件适宜的环境中培养，定期检测萌发种子的重量变化，结果如图甲所示．再选取大豆幼苗放在温 室中进行无土栽培实验，右图为该幼苗的光合速率、呼吸速率随温度变化的曲线图，请分析回答有关问 题． （1）如图甲所示，实验小组在第 4 天测得的种子吸收的 O2 与释放的 CO2 之比为 1：3，此时大豆细胞内 有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的比值为 ；6 天后种子重量减少的主要原因是 ，第 天，大豆的光合速率与呼吸速率大致相当．研究者用含 18O 的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子， 其转移途径是 ． （2）据图乙分析，限制 AB 段 CO2 吸收速率的主要因素是 ，若白天温室温度高于 5℃，则白天 温室中 CO2 浓度的变化情况是 ，为获得最大经济效益，温室应控制的最低温度为 ℃． （3）图乙 C 点时叶肉细胞产生的 O2 的移动方向是 ，图中 （填字母）点光合作用制造的 有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍． 【解答】解：（1）设无氧呼吸过程消耗的葡萄糖为 X，则无氧呼吸产生的二氧化碳为 2X，有氧呼吸消耗 的葡萄糖为 Y，有氧呼吸过程吸收的氧气为 6Y，产生的二氧化碳为 6Y，由题意可得关系式：6Y：（6Y+2X） ＝1：3，解得；X：Y＝6：1.6 天后种子重量减少的主要原因是细胞呼吸分解了有机物．根据曲线图，第 10 天大豆的呼吸速率与光合速率大致相当．用含 18O 的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移 途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳． （2）图乙中，限制 AB 段限制光合作用 CO2 吸收速率的主要因素是自变量温度．据图分析，白天温室温 度高于 5℃，植物能够进行光合作用，二氧化碳吸收量大于 0，则白天温室中 CO2 浓度减小．图中的实 线表示植物的净光合速率，虚线表示呼吸速率，高于 20℃后实线不再上升，而虚线继续升高，表明该植 物的光合酶对温度的敏感度比呼吸酶对温度的敏感度高，温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应控 制的最低温度为 20℃． （3）图乙 C 点表示光饱和点，此时光合作用大于呼吸作用，叶肉细胞产生的 O2 的移动方向是从叶绿体 →线粒体和从叶绿体→叶肉细胞外．B、D 点均在横轴的上方，净光合速率均大于 0，植物光合作用实际 制造的有机物大于细胞呼吸消耗的有机物．B 点、D 点净光合作用与呼吸作用相等，因此实际光合作用 制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍． 故答案为： （1）1：6 细胞呼吸分解了有机物 10 葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳 （2）温度 减小 20 （3）从叶绿体→线粒体和从叶绿体→叶肉细胞外 B、D