考点二 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用
1.把握与细胞呼吸影响因素相关的“四类”曲线
(1)甲图:温度通过影响与细胞呼吸有关的 来影响呼吸速率。
(2)乙图(酵母菌群体、大多数植物等):
①O2浓度=0时,只进行 。
②0<O2浓度<10%时,同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。随O2浓度增大, 逐渐被抑制, 不断加强。
③O2浓度≥10%时,只进行 。
④O2浓度=5%时,有机物消耗 。
(3)丙图:自由水含量较高时呼吸作用旺盛。
(4)丁图:CO2是细胞呼吸的产物,对细胞呼吸具有 作用。
2.把握与光合作用影响因素相关的3类曲线
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影响因素 |
原理 |
图像 |
图像解读 |
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光照强度 |
影响 阶段ATP、[H]的产生 |
P点的限制因素: ①外因: 等 ②内因:色素含量、酶的数量和活性、C5的含量 | |
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CO2 浓度 |
影响 阶段C3的生成 |
P点的限制因素: ①外因: 等 ②内因:酶的数量和活性、色素含量、C5的含量 | |
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温度 |
通过影响 来影响光合作用 |
P点对应的温度为进行光合作用的 |
3.光合作用曲线中特殊点含义及移动情况分析
(1)A点:只进行细胞呼吸。AB段:光合速率 呼吸速率。B点以后: 。
(2)B点: ,B点的光照强度称为光补偿点;C点的光照强度称为光饱和点。
(3)增加CO2浓度,B点 ,C点 ,D点向右上方移动。
(4)若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则补偿点B应相应地向 移,通过增加光照强度来提高光合速率,使光合速率等于呼吸速率。若适当减少CO2浓度,则补偿点B应相应地向 移,饱和点C应相应地向 移。
4.图示法理解光合速率与呼吸速率的关系
(1)各种速率的表示方法及相互关系
①呼吸速率:有机物或O2消耗量、CO2产生量。
②净光合速率:有机物积累量、O2释放量、CO2吸收量。
③总(真正)光合速率:有机物或O2产生量、CO2消耗量。
④总(真正)光合速率:净光合速率 呼吸速率。
(2)净光合速率和总(真)光合速率的判定方法
①若为坐标曲线形式,当光照强度为0时,CO2吸收值为0,则该曲线表示总(真)光合速率,若CO2吸收值为负值,则该曲线表示净光合速率。
②若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值,则为净光合速率。
③有机物积累量表示净光合速率,制造量表示总(真正)光合速率。
(3)光合速率与植物生长的判断
①当净光合速率>0时,植物因积累有机物而生长。
②当净光合速率=0时,植物不能生长。
③当净光合速率<0时,植物不能生长,长时间处于此种状态,植物将死亡。
考法一 考查影响光合速率与呼吸速率的因素
1.温度对某植物细胞呼吸速率影响的示意图如图4-9所示。下列叙述正确的是 ( )
A.a~b段,温度升高,促进了线粒体内的葡萄糖的分解过程
B.b~c段,与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快
C.b点时,氧与葡萄糖中的碳结合生成的二氧化碳最多
D.c点时,细胞呼吸产生的绝大部分能量储存在ATP中
2.通常把绿色植物达到最大光合速率所需的最低光照强度称为光合作用的光饱和点。图4-10表示环境因素对植物光合速率的影响。据图分析,下列说法错误的是 ( )
A.达到光饱和点之后,暗反应的变化跟不上光反应的变化导致光合速率不再提高
B.在一定范围内,CO2浓度或温度升高时,光合作用的光饱和点提高,反之下降
C.光照强度为零时,该植物与外界环境不进行气体交换
D.仙人掌类植物在热带森林不能生长是因为得不到充足的阳光
考法二 考查光(或CO2)补偿点、饱和点及移动
3.图4-11为某植物在适宜的自然条件下,CO2吸收速率与光照强度的关系曲线。下列判断不正确的是 ( )
A.若温度降低,则a点上移
B.若植物缺Mg,则b点左移
C.若CO2浓度升高,则c点右移
D.若水分不足,则c点左移
4.某小组用黑藻进行光合作用的实验,他们将一枝黑藻浸在加有适宜培养液(其中添加有NaHCO3,在一定时间内可维持培养液中CO2浓度的相对稳定)的广口瓶中(室温25 ℃),可观察到光下叶片放出气泡(不考虑O2在水中的溶解)。他们以太阳灯(冷光源,产生热量忽略不计)作为光源,移动太阳灯使之与广口瓶的距离不同,结果如图甲所示,请回答:
(1)该实验研究的是 对光合速率的影响,除了改变太阳灯与广口瓶的距离外,还可以在不改变太阳灯与广口瓶的距离的情况下通过改变 来完成这一实验,以 作为观测光合速率的指标。
(2)A点时乙图中红色小液滴 (填“左移”“右移”或“不动”)。
(3)有同学用缺镁发黄的黑藻重复上述实验,则图甲A点 (填“左移”“右移”或“不动”);原因是 。
考法三 总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系
5.植物的叶面积与有机物产量关系密切,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4-13所示,分析可以得出 ( )
A.随着叶面积系数增加,群体光合速率和群体干物质积累速率变化趋势一致
B.叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低与群体呼吸速率增加有关
C.叶面积系数超过b时,限制群体光合速率增加的主要因素是叶面积系数
D.在进行农作物种植时,应尽可能地提高叶面积系数以提高农作物产量
6.某研究小组发现生长在热带雨林的植物气孔都较大,对某热带雨林生态系统四个季节的净光合速率与呼吸速率进行测量,结果如下表所示。回答下列问题:
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雾凉季 |
干热季 |
雨季前期 |
雨季后期 | |
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净光合速率(mg·m-2·s-1) |
0.850 |
0.702 |
0.863 |
0.874 |
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呼吸速率(mg·m-2·s-1) |
0.198 |
0.211 |
0.270 |
0.228 |
(1)由表可知该生态系统四季的呼吸速率几乎相等,由此猜测该生态系统不同季节的温度、 、二氧化碳浓度等基本保持不变。据研究,温度对叶肉细胞光合作用和呼吸作用的影响不完全相同,其原因是 。
(2)由表可知该生态系统的光合作用速率在四季中的 最小,从影响光合作用的因素角度分析,其原因是 。
(3)由表可知该生态系统在四季中的 有机物积累量最多,依据是 。
考法四 自然环境和密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化
7.将完全培养液栽培的植物放入密闭的玻璃瓶内,在室外培养一昼夜,测得瓶内二氧化碳浓度的变化如图4-14。以下分析正确的是 ( )
A.植物从培养液中吸收氮和镁,可用于合成叶绿素
B.BC段植物只进行呼吸作用,使瓶内CO2浓度升高
C.E点时用碘蒸气处理叶片,叶片不变蓝
D.该植物在该密闭玻璃瓶中可正常生长
【题后归纳】 1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
图4-15
(1)a点:夜温降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少。
(2)开始进行光合作用的点:b;结束光合作用的点:m。
(3)光合速率与呼吸速率相等的点:c、h;有机物积累量最大的点:h。
(4)de段下降的原因是气孔关闭,CO2吸收减少;fh段下降的原因是光照减弱。
2.密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化
(1)光合速率等于呼吸速率的点:C、E。
(2)图甲中N点低于虚线,该植物一昼夜表现为生长,其原因是N点低于M点,说明一昼夜密闭容器中CO2含量减少,即总光合量大于总呼吸量,该植物生长。
(3)图乙中N点低于虚线,该植物一昼夜不能生长,其原因是N点低于M点,说明一昼夜密闭容器中O2含量减少,即总光合量小于总呼吸量,植物不能生长。
考点二
【主干整合】
1.(1)酶的活性
(2)①无氧呼吸 ②无氧呼吸 有氧呼吸 ③有氧呼吸 ④最少
(4)抑制
2.光反应 温度、CO2浓度 暗反应 温度、光照强度 酶的活性 最适温度
3.(1)小于 光合速率大于呼吸速率
(2)光合速率等于呼吸速率
(3)左移 右移
(4)右 右 左
【考法提炼】
1.B [解析] 葡萄糖分解生成丙酮酸的过程在细胞质基质中进行,A错误;b~c段,与细胞呼吸有关的酶发生热变性的速率加快,酶活性降低,因而细胞呼吸的相对速率下降,B正确;氧在有氧呼吸第三阶段与[H]结合生成水,不与碳结合生成二氧化碳,C错误;细胞呼吸释放的能量绝大部分以热能的形式散失,D错误。
2.C [解析] 在达到光饱和点之后,由于光照充足,所以光反应较强,而光合作用不能提高的原因是暗反应的变化跟不上光反应的变化,A正确;从图中看出CO2浓度升高或温度升高时,光合作用的光饱和点提高,反之下降,B正确;光照强度为零时,植物可以进行呼吸作用,从外界吸收氧气,并释放CO2,C错误;仙人掌类植物在热带森林不能生长是因为森林中树木过多,遮挡了光,使其不能得到充足的阳光,D正确。
3.B [解析] 某植物在适宜的自然条件下,若温度降低,呼吸速率下降,则a点上移,A正确;若植物缺Mg,叶绿素合成减少,光反应减弱,光合速率下降,则b点应右移,B错误;若CO2浓度升高,暗反应增强,所需[H]、ATP增多,则c点应右移,C正确;若水分不足,光合作用减弱,c点左移,D正确。
4.(1)光照强度 太阳灯的功率(亮度) 单位时间气泡产生数目(或气泡释放速率或红色小液滴的移动距离)
(2)不动
(3)左移 叶绿素含量低,需更强的光照,光合作用速率才能与呼吸作用速率相等
[解析] (1)移动太阳灯使之与广口瓶的距离不同,可表示光照强度不同,可判断该实验的目的是探究光照强度对光合速率的影响;还可通过改变太阳灯的功率(亮度)来调节光照强度。该实验的观测指标可以是单位时间气泡产生数目或气泡释放速率或红色小液滴的移动距离。(2)A点时表示氧气释放速率为零,此时光合速率等于呼吸速率,此时红色小液滴不动。(3)缺镁发黄的黑藻叶绿素含量低,吸收光能减少,光合速率降低,但呼吸速率不变,而图甲中A点表示光合速率等于呼吸速率,所以为保证光合速率等于呼吸速率,A点应左移,即增大光照强度以增大光合速率。
5.B [解析] 题图自变量为叶面积系数,因变量为群体光合速率、群体呼吸速率和群体干物质积累速率;群体光合速率-群体呼吸速率=群体干物质积累速率。随着叶面积系数增加,群体光合速率先增加后保持稳定,群体干物质积累速率先增加后保持稳定然后再下降,A错误;叶面积系数超过b时,群体呼吸速率继续上升,而群体光合速率不变,由群体光合速率-群体呼吸速率=群体干物质积累速率可知群体干物质积累速率下降与群体呼吸速率增加有关,B正确;叶面积系数超过b时,群体光合速率不再随叶面积系数的上升而增大,故此时限制因素不再是叶面积系数,C错误;在进行农作物种植时要适当提高叶面积系数,因为超过b后,群体干物质积累速率会下降,D错误。
6.(1)氧气浓度 光合酶和呼吸酶的最适温度不同(或温度对两种酶活性的影响不同)
(2)干热季 干热季的水分少,导致大部分气孔关闭,植物吸收的二氧化碳减少,光合作用速率下降
(3)雨季后期 雨季后期净光合速率最大
[解析] (1)影响呼吸作用的主要因素是温度、氧气浓度,由表格数据可知,该生态系统四季的呼吸速率几乎相等,因此该生态系统的氧气浓度、温度、二氧化碳浓度基本保持不变。据研究,温度对叶肉细胞光合作用和呼吸作用的影响不完全相同,其原因是光合酶和呼吸酶的最适温度不同(或温度对两种酶活性的影响不同)。(2)总光合速率=净光合速率 呼吸速率。由表格信息可知,四季中光合速率最小的是干热季,从影响光合作用的因素角度分析,可能的原因是干热季水分少,导致气孔关闭,胞间二氧化碳浓度下降,光合作用速率降低。(3)由表格信息可知,该生态系统在雨季后期净光合速率最大,积累有机物最多。
7.A [解析] 叶绿素的元素组成为C、H、O、N、Mg,因此植物从培养液中吸收氮和镁,可用于合成叶绿素,A正确;据图分析,图中BC段光合速率小于呼吸速率,因此瓶中二氧化碳浓度上升,B错误;E点时瓶内二氧化碳浓度比A点时低,说明光合作用积累的有机物大于呼吸作用消耗的有机物,即有淀粉的积累,则用碘蒸气处理叶片,叶片变蓝,C错误;图中F点的二氧化碳浓度高于A点,说明一天内该植物的有机物总量在减少,因此该植物在该密闭玻璃瓶中不能正常生长,D错误。
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