查缺补漏 | 2.2 光合作用和细胞呼吸的原理及其相互关系

提纲

1．光合作用过程

2．有氧呼吸过程

核心点拨

1．光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向归纳

项目	光合作用		有氧呼吸
[H]	来源	H2O光解产生	有氧呼吸第一、二阶段
	去向	还原C3	用于第三阶段还原O2
ATP	来源	光反应阶段产生	三个阶段都产生
	去向	用于C3还原供能	用于各项生命活动(植物C3的还原除外)

2.光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系

(4)

3．改变条件后，C₃、C₅、[H]、ATP的含量及(CH₂O)合成量变化

分析光照强度和二氧化碳浓度突然改变后，C₃、C₅、[H]、ATP的含量及(CH₂O)合成量的动态变化时要将光反应和暗反应过程结合起来分析，从具体的反应过程提炼出模型：“来路→某物质→去路”，分析其来路和去路的变化来确定含量变化。如下面四幅模型图：

题组特训

题组一　光合作用的色素与结构辨析

1．下列关于叶绿体的色素叙述错误的是 ()

A．矿质元素能影响叶绿素的合成

B．提取叶绿素时选用层析液的原因是色素可溶于有机溶剂

C．低温条件下色素合成受阻

D．黄化苗中无叶绿素，但有其他色素存在

答案　B

解析　Mg是合成叶绿素的主要元素；提取叶绿素是利用叶绿体中的色素溶解于有机溶剂如酒精或丙酮(相似相溶)，形成色素液，层析液的作用是溶解并分离不同色素，这是两个不同的过程；低温会降低酶的活性进而影响反应速度；黄化苗因缺光而不能产生叶绿素，所以变黄，但有其他色素存在。

2．将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍可以进行光合作用。以下分析正确的是()

A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体的内膜和基质中

B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透性的，起保护作用

C．光合作用必须在叶绿体中才能进行

D．叶绿素被破坏，则不能进行光合作用

答案　D

解析　光合作用所需的酶主要分布在叶绿体的基质中和类囊体膜上，而色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；叶绿体的内膜和外膜均具有选择透过性，B错误；只要能满足所需条件，光合作用就可以进行，因此光合作用不一定都在叶绿体中进行，如蓝藻没有叶绿体，也能进行光合作用，C错误；由于叶绿素具有吸收、传递和转换光能的作用，因此叶绿素被破坏，光反应不能进行，整个光合作用也不能进行，D正确。

题组二　光合作用与细胞呼吸的过程辨析

3．下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法正确的是(多选)()

A．乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同提供的

B．乙中的ATP用于还原三碳化合物

C．甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同

D．丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等

答案　BC

解析　从图中发生的变化可判断，甲是光反应，乙是暗反应，丙是有氧呼吸，丁是ATP的水解。有氧呼吸产生的ATP不能用于光合作用的暗反应，A项错误；光反应过程中产生的ATP用于还原三碳化合物，B项正确；光反应合成ATP所需的能量来源于光能，而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能，C项正确；红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，协助扩散需要载体蛋白但不消耗ATP，D项错误。

4．细胞呼吸过程中，线粒体内膜上的质子泵能将NADH(即[H])分解产生的H^＋转运到膜间隙，使膜间隙中H^＋浓度增加，大部分H^＋通过结构①回流至线粒体基质，同时驱动ATP的合成，主要过程如图所示。下列有关叙述不正确的是()

A．乳酸菌不可能发生上述过程

B．该过程发生于有氧呼吸第二阶段

C．图中①是具有ATP合成酶活性的通道蛋白

D．H^＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输属于协助扩散

答案　B

解析　乳酸菌属于原核生物，原核细胞中没有线粒体，所以不可能发生图示过程，A正确；线粒体内膜上进行的是有氧呼吸第三阶段，B错误；根据题图可知，结构①能够驱动ATP合成，因此是一种具有ATP合成酶活性的通道(载体)蛋白，C正确；根据题图可知，“使得线粒体内外膜间隙中H^＋浓度提高”，因此H^＋由膜间隙向线粒体基质的跨膜运输是由高浓度向低浓度一侧运输，并且需要借助于载体①，因此属于协助扩散，D正确。

5．如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法错误的是()

A．X、Y、Z物质分别表示C₃、丙酮酸和ATP

B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④

C．②⑤过程分别表示C₃的还原和CO₂的固定

D．光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO₂会释放到细胞外

答案　B

解析　据图可知，Z是ATP，Y是丙酮酸，X是C₃，A正确；光合作用的光反应阶段①和有氧呼吸的第一、二阶段③④产生ATP，而光合作用的暗反应阶段中的三碳化合物的还原过程②不能产生ATP，B错误；图中②表示三碳化合物的还原过程，⑤表示二氧化碳的固定过程，C正确；光合速率小于呼吸速率时，叶肉细胞会有二氧化碳的净释放，即④过程产生的CO₂会释放到细胞外，D正确。

题组三　辨析条件骤变引起光合作用过程中物质含量的变化

6．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()

A．O₂的产生停止                                         B．CO₂的固定加快

C．ATP/ADP比值下降                                  D．[H]含量减少

答案　B

解析　用黑布将培养瓶罩上，光反应停止，O₂的产生停止，A正确；同时[H]和 ATP 的产生停止，使暗反应C₃的还原速度减慢，从而导致CO₂的固定减慢，B错误；ADP生成 ATP减少，使ATP/ADP比值下降，C正确；光反应停止，[H]的产生减少，D正确。

7．在光合作用中NADP^＋与NADPH可相互转化(如图1)。为探究外界因素对NADP^＋含量的影响，取某双子叶植物小圆叶片等量分为3组，进行以下实验(见表格)，各组均在黑暗5min后开始测定NADP^＋含量，结果如图2。回答下列问题：

组别	处理
甲组	25 ℃，光照1 h→黑暗5 min→重新光照
乙组	25 ℃，光照1 h→黑暗5 min→不再光照
丙组	42 ℃，光照1 h→黑暗5 min→重新光照

(1)图2中__________(填“a与d”或“d与e”或“c与f”)NADP^＋含量的差异，反映出高温(42℃)抑制该植物的暗反应。

(2)ab段NADP^＋含量下降的原因是________________________________________________。

(3)资料显示：抗霉素A能够影响该植物光合作用，导致NADP^＋含量减少，请在上述实验的基础上，补充实验加以验证(简要写出实验思路即可)：_____________________________

________________________________________________________________________。

答案　(1)a与d

(2)重新光照时，光反应迅速将水分解，生成氧气和NADPH，消耗NADP^＋，暗反应中C₃还原消耗NADPH较少

(3)增设一组实验，加入抗霉素A，其他条件与甲组相同，测定NADP^＋的含量，与甲组相比较

解析　(1)据题干信息可知，甲组和丙组始终以温度作为唯一自变量。光照1 h内，甲、丙两组NADPH和NADP^＋相互转化，含量保持动态平衡。黑暗5 min，甲、丙两组植物仍然在相应温度下进行了一小段时间的暗反应，产生NADP^＋。在高温条件下(丙组)C₃的还原减弱，消耗的NADPH减少，产生的NADP^＋比25℃条件下(甲组)少。因此图2中d点比a点的   NADP^＋含量低，可以反映高温(42 ℃)抑制该植物暗反应的进行。d点和e点反映的是在42 ℃条件下重新光照NADP^＋含量的变化。c点和f点的比较反映的是在25℃条件下有无光照对NADP^＋含量的影响。

(2)重新光照时，光反应迅速将水分解，生成O₂和NADPH，消耗NADP^＋，暗反应中C₃还原消耗的NADPH较少，导致NADP^＋含量显著下降，所以ab段NADP^＋含量下降。保持在光照条件下，b点到c点，NADPH转化NADP^＋的速率逐渐升高；c点后二者的含量达到新的平衡。

(3)若要验证抗霉素A能够影响该植物光合作用，导致NADP^＋含量减少，必须以有、无抗霉素A为自变量，NADP^＋的含量变化为因变量设计实验。根据单一变量原则，对照组不能选择乙组；丙组42 ℃条件下生成的NADP^＋含量少，也不宜作为对照组。相对丙组而言，甲组的条件较适宜，应选择甲组为对照。因此实验思路为：增设一组实验，加入抗霉素A、其他条件与甲组相同，测定NADP^＋含量，与甲组进行比较。

思维延伸

(1)下图中T₀～T₁表示的是适宜条件下生长的小球藻叶绿体([H]、ADP、C₃或C₅)中某两种化合物的含量，T₁～T₃则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。

①若T₁时刻降低了培养液中NaHCO₃的浓度，则物质甲、乙分别指的是__________。

②若T₁时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是________。

答案　①C₅、[H]②ADP、C₃

(2)研究小组将某绿色植物置于一密闭玻璃容器内，在适宜条件下，经黑暗和光照处理，测量容器内氧气量的变化，结果如图所示。光照处理后，除容器内氧气外，细胞内其他物质含量也会发生变化。与B点相比较，C点叶肉细胞内C₃物质的合成速率________(填“上升”“下降”或“不变”)，判断的理由是__________________________________

________________________________________________________________________。

答案　下降　随着光合作用的进行，容器内二氧化碳逐渐减少，光合作用速率逐渐降低

(3)如图甲表示小球藻的某生理过程，科学家向小球藻培养液中通入放射性¹⁴CO₂，在不同条件下连续测量小球藻细胞中¹⁴C标记的图甲中三种化合物的相对量，其变化曲线如图乙所示。曲线A有两次上升过程，参照图甲分析原因分别是_______________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　光照条件下，小球藻吸收培养液中的¹⁴CO₂并逐渐合成¹⁴C₃，使其上升；突然停止光照，¹⁴C₃不能继续被还原，使其再次上升

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