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热点专题突破系列（二）细胞呼吸和光合作用的综合应用【三年考情分析】细胞呼吸与光合作用是细胞代谢的重点内容,也是高考的常考知识点。对近三年高考分析如下:考查点近三年考情统计光合速率与呼吸速率的综合考查2013江苏T33、2013福建T26、2013浙江T30、2012山东T2、2012天津T5、2012广东T26、2011安徽T29种子萌发的分析2013新课标全国卷ⅠT29、2013山东T25、2012新课标全国卷T29【分类突破通关】类型一光合速率与呼吸速率的综合考查【通关典例】(2012·天津高考)设置不同CO2浓度,分组光照培养蓝藻,测定净光合速率和呼吸速率(光合速率=净光合速率+呼吸速率),结果见图。据图判断,下列叙述正确的是()A.与d3浓度相比,d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生成的[H]多B.与d2浓度相比,d3浓度下单位时间内蓝藻细胞呼吸过程产生的ATP多C.若d1、d2、d3浓度下蓝藻种群的K值分别为K1、K2、K3,则K1K2K3D.密闭光照培养蓝藻,测定种群密度及代谢产物即可判断其是否为兼性厌氧生物【解题指南】(1)理论基础:光合速率随CO2浓度的变化而变化,在一定范围内随CO2浓度的增大而增大,超过一定范围后,随CO2浓度的增大而减小。(2)曲线两端出现差异的原因:CO2浓度低时,光合速率低,产生O2少,细胞呼吸也弱;CO2浓度高时,抑制细胞呼吸,细胞代谢也随之降低,光合速率下降。【解析】选A。d1浓度下光合速率大于d3浓度下的,因此d1浓度下蓝藻细胞光反应产生的[H]多,故A选项正确;d2浓度下呼吸速率大于d3浓度下的,因此d3浓度下的蓝藻细胞呼吸产生的ATP少,故B选项错误;由于d2浓度下净光合速率最大,d1、d3浓度下的净光合速率相等,因此,三种浓度下的蓝藻种群的K值大小关系为K2K1=K3,故C选项错误;若要判断蓝藻是否是兼性厌氧生物,需要设置有氧、无氧两种条件,在没有光合作用影响O2的产生,其他条件相同且适宜的情况下进行验证,故D选项错误。【通关锦囊】光合速率与呼吸速率的区别与联系1.光合速率与呼吸速率的常用表示方法:项目常用表示方法真正光合速率O2产生(生成)速率CO2固定速率有机物产生(制造、生成)速率净(表观)光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率2.光合速率与呼吸速率的关系:(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数值表示净光合速率。(3)真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下:①光合作用产生O2量=实测的O2释放量+细胞呼吸消耗O2量②光合作用固定CO2量=实测的CO2吸收量+细胞呼吸释放CO2量③光合作用产生的葡萄糖量=葡萄糖的积累量(增重部分)+细胞呼吸消耗的葡萄糖量3.光合速率与植物生长:(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。【通关特训】1.(2012·广东高考)荔枝叶片发育过程中,净光合速率及相关指标的变化见下表。叶片发育时期叶面积(最大面积的%)总叶绿素含量(mg/g·fw)气孔相对开放度(%)净光合速率(μmolCO2/m2·s)A新叶展开前19---2.8B新叶展开中871.1551.6C新叶展开完成1002.9812.7D新叶已成熟10011.11005.8注:“-”表示未测数据。(1)B的净光合速率较低,推测原因可能是:①叶绿素含量低,导致光能吸收不足;②,导致。(2)将A、D分别置于光温恒定的密闭容器中,一段时间后,A的叶肉细胞中,将开始积累;D的叶肉细胞中,ATP含量将。(3)与A相比,D合成生长素的能力;与C相比,D的叶肉细胞的叶绿体中,数量明显增多的结构是。(4)叶片发育过程中,叶面积逐渐增大,是的结果;D的叶肉细胞与表皮细胞的形态、结构和功能差异显著,其根本原因是。【解题指南】解答本题的关键是:(1)纵向分析表格数据,明确叶片发育过程中各指标的变化规律。(2)横向分析表格数据,明确叶片每个发育阶段净光合速率和其他各指标的关系。【解析】(1)影响光合速率的因素有外因(光照强度、温度、二氧化碳浓度等)和内因(叶绿素的含量、酶等),结合表格中的信息,B组叶绿素含量为1.1mg/g·fw,叶绿素含量低,气孔开放程度比较低,仅为55%,二氧化碳吸收量比较少,导致光合速率较低。(2)A叶片净光合速率为-2.8μmolCO2/m2·s,即光合速率小于呼吸速率,且由于是密闭的容器,导致容器内氧气越来越少而进行无氧呼吸,产生酒精。D叶片中,光合速率大于呼吸速率,且由于是密闭的容器,导致容器内二氧化碳越来越少,暗反应减弱,而光反应不变,导致ATP增多。(3)相比成熟叶片,幼嫩的叶是合成生长素的主要部位之一;叶绿素分布在叶绿体中基粒的类囊体薄膜上,从表中可推知,由于总叶绿素含量增加,因此D的叶肉细胞的叶绿体中,基粒明显增多。(4)细胞分裂使细胞数目增多,导致叶面积增大;细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。答案:(1)气孔开放度相对低二氧化碳供应不足(2)酒精增多(3)低基粒(4)细胞分裂基因的选择性表达2.(2013·福建高考)为研究淹水时KNO3对甜樱桃根呼吸的影响,设四组盆栽甜樱桃,其中一组淹入清水,其余三组分别淹入不同浓度的KNO3溶液,保持液面高出盆土表面,每天定时测定甜樱桃根有氧呼吸速率,结果如下图。请回答:(1)细胞有氧呼吸生成CO2的场所是,分析图中A、B、C三点,可知点在单位时间内与氧结合的[H]最多。(2)图中结果显示,淹水时KNO3对甜樱桃根有氧呼吸速率降低有作用,其中mmol·L-1的KNO3溶液作用效果最好。(3)淹水缺氧使地上部分和根系的生长均受到阻碍,地上部分叶色变黄,叶绿素含量减少,使光反应为暗反应提供的[H]和减少;根系缺氧会导致根细胞无氧呼吸增强,实验过程中能否改用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标?请分析说明:。【解析】本题考查细胞呼吸的场所、影响因素以及光合作用的相关知识。(1)细胞有氧呼吸的主要场所是线粒体,生成CO2的场所是线粒体基质,比较A、B、C三点可以看出A点的有氧呼吸速率最高,单位时间内产生的与氧结合的[H]最多。(2)比较4条曲线可以看出:KNO3溶液能有效地减缓水淹对根细胞有氧呼吸的抑制,且一定浓度范围内浓度越高减缓效果越好。(3)当叶片变黄叶绿素含量减少时,光反应产生的[H]和ATP减少,光合作用减弱;根系缺氧,有氧呼吸受抑制,无氧呼吸增强,但不能用CO2作为检测有氧呼吸速率的指标,因为植物的无氧呼吸仍然能够产生CO2。答案:(1)线粒体基质A(2)减缓30(3)ATP不能,因为无氧呼吸也能产生CO2类型二种子萌发的分析【通关典例】(2013·山东高考)大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线如图:(1)阶段Ⅰ和Ⅲ大豆种子的鲜重增加明显,阶段Ⅰ中,水进入种子胚细胞的穿(跨)膜运输方式为。阶段Ⅲ中,种子胚细胞内水的主要存在形式是。(2)阶段Ⅱ期间,大豆种子胚细胞合成的解除种子休眠,促进种子萌发。阶段Ⅲ中根向地生长的原因是________分布不均,使根的近地侧生长受到。(3)若测得阶段Ⅱ种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3,则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为。(4)大豆幼苗在适宜条件下进行光合作用时,若突然停止CO2供应,短时间内叶绿体中C5和ATP含量的变化分别为、。大田种植大豆时,“正其行,通其风”的主要目的是通过提高光合作用强度以增加产量。【解题指南】(1)理论基础:种子萌发需要的外部条件:随自由水增多,细胞代谢活动增强;子叶出土后进行光合作用,受外部环境因素的影响。(2)叶绿体内C5和ATP含量变化分析:CO2停止供应,消耗的C5减少,生成的C3减少,C3还原消耗的ATP和[H]减少。【解析】本题主要考查大豆种子萌发过程及幼苗阶段的细胞代谢和激素调节。(1)水分子的跨膜运输方式是自由扩散;阶段Ⅲ种子新陈代谢强度比较大,细胞内的水主要以自由水的形式存在。(2)打破种子的休眠,促进种子萌发的激素是赤霉素;根的向地性产生的原因是生长素的运输受重力因素的影响,使近地侧生长素浓度高于远地侧生长素浓度,但根对生长素较敏感,生长素浓度高使根的生长受到抑制而长得慢,远地侧生长素浓度低但生长得快,表现为根的向地性。(3)根据题意假设O2的吸收量为1mol,则CO2的释放量为3mol,则有氧呼吸时:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O1661/6mol1mol1mol无氧呼吸时:C6H12O62C2H5OH+2CO2121mol2mol所以无氧呼吸消耗葡萄糖的量∶有氧呼吸消耗葡萄糖的量=6∶1。酶酶(4)突然停止CO2的供应以后,导致CO2的固定减弱,所以消耗的C5减少,而光反应不变,短时间内C3还原生成C5不受影响,所以C5的含量增加;同时由于生成的C3减少,消耗光反应中[H]和ATP的量减少,所以ATP的含量增加;“正其行,通其风”的目的是通过增加CO2浓度来增强光合作用强度以增加产量。答案:(1)自由扩散自由水(2)赤霉素(或GA)生长素(或IAA)抑制(3)6∶1(4)升高(或增加)升高(或增加)增加CO2浓度【通关锦囊】种子萌发过程的条件及变化分析1.萌发条件:(1)外部条件:适宜的温度、水分和充足的氧气。(2)内部条件:胚是活的,不在休眠期。2.物质变化:(1)水分的变化:先吸胀吸水再渗透吸水,萌发前期是吸胀吸水,萌发后期是渗透吸水。种子吸水使自由水增多,代谢增强。(2)有机物变化:随着萌发过程中种子细胞呼吸增强,细胞内小分子有机物增多。3.干重变化:种子萌发初期,种子中的脂肪等物质转化和分解,进行细胞呼吸而为种子萌发提供能量,物质消耗增多,干重下降;子叶出土后,进行光合作用,干重会逐渐升高。【通关特训】1.(2013·新课标全国卷Ⅰ)某油料植物的种子中脂肪含量为种子干重的70%。为探究该植物种子萌发过程中干重及脂肪含量的变化,某研究小组将种子置于温度、水分(蒸馏水)、通气等条件适宜的黑暗环境中培养,定期检测萌发种子(含幼苗)的脂肪含量和干重。结果表明:脂肪含量逐渐减少,到第11d时减少了90%,干重变化如图所示。回答下列问题:(1)为了观察胚乳中的脂肪,常用染液对种子胚乳切片染色,然后在显微镜下观察,可见色的脂肪颗粒。(2)实验过程中,导致萌发种子干重增加的主要元素是_______(填“C”“N”或“O”)。(3)实验第11d后,如果要使萌发种子(含幼苗)的干重增加,必须提供的条件是和。【解析】本题考查种子萌发及其相关物质转化过程,考查实验的分析及对信息的理解运用能力。(1)脂肪的鉴定常用苏丹Ⅲ染液,染色后的脂肪颗粒呈橘黄色,或用苏丹Ⅳ染液,染色后的脂肪颗粒呈红色。(2)种子在萌发的过程中,脂肪水解需要水的参与,此时水解产物的干重将增加,因此干重增加的元素主要是O而不是C、N。(3)由题干可知,第11d时干重减少了90%,此时如果要增加种子干重,萌发的种子此时只能通过光合作用来进行,而光合作用进行时必须提供的条件是光照和所需的矿质元素离子。答案:(1)苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)橘黄(或红)(2)O(3)光照所需的矿质元素离子2.(2012·新课标全国卷)将玉米种子置于25℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发,每天定时取相同数量的萌发种子,一半直接烘干称重,另一半切取胚乳烘干称重,计算每粒的平均干重,结果如图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳,据图回答下列问题。(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成,再通过作用为种子萌发提供能量。(2)萌发过程中在小时之间种子的呼吸速率最大,在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为mg。(3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质,其最大转化速率为mg·粒-1·d-1。(4)若保持实验条件不变,120小时后萌发种子的干重变化趋势