细胞呼吸和光合作用的综合应用含详细解析

细胞呼吸和光合作用的综合应用

(40分钟100分)

1.(12分)科学家在黑暗条件下，将离体叶绿体浸泡在pH=4的酸性溶液中不能产生ATP(图1)，当叶绿体基质和类囊体腔均达到pH=4时也不能产生ATP(图2)，将其转移到pH=8的碱性溶液中(图3)发现能产生ATP。回答下列问题：

(1)该实验是研究叶绿体中ATP产生的机理，由实验结果可以推测，叶绿体中ATP合成的必要条件是________________________________________。

(2)绿色植物在光合作用时，叶绿体中ATP的合成部位是__________，叶绿体依靠光反应中__________过程在类囊体腔部位积累H+产生类似于图3的条件。

(3)图3实验状态下，叶绿体________(填“会”或“不会”)释放氧气，其原因是________________________。

【解题指南】解答本题的关键是：

(1)三图所示只有图3叶绿体中能产生ATP。

(2)实验条件是离体的叶绿体、黑暗的环境条件。

(3)三图的主要不同是不同部位pH不同(H+浓度不同)。

【解析】(1)由实验结果可知，三种条件下只有图3的条件才能产生ATP，与图1、图2相比，图3的条件是类囊体腔中的pH低于叶绿体基质，即类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质。

(2)绿色植物在光合作用时，叶绿体中ATP的合成部位是类囊体薄膜上，叶绿体中水的光解会产生H+，H+积累形成类似于图3的条件。(3)由于实验在黑暗条件下进行，叶绿体内无法进行水的光解，因此不能释放氧气。

答案：(1)类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质(或类囊体腔中的pH 低于叶绿体基质)

(2)类囊体薄膜上水的光解(3)不会在黑暗条件下，叶绿体不能进行水的光解，不能释放氧气

2.(12分)(2017·武汉模拟)下图1为植物光合作用与有氧呼吸的过程示意图，图中字母表示有关物质，序号表示相关生理过程，请据图回答问题：

(1)写出下列符号所表示的含义：C________，D________，①________。

(2)若图1中化合物B的含量在24小时内发生的变化如下图2所示，请回答：

G点时化合物B含量升高主要是_____________________________________所致。

________段的出现可能是由白天天气暂时由晴转阴造成的。请在图3中画一条曲线，表示上图中的EH段(10 h至14 h)水稻叶肉细胞中C3含量的变化趋势。(设a点为10 h的C3含量)

【解析】本题主要考查植物的光合作用与呼吸作用，意在考查考生的理解能力。(1)由图1可知，A、B、C、D、E、F分别表示CO2、C5、O2、[H]、水、[H]，①表示暗反应过程，②表示O2进入线粒体的过程，③表示有氧呼吸的第一阶段，④表示有氧呼吸的第二阶段。(2)在12～14 h内，气温过高，植物为了减弱蒸腾作用，气孔张开程度减小，甚至关闭，导致进入叶肉细胞内的CO2含量减少，使C3合成量减少，C5含量增加。天气由晴转阴时，光反应受阻，产生的ATP和[H]减少，使C3的还原变慢，C5的产生量减少，同时C5仍与CO2结合生成C3，所以此条件下的C5含量会降低。C3与C5的含量变化相反，所以参照C5的含量变化即可画出C3的含量变化图。

答案：(1)O2[H] 暗反应

(2)温度过高，气孔关闭，叶肉细胞吸收CO2减少CD 如图：

3.(12分)对黄瓜植株不同着生位置的叶片的结构及光合作用进行研究，部分结果如下，分析回答问题：

(1)上位叶(着生于植株上部)的光合作用速率和CO2固定速率均明显高于下位叶(着生于植株基部)，其主要原因是下位叶接受的光照较弱，光反应产生的______

________较少，影响了暗反应中________的还原，从而影响了对CO2的固定。

(2)上位叶的光饱和点和光补偿点均明显高于下位叶。若下图中的曲线Ⅰ表示上位叶在不同的光照强度下的光合速率(以吸收CO2的相对值表示)，则表示下位叶的光合速率的曲线最可能是______。

(3)观察上位叶和下位叶的结构，发现下位叶的叶绿体数量多、体积大，叶绿体中的基粒数和每个基粒中的类囊体数量都比较多。上述项

目中，能在光学显微镜下观察到的是________。这种结果表明，生物体的结构和______是相适应的。

【解析】(1)弱光下，光反应产生[H]和ATP减少，影响了暗反应中C3的还原，从而影响了对CO2的固定。

(2)由题可知，上位叶的光饱和点和光补偿点均明显高于下位叶，则上位叶光合速率也明显高于下位叶。若曲线Ⅰ表示上位叶在不同的光照强度下的光合速率，则图中曲线Ⅳ光补偿点高于曲线Ⅰ，而曲线Ⅱ光合作用强度与曲线Ⅰ无明显差异，只有曲线Ⅲ光补偿点和光饱和点均低于曲线Ⅰ，且光合速率也明显低于曲线Ⅰ，因此曲线Ⅲ为下位叶在不同的光照强度下的光合速率。

(3)在光学显微镜下可以观察到叶绿体的形态和数量，而叶绿体的结构(双层膜结构和基粒)为亚显微结构，需要利用电子显微镜才能观察。从实验中可以得出由于上位叶与下位叶在叶绿体数量和基粒数量、结构等方面的差异，导致光合作用上的差异，这表明了生物体的结构和功能是相适应的。

答案：(1)[H]和ATP C3(2)Ⅲ

(3)叶绿体数量(和大小) 功能

4.(12分)(2017·安庆模拟)如图是某植物成熟绿叶组织的相关图解。其中图1是叶肉细胞的光合作用过程图解；图2表示在某光照强度和适宜温度下，光合作用增长速率随CO2浓度变化的情况；图3表示当光照和CO2浓度充足的条件下，温度对该植物光合作用和呼吸作用的影响(其中实线表示光照时CO2的固定量，虚线表示黑暗时CO2的产生

量)。请据图回答下列问题：

(1)由图1可知，甲、乙分别代表的物质是________、________，想要使叶绿体内C3的含量快速下降，可以改变的环境条件是_______________。

(2)图2中限制D点光合作用速率的主要环境因素是________，和D 点相比，C点叶绿体中C5的含量______(填“较低”“较高”或“相等”)。

(3)由图3可知，与________作用相关的酶对高温更为敏感，相关酶的作用机理是________________________。

(4)若昼夜不停地照光，图3植物在温度为________条件下，生长状况达到最佳。若在此温度条件下，每天交替进行12 h光照、12 h黑暗处理，则该植物在24小时内积累的葡萄糖为________mg(保留小数点后一位)。

【解析】(1)联系光合作用过程的图解，可知图1中甲即CO2与C5结合生成C3，C3在光反应生成的ATP和[H](即乙)的作用下，生成(CH2O)和C5。不提供CO2会导致C3不能生成，增加光照强度，会导致C3快速