《細胞呼吸和光合作用》典型案例分析

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1、細胞呼吸和光合作用典型案例分析細胞呼吸和光合作用典型案例分析一光合作用和呼吸作用的過程命題熱點(1)細胞呼吸的過程及條件(2)光反應(yīng)與暗 反應(yīng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系命題角度 高考對此類問題的考查有以下兩種形 式：一是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖形式考查光反應(yīng)、暗反應(yīng)、 有氧呼吸、無氧呼吸的過程、場所及相互關(guān)系；二是以 曲線圖形式考查光合作用過程中C3化合物和C5化合物的 含量變化例1如圖所示為H隨化合物在生物體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)移 的過程，下列分析合理的是()A.過程發(fā)生在核糖體上，水中的H只來自一NH2B.在缺氧的情況下，過程中不會發(fā)生脫氫反應(yīng)C.M物質(zhì)應(yīng)該是丙酮酸，過程不會發(fā)生在線粒體中D.在氧氣充足的情況下，過程發(fā)生

2、在線粒體中解析根據(jù)示意圖可推知：M是丙酮酸，N是葡萄 糖。過程指氨基酸在核糖體上脫水縮合形成蛋白質(zhì)，一個水分子中有兩個H,其中一個來自一NH2另一個來 自一COOH A選項錯誤。過程指葡萄糖分解為丙酮酸， 發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中，在有氧、無氧的情況下都可以進行，B、D選項錯誤。過程指在無氧的情況下丙酮酸氧化分解為乳酸，在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行，不會發(fā)生在線粒 體中。答案 C例2（2011新課標全國卷）在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在C02濃度為1卿境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到C02濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3化合物和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如圖。回答問題：（1）圖中物質(zhì)A是_（C3化合物、

3、C5化合物）。（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是 _ ;將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是 _ 。（3）若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3化合物和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比B的_（低、高）。（4）CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的_（高、低），其原因是 _。解析本題主要考查CO2濃度對光合作用的影響 以及C3化合物、C5化合物含量的變化，意在考查應(yīng)用分 析能力。（1）CO2濃度降低時，C3化合物的產(chǎn)生減少而消 耗不變，故C3化合物的含量降

4、低，與物質(zhì)A的變化趨勢一致；而C5化合物的產(chǎn)生不變卻消耗減少，故C5化合物的含量增加，與物質(zhì)B的變化趨勢一致。(2)在正常情況 下，1molCO2與1molC5化合物結(jié)合形成2molC3，即卩C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍。C02濃度迅速下降 后，C5化合物的產(chǎn)生不變卻消耗減少，故C5化合物的濃度升高。(3)在達到相對穩(wěn)定時，C3化合物的含量是C5化合物含量的2倍。(4)CO2濃度較低時，暗反應(yīng)強度低，需要的H和ATP的量少，故在較低的光照強度時就能達 到此C02濃度時的最大光合速率。答案(1)C3化合物(2)暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3化合物和C5化合物的含量穩(wěn)定，根據(jù)暗反應(yīng)

5、的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍 當C02濃度突然降 低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累(3)高(4)低C02濃度低時，暗反應(yīng)強度低，所需ATP和H少名師提醒1環(huán)境條件驟變時各物質(zhì)量的變化同理：CO2不變，光照由弱變強時C5含量上升，C3含量 減少。2據(jù)細胞呼吸的產(chǎn)物判斷細胞呼吸方式(1)有水產(chǎn)生⇒存在(不一定只存在)有氧呼吸(2)產(chǎn)生。02量耗02量⇒存在有氧呼吸和無 氧呼吸兩種方式。(3)產(chǎn)生。02量=耗02量⇒只進行有氧呼吸。(4)產(chǎn)生C02量 =酒精量⇒只進行無氧呼吸。(5)產(chǎn)生C02量 酒

6、精量⇒存在有氧呼吸和無 氧呼吸兩種方式。二影響光合作用和呼吸作用的因素命題熱點(1)光合速率與呼吸速率的關(guān)系(2)光照強 度、C02濃度等環(huán)境因素對光合作用的影響命題角度 此類問題一直是高考命題的重點，多 以圖表、曲線形式考查，正確識讀曲線是解決問題的關(guān) 鍵例3如圖表示在不同溫度下對漂浮剛毛藻的光 合作用速率和呼吸作用速率測定的結(jié)果。對此有關(guān)敘述 錯誤的是()A.測定光合放氧速率時，各溫度條件下C02的濃度必須相同B測定呼吸耗氧速率時，必須在無光條件下進行且 供氧充足C.若連續(xù)光照，則35C時漂浮剛毛藻的凈光合作 用速率最大D.若連續(xù)光照而溫度保持在40C，則漂浮剛毛藻有可能死亡解

7、析本實驗的自變量應(yīng)為溫度，故測定光合作用速率與呼吸作用速率時，其他變量如C02濃度、02濃度應(yīng)相同且適宜。實驗測得的光合作用速率應(yīng)為凈光合 作用速率，從圖中可知，35C時漂浮剛毛藻的凈光合作 用速率最大；若連續(xù)光照而溫度保持在40C，漂浮剛毛藻凈光合作用速率大于零，其體內(nèi)可以積累有機物，會 生長繁殖，故不可能死亡。答案 D例4（2011廣東高考）觀賞植物蝴蝶蘭可通過改變C02吸收方式以適應(yīng)環(huán)境變化。長期干旱條件下，蝴蝶蘭在夜間吸收C02并貯存在細胞中。（1）依圖a分析，長期干旱條件下的蝴蝶蘭在04時（填“有”或“無”）ATP和H的合成，原因是_ ；此時段 _（填“有”或“無”） 光合作用的暗反

8、應(yīng)發(fā)生，原因是 _ ；1016時無明顯CO2吸收的直接原因是 _。（2）從圖b可知，栽培蝴蝶蘭應(yīng)避免 _ ，以利于其較快生長。此外，由于蝴蝶蘭屬陰生植物，栽培時 還需適當_ 。(3)蝴蝶蘭的種苗可利用植物細胞的 _ ，通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，此過程中細胞分化的根 本原因是_ 。解析本題主要考查不同條件對光合速率的影響 等問題，意在考查分析問題的能力及推理能力。(1)04時，無光照，光合作用不能進行，但可以進行呼吸作用， 合成ATP和H;此時段葉綠體內(nèi)不能合成ATP和H，暗 反應(yīng)無法進行；1016時， 在長期干旱條件下， 植物為 了減少水分的蒸發(fā)， 關(guān)閉氣孔，導(dǎo)致CO2吸收受阻。(2)從

9、圖b中可以看出，正常情況下比長期干旱時有機物的 積累量大，所以為了利于蝴蝶蘭的生長應(yīng)避免長期干旱， 又因蝴蝶蘭屬陰生植物，所以栽培還需適當遮光。(3)植 物細胞具有全能性，可利用植株組織培養(yǎng)技術(shù)進行快速 繁育，在快速繁育過程中，一般經(jīng)歷脫分化和再分化過 程，而分化的根本原因是基因的選擇性表達。答案(1)有 呼吸作用合成 無 葉綠體在無光時不能合成ATP和H氣孔關(guān)閉(2)長期干旱(長期缺 水)遮陰(3)全能性 基因的選擇性表達名師提醒解答此類問題， 應(yīng)首先區(qū)分表觀光合速率 和真正光合速率，明確表觀光合速率、真正光合速率和 呼吸速率三者之間的關(guān)系：(1)綠色植物在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值

10、為呼吸速率。（2）綠色植物組織在光下，光合作用與細胞呼吸同時 進行，測得的數(shù)據(jù)為凈光合速率。（3）真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。1表觀（凈）光合速率通常用02釋放量、C02吸收量 或有機物積累量來表示。2真正（實際）光合速率通常用02產(chǎn)生量、C02固定 量或有機物制造量來表示。3呼吸速率通常用黑暗中C02釋放量、02吸收量或有機物消耗量來表示。高考對本實驗的考查， 多以選擇題形式考查色素提取和 分離的原理、過程、結(jié)果及色素的種類和作用；近年來， 涉及本實驗的非選擇題有所增多，如2011年廣東卷T29以色素提取為素材，考查了pH對葉綠素的影響的實驗分 析；2010年江蘇卷以非選擇題形式考查

11、了葉綠素與光合 作用的關(guān)系。中國的飲食講究“色香味”，顏色會影響消費。小 李同學(xué)擬研發(fā)“綠色”食用色素，他以生長很快的入侵 植物水葫蘆為材料進行如下實驗。n.探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響取一些葉綠素粗產(chǎn)品，配成一定濃度的溶液，于室溫（約25C）下進行實驗，方法和結(jié)果如下表實驗組號葉綠素溶液(mL)調(diào)pH至處理時間(min)溶液顏色13.0Y10綠色23.07.010綠色33.06.010黃綠色43.05.010黃褐色 注：葉綠素被破壞后變成黃褐色。根據(jù)所學(xué)知識和實驗結(jié)果，請回答：(1)提取食用葉綠素的X應(yīng)該為 _，原因是 表中丫應(yīng)該為_ ，原因是(3)若用作食品色素，天然葉綠素色素不適用于_

12、食品，否則 _ 。(4)小李想了解葉綠素粗產(chǎn)品中是否含有其他色素， 請你提供檢測方法并寫出主要步驟。解析本題考查色素的提取和分離實驗、pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響等知識， 意在考查綜合運用能力及實 驗探究能力。(1)色素不溶于水，只溶于有機溶劑。但是 有機溶劑大多有毒，所以應(yīng)選擇對人體無害的有機溶劑。分析題中表格不難得出丫等于8.0，原因是pH是該實 驗的自變量，到pH逐漸增大且相鄰兩組的pH相差1, 所以組的pH應(yīng)該為8.0。(3)從表中信息可知，酸性條 件下天然葉綠素色素容易被破壞造成食品失綠而影響品 質(zhì)。(4)該葉綠素粗產(chǎn)品來自植物，檢測其中是否含有其 他色素可用紙層析法。答案(1)對人體無

13、害的有機溶劑(食用酒精)葉綠素溶于有機溶劑和應(yīng)考慮溶劑對人體的影響(2) 8.0實驗中自變量的變化應(yīng)有規(guī)律和應(yīng)考慮堿性pH對葉綠體穩(wěn)定性的影響(3)酸性 由于葉綠素被破壞造成食品失綠而影響品 質(zhì)(4)紙層析法，其主要步驟：制備濾紙條，畫色素液細線，用層析液分離色素，觀察色素帶。1實驗結(jié)果的拓展分析(1)在濾紙條上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a和 葉綠素b，距離最遠的兩條色素帶是胡蘿卜素和葉黃素。(2)四條色素帶的分布與擴散速度有關(guān)，擴散速度與 溶解度呈正相關(guān)，從色素帶的位置可推知色素在層析液 中溶解度的大小。(3)色素帶的粗細與色素的含量有關(guān)，從色素帶的寬 度可推知色素含量的多少。2實驗的異?，F(xiàn)象分析(1)提取液顏色淺的原因1研磨不充分，色素未充分提取出來。2稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素濃度小。3未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。(2)色素帶呈弧形的原因是濾紙條未剪去兩角。(3)濾紙條上只有兩條色素帶，原因是使用的葉片中 葉綠素被破壞或不含葉綠素。(4)濾紙條上看不見色素帶的原因： 忘記畫濾液細線。濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全溶解到層析液中。