2024年高中生物新教材同步必修第一册 第5章 微专题二　与酶促反应速率有关的曲线分析含答案

2024年高中生物新教材同步必修第一册第5章微专题二与酶促反应速率有关的曲线分析与酶促反应速率有关的曲线分析1．底物浓度影响酶促反应速率曲线的分析(1)底物浓度较低时，酶促反应速率与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而加快。(2)当所有的酶都与底物结合后，再增加底物浓度，酶促反应速率不再加快(此时限制酶促反应速率的因素是酶的数量)。2．酶浓度影响酶促反应速率曲线的分析在有足够底物且不受其他因素影响的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。3．温度和pH共同作用对酶活性的影响(1)反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度。(2)反应溶液中温度的变化不影响酶作用的最适pH。易错提醒(1)适当增加酶的浓度会提高反应速率，但生成物的量不会增加；若适当增加反应物的浓度，提高反应速率的同时生成物的量也增加。(2)不同因素影响酶促反应速率的本质不同①温度和pH通过影响酶的活性而影响酶促反应速率。②底物浓度和酶浓度通过影响酶与底物的接触而影响酶促反应速率，并不影响酶的活性。③抑制剂、激活剂也影响酶的活性。例1如图表示在最适温度下，某种酶的催化反应速率与反应物浓度之间的关系。下列有关叙述正确的是()A．适当提高反应温度，B点向右上方移动B．在B点适当增加酶浓度，反应速率不变C．在A点提高反应物浓度，反应速率加快D．在C点提高反应物浓度，产物不再增加答案C解析在最适温度下酶的活性最高，温度偏高或偏低，酶的活性都会明显降低，即B点会向左下方移动，A错误；在B点增加酶的浓度，反应速率加快，B错误；从题图看出，在C点提高反应物浓度，反应速率不再加快，但产物的量还会增加，D错误。例2如图表示某种酶在不同处理条件(a、b、c)下催化化学反应时，反应物的量和反应时间的关系。以下关于此图的解读，正确的是()A．a、b、c表示温度，则一定是a＞b＞cB．a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞cC．a、b、c表示pH，则c＞b＞aD．a、b、c表示温度，则不可能是c＞b＞a答案B解析在一定条件下，酶在最适温度或pH时活性最大，高于或低于最适温度或pH，酶的活性都会下降，据此结合题意与图示分析可知，若a、b、c表示温度或pH，则在低于最适温度或pH的范围内，a＞b＞c，但在高于最适温度或pH的范围内，c>b>a，A、C、D错误；在底物充足，其他条件固定、适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比，若a、b、c表示酶的浓度，则a＞b＞c，B正确。1.如图表示在25℃、pH＝7的条件下，向2mL的H2O2溶液中加入两滴肝脏研磨液，H2O2分解产生O2的量随时间的变化。若改变某一条件，下列分析正确的是()A．以Fe3＋替代肝脏研磨液，a值减小，b值增大B．滴加4滴肝脏研磨液，a值不变，b值增大C．温度为37℃时，a值不变，b值减小D．H2O2量增加为4mL时，a值增大，b值减小答案C解析在生物化学反应中，与无机催化剂相比，酶具有高效性，但是两者的催化作用都不会改变化学反应的平衡点，所以a值不会减小，b值会增大，A错误；4滴肝脏研磨液中过氧化氢酶的量大于2滴肝脏研磨液中过氧化氢酶的量，因此滴加4滴肝脏研磨液，反应体系中过氧化氢酶的浓度增加，a值不变，b值减小，B错误；37℃接近人体正常体温，是酶的最适温度，催化效率是最高的，所用时间会减少，故b值减小，C正确；底物的量增加时，产物的量和时间都会有所增加，故a和b的值都增大，D错误。2.如图是酶活性影响因素的相关曲线，下列有关说法不正确的是()A．据图可知酶的最适温度为M，最适pH为8B．图中所示反应溶液中pH的变化不影响酶作用的最适温度C．温度偏高或偏低，酶活性都会明显降低D．0℃时酶的活性很低，但酶的空间结构稳定答案A解析在不同pH条件下，酶的最适温度不变，据图可知，酶的最适温度为M，但是该实验的组别太少，无法得出最适pH为8的结论，A错误。3．如图表示在不同条件下，酶催化反应的速率(或生成物量)变化，下列有关叙述不正确的是()A．图1中虚线可表示酶量增加一倍时，底物浓度和反应速率的关系B．图2中虚线可表示增加酶浓度，其他条件不变时，生成物量的变化示意曲线C．若图2中的实线表示Fe3＋的催化效率，则虚线可表示过氧化氢酶的催化效率D．图3不能表示在反应开始后的一段时间内，反应速率与时间的关系答案D解析在酶量增加一倍时，最大反应速率也增加一倍，可以用图1表示，A正确；图2虚线表示反应速率增加而快速达到平衡，可以表示酶浓度增加或换用了催化效率更高的催化剂，B、C正确；图3可以表示随反应时间的延长，底物逐渐消耗、生成物量逐渐增加，导致反应速率越来越慢，D错误。4．为了研究温度对某种酶活性的影响，设置三个实验组：A组(20℃)、B组(40℃)和C组(60℃)，测定各组在不同反应时间内的产物浓度(其他条件相同)，结果如图。下列分析正确的是()A．实验结果表明该酶的最适温度是40℃B．实验过程中pH的变化不会对该实验产生影响C．20℃条件下，t3时温度提高10℃，产物浓度会增加D．60℃条件下，t2时增加底物的量不会改变产物浓度答案D解析实验结果表明在三组设定的温度中40℃时该酶活性最高，但不能说明该酶的最适温度是40℃，A错误；实验过程中pH是无关变量，必须保持相同且适宜，pH变化会对实验产生影响，B错误；20℃条件下，t3时温度提高10℃，产物浓度不再增加，因为此时反应物已经消耗完，C错误；60℃条件下，酶已经失活，t2时增加底物的量不会改变产物浓度，D正确。5．除了温度和pH对酶活性有影响外，一些抑制剂也会降低酶的催化效果。图甲为酶作用机理及两种抑制剂影响酶活性的机理示意图，图乙为相同酶溶液在无抑制剂、添加不同抑制剂的条件下，酶促反应速率随底物浓度变化的曲线。下列说法不正确的是()A．图甲中非竞争性抑制剂降低酶活性的机理与低温对酶活性抑制的机理不同B．根据图甲可推知，竞争性抑制剂与底物具有类似结构而与底物竞争酶的活性位点C．图乙中底物浓度相对值小于10时，限制曲线A酶促反应速率的主要因素是底物浓度D．图乙中曲线B和曲线C分别是在酶中添加了非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂的结果答案D解析非竞争性抑制剂与酶活性位点以外的其他位点结合，通过改变酶的空间结构使酶的活性受到抑制，但低温只是抑制酶的活性，在低温下酶的空间结构没有改变，A正确；竞争性抑制剂和底物能够争夺酶的同一活性部位，说明竞争性抑制剂与底物可能具有类似结构，B正确；底物浓度相对值小于10时，曲线A中的酶促反应速率随着底物浓度增加而增加，表明此时底物浓度是限制曲线A酶促反应速率的主要因素，C正确；加入竞争性抑制剂后酶对底物的结合机会降低，但升高底物浓度后催化反应速率又升高，可知曲线B是加入了竞争性抑制剂的结果；加入非竞争性抑制剂后酶的催化反应速率降低，增大底物浓度反应速率上升不明显，说明曲线C是加入了非竞争性抑制剂的结果，D错误。6．某课外活动小组用淀粉酶探究pH对酶活性的影响，得到如图所示的实验结果，请回答相关问题：(1)酶活性是指____________________________，该实验的自变量是________，以________________作为检测因变量的指标。(2)如图所示的实验结果与预期不符，于是活动小组又进行__________(填“对照”“对比”或“重复”)实验，得到与此图无显著差异的结果。查阅资料后发现，盐酸能催化淀粉水解。因此推测，该实验中淀粉可能是在________和__________的作用下分解的。pH为3条件下的酶活性__________(填“小于”“等于”或“大于”)pH为9条件下的酶活性，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在常温、常压下，与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著，判断依据是_______________________________________________________________________________。答案(1)酶催化特定化学反应的能力pH1h后淀粉剩余量(2)重复淀粉酶盐酸小于pH为3的条件下，有盐酸催化淀粉水解干扰实验结果(3)1h后，pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量解析(1)酶活性是指酶催化特定化学反应的能力，据图示可知，横坐标为不同的pH，纵坐标为1h后淀粉剩余量，故该实验的自变量是pH的不同，因变量是1h后淀粉剩余量。(3)比较pH为1和pH为7的实验结果可知，pH为7的条件下淀粉的剩余量小于pH为1条件下淀粉的剩余量，故说明与盐酸相比，淀粉酶降低反应活化能的作用更显著。C3、C4、CAM植物及光呼吸一、C3、C4和CAM植物自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。3．CAM途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。归纳总结C3植物、C4植物和CAM植物的比较特征C3植物C4植物CAM植物植物类型典型温带植物典型热带或亚热带植物典型干旱地区植物主要CO2固定酶RubiscoPEP羧化酶、RubiscoPEP羧化酶、RubiscoCO2固定的时间白天白天白天和夜晚发生CO2固定的细胞叶肉细胞叶肉细胞和维管束鞘细胞叶肉细胞卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质最初CO2接受体RuBP(C5)PEP光下：RuBP(C5)；暗中：PEPCO2固定的最初产物C3C4光下：C3；暗中：草酰乙酸C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。例1下列有关C3植物和C4植物代谢和结构特点的叙述，正确的是()A．C3植物多为阴生植物，C4植物多为阳生植物B．在进行光合作用时，C3植物和C4植物将CO2中的C分别首先转移到C3和C4中C．C3植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C4植物的叶肉细胞具有无基粒的叶绿体D．C4植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞答案B解析C3植物既有阳生植物也有阴生植物，C4植物都为阳生植物，A错误；C4植物的维管束鞘细胞的叶绿体不含有基粒，而叶肉细胞的叶绿体含有基粒，C错误；C4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞，外面的一圈是一部分叶肉细胞，D错误。例2原本生活在干旱地区的多肉植物，经研究发现其CO2固定过程非常特殊，被称为景天酸代谢途径。其光合作用产生的中间产物苹果酸在CO2的固定和利用过程中起到重要作用，过程如图所示。据图分析，下列说法错误的是()A．进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累ATP和NADPH，晚上进行暗反应合成有机物B．图示的代谢方式可以有效地避免植物蒸腾过度导致脱水，从而使该类植物适应干旱环境C．与常见的C3代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是景天酸代谢途径植物D．多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的pH会呈现白天升高晚上降低的周期性变化答案A二、光呼吸光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能进行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。1．光呼吸的起因(1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，该酶叫作RuBP羧化/加氧酶，可以缩写为Rubisco。(2)二氧化碳和氧气竞争性地与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子C3进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子C3和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中C3进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基本过程如图所示。(3)由图可见，光呼吸和光合作用的关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(Rubisco)构造不完善，一部分原材料(C5)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。2．光呼吸的危害如果在较强光照下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。3．光呼吸的意义其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下：(1)回收碳元素。2分子的C2形成1分子的C3和1分子的CO2，那1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。(2)防止强光对叶绿体的破坏。在干旱天气和过强光照下，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制，光呼吸算是其中之一。(3)消除乙醇酸对细胞的毒害。归纳总结光呼吸与暗呼吸的比较比较项目光呼吸暗呼吸(有氧呼吸)底物乙醇酸糖、脂肪、蛋白质发生部位叶绿体、过氧化物酶体、线粒体细胞质基质、线粒体反应条件光照光或暗都可以能量消耗能量(消耗ATP和NADPH)产生能量共同点消耗氧气，放出二氧化碳例3植物叶肉细胞的叶绿体基质中有R酶，既能与CO2结合，催化CO2与C5反应生成C3，也能与O2结合，催化C5的分解。CO2和O2在与R酶结合时具有竞争性相互抑制(净光合速率＝光合作用产生有机物总量－细胞呼吸消耗有机物总量)。下列分析正确的是()A．植物叶肉细胞内CO2的固定发生在叶绿体内膜上B．R酶催化CO2与C5反应时需要NADPH和ATPC．增大CO2浓度后，植物叶肉细胞内的C3/C5的值增大D．增大O2/CO2的值，有利于提高植物的净光合速率答案C解析植物叶肉细胞内CO2的固定为暗反应过程，发生在叶绿体基质中，A错误；R酶催化CO2与C5反应时不需要NADPH和ATP，C3还原时需要NADPH和ATP，B错误；增大CO2浓度有利于R酶催化CO2与C5反应生成C3，因此植物叶肉细胞内的C3/C5的值增大，C正确；增大O2/CO2的值后R酶与O2结合增多，催化C5的分解，CO2的固定过程减弱，植物的净光合速率下降，D错误。例4(2022·北京丰台高一期末)Rubisco是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO2浓度较高时，该酶催化CO2与C5反应进行光合作用。当O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，植物这种在光下吸收O2产生CO2的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是()A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基质和线粒体B．植物光呼吸的进行导致光合作用产生的有机物减少C．光合作用过程中，CO2和C5反应需要消耗光反应产生的能量D．植物细胞呼吸产生CO2的场所为细胞质基质或线粒体基质答案C解析由题意可知，绿色植物进行光呼吸的过程为C5与O2反应，最后在线粒体内生成CO2，因此场所为叶绿体基质和线粒体，A正确；植物光呼吸的过程会消耗C5生成CO2，因此会导致光合作用产生的有机物减少，B正确；光合作用过程中CO2与C5反应生成C3，不需NADPH和ATP参与，C错误。1．下列关于高粱和玉米叶的结构及其光合作用过程的叙述，正确的是()①围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列疏松②叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒③NADPH储存了能量，并具有还原性④CO2中的C首先转移到C4中，然后才转移到C3中⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是ATP和NADP＋A．①③⑤B．②③④C．②④⑤D．①②③答案B解析C4植物围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列紧密，①错误；C4植物叶肉细胞的叶绿体有正常的基粒，②正确；光反应产生的NADPH和ATP储存了能量，且NADPH具有还原性，③正确；C4植物之所以叫“C4”植物，是因为CO2固定以后产物是C4，④正确；光能转化为电能时，电子的最终受体是NADP＋，⑤错误。2．(2022·浙江绍兴高一期末)景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(如图甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(如图乙)。下列关于这类植物的叙述，错误的是()A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体B．景天酸代谢(CAM)途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中D．若上午某一时刻，突然降低外界CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内会降低答案D解析在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。3．如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸的示意图，下列相关叙述正确的是()A．光合作用过程中CO2在叶绿体类囊体薄膜上被利用B．农业上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产C．在高O2含量的环境中，植物不能进行光合作用D．将植物突然置于黑暗环境中，叶绿体中C5与C3间的转化不受影响答案B解析光合作用过程中，CO2参与暗反应，场所是叶绿体基质，A错误；分析题图可知，O2和CO2的浓度会影响光合作用和光呼吸，故农业上控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产，B正确；在高O2含量的环境中，产生的C3也可用于卡尔文循环，进而生成糖，C错误；光合作用暗反应的进行，需要光反应提供NADPH和ATP，黑暗条件下，光反应不能进行，不能为暗反应提供NADPH和ATP，因而C5与C3之间的转化受影响，D错误。4．(2022·河北邯郸高一期末)玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。据图分析，下列说法不正确的是()A．维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应B．维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和NADPHC．PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用D．玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境答案A解析光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，基粒是由类囊体堆叠而成的，维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒，所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行光反应，A错误。5.光照条件下，给C3植物和C4植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结果的叙述，错误的是()A．从C3植物的淀粉和C4植物的葡萄糖中可检测到14CB．从C3植物和C4植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到14CC．随光照强度增加，从C4植物叶片中可检测到含14C的C4大量积累D．在C3植物叶肉组织和C4植物叶维管束鞘细胞的C3中可检测到14C答案C6．(2022·江苏盐城高一期末)人们根据光合作用碳同化的最初光合产物不同，把高等植物分为C3植物(最初光合产物是三碳化合物，反应途径称为C3途径，如水稻、小麦等)和C4植物(最初光合产物是四碳化合物，反应途径称为C4途径，如甘蔗、玉米等)。两类植物光合作用相关指标的比较如表：相关指标C3植物C4植物CO2固定途径只有C3途径C4和C3途径产量/(t干重·hm－2·a－1)22±0.339±17叶绿素a/b2.8±0.43.9±0.6主要CO2固定酶RubiscoPEPC、RubiscoCO2补偿点/(mg·L－1)30～700～10光饱和点全日照1/2无(1)研究发现，C4植物光合作用显著高于C3植物的原因是与CO2固定酶的种类有关，据表分析，与CO2亲和力更强的固定酶是________。这些酶存在的具体部位是____________，参与催化________反应。(2)晴朗的夏季中午，高温导致叶片气孔关闭，此时，光合作用受影响较小的植物是C4植物，因为C4植物能够利用____________________。(3)适宜条件下，C4植物的光饱和点高于C3植物，从内部原因分析：一是与C4植物叶肉细胞内酶的种类和数量有关，二是与C4植物叶肉细胞内的____________________有关。(4)小麦生长后期，农民常常在小麦行间播种玉米，其意义是____________________________。答案(1)PEPC叶绿体基质暗(2)较低浓度的CO2(3)叶绿素等光合色素的含量(4)充分利用空间，延长玉米的生长期光合作用与细胞呼吸的关系、曲线模型及相关实验设计一、光合作用与细胞呼吸的关系1．光合作用和细胞呼吸的联系与区别项目光合作用有氧呼吸代谢类型合成作用(或同化作用)分解作用(或异化作用)物质变化无机物eq\o(→,\s\up7(合成))有机物有机物eq\o(→,\s\up7(分解))无机物能量变化光能→化学能(储能)化学能→ATP、热能(放能)实质合成有机物，储存能量分解有机物、释放能量，供细胞利用场所叶绿体活细胞(主要在线粒体)条件只在光下进行有光、无光都能进行联系(1)物质方面①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一阶段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第二阶段))CO2。②O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三阶段))H2O。③H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一、二阶段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三阶段))H2O。(2)能量方面：光能eq\o(→,\s\up7(光反应))ATP和NADPH中的能量eq\o(→,\s\up7(暗),\s\do5(反应))CH2O中的能量eq\o(→,\s\up7(细胞),\s\do5(呼吸))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(热能,ATP中的能量→各项生命活动))2．微观辨析真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(以光合速率大于呼吸速率为例)(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)(总)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光合作用产生的O2量＝实际测得的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定的CO2量＝实际测得的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的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．光饱和点和补偿点的移动问题(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移，细胞呼吸减弱，A点上移。(2)补偿点(B点)的移动①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。(3)饱和点(D点)的移动相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，D点右移，C点上移的同时右移；反之，移动方向相反。方法技巧光补偿点和光饱和点移动的规律例1如图表示光合作用与细胞呼吸过程中部分物质变化的关系。下列说法正确的是()A．图中①②过程消耗ATP，③④⑤过程产生ATPB．①②过程在叶绿体中进行，③④⑤过程在线粒体中进行C．①过程产生的NADPH参与②过程，③和④过程产生的[H]与氧结合产生水D．高等植物所有的细胞都可以进行①②③④⑤过程答案C解析分析图示可知，①过程表示光反应阶段，②过程表示暗反应阶段，①过程产生的ATP用于②过程，③④⑤表示有氧呼吸全过程，三个阶段都产生ATP，A错误；真核细胞中，①②过程在叶绿体中进行，③过程在细胞质基质中进行，④⑤过程在线粒体中进行，B错误；①光反应阶段产生的NADPH参与②暗反应中C3的还原，③和④过程产生的[H]都在有氧呼吸的第三阶段与氧结合产生水，C正确；高等植物所有的细胞不一定都可以进行①②过程，如高等植物的根尖细胞不能进行光合作用，因此不能进行①②过程，D错误。例2龙血树在《本草纲目》中被誉为“活血圣药”，有消肿止痛、收敛止血的功效。图甲、乙分别为龙血树在不同条件下相关指标的变化曲线(单位：mmol·cm－2·h－1)。下列叙述错误的是()A．据图甲分析，温度为30℃和40℃时，叶绿体消耗二氧化碳的速率相等B．40℃条件下，若黑夜和白天时间相等，龙血树能正常生长C．补充适量的无机盐可能导致图乙中D点左移D．图乙中影响D、E两点光合速率的主要环境因素相同答案B解析叶绿体消耗二氧化碳的速率表示总光合速率，总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率，据图甲分析，温度为30℃和40℃时，叶绿体消耗二氧化碳的速率相等，A正确；40℃条件下，净光合速率等于呼吸速率，若黑夜和白天时间相等，则植物积累有机物的量为(5＋5)×12－5×24＝0，故龙血树不能正常生长，B错误；补充适量无机盐可能使龙血树的光合速率增加，则光补偿点变小，D点左移，C正确；图乙中影响D、E两点光合速率的主要环境因素相同——光照强度，D正确。二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型图甲为自然环境中一昼夜CO2吸收和释放变化曲线，图乙为密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线。图甲：夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线图乙：密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线b点：凌晨2～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。c点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。cd段：光合速率小于呼吸速率。d点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率。dh段：光合速率大于呼吸速率。f点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。h点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率。hi段：光合速率小于呼吸速率。ij段：无光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸AC段：无光照，植物只进行细胞呼吸。AB段：温度降低，细胞呼吸减弱。CD段：4时后，有微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中EF段出现“光合午休”现象。H点：随光照减弱，光合作用强度下降，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。HJ段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止(1)有关有机物变化情况的分析(图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲线与横纵坐标围成的面积)①能进行光合作用制造有机物时间段：ci段(CI段)；消耗有机物时间段：aj段(AJ段)。②积累有机物时间段：dh段(DH段)；一天中有机物积累最多的时间点：h点(H点)。③光补偿点：d点和h点(D点和H点)。④图甲：一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。(2)相对密闭环境中，一昼夜植物体内有机物总量变化分析(图乙)积累量可用J点与A点对应的CO2浓度的差值表示，据此可判断24小时该植物是否积累有机物。①如果J点低于A点，说明经过一昼夜，光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物(光合作用CO2固定量大于细胞呼吸CO2产生量)，植物体内的有机物总量增加。②如果J点高于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。③如果J点等于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。例3将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是()A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高C．图甲中的F点对应图乙中的g点D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加答案C解析图甲中的C、F点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d点，F点对应h点，C错误。例4(2023·河北石家庄高一校联考期末)某实验研究员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和细胞呼吸调查，结果如图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述正确的是()A．E点时大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低B．经过一昼夜后，黄瓜植株的净增加量应为Sm－SM－SNC．B点时产生ATP的场所只有线粒体和细胞质基质D．D点时黄瓜叶肉细胞中，其光合速率等于细胞呼吸速率答案B解析B点之前经过一晚上的细胞呼吸释放CO2，此时大棚中的CO2浓度达到最大，此后由于光合作用大于细胞呼吸，CO2浓度开始下降；同时由于晚上消耗O2，此时O2浓度最低，即B点时大棚中CO2浓度最高，O2浓度最低，A错误；图中SM、SN均表示细胞呼吸消耗的有机物量，Sm表示光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株的净增加量应为Sm－SM－SN，B正确；图中B点时光合速率等于细胞呼吸速率，此时既进行光合作用，也进行细胞呼吸，则植物体内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体(类囊体薄膜)，C错误；D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，说明D点时黄瓜植株光合速率等于细胞呼吸速率，但在叶肉细胞中，其光合速率大于细胞呼吸速率，D错误。三、测定光合速率和呼吸速率的方法1．“装置图法”测定光合速率与呼吸速率(1)测定装置(2)测定方法及解读①测定呼吸速率(装置甲)a．装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。c．置于适宜温度环境中。d．红色液滴向左移动(用红色液滴单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率(装置乙)a．装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。c．红色液滴向右移动(用红色液滴单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。2．叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。3．黑白瓶法“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。4．半叶法如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。例5某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述，错误的是()A．若X溶液为二氧化碳缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度的大小B．若要测真正光合作用强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用强度大于细胞呼吸强度时，液滴右移D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移答案C解析清水既不吸收和释放氧气，也不吸收和释放二氧化碳，光合作用和细胞呼吸产生和释放的氧气量和二氧化碳量相等，液滴不移动，C错误。例6某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其他生物)如表。下列说法错误的是()光照强度(klx)0(黑暗)abcde白瓶溶氧量(mg/L)－7＋0＋6＋8＋10＋10黑瓶溶氧量(mg/L)－7－7－7－7－7－7A.可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长C．白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5含量减少D．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光照强度下黑藻的净光合速率答案C解析由题表分析可知，黑瓶中黑藻不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，其中溶氧量的减少代表水体中生物的呼吸速率，不考虑其他生物，因此可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率，A正确；表中光照强度为a时，白瓶中溶解氧变化量为0，说明此时黑藻的净光合速率为0，因此，该光照条件下的黑藻不能生长，B正确；白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，则会导致C5的消耗量减少，而C3的还原过程基本不变，因此，短时间内叶肉细胞中C5含量增加，C错误；综合分析可知，白瓶中溶氧量的变化代表黑藻的净光合速率，因此可根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光照强度下黑藻的净光合速率，D正确。1．如图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是()A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光B．过程②发生在叶绿体基质，过程③发生在线粒体C．过程①产生NADPH，过程②消耗NADPH，过程③既产生也消耗NADHD．若过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重就会增加答案C解析由图分析可知，①是光反应阶段，②是暗反应阶段，③是细胞呼吸生成ATP，④是ATP中的能量用于各项生命活动。光反应中吸收光能的色素中，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，细胞呼吸产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，B错误；如果暗反应的速率大于呼吸速率，只能说明这一个叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，但整个植株的干重不一定会增加，D错误。2．如果将一株绿色植物栽培在含H218O的完全培养液中，给予充足的光照，经过一段时间后，下列物质中能含18O的是()①周围空气的氧气②周围空气的二氧化碳③周围空气的水分子④光合作用产生的葡萄糖A．①B．①③C．①②③D．①②③④答案D解析水的光解产生氧气，周围空气中的氧气含有18O，①正确；水参与细胞呼吸过程，与丙酮酸反应产生二氧化碳释放到空气中，②正确；植物吸收的水大多数用于蒸腾作用散失到空气中，③正确；由于周围空气的二氧化碳含18O，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的葡萄糖也含有18O，④正确。3．图甲表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示该植物在不同光照强度下单位时间内CO2吸收量或CO2释放量。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列叙述正确的是()A．图甲中，a点时该植物产生ATP的场所只有线粒体B．图甲中，c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等C．图甲中的d点对应对乙中的h点，都代表该植物的光饱和点D．若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点一定会发生改变答案B解析图甲中，a点时该植物只进行细胞呼吸，该植物产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质，A错误；图甲中，a点光照强度条件下，O2的产生总量为0，植物不进行光合作用，此时的CO2释放量可表示细胞呼吸速率，c点时O2的产生总量为6，即c点时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等，B正确；图甲显示的O2产生总量反映的是真正光合作用的量，CO2释放量＝细胞呼吸CO2产生量－光合作用CO2消耗量，图甲中d点只能说明此时光合作用速率＞细胞呼吸速率；而图乙中的h点为光的饱和点，故d点不一定对应h点，C错误；若将环境中的CO2浓度增加，图乙中的光饱和点不一定会发生改变，D错误。4．如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图。下列有关叙述错误的是()A．a点CO2释放量减少可能是由于温度降低使细胞呼吸减弱B．d点时光合速率虽有所下降，但仍大于呼吸速率C．如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段答案D解析a点之后CO2的释放量又增加，可推测a点是温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，但净光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，