苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第二节 细胞——生命活动的基本单位优秀学案及答案

一、光合作用与细胞呼吸的关系

1．光合作用和细胞呼吸关系图解

(1)物质方面

①C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2。

②O：H2OO2H2O。

③H：H2ONADPH(CH2O)

[H]H2O。

(2)能量方面：光能

2．光合作用和有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去向

3.图解光合作用与细胞呼吸的关系

4．呼吸速率、真正光合速率、净光合速率的表示方式

例1　如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程，图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是(　　)

A．在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同

B．在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨

C．在有氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦或⑨

D．⑩⑫产生的ATP中的化学能都可以转变为光能和机械能

答案　D

解析　⑩产生的ATP只能用于暗反应，转化为有机物中的化学能，D错误。

例2　(2022·江苏泰州中学高一开学考试)图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中

CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置(　　)

A．AB之间   B．BC之间

C．C点以后   D．B点

答案　A

解析　从图甲可以看出，线粒体产生的CO2除了供给叶绿体，还释放出一部分，说明细胞呼吸速率大于光合作用速率；分析图乙，B点为光合作用速率等于细胞呼吸速率的点，AB段光合作用速率小于呼吸速率，因此图甲位于图乙的AB段，A正确。

二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型

1．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线

(1)a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。

(2)b点：上午6时左右，有微弱光照，开始进行光合作用。

(3)bc段(不含b、c点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。

(4)c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

(5)ce段(不含c、e点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。

(6)d点：温度过高，部分气孔关闭，出现光合“午休”现象。

(7)e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

(8)ef段(不含e、f点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。

(9)fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。

(10)积累有机物时间段：ce段。

(11)制造有机物时间段：bf段。

(12)消耗有机物时间段：Og段。

(13)一天中有机物积累最多的时间点：e点。

(14)一昼夜有机物的积累量表示为：S1－S2－S3(S1、S2、S3表示面积)。

2．密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化

(1)光合速率等于呼吸速率的点：C、E。

(2)图甲中N点低于虚线，该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2含量减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。

(3)图乙中N点低于虚线，该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2含量减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。

例3　夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．甲植株在a点开始进行光合作用

B．乙植株在e点有机物积累量最多

C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同

D．两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔没有关闭

答案　D

解析　分析图示可知，这一天的6时(甲曲线的a点)和18时左右，甲、乙两植株光合作用吸收CO2的速率和细胞呼吸释放CO2的速率相等；在6时(甲曲线的a点)之前，甲、乙两植株的光合作用已经开始，但光合作用强度比细胞呼吸强度弱，A错误；在18时后，甲、乙两植株的光合作用速率开始小于细胞呼吸速率，有机物的积累最多的时刻应为18时，e点时有机物的积累量已经减少，B错误；图示曲线的b～c段下降的主要原因是部分气孔关闭导致叶肉细胞内CO2浓度降低，d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减慢，这两段下降的原因不相同，C错误；分析题图可知，甲植株不存在光合“午休”现象，乙植株存在光合“午休”现象，可能的原因是甲植株气孔没有关闭，D正确。

例4　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，该植株的有机物含量会增加

答案　C

解析　图甲中的C、F点表明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，故C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的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问题，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(即不做处理)，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CO2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大小

B．若要测真正光合强度，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，光合作用大于细胞呼吸时，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O2，也不吸收和释放CO2，光合作用产生的O2量和细胞呼吸释放的CO2量相等，液滴不移动，C错误。

例6　某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下，以下说法不正确的是(　　)

A.若只考虑光照强度，该深度湖水中所有生物在晚上8 h内呼吸消耗O2的量为 mg

B．光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡

C．当水层中的溶氧量达到30 mg/L时，光照强度不再成为限制溶氧量增加的主要因素

D．若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，瓶中光合生物细胞的C3含量会增加，C5含量会减少

答案　A

解析　黑瓶中溶解氧的含量降低为3 mg/L的原因是黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生氧，其中的生物呼吸消耗氧气，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的氧气量为：原初溶解氧含量－24小时后溶解氧含量，即10－3＝7(mg/L)，故该深度湖水中所有生物在晚上8 h内呼吸消耗氧气的量为 mg/L，A错误；光照强度为a klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的细胞呼吸，故光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡，B正确；由表中数据可知，当该水层中的溶氧量达到30 mg/L时，白瓶中含氧量不再增加，所以此时光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素，C正确；若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，光照减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减慢，二氧化碳的固定继续进行，所以瓶中光合生物细胞的C3含量会增加，C5含量会减少，D正确。

1．(2022·江苏盐城伍佑中学高一期末)下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是(　　)

A．过程①②③不在生物膜上进行

B．参与过程②③⑤的酶种类不同

C．过程②③④都有ATP产生

D．过程③用于形成[H]的H＋全部来自丙酮酸

答案　D

解析　过程①光合作用暗反应发生在叶绿体基质；②有氧呼吸的第一阶段，发生的场所是细胞质基质；③有氧呼吸第二阶段，发生的场所是线粒体基质，不在生物膜上进行，A正确；过程②③分别为有氧呼吸的第一、二阶段，⑤为光合作用的光反应阶段，参与过程②③⑤的酶种类不同，B正确；过程②③④为有氧呼吸三个阶段，都有ATP产生，C 正确；过程③有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应产生二氧化碳和[H]，释放少量能量，用于形成[H]的H＋部分来自丙酮酸，部分来自水，D错误。

2．如图是在不同光照强度下测得的桑树与大豆间作(两种农作物隔行种植)和大豆单作(单独种植)时大豆的净光合速率。假设间作与单作农作物间的株距、行距均相同。据图分析，下列叙述错误的是(　　)

A．单作、间作时大豆植株的呼吸速率相同

B．光照强度为a时，影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光照强度

C．光照强度为b时，大豆植株单作固定CO2的速率约为24 μmol·m－2·s－1

D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作

答案　A

解析　据题图分析，曲线与纵轴的交点表示呼吸速率，与单作相比，间作时大豆植株的呼吸速率较小，A错误；光照强度为a时，曲线处于上升阶段，此时影响大豆植株间作和单作光合速率的主要因素均为光照强度，B正确；光照强度为b时，大豆植株单作固定CO2的速率为实际的光合速率，且实际光合速率＝呼吸速率＋净光合速率≈4＋20＝24(μmol·m－2·s－1)，C正确；图中间作的光补偿点小于单作的，说明大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作，D正确。

3．以CO2的吸收速率与释放速率为指标，研究温度对某植物光合作用与细胞呼吸的影响(其余实验条件均适宜)，结果如表。下列对该表数据分析正确的是(　　)

A.植物细胞呼吸速率与温度表现为负相关

B．该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高

C．昼夜不停地光照，该植物生长的最适宜温度是30 ℃

D．在恒温条件下，每天光照、黑暗各12小时，25 ℃时该植物积累的有机物最多

答案　B

解析　由表格信息可知，黑暗下释放CO2速率即植物细胞呼吸速率，在5～35 ℃范围内随温度的增加而增大，与温度表现为正相关，A错误；该植物30 ℃与35 ℃的实际光合速率都是6.5，故光合作用最适宜温度在30～35 ℃之间；在5～35 ℃范围内，呼吸速率在35 ℃时最大，但35 ℃不一定是细胞呼吸的最适宜温度，故该植物光合作用对温度的敏感性比细胞呼吸高，B正确；昼夜不停地光照，该植物生长的最适宜温度是25 ℃，因为在此温度下有机物积累量最多，C错误；一昼夜净积累量＝实际光合作用积累量－呼吸消耗量，每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，一昼夜净积累量＝光照时净积累量×12－黑暗时呼吸消耗量×12，综合可知，温度保持在20 ℃的条件下，该植物积累的有机物最多，为3.25×12－1.50×12＝21(mg)，D错误。

4.如图是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解，据图判断下列说法错误的是(　　)

A．a、c表示叶绿体释放氧气的量，a＋c可以表示总光合速率

B．b、c表示线粒体吸收氧气的量，b＋c可以表示呼吸速率

C．黑暗中，a、c的量为零

D．叶肉细胞的净光合速率可以用c或d来表示

答案　D

解析　净光合速率可以用a或e表示，D错误。

5．图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化(注：植物细胞呼吸的最适温度高于光合作用)。下列说法错误的是(　　)

A．图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动

B．若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变

C．一定光照条件下，如果再适当升高温度，真正光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化

D．若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度

答案　B

解析　将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，装置内的二氧化碳全部被氢氧化钠吸收，光合作用的原料只能来自植物自身细胞呼吸产生的二氧化碳，光合速率下降，暗反应会抑制光反应的进行，故植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将减小，B错误。

6．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做了如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是(单位：g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)(　　)

A．(3y－2z－x)/6   B．(3y－2z－x)/3

C．(2y－x－z)/6   D．(2y－x－z)/3

答案　A

解析　分析题意可知，上午10时到下午16时之间的6个小时，植物既进行光合作用，也进行细胞呼吸，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率＝净光合作用量/6＝(y－x)/6；而M处的实验条件是下午16时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶片只进行细胞呼吸，因此可以计算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。