2019-2020学年人教版高中生物必修一教案:第5章细胞的能量供应和利用微专题三

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1、微专题三 光合作用和细胞呼吸的相关应用一、生物细胞呼吸方式的判断1.根据生物的类型判断:原核生物无线粒体,大多进行无氧呼吸产生乳酸(如乳酸菌) 或者酒精和二氧化碳,但也有些原核生物进行有氧呼吸,如醋酸杆菌、蓝藻等。高等动物无氧呼吸都是产生乳酸的,高等植物绝大部分无氧呼吸产生酒精和二氧化碳,也有产生乳酸的,如马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚(可记忆为“马吃甜玉米”) 等。2.根据反应物、产物的类型判断(1)消耗 O2进行有氧呼吸,但无法确定是否同时进行了无氧呼吸。(2)有 H2O 生成进行有氧呼吸,但无法确定是否同时进行了无氧呼吸。(3)无 CO2 生成 只进行产生乳酸的无氧呼吸。(4)有 CO2

2、 生成CO 2 生成量O 2 消耗量只进行有氧呼吸。CO 2 生成量O 2 消耗量有氧呼吸与无氧呼吸并存。只生成 CO2 不消耗 O2只进行产生酒精的无氧呼吸。(5)有酒精生成酒精量CO 2 量只进行产生酒精的无氧呼吸。酒精量小于 CO2 量既进行有氧呼吸,又进行产生酒精的无氧呼吸,多余的 CO2 来自有氧呼吸。(6)有乳酸生成产生乳酸不产生 CO2只进行产生乳酸的无氧呼吸。同时产生乳酸和 CO2进行产生乳酸的无氧呼吸和有氧呼吸。3.液滴移动法探究细胞呼吸的方式(1)实验装置欲确认某生物的细胞呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如图所示(以发芽种子为例) :(2)实验结果预测和结论实验现象装置一着色

3、液滴 装置二着色液滴结论不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移 不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸(3)物理误差的校正为了使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置。对照装置与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”,其余均相同。例 1 如图所示是测定酵母菌的细胞呼吸类型所用的装置(假设呼吸底物只有葡萄糖,并且不考虑外界条件的影响),下列有关说法错误的是 ( )现象选项甲装置 乙装置结论A 液滴左移 液滴不动 只进行有氧呼吸B 液滴不动 液滴右移 只进行无氧呼吸C 液滴

4、不动 液滴不动 只进行有氧呼吸D 液滴左移 液滴右移 既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸答案 C解析 甲装置中的 NaOH 溶液能将酵母菌产生的 CO2吸收,所以着色液滴的移动只和 O2体积的变化有关,如果着色液滴左移,说明酵母菌进行有氧呼吸或同时进行有氧呼吸和无氧呼吸;如果甲装置中着色液滴不移动,说明酵母菌进行无氧呼吸。乙装置中试管内的液体是蒸馏水,着色液滴的移动与容器内气体体积的变化(O 2的消耗量和 CO2的产生量的差值)有关;如果酵母菌只进行有氧呼吸,则乙装置中着色液滴不移动;如果乙装置中着色液滴右移,则说明酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸,或只进行无氧呼吸;若甲、乙两装置中液滴不移动,说

5、明酵母菌已死亡。例 2 将等量且足量的苹果果肉分别放在 O2 浓度不同的密闭容器中,1 h 后测定 O2 吸收量和 CO2 释放量,结果如表所示:O2 浓度 0 1% 2% 3% 5% 7% 10% 15% 20% 25%O2 吸收量 /mol 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8CO2 释放量/mol 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8下列有关叙述中正确的是( )A.苹果果肉细胞在 O2 浓度为 03%和 5%25%时,分别进行无氧呼吸和有氧呼吸B.储藏苹果时,应选择 O2 浓度为 5%的适宜环境条件C.O2 浓度

6、越高,苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛,产生 ATP 越多D.苹果果肉细胞进行无氧呼吸时,产生乳酸和二氧化碳答案 B解析 只 要 O2吸 收 量 不 为 0, 就 说 明 进 行 了 有 氧 呼 吸 , 故 O2浓 度 为 1% 3%时 既 进 行 有 氧呼 吸 又 进 行 无 氧 呼 吸 , A 项 错 误 ; O2浓 度 为 5%时 , CO2释 放 量 最 少 , 说 明 细 胞 呼 吸 最 弱 ,有 机 物 消 耗 最 少 , 有 利 于 储 藏 苹 果 , B 项 正 确 ; O2浓 度 超 过 20%时 , 随 O2浓 度 的 增 大 , 有氧 呼 吸 不 再 增 强 , C 项 错 误

7、 ; 苹 果 果 肉 细 胞 进 行 无 氧 呼 吸 时 , 产 生 酒 精 和 二 氧 化 碳 , D 项 错误 。二、分析当光照与 CO2 浓度发生骤变时,C 3、C 5、H和 ATP 的变化条件 C3 C5 H和 ATP (CH2O)合成量 模型分析光照强度由强到弱,CO2 供应不变增加 减少 减少 减少光照强度由弱到强,CO2 供应不变减少 增加 增加 增加CO2 量由充足到不足,光照不变减少 增加 增加 减少CO2 量由不足到充足,光照不变增加 减少 减少 增加例 3 如图表示在夏季晴朗的白天,植物细胞内 C3 和 C5 的相对含量随一种环境因素的改变而变化的情况,下列对这一环境因素

8、的改变分析正确的是( )A.突然停止光照 B.突然增加 CO2 浓度C.降低环境温度 D.增加光照强度答案 D解析 突然停止光照,光反应产生的H和 ATP 减少,被还原的 C3减少,生成的 C5减少,而 CO2被 C5固定形成 C3的过程不变,故 C3的含量将增加,C 5的含量将减少,A 项错误;突然增加 CO2浓度,CO 2被 C5固定形成的 C3增加,则消耗的 C5增加,故 C5的含量将减少,B 项错误;降低环境温度,光合作用的过程均会变慢,故 C3、C 5的含量都将减少,C项错误;增加光照强度,光反应产生的H和 ATP 增多,被还原的 C3增多,生成的 C5增多,而 CO2被 C5固定形

9、成 C3的过程不变,故 C3的含量将减少,C 5的含量将增加,D 项正确。例 4 (2018河南郑州一中期末) 如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图,C 点和 B 点相比较,叶肉细胞内的 C3、C 5、ATP 和 H的含量发生的变化依次是( )A.升高、升高、升高、升高B.下降、下降、下降、下降C.下降、升高、升高、升高D.升高、升高、下降、下降答案 C解析 C 点时光照强度太强导致植物叶肉细胞气孔关闭,细胞内 CO2浓度降低,在短时间内,CO 2的固定(CO 2C 52C 3)变慢,而 C3的还原2C 3(CH 2O)C 5基本不变,从而导致C3含量下降,C 5含量升高。C

10、3含量的持续下降会引起 C3的还原变慢,从而导致对H 和ATP 的消耗量减少,故H和 ATP 的含量均升高,C 正确。三、光合速率与呼吸速率的测定装置1.装置中溶液的作用:在测细胞呼吸速率时,NaOH 溶液可吸收容器中的 CO2;在测净光合速率时,NaHCO 3 溶液可提供 CO2,保证容器内 CO2 浓度的恒定。2.测定原理(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸,由于 NaOH 溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的 O2 吸收速率,可代表呼吸速率。(2)乙 装 置 在 光 照 条 件 下 植 物 进 行 光 合 作 用 和 细 胞 呼 吸 , 由 于

11、 NaHCO3 溶 液 保 证 了 容 器 内CO2 浓 度 的 恒 定 , 所 以 单 位 时 间 内 红 色 液 滴 右 移 的 距 离 表 示 植 物 的 O2 释 放 速 率 , 可 代 表净 光 合 速 率 。(3)真正光合速率净光合速率呼吸速率。例 5 (2018浙江杭州模拟)以测定的 CO2 的吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响,结果如图甲所示。下列分析正确的是( )A.光照相同时间,在 20 条件下植物积累的有机物的量最多B.光照相同时间,35 时光合作用制造的有机物的量与 30 时的相等C.如果该植物原重 m kg,置于暗处 4 h 后重( m

12、1) kg,然后光照 4 h 后重(m2) kg,则总光合速率为 3/4 kgh1D.若将图乙所示装置中的 NaHCO3 溶液换成蒸馏水,则在黑暗条件下可测得 B 曲线答案 B解析 A在光照时间相同的情况下,在 25 时,CO 2吸收量最大,即净光合作用量最大,积累的有机物最多错误B在光照时间相同的情况下,30 时总光合作用量为 3.503.006.50(mgh 1 ),35 时总光合作用量为 3.003.56.50(mgh 1 ),二者相同正确C该植物原重 m kg,置于暗处 4 h 后重( m1) kg,然后光照 4 h 后重(m 2) kg,则总光合速率为 1 kgh 1错误D将图乙所示

13、装置中的 NaHCO3溶液换成 NaOH 溶液,则在黑暗条件下可测得B 曲线错误四、光合速率与呼吸速率的计算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、CO 2 或葡萄糖的量表示如下:(1)光合作用产生的 O2 量实测的 O2 释放量细胞呼吸消耗的 O2 量。(2)光合作用固定的 CO2 量实测的 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

14、量( 增重部分)细胞呼吸消耗的葡萄糖量。例 6 植物的光合作用受 CO2 浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定 CO2 浓度和适宜温度条件下,测定某植物叶片在不同光照条件下的光合作用速率。下列有关说法不正确的是( )A.在 a 点所示条件下,该植物的叶肉细胞内能够产生 ATP 的部位是线粒体B.该植物叶片的呼吸速率是 5 mg CO2/(100 cm2 叶小时)C.在一昼夜中,将该植物叶片置于 c 点所示光照强度条件下 11 小时,其余时间置于黑暗中,则每 100 cm2 叶片一昼夜中 CO2 的净吸收量为 45 mgD.已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为 25 和 30 。若将

15、温度提高到 30 的条件下(原光照强度和 CO2 浓度不变) ,则图中 b 点将右移, c 点将下移答案 A解析 由题图可知,在 a 点所示条件下,该植物只进行细胞呼吸,不进行光合作用,所以在 a 点该植物的叶肉细胞内能够产生 ATP 的部位是细胞质基质和线粒体;将该植物叶片置于 c 点所示光照强度条件下 11 小时,每 100 cm2叶片 CO2的净吸收量为 1011110(mg),其余时间置于黑暗中,每 100 cm2叶片 CO2的释放量为 51365(mg),故每 100 cm2叶片一昼夜中 CO2的净吸收量为 1106545(mg);若将温度升高到 30 ,则细胞呼吸强度会增大,光合作

16、用强度会减小,故 b 点将右移,c 点将下移。1.(2018黑龙江大庆模考)如图三个装置可用于研究萌发的种子细胞呼吸的方式及产物,下列有关分析不正确的是( )A.甲装置可用于探究细胞呼吸是否产生热量B.乙装置有色液滴向左移动,说明种子萌发只进行有氧呼吸C.丙装置可用于探究萌发的种子进行细胞呼吸时是否产生 CO2D.三个装置中的种子都必须进行消毒处理,都需要设置对照实验答案 B解析 乙装置中 NaOH 溶液的作用是吸收 CO2,若装置中的液滴左移,种子可能既进行有氧呼吸,也进行无氧呼吸。2.如图所示为某阳生植物细胞在夏季某一晴天内的光合作用过程中,C 3、C 5 的含量变化。若第二天中午天气由晴

17、天转为阴天,叶绿体中 C3、C 5 的含量变化分别相当于曲线中的 ( )A.cd 段(X)、bc 段(Y)B.de 段(X)、de 段(Y)C.de 段(Y)、cd 段(Y)D.bc 段(Y)、bc 段(X)答案 B解析 光照增强时,光反应阶段增强,ATP、H生成量增加,C 3被还原成(CH 2O)和再生C5的过程增强,而 CO2供应量不变, CO2固定消耗 C5的量基本不变,所以 C3减少、C 5增加。光照减弱时则相反。由此判断 X 曲线表示的是在一天中 C3的含量变化,Y 曲线表示的是 C5的含量变化。与晴天相比,阴天光照强度减弱,所以 C3的含量变化如 X 曲线的de 段,C 5的含量变

18、化如 Y 曲线的 de 段。3.将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的 CO2 条件下培养,经一段时间后,突然停止光照,则下列叙述中不会发生的是( )A.光反应停止,不能形成H和 ATPB.短时间内暗反应仍进行,CO 2 与 C5 继续结合形成 C3C.短时间内绿藻体内 C3 的含量会上升D.由于没有H和 ATP 供应,C 3 不能形成糖类等物质,积累了许多 C5答案 D解析 光照突然停止,光反应不能进行,不能形成 ATP 和H,短时间内在 CO2充足的条件下,CO 2继续与 C5结合形成 C3,但因H及 ATP 供应不足,C 3的还原受阻,无法合成C5和有机物,故细胞内 C3增加,C 5

19、减少。4.呼吸熵(RQ) 细胞呼吸释放的 CO2 量/吸收的 O2 量。如图是生物氧化分解葡萄糖过程中呼吸熵与氧分压的关系,以下叙述正确的是( )A.呼吸熵越大,细胞呼吸产生的 CO2 越多B.b 点有氧呼吸强度大于 a 点C.为延长水果的保存时间,最好将氧分压调至 c 点D.c 点以后细胞呼吸强度不随氧分压变化而变化答案 B解析 呼吸熵越大,表明细胞呼吸释放的 CO2量/吸收的 O2量的比值越大,A 错误;分析题图可知,呼吸熵降为 1 时,生物只进行有氧呼吸,a 点生物主要进行无氧呼吸,b 点时有氧呼吸增强,无氧呼吸减弱,因此,b 点有氧呼吸强度大于 a 点,B 正确;c 点以后生物完全进行

20、有氧呼吸,a、c 点消耗葡萄糖都较多,为延长水果的保存时间,最好将氧分压调至有氧呼吸和无氧呼吸都较弱的点,C 错误;c 点以后细胞呼吸强度可能仍会随氧分压增大而增强,但呼吸熵仍是 1,D 错误。5.如图表示在不同光照强度下,某植物的氧气释放量。该植物在 2 000 lx 光照强度下,每小时光合作用所产生的氧气量(毫升) 是( )A.17 B.12 C.23 D.18答案 C解析 实 际 光 合 作 用 产 生 的 氧 气 量 净 光 合 作 用 积 累 量 细 胞 呼 吸 消 耗 量 17 6 23(毫 升 )。6.(2018江苏泰州高一上月考) 如图 1 表示绿色植物体内光合作用和有氧呼吸过

21、程中含碳化合物的变化过程,图 2 表示净光合速率与光照强度之间的关系。请据图回答:(1)图 1 中和过程表示光合作用的_ 阶段,过程进行的场所是_。(2)图 1 中过程能产生 ATP 的是_,分别表示_(填过程名称) 。(3)若绿色植物由图 2 中 A 环境转移到 B 环境,短时间内叶绿体中 C3 的含量会_。BC 段限制净光合速率增加的主要环境因素是_。答案 (1)暗反应 线粒体基质( 或线粒体) (2) 有氧呼吸第二阶段和有氧呼吸第一阶段 (3)下降 温度和 CO2 浓度解析 图 1 中和过程表示光合作用的暗反应阶段,分别表示有氧呼吸的第一阶段和第二阶段;过程产生 ATP。图 2 中,由 A 点到 B 点,光照强度增强,短时间内 C3还原加快,而 C3的合成仍正常进行,细胞中的 C3含量会下降。 BC 段限制光合作用的因素不再是光照强度,而是温度和 CO2浓度等。

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