文档内容
重难大题集训(一) 光合作用和细胞呼吸的实验探究与分析
1．(2019·全国Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植
物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。请回答下
列问题：
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的原因是
_______________________________________________________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA引起的。请
以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要
求简要写出实验思路和预期结果。
答案 (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO 减少 (3)取ABA缺失
2
突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱
处理前后气孔开度不变。将上述经干旱处理的 ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件
下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预
期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
解析 (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，
植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使 CO 供应不足，暗反应减弱，
2
从而导致光合速率降低。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件
下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下 ABA处理组与非ABA处理
组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
2．(2022·甘肃金昌模拟预测)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物
从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。图1表示绿色植物光合作用部分过程，图2表示光
照强度对某种植物不同月龄幼苗叶片的光合速率的影响。请回答下列问题：(1)光照和温度等条件适宜时，图1中物质B的来源有两个。若突然中断光照，短时间内叶
绿体中C 含量会________(填“升高”“下降”或“基本不变”)。
3
(2)图1中叶绿体内膜上的磷酸转运器严格遵循1∶1的交换原则，每转入一分子磷酸必定同
时运出一分子磷酸丙糖。当细胞质基质中无机磷缺乏时，磷酸丙糖从叶绿体中输出
________(填“增多”或“减少”)。催化磷酸丙糖合成蔗糖的酶存在于______________中。
(3)图2中，限制3月龄苗M点的环境因素可能是__________________。
(4)经测定，光照强度为2 000 lux时，3月龄苗叶片CO 吸收量约为6 μmol·m－2·s－1，在此光
2
照条件下，每天的光照时间需超过______小时，3月龄苗叶片才能正常生长(不考虑光合产
物的输出)。
答案 (1)升高 (2)减少 细胞质基质 (3)CO 浓度或温度 (4)6
2
解析 (1)光照和温度等条件适宜时，植物同时进行光合作用和呼吸作用，且光合作用强度
大于呼吸作用强度，此时光合作用固定的二氧化碳来自外界吸收和呼吸作用产生。若光照突
然中断，导致光反应不能正常进行，[H]和ATP的生成停止，从而影响C 的还原，即C 还
3 3
原速率下降，但生成速率基本不受影响，故C 含量升高。(2)叶绿体内膜上的磷酸转运器严
3
格遵循1∶1的交换原则，每转入一分子磷酸必定同时运出一分子磷酸丙糖，因此当无机磷
缺乏时磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程会受阻，从而导致输出减少。图中显示磷酸丙糖从叶
绿体中输出后在细胞质基质中合成蔗糖，据此可知，合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。
(3)图2中，M点之后光合速率不再随光照强度增加而增加，说明限制M点的环境因素不再
是光照强度，可能是CO 浓度或温度。(4)3月龄苗叶片能正常生长指其一整天净光合速率应
2
大于或等于零，由图2可知，3月龄苗在光照强度为2 000 lux时叶片净光合速率为6 μmol·m
－2·s－1，呼吸速率为2 μmol·m－2·s－1，设每天至少光照x小时，则有6x－2(24－x)大于或等于
0，解得x大于或等于6小时。
3．适宜温度下，科研人员在密闭玻璃容器内，对某小型植物的栽培条件进行研究，结果如
下表(基质含水量为最大持水量的百分比)，请回答相关问题：
光照强度
440 300 170
[μmol/ (m2·s)]
基质含水量 100% 76% 48% 100% 76% 48% 100% 76% 48%
干重(g) 42 68 46 51 76 56 38 46 40
(1)该实验研究了___________________对该植物光合作用的影响，光照强度为 300μmol/(m2·s)时，叶肉细胞内产生NADH的场所是________________________________。
(2)在探究光照强度对光合作用影响的实验中，向基质中加入的碳酸氢钠溶液的浓度过高，
导 致 植 物 光 合 作 用 速 率 下 降 的 原 因 是
_________________________________________________。
(3)科研人员在适宜光照强度下，又陆续测定了基质含水量 100%～48%范围内干重的变化，
发现基质含水量76%时干重最大，则基质含水量76%__________(填“是”“不是”或“不
一 定 是 ” ) 该 植 物 制 造 有 机 物 的 最 适 基 质 含 水 量 ， 原 因 是
_________________________________。
(4)在光照强度为440 μmol/(m2·s)时，上午测得光合速率数值高于下午测得的数值，据此可推
断叶片中光合产物的积累对光合速率有抑制作用(已知叶片光合产物会被运到果实等器官并
被利用)。请以长出幼果的植株为实验材料，设计实验验证这一推断。简要写出实验设计思
路。
答案 (1)基质含水量和光照强度 细胞质基质、线粒体基质 (2)该植物根部细胞的细胞液
浓度低于外界溶液浓度，细胞失水，导致气孔开放程度减小，CO 吸收量减少，光合速率下
2
降 (3)不一定是 没有测定该基质含水量条件下，细胞呼吸消耗的有机物量，无法确定该
植物有机物制造量 (4)取长势相似、幼果数量相同的植株均分成甲、乙两组；甲组进行摘
果处理，乙组不做处理；在相同且适宜环境条件下，一段时间后，对两组植株叶片的光合速
率进行测定和比较
解析 (1)该实验的自变量是基质含水量和光照强度，因变量是植物的干重，所以该实验研
究了基质含水量、光照强度对该植物光合作用的影响；光照强度为 300 μmol/(m2·s)时，叶肉
细胞进行光合作用和细胞呼吸，NADH是还原型辅酶Ⅰ，在细胞呼吸过程中产生，所以产
生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。(2)在探究光照强度对光合作用影响的实验中，
向基质中加入的碳酸氢钠溶液的浓度过高，该植物根部细胞的细胞液浓度低于外界溶液浓度，
细胞失水，导致气孔开放程度减小，CO 吸收量减少，光合速率下降。(3)科研人员在适宜光
2
照强度下，又陆续测定了基质含水量 100%～48%范围内干重的变化，发现基质含水量 76%
时干重最大，但基质含水量76%不一定是该植物制造有机物的最适基质含水量，因为干重
是植物制造有机物的量减去细胞呼吸的消耗量，而该实验没有测定该基质含水量条件下，细
胞呼吸消耗的有机物量，无法确定该植物有机物制造量。(4)本实验的目的是验证叶片中光
合产物的积累对光合速率有抑制作用，自变量是光合产物的有无，因变量是对光合速率的影
响，故实验设计思路：取长势相似、幼果数量相同的植株均分成甲、乙两组；甲组进行摘果
处理，乙组不做处理；在相同且适宜环境条件下，一段时间后，对两组植株叶片的光合速率
进行测定和比较。
4．请回答下列问题：
Ⅰ.研究人员对2年生香榧苗进行不同程度的遮阴处理，一段时间后测定其叶片的各项生理
特征，结果如下表所示。项目 不遮阴(对照) 50%遮阴 75%遮阴 90%遮阴
叶绿素a含量/(mg·dm－2) 2.03 3.42 4.15 4.04
叶绿素b含量/ (mg·dm－2) 0.75 1.32 1.61 1.65
类胡萝卜素含量/(mg·dm－2) 1.05 1.49 1.71 1.72
最大光合速率/ (μmol·m－2·s－1) 4.52 6.04 6.52 4.93
(1)据表推知，实验的自变量是________________________________________，遮阴会导致
香榧苗对________离子的需求量增加。
Ⅱ.如图甲表示香榧苗体内的部分生理过程，图乙表示该植株在适宜的光照、二氧化碳浓度
等条件下，其在不同温度下的速率曲线。请回答下列问题：
(2)图甲中能够在小麦叶肉细胞的生物膜上进行的生理过程是________(填序号)，在人体细胞
中能进行的生理过程是________(填序号)。
(3)由图乙可知，与光合作用和细胞呼吸有关的酶都受到温度的影响，其中与____________
有关的酶的最适温度更高；温度主要通过影响酶活性来影响光合速率和呼吸速率。
(4)由图乙可知，在40 ℃时，小麦叶肉细胞内光合作用强度________(填“大于”“小于”
或“等于”)细胞呼吸强度。
答案 Ⅰ.(1)遮阴的比例(或不同程度的遮阴或是否遮阴及遮阴的比例) 镁(以及NO、NH
等) Ⅱ.(2)①② ②④ (3)细胞呼吸 (4)大于
解析 Ⅰ.(1)据表推知，实验的自变量是遮阴的比例(或不同程度的遮阴或是否遮阴及遮阴的
比例)。由表格数据可知，遮阴会导致叶绿素a和叶绿素b的含量上升，镁(以及NO、NH
等)是合成叶绿素的成分，所以遮阴会导致香榧苗对镁(以及NO、NH等)离子的需求量增加。
Ⅱ.(2)图甲中①表示光反应，②表示有氧呼吸第三阶段，③表示暗反应，④表示有氧呼吸第
一阶段和第二阶段，其中可以发生在生物膜上的是①光反应(类囊体薄膜上)和②有氧呼吸第
三阶段(线粒体内膜上)；人体细胞不能进行光合作用，可以进行有氧呼吸，即可以发生图甲中的②④过程。(3)温度主要通过影响酶的活性来影响光合速率和呼吸速率，图乙显示与光
合作用有关的酶的最适温度约为30 ℃，而与呼吸作用有关的酶的最适温度约为40 ℃，说
明与呼吸作用有关的酶的最适温度更高。(4)图乙显示，在40 ℃时，小麦的净光合速率为
0，说明此时小麦所有细胞的呼吸作用之和与叶肉细胞的光合作用相等，即小麦叶肉细胞内
光合作用强度大于细胞呼吸强度。
