高考生物 易错点09 关于光合作用和呼吸作用实验分析-备战高考生物考试易错题（全国）（原卷版）

易错点09关于光合作用和呼吸作用实验分析实验能力是生物科学研究的必备能力之一。实验题是生物高考题的特色之一，常常以非选择题形式考查实验设计、分析、评价能力。这类试题情境涉及科研新成果，与农业生产实际联系紧密，试题背景陌生，命题角度新颖，具有较强的综合性。不擅长从大量信息中快速准确筛选出有效信息、实验设计原理和原则的应用不当、实验分析能力薄弱是失分的主要原因。在复习备考中，应加强练习寻找规律，同时关注易错点，避开细微易错陷阱，从而提高解答这类题的能力。易错陷阱1：实验现象的原因分析。未掌握叶绿素形成的影响因素，对光照影响光反应和CO2浓度影响暗反应的分析逻辑混乱等造成答不对或答不全。易错陷阱2：变量的分析。存在多个自变量、因变量时常常漏答，找不准关键无关变量等造成得不到满分。易错陷阱3：实验思路与实验步骤。混淆实验思路与实验步骤的区别。易错陷阱4：验证性实验与探究性实验。分辨不清验证性实验与探究性实验的区别或做题时忽略了二者的区别而错答。易错陷阱5：光合作用实验中CO2缓冲液（NaHCO3）和NaOH的作用。不理解NaHCO3作为CO2缓冲液的原理造成误判。例题1、（2022广东T18）研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后（下图a），测定相关指标（下图b），探究遮阴比例对植物的影响。回答下列问题：（1）结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量_______，原因可能是____________________。（2）比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的__________________，因而生长更快。（3）某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：实验材料：选择前期______________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________________为对照，并保证除_________________________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是________________________。例题2、（2022浙江·T27）通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。回答下列问题：（1）从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加_____________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的____________________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低____________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中________________________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。（2）植物的光合产物主要以________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至_______中。（3）与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均_________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为_________（A．<2小时；B．2小时；C．4小时；D．>4小时），才能获得较高的花生产量。1.几种实验现象的原因分析（1）幼苗叶片呈黄色的原因：影响叶绿素形成的外界因素有光照、温度、必需的矿质元素镁和氮等。叶绿素的合成需要光照，黑暗中生长的植物幼苗叶片因不能合成叶绿素而呈黄色；温度影响叶绿素合成相关的酶的活性，从而影响叶绿素的合成使幼苗叶片呈黄色；叶绿素中含有镁（Mg）和氮（N）等元素，缺乏时植物不能合成叶绿素而使幼苗叶片呈黄色。（2）植物出现“光合午休现象”的解释：夏季晴朗的白天10～14时左右，此时温度很高，导致气孔开度减小，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制，光合作用强度明显减弱。（3）光照强度增加提高光合作用强度的原因：光照强度增加，光反应速率加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中C3还原过程加快，从而使光合作用产物增加。例如：光照强度增加，叶绿素含量增加，吸收的光能增多，光反应速率加快，使暗反应中C3还原过程加快，从而使光合作用产物增加。（4）增加CO2浓度提高光合作用强度的原因CO2浓度影响暗反应阶段，制约C3的形成。例如：提高植物叶片的气孔导度（或“正其行通其风”“合理密植”保证良好通风），可以提高CO2浓度，促进CO2的吸收，增强了暗反应速率，进而提高植物的净光合速率；增施农家肥，农家肥中微生物分解作用产生的CO2供给植物吸收利用，促进暗反应，进而提高光合作用强度。（5）植物体干物质积累速率（净光合速率）下降的原因：若植物体光合速率不变（或下降）,植物体呼吸速率在增加,而植物体干物质积累速率即净光合速率=光合速率-呼吸速率，则植物体干物质积累速率（净光合速率）下降。2.多因子变量对光合速率的影响的分析例1下图1、图2、图3研究的自变量分别是光照强度、温度；光照强度、温度；光照强度、CO2浓度。例2下表中研究的自变量是遮阴时间，因变量是光饱和点、光补偿点、低于5klx光合曲线的斜率、叶绿素含量、单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量。3.实验思路与实验步骤。思路是“想法”，是较为粗线条的思考过程，其要求“言简意赅”。一般须体现“对照思想”，显示自变量和因变量，对无关变量表述时，应注意体现“相同且适宜”。步骤是“做法”，是更为“细节化”的操作流程，其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置，“因变量”如何获得，“无关变量”如何保证相同且适宜。4.验证性实验与探究性实验。(1)实验目的：寻找题干信息，一般写有“验证（证明）……”，即为验证性实验，一般书写为“探究（研究）……”“通过实验确认……”，即为探究性实验。(2)实验结果与结论的关系：在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是实验要验证的事实。在探究实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。5.NaOH和NaHCO3溶液的作用NaOH溶液的作用是吸收CO2，清除密闭容器内的CO2。NaHCO3溶液的作用是维持密闭容器内CO2量的稳定，其机理是：在密闭的容器中NaHCO3与CO2可以相互转换，即Na2CO₃+H2O+CO₂→2NaHCO₃2NaHCO₃→Na2CO₃+H2O+CO₂。1.（2022全国乙卷·T2）某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率2.（2022福建厦门市3月质检·T17）甘薯以收获块根为主，其产量大、适应性强，是我国脱贫攻坚产业推广的一种农作物。干旱胁迫是限制甘薯产量提高的主要因素，研究表明喷施外源植物激素可增强甘薯的抗旱性。科研人员以甘薯为材料，探究喷施NAA和6-BA（细胞分裂素类物质）对甘薯抗旱性的影响，实验结果如下表所示。注：CK表示对照组，LD表示轻度干旱回答下列问题：（1）干旱胁迫下甘薯细胞内的渗透调节物质脯氨酸含量明显升高，其生物学意义是________。（2）实验中对CK组的处理是________。（3）干旱胁迫会导致甘薯产量下降，喷施外源激素能缓解这一现象，据表分析其可能的机理是___________。根据实验结果可知，喷施________对于缓解干旱对甘薯胁迫的效果更佳。（4）研究表明，在轻度干旱条件下喷施6-BA不仅可提高甘薯的净光合速率，还可促进光合产物由源（叶片）向库（块根）转移。请设计实验方案加以验证，简要写出实验思路和预期结果。3.（2021山东卷·T21）光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是__________________。(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100mg/LSoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度____(填:“高”或“低”)，据表分析，原因是______________________。(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。1.如图表示测定金鱼藻光合作用强度的密闭实验装置，氧气传感器可监测O2量的变化。已知光饱和点是指植物光合速率达到最大时的最小光照强度。下列叙述错误的是A.NaHCO3溶液可以为金鱼藻光合作用提供CO2B.单色光照射时，相同光照强度下一定时间内用红光比用绿光测到的O2量多C.氧气传感器测到的O2量就是金鱼藻光合作用产生的O2量D.拆去滤光片，改变光照强度，并将所得数据绘制成曲线可推知其光饱和点2.甜瓜是一种喜光作物，在温室栽培中易遭受弱光的危害。为研究弱光胁迫下生长素(IAA和赤霉素(GA)对甜瓜幼苗生长及光合特性的影响，科研人员做了相关实验，实验分组及结果如下(遮光率为自然光照的55%)。下列分析正确的是A.本实验的自变量是光照强弱、激素种类和气孔导度B.该实验表明，喷施IAA和GA能提高弱光胁迫下甜瓜的产量C.该实验表明，弱光胁迫下IAA和GA对于提高甜瓜的净光合速率存在协同作用D.该实验表明，弱光胁迫下IAA和GA均可通过提高叶绿素含量来提高净光合效率3.（2021·浙江6月选考）渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示，图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响，图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以HCO3-形式提供，山梨醇为渗透压调节剂，0.33mol·L-1时叶绿体处于等渗状态。据图分析，下列叙述错误的是（）A.与等渗相比，低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大，光合速率大小相似B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下，放氧率差异较大C.低渗条件下，即使叶绿体不破裂，卡尔文循环效率也下降D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大，放氧率越低4.(2021北京卷·T3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近B.35℃时两组植株的真正(总)光合速率相等C.50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能D.HT植株表现出对高温环境的适应性5.（2022福建省部分地市4月联考·T17）紫花苜蓿是一种多年生的优良牧草,广泛种植在我国西北旱区牧场，在畜牧业发展和生态保护中发挥着重要作用。研究表明秋季土壤含水量与苜蓿越冬后存活率密切相关。为探究越冬前灌溉策略对苜蓿抗寒性的影响，科研人员用不同含水量的土壤培养苜蓿28天后,恢复正常灌溉14天，再用低温处理28天(模拟越冬)。分别在第29天、第43天和第71天测定相关数据，结果如下。|(1)第29天的数据表明随土壤含水量下降苜蓿净光合速率随之下降，其主要原因是______。

(2)据表分析，处理方式能提高苜蓿的越冬成活率，原因可能是①________;②__________。

(3)依据实验结果，在苜蓿越冬前，牧场应采取的灌溉策略是_______________。6.（2021河北省·T19）为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：（1）对照组；（2）施氮组，补充尿素（12g·m-2）（3）水+氮组，补充尿素（12g·m-2）同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。生理指标对照组施氮组水+氮组自由水/结合水6.26.87.8气孔导度（mmol·m-2s-1）8565196叶绿素含量（mg·g-1）9.811.812.6RuBP羧化酶活性（μmol·h-1g-1）316640716光合速率（μmol·m-2s-1）6.58.511.4注：气孔导度反映气孔开放的程度回答下列问题：（1）植物细胞中自由水的生理作用包括____________________等（写出两点即可）。补充水分可以促进玉米根系对氮的__________，提高植株氮供应水平。（2）参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与__________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动__________两种物质的合成以及__________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到__________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。（3）施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是______________________________。7.（2021福建卷·T17）大气中浓度持续升高的CO2会导致海水酸化，影响海洋藻类生长进而影响海洋生态。龙须菜是我国重要的一种海洋大型经济藻类，生长速度快，一年可多次种植和收获。科研人员设置不同大气CO2浓度（大气CO2浓度LC和高CO2浓度HC）和磷浓度（低磷浓度LP和高磷浓度HP）的实验组合进行相关实验，结果如下图所示。回答下列问题：（1）本实验的目的是探究在一定光照强度下，____________。（2）ATP水解酶主要功能是____________。ATP水解酶活性可通过测定____________表示。（3）由图1、2可知，在较强的光照强度下，HC+HP处理比LC+HP处理的龙须菜净光合速率低，推测原因是在酸化环境中，龙须菜维持细胞酸碱度的稳态需要吸收更多的矿质元素，因而细胞____________增强，导致有机物消耗增加。（4）由图2可知，大气CO2条件下，高磷浓度能____________龙须菜的净光合速率。磷等矿质元素的大量排放导致了某海域海水富营养化，有人提出可以在该海域种植龙须菜。结合以上研究结果，从经济效益和环境保护的角度分析种植龙须菜的理由是____________。8.（2022届广东三模·T17）大气CO2浓度升高是全球气候面临的一个重要问题。研究中常喷施不同浓度KHCO3溶液来模拟不同浓度CO2对植物的影响，机理如图10所示。某团队就KHCO3对不同叶龄水稻叶片的光合速率影响进行了研究，结果如图11所示。回答下列问题：（1）图10中叶肉细胞转运HCO3－的方式是。Rubisco具有羧化酶活性，能催化CO2和C5反应，其主要存在于（填“叶绿体内膜”、“类囊体薄膜”或“叶绿体基质”）。（2）图11结果表明，不同浓度的KHCO3喷施处理对不同叶龄的水稻叶片的影响是：①对不同叶龄水稻叶片光合作用促进作用最佳的KHCO3浓度均为15mol/L;②；③。结合图10和图11分析，KHCO3对水稻叶片光合作用影响的机理是。（3）研究表明高浓度CO2条件下，植物光合作用能力下降可能与高CO2浓度胁迫引起叶绿素含量下降有关。请在上述实验的基础上以3叶期水稻叶片为材料，对这一结论进行探究。请简要写出实验思路：。9.（2022湖南省三湘名校教育联盟3月大联考·T18）为研究土壤中矿物质离子营养条件对植物生长和细胞代谢的影响，某研究小组用不同浓度Mg2+营养液处理红地球葡萄幼苗，90天后观察叶片叶绿体结构，测定了幼苗叶绿素含量（如表所示）及净光合速率（如图所示）Mg2+浓度（mmol·L-1）叶绿素a（mg·g-1）叶绿素b（mg·g-1）叶绿素（a+b）（mg·g-1）09.52.211.7111.52.814.3315.44.019.4514.43.517.9

回答下列问题：（1）从含量来看，Mg是植物细胞中的__________元素，而植物根可以通过__________方式从土壤中吸收Mg2+，电镜观察发现，0mmol·L-1Mg2+处理下叶片中的叶绿体发生形变，有的呈圆球形，叶绿体基粒之间发生断裂和分离，叶绿体膜模糊，类囊体大部分消失，说明严重缺镁不仅会破坏叶绿体结构，还会导致叶绿体内部的基粒数量__________。（2）从化学本质来说，分布在基粒上的叶绿素分子是一种脂质，可以在细胞中的__________这种细胞器上合成。从表中数据来看，培养液中的Mg2+浓度与红地球葡萄幼苗叶片叶绿素含量的变化关系概括如下：随着培养液中的Mg2+浓度上升，红地球葡萄幼苗叶片叶绿素含量__________。（3）研究发现，Mg2+不仅可以影响RUBP羧化酶（催化C02固定的酶）的活性，还可以影响类囊体薄膜上的电子传递过程，如NADP++H++2e-→NADPH。上图显示，在同等强度光照下，0mmol·L-1Mg2+处理后的叶片净光合速率明显低于其他处理组。综上分析，缺镁会导致净光合速率下降的具体原因有__________（答出3点即可）（4）植物缺镁往往会导致叶片发黄，但引起幼苗叶片发黄的原因可能很多，如幼苗缺氮、缺水或遭病虫害等。在红地球葡萄繁育基地，研究人员发现了大田的同一位置上出现了几株叶片发黄的葡萄幼苗，现需要设计实验确认这几株幼苗是否因缺乏Mg2+引起的，请写出实验思路，并预期实验结果及结论，要求实验结果能够相互印证实验结论。实验思路：__________。预期实验结果及结论：__________。10.（2021全国乙卷·T29）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：（1）白天叶肉细胞产生ATP的场所有__________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和______________释放的CO2。（2）气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________，又能保证_____________正常进行。（3）若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。_______________（简要写出实验思路和预期结果）11.(2022·山东潍坊高三模拟)为探究CO2浓度及紫外线对植物光合作用的影响，研究人员分别用紫外线和浓度加倍后的CO2处理培养了15天的番茄幼苗，直至果实成熟。期间测定了番茄叶绿素含量、株高和光合速率等生理指标(其他条件均为适宜状态)，结果如下表。分组及实验处理A组(自然条件下)B组(紫外线照射)C组(CO2浓度加倍)叶绿素含量(mg·g－1)15天1.201.211.1930天2.001.502.4045天2.001.502.45株高(cm)15天21.1021.2021.0030天35.2031.6038.3045天54.3048.3061.20光合速率平均值(μmol·m－2·s－1)8.865.6214.28(1)在晴朗的中午，幼苗均可以正常生长。此时，A组番茄叶肉细胞产生ATP的部位有_____________________；依据表中数据判断，与A组相比，B组番茄幼苗光合速率平均值低的原因最可能是___________。(2)从实验设计的角度来看，表格中的数据有不严谨的地方，具体体现在初始状态下(15天时)三个组的叶绿素含量和株高数值不一致，你认为这样的误差_____(填“会”或“不会”)对实验结果和得出结论产生显著影响，原因是___________________________________。(3)由表可知，CO2浓度加倍可促进番茄幼苗生长。有研究