2027届高三人教版高中生物一轮复习讲义微专题　植物“三率”的判定及测定

微专题植物“三率”的判定及测定专|题|整|合1．总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析(1)内在关系①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。(2)根据关键词判定总(真正)光合速率净(表观)光合速率呼吸速率“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量黑暗中释放的CO2的量“产生”或“制造”的O2的量“释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2的量“产生”“合成”或“制造”的有机物的量“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量黑暗中消耗的有机物的量2.光合速率的测定方法(1)气体体积变化法——测定气体的变化量注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。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NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，因此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总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，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、单位面积叶片中有机物生成量①操作图示②结果分析a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。b．呼吸速率＝(x－y)/2S。c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。(3)半叶法——测定光合作用有机物的制造量①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。②计算：设被截取部分初始干重为M。a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。(4)黑白瓶法——测水中溶氧量的变化注：瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。(5)间隔光照法——比较有机物的合成量测定方法：光反应和暗反应在不同的酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被完全利用，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔可利用光照时积累的光反应产物，再持续进行一段时间的暗反应。因此，在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。(6)叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率①实验原理eq\x(\a\al(叶片含有空气，,叶片上浮))eq\o(→,\s\up7(抽气))eq\x(\a\al(叶片,下沉))eq\o(→,\s\up7(光合作用),\s\do5(产生O2))eq\x(\a\al(充满细胞间,隙，叶片上浮))②实验装置分析a．自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。b．中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。c．因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。对|点|落|实1．(2025·湖北黄冈高三期中)利用下图所示装置可探究某生存状态良好的绿色植物的生理作用。假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸(忽略装置内其他微生物的干扰)。下列相关叙述正确的是()A．若要验证该植物在光下释放O2，应将装置二和三分别放在黑暗和光照条件下B．若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，应选择装置一和装置三C．光照条件下，装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量D．黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物只进行有氧呼吸答案：B解析：光合作用需要CO2，CO2缓冲液可提供CO2，若验证植物在光下释放O2，应将装置三置于光下，液滴移动的距离代表光合作用中O2的释放量，A错误；若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，自变量是CO2的有无，装置一中的氢氧化钠溶液吸收CO2，装置三中的CO2缓冲液可提供CO2，B正确；光照条件下，装置一红色液滴移动的距离可表示呼吸作用中O2的吸收量，装置三中红色液滴移动的距离可表示光合作用中O2的释放量，C错误；黑暗条件下，若装置一中的红色液滴不移动，则该植物在装置一中只进行无氧呼吸；装置二中的红色液滴不移动，该植物在装置二中进行有氧呼吸，D错误。2．(2025·陕西西安高三模拟)某课外小组用传感器测定了不同条件下250mL有鱼和无鱼池水的溶解氧变化，获得下表数据。下列说法正确的是()瓶子编号12345条件26℃光照26℃黑暗26℃光照10℃光照10℃黑暗材料池水池水池水＋鱼池水池水＋鱼2小时后的溶解氧变化/μg0.378－0.065－0.758－0.03－0.215A．1号瓶池水中植物光合作用产生的氧气量为0.378μgB．4号瓶池水中植物不能进行光合作用C．26℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136μgD．池水中植物光合作用的最适温度为26℃答案：C解析：26℃光照条件下，1号瓶溶氧量增加是池水中植物同时进行光合作用和呼吸作用的结果，溶氧量的增加量表示净光合作用下氧气的净积累量，实际氧气产生量为0.378＋0.065＝0.443μg，A错误；4号瓶池水中植物在有光照情况下，通常会进行光合作用，产生此结果的原因可能是光合作用强度小于呼吸作用强度，B错误；根据1、3号瓶可知，26℃光照条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为0.378＋0.758＝1.136μg，C正确；题表中只有10℃和26℃两个温度，无法确定池水中植物光合作用的最适温度，D错误。3．(2024·广东茂名一模)为研究光照与黑暗交替处理对花生叶片叶绿体中的ATP和ADP含量变化的影响。某研究小组测定的实验结果如图所示。结合图中结果分析，下列叙述错误的是()A．光照0～5min，叶肉细胞中发生了ADP与ATP之间的相互转化B．光照的5～20min，叶绿体中的ATP含量基本稳定，说明ATP与ADP的转化逐渐停止C．黑暗的20～30min，暗反应继续进行导致叶绿体中ATP和ADP的含量呈相反变化D．光暗交替处理30min，光暗条件对叶绿体中ADP与ATP转化过程的影响较大答案：B解析：由题图可知，在开始光照的0～5min内，ATP含量迅速上升，而ADP含量迅速下降，说明叶绿体中发生了ADP与ATP的转化过程，A正确；在光照处理的5～20min内，曲线显示叶绿体中ATP含量基本稳定，说明ATP与ADP的持续转化已处在动态平衡中，B错误；在黑暗处理的20～30min内，ADP含量迅速上升，ATP含量迅速下降，说明叶绿体因无光照，光反应停止，无法持续合成ATP，而暗反应在停止光照的短暂时间内继续进行，会继续消耗ATP，同时产生ADP，C正确；由题图可知，在光暗交替处理30min内，ATP与ADP含量变化较大，即光暗条件对叶绿体中ADP与ATP转化过程的影响较大，D正确。4．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，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)，在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片，烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是()A．下午4时后将整个实验装置遮光3hB．下午4时后将整个实验装置遮光6hC．下午4时后在阳光下照射1hD．晚上8时后在无光下放置3h答案：A解析：起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重xg，从上午10时到下午4时，叶片在这6h内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去上午10时移走时的叶圆片干重(xg)的差值，就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量：(y－x)g。若要求出呼吸作用消耗干物质的量，应将叶片进行遮光处理，先假设叶片遮光处理为a小时后干重为zg，下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去叶片遮光处理a小时后的干重(zg)的差值，就是呼吸作用消耗干物质的量：(y－z)g。已知测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)，据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，得出(3y－2z－x)/6＝(y－x)/6＋(y－z)/a，计算出a＝3，A符合题意。光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型热点一光呼吸热|点|衔|接光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。由于光反应速率大于暗反应速率，此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，防止强光对叶绿体的破坏，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。突|破|训|练1．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。SoBS浓度(mg/L)0100200300400500600光合作用强度(CO2μmol·m－2·s－1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸强度(CO2μmol·m－2·s－1)6.46.25.85.55.24.84.3(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。答案：(1)基质光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应C5和CO2结合减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多(2)低喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等(3)100～300解析：(1)光合作用过程中CO2与C5结合发生在叶绿体基质中，根据光呼吸的概念，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，所以光呼吸中C5与O2结合的反应应该发生在叶绿体基质中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片中光反应停止，产生的ATP、NADPH减少，使暗反应减弱，暗反应中CO2与C5结合减弱，则C5与O2结合增加，CO2释放量增加。(2)据表可知，与未喷施SoBS溶液相比，喷施100mg/LSoBS溶液的水稻叶片光合作用强度增大即光合作用固定的CO2增加，而光呼吸强度减小即光呼吸释放的CO2减少，再结合题干中SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计，所以喷施SoBS溶液后，叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。因此，在更低的光照强度下，叶片光合作用吸收的CO2量和光呼吸与细胞呼吸释放的CO2量相等。(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，因此当光合作用强度与光呼吸强度差值最大时，最有利于农作物增产。结合表中数据可知，当喷施SoBS溶液浓度为200mg/L时，光合作用强度与光呼吸强度差值最大，因此利于增产的最适喷施浓度应介于100～300mg/L之间。热点二C4植物热|点|衔|接在绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径，叫作C4途径。①玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。②C4植物叶肉细胞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，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。③PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合“午休”现象。突|破|训|练2．(2024·合肥高三期末)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。热点三CAM途径热|点|衔|接①仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合于干旱地区，其特点是气孔夜间开放，白天关闭。②该类植物夜间吸收CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质基质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。③该类植物叶肉细胞夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。突|破|训|练3．(2024·山东枣庄高三检测)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重要作用，过程如图所示。据图分析，下列叙述错误的是()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由蒸腾过度导致的脱水，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进行景天酸代谢途径的植物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解析：白天在光照条件下，进行景天酸代谢的植物通过光反应生成NADPH和ATP，用于暗反应，晚上植物没有NADPH和ATP的供应，暗反应不能进行，A错误；图示景天酸代谢途径，白天气孔关闭减少水分散失，可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该类植物适应干旱环境，B正确；由于进行景天酸代谢途径的植物晚上气孔开放，不断吸收CO2用于合成苹果酸，空气中的CO2减少，因此，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进行景天酸代谢途径的植物，C正确；多肉植物在晚上吸收CO2生成苹果酸(pH降低)储存在液泡中，白天苹果酸分解产生CO2(pH升高)用于暗反应，因此其液泡中的pH会呈现白天升高、晚上降低的周期性变化，D正确。热点四光合产物及运输热|点|衔|接①磷酸丙糖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。②光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部长距离运输到其他部位。突|破|训|练4．(2024·北京东城期末)如图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是()A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPHB．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制答案：A解析：过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即通过②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。热点五光系统及电子传递链热|点|衔|接(1)光系统①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和