专题7 呼吸作用和光合作用的综合

产生 $ [\mathrm{H}] $ 为有氧呼吸第一阶段和第二阶段，所以反应场所Ⅰ应为细胞质基质和线粒体基质， $ \mathrm{A} $ 错误； $ [\mathrm{H}] $ 与氧气结合生成水发生在Ⅱ（线粒体内膜），还原型辅酶Ⅰ $ (\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}) $ 转化为氧化型辅酶Ⅰ $ ({\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}}^{+}) $ ， $ \mathrm{B} $ 错误；水的光解发生在类囊体薄膜上，即Ⅲ表示类囊体薄膜，光能转化成 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 和 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 中的化学能， $ \mathrm{C} $ 错误；Ⅳ表示叶绿体基质，能够进行有机物的合成，也能进行有机物的水解，如 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的水解， $ \mathrm{D} $ 正确。

⑤是无氧呼吸的第二阶段，此过程没有能量的释放， $ \mathrm{A} $ 错误；鲁宾和卡门用同位素标记法分别标记了 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 和 $ {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O} $ ，证明了过程②释放的氧气来自水， $ \mathrm{B} $ 错误；若突然停止光照， $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 和 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的合成减少， $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 固定后形成的 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 不能被还原，而 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 生成的速率暂时不变，所以短时间内过程③的中间产物 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 含量增加， $ \mathrm{C} $ 正确；过程③所需还原剂来自光反应，过程⑥有氧呼吸第二阶段产生的还原剂不能用于光合作用， $ \mathrm{D} $ 错误。

细胞①中只有线粒体产生 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 和消耗 $ {\mathrm{O}}_{2} $ ，叶绿体没有进行光合作用，可推断细胞①处于黑暗环境中，细胞只进行呼吸作用，因此该细胞单位时间内放出的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 量即为呼吸速率， $ \mathrm{A} $ 正确；细胞②中叶绿体产生的氧气全部被线粒体所利用，此时叶肉细胞中光合作用速率等于呼吸作用速率， $ \mathrm{B} $ 正确；细胞③从外界吸收 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 并释放 $ {\mathrm{O}}_{2} $ ，故光合速率大于呼吸速率，细胞可能处于较强光照下，光合作用所需的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 来源于外界的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 和呼吸作用产生的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ，故细胞光合作用所利用的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 量为 $ {n}_{1} $ 与 $ {n}_{2} $ 的和， $ \mathrm{C} $ 正确；细胞④从外界吸收 $ {\mathrm{O}}_{2} $ 并释放 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ，故呼吸速率大于光合速率，可能原因是此时光照强度较弱，此时细胞的 $ {\mathrm{O}}_{2} $ 吸收量 $ ({m}_{2}) $ 与 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 释放量 $ ({n}_{1}) $ 相等， $ \mathrm{D} $ 错误。

（1） ①过程由 $ {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O} $ 生成 $ \mathrm{b} $ 和 $ \mathrm{e} $ ，表示的生理过程是水的光解，⑤过程中 $ \mathrm{b} $ 与 $ [\mathrm{H}] $ 结合可以生成 $ {\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O} $ ，说明 $ \mathrm{b} $ 是 $ {\mathrm{O}}_{2} $ ；①过程（光反应）发生在类囊体薄膜上，⑤过程（有氧呼吸第三阶段）发生在线粒体内膜上，因此①过程产生的 $ \mathrm{b}({\mathrm{O}}_{2}) $ 进入相邻细胞中参与⑤过程，至少需要穿过叶绿体类囊体膜 $ \to $ 叶绿体的内膜和外膜 $ \to $ 出细胞膜 $ \to $ 进相邻细胞膜 $ \to $ 线粒体外膜和内膜，共计7层生物膜，生物膜是由磷脂双分子层构成的，因此至少需要穿过 $ 7×2=14 $ （层）磷脂分子层。

（2） 题图①～⑤过程中，光反应阶段和有氧呼吸的三个阶段都能产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ ，故图中能够产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的生理过程是①③④⑤，③过程（有氧呼吸第一阶段）发生的场所是细胞质基质。分析题图可知， $ \mathrm{g} $ 物质是 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ，②过程（暗反应）中 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 固定的产物是 $ {\mathrm{C}}_{3} $ （图中 $ \mathrm{h} $ ），故用放射性同位素标记 $ \mathrm{g} $ ，放射性最先出现在 $ \mathrm{h} $ 中。

（3） 光合作用中①光反应为②暗反应提供 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 和 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ ；①②表示光合作用过程，其反应式为 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}{\xrightarrow[ 叶绿体]{光能}}\left({\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\right)+{\mathrm{O}}_{2} $ 。

（4） 题图中，④过程（有氧呼吸的第二阶段）产生 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ；而②过程（暗反应）中 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 的固定必须有 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 参与。植物根细胞没有叶绿体，不能进行光合作用；有线粒体，可以进行有氧呼吸，所以③④⑤过程能在根细胞中发生，该过程将有机物中稳定的化学能转化为热能和 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 中的化学能。

（5） 图中③④⑤过程表示有氧呼吸，用总反应式表示： $ {\mathrm{C}}_{6}{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_{6}+6{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+6{\mathrm{O}}_{2}{\xrightarrow[ ~]{酶}}6{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}+12{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+ $ 能量。

光照下植物同时进行光合作用和呼吸作用，测定的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 的吸收速率是植物的净光合速率， $ \mathrm{A} $ 正确。表中“光照下吸收 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ”代表的是净光合速率，“黑暗中释放 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ”代表的是呼吸速率。由表可知， $ 35\mathrm{℃} $ 时净光合速率大于0，在昼夜不停光照条件下，植物可以正常生长， $ \mathrm{B} $ 错误。昼夜不停光照，该植物生长的最适温度为净光合速率最大时对应的温度，故最适温度约为 $ 25\mathrm{℃} $ ， $ \mathrm{C} $ 正确。 $ 25\mathrm{℃} $ 时净光合速率最大，说明光照下积累的有机物最多， $ 5\mathrm{℃} $ 时呼吸速率最低，说明黑暗中消耗的有机物最少，因此每天光照、黑暗各12小时，在 $ 25\mathrm{℃} $ 、 $ 5\mathrm{℃} $ 的昼夜温度下，该植物积累的有机物最多， $ \mathrm{D} $ 正确。

为了实验的准确性，应设置一组容器内放置一盆等体积死植株的对照组，排除环境因素（如气压、温度等）对实验的影响， $ \mathrm{A} $ 正确；若 $ \mathrm{X} $ 溶液为 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 缓冲液，则液滴的移动情况表示瓶内 $ {\mathrm{O}}_{2} $ 的变化情况，故液滴移动距离可表示植株的净光合作用强度， $ \mathrm{B} $ 正确；若 $ \mathrm{X} $ 溶液为 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 缓冲液并遮光处理，此时植株不能进行光合作用，只进行呼吸作用，有氧呼吸消耗氧气，产生等量的二氧化碳被缓冲液吸收，故氧气的减少会导致液滴左移，液滴移动距离可表示植株的有氧呼吸强度， $ \mathrm{C} $ 正确；若 $ \mathrm{X} $ 溶液为 $ \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H} $ 溶液并将植株换为消毒的萌发种子，此时液滴移动距离表示种子呼吸时吸收氧气的量，但无法判断种子是否同时进行无氧呼吸，故无法判断具体的呼吸方式， $ \mathrm{D} $ 错误。

实验前叶片质量为无关变量，应相同，对比各组实验结果可知， $ 29\mathrm{℃} $ 暗处理后叶片质量减少最多，即 $ 29\mathrm{℃} $ 时呼吸作用强度最大，说明该轮藻呼吸作用酶的最适温度约为 $ 29\mathrm{℃} $ ， $ \mathrm{A} $ 错误；假设实验前叶片质量都是 $ 10\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，暗处理后第一、二、三组质量分别变为 $ 9\mathrm{m}\mathrm{g} $ 、 $ 8\mathrm{m}\mathrm{g} $ 、 $ 7\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，再光照后质量都变为 $ 13\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，所以在光照 $ 1\mathrm{h} $ 后，第一组的净光合作用强度为 $ 13-9=4(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ，第二组的净光合作用强度为 $ 13-8=5(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ，第三组的净光合作用强度为 $ 13-7=6(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ，因此光照时，这三组的净光合作用强度是不同的，即氧气的释放量不相等， $ \mathrm{B} $ 错误；光照后，第四组轮藻叶片质量比暗处理前增加，说明其光合作用强度大于呼吸作用强度， $ \mathrm{C} $ 正确；假设实验前叶片质量是 $ 10\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，暗处理 $ 1\mathrm{h} $ 后第四组质量减少了 $ 1\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，则呼吸作用强度为 $ 1\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h} $ ，再光照 $ 1\mathrm{h} $ 后质量增加 $ 1\mathrm{m}\mathrm{g} $ ，所以在光照下，其净光合作用强度为 $ 1+1=2(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ，光合作用强度 $ = $ 呼吸作用强度 $ + $ 净光合作用强度 $ =3(\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{h}) $ ，即光照下，第四组轮藻合成有机物总量为 $ 3\mathrm{m}\mathrm{g} $ ， $ \mathrm{D} $ 正确。

（1） 由题意可知，海带细胞中叶绿素含量显著下降，会对海带吸收、传递和转化光能产生影响，直接抑制光合作用的光反应阶段，导致 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 、 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 的合成受阻，会抑制暗反应中 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的还原过程。

（2） 光下海带在透明瓶内同时进行光合作用与呼吸作用，瓶内溶解氧含量的变化是海带净光合作用所引起的，故净光合速率可表示为 $ \dfrac{(N-M)}{t}×w×100\mathrm{\%} $ （ $ w $ ：海带湿重， $ t $ ：反应时间）。研究呼吸作用时，需要将装置进行遮光处理，防止海带进行光合作用影响检测。

（3） 在 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 浓度为 $ 1.00\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{L} $ 时的呼吸速率与 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 浓度为 $ 0.50\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{L} $ 下的呼吸速率大致相同，但其净光合速率小于 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 浓度为 $ 0.50\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{L} $ 下的净光合速率，故 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 浓度为 $ 1.00\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{L} $ 时的真正光合速率小于 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 浓度为 $ 0.50\mathrm{m}\mathrm{g}/\mathrm{L} $ 下的真正光合速率。结合题图分析可知，不同浓度的 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 均能抑制海带的光合作用； $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 在浓度较低时，促进海带的呼吸作用， $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 在浓度较高时，抑制海带的呼吸作用。

（4） 根据上述分析可知， $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 对光合作用的影响大于呼吸作用，故推测 $ {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+} $ 对线粒体的破坏较小。

① 光照强度为 $ P $ 时， $ \mathrm{a} $ 的 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 吸收量为0，其光合作用速率等于呼吸作用速率，细胞中合成 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的细胞器有线粒体和叶绿体。

② 若光照强度由 $ P $ 突然增大，光反应产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 和 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 的速率增加， $ {\mathrm{C}}_{3} $ 被还原并生成 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 的速率加快，而短时间内 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 生成 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的速率不变，故短时间 $ \mathrm{b} $ 的叶绿叶中 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 含量增加， $ {\mathrm{C}}_{3} $ 含量减少。

③ 光照强度为 $ Z $ 时，每天给予14小时黑暗、10小时光照，则 $ \mathrm{a} $ 积累的有机物为 $ 10\mathrm{h} $ 光照时净光合作用积累的有机物 $ -14\mathrm{h} $ 黑暗时呼吸作用消耗的有机物 $ =8×10-3×14=38 $ ，同理 $ \mathrm{b} $ 积累的有机物为 $ 6×10-1×14=46 $ ，因此积累有机物较多的是 $ \mathrm{b} $ 。

（2） ① 据表分析，有机物积累最多（总干重最重）的组别是 $ \mathrm{D} $ 组，从影响植物光合作用速率的自身因素分析，其原因见答案。

② $ \mathrm{D} $ 组红蓝光比例较大，光照时间较长，其有机物积累最多，因此为增加萝卜产量，植物工厂可适当延长光照时间，适当提高红蓝光比例。

（3） 采摘后的萝卜在储存过程中会进行细胞呼吸等，消耗有机物，为延长保质期，应该零上低温处理以降低有氧呼吸相关酶活性，同时低氧处理以减少有氧呼吸，进而降低有机物的消耗。