辨析总光合速率净光合速率与呼吸速率.docx
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辨析总光合速率净光合速率与呼吸速率
1.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
（以光合速率大于呼吸速率为例）
项目
表示方法
呼吸速率
线粒体释放CO2量（m1）；黑暗条件下细胞（植物体）释放CO2量（葡萄糖消耗量）
线粒体吸收O2量（n1）；黑暗条件下细胞（植物体）吸收O2量
净光合
速率
细胞（植物体）吸收的CO2量（m2）；植物（叶片）积累葡萄糖量
细胞（植物体）释放的O2量（n2）
真正光
合速率
叶绿体利用、固定CO2量m3或（m1＋m2）；植物（叶绿体）产生葡萄糖量
叶绿体产生、释放O2量n3或（n1＋n2）
2.常考曲线分析
【特别提醒】 总光合速率与呼吸速率曲线交点处表示此时光合速率＝呼吸速率，不要认为净光合速率曲线与呼吸速率曲线交点处也表示光合速率＝呼吸速率，此时总光合速率恰恰是呼吸速率的2倍。
视角1 总光合速率、净光合速率及呼吸速率的计算
1.将生长状况相同的某种植物的叶片均分成4等份，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h（光照强度相同），测其有机物变化，得到如图数据。
下列说法正确的是（ ）
A.该植物在27℃时生长最快，在29℃和30℃时不表现生长现象
B.该植物呼吸作用和光合作用的最适温度在所给的4个温度中都是29℃
C.在27℃、28℃和29℃时光合作用制造的有机物的量相等
D.30℃时光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物都是1mg/h
解析 暗处理后有机物减少量代表呼吸速率，4个温度下分别为1mg/h、2mg/h、3mg/h、1mg/h，光照后与暗处理前的有机物增加量代表1h光合作用制造有机物量和2h呼吸作用消耗有机物量的差值，所以4个温度下总光合速率（有机物制造量）分别为5mg/h、7mg/h、9mg/h、3mg/h。
该植物在29℃时生长最快，4个温度下都表现生长现象；该植物在29℃条件下制造的有机物量最多；该植物在30℃条件下光合作用制造的有机物为3mg/h，呼吸作用消耗的有机物为1mg/h。
答案 B
2.适宜的温度和一定的CO2浓度等条件下，某同学对甲、乙两种高等植物设计实验，测得的相关数据如下表。
下列说法错误的是（ ）
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度
光合速率达到最大值时的最小光照强度
光合速率达到最大值时的CO2吸收量
黑暗条件下CO2释放量
甲植物
1
3
11
5.5
乙植物
3
9
30
15
注：
光照强度单位为klx；CO2吸收量或释放量单位为
[mg·（100cm2·h）－1]。
A.本实验中，适宜的温度和一定的CO2浓度属于无关变量
B.光照强度为1klx时，甲植物叶肉细胞的叶绿体中ATP由叶绿体基质移向类囊体薄膜
C.光照强度为3klx时，甲、乙两植物固定CO2速率的差为1.5mg/（100cm2·h）
D.甲、乙两植物相比较，甲植物更适合在弱光下生长
解析 本实验中，适宜的温度和一定的CO2浓度属于无关变量，光照强度为自变量，A正确；光照强度为1klx时，甲植物光合速率与呼吸速率相等，叶绿体中ATP产生于类囊体薄膜，消耗于叶绿体基质，因此叶绿体中ATP由类囊体薄膜移向叶绿体基质，B错误；光照强度为3klx时，甲的真正光合速率＝11＋5.5＝16.5mg/（100cm2·h），而乙的真正光合速率＝15mg（100cm2·h），因此甲、乙两植物固定CO2速率的差＝16.5－15＝1.5mg（100cm2·h），C正确；甲、乙植物比较，甲植物更适合在弱光下生长，这是因为甲植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度和光合速率达到最大值时的最小光照强度均比较小，D正确。
答案 B
视角2 结合曲线模型分析总光合速率、净光合速率和呼吸速率
3.（2016·四川卷，5）三倍体西瓜由于含糖量高且无子，备受人们青睐。
下图是三倍体西瓜叶片净光合速率（Pn，以CO2吸收速率表示）与胞间CO2浓度（Ci）的日变化曲线，以下分析正确的是（ ）
A.与11：
00时相比，13：
00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B.14：
00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少
C.17：
00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D.叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
[慧眼识图 获取信息]
答案 D
4.下列关于曲线的描述，正确的是（ ）
A.图1中，两曲线的交点对应的温度是净光合速率为0时的温度
B.图2中，C点对所有进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量
C.图3中A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点
D.若呼吸作用的原料全部为葡萄糖，则图1中30℃时10h需消耗葡萄糖15mg
解析 本题考查对光合作用图解的分析和理解。
图1中，虚线表示的是净光合速率，实线表示的是呼吸速率，A错误；图2中C点表示整个植物体光合作用吸收的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量，但对于进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；图3中A、B两点都表示CO2浓度变化的转折点，此时光合速率等于呼吸速率，C正确；由图1可知，30℃时植物呼吸作用每小时产生3mgCO2，根据呼吸作用的总反应式可推知：
6CO2→C6H12O6，设1h需消耗葡萄糖xmg，则（6×44）/3＝180/x，x≈2.045mg/h，则10h约需消耗葡萄糖20.45mg，D错误。
答案 C
模型1 “半叶法”测定光合作用有机物的生产量
本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。
在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。
【典例1】某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。
将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。
在适宜光照下照射6小时后，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，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/（dm2·h）。
请分析回答下列问题：
（1）MA表示6h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6h后（____）＋（________）－呼吸作用有机物的消耗量。
（2）若M＝MB－MA，则M表示______________________________________。
（3）真正光合速率的计算方法是______________________________________。
（4）本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
解析 叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。
叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。
分析题意可知，MB表示6h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6h有机物的总产量（B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量）。
由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
答案
（1）叶片初始质量 光合作用有机物的总产量
（2）B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量
（3）M值除以时间再除以面积，即M/（截取面积×时间）
（4）将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
模型2 陆生植物光合速率与呼吸速率的实验测定常用方法
（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NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
（2）测定原理
①在黑暗条件下甲装置中的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在光照条件下乙装置中的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，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。
（3）测定方法
①将植物（甲装置）置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物（乙装置）置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
（4）物理误差的校正：
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。
【典例2】细胞呼吸是生物非常重要的生命活动。
请回答：
（1）如图表示人体细胞内有氧呼吸的过程，其中a～c表示相关过程，甲、乙表示相应物质。
①图中物质甲表示________，物质乙表示________。
②图中a、b、c所代表的过程中，产生能量最多的是________，该反应进行的场所是________。
③图中O2的作用是_________________________________________________。
（2）如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，在实验过程中酵母菌始终保持活性（忽略实验室的温度和大气压强对实验结果的影响）。
红色液滴移动情况
结论
Ⅰ.向______移动
进行有氧呼吸，同时可能进行无氧呼吸
Ⅱ.不移动
____________________
①据图填写上表内容。
②若仍然通过观察液滴的移动情况来确定酵母菌是否只进行有氧呼吸，应如何完善实验设计？
_____________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析
（1）由题图可知，a表示有氧呼吸的第一阶段，发生的反应是葡萄糖分解成丙酮酸和[H]，并产生少量的能量；b表示有氧呼吸的第二阶段，发生的反应是第一阶段产生的丙酮酸和水分解成CO2和[H]，并产生少量的能量；c表示有氧呼吸的第三阶段，发生的反应是前两个阶段产生的[H]和氧气结合生成水，产生大量的能量。
①图中的物质甲是有氧呼吸第三阶段产生的水，物质乙是有氧呼吸第二阶段产生的CO2。
②图中a、b、c所代表的过程中，产生能量最多的是c，该反应进行的场所是线粒体内膜。
③图中O2的作用是与[H]结合成生水并产生大量能量。
（2）①分析题图，氢氧化钠溶液可吸收细胞呼吸产生的CO2，而有氧呼吸消耗氧气，红色液滴会向压强小的一侧移动，即向左移；如果红色液滴不移动，说明容器中的气体量没发生变化，可以得出的结论是酵母菌只进行无氧呼吸。
②要确定酵母菌是否只进行有氧呼吸，可以将装置中的氢氧化钠溶液换成等量的蒸馏水，其他条件不变，若只进行有氧呼吸，则红色液滴不移动，若进行无氧呼吸，则红色液滴向右移动。
答案
（1）①H2O CO2 ②c 线粒体内膜 ③与[H]结合生成水并产生大量能量
（2）①Ⅰ.在 Ⅱ.只进行无氧呼吸 ②将装置中的氢氧化钠溶液换成等量的蒸馏水。
其他条件相同
【典例3】利用以下装置可探究某绿色植物的生理作用。
假如该植物的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。
回答下列问题：
（1）实验前，应________（填“打开”或“关闭”）活塞，记录有色液滴的位置。
（2）忽略装置内其他微生物的干扰，可利用装置____________来探究该植物的呼吸作用类型，此时应对实验装置进行____________处理，若_________________，则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸；该植物的根尖细胞内，能产生CO2，但不伴随ATP合成的生理过程是_________________________________________________________________。
（3）忽略装置内其他微生物的干扰，最好选择装置____________来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
在暗反应阶段中，CO2需要转化成____________才能被[H]还原。
解析
（1）可通过该装置中有色液滴的移动情况来反映呼吸作用和光合作用，故需记录有色液滴的位置（或所在的刻度）；另外，装置必须密闭，即要关闭活塞。
（2）可利用装置甲和装置乙来探究该植株的呼吸作用类型，实验时一定要对装置进行完全遮光处理，装置甲内含有氢氧化钠溶液，可吸收植株呼吸作用产生的CO2，若呼吸作用消耗氧气，则有色液滴向左移；装置乙内无吸收CO2的溶液，根据有氧呼吸和无氧呼吸的特点可知，若植物进行产生酒精和CO2的无氧呼吸，则装置乙中的有色液滴会向右移。
无氧呼吸的第二阶段有CO2产生，但不产生ATP。
（3）装置甲内无CO2，而装置丙内有CO2，且CO2浓度在一段时间内不变，故这两套装置适合用于验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
答案
（1）关闭
（2）甲和乙 完全遮光 装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移 无氧呼吸的第二阶段 （3）甲和丙 C3
光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制
①增加水中O2——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物；
②减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
③除去容器中CO2——氢氧化钠溶液；
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中；
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热；
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光；
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光；
⑧线粒体提取——细胞匀浆离心。
模型3 巧借“黑白瓶”原理，速解光合速率测定及相关数据推算
通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。
具体方法如下：
（1）“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。
总光合作用量（强度）＝净光合作用量（强度）＋有氧呼吸量（强度）。
（2）有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量（或CO2的增加量）为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量（或CO2的减少量）为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
（3）在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
【典例4】下表所示是采用黑白瓶（不透光瓶—可透光瓶）法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。
下列有关分析正确的是（ ）
水深（m）
1
2
3
4
白瓶中O2浓度（g/m2）
＋3
1.5
0
－1
黑瓶中O2浓度（g/m2）
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
A.水深1m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3g/m2
B.水深2m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C.水深3m处白瓶中水生植物不进行光合作用
D.水深4m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体
解析 根据题意可知，黑瓶中水生植物只能进行呼吸作用，白瓶中水生植物既能进行光合作用又能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据即为正常的呼吸消耗量。
由表中数据可知，在水深1m处白瓶中水生植物产生的O2量＝3＋1.5＝4.5（g/m2）。
水深2m处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/（m2·d）]，呼吸速率为1.5g/m（m2·d）。
水深3m处白瓶中水生植物光合作用量等于呼吸作用量，即1.5g/m2。
水深4m处白瓶中藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体。
答案 D
进行光合速率、呼吸速率计算，常用如下关系：
（1）摩尔数数量关系C6H12O6∶CO2∶O2＝1∶6∶6
（2）分子量关系：
C6H12O6（180）∶6CO2（6×44）∶6O2（6×32）
“三率”测定及相关实验加强练
1.如图装置可用于测定动物的呼吸速率。
下列关于该装置的叙述错误的是（ ）
A.试管内加入的试剂是NaOH溶液
B.温水的作用是使瓶内温度相对稳定
C.实验中玻璃管内的红墨水向右移动
D.该装置直接测定动物呼吸释放的CO2量
解析 该装置通过瓶内的气压变化来测定动物的呼吸速率。
由于呼吸作用过程中有CO2和O2两种气体的变化，因此通过在试管内放NaOH溶液来吸收CO2，消除CO2对瓶内气压的影响，测出动物呼吸时所消耗的氧气量，而不是直接测定动物呼吸时所释放的CO2量，D错误。
将广口瓶放入盛有温水的水槽内是为了使瓶内温度恒定；由于动物呼吸消耗氧气会让瓶内的气压降低，因此红墨水会向右移动，A、B、C正确。
答案 D
2.某转基因作物有很强的光合作用能力。
某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。
请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。
（1）先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中都放入________，装置乙作为对照。
②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。
③30min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
（2）测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中放入_______________________________________。
②把甲、乙装置放在_____________________________________________。
③30min后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
（3）实验进行30min后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：
实验30min后红墨水滴移动情况
测定植物呼吸作用强度
甲装置
____（填“左”或“右”）移1.5cm
乙装置
右移0.5cm
测定植物净光合作用强度
甲装置
____（填“左”或“右”）移4.5cm
乙装置
右移0.5cm
（4）假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g，那么该植物的呼吸速率是________g/h；白天光照15h。
一昼夜葡萄糖的积累量是________g（不考虑昼夜温差的影响）。
解析 要测定光合作用强度必须先测定呼吸作用强度，在测定呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。
用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。
在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：
充足的光照、一定浓度的CO2（由NaHCO3溶液提供），光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。
对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素（如气压等）对实验产生影响的结果，实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为（1.5＋0.5）×2＝4（g/h）；净光合速率为（4.5—0.5）×2＝8（g/h），白天光照15h的净光合作用量是8×15＝120（g），一昼夜葡萄糖的积累量等于15h的光合作用实际产生量减去24h的呼吸作用消耗量，等同于15h的净光合作用量减去9h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84（g）。
答案
（1）①NaOH溶液 ②遮光
（2）①NaHCO3溶液，装置乙作为对照 ②光照充足、温度等相同且适宜的环境中 （3）左 右 （4）4 84
3.（2016·河南预南九校联考）为了提高绿色植物的生态效益，研究者做了相关实验，并绘出如下三幅图。
下图甲表示菠菜植株在光照强度分别为a、b、c、d时，一小时内CO2释放量和O2产生总量的变化；图乙表示研究不同浓度的CO2对菠菜幼苗各项生理指标影响的实验结果；图丙表示菠菜叶肉细胞的部分结构和相关代谢情况（标号1～6表示相应的过程）。
请回答：
（1）光合作用的过程，可以用化学反应式表示为_________________________
_________________________________________________________________。
图甲中，如果一昼夜13小时光照强度为d，其余时间为黑暗条件，则一昼夜菠菜植株________（能/不能）积累有机物。
（2）由图乙可知，与A组相比，C组条件下叶绿体中[H]含量________。
干旱初期，菠菜光合作用速率下降，其主要原因是所需的________减少而导致光合速率下降，而较高CO2浓度有利于水稻幼苗度过干旱时期，据图乙分析原因：
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
（3）图甲中，光照强度为b时，对应的丙图中具有的过程有________。
（4）CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使________水溶液由蓝________。
解析
（1）光合作用是以二氧化碳和水为原料，在叶绿体和光能的条件下生成氧气和有机物的过程，即6CO2＋12H2O
C6H12O6＋6H2O＋6O2。
由图可知光照强度为d时，光合作用速率为每小时8单位，13×8－6×24＝－40单位，所以不能生长。
（2）由图乙可知，与A组相比，C组二氧化碳浓度高，暗反应加快利用的光反应产物[H]和ATP增多，使得叶绿体中[H]含量降低。
干旱初期为了防止水分的散失，气孔会关闭，二氧化碳吸收减少，暗反应下降导致整个光合作用速率下降。
从图乙可知较高浓度二氧化碳下气孔开放度低，此时可以减少水分的散失。
（3）图甲中光照强度为b时，既有光合作用也有呼吸作用，只是光合作用强度小于呼吸作用强度，所以图丙中应有线粒体提供给叶绿体的二氧化碳1过程，还有叶绿体产生的氧气给线粒体的2过程，及线粒体从外界吸收氧气的5过程和向外释放二氧化碳的6过程，故有1、2、5、6。
（4）二氧化碳可以使澄清的石灰水变浑浊，也可以使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
答案
（1）6CO2＋12H2O
C6H12O6＋6H2O＋6O2 不能
（2）低 CO2 较高CO2浓度使气孔开度下降，减少水分的散失
（3）1、2、5、6
（4）溴麝香草酚蓝 变绿再变黄
[基础·需自查]
1.酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸（×）
2.溶酶体内的水解酶是由核糖体合成的（√）
3.用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好（×）
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