第3课时光合作用与细胞呼吸的关系.docx
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第3课时光合作用与细胞呼吸的关系
第3课时 光合作用与细胞呼吸的关系
考点一光合作用与细胞呼吸物质和能量转化关系
1．比较法助记光合作用和有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能（储能）
稳定的化学能→活跃的化学能（放能）
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞（主要在线粒体）
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
2．图解法助记光合作用与细胞呼吸的联系
[对点落实]
1．判断下列有关叙述的正误
（1）适宜光照下，在叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质（√）
（2）光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP（×）
（3）光合作用的光反应产生的ATP用于C3还原、CO2的固定及物质运输等过程（×）
（4）细胞呼吸产生的ATP也可用于暗反应中C3的还原（×）
2．（2017·全国卷Ⅱ）下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
（1）图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是________。
（2）B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________（填“B和C”“C和D”或“B和D”）。
（3）C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是__________________________________________。
解析：
（1）由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ（NADH）。
（2）细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质（C）和线粒体（D）。
（3）细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
答案：
（1）O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH（或还原型辅酶Ⅰ）
（2）C和D （3）在缺氧条件下进行无氧呼吸
1．从元素转移角度分析光合作用与细胞呼吸的联系
元素
流动过程
C
CO2
（CH2O）
丙酮酸
CO2
O
H2O
O2
H2O
H
H2O
[H]
（CH2O）
[H]
ⅢH2O
2．光合作用与细胞呼吸中[H]与ATP的来源及去路分析
（1）[H]的来源和去路比较：
（2）ATP的来源与去路比较：
[特别提醒] 光合作用中的[H]为NADPH，细胞呼吸中[H]为NADH。
[对点落实]
3．（2018·三亚模拟）下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化，相关叙述正确的是（ ）
A．过程①发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上
B．过程⑦发生在线粒体中
C．过程⑤⑥均需要[H]和ATP的参与
D．过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行
解析：
选A 过程①表示光合作用的光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④表示有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体的内膜上；过程⑦表示细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中；过程⑤是CO2的固定，不需要[H]和ATP的参与；过程①③产生的[H]是不同的物质，过程⑧是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体中。
4．将盆栽植物天竺葵浇上含18O的水后，置于密闭的玻璃钟罩内，再把整个装置放在室外阳光下，并保持适宜的温度条件。
一周后，玻璃钟罩内的空气及天竺葵中下列哪些物质可能含有18O（ ）
①O2 ②水蒸气 ③CO2 ④葡萄糖 ⑤氨基酸 ⑥脂肪
A．①②中含有，③④⑤⑥中没有
B．①②③中含有，④⑤⑥中没有
C．①②③④中含有，⑤⑥中没有
D．①②③④⑤⑥中都可能含有
解析：
选D 植物体内的水能够通过蒸腾作用以水蒸气的形式散发到空气中，水还可经过光合作用生成氧气，存在于周围的空气中；植物体内水中的氧经呼吸作用转移到二氧化碳中，二氧化碳也会释放到周围的空气中；二氧化碳中的氧，通过光合作用又可转移到葡萄糖中，而葡萄糖经转化可形成脂肪和氨基酸，从而18O可进入脂肪和氨基酸等有机物中。
[归纳拓展]
C18O2、18O2、H
O在光合作用和细胞呼吸中转移途径的分析
（1）葡萄糖参与的有氧呼吸与光合作用反应式：
①有氧呼吸：
C6H12O6＋6O2＋6H2O
6CO2＋12H2O
②光合作用：
6CO2＋12H2O
C6H12O6＋6O2＋6H2O
（2）转移过程：
考点二光合速率、呼吸速率及其相互关系
[典型图示] 光合作用、呼吸作用的“三率”图示分析
[问题设计]
（1）“三率”的表示方法：
①呼吸速率：
绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：
绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。
③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD对应的CO2总量。
（2）图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。
交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
（3）图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。
在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
（4）图1中B对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率＞呼吸速率。
[对点落实]
1．（2017·北京高考）某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。
据此，对该植物生理特性理解错误的是（ ）
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25℃
C．在0～25℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50℃
解析：
选D 从第二幅图的曲线中可以看出，光合作用的最适温度为30℃左右，呼吸作用的最适温度为55℃左右，因此呼吸作用的最适温度比光合作用的高；从第一幅图的曲线中可以看出，净光合作用的最适温度为25℃左右；通过第二幅图的曲线，可以看出在0～25℃范围内，光合作用曲线变化明显大于呼吸作用曲线；植物总光合作用大于呼吸作用时，即净光合作用大于0时，适合植物的生长，从图中可以看出，适合该植物生长的温度范围是－10～45℃。
2．在自然光照下，有些植物的光合速率并不能达到最大值，需要进行适当的遮光处理。
某科研人员为了探究适合某种草莓种植的遮光程度，进行了相关实验，结果如图所示。
回答下列相关问题：
（1）草莓的种类属于该实验的________变量，该科研人员在选择该种草莓植株时，应考虑的因素有____________________________。
（2）不遮光组与遮光Ⅰ或Ⅱ组相比，植株干重较小，试分析原因：
______________
________________________________________________________________________。
（3）若遮光程度大于Ⅱ时，植株干重会逐渐降低，则可以确定最适宜遮光程度的范围为________，据上所述，若要得到最适遮光程度应如何继续实验？
_____________________。
（4）将实验所用草莓置于无光、30℃的环境中，测得草莓植株释放CO2的速率为8mg/h，而置于适宜遮光程度、30℃的环境中，测得草莓植株吸收CO2的速率为36mg/h。
假设光合作用产生的有机物为葡萄糖，呼吸作用消耗的有机物也是葡萄糖，据此可以判断该草莓植株在适宜遮光程度、30℃的环境中光合作用每小时产生葡萄糖________mg。
解析：
（1）该实验的目的是探究适合某种草莓种植的遮光程度，自变量是光照强度或遮光程度，如草莓的种类等对实验结果有影响的因素均属于无关变量。
无关变量应保持一致，所以该实验选择的该种草莓植株生长状况和大小等要相同。
（2）对于草莓而言，与遮光Ⅰ或Ⅱ组相比，不遮光时的光照强度过强，导致叶面温度过高，蒸腾作用增大，引起部分气孔关闭，植株从外界吸收的CO2减少，致使光合速率降低，所以植株干重较小。
（3）若遮光程度大于Ⅱ时，植株干重会逐渐降低，说明最适宜遮光程度在Ⅰ～Ⅱ范围内。
在确定最适宜遮光程度范围（Ⅰ～Ⅱ）的前提下，要得到最适遮光程度，应在遮光度Ⅰ～Ⅱ之间增加若干组实验。
（4）无光、30℃的环境中，该草莓植株释放CO2的速率表示呼吸速率，为8mg/h；置于适宜遮光程度、30℃的环境中，该草莓植株吸收CO2的速率为36mg/h，该数值表示净光合速率。
依据“净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率”可知，该草莓植株的实际光合速率即固定CO2的速率为44mg/h，折算成葡萄糖为30mg/h。
答案：
（1）无关 生长状况和大小等要相同
（2）光照过强，导致叶面温度过高，蒸腾作用增大，引起部分气孔关闭，植株从外界吸收的CO2减少，致使光合速率降低 （3）Ⅰ～Ⅱ 在遮光度Ⅰ～Ⅱ之间增加若干组实验 （4）30
[归纳拓展]
解答与呼吸作用、光合作用曲线综合题应特别关注的信息
（1）光照强度为“0”意味着光合作用不能进行，此时气体变化量全由细胞呼吸引起，可作为呼吸强度指标。
（2）光照下吸收CO2量应为净光合量。
（3）光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。
（4）植物生长速率取决于净光合量而不是“总光合量”。
只有净光合量＞0植物才能生长。
光合速率的测定
1．气体体积变化法——测光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积
[实验原理]
（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，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）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，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。
2．叶圆片称重法——测定有机物的变化量
[实验原理] 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）。
净光合速率＝（z－y）/2S；
呼吸速率＝（x－y）/2S；
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产生量
[实验原理] 将植物对称叶片的一部分（A）遮光或取下置于暗处，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。
一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
4．黑白瓶法——测溶氧量的变化
[实验原理] 将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。
黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。
因此，真光合作用量（光合作用总量）＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
[对点落实]
3．（2018·西安模拟）下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平。
下列几种实验结果（给予相同的环境条件），不可能出现的是（ ）
A．甲、乙装置水滴都左移
B．甲、乙装置水滴都右移
C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移
D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移
解析：
选B 根据题意可知，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平，故甲装置内的气压变化是由氧气含量变化引起的，较强光照条件下（光合强度大于呼吸强度）甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下（光合强度小于呼吸强度）甲装置内水滴左移，适宜光照条件下（光合强度等于呼吸强度）甲装置内水滴不动；乙装置内青蛙只进行细胞呼吸不进行光合作用，故乙装置内水滴只会左移。
4．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：
在叶柄基部做环剥处理（仅限制叶片有机物的输入和输出），于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，M处的实验条件是16时后将整个实验装置遮光3小时，则测得叶片叶绿体的光合速率是（单位：
g·cm－2·h－1，不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响）（ ）
A．（3y－2z－x）/6 B．（3y－2z－x）/3
C．（2y－x－z）/6D．（2y－x－z）/3
解析：
选A 分析题意可知，10时到16时之间的6个小时，植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此其重量变化表示的是净光合作用量，则净光合速率＝净光合作用量/6＝（y－x）/6；而M处的实验条件是16时后将整个实验装置遮光3小时，此时叶片只进行呼吸作用，因此可以计算出呼吸速率＝（y－z）/3；因此总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（y－x）/6＋（y－z）/3＝（3y－2z－x）/6。
5.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。
如图所示，“半叶法”的原理是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或用呼吸抑制剂处理）阻止两部分的物质和能量转移。
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，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/（dm2·h）。
若M＝MB－MA，则M表示_________________________。
解析：
如图所示，A部分遮光，这半片叶片虽不能进行光合作用，但可照常进行呼吸作用。
另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。
题中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后初始质量－呼吸作用有机物的消耗量。
所以M＝MB－MA就是B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量。
这样，M值除以时间再除以面积就可测得真正光合速率（单位：
mg/dm2·h）。
答案：
B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量
6．（2017·保定模拟）某生物科研小组，从鸭绿江的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。
将它们分别置于六种不同的光照条件下，温度保持不变，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，请根据其记录数据（如下表）判断下列选项中错误的是（ ）
光照强度（klx）
0（黑暗）
a
b
c
d
e
白瓶溶氧量（mg·L－1）
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶氧量（mg·L－1）
3
3
3
3
3
3
A．黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧
B．光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
C．当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21mg/（L·24h）
D．当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不会增加
解析：
选B 黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧；光照强度为aklx时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的呼吸作用消耗；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝（24－10）＋7＝21mg/（L·24h）；当光照强度为d时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加，即白瓶中植物的光合速率不会增加。
[真题集训——验能力]
1．（2016·四川高考）叶肉细胞内的下列生理过程，一定在生物膜上进行的是（ ）
A．O2的产生 B．H2O的生成
C．[H]的消耗D．ATP的合成
解析：
选A 叶肉细胞中O2的产生只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上；叶肉细胞中H2O的产生可以发生在线粒体内膜、核糖体、高尔基体等处；叶肉细胞中[H]的消耗可以发生在线粒体内膜、叶绿体基质等处；叶肉细胞中ATP的合成可以发生在细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜上。
2．（2014·全国卷Ⅱ）关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是（ ）
A．磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物
B．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与
C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D．病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量
解析：
选C 光合作用的光反应中有ATP的合成，需要原料ADP和磷酸。
光合作用中叶绿素吸收光能的过程不需酶的参与。
乳酸是无氧呼吸的产物，在人体内不能继续分解供能，人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的。
病毒无独立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。
3．（2015·海南高考）植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度（叶温）变化的趋势如图所示。
下列叙述错误的是（ ）
A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自于太阳能
B．叶温在36～50℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25℃时，植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为0
解析：
选D 植物光合作用所需要的能量都来自太阳能；分析曲线可知，叶温在36～50℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高；光合与呼吸作用强度的差值即净光合速率，叶温为25℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙；叶温为35℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值相等，均大于0。
4．（2017·全国卷Ⅰ）植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。
已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。
回答下列问题：
（1）将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。
培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率_______________（填“大于0”“等于0”或“小于0”）。
（2）若将甲种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是________________________________________。
解析：
（1）甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，培养后两种植物的光合速率都降低的原因是植物在光下光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，总体上两种植物都要从小室中吸收CO2，因此，小室中的CO2浓度会降低，从而影响两种植物的光合速率。
从题干获知，甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物，因此，当甲种植物的净光合速率为0时，对于乙种植物来说，外界的CO2浓度是超过其CO2补偿点的，乙种植物的光合速率一定大于呼吸速率，即净光合速率大于0。
（2）甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水发生在有氧呼吸过程中，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。
答案：
（1）植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低 大于0
（2）甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
5．（2016·全国卷Ⅱ）BTB是一种酸碱指示剂。
BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。
某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：
用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。
其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。
各试管的实验处理和结果见下表。
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光灯的距离（cm）
20
遮光*
100
80
60
40
20
50min后试管中溶液的颜色
浅绿色
X
浅黄色
黄绿色
浅绿色
浅蓝色
蓝色
注：
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：
（1）本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是____________（填“可靠的”或“不可靠的”）。
（2）表中X代表的颜色应为________（填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”），判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草________________________________________________________________________。
解析：
（1）1号试管中没有加水草，50min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用、呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。
（2）2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管（光合作用强度小于呼吸作用强度）相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。
（3）5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。
答案：
（1）不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的
（2）黄色 水草不进行光合作用，只进行
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