备战高考生物一轮复习第11讲光合作用与细胞呼吸的关系 讲义.docx

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备战高考生物一轮复习第11讲光合作用与细胞呼吸的关系讲义

第11讲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[重难深化类]

1．归纳概括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．光合作用与细胞呼吸中[H]和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]

1．（2019·南昌一模）在细胞中，下列哪个生化反应过程需要消耗ATP（　　）

A．溶酶体中大分子水解成小分子

B．呼吸作用中葡萄糖分解成丙酮酸

C．光反应中水分解成O2和[H]

D．暗反应中C3的还原

解析：

选D　溶酶体中大分子在水解酶的作用下水解成小分子，不一定消耗ATP；呼吸作用中葡萄糖分解成丙酮酸为细胞呼吸第一阶段，会产生ATP；光反应中水在光下分解成O2和[H]，伴随产生ATP；暗反应中C3的还原需要光反应产生的ATP和[H]。

2．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，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，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。

光合作用与呼吸作用过程中的物质转化图分析

[典型图示]

[问题设计]　据图填表

提供的标记物

最先出现放射性的物质

最终出现放射性的物质

“对18O的示踪分析”的注意点

18O2

（①途径）

①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸

如果分析“首先出现在”“短时间出现在”，一般是要求分析第一步反应，不必沿箭头所指路线过多分析；如果是分析“在哪些物质中出现”，则需要沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来

H

O

氧气（④途径）；水（蒸腾作用）

④→氧气→⑦→①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸

C18O2

三碳化合物（⑤途径）

（一）⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸；

（二）⑤→水→⑥→④→氧气

14CO2

三碳化合物（⑤途径）

⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸

[对点落实]

3．下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是（　　）

A．给水稻提供14CO2，则其根细胞在缺氧环境有可能出现14C2H5OH

B．给水稻提供14CO2，则14C的转移途径是：

14CO2→14C3→（14CH2O）

C．用15N标记某种氨基酸，出现放射性的顺序依次是核糖体、高尔基体、内质网

D．小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到H

O，呼出的二氧化碳也可能含有18O

解析：

选C　给水稻提供14CO2，水稻通过光合作用会产生（14CH2O），则其根细胞在缺氧环境会利用（14CH2O）进行无氧呼吸，有可能出现14C2H5OH；给水稻提供14CO2，则

的转移途径是：

14CO2→14C3→（14CH2O）；用15N标记某种氨基酸，出现放射性的顺序依次是核糖体、内质网、高尔基体；小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到H

O，水参与有氧呼吸第二阶段产生二氧化碳，所以呼出的二氧化碳也可能含有18O。

4．（2016·浙江高考）下面是关于植物光合作用的问题。

请回答：

（1）光反应发生在叶绿体的____________中，H2O在光反应中裂解为________________。

（2）若以14CO2作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含14C的三碳化合物是________。

该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的______________等物质存在的情况下，被还原为三碳糖磷酸。

（3）给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O。

氧气中含有18O是由于________________________________________________________________________，

H

O又作为原料参与了光合作用之故。

（4）植物光合作用光饱和点可通过测定不同________下的光合速率来确定。

在一定条件下，某植物在温度由25℃降为5℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度________（选填：

＜、≤、＝、≥、＞）25℃。

解析：

（1）光反应发生在叶绿体的类囊体膜中，H2O在光反应中裂解为H＋、O2和电子。

（2）卡尔文循环中首先是1分子CO2在酶的催化作用下与1分子五碳糖（RuBP）结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子（即3磷酸甘油酸）。

然后每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和ATP的磷酸基团形成三碳糖磷酸。

（3）给某植物提供C18O2和H2O，光合作用过程中18O的去路是6C18O2＋12H2O―→C6H

O6＋6O2＋6H

O，其中产物H

O又作为光反应的原料，在水的光解中产生

。

（4）光饱和点是指达到最大光合速率时的最低光强度，因此测定光饱和点时需要测定在不同光强度下的光合速率。

在一定条件下，某植物在温度由25℃降为5℃的过程中，光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时光合作用的最适温度应该不低于25℃。

答案：

（1）类囊体膜　H＋、O2和电子　

（2）三碳酸　磷酸基团

（3）C18O2中的部分氧转移到H

O中　（4）光强度　≥

[归纳拓展]

C18O2、18O2、H

O、14CO2在光合作用和细胞呼吸中元素转移途径的分析

（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）18O和14C的转移过程

①18O2

H

O

C18O2

C6H

O6

考点二　光合速率、呼吸速率及其相互关系[重难深化类]

光合作用、呼吸作用的“三率”图示分析

[典型图示]

[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

吸收量，即图1中

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（实际）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的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

，

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

倍。

（4）图1中B点对整个植株而言，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。

（填“>”“＝”或“<”）

[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．（2018·全国卷Ⅲ）回答下列问题：

（1）高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的______________上，该物质主要捕获可见光中的______________。

（2）植物的叶面积与产量关系密切。

叶面积系数（单位土地面积上的叶面积总和）与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。

由图可知：

当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。

当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是_____________________________________

________________________________________________________________________。

（3）通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度______（填“高”或“低”）。

解析：

（1）高等植物进行光合作用捕获光能的物质是光合色素，该物质分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其捕获的光主要是蓝紫光和红光。

（2）由图中曲线可以看出，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率都在增加；当叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率增加，两者差值减小，故群体干物质积累速率降低。

（3）通常，阴生植物的光合速率和呼吸速率都比阳生植物低，因此与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。

答案：

（1）类囊体膜　蓝紫光和红光　

（2）增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　（3）低

[归纳拓展]

解答呼吸作用、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时植物才能生长。

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（总）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

2．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。

3．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．（2019·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NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2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NaHCO3溶液可维持瓶内的CO2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（光合速率大于呼吸速率）甲装置内水滴右移，黑暗或较弱光照条件下（光合速率小于呼吸速率）甲装置内水滴左移，适宜光照条件下（光合速率等于呼吸速率）甲装置内水滴不动；乙装置内的青蛙只进行细胞呼吸而不进行光合作用，故乙装置内水滴只能左移。

4.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

5．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（a

光照强度（klx）

0（黑暗）

a

b

c

d

e

白瓶溶氧量（mg/L）

3

10

16

24

30

30

黑瓶溶氧量（mg/L）

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

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再增加

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a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＝21（mg/L）；由d、e两组数据可知，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再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加。

一、光补偿点与光饱和点及其移动问题

1．光补偿点的两种生理状态

（1）整个植株：

光合作用强度＝呼吸作用强度。

（2）叶肉细胞：

光合作用强度＞呼吸作用强度。

2．环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系

（1）光补偿点的移动

①呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。

②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。

（2）光饱和点的移动：

相关条件的改变（如增大CO2浓度）使光合速率增大时，光饱和点C应右移（C′点右上移），反之左移（C′点左下移）。

[例1]　已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，右图表示30℃时光合作用与光照强度的关系。

若温度降到25℃（原光照强度和CO2浓度不变），理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是（　　）

A．下移、右移、上移　　B．下移、左移、下移

C．上移、左移、上移D．上移、右移、上移

[解析]　图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。

由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃”可知，当温度从30℃降到25℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点（d点）时吸收的CO2增多，d点上移。

b点表示光合作用强度＝呼吸作用强度，在25℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与呼吸作用强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与呼吸作用强度相等，即b点左移。

[答案]　C

二、归纳有关光合作用中的计算问题

1．物质的量换算法

根据光合作用总化学方程式：

6CO2＋12H2O

C6H12O6＋6O2＋6H2O，可知：

绿叶吸收CO2的量∶释放O2的量∶合成C6H12O6的量＝6∶6∶1，因此，已知绿叶吸收的CO2的量（m）或释放的O2的量（n），就可以迅速求出C6H12O6的量（w）或质量（G）。

即：

w＝m/6＝n/6，G＝（m/6）×180＝30m。

注：

此处的“量”指的是“物质的量”

2．线段分析计算法

在绿叶圆片的称干重实验或黑白瓶实验中，有时会出现总光合速率与净光合速率相混淆的情况，极易出错，如果使用线段分析计算的方法，问题就变得简单多了。

[例2]　将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干，分组进行如下实验。

已知叶片实验前，在不同温度下分别暗处理1h，测其质量变化，立即再光照1h（光照强度相同），再测其质量变化，得到如下结果：

组别

甲

乙

丙

丁

温度（℃）

27

28

29

30

暗处理后质量变化（mg）

－1

－2

－3

－1

光照后与暗处理前质量变化（mg）

＋3

＋3

＋3

＋1

参与光合作用的酶的最适温度约为________，温度为30℃时叶片总光合速率为________。

[解析]　解答本题的关键是明白光照后的净光合作用量是从暗处理之后开始积累的，而题目已知的条件是光照后与暗处理前质量的变化，直接计算总光合速率时很容易错把净光合作用量当成总光合作用量。

而用线段分析计算法就不会犯此错误了。

假设暗处理前（A点）叶圆片的质量为W，暗处理1h后（AB段）的质量变化为M，即呼吸速率；再给1h光照（CE段）叶圆片积累的总量是N，即净光合速率，则光照后与暗处理前（DE段）的质量变化为X＝N－M，线段关系如上图所示，所以净光合速率（N）＝X＋M，总光合速率＝X＋2M。

题干中表格可以转换成下表：

组别

甲

乙

丙

丁

温度（℃）

27

28

29

30

净光合速率（mg/h）

4

5

6

2

总光合速率（mg/h）

5

7

9

3

因此，参与光合作用的酶的最适温度约为29℃；温度为30℃时叶片总光合速率为3mg/h。

[答案]　29℃　3mg/h

3．利用坐标曲线计算

在已知光合速率与自变量的关系表格的情况下，要求计算出未列出表格内的数据。

这时可以利用表格数据作坐标曲线，然后再根据曲线的变化规律求出未列入表格中的数据。

[例3]　在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定某双子叶植物叶片在不同光照条件下的光合速率，结果见下表。

表中负值表示CO2释放量，正值表示CO2吸收量。

光照强度（klx）

1.0

3.0

5.0

7.0

8.0

10.0

光合速率[CO2mg/（100cm2叶·h）]

－2.0

＋2.0

＋6.0

＋10.0

＋12.0

＋12.0

回答下列问题：

（1）该植物叶片的呼吸速率是________CO2mg/（100cm2叶·h）。

（2）在光照强度为________klx时，该植物叶片光合作用合成量和呼吸作用消耗量相等。

[解析]　在计算绿叶呼吸速率时，首先要根据表格中的数据绘制坐标曲线，然后将曲线延长至与纵轴相交，交点所代表的值即呼吸速率；另外，曲线在2klx时与横轴相交，说明此时的呼吸速率与光合速率相等。

[答案]　

（1）4　

（2）2

4．还原光合作用或细胞呼吸曲线进行计算

在只给定了曲线的情况下，要根据图示条件去计算时，往往可以通过还原未知问题的曲线来回答。

[例4]　以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如下图所示。

下列分析正确的是（　　）

A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时的相等

B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多

C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少

D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消耗的有机物的量相等

[解析]　在此题中只提供了绿叶在光照下的净光合速率和黑暗下的呼吸速率，如题图所示。

如何知道绿叶在不同温度下的总光合速率呢？

可以利用总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率还原出总光合速率的曲线（如右图所示），再来回答题中问题就非常容易了。

当然，在只提供了总光合速率和净光合速率曲线的情况下，同样可以利用此方法还原出呼吸速率的曲线。

依此类推，在已知总光合速率和呼吸速率曲线的情况下可还原出净光合速率曲线，然后依照题目所提出的问题进行解答、计算。

[答案]　A

　　　　课堂一刻钟

1．（2018·海南高考）高等植物细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是（　　）

　A．光合作用中的光反应　B．光合作用中CO2的固定

　C．葡萄糖分解产生丙酮酸D．以DNA为模板合成RNA

高分必备——迁移交汇，归纳整合

此题考查角度要迁移交汇到光合作用、细胞呼吸、基因表达等内容。

生物试题考查的点多面广，在平时的学习中多注意归纳总结是取得高分的重要途径，如结合本题归纳在生物膜上进行的各种反应。

解析：

选A　高等植物细胞中，光合作用中的光反应只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上；光合作用中CO2的固定发生在叶绿体基质中；葡萄糖分解产生丙酮酸发生在细胞质基质中；以DNA为模板合成RNA即转录过程，主要发生在细胞核，其次还发生在线粒体基质和叶绿体基质中。

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

易错探因——张冠李戴

人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的，而不是由乳酸分解提供的。

命题者有意创设“剧烈运动”的情景，造成与无氧呼吸有关的假象。