光合作用和呼吸作用综合计算.docx
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光合作用和呼吸作用综合计算
光合作用和呼吸作用综合计算
有关光合作用和呼吸作用的计算,主要是利用光合作用和呼吸作用的反应方程式,根据原料与产物之间的关系进行简单的化学计算。
并通过正确理解净光合作用、实际光合作用和呼吸消耗之间的关系来对较复杂的问题进行解答。
一、光合作用呼吸作用综合计算中的反应式
光合作用总反应式:
_________________________________________________
(以葡萄糖为产物时):
_________________________________________________
有氧呼吸的总反应式:
无氧呼吸的总反应式:
二、净(表观)光合作用、实际(真正)光合作用和呼吸消耗之间的关系
1.黑暗下,只进行细胞呼吸,不进行光合作用,有机物减少,植物不能生长.
2.弱光下:
细胞呼吸速率大于光合作用速率N1=N2-N,m2=m1-m有机物减少,植物不能生长.
3.弱光情况下:
细胞呼吸速率等于光合作用速率,无有机物生成,植物不能生长.
4.较强光照时,光合作用速率大于细胞呼吸速率,N1=N-N2,m2=m-m1有机物增加,植物能生长
光合作用的指标是光合速率,通常以每小时每平方分米叶面及吸收CO2毫克数表示,
总(真)光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量(吸收的CO2总量)。
净光合作用是指在光照下制造的有机物总量(或吸收的CO2总量)中扣除掉在这一段时间中植物进行细胞呼吸所消耗的有机物(或释放的CO2)后,净增的有机物的量。
实际(真正)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率
“生成量”、“合成量”、“同化量”、“制造量”等意思相同,都指实际(真正)光合作用
“CO2释放量”、“容器内CO2的增加量”意思相同
“O2吸收量”、“实验容器内O2的减少量”意思相同
“植物干量”、“有机物量”意思相同
三、净光合作用、实际光合作用和呼吸消耗的常见表示方法
1、净光合作用常用单位时间内CO2的__________(吸收/消耗/释放)量、O2的__________(吸收/消耗/释放)量或者C6H12O6的__________(产生/消耗/积累)量来表示。
2、实际光合作用常用单位时间内CO2的__________(吸收/消耗/释放)量、O2的_________
(吸收/产生/释放)量或者C6H12O6的__________(产生/消耗/积累)量来表示。
3、呼吸作用常用单位时间内CO2的__________(吸收/消耗/释放)量、O2的_________(吸收/产生/释放)量或者C6H12O6的__________(产生/消耗/积累)量来表示。
例1:
判断下面几种常见情况对应的是净光合作用、实际光合作用还是呼吸作用
(1)光照条件下封闭容器中测得的O2体积增多量
(2)积累的有机物的量
(3)有机物产物中能够转化为淀粉或者其它有机物的部分
(4)右图
(5)金鱼藻每天光合作用能够制造的氧气量
(6)暗处的CO2增多量
(7)实际测得的光合作用速率
四、光合作用和呼吸作用综合计算的解题步骤
1、仔细阅读,从题干中获取有用信息,并作上相应标记
2、看清问题,明确所求为净光合作用、实际光合作用还是呼吸作用
3、根据目的,选择合适的关系式和信息数据
4、带好单位,选择合适比例进行运算
注意:
1、计算一天中的呼吸作用消耗,不要忘记光照条件下同样也有消耗
2、计算一昼夜的积累量时,务必看清光照和黑暗的时间各有多长
3、看清问题后所带的单位到底是g还是mg,L还是ml,mol还是mmol
4、进行单位换算时,若出现的条件是ml,最终所求为mg(即从体积换算成质量)时,宜先将体积换算成分子数,再根据分子数换算成质量
例2:
在20℃时,测得氧气的产生量、释放量分别是560ml/min、336ml/min,能用于合成淀粉或转化为其他有机物的葡萄糖量是__________________mol/min。
例3:
将该绿色植物置于密闭玻璃罩内,在黑暗条件下,罩内CO2含量每小时增加了25mg;在充足光照条件下,罩内CO2含量每小时减少了50mg。
据测定,上述光照条件下,光合作用每小时共合成葡萄糖60mg。
若呼吸底物和光合产物均为葡萄糖,请回答:
(保留2位小数)
①该植物在光照条件下通过光合作用每小时共消耗CO2mg。
则该植物在光照条件下呼吸作用每小时产生CO2mg。
②若上述条件不变,该植物光照10小时,其余时间不给光照,则该植物一昼夜积累葡萄
糖mg。
五、光合作用和呼吸作用综合计算坐标曲线图
1当植物在某一光照强度条件下,进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行细胞呼吸所释放的CO2量达到平衡时,这一光照强度就称为光补偿点,这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。
2当光照强度增加到一定强度后,植物的光合作用强度不再增加或增加很少时,这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点,此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性
和CO2浓度的限制。
(如下图所示)
③当外界条件变化时,C02(光)补偿点移动规律如下:
a、若呼吸速率增加,C02(光)补偿点应右移。
b、若呼吸速率减小,C02(光)补偿点应左移。
c、若呼吸速率基本不变,条件的改变使光合速率下降时,C02(光)补偿点应右移;条件的改变使光合速率增加时,C02(光)补偿点应左移。
例5:
右图表示A、B两种植物随着光照强度的变化,CO2吸收量或CO2释放量的变化曲线。
据图回答:
(1)比较A、B植物呼吸作用,较强的是
植物。
当光照强度为0时,植物
细胞中可以产生ATP的场所有。
(2)当光照强度达到Z点后,限制A植物光合作用的因素主要是__________(答出两点)。
如果在图中M点突然停止光照,短期内叶绿体内C3化合物的含量将会_________。
(3)当平均光照强度在X和Y之间(白天和黑夜的时间各为12h),A植物一昼夜中有机物积累量的变化是(减少或增加),B植物一昼夜有机物积累量的变化是(减少或增加)
(4)光照强度为Z时,A植物光合作用产生的葡萄糖为 mg/(m2·h)。
(保留两位小数)
(5)对B植物而言,假如白天和黑夜的时间各为12h,平均光照强度在klux以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。
3.将状况相同的某种绿叶分成四等组,在不同温度下分别暗处理1h,再光照1h(光照相同),测其重量变化。
得到如下表的数据。
可以得出的结论是( )
组 别
一
二
三
四
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后重量变化/mg
-1
-2
-3
-1
光照后与暗处理前重量变化/mg
+3
+3
+3
+1
A、该植物光合作用的最适温度约是27℃B、该植物呼吸作用的最适温度约是29℃
C、27℃~29℃下的净光合速率相等D、30℃下的真正光合速率为2mg/h
答案与提示:
文字信息:
暗处理1h测得数据为该温度下的呼吸速率;真正光合速率即总光合速率;光照后与暗处理前的重量变化是2小时的变化量。
图表中信息可转换成下表
组别
27℃
28℃
29℃
30℃
呼吸速率(mg/h)
1
2
3
1
总光合速率(mg/h)
5
7
9
3
净光合速率(mg/h)
4
5
6
2
答案:
B
例2:
对某植物测得如下数据:
30℃
30℃
15℃
一定强度的光照10h
黑暗下5h
黑暗5h
CO2减少880mg
O2减少160mg
O2减少80mg
若该植物处于白天均温30℃,晚上均温15℃、有效日照15h环境下,预测该植物1天24h中积累的葡萄糖为()
A.315mgB.540mgC.765mg.1485mg
1.一密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌,1小时后测得该容器中O2减少24mL,CO2
增加48mL,则在1小时内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的( )
A.1/3B.1/2C.2倍D.3倍
解析:
有氧呼吸过程中每消耗1mol葡萄糖生成6molCO2,同时消耗6molO2;无氧呼吸过程中每消耗1mol葡萄糖生成2molCO2,不消耗O2。
由于在相同状况下,气体的体积比等于物质的量之比,则由“1小时后测得该容器中O2减少24mL”可知,有氧呼吸产生24mLCO2,无氧呼吸产生24mLCO2,则在1小时内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍。
答案:
D
3.对某植物作如下处理:
(甲)持续光照20min,(乙)先光照5s后再黑暗处理5s,连续交替40min。
若其他条件不变,则在甲、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项( )
A.O2:
甲<乙,有机物,甲=乙
B.O2:
甲=乙,有机物,甲=乙
C.O2:
甲<乙,有机物,甲<乙
D.O2:
甲=乙,有机物,甲<乙
解析:
给予植物间歇光照,光反应产物能被及时利用,光能利用率高,故在相同的光照时间内生成的O2量较多,有机物合成总量较多。
答案:
C
4.将某种绿色植物的叶片,放在特定的实验装置中。
研究在10℃、20℃的温度条件下,分别置于黑暗和5klx、10klx条件下的光合作用和呼吸作用。
结果如下图所示(横坐标为时间,单位:
小时)。
对以上结果分析正确的是,该叶片( )
A.20℃时的呼吸速率是10℃时的4倍
B.在10℃、5klx的光照下,每小时光合作用产生的氧气量是3mg
C.在5klx光照下,10℃时积累的有机物比20℃时少
D.在20℃、10klx光照下,每小时光合作用产生的氧气量是6mg
解析:
20℃时呼吸速率为2mg/2小时=1mg/h,10℃时为1mg/2小时=0.5mg/h,前者是后者的2倍。
10℃、5klx的光照下,每小时产生的O2量为6mg/2+1mg/2=3.5mg。
5klx光照下,10℃时氧气释放速度为6mg/2h=3mg/h,20℃时为4mg/2h=2mg/h。
20℃、10klx光照下,每小时光合作用产生的氧气量是:
(10mg+2mg)/2=6mg。
故只有D项正确。
答案:
D
5.请回答下列有关光合作用的问题。
(1)光合速度受到温度、二氧化碳和光照强度的影响。
其中,光照强度直接影响光合作用的________过程;二氧化碳浓度直接影响光合作用的________过程。
(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下,某植物光合速度与光照强度和温度的关系。
①在温度为10℃、光照强度大于________千勒克司时,光合速度不再增加。
当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克司时,光合速度的限制因素是______________。
②根据甲图,在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克司,温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度。
(3)丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。
①当在________千勒克司光照强度条件下,A、B两种植物的光合速度相同。
②A植物在光照强度为9千勒克司时,2小时单位叶面积可积累葡萄糖________mg。
(计算结果保留一位小数。
相对原子质量C—12,H—1,O—16)
③A植物在1天内(12小时白天,12小时黑夜),要使有机物积累量为正值,白天平均光照强度必须大于________千勒克司。
解析:
(1)光是光反应的必要条件,光照强度直接影响光合作用的光反应过程。
CO2
的固定发生在暗反应,CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。
(2)据甲图可知,温度为10℃,光强大于L1千勒克司时,光合速度不再增加;温度30℃光强小于L3千勒克司时,限制光合速度的因素是光照强度而不是温度。
据甲图知光强为L2千勒克司,温度分别为10℃、20℃和30℃的光合速度分别为2、4、4,在乙图中标出。
(3)由丙图知当光照强度为6千勒克司时,A和B植物光合速度都是6mg/h,两种植物光合速度相同。
A植物在光强为9千勒克司,2小时单位叶面积可积累葡萄糖为(8×2)/44×1/6×180=10.9mg。
由图丙可知A植物每小时产生4mgCO2,当光强为6千勒克司时,每小时吸收4mgCO2,净积累量等于呼吸作用消耗量,当植物白天12小时,黑夜12小时,要使有机物积累量为正值,白天平均光照强度必须大于6千勒克司。
答案:
(1)光反应 暗反应
(2)①L1 光照强度 ②如右图所示
(3)①6 ②10.9 ③6
.
思路:
例1将某一绿色植物置于一个大型密封玻璃容器中,在一定条件下给予充足的光照,容器中二氧化碳的含量每小时减少了45mg;放在黑暗条件下,容器中二氧化碳每小时增加了20mg,据实验测定,这绿色植物在上述光照条件下,每小时制造葡萄糖45mg。
请据此回答下列问题:
(1)在上述光照和黑暗条件下,这绿色植物的呼吸强度哪一个强?
(2)若在一昼夜给5h光照,19h黑暗的情况下,此植物体消耗葡萄糖__________mg,其有机物含量的变化是增加还是减少?
解析:
(1)“制造”葡萄糖45毫克应该是总光合量
依据光合作用总反应式,生成1摩尔的葡萄糖需要利用6摩尔的CO2。
葡萄糖的相对分子质量为180,6分子的CO2的相对分子质量为264。
所以若X代表在光照条件下,每小时制造45mg葡萄糖所利用的CO2的质量,
则180/264=45/X,X=66mg。
每小时制造45mg葡萄糖所利用的二氧化碳的量为66mg。
根据给出的已知条件:
充足的光照,容器中CO2含量每小时减少45mg,用于光合作用。
由于每小时制造45mg葡萄糖需要66mg的CO2,所以还有21mg的CO2来自自身呼吸作用产生的(66mg-45mg=21mg)。
在黑暗条件下,容器中CO2每小时增加了20mg。
此时不能进行光合作用,只能进行呼吸作用。
在光照条件下,绿色植物既能进行光合作用,又能进行呼吸作用,每小时呼吸作用产生的CO2为21mg。
相比之下,说明绿色植物在光照条件下呼吸强度大。
(2)在光照条件下,每小时呼吸作用产生21mg二氧化碳,可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄糖多少毫克:
180/264=Y/21,消耗葡萄糖约为14.32mg。
光照5小时,呼吸作用消耗葡萄糖约为71.6mg(14.32mg×5)。
在黑暗条件下,每小时呼吸作用产生20mg二氧化碳,可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄糖多少毫克:
180/264=Z/20,消耗葡萄糖约为13.64mg。
黑暗19小时,呼吸作用消耗葡萄糖约为259.16mg(13.64mg×19)。
所以此植物一昼夜共消耗葡萄糖约为330.76mg(71.6mg+259.16mg)。
在光照条件下,每小时制造45mg葡萄糖,5小时共制造225mg葡萄糖。
一昼夜共消耗约330.76mg的葡萄糖,所以在此种条件下,有机物的含量在减少。
2.将某绿色植物放在特定的实验装置内,研究温度对光合作用和呼吸作用的影响(其余的实验条件是理想条件),实验以CO2的吸收量和释放量为指标。
实验结果如下表所示。
温度(0℃)
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收CO2(mg/h)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗下释放CO2(mg/h)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.00
下列对该表分析正确的是( )
A、昼夜不停地光照,温度在35℃时该植物不能生长。
B、昼夜不停地光照,该植物生长的最适温度是30℃。
C、每天交替进行12小时光照,12小时黑暗,温度均保持在20℃条件下该植物积累的有机物最多。
D、每天交替12小时光照,12小时黑暗,温度在30℃时,该值物积累的有机物是温度在10℃的2倍。
解析:
文字信息:
光照下吸收CO2的量为不同温度下实验测得值,表示净光合量;黑暗下释放CO2的量为相应温度的呼吸速率。
读准上述两点关键信息,就有了正确解题思路:
昼夜不停光照,35℃时,植物净光合量为吸收CO2 3.00mg/h,大于0,该植物能生长;昼夜不停照,25℃该植物净光合量最大(3.75mg/h),最适于生长发育;每天交替12小时光照,12小时黑暗,20℃时净积累有机物最多:
(3.25—1.50)×12=21mg,其它温度下有机物净积累量均可算出;同样条件下,30℃时该植物积累有机物与10℃时积累有机物的比为:
(3.5-3.0)×12 / (1.75-0.75)×12 =1 /2
正确答案:
C
【例2】现有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液,通入不同浓度的氧气时,其产生的酒精和二氧化碳的量如图所示(两种呼吸作用速率相等),在氧浓度为a时
A.酵母菌只进行发酵
B.67%的酵母菌进行发酵
C.33%的酵母菌进行发酵
D.酵母菌停止发酵
【解析】选B。
本题考查有关细胞呼吸的计算。
由图中的氧浓度为a时读出酒精的摩尔数为6mol,则无氧呼吸放出的CO2也为6mol,而氧浓度为a时的二氧化碳释放总量为15mol,因此有氧呼吸放出的CO2为
9mol,所以酵母菌不可能只进行无氧发酵。
计算参与有氧和无氧呼吸的酵母菌的比例,实质是计算两种呼吸方式所消耗的C6H1206的量。
无氧呼吸消耗的葡萄糖量,可由C6H1206→2C2H50H列式计算1/x=2/6,得x=3(mol);有氧呼吸消耗的葡萄糖量,可据有氧呼吸反应式C6H1206→6C02列式1/y=6/9,得y=1.5(mol),则无氧发酵所占比例为3/(3+1.5)=67%
【例2】(2008·宁夏高考)将长势相同、数量相等的甲、乙两个品种的大豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内,在光照、温度等相同且适宜的条件下培养,定时测定玻璃罩内的CO2含量,结果如图。
据图回答:
⑴0~25min期间,影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是________________含量。
⑵乙植株比甲植株固定CO2的能力________________。
⑶0~15min期间植株释放O2速率的变化趋势是________
______________________________。
⑷30~45min期间两个玻璃罩内CO2含量相对稳定的原因是____________________________。
【解析】本题考查光合作用和呼吸作用的相互关系。
植物光合作用大于呼吸作用时,植物吸收CO2释放氧气,使得玻璃罩内CO2逐渐减少。
题干中已强调在光照、温度相同且适宜,所以可以考虑影响甲乙两种植物光合强度的因素为CO2,随着CO2浓度减小,光合速率逐渐减小。
答案:
⑴CO2 ⑵强 ⑶减慢 ⑷植物呼吸作用释放CO2的量与其光合作用消耗CO2的量相等(或呼吸速率与光合速率相等)
【例3】将某种绿色植物的叶片,放在特定的实验装置中。
研究在10℃、20℃的温度下,分别置于50001x、
20000lx光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用。
结果如图所示。
(1)该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的______倍。
(2)该叶片在10℃,5000lx的光照条件下,每小时光合作用所产生的氧气总量是_____________mg。
(3)该叶片在20℃,20000lx的光照条件下,如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖,每小时产生的葡萄糖为______________mg。
【解析】
(1)
(2)绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸,消耗氧气,产生二氧化碳;而光合作用消耗二氧化碳,释放氧气,且只有在光照条件下才能进行。
在光照的条件下,两者互为原料、产物。
表现为:
光合作用氧气产生量=光合作用氧气释放量+细胞呼吸氧气吸收量;光合作用二氧化碳的净吸收量=光合作用二氧化碳的吸收量-细胞呼吸二氧化碳的释放量。
(3)分三步进行:
①读图,每小时释放的O2量=6+1.5=7.5mg;
②根据光合作用的反应式,产生1mol的葡萄糖,释放6mol的氧气,两者比为1:
6;
③根据质量可列式计算:
x=180×(7.5÷6)/32=7.03mg.
答案:
(1)3
(2)4.5(3)7.03
例5:
影响绿色植物光合作用的因素是多方面的,请据下图分析:
1)图A中代表温度与CO2浓度的影响曲线依次是编号和。
温度主要通过影
响来影响光合作用强度。
2)图B中,当光照强度为10千勒克斯时,影响光合作用效率的环境限制因素是。
3)图B中,在光照强度为千勒克斯时,两种温度条件下的合成有机物的速率是相同的。
当光照强度为8,温度为25℃时,该绿色植物2小时积累葡萄糖的量是克。