光合作用和细胞呼吸.docx

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光合作用和细胞呼吸

第2讲　光合作用和细胞呼吸

直击考纲

1.光合作用的基本过程（Ⅱ）。

2.影响光合作用速率的环境因素（Ⅱ）。

3.细胞呼吸（Ⅱ）。

1．判断下列关于光合作用的叙述

（1）H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中（2009·安徽，1B）（　×　）

（2）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

（2010·天津，1改编）（　√　）

（3）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

（2009·浙江，4C）（　×　）

（4）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度会降低，暗反应强度也降低

（2011·新课标，3改编）（　√　）

（5）夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量

（2009·浙江，4D）（　√　）

（6）如图是设置不同CO2浓度，分组光照培养蓝藻，测定净光合速率和呼吸速率的结果，则与d3浓度相比，d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生成的[H]多

（2012·天津，5A）（　√　）

（7）下图是在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势，图中物质B浓度升高的原因是当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累；但是若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将高于B（2011·新课标，29改编）（　√　）

（8）下图是夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化，则甲植株在a点开始进行光合作用；乙植株在e点有机物积累量最多；曲线b～c段和d～e段下降的原因相同（2012·山东，2改编）（　×　）

2．判断下列关于呼吸作用的叙述

（1）细胞呼吸必须在酶的催化下进行（2009·全国新课标Ⅱ，1A）（　√　）

（2）有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水；无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累（2010·课标全国，2改编）（　×　）

（3）下图为细胞呼吸作用的过程，其中物质甲、乙分别代表丙酮酸、[H]，而场所1、2、3所含酶的种类不同、只有场所3能产生大量ATP（2012·江苏，23改编）（　√　）

（4）下图为细胞内糖分解代谢过程，则植物细胞能进行过程1和3或过程1和4；真核细胞的细胞质基质中能进行过程1和2；动物细胞内，过程2比过程1释放的能量多；乳酸菌细胞内，过程1产生[H]，过程3消耗[H]（2011·海南，4改编）（　×　）

（5）下图是大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线，若测得阶段Ⅱ种子吸收O2与释放CO2的体积比为1∶3，则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为6∶1（2013·山东，25改编）（　√　）

（6）与酵母菌相比，硝化细菌具有的特点是无线粒体，只能通过无氧呼吸获得能量

（2010·四川，1A）（　×　）

（7）无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜（2009·浙江，4A）（　×　）

重点一　光合作用和细胞呼吸关系——过程图解模型解读

典例剖析1

　图一表示一个番茄叶肉细胞内发生的部分代谢过程。

图中①～⑤表示反应过程，A～L表示细胞代谢过程中的相关物质，a、b、c表示细胞的相应结构，图二中T0～T1表示在适宜条件下生长的番茄幼苗的结构a中的某两种化合物（B、C、E或F），T1～T3表示改变某个条件后两种化合物含量的变化。

请回答问题：

（1）图中①④过程发生的场所分别是____________________和________________。

（2）③④⑤过程中产生能量最多的是________，H进入b的条件是________________。

（3）当环境条件适宜，G＝I、D＝K时，该细胞的代谢特点是

________________________________________________________________________。

（4）干旱初期光合作用强度下降的主要原因是________________________________；在阴雨天气光合作用强度下降的原因是________________________________。

（5）在一定条件下，当G>I、D>K时，产生ATP的场所有________________；若用含有18O的水浇灌番茄，则番茄周围空气中含有18O的物质有______________。

（6）若图二中，在T1时刻突然降低CO2浓度，则物质甲、乙分别指的是________________，乙升高的原因是____________________________。

若T1时刻突然降低光照强度，则物质甲、乙又分别指的是________________。

答案　

（1）叶绿体类囊体薄膜　线粒体基质　

（2）⑤　有氧气存在　（3）光合作用强度等于细胞呼吸强度　（4）因缺水，气孔关闭，使二氧化碳供应不足　光照不足，使光反应减弱

（5）细胞质基质、线粒体和叶绿体　H

O、18O2　（6）C5和[H]　由于C3生成减少，暗反应消耗的[H]和ATP相应减少，而光反应仍产生[H]　ADP和C3

审答思考

1．完善光合作用和细胞呼吸关系图解

2．图中①②③④⑤过程分别是什么？

答案　光反应、暗反应、有氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第二阶段、有氧呼吸第三阶段。

3．图一中A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K以及a、b、c分别是指什么？

答案　ATP、ADP和Pi、[H]、O2、C3、C5、CO2、丙酮酸、CO2、[H]、O2；叶绿体、线粒体、细胞质基质。

4．影响光合作用的环境因素主要有哪些呢？

答案　温度、光照、二氧化碳浓度等。

5．在一定条件下，当G>I、D>K时的代谢特点是什么？

水参与了哪些过程？

答案　光合作用强度大于细胞呼吸强度。

水的光解、蒸腾作用、有氧呼吸的第二阶段。

6．要讨论生理过程中某种物质含量的瞬间变化，应该如何分析呢？

答案　首先要看清条件如何变，然后由变化的条件作为分析起点，综合分析条件变化对所探讨物质的来源和去路有何影响，要综合来源和去路两方面的变化，从而确定其含量变化。

变式拓展

1．a、b两结构增大膜面积的方式有何不同？

答案　a是通过囊状结构堆叠而成的基粒增大膜面积，从而为光反应提供场所；b是内膜通过向腔内折叠成嵴结构，增大膜的面积。

2．请在下面的坐标系中绘出相关物质（C3、C5、[H]和ATP的含量、（CH2O）的生成量）量的变化曲线。

答案　

3．写出图一中[H]和ATP的来源和去向

光合作用

有氧呼吸

[H]

来源

去向

ATP

来源

去向

答案　

光合作用

有氧呼吸

[H]

来源

H2O光解产生

有氧呼吸第一、二阶段

去向

还原C3

用于第三阶段还原O2

ATP

来源

光反应阶段产生

三个阶段都产生

去向

用于C3还原供能

用于各项生命活动（植物C3的还原除外）

4.若某种生物细胞中没有结构a和b，则图一所示过程能否发生呢？

答案　不一定。

该细胞若是蓝藻细胞，则可以发生图示过程——光合作用和细胞呼吸。

对位训练

1．如图表示高等植物体内光合作用和呼吸作用的部分代谢途径，下列有关叙述中不正确的是（　　）

A．叶肉细胞中，只要线粒体消耗O2，光合作用就不缺少ATP和CO2

B．过程②需要ATP，过程①③④产生ATP

C．对于正常光合作用的叶片，如果突然降低光照强度，过程①②都会减弱

D．叶肉细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质中都含有与合成ATP有关的酶

答案　A

解析　图中过程①②③④依次为光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第一阶段、有氧呼吸的第三阶段。

在叶肉细胞中，线粒体产生的能量并不用于光合作用，光合作用光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段，A项错误。

过程②是C3的还原，需要ATP和[H]，过程①③④都能产生ATP，B项正确。

对于正常光合作用的叶片，若突然降低光照强度，过程①减弱，过程②因缺少ATP和[H]也会减弱，C项正确。

叶肉细胞的线粒体、叶绿体和细胞质基质中都能够产生ATP，故都含有与合成ATP有关的酶，D项正确。

技能点拨

1．命题时常将教材中光合作用与细胞呼吸过程的图解综合起来，考查考生对光合作用和细胞呼吸过程内在联系的认识和识图能力、分析理解能力。

如图则是将光合作用和细胞呼吸的图解整合在一起的方式之一。

此图分析时可从[H]入手，光合作用过程中，[H]产生于光反应阶段，用于暗反应阶段；有氧呼吸过程中，[H]产生于有氧呼吸的第一、二阶段，用于有氧呼吸的第三阶段。

故图中①～⑤表示的过程分别是光反应、有氧呼吸第二阶段、暗反应、有氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第三阶段；甲～丁表示的物质分别是ATP、丙酮酸、CO2、O2。

2．光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的转化关系

重点二　光合作用和细胞呼吸影响因素——坐标曲线模型解读

典例剖析2

　某研究小组中进行某植物的栽培试验，图1表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下测得的温度—光合、呼吸曲线；图2为在恒温密闭玻璃温室中，连续48h测定温室内CO2浓度及植物CO2吸收速率变化曲线；图3为适宜CO2浓度条件下，温度和光照强度对该植物的CO2吸收速率的影响曲线。

请结合图像分析回答下列问题：

（1）图1中的虚线表示________________________。

当温度达到________时，植物不再进行光合作用。

（2）图1中，40℃与60℃时，CO2的吸收量均为0，二者的区别是________________________________________________________________。

在温度为30℃时，叶肉细胞内的[H]用于________________。

（3）图2中光合速率和呼吸速率相等的时间点有______个，实验开始3h内叶肉细胞产生ATP的场所有__________________________，而在6h时叶肉细胞产生ATP的场所有____________________，在18h时叶肉细胞中CO2的移动方向为________________，在30h时叶绿体内的ATP的移动方向是________________。

（4）图2中由12时到18时叶绿体内C3含量变化是________________，叶绿体利用CO2速率最大的时刻是________时，前24小时平均光照强度________（填“大于”、“小于”或“等于”）后24小时的平均光照强度，有机物积累最多的时刻在________时。

经过连续48h的培养，与0h相比48h时该植物的有机物量是________（填“不变”、“增加”或“减少”）。

（5）图3中影响CO2吸收速率的因素有__________________________，图3中E点时，25℃条件下产生的氧气量________（填“等于”、“大于”或“小于”）15℃条件下产生的氧气量。

（6）依据图3分析，若将图1所示实验的光照条件调整至2klx，其他条件不变重复实验，则图1中的F点对应温度为________；若图2所示实验温度为15℃，现若将温度调整为25℃条件下保持恒温，其他条件不变，则图2中6h时的光照强度为________klx。

（7）当光照强度为8klx，温度为25℃时，该植物5h中单位面积光合作用所消耗的CO2为________，要消耗同等量的CO2，在15℃条件下，用10klx的光持续照射________h。

答案　

（1）呼吸速率随温度变化的情况　55℃

（2）前者光合速率等于呼吸速率，后者光合速率和呼吸速率均为0（植物死亡）　与O2结合形成水、还原三碳化合物（C3）　（3）4　细胞质基质和线粒体　细胞质基质、线粒体和叶绿体　由线粒体到叶绿体　由类囊体薄膜到叶绿体基质

（4）增加　36h　小于　42h　增加　（5）光照强度和温度　大于　（6）25℃　2　（7）70mg　7

审答思考

1．由图1中纵坐标含义“CO2吸收量”和“CO2产生量”可得出什么信息？

答案　由“CO2吸收量”可知实线部分所描述的是“净量”，由“CO2产生量”可知虚线表示呼吸速率。

2．图1中F点时的代谢特点是什么？

在坐标图绘出F点之前和F点之后的真正的光合作用的相对强度线段示意图。

答案　F点时光合作用与细胞呼吸速率相等。

F点之前某温度条件下真正的光合作用的相对强度等于某温度条件两曲线纵坐标值之和，F点之后某温度条件下真正的光合作用的相对强度等于虚线纵坐标值减掉实线所对应的纵坐标值，如下图：

3．由图2中细线与横坐标的交点有6时、18时、30时、42时，由二氧化碳的吸收值可得知此时植物的代谢特点是什么？

而3时以前、21时至27时、45～48时的代谢特点是什么？

答案　光合速率等于细胞呼吸速率。

均为只进行细胞呼吸没有进行光合作用。

4．图2中由12时到18时，自变量是什么？

因变量是什么？

答案　时间（光照强度）；因变量为室内CO2浓度和CO2吸收速率。

5．“叶绿体利用CO2最大速率”是指净量还是总量？

答案　总量。

6．由图2判断前24小时和后24小时平均光合作用强度大小关系是什么？

是由什么引起？

答案　前者小于后者。

由光照强度引起。

7．图3中E点时对应的纵坐标含义是什么？

与氧气产生量之间有什么关系？

答案　净二氧化碳吸收值。

氧气产生量要在此基础上加上细胞呼吸相对强度值。

8．图1中F点、图2中的6h时和图3中的N点的代谢有何共性特点？

答案　均是光合作用和细胞呼吸速率相等。

9．图3中当光照强度为8klx，温度为25℃时的总光合作用强度速率值是多少？

而光照强度为10klx，温度为15℃时的总光合作用强度速率值又是多少？

答案　前者为14；后者为10。

变式拓展

1．依据图1绘出温度影响总光合作用强度的曲线，其影响机理是什么？

答案　见下图。

其机理是低温时光合作用强度低但不是为零，最适温度在30℃，到55℃时降为零。

2．图3中O、P点的主要限制因素分别是什么？

答案　前者主要是光照强度，后者主要是温度。

3．依据右面的叶肉细胞示意图分别标出M点、N点、P点和MN之间的气体交换情况，并标出气体名称？

答案　

4．分析下列几种条件变化，对应图3中M、N、G点如何移动？

（1）若植物体缺镁元素？

（2）若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的点？

（3）若实验时将白光改为等强度的蓝光？

（4）若已知另一植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，则温度由25℃上升到30℃时？

答案　

（1）M点不动、N点右移、G点左下移。

（2）M点上移、N点左移、G点左下移。

（3）M点不动、N点左移、G点左上移。

（4）M点下移、N点右移、G点右下移。

对位训练

2．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围内。

下列分析错误的是（　　）

A．甲图中a点的内在限制因素可能是叶绿体中酶的数量或色素的数量不足

B．乙图中d点与c点相比，相同时间内叶肉细胞中C3与C5的生成量都多

C．丙图中，随着温度的升高，曲线的走势将稳定不变

D．图中M、N点的限制因素是光照强度，P点的限制因素是温度

答案　C

解析　乙图中d点时的光照较c点强，光反应生成的ATP和[H]较多，促进C3的还原，使C5生成量多，因此C5与CO2结合生成C3的量也会增多，故B项正确。

温度通过影响酶的活性影响代谢，在丙图中，随着温度的进一步升高，曲线的走势将下降，故C项错误。

技能点拨

影响光合作用的因素及坐标曲线试题解题规律案例解读

影响光合作用的环境因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内在因素主要是植物类型、叶龄、光合作用相关酶的种类与数量或色素的种类和数量等。

学生不仅要理解各种影响因素的作用原理，还必须正确识别曲线图的意义，掌握解答坐标曲线类试题的一般规律，即：

①明确纵、横坐标的含义，找出纵、横坐标的关系，结合教材联系相应的知识点，如甲、乙、丙三图考查的就是影响光合速率的环境因素这个知识点；②明确曲线中的特殊点（起点、终点、转折点、交点等）表示的生物学意义，如a、b点表示的是同一光照强度下，不同CO2浓度对光合速率的影响；③明确曲线的走向、变化趋势，揭示各段曲线变化趋势和含义并分析其原因，如c、d点表示同一温度下，随着光照强度的增强，光合速率增加。

本题将影响光合作用的环境因素和内在因素融合在三个坐标图中，并出现了多个变量对光合速率的影响，但解题时还必须依据单一变量的要求，独立分析，如a点与b点、c点与d点的比较，否则易出错。

同时对一些关键点的意义要求准确识别，如M、N、P点。

对位训练

3．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。

图乙表示蓝藻光合作用速率与光照强度的关系。

下列说法正确的是

（　　）

A．图甲中，光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率

B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的二氧化碳

C．图乙中，当光照强度为X时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体

D．图乙中，限制a、b、c点光合作用速率的因素主要是光照强度

答案　B

解析　从甲图可知，光照强度为a时无O2产生，说明此时只进行细胞呼吸，无光合作用，CO2释放量为6个单位；当光照强度为b时，CO2释放量和O2产生总量相等，此时既进行光合作用也进行呼吸作用。

O2产生总量和CO2释放量都为3，说明此时呼吸作用大于光合作用，A错误；植物在光照条件下，同时进行光合作用和呼吸作用。

而且，它自身呼吸作用产生出来的CO2，会直接被叶绿体利用。

图甲d时，自身产生的CO2不足，还需从周围再吸收2个单位的CO2，B正确。

图乙表示蓝藻光合作用速率与光照强度的关系，蓝藻是原核生物，无线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制a点和c点光合作用速率的因素不是光照强度，D错误。

技能点拨

总光合作用、净光合作用和细胞呼吸关系一点通

细胞呼吸强度是绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值（O2消耗量，或CO2产生量，或有机物消耗量）；净光合作用是绿色植物组织在一定光照条件下测得的数值（O2释放量，或CO2吸收量，或有机物积累量）。

总光合作用和净光合作用之间的关系如下图：

由图可知，总光合作用＝净光合作用＋细胞呼吸。

重点三　光合作用与细胞呼吸的实验探究——装置模型解读

典例剖析3

　有多种方法可以测定植物的光合作用速率。

请回答以下相关问题：

（1）在光照适宜、温度恒定的条件下，图甲的实验装置为密闭容器，图甲中的曲线为测量1h内该容器中CO2的变化量。

图甲中AB段，叶绿体内ADP含量最高的场所是____________________。

导致AB段曲线变化的主要原因是____________________________。

该绿色植物前30min实际光合作用的平均速率为________μL·L－1CO2/min。

（2）某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况，设计了由透明的玻璃罩构成的小室（如图乙A所示，其中CO2缓冲液可以吸收或提供CO2，保证瓶中CO2恒定）。

①将该装置放在自然环境下，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，得到如图乙B所示曲线，那么影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是____________________；影响a点变化的内因是________________；装置中氧气浓度最高的时间是________点；图中装置刻度管中液滴移到最左点是在曲线中的________点。

②在实验过程中某段光照时间内，记录液滴的移动，获得以下数据：

每隔一定时间记录一次刻度数据

……

24

29

32

34

38

……

该组实验数据是在B曲线的________段获得的。

③为了使该实验的数据更加准确，还应该设置该实验的________。

④如果要测定该植物呼吸作用的速率，怎样利用该装置设计实验？

设计实验：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）叶绿体基质　容器中CO2逐渐被光合作用消耗　146　

（2）①光照强度、温度　酶活性下降　18（或g）　c

②df　③对照组（或对照实验）　④将此装置遮光（或遮光并将缓冲液换成NaOH溶液），每隔一定时间记录刻度数据

审答思考

1．图甲中AB与BC段的外界条件有何差异？

在AB阶段叶绿体中ADP的生成场所是什么？

答案　AB段有光照，BC段无光照。

叶绿体的基质中。

2．图甲中AB段发生了什么与CO2量变化有关的生理过程，其强度大小如何？

答案　光合作用和细胞呼吸，其中光合作用强度大于细胞呼吸强度。

3．图甲中AB段容器中的CO2的变化量反应了净光合量还是总光合量？

列出计算细胞呼吸的平均速率的式子。

答案　净光合量。

（1200－220）/30。

4．图乙中A装置中“CO2缓冲液”有什么作用？

B中a点变化的外因是什么？

其又是如何影响相关生理过程的？

答案　可保证容器中二氧化碳量恒定。

温度降低。

温度是通过影响相关酶的活性影响相关生理过程的。

5．图乙中的B曲线中从何时植物开始释放氧气，到何时停止释放氧气？

图乙中A的刻度管中液滴移至最左点时装置内的氧气浓度有何特点？

答案　前者为8时，后者为18时；氧气浓度最低。

6．由题干表中记录液滴移动的数据可得出移动方向是什么？

在相同时间内移动的距离有何特点？

答案　向右移动。

先减小后增大。

7．若要利用图乙中A装置测定呼吸速率，如何排除光合作用的干扰呢？

答案　遮光。

变式拓展

1．图乙装置A测定植物净光合速率时，表示净光合速率的指标是单位时间内液滴右移的体积，其原因是由于烧杯中盛有的CO2缓冲液（溶液）保证了容器中二氧化碳浓度的恒定，给予适宜的光照强度，植物的光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物释放氧气，使容器内气压增大，毛细管内的液滴右移。

但是若实验过程中给予的光照强度比较弱时，则液滴将左移。

2．装置A测定植物呼吸速率时，表示呼吸速率的指标是单位时间内液滴左移的体积，其原因是由于植物进行细胞呼吸吸收氧气，释放二氧化碳，二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，使容器内气压减小，毛细管内的水滴左移。

3．若类比上述装置设计思路，探究某植物发芽种子的细胞呼吸类型（假设呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响），某同学设计实验装置如图，请完善下面的结果预测：

（1）若甲液滴左移，乙液滴不动，则只进行有氧呼吸。

（2）若甲液滴不动，乙液滴右移，则只进行无氧呼吸。

（3）若甲液滴左移，乙液滴右移，