光合作用与呼吸作用的综合应用.docx
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光合作用与呼吸作用的综合应用
第十一讲能量之源——光与光合作用第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__________________________________________。
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
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
[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℃
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。
[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
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
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_________________________。
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
[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
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________________________________________。
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________________________________________________________________________。
[课下检测——查缺漏]
一、选择题
1．（2018·唐山一模）下列关于光合作用和有氧呼吸过程的叙述，错误的是（ ）
A．光合作用光反应阶段的产物可为有氧呼吸第三阶段提供原料
B．有氧呼吸第三阶段的产物可为光合作用光反应阶段提供原料
C．两者产生气体的阶段都有水参与
D．两者产生气体的阶段都与生物膜有关
2．（2018·绵阳二诊）下列对在一定条件下某叶肉细胞内叶绿体和线粒体有关生理活动的叙述，正确的是（ ）
A．光照下叶绿体和线粒体直接为对方利用的物质有O2、CO2和葡萄糖
B．光照下两者在发生氧化反应时都释放能量供各项生命活动利用
C．若突然增加光照强度，则短时间内叶绿体中化合物C5比ADP先减少
D．若突然增加CO2浓度，则短时间内叶绿体中化合物C3比ADP先增加
3．下列物质转化过程会发生在人体内的是（ ）
A．H2O中的O转移到O2中B．CO2中的C转移到C6H12O6中
C．O2中的O转移到H2O中D．C6H12O6中的H转移到C2H5OH中
4．（2018·莆田模拟）如图表示某绿色植物在生长阶段体内物质的转变情况，图中a、b为光合作用的原料，①～④表示相关过程，有关说法错误的是（ ）
A．图中①过程进行的场所是叶绿体的类囊体薄膜
B．光合作用过程中[H]来源于①过程中水的光解，用于③过程C3的还原
C．在有氧呼吸的第一阶段，除了产生了[H]、ATP外，产物中还有丙酮酸
D．②、④过程中产生ATP最多的是④过程
5．下图是H元素随化合物在生物体内的转移过程，以下对其分析错误的是（ ）
A．H元素经①→②转移到葡萄糖中，经历了光反应和暗反应
B．H元素经④→③转移到水中，转变过程发生的主要场所为线粒体
C．H元素经④→⑤的过程一般在无氧条件下才能发生
D．图中产生ATP且能为其他的生命活动提供能量的是①③④
6．（2017·无锡二模）如图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．若植物缺Mg，则首先会受到显著影响的是③
B．②的进行与⑤⑥⑦密切相关，与③无直接关系
C．蓝藻细胞中③发生在类囊体薄膜上，④发生在叶绿体基质中
D．叶肉细胞内③中O2的产生量小于⑥中O2的消耗量，则该细胞内有机物的总量将减少
7．（2018·中原名校联考）如图的纵坐标表示某种植物气体吸收量或释放量的变化。
（不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相同）下列说法正确的是（ ）
A．若A代表O2吸收量，可以判断从D点开始进行光合作用
B．若A代表O2释放量，B点对应的光照强度一定不等于0，D点表示植物的净光合作用强度为0
C．若A代表CO2释放量，提高大气中的CO2浓度，D点不移动
D．若A代表CO2释放量，E点时光合作用制造的有机物总量是8
8．为研究多种环境因子对马铃薯植株光合作用的影响，某生物兴趣小组做了实验研究，实验结果如图所示，实验数据为植株在不同条件下CO2的吸收速率（mg/h）。
据图分析，下列说法正确的是（ ）
A．图中影响马铃薯植株光合速率的因素有CO2浓度和温度
B．在弱光、CO2浓度为0.03%、20℃条件下，马铃薯植株叶肉细胞的叶绿体中无O2产生
C．马铃薯植株在适当遮阴、CO2浓度为0.03%、40℃条件下，光照强度不是限制因素
D．实验中马铃薯植株CO2固定速率最大所需的条件是全光照、CO2浓度为1.22%和35℃
9．下图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。
若光照强度的日变化相同，则据图判断错误的是（ ）
A．在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D．适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
10．用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。
一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下（不考虑化能合成作用）。
有关分析合理的是（ ）
透光玻璃瓶甲
透光玻璃瓶乙
不透光玻璃瓶丙
4.9mg
5.6mg
3.8mg
A．丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜
B．在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1mg
C．在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D．在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用产生的氧气量约为0.7mg
11．（2018·淮南质检）下图为不同种植物的光补偿点和光饱和点的相对值（其他环境条件适宜），下列叙述正确的是（ ）
A．植物Ⅰ在光补偿点时，叶肉细胞不释放氧气B．突然遮光处理，植物Ⅱ叶肉细胞中C3生成量减少
C．适当提高温度可以提高植物Ⅱ的光饱和点D．最适宜在树林下套种的是植物Ⅲ
12．取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，平均分成四组，各置于相同的密闭装置内，其他条件相同且适宜，分别置于四种不同温度下（t1测得在不同情况下装置内O2的变化值（相对值/mg·h），结果如表。
下列叙述错误的是（ ）
温度
气体变化值
t1
t2
t3
t4
光照下O2的增加值
2.7
6.0
16.0
13.0
黑暗下O2的消耗值
2.0
4.0
8.0
13.0
A．在实验的温度范围内，呼吸作用强度随着温度的升高而升高
B．在t3温度实验条件下，该植物叶片的光合作用产生的O2量是细胞呼吸消耗O2量的3倍
C．光照条件下，t4温度时装置内O2的生成量与细胞呼吸消耗的O2量不相等
D．在实验室的四种温度下，若均给予12小时光照和12小时黑暗，植物叶片有机物的积累量均大于0
二、非选择题
13．（2018·江西名校联考）“玫瑰香”草莓享誉全国，为提高产量和质量，科研人员进行如下实验：
实验一：
选取生长良好的草莓幼苗进行光照和遮阴处理，并对两种环境下幼苗的光合色素含量测定。
实验二：
将消毒后生理状态良好且相同的草莓幼苗分别置于pH为a、b、c、d和e的培养液中培养，其他条件适宜。
培养一段时间后，测定草莓幼苗叶片光合速率、呼吸速率，结果如图：
（1）实验一中所测定的吸收光能的色素除了叶绿素a、叶绿素b之外，还包括_______，这些物质分布在______________（填具体结构），测定色素含量前，需要提取色素，提取的方法是：
在剪碎的绿叶中加入SiO2、________、无水乙醇后快速研磨，经过滤获得色素滤液。
（2）草莓光反应产生的[H]与叶绿体基质中的________反应生成（CH2O），本实验除了通过测定氧气释放量，还可以通过测定CO2________来计算净光合速率。
（3）培养草莓幼苗的过程中，隔天更换培养液，除了可以防止缺氧造成烂根和营养不足之外，还能防止培养液的__________改变，影响实验结果。
在替换下来的培养液中加入________________，溶液颜色将由蓝变绿再变黄。
（4）若pH为a时，水稻幼苗要正常生长，每天适宜的光照时间不少于_____h（保留整数）。
14．（2018·西安调研）图1表示玉米光合作用利用CO2合成（CH2O）的过程，玉米叶肉细胞通过“CO2泵”将空气中的CO2泵入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证（CH2O）的合成顺利进行；图2表示光照强度对玉米光合速率的影响。
回答下列问题：
（1）图1中过程①是____________，物质A是__________，过程②的进行还需要________等物质参与。
（2）如果在玉米叶肉细胞中注入某种抑制剂使“CO2泵”的活性降低，则在短时间内，维管束鞘细胞中C5的含量__________。
（3）图2中当光照强度从20klx增加到25klx，玉米CO2吸收速率没有发生变化，这主要受到图1中过程________（填序号）的限制；当光照强度为15klx时，玉米每小时能固定________mL的CO2。
（4）研究发现晴朗的夏季中午光照增强，温度过高，叶片气孔开度下降，作为光合作用原料之一的________减少，而此时玉米光合速率基本不受影响，其原因是玉米________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
15．（2018·泉州市一模）为探究油菜素内酯（BRs，一种植物激素）能否缓解弱光对番茄光合作用的影响，研究人员设计了A、B、C、D四组实验，实验处理及检测番茄叶片Rubisco（一种可催化CO2与C5反应生成C3的酶）活性、Rubisco基因表达量、净光合速率所得结果如下：
组别
处理
Rubisco活性
Rubisco基因表达量
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