二轮专题复习光合作用呼吸作用能量流动和物质循环.docx
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二轮专题复习光合作用呼吸作用能量流动和物质循环
二轮专题复习“光合作用、呼吸作用、能量流动和物质循环”
●知识联系框架
呼吸作用的概念及类型CO2+H2O光合作用的实质
呼吸作用
有氧呼吸的过程光合色素及其物理性质和功能
光合作用
光合作用的过程
无氧呼吸的过程碳循环光反应
影响呼吸作用的因素生产者暗反应
呼吸作用的意义分解者光合作用的效率
渠道
能量流动食物链影响光合作用的因素
消费者
物质循环食物网
*****************************************************************************************
光合作用和呼吸作用是生物的最重要的两个生理过程,光合作用的实质是是通过光合作用的光反应把光能转变成活跃的化学能，通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物，同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中,是自然界中最基本的物质代谢和能量代谢,是生态系统能量流动的起点;呼吸作用是指在生物体内氧化分解有机物并且释放能量的过程;光合作用和呼吸作用在碳循环中起关键的作用,这两个生理过程既有密切的联系,又有本质的区别,在整个高中教材中占有重要的地位,历年来各地高考中均有涉及,本人通过研究分析,从如下几个方面突破这一教学重难点
Ⅰ、必记课本基础知识
（1）光合作用
叶绿体的同光合作用相适应的结构：
光合作用总反应式：
叶绿体中的色素：
叶绿素a（颜色：
）叶绿素b（颜色：
）
胡萝卜素（颜色：
）叶黄素（颜色：
）
功能：
主要吸收：
分离的方法：
叶绿体中的色素提取的原理：
叶绿体中的色素分离的原理：
光合作用过程：
①光反应过程
场所：
物质变化：
3
②暗反应过程
场所：
物质变化：
相应习题：
5、9、11、19、21、22、23、24、25、27
（2）呼吸作用
线粒体同呼吸作用相适应的结构：
有氧呼吸反应式：
有氧呼吸三个阶段的物质变化及场所：
无氧呼吸反应式（2个）：
相应习题：
6、7、8、12、13、26、33、34、38
（1）
（2）（3）
Ⅱ、坐标曲线分析
“三看法”分析坐标曲线
一看：
X轴Y轴定义（单位）
二看：
曲线走向（先增加后减少、先减少后增加，最后趋于稳定、有规律的波动）
三看：
特殊点（起点、终点、交叉点、转折点、极值点）
有关影响光合作用速率的几组曲线分析及应用
（1）光照强度
1图象（如右图）
②关键点含义
光照强度：
植物的光合作用强度在一定范围内是随着光照强度的增加，同化CO2的速度也相应增加，但当光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增强。
植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用：
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呼吸作用所释放的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。
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。
如图所示：
光补偿点在不同的植物是不一样的，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。
一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。
光饱和点也是阳生植物高于阴生植物。
所以在栽培农作物时，阳生植物必须种植在阳光充足的条件下才能提高光合作用效率，增加产量；而阴生植物应当种植在阴湿的条件下，才有利于生长发育，光照强度大，蒸腾作用旺盛，植物体内因失水而不利于其生长发育，如人参、三七、胡椒等的栽培，就必须栽培于阴湿的条件下，才能获得较高的产量。
相应习题：
36
（2）光照面积
①图象（如右图）
②关键点含义
OA段表明随叶面积的不断增大。
光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡在光补偿点以下。
OB段干物质量随光合作用增加而增加．而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低，如BC段。
植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将人不敷出，无法生活下去。
③应用
适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长，封行过早，使中下层叶子所受的光照往
往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。
相应习题：
17、39
（3）CO2浓度和矿质元素
①图象（如右图）
②关键点含义
CO2是光合作用的原料，矿质元素直接或间接的影响光合作用，在一定范围内，随CO2和矿质元素的增多，光合作用速度逐渐提高，但到A点，即CO2和矿质元素达到饱和，光合作用不再随CO2和矿质元素浓度的提高而增加。
但当CO2浓度升高到浓度很高时影响了植物的呼吸作用，而导致光合作用下降。
矿质元素浓度在很高时，也会影响光合作用速度。
如氮肥过多，会造成农作物徒长倒伏。
矿质元素过高还会造成细胞质壁分离，影响细胞的生命活动。
③应用
“正其行，通其风”，温室内充CO2，即为提高CO2浓度、增加产量。
合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，增加光合作用速率。
相应习题：
20、28、31、35
（4）温度
①图象（如右图）
②关键点含义
②温度：
植物所有的生活过程都受温度的影响，因为在一定的温度范围内，提高温度可以提高酶的活性，加快反应速度。
光合作用也不例外，在一定的温度范围内，在正常的光照强度下，提高温度会促进光合作用的进行。
但提高温度也会促进呼吸作用。
如下图所示。
所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。
③应用
冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培又可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室的温度，以降低呼吸作用，保证植物有机物的积累。
相应习题：
18（3）
（5）叶龄
①图象（如右图）
②关键点含义
OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。
AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。
BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
③应用
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理。
又可降低其呼吸作用消耗有机物。
（6）多种因素的影响
①图象（如右图）
②关键点含义
P点时．限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子。
要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。
③应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用中酶（特别是光反应酶）的活性，提高光合速率，同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。
当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度，以提高光合速率。
总之，可根据具体情况。
通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
影响呼吸作用的因素：
①温度：
温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。
一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。
如图曲线所示。
根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。
温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病原微生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。
②氧气：
氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。
绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。
酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。
在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。
有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。
关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用图中曲线来表示。
微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用。
图中曲线也适用于对微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。
根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜、水果时就降低氧的浓度，一般降到无氧呼吸的消失点，如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物（如酒精）往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。
③CO2：
增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。
这可以从化学平衡的角度得到解释。
据此原理，在蔬菜和水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。
Ⅲ、影响光合作用的某个条件在短时间内对叶绿体中某些化合物含量（产生速率）的影响
光照
二氧化碳
较强→弱（黑暗）
弱→较强
较高→低
低→较高
ATP、[H]
C3
C5
（CH2O）
相应习题：
2、18
（1）
（2）
Ⅳ、同位素示踪法研究物质运行和变化过程
光合作用：
H2O18→18O214CO2→14C3→14C6H12O6或（14CH2O）
呼吸作用：
18O2→H2O18C6H1218O6→C3H418O3→C18O2
Ⅴ、C3植物和C4植物
C3植物：
是指在光合作用的暗反应过程中，一个CO2被一个五碳化合物（1，5-二磷酸核酮糖，简称RuBP）固定后形成两个三碳化合物（3-碳酸甘油酸），即CO2被固定后最先形成的化合物中含有三个碳原子，所以称为C3植物。
C3植物叶片的结构特点是：
叶绿体只存在于叶肉细胞中，维管束鞘细胞中没有叶绿体，整个光合作用过程都是在叶肉细胞里进行，光合产物变只积累在叶肉细胞中。
C4植物：
是指在光合作用的暗反应过程中，一个CO2被—个含有三个碳原子的化合物（磷酸烯醇式丙酮酸）固定后首先形成含四个碳原子的有机酸（草酰乙酸），所以称为C4植物。
C4植物叶片的结构特点是：
围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞，里面一圈是维管束鞘细胞，细胞较大，里面的叶绿体不含基粒。
外圈的叶肉细胞相对小一些，细胞中含有具有基粒的叶绿体。
通过C4途径固定CO2的过程是在叶肉细胞中进行的。
C4中的C转移到C3途径是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的暗反应过程也是在维管束鞘细胞中进行。
光合作用的产生也主要积累在维管束鞘细胞中。
C4植物具有两条固定CO2的途径，即C3途径和C4途径。
C4植物通常分布在热带地区，光合作用效率较C3植物高，对CO2的利用率也较C3植物高，所以具有C4途径的农作物的产量比具有C3途径的农作物产量要高，如玉米就属于C4植物。
C3和C4植物结构比较
植物类型
C3植物
C4植物
叶片的解剖结构
叶绿体类型
二氧化碳的固定途径及场所
二氧化碳的最初受体
二氧化碳的利用率
光合作用效率
光合作用过程
淀粉形成场所
相应习题：
1、4、10
Ⅵ、光合作用与呼吸作用的相关计算
光合作用与呼吸作用在物质代谢上有密切的关系，一方面光合作用的产物是呼吸作用的反应物，另一方面呼吸作用的产物又可作为光合作用的原料。
但它们并不是可逆的反应，这是因为它们是在不同的场所进行的；光合作用利用了光能，而呼吸作用释放的能量被用于各项生命活动；光合作用必须在有光的条件下进行，而呼吸作用时时刻刻都在进行。
光合作用产量
植物的光合作用产量（即植物积累有机物的总量）取决于光合作用和呼吸作用两方面，植物通过光合作用制造有机物，同时通过呼吸作用消耗有机物，因此光合作用产量=光合作用合成的有机物总量—呼吸作用分解的有机物总量。
凡是影响光合作用和呼吸作用的因素都会影响植物的光合作用产量，这些因素包括光（含光照强度、日照长度和光质）、温度、大气中CO2含量等等。
光合作用强度和呼吸作用强度
一般以光合速率和呼吸速率（即单位时间单位叶面积吸收和放出CO2的量或放出和吸收O2的量）来表示植物光合作用和呼吸作用的强度，并以此间接表示植物合成和分解有机物的量的多少。
在黑暗条件下植物不进行光合作用，只进行呼吸作用，因此此时测得的氧气吸收量（即空气中O2的减少量）或二氧化碳释放量（即空气中的CO2增加量）直接反映呼吸速率。
在光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用，此时测得的空气中氧气的增加量（或二氧化碳减少量）比植物实际光合作用所产生的O2量（或消耗的CO2量要）少，因为植物在光合作用的同时也在通过呼吸作用消耗氧气、放出二氧化碳。
因此此时测得的值并不能反映植物的实际光合速率，而反映出表观光合速率或称净光合速率。
1.光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量+呼作用吸耗氧量
2.光合作用实际二氧化碳消耗量=实测的二氧化碳消耗量+呼吸作用二氧化碳释放量
3.光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量﹣呼吸作用葡萄糖消耗量
相应习题：
18（3）、37、38（94）
Ⅶ、碳循环和能量流动
1.碳循环
碳在无机环境中存在形式是碳酸盐和CO2；在生物群落中的存在形式是含碳有机物；在生物群落与无机环境之间的循环是以CO2的形式进行的，在生物群落内部的流动是以有机物的形式进行的。
CO2进人生物群落是通过自养型生物完成的，主要是绿色植物的光合作用。
生物群落中的有机碳是通过生物的呼吸作用和微生物的分解作用将有机物彻底分解成CO2和H2O，归还到无机环境中。
在正常情况下，碳的循环是平衡的，但由于现代工业的迅速发展，人类大量燃烧煤、石油和天然气等化石燃料，使地层中经过干百万年积存的已经脱离碳循环的碳元素，在很短的时间释放出来，就打破了生物圈中碳循环的平衡，使大气中的CO2含量迅速增加，进而导致气温上升，形成“温室效应”。
2.能量流动
能量流动的起点是生产者通过光合作用所固定的太阳能。
流人生态系统的总能量就是生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量。
能量流动的渠道是食物链和食物网。
流人一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的能量。
如羊吃草，不能说草中的能量都流人了羊体内，流人羊体内的能量应是指草被羊消化吸收后转变成羊自身的组成物质中所含的能量，而未被消化吸收的食物残渣的能量则未进入羊体内，不能算流入羊体内的能量。
在生态系统内，能量流动与碳循环是紧密联系在—起的。
能量流动的特点是：
单向流动和逐级递减、单向流动。
单向流动是指生态系统的能量流动只能从第—营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级、一般不能逆向流动。
这是由于动物之间的捕食关系确定的。
如狼捕食羊，但羊不能捕食狼。
逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流人后—个营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。
能量在沿食物链传递的平均效率为l0%～20%，即—个营养级中的能量只有10%～20%的能量被下一个营养级所利用。
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，按营养级由低到高绘制成的图形成金字塔形，称为能量金字塔。
从能量金字塔可以看出：
在生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量也就越多；营养级越高，得到的能量也就越少。
在食物链中营养级一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。
研究能量流动规律有利于帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流动向对人类最有益的部分。
在农业生态系统中，根据能量流动规律建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下，使能量更多地流向对人类有益的部分。
相应习题：
14、15、16、30、32
高考试题回放:
1．（2004北京卷）年在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如右图所示。
理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是（）
A．若a点在a,b点b2时B．若a点在a1，b点在b1时
C．若a点在a2，b点在b1时D．若a点在a1，b点在b2时
2．（20XX年福建卷）离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（）
A．C3化合物增多、C5化合物减少 B．C3化合物增多，C5化合物增多
C．C3化合物减少，C5化合物增多 D．C3化合物减少，C5化合物减少
3．（20XX年广东生物卷）光合作用暗反应阶段中直接利用的物质是（）
A．O2和C3化合物B．叶绿体色素C．H20和O2D．氢[H]和ATP
4．（20XX年广东生物卷）下列有关C4和C3植物的描述，错误的是（）
A．C3植物维管束鞘细胞中含有叶绿体B．C4植物维管束鞘细胞中含有叶绿体
C．C3植物叶肉细胞中含有叶绿体D．C4植物叶肉细胞中含有叶绿体
5．（20XX年广东生物卷）（多选）在光合作用的暗反应中发生的反应过程有（）
A．CO2的固定，O2的释放B．CO2的固定，糖的生成
C．H2O的分解，O2的释放D．CO2的固定产物（C3化合物）的还原
6．（20XX年广西生物卷）下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是（）
A．光合作用和呼吸作用总是同时进行
B．光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用
C．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用
D．光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行
7．（20XX年广西生物卷）机体在一定时间内，呼吸作用产生的CO2mol数与消耗的O2mol数的比值，常被用来判断呼吸分解有机物的种类。
根据葡萄糖彻底氧化分解反应式计算，此比值应是（）
A．0．5B．1．0C．1．5D．2．0
8．（20XX年广西生物卷）（多选）在无氧条件下，高等植物利用葡萄糖进行呼吸作用最后形成（）
A．CO2和H2OB．CO2和酒精C．乳酸D．丙酮酸和CO2
9．（20XX年江苏生物卷）光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（）
A．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
10．（20XX年江苏生物卷）在光合作用过程中不属于暗反应的是（）
A．CO2与五碳化合物结合B．三碳化合物接受ATP释放的能量
C．H2O的氢传递NADP+D．NADPH的氢传递给三碳化合物
11．（20XX年理综四川、吉林卷）下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（）
A．叶片从幼到老光合作用强度不变
B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异
C．光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的
D．在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同
12．（20XX年甘肃、青海、宁夏、贵州、新疆等地）下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是（）
A．光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还原反应
B．光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下进行
C．光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应的逆转
D．光合作用和呼吸作用都是能量转化过程
13．（20XX年上海生物卷）在自然条件下，有关植物呼吸作用的叙述中，正确的是（）
A．有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体
B．高等植物只能进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸
C．有氧呼吸产生二氧化碳，无氧呼吸不产生二氧化碳
D．有氧呼吸的强度晚上比白天强
14．（20XX年上海生物卷）如果一个人食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体质，约消耗植物（）
A．10千克B．28千克C．100千克D．280千克
15．（20XX年上海生物卷）某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨，正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充分利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多摊捞黄泥螺的量为（）
A．3000吨B．1650吨C．1500吨D．不超过300吨
16．（20XX年江苏生物卷）在一个草原生态系统中，草是生产者，鼠是初级消费者。
（1）在“草→鼠”食物链中，若草通过光合作用产生了600mol氧气,则能同时产生____mol葡萄糖。
鼠从中获得的能量至多相当于__________mol葡萄糖中所储存的能量。
（2）由于该生态系统鼠害日趋严重，故将黄鼬引入该生态系统以控制鼠害。
调查表明鼠与黄鼬的数量变化如下表
时间（年）
鼠种群数量（只）
黄鼬种群数量（只）
1
18900
100
2
19500
120
3
14500
200
4
10500
250
5
9500
180
6
9600
170
7
9500
180
8
9600
170
根据上表数据分析鼠和黄鼬种群数量变动关系______________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
17．（20XX年江苏生物卷）过去人们以为作物播种密度越大，产量越高。
在保证营养需要的情况下，有人对小麦的产量与播种量的关系进行了研究，结果如下图所示。
（1）根据上图分析，当播种密度过大时小麦产量将____________________________
_________________________________________________________________。
（2）从影响光合作用效率的因素分析，产生上述现象的原因是____________________
________________________；__________________________________________________。
18．（20XX年上海生物卷）下面是有关光合作用的问题。
（1）图1表示的反应过程进行的场所是________。
（2）请据图1回答：
①在有光条件下，停止供给CO2时，二磷酸核酮糖的浓度变化如图2的________；磷酸甘油酸的浓度变化如图2的________。
②在CO2存在条件下，将植物从暗处移到明处后，磷酸甘油醛的浓度变化如图2的________。
（3）图3表示某绿色植物光合作用中光强度和氧气释放速度的关系。
图4表示该植物在不同温度（
和
）下，某一光强度时氧气释放量和时间的关系，请据图回答：
图1
图2
①当图4纵坐标分别表示光合作用所产生氧气的净释放量和总量时，则它们分别是在光强度为________和________千勒克司下的测定值。
②若该植物的呼吸商（呼吸商=呼吸放出的CO2量／呼吸消耗的O2量）为0.8，在25℃条件下，1小时内呼吸作用放出的CO2量为________毫升。
③若该植物的呼吸为0.8，在25℃．4千勒克司光强度下，该植物进行光合作用时除完全利用呼吸所产生的CO2外，每小量还应从外界吸收CO2_______毫升。
④在4千勒克司光
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