154第3课时光合作用与细胞呼吸的关系.docx

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154第3课时光合作用与细胞呼吸的关系

1.5.4　光合作用与细胞呼吸的关系

素能目标★备考明确

考点一　光合作用与细胞呼吸物质和能量转化关系

图解光合作用与呼吸作用过程中的物质转化关系

[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

水（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

（二）⑤→水→⑥→④→氧气

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；

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】

1．（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__________________________。

解析：

（1）由分析可知，图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②是生成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的反应物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ（NADH）。

（2）细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质（C）和线粒体（D）。

（3）细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。

答案：

（1）O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH（或还原型辅酶Ⅰ）　

（2）C和D　（3）在缺氧条件下进行无氧呼吸

2．（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____________上，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薄膜上，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18O2。

（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）类囊体薄膜　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　≥

1．光合作用与细胞呼吸中[H]的来源和去路比较

2．光合作用与细胞呼吸中ATP的来源与去路比较

　[易错提醒]

光合作用中的[H]为NADPH，细胞呼吸中[H]为NADH。

【对点落实】

3．（2019·安阳二模）下列有关水稻叶肉细胞内NADH和NADPH的叙述，正确的是（　　）

A．有氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，在线粒体中被消耗

B．无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生，但不被消耗

C．光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生

D．黑暗条件下，NADPH在叶绿体基质中产生

解析：

选C　有氧条件下，NADH在细胞质基质和线粒体基质中产生，在线粒体内膜上被消耗，A错误；无氧条件下，NADH在细胞质基质中产生和消耗，B错误；光照条件下，NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生，C正确；黑暗条件下，叶绿体中不产生NADPH，D错误。

4．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。

考点二　光合速率、呼吸速率及其相互关系

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．（2019·厦门一模）如图表示在光照充足、CO2浓度适宜的条件下，温度对某植物光合速率和呼吸速率的影响。

下列叙述正确的是（　　）

A．15℃时呼吸作用为暗反应提供的ATP不足

B．5～37℃范围内，植物均表现为生长状态

C．当温度达到50℃时，植物细胞因蛋白质失活而死亡

D．温室栽培中温度控制在37℃左右最利于该植物生长

解析：

选B　呼吸作用不能为暗反应提供ATP，A错误；5～37℃范围内，实际光合作用速率大于呼吸速率，净光合速率大于0，所以植物均表现为生长状态，B正确；当温度达到50℃时，植物细胞仍能进行呼吸作用，说明没有失活，C错误；由于在温度为30℃条件下，实际光合作用速率与呼吸作用速率的差值最大，所以温室栽培中温度控制在30℃左右最利于该植物生长，D错误。

2．（2019·香坊区月考）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，结果如图所示。

下列分析正确的是（　　）

A．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多

B．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少

C．如果该植物原重xg，先置于暗处4h后重（x－1）g，然后光照4h后重（x＋2）g，则总光合速率为0.75g·h－1

D．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等

解析：

选D　光照相同时间，25℃时植物积累的有机物的量最多，A错误；25℃、30℃、35℃时植物光合作用制造的有机物的量＝积累的有机物量＋消耗的有机物量（呼吸作用），因此分别为6、6.5、6.5，B错误；某植物原重xg，将其置于黑暗中4小时后，发现重（x－1）g，说明呼吸作用的速率为0.25g/h；再光照4小时后重（x＋2）g，说明净光合作用积累的有机物的量为（x＋2）－（x－1）＝3，所以净光合作用的速率为0.75g/h，则该植物总光合速率为0.25＋0.75＝1g/h，C错误；光合作用制造的有机物的量＝净光合作用量＋呼吸作用量，因此图中35℃与30℃的光合作用制造的有机物的量相等，都是6.5，D正确。

3．（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

[易错提醒]

总光合速率与呼吸速率曲线交点处表示此时光合速率＝呼吸速率，不要认为净光合速率曲线与呼吸速率曲线交点处也表示光合速率＝呼吸速率，此时总光合速率恰恰是呼吸速率的2倍。

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】

4．（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。

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______________________。

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

6．（2019·全国卷Ⅱ改编）通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量（生产者所制造的有机物总量）。

若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量（A）；另两份分别装入不透光（甲）和透光（乙）的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量（B）和乙瓶中的O2含量（C）。

据此回答下列问题。

在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内____________________________；C与B的差值表示这段时间内________________；A与B的差值表示这段时间内___________________________。

解析：

依题意可知：

甲、乙两瓶中只有生产者，A值表示甲、乙两瓶中水样的初始O2含量；甲瓶O2含量的变化反映的是呼吸作用耗氧量，因此B＝A－呼吸作用耗氧量；乙瓶O2含量变化反映的是净光合作用放氧量，所以C＝A＋光合作用总放氧量－呼吸作用耗氧量。

综上分析，本实验中，C－A＝光合作用总放氧量－呼吸作用耗氧量＝净光合作用的放氧量，即C与A的差值表示这段时间内生产者净光合作用的放氧量；C－B＝光合作用总放氧量，即C与B的差值表示这段时间内生产者的光合作用的总放氧量；A－B＝呼吸作用耗氧量，即A与B的差值表示这段时间内生产者的呼吸作用耗氧量。

答案：

生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量

一、知识网络——定内容

二、要点术语——定规范

1．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

2．光合速率与呼吸速率的表示方法

（1）净光合速率：

常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。

（2）真正（总）光合速率：

常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。

（3）呼吸速率：

指将植物置于黑暗环境中，单位时间内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。

一、培养科学思维

1．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

解析：

选C　光合作用的光反应中有ATP的合成，需要原料ADP和磷酸；光合作用中叶绿素吸收光能的过程不需酶的催化；乳酸是无氧呼吸的产物，在人体内不能继续分解供能，人体在剧烈运动时所需的能量是由葡萄糖分解提供的；病毒无独立的代谢系统，病毒核酸的复制所需要的能量由宿主细胞的呼吸作用提供。

2．（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℃。

二、进行科学探究

3．（2019·全国卷Ⅰ）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小。

回答下列问题。

（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。

（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）有研究表明：

干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。

请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论。

要求简要写出实验思路和预期结果。

解析：

（1）经干旱处理后，该植物根细胞中溶质浓度增大，则该植物根细胞的吸水能力增强。

（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，从而影响光合作用所需的CO2的供应，其光合速率降低。

（3）本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。

答案：

（1）增强　

（2）降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少　（3）取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。

预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。

预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

4．（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

*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________________

_______________________________________________。

解析：

（1）1号试管中没有加水草，50min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用、呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。

（2）2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3