1、微专题微专题1 1光合作用与细胞呼吸综合提升光合作用与细胞呼吸综合提升 ( (含三率测定含三率测定) )第三单元第三单元2023题型一题型一、光合作用与细胞呼吸的内在关系辨析、光合作用与细胞呼吸的内在关系辨析1.光合氧呼吸的区别2.光合作用与细胞呼吸三个层面上的联系(1)过程联系(2)物质联系 (3)能量联系 3.光合作用与有氧呼吸中H、ATP的来源与去路 专项训练1.(2021河北廊坊联考)下图表示某植物叶肉细胞进行光合作用和有氧呼吸的过程,其中甲丁表示场所,ad表示相关物质。下列叙述正确的是()A.a表示H,该物质和细胞呼吸产生的H是同一物质B.乙为叶绿体基质,该处主要发生CO2固定和C3
2、还原过程C.d表示O2,在线粒体内膜上和d结合的H都来自葡萄糖D.该叶肉细胞在夜间合成ATP数量最多的场所是丙答案 B解析 图中甲是叶绿体的类囊体薄膜,乙为叶绿体基质,丙为细胞质基质,丁是线粒体,a是H,b为ATP,c为CO2,d是O2。光合作用产生的H与细胞呼吸产生的H不是同一物质,前者是NADPH,后者是NADH,A项错误;暗反应包括CO2的固定和C3的还原两个过程,主要发生在叶绿体基质中,B项正确;细胞呼吸中产生的H最终来自葡萄糖和水,C项错误;夜间叶肉细胞只能进行细胞呼吸,细胞呼吸中产生ATP最多的是发生在线粒体内膜上的有氧呼吸第三阶段,D项错误。2.(2021辽宁丹东模块)下图表示植
3、物某个叶肉细胞代谢的过程,下列有关说法正确的是()A.鲁宾和卡尔文用同位素标记法证明了过程释放的氧气来自水B.当过程产生氧气的速率和过程中消耗氧气的速率相等时,说明该植物光合作用速率等于细胞呼吸速率C.红光条件下类胡萝卜素可通过过程将光能转化为ATP和H中活跃的化学能D.过程所需的还原剂不可能来自过程答案 D解析 鲁宾和卡门用同位素标记法证明了过程释放的氧气来自水,A项错误;当过程产生氧气的速率和过程中消耗氧气的速率相等时,说明该叶肉细胞光合作用速率等于细胞呼吸速率,B项错误;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C项错误;过程所需的还原剂(H)来自过程,过程产生的还原剂(H)用于过程,D项正确。3.(2
4、017全国)下图是表示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。 答案 (1)O2NADP+ADP+PiC5NADH(或还原型辅酶)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸解析 由图可知,A表示光合作用的光反应,B表示暗反应;代表的物质依次是O2、NADP+、ADP+Pi、C5;H代表的物质为NADH(还原型辅酶)。在植物叶肉细胞中,A
5、TP合成除了发生在光反应过程中,还发生在有氧呼吸的整个过程中,有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质(C)中,第二、三阶段发生在线粒体(D)中。在缺少氧气的条件下,细胞可进行无氧呼吸产生酒精。题型二题型二、开放和密闭环境中、开放和密闭环境中CO2、O2含量昼含量昼夜变化状况分析夜变化状况分析1.开放环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析特别关注24 h内有机物的“制造”“消耗”与“积累”注:c时CO2含量最高,e时CO2含量最低。 2.密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线分析 注:(1)图中C、G两点时整棵植株的光合速率=呼吸速率,此时植株既不向外界释放CO2,也不向外界释放O2。(2)进行密闭装
6、置中CO2变化状况描述时,务必与“初始值”作对比,只有终值小于初始值时,植物才能生长,否则不能正常生长。专项训练4.三倍体西瓜由于含糖量高且无子,备受人们青睐。下图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn,以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线,以下分析正确的是()A.与11:00相比,13:00叶绿体中合成C3的速率相对较高B.14:00后叶片的Pn下降,导致植株积累有机物的量开始减少C.17:00后叶片的Ci快速上升,导致叶片暗反应速率远高于光反应速率D.叶片的Pn先后两次下降,主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度答案 D解析 与11:00相比,13:00叶片净光合速率下降,
7、此现象是13:00气孔关闭导致吸收CO2减少引起的“光合午休”,CO2固定减弱,此时叶绿体中合成C3的速率相对较低,A项错误;14:00后叶片的Pn下降,但仍大于零,植株积累有机物的量仍在增多,B项错误;17:00后因光照强度的降低,光反应减弱,产生的H和ATP均减少,暗反应速率也降低,C项错误;Pn第一次下降,是因气孔关闭,CO2浓度限制了光合速率,Pn第二次下降是光照强度降低引起的,D项正确。5.(2021福建五校联考)下图是大棚番茄在24 h测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图,下列有关叙述错误的是()A.a时CO2释放量减少可能是温度降低使细胞呼吸减弱B.d时由于温度升高,蒸腾
8、作用过强使气孔部分关闭,CO2供应减少C.如果N点低于M点,说明经过一昼夜,植物体内的有机物总量增加D.番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段答案 D解析 图中虚线表示CO2的吸收速率,Oc段所对应的虚线位于横坐标下面,实际表示CO2的释放速率,b时刻最可能是光合作用起始时刻,b时之前只进行细胞呼吸,所以Oa段对应的虚线上升,即呼吸减弱,原因可能是环境温度降低,A项正确;d时由于温度过高,蒸腾作用过强使植物气孔部分关闭,从而降低了CO2的吸收速率,B项正确;M点和N点位于实线上,实线表示大棚中CO2的含量,如果N点低于M点,说明经过一昼夜,大棚中的CO2含量减少,减少的CO2被吸收进入植物细
9、胞内合成了有机物,从而使植物体内的有机物总量增加,C项正确;c、e对应虚线与横坐标的交点,此时光合作用速率=细胞呼吸速率,说明在c时之前和e时之后的一段时间内,植物也在进行光合作用,只是光合作用速率小于细胞呼吸速率,D项错误。6.某研究小组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光合曲线和黑暗条件下的呼吸曲线;图2为在恒温密闭玻璃温室中,连续24 h测定的温室内CO2浓度以及植物CO2吸收速率的变化曲线。据图分析,下列说法错误的是()图1 A.图1中,当温度达到30 时,植物总光合作用速率最大B.6时,图2叶肉细胞产生ATP的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质C.该植
10、株在进行光合作用且吸收CO2的量为0时,在两图中的描述点共有4个D.18时,图2叶肉细胞中叶绿体产生的O2量大于线粒体消耗的O2量图2 答案 C解析 分析可知,图1中的虚线表示呼吸速率随温度变化的情况,而实线表示净光合速率随温度变化的情况,从图中可以看出,当温度达到30 时,净光合速率最大,而呼吸速率也较大,故此时植物总光合作用速率最大,A项正确;分析图2可知,6时,CO2的吸收速率为0,此时密闭小室内CO2浓度达到最大值,此时光合作用强度与细胞呼吸强度相等,因此叶肉细胞产生ATP的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质,B项正确;图2中当光合速率等于呼吸速率时,净光合速率为0,处于室内CO2浓度曲
11、线的拐点,因此图2中光合速率和呼吸速率相等的时间点有2个,图1中,光合作用强度与细胞呼吸强度相等的温度条件是40 ,两图中的描述点共3个,60 时光合作用和细胞呼吸都不再进行,C项错误;分析图2可知,18 h CO2的吸收速度等于0,说明此时植株的光合作用强度等于有氧呼吸的强度,所以植株的叶肉细胞中叶绿体产生的O2量就必须大于线粒体消耗的O2量,这样才能保证非叶肉细胞的O2供应,而使植株的光合作用强度等于有氧呼吸的强度,D项正确。7.两株同种生长状况基本相同的植物,分别置于透明的玻璃罩内,如图甲、乙所示;在相同自然条件下,测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。回答下列问题。(1)
12、AB段和CD段,引起曲线下降的主要环境因素分别是和。 (2)一昼夜中,装置甲、乙中植物积累的有机物较多的是(填“甲”或“乙”)。 (3)装置甲的植物叶绿体中,在14时C3含量比10时(填“高”或“低”)。 (4)图丁中表示光合速率和呼吸速率相同的时刻是,E点到D点过程中植物体有机物含量变化过程是。 答案 (1)二氧化碳浓度光照强度(2)乙(3)低(4)6时、18时逐渐增多解析 (1)图丙是在密闭的容器中测得的数据,光合作用需要以二氧化碳为原料,所以AB段净光合速率下降的主要原因是二氧化碳浓度不足;图丁是在开放的容器中测得的数据,CD段下降的主要原因是光照强度的减弱。(2)有机物积累较多应是净光
13、合作用较大的,图丙和丁中横轴以上与曲线围成的面积表示净光合强度,据图分析,一昼夜中,装置乙中植物积累的有机物比甲多。(3)装置甲的植物叶绿体中,在14时时,玻璃罩内二氧化碳因光合作用消耗而含量不足,固定减少,三碳化合物含量低,而五碳化合物含量较高。(4)据图可知,图丁中6时和18时植物的氧气释放速率为0,故植物的光合速率与呼吸速率相等;E点到D点过程中氧气的释放速率始终0,故E点到D点过程中植物体有机物含量逐渐增多。题型三、总光合速率、净光合速率、呼吸速率题型三、总光合速率、净光合速率、呼吸速率及相关测定及相关测定1.总光合速率、净光合速率和呼吸速率的常用表示方法(1)净(表观)光合速率与实际
14、(总)光合速率宏观与微观水平分析图11个植物细胞 图2置于小室中的植株 注:m表示CO2,n表示O2。 (2)“三率”判定关键词 名称呼吸速率真正(总)光合速率净光合速率主体线粒体叶绿体植物体或细胞O2吸收量(黑暗)产生量释放量有机物消耗量(黑暗)制造量积累量CO2释放量(黑暗)利用量、固定量、消耗量吸收量(3)曲线分段解读 提醒 植株叶肉细胞密闭小室中气体变化是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合作用与细胞呼吸综合影响的结果。当密闭小室中CO2(或O2)初测值与末测值相等时:2.光合作用、曲线中的“关键点”移动 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动细胞呼吸增强,A点下移;细胞呼吸减弱,A点上移。(
15、2)补偿点(B点)的移动细胞呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。细胞呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。(3)饱和点(C点)和D点的移动相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时,C点右移,D点上移的同时右移;反之,移动方向相反。技法点拨解答细胞呼吸、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细胞呼吸
16、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)植物能否生长取决于净光合量是否大于0,而净光合量则取决于光合作用强度与细胞呼吸强度的“差值”,切不可认为光合作用加强时植物生长一定快。3.“三率”测定五种实验模型(1)模型1液滴移动法测定细胞呼吸速率与光合速率注:物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。密闭容器中所检测出的光合作用强度为净光合作用强度,而实际光合作用强度需要结合细胞呼吸强度进行推算。(2)模型2黑白瓶法测溶氧量的变化通过净光合作用强度和有氧
17、呼吸强度推算总光合作用强度的试题是常见题型,掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理,是解答此类试题的关键。具体方法如下:“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸量(强度)。有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。在没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=总光合作用量。(3)模型3半叶法测定光合作用有机物的产生量将叶片一半遮光,一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光
18、的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值,综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。(4)模型4叶圆片称重法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,下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。(5)模型5叶圆片上浮法定性检测O2释放速率本方法通过利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气,充以水分,使叶片沉于水中;在光合作用过程中,植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累,
19、结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短),即能比较光合作用强度的大小。专项训练8.(“三率”及关键点的移动)分析下面有关光合作用和细胞呼吸的曲线图,相关说法正确的是()甲 乙丙A.图甲中显著提高CO2浓度,B点将大幅度右移B.图乙中温度提升到t1时,有机物积累速率达最大值C.图丙中20 和45 时,CO2同化速率相近的原因不相同D.图乙中t2之后植物将停止生长答案 C解析 图甲中B点表示光补偿点,即光合速率等于呼吸速率,若显著提高CO2浓度,则光合速率增大,光补偿点左移,A项错误。图乙中温度为t2时,有机物积累速率达最大值,B项错误。图丙中
20、20 时温度较低,酶活性较低,故光合速率较低;而45 时温度过高,酶的结构发生变化,活性降低,CO2同化速率降低,二者原因不同,C项正确。图乙中t2之后,总光合速率呼吸速率,净光合速率0,则植物仍能生长,D项错误。9.(半叶法测“三率”)(2021安徽合肥检测)如图所示,将对称叶片左侧遮光,右侧曝光,并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移。在适宜光照下照射12 h后,从两侧截取同等单位面积的小圆叶片,烘干称重,质量分别记为a和b(单位:g)。下列叙述正确的是()A.a/12所代表的是该小圆叶片的呼吸速率B.b/12所代表的是该小圆叶片的光合速率C.(b+a)/12所代表的是该小圆叶片
21、的真正光合速率D. (b-a)/12所代表的是该小圆叶片的真正光合速率答案 D 10.(叶圆片称重法测“三率”)某同学欲测定植物叶片的总光合作用速率,做下图所示实验。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1 cm2的叶圆片烘干后称其质量,测得叶圆片的总光合作用速率=(7y-6z-x)/6(gcm-2h-1)(不考虑取叶圆片的机械损伤和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是()A.下午4时后在阳光下照射3 h再遮光3 hB.下午4时后将整个实验装置遮光3 hC.下午4时后将整个实验装置遮光1 hD.下午4时后在阳光下照射3 h
22、答案 C解析 上午10时叶圆片干重为x g,下午4时叶圆片干重为y g,这段时间内叶圆片既进行了光合作用,又进行了细胞呼吸,因此(y-x)g可表示这段时间内的净光合作用积累的有机物总量。要想测得总光合作用速率,结合题干给出的信息,需要测定出1 h的细胞呼吸量,因此M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光1 h,然后测定叶圆片质量为z g,则(y-z)/1可表示呼吸速率,而叶圆片的总光合作用速率=净光合速率+呼吸速率=(y-x)/6+(y-z)= (7y- 6z-x)/6(gcm-2h-1)。11.(液滴移动法测“三率”)某兴趣小组设计了下图所示的实验装置若干组,在室温25 下进行了一系列的
23、实验,下列对实验过程中装置条件及结果的叙述,错误的是()装置内氧气充足,不考虑无氧呼吸 A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照,液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真正光合强度,需另加设一装置遮光处理,X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照,光合作用大于细胞呼吸时,液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理,消耗的底物为脂肪时,液滴左移答案 C解析 当给予光照时,装置内植物既进行光合作用也进行细胞呼吸,CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变,那么液滴移动距离即表示净光合作用产生O2的多少,A项正确;真正光合强度=净光合强度+呼吸强度,测呼吸强度需另设一装置,遮光处理(不能进行光合作
24、用),为排除有氧呼吸产生的CO2的干扰,将X溶液更换为NaOH溶液,那么测得的液滴移动距离即有氧呼吸消耗O2的量,B项正确;若X溶液为清水并给予光照,光合作用大于细胞呼吸时,装置内植物光合作用吸收的CO2量=释放O2量,液滴不移动,C项错误;若X溶液为清水并遮光处理,开始一段时间内,植物进行有氧呼吸,消耗的底物为脂肪时,其氧化分解需要O2的量大于产生CO2的量,液滴向左移动,D项正确。12.(黑白瓶法测定光合速率、呼吸速率)(2019全国节选)回答下列与生态系统相关的问题。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)。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 。 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本本 课课 结结 束束
