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1、1专题三专题三 细胞呼吸与光合作用细胞呼吸与光合作用考情分析 光合作用与细胞呼吸是细胞代谢的核心知识，学考、选考都把两者结合起来考查，一般以坐标曲线图、表格和光合作用流程图为载体，选择题与非选择题均有较大几率出现。主要考查角度有以下几点：(1)表观光合速率及其影响因素，如 2015 年浙江 10 月选考，26T；2017 年浙江 11 月选考，30T；2018 年浙江 4 月选考，26T 等。(2)光强度对光合速率的影响，如 2015 年浙江 10 月选考，30T；2017 年浙江 4 月选考，30T；2018 年浙江 4 月选考，30T 等。(3)光合作用与细胞呼吸的过程，如 2015 年浙
2、江 10 月选考，30T；2016 年浙江 4 月选考，17T 等。(4)光反应和碳反应的过程，如 2016 年浙江 4 月选考，30T；2017 年浙江 11 月选考，26T；2017 年浙江 11 月选考，30T 等。(5)叶绿体色素的种类及提取与分离，2016 年浙江 4 月选考，30T；2017 年浙江 4 月选考，30T；2018 年浙江 4 月选考，30T 等。1.表观(净)光合速率和真正(总)光合速率的判定方法(1)若为坐标曲线形式，当光强度为 0 时，CO2吸收值为 0，则该曲线表示真正(总)光合速率，若 CO2吸收值为负值，则该曲线表示表观光合速率。(2)若所给数值为有光条件
3、下绿色植物 O2释放量或 CO2吸收量的测定值，则为表观光合速率。(3)有机物积累量为表观光合速率，制造量为真正(总)光合速率。2.光合作用与细胞呼吸“关键点”移动的判断技巧CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中 CO2(或光)补偿点 B 是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点 C 则是最大光合速率对应的最低 CO2浓度(或光强度)，位于横轴上。(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点 B 应右移，反之左移。(2)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 B 应右移，反之左移。2(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(或
4、光)补偿点和饱和点都应向左移动。3.解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线解读 (1)夏季的一天中 CO2吸收量和释放量变化曲线分析(如图 1 所示)a 点：凌晨 34 时，温度较低，细胞呼吸较弱，CO2释放量较少。b 点：上午 6 时左右，温度升高，细胞呼吸增强，CO2释放量增多；太阳出来，开始进行光合作用。bc 段：光合速率小于呼吸速率。c 点：上午 7 时左右，光合速率等于呼吸速率。ce 段：光合速率大于呼吸速率。d 点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。e 点：下午 6 时左右，光合速率等于呼吸速率。ef 段：光合速率小于呼吸速率。fg 段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞
5、呼吸。(2)有关一天中有机物情况的曲线分析(如图 2 所示)积累有机物的时间段：ce 段。制造有机物的时间段：bf 段。消耗有机物的时间段：Og 段。一天中有机物积累最多的时间点：e 点。一昼夜有机物的积累量：SPSMSN。(3)在相对密闭的环境中，一昼夜 CO2含量的变化曲线分析(如图 3 所示)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。如果 N 点高于 M 点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。如果 N 点等于 M 点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。CO2含量最高点为 c 点对应时刻，CO2含量最低点为 e 点对应时刻。(4)在相对密闭的环境中
6、，一昼夜 O2含量的变化曲线分析(如图 4 所示)3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减少。如果 N 点高于 M 点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加。如果 N 点等于 M 点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。O2含量最高点为 e 点对应时刻，O2含量最低点为 c 点对应时刻。4.测定光合速率与呼吸速率的三种方法(1)利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH 溶液可吸收容器中的 CO2；在测净光合速率时，NaHCO3溶液可提供 CO2，保证容器内 CO2浓度的恒定。测定原理a.甲装置在黑暗条件下植物只进行
7、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。b.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。c.真正光合速率净光合速率呼吸速率。测定方法a.将植物(甲装置)置于黑暗条件中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。b.将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。c.根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。物理误差的校正：为防止气压
8、、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。(2)“半叶法”测定光合速率例如：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 6 小时后，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/(dm2h)。若4MMBMA，则M
9、表示 B 叶片被截取部分在 6 小时内光合作用合成的有机物总量。(3)利用“黑白瓶”法测定光合速率将装有水和光合植物的黑、白瓶置于相同水层中，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，瓶中生物仅能进行细胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和细胞呼吸。因此，真正光合作用氧气产生量(光合作用总量)白瓶中氧气增加量黑瓶中氧气减少量。题型一 光合作用与细胞呼吸的过程判断1.如图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是( )A.A 过程一定伴随 O2的释放，D 过程不需要 O2的直接参与B.A 过程产生的 ATP 可用于 B 过程中三碳酸分子的还原C.A
10、过程产生的 ATP 远多于 C 过程产生的 ATPD.C 过程葡萄糖中的化学能全部转移到 ATP 中答案 D解析 A 是光反应，产物有 O2、ATP 和 NADPH 等，D 是 ATP 的利用，不需要 O2的直接参与，A 正确；A 过程中产生的 ATP 和 NADPH 可用于 B 碳反应中三碳酸分子的还原，B 正确；A 光反应过程产生的 ATP 全部被用来进行碳反应合成有机物，C 细胞呼吸分解的有机物只是光合作用合成的有机物中的一部分，且细胞呼吸过程中大部分的能量以热能形式散失，故 A 过程产生的 ATP 远多于 C 过程产生的 ATP，C 正确；C 细胞呼吸过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移
11、到 ATP 中，大部分以热能形式散失，D 错误。2.如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中ag 为物质，为反应过程)。下列判断错误的是( )A.a 物质为色素，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能贮存在 c 中B.一个叶肉细胞呼吸产生的 CO2到被自身光合作用利用，至少穿过了 8 层磷脂分子C.将 b 物质用18O 标记，最终在合成的葡萄糖中能检测到放射性18OD.在 g 物质供应充足时，突然停止光照，三碳酸的含量将迅速下降5答案 D解析 分析题图可知，图中 a 物质表示色素，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学
12、能贮存在 ATP 中；叶肉细胞产生的 CO2进入同一细胞叶绿体中进行光合作用被利用，至少需要穿过 2 层线粒体膜和 2 层叶绿体膜，即 4 层生物膜，8 层磷脂分子；将 b 物质(O2)用18O 标记，18O2首先参与需氧呼吸生成 HO，该 HO 可以参18 218 2与需氧呼吸第二阶段，此时18O 将转移到 C18O2中，然后 C18O2参与光合作用，最终在有机物中能检测到放射性18O；突然停止光照，光反应停止，NADPH 和 ATP 的含量下降，故在 CO2供应充足时，三碳酸被还原的量减少，但生成量不变，因此三碳酸含量会迅速上升。题型二 分析坐标曲线中补偿点和饱和点的移动3.将川芎植株的一
13、叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2浓度，在一定光强度下测定叶片光合作用强度(以 CO2吸收速率表示)，测定结果如图所示，下列叙述正确的是( )A.如果光强度适当降低，a 点左移，b 点左移B.如果光强度适当降低，a 点左移，b 点右移C.如果光强度适当增强，a 点右移，b 点右移D.如果光强度适当增强，a 点左移，b 点右移答案 D解析 a 点、b 点分别是 CO2补偿点、CO2饱和点，在 a 点浓度时，光合速率等于呼吸速率；b 点浓度时，光合速率达到最大。如果光强度适当降低，则光合作用强度会降低，a 点应右移，b 点左移；如果光强度适当增强，则光合作用强度会增加，a 点左移，b 点右移
14、。4.将小麦植株置于密闭玻璃罩内，在不同温度条件下测定小麦对氧气的吸收或释放速率随光强度的变化，实验结果如图所示。请回答下列问题：(1)b 点的生物学含义是_。此时小麦根尖细胞中产生 ATP 的场所为_。适当提高 CO2浓度后再测定，图中的 b 点将向_移动。(2)由图可知，影响 c 点变动的主要因素是_。(3)若适当提高 CO2浓度，d 点将向_移动。此时叶绿体产生的 O2的去向是6_(填“线粒体” “细胞外”或“两者都有”)。答案 (1)光合作用产生氧气的速率等于需氧呼吸消耗氧气的速率 细胞溶胶和线粒体 左 (2)光强度和温度 (3)右下 两者都有解析 (1)分析题图发现，纵坐标表示氧气吸
15、收速率即净光合速率的负值，横坐标表示光强度；b 点氧气吸收速率为 0，即净光合速率为 0，其含义为：光合作用产生氧气的速率等于需氧呼吸消耗氧气的速率 ；此时小麦根尖(根尖中无叶绿体)，只能进行细胞呼吸产生ATP，细胞呼吸产生 ATP 的场所是细胞溶胶和线粒体。图中适当提高 CO2浓度后，光合速率增加，光补偿点减小，b 点将向左移动。(2)由题图可知，变量只有两个：光强度、温度。分析 25 曲线可知，随着光强度增强，氧气释放速率增强，光强度是影响 c 点变动的主要限制因素；分析 15 曲线可知，c 点时虽然二者温度不同，但净光合速率相同，由于二者的呼吸速率不同，说明二者总光合速率不同，进而说明温
16、度也影响光合速率，进而影响 c 点的变动。(3)提高二氧化碳浓度后，植物的最大光合速率增加，d 点会向下移，最大光合速率增加，需要的光强度会增加，所以 d 点会向右移；因此 d 点向右下移。题型三 密闭容器和自然环境中光合作用曲线分析5.将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。用 CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内 CO2浓度的变化情况，绘制成如图所示曲线，下列有关说法正确的是( )A.H 点 CO2浓度最低，说明此时植物对 CO2的吸收最多，光合作用最强B.CO2浓度下降从 D 点后开始，说明植物进行光合作用是从 D 点开始的C.D 点表明植物
17、光合速率和呼吸速率相等，FG 段 CO2浓度下降不明显，是因为气孔关闭，叶片对 CO2的吸收减少D.D 点较 B 点 CO2浓度高，是因为 D 点温度高，使植物细胞呼吸增强答案 C解析 H 点 CO2浓度最低，说明此时植物吸收 CO2总量最多，光合作用积累的有机物最多，此时光合速率等于呼吸速率；植物进行光合作用是从 D 点之前开始的，D 点时光合速率和呼吸速率相等；D 点较 B 点 CO2浓度高，是因为 D 点之前，呼吸速率大于光合速率，CO2积累。6.某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合速率和呼吸速率，绘制了如图所示的四幅图，除哪幅图外，其余三幅图中“a”点都可以表示光合速率
18、与呼吸速率相等( )7答案 A解析 A 项图中 a 点的含义是 CO2的吸收量等于释放量，表示表观光合速率等于呼吸速率，此时光合速率大于呼吸速率；B 项图中 a 点后 CO2的含量降低，说明光合速率大于呼吸速率，故 a 点含义是光合速率等于呼吸速率；C 项图中 a 点代表光合速率等于呼吸速率；D 项图中a 点 CO2的吸收量为 0，说明此时光合速率等于呼吸速率。题型四 实验探究光合速率与呼吸速率的测定方法7.用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深 0.5 m 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
19、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4.9 mg5.6 mg3.8 mgA.丙瓶中浮游植物的细胞产生 NADH 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 1.1 mgC.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释放的氧气量约为 1.1 mg答案 B解析 不透光玻璃瓶内浮游植物只进行需氧呼吸，丙瓶中浮游植物的细胞产生 NADH 的场所有细胞溶胶、线粒体基质，A 错误；本实验中氧气含量甲瓶丙瓶1.1 mg，可表示一昼夜丙瓶中生物细胞呼吸量，乙瓶甲瓶0.7 mg，可表示一昼夜乙瓶中生
20、物净产生的氧气量，因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量1.1 mg0.7 mg1.8 mg，B 正确，D 错误；一昼夜后，乙瓶水样中的 CO2含量下降，因此其 pH 上升，而丙瓶中生物只进行细胞呼吸，CO2含量上升，pH 下降，因此乙瓶水样的 pH 比丙瓶的高，C 错误。8.某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物8光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题：(1)先测定植物的细胞呼吸强度，方法步骤如下：甲、乙两装置的 D 中都放入_，装置乙作为对照。将甲、乙装置的玻璃钟罩进行_处理，
21、放在温度等相同且适宜的环境中。30 分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：甲、乙两装置的 D 中放入_。把甲、乙装置放在_。30 分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(3)实验进行 30 分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：项目实验 30 分钟后红墨水滴移动情况甲装置_(填“左”或“右”)移 1.5 cm 测定植物细胞呼吸强度 乙装置右移 0.5 cm甲装置_(填“左”或“右”)移 4.5 cm 测定植物净光合作用强度 乙装置右移 0.5 cm(4)假设红墨水滴每移动 1 cm，植物体内的葡萄糖增加或
22、减少 1 g，那么该植物的呼吸速率是_ g/h；白天光照 15 h，一昼夜葡萄糖的积累量是_ g(不考虑昼夜温差的影响)。答案 (1)NaOH 溶液 遮光 (2)NaHCO3溶液，装置乙作为对照 光照充足、温度等相同且适宜的环境中 (3)左 右 (4)4 84解析 要测定光合作用强度必须先测定细胞呼吸强度，在测定细胞呼吸强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行细胞呼吸。用 NaOH 溶液除去玻璃钟罩内的 CO2，植物进行细胞呼吸消耗一定量的 O2，释放等量的 CO2，而 CO2被 NaOH 溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出细胞呼吸强度。在测定净光合作用强度
23、时要满足光合作用所需的条件：充足的光照、一定浓度的 CO2(由 NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量 CO2，产生等量 O2，而 NaHCO3溶液可保证装置内 CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受 O2释放量的影响，而不受 CO2气体减少量的影响。对照实验装置乙中9红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果。实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物细胞呼吸消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，则该植物的呼吸速率为(1.50.5)0.54(g/h)；净光合速率为(4.50.5)0.58(g/h)，白天光照 15 h的净光合作用量是 815120(g
24、)，一昼夜葡萄糖的积累量为 1204984(g)。9.某同学利用如图所示的装置研究 CO2含量以及光强度对某种树叶光合作用的综合影响。实验用生长状况相同的若干同种新鲜叶片，在室温 25 下进行，缓冲液能调节密闭小室 CO2浓度始终保持相对恒定。用相应装置精确测量，结果如下表。请分析回答下列问题：实验条件 组别 光强度(lx)CO2(%)液滴移动(mLh1)18000.03右移 6.021 0000.03右移 9.031 0000.05右移 11.241 5000.05右移 11.251 5000.03右移 9.0(1)第 3 组装置液滴右移的生理原因是_。该装置在 2 h 内，缓冲液释放到密闭
25、小室空间的 CO2约为_ mg。第 3、4 两组的结果相同，限制第 4 组光合作用的非生物因素主要是_。(2)装置虽均置于 25 环境下，但有同学认为液滴移动的量不一定真正代表光合作用释放O2的量，因为光照引起的_会导致密闭小室气体的物理膨胀。由此，实验方案应再作相应完善。(3)某同学认为本实验不能令人信服地说明光照和 CO2浓度的相互作用，使光合作用进一步增强。该同学又增设了一组实验，你认为该组的实验条件组合是_。答案 (1)光合作用产生的 O2多于细胞呼吸消耗的 O2 44 CO2浓度 (2)温度变化(升高) (3)光强为 800 lx，CO2浓度为 0.05%解析 缓冲液的作用是维持密闭空间内 CO2浓度的稳定，即树叶从空间吸收的 CO2量与缓 冲液释放的 CO2量相等。而空间气体体积增加量(树叶释放 O2量)等于树叶从空间吸收的 CO2量，即 11.2 mL/h2 h22.4 mL。第 3、4 组接受的光强度不同，但光合速率相同，故 CO2浓度是限制第 4 组光合作用的主要非生物因素。10