資源簡介

一、光合作用與細胞呼吸的關系
1．光合作用和細胞呼吸關系圖解
(1)物質方面
①C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2。
②O：H2OO2H2O。
③H：H2ONADPH(CH2O)
[H]H2O。
(2)能量方面：光能
2．光合作用和有氧呼吸過程中[H]和ATP的來源、去向
項目 光合作用 有氧呼吸
[H] 來源 光反應階段產生 第一、二階段產生
去向 還原C3 用于第三階段還原O2
ATP 來源 光反應階段產生 三個階段都能產生
去向 可用于暗反應階段C3的還原 作為能量貨幣，可用于各項生命活動
3.圖解光合作用與細胞呼吸的關系
4．呼吸速率、真正光合速率、凈光合速率的表示方式
項目 表示方法(單位：g·cm－2·h－1)
呼吸速率 線粒體釋放CO2量(m1)；黑暗條件下細胞(植物體)釋放CO2量(葡萄糖消耗量) 線粒體吸收O2量(n1)；黑暗條件下細胞(植物體)吸收O2量
凈光合速率 細胞(植物體)吸收的CO2量(m2)；植物(葉片)積累葡萄糖量 細胞(植物體)釋放的O2量(n2)
真正(總)光合速率 葉綠體利用、固定CO2量m3或(m1＋m2)；植物(葉綠體)產生葡萄糖量 葉綠體產生、釋放O2量n3或(n1＋n2)
例1　如圖表示光合作用和有氧呼吸過程中C、H、O三種元素的轉移途徑以及能量轉換過程，圖中序號表示相關的生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．在元素轉移途徑中，④與⑧、⑦與⑨表示的生理過程相同
B．在元素轉移途徑中，能在小麥根尖成熟區細胞中發生的生理過程有②③⑥⑦⑨
C．在有氧呼吸過程中，產生能量最多的過程是⑦或⑨
D．⑩ 產生的ATP中的化學能都可以轉變為光能和機械能
答案　D
解析　⑩產生的ATP只能用于暗反應，轉化為有機物中的化學能，D錯誤。
例2　(2022·江蘇泰州中學高一開學考試)圖甲表示在一定的光照強度下，植物葉肉細胞中
CO2、O2的來源和去路，找出圖甲在圖乙中的位置(　　)
A．AB之間 B．BC之間
C．C點以后 D．B點
答案　A
解析　從圖甲可以看出，線粒體產生的CO2除了供給葉綠體，還釋放出一部分，說明細胞呼吸速率大于光合作用速率；分析圖乙，B點為光合作用速率等于細胞呼吸速率的點，AB段光合作用速率小于呼吸速率，因此圖甲位于圖乙的AB段，A正確。
二、自然環境及密閉容器中光合作用變化的模型
1．自然環境中一晝夜植物光合作用曲線
(1)a點：凌晨3時～4時，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放量減少。
(2)b點：上午6時左右，有微弱光照，開始進行光合作用。
(3)bc段(不含b、c點)：光合作用強度小于細胞呼吸強度。
(4)c點：上午7時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
(5)ce段(不含c、e點)：光合作用強度大于細胞呼吸強度。
(6)d點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現光合“午休”現象。
(7)e點：下午6時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。
(8)ef段(不含e、f點)：光合作用強度小于細胞呼吸強度。
(9)fg段：沒有光照，光合作用停止，只進行細胞呼吸。
(10)積累有機物時間段：ce段。
(11)制造有機物時間段：bf段。
(12)消耗有機物時間段：Og段。
(13)一天中有機物積累最多的時間點：e點。
(14)一晝夜有機物的積累量表示為：S1－S2－S3(S1、S2、S3表示面積)。
2．密閉容器中一晝夜CO2和O2含量的變化
(1)光合速率等于呼吸速率的點：C、E。
(2)圖甲中N點低于虛線，該植物一晝夜表現為生長，其原因是N點低于M點，說明一晝夜密閉容器中CO2含量減少，即總光合量大于總呼吸量，植物生長。
(3)圖乙中N點低于虛線，該植物一晝夜不能生長，其原因是N點低于M點，說明一晝夜密閉容器中O2含量減少，即總光合量小于總呼吸量，植物不能生長。
例3　夏季晴朗的一天，甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．甲植株在a點開始進行光合作用
B．乙植株在e點有機物積累量最多
C．曲線b～c段和d～e段下降的原因相同
D．兩曲線b～d段不同的原因可能是甲植株氣孔沒有關閉
答案　D
解析　分析圖示可知，這一天的6時(甲曲線的a點)和18時左右，甲、乙兩植株光合作用吸收CO2的速率和細胞呼吸釋放CO2的速率相等；在6時(甲曲線的a點)之前，甲、乙兩植株的光合作用已經開始，但光合作用強度比細胞呼吸強度弱，A錯誤；在18時后，甲、乙兩植株的光合作用速率開始小于細胞呼吸速率，有機物的積累最多的時刻應為18時，e點時有機物的積累量已經減少，B錯誤；圖示曲線的b～c段下降的主要原因是部分氣孔關閉導致葉肉細胞內CO2濃度降低，d～e段下降的原因是光照強度減弱，光反應產生NADPH和ATP的速率減慢，這兩段下降的原因不相同，C錯誤；分析題圖可知，甲植株不存在光合“午休”現象，乙植株存在光合“午休”現象，可能的原因是甲植株氣孔沒有關閉，D正確。
例4　將一植株放在密閉玻璃罩內，置于室外一晝夜，獲得實驗結果如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．圖甲中的光合作用開始于C點之前，結束于F點之后
B．到達圖乙中的d點時，玻璃罩內的CO2濃度最高
C．圖甲中的F點對應圖乙中的g點
D．經過這一晝夜之后，該植株的有機物含量會增加
答案　C
解析　圖甲中的C、F點表明光合作用速率等于細胞呼吸速率，根據相應的時間可知，與圖乙中的d、h點相符，即C點對應d點，F點對應h點，故C錯誤。
三、測定光合速率和呼吸速率的方法
1．“裝置圖法”測定光合速率與呼吸速率
(1)測定裝置
(2)測定方法及解讀
①測定呼吸速率(裝置甲)
a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。
c．置于適宜溫度環境中。
d．紅色液滴向左移動(用紅色液滴單位時間內向左移動的距離代表呼吸速率)。
②測定凈光合速率(裝置乙)
a．裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。
b．必須給予較強光照處理，且溫度適宜。
c．紅色液滴向右移動(用紅色液滴單位時間內向右移動的距離代表凈光合速率)。
③根據“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。
物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。
2．葉圓片稱重法
測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示，以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。
凈光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
3．黑白瓶法
“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的問題，其中“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規律如下：
規律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
規律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差即總光合作用量。
4．半葉法
如圖所示，將植物對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不做處理)，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。一定時間后，在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應的有機物含量應視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過部分即為光合作用產物的量，再通過計算可得出光合速率。
例5　某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組，室溫25 ℃下進行了一系列的實驗，對實驗過程中裝置條件及結果的敘述錯誤的是(　　)
A．若X溶液為CO2緩沖液并給予光照時，液滴移動距離可表示凈光合作用強度大小
B．若要測真正光合強度，需另加設一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液
C．若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細胞呼吸時，液滴右移
D．若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移
答案　C
解析　清水既不吸收和釋放O2，也不吸收和釋放CO2，光合作用產生的O2量和細胞呼吸釋放的CO2量相等，液滴不移動，C錯誤。
例6　某研究小組從當地一湖泊的某一深度取得一桶水樣，分裝于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為10 mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，24小時后，實測獲得六對黑白瓶中溶解氧的含量，記錄數據如下，以下說法不正確的是(　　)
光照強度(klx) 0 a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
A.若只考慮光照強度，該深度湖水中所有生物在晚上8 h內呼吸消耗O2的量為 mg
B．光照強度為a klx時，該水層生物產氧量與生物耗氧量可維持動態平衡
C．當水層中的溶氧量達到30 mg/L時，光照強度不再成為限制溶氧量增加的主要因素
D．若將e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，瓶中光合生物細胞的C3含量會增加，C5含量會減少
答案　A
解析　黑瓶中溶解氧的含量降低為3 mg/L的原因是黑瓶沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧，其中的生物呼吸消耗氧氣，該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的氧氣量為：原初溶解氧含量－24小時后溶解氧含量，即10－3＝7(mg/L)，故該深度湖水中所有生物在晚上8 h內呼吸消耗氧氣的量為 mg/L，A錯誤；光照強度為a klx時，白瓶中溶氧量不變，說明植物光合作用產生的氧剛好用于所有生物的細胞呼吸，故光照強度為a klx時，該水層生物產氧量與生物耗氧量可維持動態平衡，B正確；由表中數據可知，當該水層中的溶氧量達到30 mg/L時，白瓶中含氧量不再增加，所以此時光照強度將不再成為限制溶氧量增加的主要因素，C正確；若將e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，光照減弱，光反應產生的NADPH和ATP減少，C3的還原減慢，二氧化碳的固定繼續進行，所以瓶中光合生物細胞的C3含量會增加，C5含量會減少，D正確。
1．(2022·江蘇鹽城伍佑中學高一期末)下圖表示菠菜葉肉細胞光合作用與細胞呼吸過程中碳元素和氫元素的轉移途徑，其中①～⑥代表有關生理過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．過程①②③不在生物膜上進行
B．參與過程②③⑤的酶種類不同
C．過程②③④都有ATP產生
D．過程③用于形成[H]的H＋全部來自丙酮酸
答案　D
解析　過程①光合作用暗反應發生在葉綠體基質；②有氧呼吸的第一階段，發生的場所是細胞質基質；③有氧呼吸第二階段，發生的場所是線粒體基質，不在生物膜上進行，A正確；過程②③分別為有氧呼吸的第一、二階段，⑤為光合作用的光反應階段，參與過程②③⑤的酶種類不同，B正確；過程②③④為有氧呼吸三個階段，都有ATP產生，C 正確；過程③有氧呼吸第二階段是丙酮酸和水反應產生二氧化碳和[H]，釋放少量能量，用于形成[H]的H＋部分來自丙酮酸，部分來自水，D錯誤。
2．如圖是在不同光照強度下測得的桑樹與大豆間作(兩種農作物隔行種植)和大豆單作(單獨種植)時大豆的凈光合速率。假設間作與單作農作物間的株距、行距均相同。據圖分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．單作、間作時大豆植株的呼吸速率相同
B．光照強度為a時，影響大豆植株間作和單作光合速率的主要因素均為光照強度
C．光照強度為b時，大豆植株單作固定CO2的速率約為24 μmol·m－2·s－1
D．大豆植株開始積累有機物時的最低光照強度單作大于間作
答案　A
解析　據題圖分析，曲線與縱軸的交點表示呼吸速率，與單作相比，間作時大豆植株的呼吸速率較小，A錯誤；光照強度為a時，曲線處于上升階段，此時影響大豆植株間作和單作光合速率的主要因素均為光照強度，B正確；光照強度為b時，大豆植株單作固定CO2的速率為實際的光合速率，且實際光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率≈4＋20＝24(μmol·m－2·s－1)，C正確；圖中間作的光補償點小于單作的，說明大豆植株開始積累有機物時的最低光照強度單作大于間作，D正確。
3．以CO2的吸收速率與釋放速率為指標，研究溫度對某植物光合作用與細胞呼吸的影響(其余實驗條件均適宜)，結果如表。下列對該表數據分析正確的是(　　)
溫度(℃) 5 10 15 20 25 30 35
光照下吸收CO2速率(mg/h) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00
黑暗下釋放CO2速率(mg/h) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50
A.植物細胞呼吸速率與溫度表現為負相關
B．該植物光合作用對溫度的敏感性比細胞呼吸高
C．晝夜不停地光照，該植物生長的最適宜溫度是30 ℃
D．在恒溫條件下，每天光照、黑暗各12小時，25 ℃時該植物積累的有機物最多
答案　B
解析　由表格信息可知，黑暗下釋放CO2速率即植物細胞呼吸速率，在5～35 ℃范圍內隨溫度的增加而增大，與溫度表現為正相關，A錯誤；該植物30 ℃與35 ℃的實際光合速率都是6.5，故光合作用最適宜溫度在30～35 ℃之間；在5～35 ℃范圍內，呼吸速率在35 ℃時最大，但35 ℃不一定是細胞呼吸的最適宜溫度，故該植物光合作用對溫度的敏感性比細胞呼吸高，B正確；晝夜不停地光照，該植物生長的最適宜溫度是25 ℃，因為在此溫度下有機物積累量最多，C錯誤；一晝夜凈積累量＝實際光合作用積累量－呼吸消耗量，每天交替進行12小時光照、12小時黑暗，一晝夜凈積累量＝光照時凈積累量×12－黑暗時呼吸消耗量×12，綜合可知，溫度保持在20 ℃的條件下，該植物積累的有機物最多，為3.25×12－1.50×12＝21(mg)，D錯誤。
4.如圖是葉肉細胞內兩種細胞器間的氣體關系圖解，據圖判斷下列說法錯誤的是(　　)
A．a、c表示葉綠體釋放氧氣的量，a＋c可以表示總光合速率
B．b、c表示線粒體吸收氧氣的量，b＋c可以表示呼吸速率
C．黑暗中，a、c的量為零
D．葉肉細胞的凈光合速率可以用c或d來表示
答案　D
解析　凈光合速率可以用a或e表示，D錯誤。
5．圖甲為光合作用最適溫度條件下，植物光合速率測定裝置圖，圖乙中a、b為測定過程中某些生理指標相對量的變化(注：植物細胞呼吸的最適溫度高于光合作用)。下列說法錯誤的是(　　)
A．圖甲裝置在較強光照下有色液滴向右移動，再放到黑暗環境中有色液滴向左移動
B．若將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數為1%的NaOH溶液，其他條件不變，則植物幼苗葉綠體產生NADPH的速率將不變
C．一定光照條件下，如果再適當升高溫度，真正光合速率會發生圖乙中從b到a的變化，同時呼吸速率會發生從a到b的變化
D．若圖乙表示圖甲植物光合速率由a到b的變化，則可能是適當提高了CO2緩沖液的濃度
答案　B
解析　將圖甲中的CO2緩沖液換成質量分數為1%的NaOH溶液，裝置內的二氧化碳全部被氫氧化鈉吸收，光合作用的原料只能來自植物自身細胞呼吸產生的二氧化碳，光合速率下降，暗反應會抑制光反應的進行，故植物幼苗葉綠體產生NADPH的速率將減小，B錯誤。
6．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合速率，做了如圖所示實驗：在葉柄基部做環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1 cm2的葉圓片烘干后稱其重量，M處的實驗條件是下午16時后將整個實驗裝置遮光3小時，則測得葉片葉綠體的光合速率是(單位：g·cm－2·h－1，不考慮取葉圓片后對葉片生理活動的影響和溫度微小變化對葉片生理活動的影響)(　　)
A．(3y－2z－x)/6 B．(3y－2z－x)/3
C．(2y－x－z)/6 D．(2y－x－z)/3
答案　A
解析　分析題意可知，上午10時到下午16時之間的6個小時，植物既進行光合作用，也進行細胞呼吸，因此其重量變化表示的是凈光合作用量，則凈光合速率＝凈光合作用量/6＝(y－x)/6；而M處的實驗條件是下午16時后將整個實驗裝置遮光3小時，此時葉片只進行細胞呼吸，因此可以計算出呼吸速率＝(y－z)/3；因此總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6。

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