1、第第 11 讲讲 光合作用与细胞呼吸的综合应用光合作用与细胞呼吸的综合应用 考纲要求 光合作用与细胞呼吸的综合应用。 考点一考点一 光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的联系光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的联系 1.物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH(H)，f：C5，g：CO2，h：C3。 2.生理过程及场所 序号 生理过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段 场所 叶绿体类 囊体膜 叶绿体 基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 1.光合作用与细胞呼吸中物质及能量转化 (1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向 C：CO2 暗
2、反应 有机物 呼吸 丙酮酸 呼吸 CO2 H：H2O 光反应 H 暗反应 (CH2O) 有氧呼吸、 H 有氧呼吸 H2O O：H2O 光反应 O2 有氧呼吸 H2O 有氧呼吸 CO2 暗反应 有机物 (2)光合作用与有氧呼吸中H和 ATP 的来源、去路 比较项目 来源 去路 H 光合 作用 产生于光反应中水的光解 用于暗反应中 C3的还原 有氧 产生于第一、二阶段 消耗于第三阶段，与 O2结合生 呼吸 成 H2O ATP 光合 作用 产生于光反应阶段，其中 的能量来自光能 用于暗反应过程中 C3的还原， 其中的能量转变成有机物中稳 定的化学能 有氧 呼吸 三个阶段均能产生，但第 三阶段相对较多
3、 用于各项生命活动(光合作用的 暗反应除外) (3)光合作用与有氧呼吸中的能量转化 2.不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点 曲线 光合作用强度与细胞呼吸 强度的关系 气体代谢特点 图示 A 点 只进行细胞呼吸 吸收 O2，释放 CO2 AB 段 细胞呼吸强度大于光合作 用强度 吸收 O2，释放 CO2 B 点 细胞呼吸强度等于光合作 用强度 不与外界发生 气体交换 B 点后 光合作用强度大于细胞呼 吸强度 吸收 CO2，释放 O2 命题点一 光合作用与细胞呼吸基本过程的判断 1.(2018 天津红桥区高三二模)下图为植物细胞代谢的部分过程简图，为相关生理过程。 下列叙述错误的是( ) A.若
4、植物缺镁，则首先会受到显著影响的是 B.的进行与密切相关 C.蓝藻细胞中发生在叶绿体基质中 D.叶肉细胞中 O2的产生量小于中 O2的吸收量，则该细胞内有机物的总量将减少 答案 C 解析 镁是合成叶绿素的成分， 光反应阶段需要叶绿素吸收光能， 若植物缺镁则叶绿素的合 成受到影响，首先会受到显著影响的生理过程是光反应过程，A 项正确；是植物细胞通 过主动运输吸收无机盐离子的过程，需要消耗能量，故与过程密切相关，B 项正确；蓝 藻细胞是原核细胞，没有叶绿体，C 项错误；图中光反应过程 O2的产生量小于有氧呼 吸过程 O2的吸收量，则净光合作用量小于 0，该植物体内有机物的量将减少，D 项正确。 2
5、.(2017 全国，29)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乙醇，出现这种情况的原因是_。 答案 (1)O2 NADP ADP 和 Pi C 5 NADH (2)C 和 D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸 解析 (1)光合作用光反应阶段，水光解形成 NADPH 和氧气，因此图中是 O2；可形成
6、NADPH，应为 NADP ；可形成 ATP，应为 ADP 和 Pi；三碳化合物还原可形成有机物和 五碳化合物，因此表示 C5。细胞呼吸过程中产生的H代表的物质主要是 NADH。 (2)图中 A 表示光反应阶段，B 表示暗反应阶段，C 代表细胞质基质(可发生有氧呼吸的第一 阶段)，D 代表线粒体(可发生有氧呼吸的第二阶段和第三阶段)，其中光反应阶段、有氧呼吸 的三个阶段都能合成 ATP，而暗反应阶段不但不能合成 ATP 还会消耗 ATP。因此，ATP 合 成除发生在 A 过程，还发生在 C 和 D 中。 (3)植物叶肉细胞中，有氧条件下，丙酮酸进入线粒体最终分解形成二氧化碳和水；在缺氧 条件下
7、进行无氧呼吸，转化成乙醇和二氧化碳。 命题点二 以叶绿体和线粒体为载体分析光合作用与细胞呼吸的关系 3.下面是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图，下列相关叙述错误的是 ( ) A.细胞处于黑暗环境中，该细胞单位时间释放的 CO2量即为呼吸速率 B.细胞没有与外界发生 O2和 CO2的交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率 C.细胞处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的 CO2量为 N1与 N2的和 D.分析细胞可得出，此时的光照强度较弱且 N1小于 M2 答案 D 解析 结合图示可知，细胞中仅线粒体中有气体的消耗和生成，故应处在黑暗环境中，此 时细胞单位时间内释放的 CO2量可表
8、示呼吸速率，A 项正确；细胞没有与外界进行气体 交换，此时光合速率与呼吸速率相等，B 项正确；细胞需要从外界环境吸收 CO2，并向细 胞外释放 O2，此时细胞所处环境的光照强度大于光补偿点，细胞所利用的 CO2包括细胞呼 吸产生的 N2和从环境中吸收的 N1，C 项正确；细胞中，线粒体利用的 O2除来自叶绿体 外，还要从细胞外吸收，说明此时细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞进行有氧呼吸和光 合作用的过程中，O2的净消耗量(吸收量)M2与 CO2的净生成量 N1相等，D 项错误。 4.(2018 江苏， 29 节选)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、 乙两种细胞器的部分物质及能量代 谢途径示意图(N
9、ADPH 指H)，请回答下列问题： (1)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为_后进入乙，继而在乙的 _(填场所)彻底氧化分解成 CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合 成 NADPH，NADPH 中的能量最终可在乙的_(填场所)转移到 ATP 中。 (2)乙产生的 ATP 被甲利用时，可参与的代谢过程包括_(填序号)。 C3的还原 内外物质运输 H2O 裂解释放 O2 酶的合成 答案 (1)丙酮酸 基质中 内膜上 (2) 解析 (1)图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。氧气充足时，光合作用产生的三 碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体， 丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化
10、分解成 CO2， 同时 产生H和 ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的H在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段， 即和 O2反应生成水，同时产生大量 ATP。叶绿体中产生的过多的还原能通过物质转化合成 NADPH，NADPH 可通过参与有氧呼吸第三阶段产生 ATP。(2)由图示可知，乙(线粒体)产生 的 ATP 能够进入甲(叶绿体)，所以在线粒体中合成的 ATP 可以用于 C3的还原，同时还能用 于内外物质的运输、酶的合成等；水的光解不需要 ATP。 考点二考点二 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 1.真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的曲线辨析 (1)内在关系
11、细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值 单位时间内一定量组织的 CO2释放量或 O2吸收量。 净光合速率： 植物绿色组织在有光条件下测得的值单位时间内一定量叶面积所吸收的 CO2量或释放的 O2量。 真正光合速率净光合速率细胞呼吸速率。 (2)判定方法 根据坐标曲线判定 a.当光照强度为 0 时，若 CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表 净光合速率，如图甲。 b.当光照强度为 0 时，光合速率也为 0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。 根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总) 光合速率 CO2 释放量(黑暗)
12、吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 2.光合作用与细胞呼吸曲线中的“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。 (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
13、移；反之，移动方向相反。 3.植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析 (1)自然环境中一昼夜植物 CO2吸收或释放速率的变化曲线 a 点：凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。 b 点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。 bc 段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。 c 点：上午 7 时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 ce 段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。 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，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 ef 段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。 fg 段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。 bf 段：制造有机物的时
14、间段。 ce 段：积累有机物的时间段。 一昼夜有机物的积累量S1(S2S3)(S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积)。 (2)密闭容器中一昼夜 CO2浓度的变化曲线 (注意： 分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时， 应分析曲线变化趋势的快慢， 也就是斜率。 ) AB 段：无光照，植物只进行细胞呼吸。 BC 段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。 CD 段：4 时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。 D 点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 DH 段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中 FG 段表示“光合午休”现象。 H 点：随光照减弱，光合作用
15、强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 HI 段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。 I 点低于 A 点：一昼夜后，密闭容器中 CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正 常生长(若 I 点高于 A 点，植物不能正常生长)。 命题点一 真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率曲线的分析 1.(2019 郑州一中质检)如图表示 20 时玉米光合速率与光照强度的关系，Sa、Sb、Sc依次表 示有关物质量的相对值，下列说法中不正确的是( ) A.SaSbSc表示光合作用总量 B.ScSa表示净光合作用量 C.光照强度从 B 点到 D 点变化过程中，C3逐渐减少
16、D.若提高 CO2浓度，则 B 点左移 答案 A 解析 由图可知，ScSa表示净光合作用量，SaSb表示呼吸消耗的总量，玉米光合作用总 量呼吸消耗量净光合量SbSc；光照强度从 B 点到 D 点变化过程中，光照强度增加， 光反应产生的H和 ATP 增加，被还原的 C3增多，所以细胞中的 C3逐渐减少；若提高 CO2 浓度，光补偿点减小，B 点左移。 2.图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为 a、b、c、d 时，单位时间内 CO2释放量和 O2 产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系，下列说法正确的是( ) A.图甲中，光照强度为 b 时，光合速率等于呼吸速率 B.图甲中，光照强
17、度为 d 时，单位时间内细胞从周围吸收 2 个单位的 CO2 C.图乙中，当光照强度为 x 时，细胞中产生 ATP 的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.图乙中，限制 e、f、g 点光合作用速率的因素主要是光照强度 答案 B 解析 分析甲图可知，光照强度为 b 时，CO2释放量和 O2产生总量相等，细胞呼吸释放的 CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，则此时细胞呼吸速率大于光合速 率，A 项错误；光照强度为 d 时，水稻叶肉细胞的光合速率大于细胞呼吸速率，光照强度为 a 时，CO2释放量即为细胞呼吸速率，则光照强度为 d 时，O2产生总量为 8 个单位，需要消 耗的 CO2也
18、为 8 个单位，所以单位时间内需从外界吸收 CO2为 2 个单位，B 项正确；图乙 中所示生物为蓝藻，蓝藻不含线粒体和叶绿体，C 项错误；图乙中，限制 g 点光合作用速率 的因素不是光照强度，可能是二氧化碳浓度及温度等，D 项错误。 命题点二 光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”移动方向的分析 3.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为 25 和 30 ，如图表示 30 时光 合作用与光照强度的关系。若温度降到 25(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论下图中 相应点 a、b、d 的移动方向分别是( ) A.下移、右移、上移 B.下移、左移、下移 C.上移、左移、上移 D.上移、右移、上移
19、 答案 C 解析 图中 a、 b、 d 三点分别表示细胞呼吸强度、 光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。 由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为 25 和 30 ”可知，当温度从 30 降到 25 时，细胞呼吸强度降低，a 点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d 点)时吸收的 CO2增多，d 点上移；b 点光合作用强度细胞呼吸强度，在 25 时细胞呼吸强度降低，光 合作用强度增强， 在除光照强度外其他条件不变的情况下要使光合作用强度仍然与细胞呼吸 强度相等，需降低光照强度，即 b 点左移。 4.(2018 长沙明德中学质检)下图表示光照强度和 CO2浓度对某植物光合速率的影响。 下列
20、有 关叙述错误的是( ) A.曲线中 a 点转向 b 点时，叶绿体中 C3浓度降低 B.曲线中 d 点转向 b 点时，叶绿体中 C5浓度升高 C.ab 段影响光合速率的主要因素是光照强度 D.bc 段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件 答案 B 解析 a 点转向 b 点时，光反应增强能提供更多的还原氢和 ATP 用于 C3的还原，故 C3浓度 会下降； d 点转向 b 点时 CO2浓度增加， 会有更多的 C5用于 CO2的固定， 故 C5浓度会下降； ab 段表示随光照强度的增大，光合速率增加，故光照是影响光合速率的主要因素；bc 段光 照强度已经饱和，温度等成为光合速率的影响因素。
21、 命题点三 光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析 5.科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检 测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是( ) A.光照强度增大是导致 ab 段、lm 段 Pn 增加的主要原因 B.致使 bc 段、mn 段 Pn 下降的原因是气孔关闭 C.致使 ef 段、op 段 Pn 下降的原因是光照逐渐减弱 D.适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 答案 B 解析 早晨太阳出来后光照强度不断增大， 使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速 上升，A 项正确；大棚栽培条件下的油桃在 bc 段 Pn 下降，主要原因是太阳出来后
22、旺盛的光 合作用消耗大量 CO2，使大棚内密闭环境中 CO2浓度迅速下降，而露地栽培的油桃在 mn 段 Pn 下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，吸收 CO2减少，B 项错误；15 时以后，两种 栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C 项正确；适时浇水从而避免 植物因缺水导致气孔关闭， 增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施， D 项正确。 社会责任 提高大棚内农作物产量的途径 途径 具体方法和注意事项 延长光照时间 夜间适当补充光照：最好选择日光灯，时间不能太长， 保证经济效益 增大光合面积 合理密植：要适度，避免相互遮光造成减产 间作、套种：要选择合适
23、的两种作物，减少竞争导致的 减产 提高光合作用强度 提高 CO2浓度：如适当通风、焚烧秸秆、施用农家肥 合理施肥：如农家肥和化肥配合使用，还要避免施肥过 度造成“烧苗” 提高净光合作用速率 适当增大昼夜温差：白天适当升温，夜间适当降温，增 加有机物的积累量 6. (2018 青岛高三质检)如图是北方某干旱地区夏日晴朗天气，黄瓜叶片净光合速率与胞间 CO2浓度的日变化曲线。请回答下列问题： (1)据图推测 13：00 时，_(填“增加”或“降低”)环境的相对湿度可降低黄瓜光合 作用“午休”的程度，原因是_。 (2)有同学认为，17：0018：00 胞间 CO2浓度快速上升的原因是呼吸速率大于光合
24、速率， 你认为是否正确？_(填“是”或“否”)，理由是_ _。 (3)玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将 CO2“泵”入某些进行光合作 用的细胞，保证暗反应顺利进行。在干旱缺水地区，与 11：00 时相比，13：00 时该类植物 光合作用速率反而有所升高，除光照、温度等因素外，主要原因是_ _。 答案 (1)增加 避免因气孔关闭导致胞间 CO2浓度较低， 进而影响暗反应速率 (2) 否 由 图中实验结果可知该时间段净光合速率大于零 (3)该类植物能利用较低浓度的 CO2 解析 (1)图中显示，13：00 时黄瓜光合作用出现了“午休”现象，是气孔关闭导致 CO2吸 收不足， 进而
25、影响光合作用暗反应， 因此适当增加环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午 休”的程度。(2)据图中实验结果可知，17：0018：00 之间黄瓜的净光合速率大于零，说 明其光合速率大于呼吸速率。(3)根据题意分析可知，玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶， 能通过一系列反应将 CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞， 即玉米、 甘蔗等植物能利用较 低浓度的 CO2，所以在干旱缺水地区，与 11：00 时相比，13：00 时该类植物光合作用速率 反而有所升高。 重温高考重温高考 演练模拟演练模拟 1.(2018 海南，4)高等植物细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是( ) A.光合作用中的光反应 B.光合作
26、用中 CO2的固定 C.葡萄糖分解产生丙酮酸 D.以 DNA 为模板合成 RNA 答案 A 解析 高等植物细胞中，光合作用中的光反应只能发生在类囊体膜上，A 正确；光合作用中 CO2的固定发生在叶绿体基质中，B 错误；葡萄糖分解产生丙酮酸发生在细胞质基质中，C 错误； 以DNA 为模板合成RNA 即转录过程， 发生在细胞核和叶绿体、 线粒体基质中， D 错误。 2.(2017 北京，2)某植物光合作用、细胞呼吸与温度的关系如下图。据此，对该植物生理特 性理解错误的是( ) A.细胞呼吸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 025 范围内，温度变化对光合速率的影响
27、比对呼吸速率的大 D.适合该植物生长的温度范围是 1050 答案 D 解析 由图可知，细胞呼吸的最适温度为 50 左右，光合作用的最适温度为 30 左右，A 项正确；由最上图可知，植物体净光合作用的最适温度约为 25 ，B 项正确；在 025 范围内， 总光合速率曲线的上升幅度比呼吸速率曲线上升幅度大， 说明温度变化对光合速率 的影响比对呼吸速率的影响大，C 项正确；由图可以看出，当温度超过 45 时，净光合速 率小于 0，植物不能正常生长，D 项错误。 3.(2017 海南，5)关于生物体内能量代谢的叙述，正确的是( ) A.淀粉水解成葡萄糖时伴随有 ATP 的生成 B.人体大脑活动的能量主
28、要来自脂肪的有氧氧化 C.叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程 D.硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量 答案 C 解析 淀粉是在淀粉酶的作用下被水解成葡萄糖的，该过程没有 ATP 的生成，A 项错误； 人体大脑活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化，B 项错误；暗反应产生葡萄糖的过程需要 光反应提供能量， C项正确； 硝化细菌生成有机物的能量来自其将NH3和HNO2氧化的过程， D 项错误。 4.(2016 四川，1)叶肉细胞内的下列生理过程，一定在生物膜上进行的是( ) A.O2的产生 B.H2O 的生成 C.H的消耗 D.ATP 的合成 答案 A 解析 O2产生于光反应中， 场所
29、是叶绿体类囊体膜， A 项正确； 生成 H2O 的生理过程较多， 未必都在生物膜上进行，如蛋白质合成过程产生水，其场所是核糖体，B 项错误；消耗H 的过程有有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段和光合作用暗反应，场所不一定有膜结构， 如细胞质基质、叶绿体基质，C 项错误；ATP 的合成场所有细胞质基质、线粒体基质、线粒 体内膜、叶绿体类囊体膜，不一定有膜结构，D 项错误。 5.(2018 全国，30)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树 冠不同层的 A、B 两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题： (1)由图可知，A 叶片是树冠_(填“上层”或“下层”
30、)的叶片，判断依据是 _。 (2)光照强度达到一定数值时，A 叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净 光合速率降低的主要原因是光合作用的_反应受到抑制。 (3)若要比较 A、B 两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶 剂是_。 答案 (1)下层 A 叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于 B 叶片 (2)暗 (3)无 水乙醇 解析 (1)根据题图中的曲线可知，A 叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为 1 200 molm 2 s1，B 叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为 2 000 molm2 s1，即 A 叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于 B 叶片，因此 A 叶片位于树冠下层。(2) 当光照强度达到一定数值时，A 叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，原因可能是光合 作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。
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