第12讲 光合作用和细胞呼吸的综合应用-【高效备战】2025届高考生物一轮复习课件

第12讲 光合作用和细胞呼吸的综合应用 第三单元 细胞的能量供应和利用 【课程标准】 序号 内容要求 1 分析：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系 2 辨析-计算-测定：总(真正)光合速率、净(表观)光合速率、呼吸速率 光合作用和 细胞呼吸的 能量联系和 物质联系 总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定 目录 CONTENTS 01 02 2 【第1课时】 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 12H2O 12H2O 6H2O 6O2 6O2 6CO2 6CO2 多种酶 12C3 6C5 (稳定化学能) 20NADH 6H2O 根部吸水 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ (活跃化学能) 葡萄糖 (C6H12O6) 2丙酮酸 (C3H4O3) 酶 酶 酶 2酒精C2H5OH+2CO2 或2乳酸(2C3H6O3) 酶 2ATP 热能 2ADP 2Pi 28ATP 热能 28ADP 28Pi 4NADH 2ATP 热能 2ADP 2Pi 4NADH 光合v__呼吸v ＞ = ＜ ( ) ( ) 光 ATP 热能 ( ) ( ) ( ) ( ) 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 H2O C6H12O6 C3H4O3 O2 H2O CO2 光反应 暗反应 呼 Ⅲ 呼Ⅰ 呼 Ⅱ 呼Ⅱ 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 项目 光合作用 细胞呼吸 细胞 植物____细胞、____等 场所 植物：________ 蓝藻：________ 真核细胞：__________________ 原核细胞：__________________ 条件 实质 ______→______，________能量 ______→______，________能量 绿色 蓝藻 活细胞 叶绿体 光合片层 细胞质基质、线粒体 细胞质基质、细胞膜 有光时；色素、酶 随时；酶 无机物 有机物 同化储存 无机物 有机物 异化释放 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 1.场所和总反应式。 阶段 光反应 暗反应 呼Ⅰ 呼Ⅱ 呼Ⅲ 无氧呼吸 有氧呼吸 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量 酶 光合作用： 有氧呼吸： 12H2O + 6CO2 C6H12O6 + 6H2O + 6O2 光能 叶绿体 物质可逆 其余不可逆 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 2.能量联系。 活跃化学能 稳定化学能 活跃化学能 热能 (ATP-[H]) (CH2O) (ATP) 无氧呼吸还有__________的去向 酒精或乳酸 【比较大小】①光反应中活跃化学能___细胞呼吸中活跃化学能。 ②动物细胞中ATP的总能量___葡萄糖的总能量。 ＞ ＜ 光合作用： 有氧呼吸： 无氧呼吸： 光反应(水的光解) 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 (1)[H]、ATP的来去。 暗反应(还原C3) 呼Ⅰ、呼Ⅱ 呼Ⅲ(还原O2) 呼Ⅱ(还原丙酮酸) 呼Ⅰ 光合作用： 有氧呼吸： 无氧呼吸： 多数耗能生命活动 (除暗反应等) 光反应(ATP的合成) 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 (1)[H]、ATP的来去。 暗反应(还原C3) 呼Ⅰ、呼Ⅱ、呼Ⅲ 呼Ⅰ CO2 O2 H2O (2)CO2、O2、H2O的来去。 暗反应、呼Ⅲ、土壤 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 光反应、呼Ⅱ、空气 呼Ⅱ、空气 暗反应、空气 呼Ⅲ、空气 光反应、空气 C3 C6H12O2 CO2 (3)C、H、O的来去。 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 呼Ⅰ 还原 固定 三碳化合物 NADH 呼Ⅱ 丙酮酸 (C3H4O3) (3)C、H、O的来去。 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 呼Ⅱ、呼Ⅰ 暗反应 呼Ⅲ 光反应 NADPH C6H12O2 H2O NADH 呼Ⅱ (3)C、H、O的来去。 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 呼Ⅱ、呼Ⅰ 暗反应 呼Ⅱ 呼Ⅲ 光反应 C6H12O2 H2O CO2 O2 暗反应 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 3.物质联系。 (4)判断气体的穿膜层数、浓度高低以及相关pH大小。 光 ( ) ( ) ①图中O2、CO2的穿膜层数分别为____，若在相邻细胞间穿梭利用呢？____。 ②请在图上标注O2和CO2浓度最高和最低的地方。 ③比较图中三种基质pH大小关系：__________＞__________＞__________。 O2 CO2 5、4 7、6 最高 最低 最低 最高 线粒体基质 叶绿体基质 细胞质基质 4.识别常考图。 考点一：光合作用和细胞呼吸的能量联系和物质联系。 内侧面 类囊体膜 叶绿体基质 内侧面 线粒体内膜 内外膜间隙 光反应 暗反应 呼Ⅰ ⅡⅢ 多数耗能 生命活动 光反应 暗反应 吸ⅠⅡ 呼Ⅲ 呼Ⅰ 呼Ⅱ CO2固定 C3还原 丙酮酸 三碳化合物 【反馈练习】 1.如图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径,其中①～⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是 A. 过程①②③不在生物膜上进行 B. 参与过程②③⑤的酶的种类不同 C. 过程②③④⑤都有ATP产生 D. 过程③产生的[H]全部来自丙酮酸 固定 还原 呼2 呼3 呼1 光反应 【反馈练习】 2.蓝细菌是引起“水华”现象的主要微生物。如图是蓝细菌光合作用和呼吸作用过程中含碳化合物相互转化的部分图解。下列相关叙述正确的是 A. 与过程①②有关的酶分布在叶绿体基质中 B. 有氧呼吸中,与过程③相比,过程④产生[H]的量较多 C. 过程③④能为过程②提供ATP和NADPH D. 在乳酸菌细胞中能发生的过程是③和④ 固定 还原 呼2 呼1 【第2课时】 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定 1.相互关系: 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 CO2固定量 0 A B C 光照强度(lux) D 光饱和点 呼吸点 光补偿点 净光合速率 = 总光合速率 – 呼吸速率 净光合速率 (表观光合速率) 总光合速率 (真正光合速率) 呼吸速率 (起点从0起) (起点从负起) 0 CO2吸收量 (＞0) (≥0、＜0) (≥0) 【生长条件】 净光合v_＞0 若遇黑暗，还需扣除黑暗下的呼吸量。 净光合量 呼吸量 ①持续光照下的生长条件：____________。 ②昼夜交替下的生长条件：_______________________________。 ③昼夜平分下的生长条件：___________________。 净光合v ＞ 0 净光合v•白天t1 - 呼吸v•晚上t2＞0 净光合v - 呼吸v ＞ 0 t1+t2=24h 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 【方法1】依据______。 物理 模型 总/真光合v 净 光合v 呼吸v O2 CH2O CH2O O2 指植株(叶片)在光下单位时间单位叶面积上CH2O或O2的_____________ 制造量、生产量 指植株(叶片)在光下单位时间单位叶面积上O2_____,CH2O___________ 积累、储存量 释放量 指植株(叶片)在黑暗中单位时间单位叶面积上O2______、CH2O______ 指植株(叶片)在光下单位时间单位叶面积上CO2的______________ 固定/利用/消耗量 指植株(叶片)在光下单位时间单位叶面积上CO2的______ 吸收量 指植株(叶片)在黑暗中单位时间单位叶面积CO2的______ 释放量 呼吸 速率 净光合速率 总光合速率 CO2 C O2 消耗量 吸收量 关键词 (光下可测) (无法检测) (黑暗可测) 2.辨别方法: 净光合速率 总光合速率 呼吸 速率 (黑暗可测) (光下可测) (无法检测) 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 2.辨别方法: 检测植株或叶片或叶肉细胞 CO2 O2 有机物/干重 光照下 同化量、固定量 利用量、消耗量 光照下 产生量、合成量 生成量、制造量 光照下 吸收量 光照下 释放量 光照下 积累量、储存量 黑暗下 释放量、产生量 生成量、制造量 黑暗下 吸收量、利用量 消耗量 光照下 消耗量 【方法1】依据______。 关键词 总光合速率 (真正光合v) 净光合速率 (表观光合v) 呼吸速率 = + 1.“植物体在光下O2释放量”是指_______________________。 2.“植物体在光下O2吸收量”是指_______________________。 3.“植物体在光下CO2吸收量”是指______________________。 4.“植物体在光下CO2释放量”是指______________________。 5.“植物体在光下产生/制造O2量”是指________。 6.“植物体在光下固定/利用/消耗CO2量”是指________。 7.“植物体制造/生产有机物量”是指________。 8.“植物体积累有机物量” 是指________。 9.“植物体黑暗中干重的减少量”是指______。 10.“植物体光照下干重的减少量”是指_______________________。 11.“植物体光照下干重的增加量”是指_______________________。 光合量-呼吸量=净光合量 总光合量 净光合量 总光合量 呼吸量 总光合量 【反馈练习】 呼吸量-光合量=-净光合量 光合量-呼吸量=净光合量 呼吸量-光合量=-净光合量 呼吸量-光合量=-净光合量 光合量-呼吸量=净光合量 CO2 O2 吸收:m2 CO2 释放:m1 固定:m1+m2 产生:n1+n2 吸收:n1 O2 释放:n2 呼吸速率 呼吸速率 净光合速率 净光合速率 总光合速率 总光合速率 糖类 糖类 制造 消耗 积累 丙酮酸 真正（总）光合速率=净（表观）光合速率+呼吸速率 【教学参考】 24 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 【方法2】依据__________。 曲线始终点 2.辨别方法: 光合强度 光合速率 光照强度 净光合速率 0 温度℃ 速率 呼吸速率 总光合速率 CO2吸收量 总光合速率 净光合速率 净光合速率 总光合速率 净光合速率 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 3.计算示例。 例1 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. 两曲线的交点表示光合作用制造的与细胞呼吸消耗的有机物的量相等 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 净光合量(速率) 呼吸量(速率) 总光合量 净光合量 总光合量 总光合量 1.用密闭的培养瓶培养等量的绿藻（单细胞藻类），将其置于4种不同温度下（t1<t2<t3<t4）培养，分别测定光照和黑暗条件下培养瓶中氧气的含量变化如图所示。下列叙述正确的是 A．氧气消耗的场所为线粒体基质，产生的场所为叶绿体类囊体薄膜 B．温度逐渐升高过程中，绿藻的光反应速率不变，暗反应速率增强 C．温度逐渐升高过程中，绿藻的光合速率和呼吸速率均逐渐增强 D．温度为t3时，光照时间至少长于16小时绿藻才能正常生长 【反馈练习】 【反馈练习】 2.某兴趣小组测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗速率以及光照条件下单位时间内O2的释放速率，结果如图所示。下列说法正确的是 A. O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质 B. 20℃时棉花植株的总光合速率最大 C. 30℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的二倍 D. 40℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失,光合作用停止 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 3.计算示例。 例2 将状况相同的某种绿叶等分成四组，在不同温度下分别暗处理1小时，再光照1小时（光强和CO2浓度相同），测其重量变化，得到如下表的数据。由下表可以得出的结论是 组别 一 二 三 四 温度/℃ 27 28 29 30 暗处理后重量变化/㎎ -1 -2 -3 -1 光照后与暗处理前重量变化/㎎ +3 +3 +3 +1 净光合速率/㎎·h-1 总光合速率/㎎·h-1 A．该植物光合作用的最适温度约是27℃ B．该植物呼吸作用的最适温度约是29℃ C．27～29℃下的净光合速率相等 D．30℃下的真正光合速率为2㎎/h 呼吸速率/㎎·h-1 +1 +2 +3 +1 +4 +5 +6 +2 +5 +7 +9 +3 29℃ 不等 3mg/h 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 3.计算示例。 例3 将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其余的实验条件都是理想的)，实验以C02的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表。下列分析正确的是 净光合量/速率 呼吸量/速率 A．昼夜不停地光照，温度在35℃时该植物不能生长 B．昼夜不停地光照，该植物生长的最适宜温度约是30℃ C. 每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在20℃的条件下，该植物积累的有机物最多 D. 每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度在30℃时，该植物积累的有机物是温度在10℃时的2倍 × 净光合＞0 × 25℃ 净光合量-呼吸量 1.75 0.50 1.0 × 1/2 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 3.计算示例。 例4 对某植物在不同环境条件下氧气的吸收量和释放量(mg/h)进行测定，结果如下表。下列对结果分析不合理的是 A．在5klx光照条件下5h，10℃时光合作用产生的O2总量比20℃时多2.5 mg B．在20℃时，分别用10klx和5klx光照10h，黑暗14h，O2增加量前者比后者多30 mg C．在10℃、10 klx光照4.8h后，转入20℃黑暗环境19.2h，O2变化量为0 D．该实验的自变量是光照强度、温度和光照时间，CO2浓度等属于无关变量 光照强度(klx) 温度 0 5 10 10℃ -0.5 +3.0 +4.0 20℃ -1 +2.0 +5.0 5klx10℃：___________=____ 5klx20℃：___________=____ (3+0.5)×5h 17.5 (2+1)×5h 15 20℃10klx：_______________=____ 20℃5klx：________________=____ 5×10h-1×14h 36 2×10h-1×14h 6 4×4.8h-1×19.2h=0 自变量 因变量 因变量 无关变量 × 自变量1 自变量2 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 3.计算示例。 例5 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强 总光合v 呼v-光v 2光v=呼v 黑暗 净光合v=总光v-呼v=_____ 8-6=2 × 蓝藻无线叶 × 水稻 蓝藻 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 装置 解读 甲 乙 实验处理及结果 ______溶液 (________) 某温度下单位t的向__移动量代表______ ________液 (提供___并维持____________) 某温度且____处理下液滴向__移动量代表______ 同温度且某____下液滴向___移动量代表________ 4.测定方法: (1)液滴移动法：通过测定_________来测定陆生植物的净光合v和呼吸v。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 O2变化量 甲 乙 NaOH 吸收CO2 呼吸量 左 CO2缓冲 CO2 CO2浓度不变 遮光 左 呼吸量 光照 右 总光合量 动物材料 植物种子 植株或 绿色组织 NaOH溶液 净光合量 NaHCO3溶液 ①测绿色植物呼吸v时为排除光合干扰需_____处理植株 ②为排除微生物的呼吸干扰需将材料____和将装置____ 遮光 ③为排除气压、气温干扰需设置甲为_____________________,乙为_______的对照组 消毒 灭菌 等体积的灭活生物材料 蒸馏水 O2 CO2 n O2 CO2 m 蒸馏水 k 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 蒸馏水 + - NaOH 溶液 + - NaHCO3 溶液 + - 4.测定方法: (1)液滴移动法：通过测定_________来测定陆生植物的净光合v和呼吸v。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 O2变化量 测净光合v 测呼吸v 对照组 总光合v=__________ m n k m+∣n∣- k 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 4.测定方法: (2)黑白瓶法：通过测定_________变化来测定水生植物的净光合v和呼吸v。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 【归纳提升】①计算总光合量，____初始值。即：_____________________。 ②计算净光合量和呼吸量，____初始值。 【测W0】从某深度水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量(W0)，然后悬挂于原水深处。 【测Wt】一段时间(t)后，分别测出黑白瓶的溶氧量(Wt)并算出平均值。 【计算】 ∵ 黑瓶(遮光组)：用于测_________ = _________ 白瓶(透光组)：用于测_________ = _________ ∴ 总光合量 = ________ + _______ = _________ 呼吸量 净光合量 W0-Wt黑 Wt白-W0 Wt白-Wt黑 W0-Wt黑 Wt白-W0 无需 白瓶现有量-黑瓶现有量 必需 溶氧量(W) 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 4.测定方法: (3)半叶称干重法：通过称量_______来测定陆生植物的净光合v和呼吸v。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 干重(M) 【实验注意】实验前，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A、B两部分的物能转移。 ∵ A半叶(遮光组)：用于测_________ = __________ B半叶(照光组)：用于测_________ = __________ ∴ 总光合量 = ________ + ________ = __________ 呼吸量 净光合量 M0-Mt遮 Mt光-M0 Mt光-Mt遮 M0-Mt遮 Mt光-M0 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 4.测定方法: (4)叶圆片称干重法：通过称量_______来测定陆生植物的净光合v和呼吸v。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 干重(M) 2h黑暗测_______ _________ 总光合v=_____________ (x-y)/2 2h光照测________ _________ (z-y)/2 (x＋z－2y)/2 呼吸v 净光合v 考点二：总光合v、净光合v、呼吸v的辨别、计算与测定。 4.测定方法: (5)叶圆片上浮法：通过测定________来比较不同条件下净光合v的大小。 液滴移动法、黑白瓶法；半叶称干重法、叶圆片称干重法等。 O2释放量 【测定原理】利用真空渗入排出叶肉细胞间隙的空气，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在水中溶解度很小而在胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。 【结果比较】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)，即能比较光合作用的强弱。 1.常用实验条件的控制方法。 ①增加水中O2——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物； ②减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水； ③除去容器中CO2——氢氧化钠溶液； ④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中； ⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热； ⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光； ⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光； ⑧线粒体提取——细胞匀浆离心。 【拓展提升】 光合-呼吸的探究实验设计 2.实验变量的控制。 ①光强：可用不同功率的灯泡或相同功率的灯泡(但与植物的距离不同)来控制。 ②温度：可用不同的恒温装置控制。 ③CO2浓度：可用不同浓度的CO2缓冲液(NaHCO3溶液)。 3.实验装置的数量控制。 不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行对照实验，而应该用一系列装置进行相互对照。无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度值”。 【拓展提升】 光合-呼吸的探究实验设计 【反馈练习】 1.为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是 A. 在无光条件下,液滴向左移动 B. 在有光条件下,液滴向右移动 C. 在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率 D. 随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大 【反馈练习】 2.研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是 A. 遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理时低 B. 照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合 C. 照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的 D. 要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重 【反馈练习】 3.某科研小组从某处取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中,剩余水样测得初始溶氧量为10mg·L-1。将它们分别置于六种不同的光照条件下,温度保持不变，24h后实测获得六对黑白瓶中溶氧量,据表判断下列选项中错误的是 光照强度/klx 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3 A. 黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧 B. 光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶氧量相等,说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用 C. 当光照强度为c时,白瓶中植物产生的氧气量为21 mg D. 当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中植物的光合速率不会增加 【课堂小结】 44 $$