2025届高考生物学二轮复习专题四 细胞代谢：光合作用（讲义）

专题四 细胞代谢——光合作用 考纲要求 1. 光合作用的基本过程（2） 2.影响光合作用速率的环境因素（2） 考点分布 光合作用 2024北京（4），2024河北（19），2024浙江（24），2024湖北（4），2024湖南（7），2024甘肃（17），2024全国卷新课标（7） 光合作用与呼吸作用 2024安徽（16），2024山东（21），2024江苏（20），2024重庆（18），2024广东（20） 知识网络 重难知识：叶绿体中色素的提取和分离 1.色素吸收光的情况 ①叶绿体中的色素只吸收可见光，不吸收红外光和紫外光等。 ②叶绿素对蓝紫光和红光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。 ③叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。 2.实验原理 ①色素提取的原理绿叶中的色素能够溶解在无水乙醇等有机溶剂中，可以利用无水乙醇提取绿叶中的色素。 ②色素分离的原理 绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。因此，不同的色素会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 3.实验流程 提取色素：加入少许SiO2和CaCO3、10mL无水乙醇，迅速研磨并用单层尼龙布过滤 ↓ 制备滤纸条：距剪去两角的滤纸条一端1cm处用铅笔画一条细线 ↓ 画滤液细线：用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线画一细线，待干后再画一两次 ↓ 色素分离：将适量层析液倒入试管→插人滤纸条→棉塞塞紧试管口 ↓ 观察结果及分析 4.实验结果 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 5.实验异常现象以及原因 ①收集到的滤液颜色过浅： 溶质少：菠菜叶不新鲜，叶片发黄； 剪取叶片量太少； 未加SiO2，研磨不充分未加CaCO3； 部分色素被破坏。 溶剂多：加入无水乙醇量太大，滤液浓度太低。 ②滤纸条无色素带：未使用无水乙醇或其他有机溶剂；未画滤液细线；滤液细线接触到了层析液，色素溶解到层析液中。 ③色素带重叠：滤液细线不直；滤液细线过粗。 6.叶绿体的结构和功能 （1）结构图 ①双层膜：内膜、外膜，包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。 ②基粒：每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，扩大了内部膜的表面积，这些囊状结构称为类囊体，吸收光能的四种色素和光合作用有关的酶就分布在类囊体的薄膜上。 ③基质：基粒与基粒之间充满了基质，基质中含有与光合作用有关的酶。 （2） 功能：进行光合作用的场所。 典型例题 · 叶绿体中色素的提取和分离 为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( ) A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 答案：D 解析：A、提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确； B、由于不同色素在层析液中溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B正确； C、不同光合色素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色，C正确； D、叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。 重难知识：考查光合作用的探究历程 1.普利斯特利的实验 密闭玻璃罩+绿色植物→蜡烛（不易熄灭）/小鼠（不易窒息死亡） （1）没有发现光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。 （2）限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。 2.萨克斯的实验 黑暗中饥饿处理的绿叶→一般曝光（碘蒸汽）→变蓝/一半遮光（碘蒸汽）→ 不变蓝 （1）该实验设置了自身对照，自变量为光的有无因变量是颜色变化（有无淀粉生成）。 （2）该实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱色处理。 （3）本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明光是光合作用的必要条件。 3.恩格尔曼的实验 水绵（好氧菌）→（黑暗无空气）→极细光束→好氧菌只分布在叶绿体被光束 照射到的部位周围/完全曝光→好氧菌分布在叶绿体所有受光的部位 （1）结论：叶绿体是光合作用的场所，光合作用过程能产生氧气。 （2）该实验设置极细光束和黑暗完全曝光和黑暗两组对照。自变量为光照和黑暗，因变量为好氧菌聚集的部位。 4.鲁宾和卡门的实验 ①该实验设置了对照，自变量是标记物质（H218O和C18O2），因变量是O2的放射性。 ②鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪CO2和H2O中的C、H、O等元素在光合作用中的转移途径。 典型例题 · 光合作用的探究历程 下列关于光合作用探究历程中几位科学家研究方法及结论的叙述，错误的是( ) A.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B.希尔利用离体叶绿体证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成是同一个反应 C.鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用产生氧气中氧元素全部来自水 D.卡尔文用14C标记CO2发现小球藻光合作用中碳原子转移途径CO2→C3→糖类 答案：B 解析：A、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确； B、希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中没有合成糖类所必需原料CO2，因此实验证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应，B错误； C、鲁宾和卡门运用了同位素标记法，用18O分别标记两组实验中的H2O和CO2，证明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，C正确； D、卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性去向，证明了小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类，D正确。 重难知识：光合作用过程及物质含量的变化分析 1.光合作用的过程是由一系列的化学反应组成的，根据是否需要光照，光合作用的过程分为光反应阶段和暗反应阶段。 （1）光合作用图解 （2）光反应阶段 ①概念：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫光反应阶段。 ②场所：叶绿体类囊体的薄膜上（有光反应过程中所需要的色素和酶）。 ③条件：必须有光、叶绿体中的色素和酶。 ④过程 a.水的光解：叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面将水分解成O2和[H]，O2释放，[H]是活泼的还原剂，被传递到叶绿体基质中，作为还原剂，参与暗反应。 b.ATP的合成：叶绿体中光合色素吸收的光能，另一方面在有关酶的催化作用下，促进ADP与Pi生成ATP，光能转变为化学能储存在ATP中，参与暗反应。 ⑤实质：将光能转变成活跃的化学能，释放出O2。 （3）暗反应阶段 ①概念：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫暗反应阶段。 ②场所：在叶绿体内的基质中进行。 ③条件：多种酶参与。 ④过程 a.CO2的固定：绿叶从气孔吸收的CO2与C5结合，即一个CO2分子被一个C5分子固定后，形成2个C3分子。 b.C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并被[H]还原。一部分C3经一系列变化形成糖类；另一部分C3经一系列变化形成C5，使暗反应持续进行。 ⑤实质：同化CO2，将（ATP中）活跃的化学能转化成稳定的化学能，储存在形成的有机物中。 （4）光合作用中元素去向 （5）化能合成作用与光合作用的比较 化能合成作用与光合作用的本质相同，都是将无机物合成有机物；利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。 2.光合作用过程中C5、C3、[H]等物质含量的变化分析 （1）分析方法当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析： （2）含量变化的比较 条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 [H]和ATP的含量 减少或没有 增加 增加 减少 （CH2O）的合成量 减少 增加 减少 增加 （3） 模型图分析 典型例题 · 光合作用的过程 1.Rubisco催化CO2的固定，其活性易受低CO2浓度的抑制。为了适应水中低CO2环境，地球上几乎所有水生藻类都进化出一种称为蛋白核的特殊结构，为Rubisco提供浓缩的CO2，而陆地农作物细胞中通常不含这种蛋白核，下列推断不合理的是( ) A.低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而抑制光合作用速率 B.高等植物的Rubisco最可能主要分布在细胞的叶绿体基质中 C.光合作用过程中Rubisco催化CO2的固定需要ATP和NADPH D.导入蛋白核合成基因的农作物可能不存在光合“午休”现象 答案：C 解析：A、Rubisco催化CO2的固定，低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而抑制光合作用速率，A正确； B、Rubisco催化CO2的固定，即暗反应的过程，故高等植物的Rubisco最可能主要分布在细胞的叶绿体基质中，B正确； C、光反应产生的ATP和NADPH参与暗反应过程C3的还原，光合作用过程中Rubisco催化CO2的固定不需要ATP和NADPH，C错误； D、光合“午休”现象是由于气孔关闭导致二氧化碳不足造成的，导入蛋白核合成基因的农作物为Rubisco提供浓缩的CO2，可能不存在光合“午休”现象，D正确。 故选C。 · 光合作用过程中的物质变化 2.下图是某绿色植物细胞内生命活动示意图，其中①、②、③、④、⑤表示生理过程，A、B、C、D表示生命活动产生的物质。下列表述错误的是( ) A.在生物膜上发生的生理过程有③和④ B.如果树冠叶肉细胞中刚好满足图示的动态平衡状态，该植物能够正常生长 C.若施加18O2，在植物体内检测到C6H1218O6，则其元素转移途径应该是18O2→H218O→C18O2→C6H1218O6 D.若突然停止光照，短时间内叶绿体基质中C3含量上升C5含量下降 答案：B 解析：A、光反应在类囊体薄膜上进行，有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行，光反应能利用光合色素吸收的光进行水光解产生氧气，即④是光反应，有氧呼吸第三阶段消耗氧气，产生水，故③是有氧呼吸第三阶段，⑤表示暗反应，场所是叶绿体基质，①表示有氧呼吸第一阶段，场所是细胞质基质，②表示有氧呼吸第二阶段，场所是线粒体基质，A正确； B、如果树冠叶肉细胞中刚好满足图示的动态平衡状态，说明叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，但由于植物体内存在不进行光合作用的细胞，故该植物呼吸速率大于光合速率，植物不能正常生长，B错误； C、若施加18O2，该氧气可与还原氢结合形成H218O，H218O参与有氧呼吸第二阶段生成C18O2，C18O2参与光合作用暗反应最终形成C6H1218O6，C正确； D、若突然停止光照，光反应停止，还原氢和ATP减少，使C3还原形成C5速率减慢，短时间内CO2和C5形成C3的速率不变，故叶绿体基质中C3含量上升，而C5含量下降，D正确。 故选B。 重难知识：影响光合作用的因素 1.遗传因素 植物的光合作用能力因植物种类、同种植物的器官种类及生长时期不同而不同。 2.单因素影响 把握影响光合作用因素的3类曲线 [特别提醒] (1)光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与。 (2)进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。 (3)CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行。 3.多因素分析 含义：P点前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高；Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因子。 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2，浓度以提高光合作用速率。 典型例题 · 影响光合作用的因素 1.（2024·湖北）植物甲的花产量、品质（与叶黄素含量呈正相关）与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( ) 组别 光照处理 首次开花时间 茎粗（mm） 花的叶黄素含量（g/kg） 鲜花累计平均产量（kg/hm2） ① 光照8h/黑暗16h 7月4日 9.5 2.3 13000 ② 光照12h/黑暗12h 7月18日 10.6 4.4 21800 ③ 光照16h/黑暗8h 7月26日 11.5 2.4 22500 A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，且产量最高 B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关 C.综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理 D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关 答案：C 解析：影响光合作用的因素与其他组相比，第①组处理首次开花时间最早，说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但其鲜花累计平均产量小于第②③组，故A错误；植物甲花的品质与叶黄素含量呈正相关，据表中信息可知，随着光照处理中的黑暗时长减小，植物甲花的叶黄素含量先升高后降低，故B错误；第②组处理植物甲花的叶黄素含量最高，鲜花累计平均产量明显大于第①组，略小于第③组，综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C正确：比较第②组和第③组的结果可知，第②组植物甲花的叶黄素含量较第③组高，但第③组的鲜花累计平均产量高于第②组，说明植物甲花的叶黄素含量与花的产量不呈正相关，D错误。 2.（2024·北京）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是( ) A.增加叶片周围环境CO2浓度 B.将叶片置于4℃的冷室中 C.给光源加滤光片改变光的颜色 D.移动冷光源缩短与叶片的距离 答案：A 解析：A、二氧化碳是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量，A符合题意；B、降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；C、给光源加滤光片改变光的颜色可能会使单位时间单位叶面积的氧气释放量降低，比如将蓝紫光改变为绿光会降低光合速率，C不符合题意；D、移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。故选A。 重难知识：密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线 1.图甲中各点的含义及形成原因分析 a点：温度降低，细胞呼吸强度减弱，CO2释放量减少。 b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。 bc段（不包括c点）：光合作用强度<细胞呼吸强度。 c点：光合作用强度=细胞呼吸强度。 ce段（不包括c、e点）：光合作用强度>细胞呼吸强度。 d点：週度过高部分气孔关团出现“光合午休”现象。 e点：光合作用强度=细胞呼吸强度。 ef段（不包括/点）：光合作用强度<细胞呼吸强度。 fg段：没有光照，停止光合作用，只进行细胞呼吸。 2.图乙中各点的含义及形成原因分析 AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。 BC段：凌晨2~4时，植物只进行细胞呼吸，但由于温度降低，细胞呼吸强度减弱。 CD段：4时后，光照微弱，开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度。 D点：上年7时左右，光合作用强度=细胞呼吸强度。 DH段：光照继续增强，光合作用强度>细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。 H点：8时左右，光合作用强度=细胞呼吸强度。 HI段：光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。 典型例题 · 考点1 密闭容器中光合作用曲线 1.下图表示在最适CO2浓度下，给予不同条件时紫罗兰光合速率变化的示意图。已知O-T3段为最适温度，下列分析错误的是( ) A.若实验过程中给紫罗兰提供14CO2，14C3先于14C5出现 B.由适宜光照变为较低光照时，短时间内C3与C5的含量比值将减小 C.若T3时刻改为降低温度，之后光合速率的变化趋势与图中大致相同 D.T2时刻后，叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快 答案：B 解析：A、若实验过程中给紫罗兰提供14CO2，首先进行二氧化碳的固定，出现在14C3，再在14C5出现，A正确； B、由适宜光照变为较低光照时，短时间内C3含量增多，C5的含量减少，故C3与C5比值将增加，B错误； C、已知0-T3段为最适温度，若T3时刻改为降低温度，酶活性降低，之后光合速率的变化趋势与图中大致相同，C正确； D、T2时刻后，给予适宜光照，光合作用增强，叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快，D正确。 故选：B。 · 自然环境中光合作用曲线 2.（2024·新课标全国卷）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 （1）该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________（填“相等”或“不相等”），原因是________________________________。 （2）在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是________________________________。 （3）温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是________________________________。（答出一点即可） （4）通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在________最大时的温度。 答案：（1）不相等；有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率=光合速率-呼吸速率，由图可知，该植物叶片在温度a和c时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度a和c时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度a和c时的有机物积累速率不相等 （2）在温度d时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，由于该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，且需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度d时，该植物体的干重会减少 （3）温度超过b时，随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO2减少（或温度超过b时，随着温度升高，与暗反应有关酶的活性降低） （4）光合速率与呼吸速率差值（或净光合速率） 解析：（1）有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率=光合速率-呼吸速率。由图可知，该植物叶片在温度a和c时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度a和c时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度a和c时的有机物积累速率不相等。 （2）在温度d时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，这些细胞需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度d时，该植物体的干重会减少。 （3）温度较高时，蒸腾作用较强，植物气孔部分关闭，以防止水分大量散失。气孔部分关闭时，通过气孔进入叶片的二氧化碳减少，暗反应速率降低，导致光合速率降低。因此温度超过b时，该植物暗反应速率降低的原因可能是随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO2减少。 （4）植物的净光合速率越大，积累的有机物越多，因此为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。 重难知识：光合作用与细胞呼吸的区别和联系 1.光合作用和细胞呼吸过程中的物质联系 1.C元素 2.O元素 3.H元素 2.光合作用和细胞呼吸过程中的能量联系 3.光合作用和细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去路 来源 去路 [H] 光合作用 光反应阶段水的光解 暗反应阶段还原C3形成（CH2O）等 有氧呼吸 第一阶段葡萄糖的分解及第二阶段丙酮酸和水的分解 第三阶段还原O2产生H20 ATP 光合作用 光反应阶段光能→ATP中活跃的化学能 暗反应阶段ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 有氧呼吸 有机物氧化分解，第一、二、三阶段分别产生2ATP、2ATP、34ATP 在活细胞中作为生命活动的能量“通货” 典型例题 · 光合作用与细胞呼吸的区别与联系 1.下列与光合作用和呼吸作用相关的说法,错误的是( ) A. 能进行光合作用的细胞一定能进行呼吸作用 B. 只有绿色部位才能进行光合作用和呼吸作用 C. 光合作用过程中产生的还原氢和呼吸作用过程中产生的还原氢不同 D. 光合作用和有氧呼吸过程中均需要 H2O 的参与 答案：B 解析：A、所有细胞都能进行呼吸作用，因此能进行光合作用的细胞一定能进行呼吸作用，A正确；B、只有绿色部位才能进行光合作用，但所有活细胞都能进行呼吸作用，B错误； C、光合作用过程中产生的还原氢和呼吸作用过程中产生的还原氢不同，前者是还原型辅酶Ⅱ，后者是还原型辅酶Ⅰ，C正确； D、光合作用和有氧呼吸过程中均需要水的参与，D正确。故选：B。 2.正常光照条件下，某植物叶片叶肉细胞进行光合作用、有氧呼吸的示意图如下（数字表示结构，小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是( ) A.有氧呼吸发生的场所为图中2、3处 B.线粒体产生的CO2被叶绿体利用，至少穿过5层生物膜 C.突然黑暗处理，叶绿体内C3含量短时间内将增加 D.h=c，d=g时，该植株光合作用速率等于呼吸作用速率 答案：C 解析：A、有氧呼吸发生的场所为细胞质基质及图中2（线粒体内膜）、3（线粒体基质），A错误； B、线粒体产生的CO2被叶绿体利用，至少穿过4层生物膜，B错误； C、突然黑暗处理，光反应停止，则为暗反应提供的ATP和NADPH减少，叶绿体内C3含量短时间内将增加，C正确； D、h=c，d=g时，叶肉细胞内光合作用速率等于呼吸作用速率，植株光合作用速率小于呼吸作用速率，D错误。 重难知识：光合作用与细胞呼吸的综合计算 1.光合速率与呼吸速率 ①净光合速率： 植物绿色组织在有光条件下，总光合作用与细胞呼吸同时进行时，测得的数据为净光合速率。从数值关系上：净光合速率=总光合速率-呼吸速率。常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。 净光合速率的测定方法：将植物置于光下，测定容器中O2增加量CO2减少量或有机物增加量。 ②真正光合速率： 表示植物绿色组织在有光条件下进行光合作用消耗的CO2或产生O2的量，即实际光合速率，常用O2产生量CO2固定量或有机物的产生量来表示。 呼吸速率的测定方法：将植物置于黑暗中，测定容器内CO2的增加量O2减少量或有机物减少量。 2.光合作用与呼吸作用的综合计算 光合作用与呼吸作用的综合计算在光照条件下，绿色植物同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用和呼吸作用的原料和产物正好相反，但两者不是可逆过程。解题时常涉及下列三项内容的计算： ①在黑暗条件下的绿色组织或非绿色组织的测定值为呼吸速率。 ②绿色组织在有光条件下光合作用与呼吸作用同时进行，测得的数据为净光合速率。 ③真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。 a.真正光合速率=CO2吸收量+CO2释放量，单位为mg CO2/（单位面积·单位时间）；b.真正光合速率=O2释放量+O2吸收量，单位为mg O2/单位面积·单位时间）； c.光合作用有机物积累量=光合作用有机物生产量-细胞呼吸有机物消耗量。 只有测出净光合速率和呼吸速率，才可推算出真正光合速率。 3.光合作用与细胞呼吸综合曲线解读 （1）绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数值为呼吸速率（A点）。 （2）绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 （3）各点的光合作用和呼吸作用分析 细胞生理活动 ATP产生场所 植物组织外观表现 A点 只进行细胞呼吸，不进行光合作用 只有细胞质基质和线粒体 从外界吸收O2，向外界排出CO2 AB段（不含A、B点） 呼吸量>光合量 细胞质基质、线粒体、叶绿体 从外界吸收O2，向外界排出CO2 B点 光合量=呼吸量 与外界不发生气体交换 B点之后 光合量＞呼吸量 从外界吸收O2，向外界排出CO2——此时植物可更新空气 4.环境条件改变时光补偿点光饱和点的移动 ①光补偿点的移动：呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。 ②光饱和点的移动：相关条件的改变（如增大CO2浓度）使光合速率增大时，光饱和点C应右移，反之左移。 典型例题 · 光合作用与细胞呼吸的综合计算 1.图1表示某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，字母代表有关物质，数字代表代谢过程，图2为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率的影响。下列叙述正确的是( ) A.图1中产生O2的是过程③，消耗O2的是过程⑤ B.图1中D是[H]，E是ATP和NADPH C.图2温度为t3时，叶肉细胞的实际光合速率为12.5mg/h D.图2温度为t4时，植物体光合速率等于呼吸速率 答案：C 解析：A、图1中产生O2的是过程③光反应，消耗O2的是过程①有氧呼吸第三阶段，A错误； B、图1中D是CO2，E是E是ATP和NADPH，B错误； C、光照下氧气产生量就是实际光合速率，t3温度下，叶肉细胞的实际光合速率为12.5mg/h，C正确； D、t4温度条件下，叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，对于整个植物体而言，光合速率小于呼吸速率，D错误。 故选C。 方法突破：常考易错的“三率”分析与计算 1.常考易错的植物“三率” （1）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——单位时间内一定组织的CO2释放量或O2吸收量 （2）真正（总）光合速率：表示植物绿色组织在有光条件下进行光合作用消耗的CO2或产生O2的量。 （3）净光合速率：植物绿色组织在有光条件下，总光合作用与细胞呼吸同时进行时，测得的数据为净光合速率。从数值关系上：净光合速率=总光合速率呼吸速率。 2.植物“三率”的判断 （1）根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值代表呼吸速率，该曲线则代表净光合速率；若CO2吸收值为0，该曲线代表真正（总）光合速率。 （2）根据实验条件判定：实验结果所给数值若为黑暗条件下绿色植物的测定值，则为呼吸速率；若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。 （3）根据代谢过程图解进行判定： a.呼吸速率：②或⑤ b净光合速率：①或④ c.总光合速率③=①+②；⑥=④+⑤。 （4）根据关键词判定：（单位时间内的变化量） 项目 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 典型例题 · 真正光合速率 1.图甲表示在光照充足、CO2浓度适宜的条件下，温度对某植物真正光合作用速率（实线）和呼吸作用速率（虚线）的影响。图乙为该植物在30℃条件下绘制的曲线。请据此判断下列叙述错误的是（ ） A.由图甲可知，与光合作用有关的酶对高温更为敏感 B.当环境温度为40℃时，该植物的有机物净积累量为0mg/h C.预计在30℃条件下，植物生长状况达到最佳 D.如果温度改变为20℃，图乙中b点将向左移动 答案：D 解析：分析图甲可知：实线所示的真正光合作用的最适温度约为30℃，虚线所示的呼吸作用的最适温度约为42.5℃，说明与光合作用有关的酶对高温更为敏感，A正确；当环境温度为40℃时，该植物的真正光合作用速率与呼吸作用速率相等，有机物净积累量为0mg/h，B正确；在30℃条件下，该植物的真正光合作用速率与呼吸作用速率的差值最大，有机物积累的速率最大，植物生长状况达到最佳，C正确；图乙为该植物在30℃条件下绘制的曲线，纵坐标所示的O2的吸收量或释放量表示净光合速率，b点时净光合速率为零，说明真正光合作用速率与呼吸作用速率相等，如果温度由30℃改变为20℃，则光合作用速率比呼吸作用速率降低得多，因此图乙中b点将向右移动，D错误。 · 净光合速率 2.甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是( ) A.CO2浓度为200uL/L时，甲植物的呼吸速率大于乙 B.CO2浓度为400uL/L时，甲、乙植物的光合速率相等 C.CO2浓度为500uL/L时，甲植物水的光解能力小于乙 D.与甲植物相比，乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存 答案：A 解析：CO2浓度为0时，纵坐标对应的数值代表植物的呼吸速率，由题图可知，甲植物的呼吸速率大于乙，A正确；CO2浓度为400uL/L时，甲、乙植物的净光合速率相等，但甲的呼吸速率大于乙，所以此时甲的光合速率大于乙，B错误；CO2浓度为500uL/L时，甲植物的光合速率大于乙，所以甲植物水的光解能力强于乙，C错误；在高浓度的CO2条件下，甲的净光合速率大于乙，所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存，D错误。 方法突破：与光合作用有关的实验探究 1.植物光合速率的测定方法 ①气体体积变化法 在光照充足，温度适宜的条件下，装置可用于测定植物的净光合速率，红色液滴移动量代表植物释放的氧气量。遮光条件下，红色液滴移动量代表植物吸收的氧气量，即呼吸速率，则总光合速率=净光合速率+呼吸速率。用死亡的同种植物替代绿色植物，可作为对照装置，以校对物理等因素导致的实验误差。 ②红外线CO2传感器——测装置中CO2浓度的变化 测定方法：由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有线性关系，因此CO2含量的变化可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化，进而测定植物的净光合速率。 ③“半叶法”测定光合作用有机物生产量（或积累量） 该方法又称半叶称重法，即检测单位时间、单位面积干物质生产量（或积累量）。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正（或净）光合速率和呼吸速率。 测定方法：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不进行处理，并采用适当的方法阻止两部分间物质转移。在适宜光照下照射6h，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，则（MB－MA）表示该时间段内，相应面积的叶片有机物的生产量。若先将遮光（A）侧部分叶片取下烘干称重，6b后再取下光照（B）侧部分叶片烘干称重，分别记为MA、MB，则（MB－MA）表示该时间段内，相应面积时积累量。 ④“黑白瓶”法测定水生植物的光合速率 测定方法：将装有水和水生植物的黑、白瓶置于相同且适宜条件下，测定单位时间内瓶中溶氧量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用，溶氧量变化代表呼吸作用耗氧量；白瓶透光，瓶中生物能进行光合作用和呼吸作用，溶氧量变化代表净光合作用放氧量。因此，真正光合作用量（光合作用总量）=白瓶中氧气增加量（净光合作用量）+黑瓶中氧气减少量（呼吸作用量）。 2.光合速率的其他研究方法 ①间隔光照法——比较有机物合成量 测定方法：光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和[H]除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和[H]不能及时被完全利用，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应产物。因此在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。 ②叶圆片上浮法——定性比较氧气产生速率大小 测定方法：取生长旺盛的菠菜绿色叶片，注意避开大的叶脉，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片若干。处理小圆形叶片，使叶片内的气体逸出，叶片细胞间隙充满水而全都沉到水底，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用实验时再将其放到不同强度光照下。本实验可通过观察相同时间内叶片上浮数量的多少或，上浮相同数量叶片所用时间的长短来反映不同条件下光合速率的大小，该方法只能定性比较光合速率，无法测定光合速率的大小。 典型例题 · 与光合作用有关的实验探究 1.如图是某中学生物兴趣小组为探究二氧化碳浓度对光合作用的影响而设计的装置图，相关叙述错误的是（ ） A.黑藻的成熟程度、水温的变化、NaHCO3浓度均属于无关变量 B.对照组中的蒸馏水应煮沸后冷却，以去除水中的二氧化碳 C.分别在距离实验组和对照组黑藻10cm处放置台灯，作为光源 D.一段时间后测量记录液面高度的变化，推测光合速率的变化 答案：A 解析：本题考查光合作用的影响因素。黑藻的成熟程度、水温的变化属于无关变量，NaHCO3浓度是自变量，A错误；对照组中的蒸馏水煮沸后冷却可以去除水中的二氧化碳，排除水中原有二氧化碳对实验的干扰，B正确；分别在距离实验组和对照组黑藻10cm处放置台灯作为光源，可保证各组光照强度一致，排除无关变量光照强度的干扰，C正确；光合作用释放的氧气可使装置中液面高度发生变化，在一段时间后测量记录液面高度的变化，来推测光合速率的变化，D正确。 2.如图为某生物兴趣小组参考萨克斯证明光合作用产生淀粉的实验，进行的一系列实验操作过程。以下叙述正确的是（ ） A.步骤a的目的是消除叶片中原有的淀粉对实验结果的干扰 B.步骤b中，叶片曝光部分为实验组，遮光部分为对照组 C.步骤c用丙酮替代酒精也能得到类似的实验现象 D.这一实验同时证明了光照是光合作用的必要条件 答案：B 解析：本题考查光合作用的实验操作。在黑暗处理下，植物只进行呼吸作用而不进行光合作用，即只消耗淀粉但不产生淀粉，从而达到消除叶片中原有淀粉的目的，避免了对实验结果的干扰，A正确；实验自变量为有无遮光，曝光部分未进行遮光处理，为对照组，遮光部分进行了遮光处理，为实验组，B错误；酒精的作用是溶解叶片中的光合色素，即脱色处理，以便观察实验结果，而丙酮作为有机物，同样能溶解光合色素，C正确；实验结果表明叶片曝光部分产生了淀粉，而遮光部分未产生淀粉，即叶片曝光部分进行了光合作用，遮光部分没有进行光合作用，证明了光照是光合作用的必要条件，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$