第5章 微专题系列(三) 光合作用和细胞呼吸的综合关系-【金版新学案】2024-2025学年新教材高一生物必修1 分子与细胞同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

微专题系列(三) 光合作用和细胞呼吸的综合关系 　 第5章　细胞的能量供应和应用 一、光合作用与细胞呼吸的关系 1 二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型 2 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 3 跟踪训练 4 内容索引 一、光合作用与细胞呼吸的关系 返回 1．光合作用与细胞呼吸在物质和能量上的联系 (1)物质联系 (2)能量联系 2．总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 (以光合速率大于呼吸速率为例) 项目 表示方法(单位：g·cm－2·h－1) 呼吸速率 线粒体释放CO2量(m1)；黑暗条件下细胞(植物体)释放CO2量(葡萄糖消耗量) 线粒体吸收O2量(n1)；黑暗条件下细胞(植物体)吸收O2量 净光合速率 细胞(植物体)吸收的CO2量(m2)；植物 (叶片)积累葡萄糖量 细胞(植物体)释放的O2量(n2) 真正(总)光合速率 叶绿体利用、固定CO2量m3或(m1＋m2)；植物(叶绿体)产生葡萄糖量 叶绿体产生、释放O2量n3或(n1＋n2) 如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程。图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是   A．在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同 B．在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨ C．在有氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦或⑨ D．⑩⑫产生的ATP中的化学能都可以转变为光能和机械能 ⑩产生的ATP只能用于暗反应，转化为有机物中的化学能，D错误。 √ 典例1 如图表示温度对某种植物在光照下和黑暗中CO2吸收量和释放量(单位：mg/h)的影响情况。已知除了温度变化之外，其他环境条件(如光照强度等)不变，下列说法正确的是   A．根据图中曲线，无法确定细胞呼吸的最适温度 B．光照下CO2的吸收量表示光合作用所需的CO2量 C．图中a点表示光合作用强度与细胞呼吸强度相等 D．环境温度超过25 ℃时，植物体内有机物的量会减少 √ 典例2 随着温度的上升，黑暗中CO2释放量不断增大，所以根据图中曲线，无法确定细胞呼吸的最适温度，A正确；光照下CO2吸收量是净光合速率，表示光合作用所需的CO2量－细胞呼吸释放的CO2量，B错误；由于虚线表示净光合速率，实线表示呼吸速率，所以a点不能表示光合作用强度与细胞呼吸强度相等，C错误；环境温度超过25 ℃时，净光合速率有所减小，但仍大于0，所以植物体内有机物的量仍在增加，D错误。 返回 二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型 返回 图甲为自然环境中一昼夜CO2吸收和释放变化曲线，图乙为密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线。 图甲：夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线 b点：凌晨2～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少； c点：有微弱光照，植物开始进行光合作用； cd段：光合速率小于呼吸速率； d点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率； dh段：光合速率大于呼吸速率； f点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象； h点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率； hi段：光合速率小于呼吸速率； ij段：无光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸 图乙：密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线 AC段：无光照，植物只进行细胞呼吸； AB段：温度降低，细胞呼吸减弱； CD段：4时后，有微弱光照，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EF段出现“光合午休”现象； H点：随光照减弱，光合作用强度下降，此时光合作用强度等于细胞呼吸强度； HJ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 1．有关有机物变化情况的分析(图甲中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是曲线与横纵坐标围成的面积) (1)能进行光合作用制造有机物时间段：ci段(CI段)；消耗有机物时间段：aj段(AJ段)。 (2)积累有机物时间段：dh段(DH段)；一天中有机物积累最多的时间点：h点(H点)。 (3)光补偿点：d点和h点(D点和H点)。 (4)图甲：一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。 2．相对密闭环境中，一昼夜植物体内有机物总量变化分析(图乙) 积累量可用J点与A点对应的CO2浓度的差值表示，据此可判断24小时该植物是否积累有机物。 (1)如果J点低于A点，说明经过一昼夜，光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物(光合作用CO2固定量大于细胞呼吸CO2产生量)，植物体内的有机物总量增加。 (2)如果J点高于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。 (3)如果J点等于A点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。 将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是   A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后 B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高 C．图甲中的F点对应图乙中的g点 D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加 图甲中的C、F点表示光合速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d点，F点对应h点，C错误。 √ 返回 典例3 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 返回 1．“装置图法”测定光合速率与呼吸速率 (1)测定装置 (2)测定方法及解读 ①测定呼吸速率(装置甲) a．装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。 b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。 c．置于适宜温度环境中。 d．红色液滴向左移动(用红色液滴单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。 ②测定净光合速率(装置乙) a．装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。 b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。 c．红色液滴向右移动(用红色液滴单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。 ③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。 物理误差的校正：为防止气压、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．叶圆片称重法 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 净光合速率＝(z－y)/2S； 呼吸速率＝(x－y)/2S； 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 ＝(x＋z－2y)/2S。 3．黑白瓶法 “黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： 规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。 4．半叶法   如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。 某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25 ℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述，错误的是   A．若X溶液为二氧化碳缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度的大小 B．若要测真正光合作用强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液 C．若X溶液为清水并给予光照，光合作用强度大于细胞呼吸强度时，液滴右移 D．若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移 √ 典例4 清水既不吸收和释放氧气，也不吸收和释放二氧化碳，光合作用和细胞呼吸产生和释放的氧气量和二氧化碳量相等，液滴不移动，C错误。 某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24 h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其他生物)如下表。下列说法错误的是 √ 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量/(mg/L) －7 ＋0 ＋6 ＋8 ＋10 ＋10 黑瓶溶氧量/(mg/L) －7 －7 －7 －7 －7 －7 A．可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率 B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长 C．白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5含量减少 D．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光照强度下黑藻的净光合速率 典例5 由题表分析可知，黑瓶中黑藻不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，其中溶氧量的减少代表水体中生物的呼吸速率，不考虑其他生物，因此可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率，A正确；表中光照强度为a时，白瓶中溶解氧变化量为0，说明此时黑藻的净光合速率为0，因此，该光照条件下的黑藻不能生长，B正确；白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，则会导致C5的消耗量减少，而C3的还原过程基本不变，因此，短时间内叶肉细胞中C5含量增加，C错误；综合分析可知，白瓶中溶氧量的变化代表黑藻的净光合速率，因此可根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光照强度下黑藻的净光合速率，D正确。 返回 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量/(mg/L) －7 ＋0 ＋6 ＋8 ＋10 ＋10 黑瓶溶氧量/(mg/L) －7 －7 －7 －7 －7 －7 跟　踪　训　练 返回 1．如图表示光合作用与细胞呼吸过程中部分物质变化的关系。下列说法正确的是   A．图中①②过程消耗ATP，③④⑤过程产生ATP B．①②过程在叶绿体中进行，③④⑤过程在线粒体中进行 C．①过程产生的NADPH参与②过程，③和④过程产生的[H]与氧结合产生水 D．高等植物所有的细胞都可以进行①②③④⑤过程 √ 分析图示可知，①过程表示光反应阶段，②过程表示暗反应阶段，①过程产生的ATP用于②过程，③④⑤表示有氧呼吸全过程，三个阶段都产生ATP，A错误；真核细胞中，①②过程在叶绿体中进行，③过程在细胞质基质中进行，④⑤过程在线粒体中进行，B错误；①光反应阶段产生的NADPH参与②暗反应中C3的还原，③和④过程产生的[H]都在有氧呼吸的第三阶段与氧结合产生水，C正确；不是所有的高等植物都可以进行①②过程，如高等植物的根尖细胞，D错误。 2．如果将一株绿色植物栽培在含H182O的完全培养液中，给予充足的光照，经过一段时间后，下列物质中能含18O的是 ①周围空气的氧气　②周围空气的二氧化碳　③周围空气的水分子　④光合作用产生的葡萄糖 A．① B．①③ C．①②③ D．①②③④ 水的光解产生氧气，周围空气中的氧气含有18O，①正确；水参与细胞呼吸过程，与丙酮酸反应产生二氧化碳释放到空气中，②正确；植物吸收的水大多数用于蒸腾作用散失到空气中，③正确；由于周围空气的二氧化碳含18O，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的葡萄糖也含有18O，④正确，故选D。 √ 3．下图表示某植物在不同光照强度下，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的相对变化。下列对该植物生理过程的分析，正确的是   A．光照强度为a时，光合速率不为0 B．光照强度为b时，光合速率与呼吸速率相等 C．光照强度为c时，光合速率是呼吸速率的2倍 D．光照强度为d时，光合作用从环境中吸收2单位CO2 √ 光照强度为a时，没有O2产生，光合速率为0，细胞呼吸产生6单位CO2，A错误；光照强度为b时，O2产生总量为3单位，即光合作用的CO2消耗量为3单位，此时光合速率小于呼吸速率，B错误；光照强度为c时，O2产生总量等于光照强度为a时CO2释放量，说明此时光合速率等于呼吸速率，C错误；光照强度为d时，O2产生总量为8单位，光合作用除消耗细胞呼吸产生的6单位CO2外，还要从外界环境中吸收2单位CO2，D正确。 4．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细胞呼吸的影响(其余的实验条件都适宜)，实验以CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示： √ 温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35 光照下CO2吸收量/ (mg·h－1) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00 黑暗下CO2释放量/ (mg·h－1) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50 下列对该表数据的分析，正确的是 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，该植物生长的最适温度是30 ℃ C．在表格所给的温度中，每天交替进行12 h光照、12 h 黑暗，温度在20 ℃时，该植物积累有机物最多 D．每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，若想知道该植物积累有机物的最佳温度，应该在20～25 ℃之间设立更多的温度梯度，继续实验 温度在35 ℃时，光照下CO2吸收量为3.00 mg·h－1，净光合速率大于0，昼夜不停地光照，该植物能生长，A错误；由表得知，昼夜不停地光照，该植物生长的最适温度为净光合速率最大时的温度值，故最适温度为25 ℃左右，B错误；有机物积累量＝光照下积累的有机物量－黑暗下消耗的有机物量，故在表格所给的温度中，每天光照12 h、黑暗12 h，在20 ℃时该植物的有机物积累量最大，C正确；每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，若想知道该植物积累有机物的最佳温度，应该在15～25 ℃之间设立更多的温度梯度，继续实验，D错误。 温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35 光照下CO2吸收量/ (mg·h－1) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00 黑暗下CO2释放量/ (mg·h－1) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50 5．(2023·泰州期末)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，设法阻止两部分联系。光照6小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是 A．若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下番茄叶片的光合速率等于呼吸速率 B．本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送 C．忽略水和无机盐的影响，A部分叶片可在给B光照时剪下进行等时长的暗处理 D．选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性 √ mo－a表示呼吸作用消耗有机物的重量，b－mo表示净光合积累有机物的量，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，说明此时光合速率是呼吸速率的2倍，A错误；本实验通过光合产物有机物的变化来计算光合速率的，所以要保证其他物质的正常运输，B正确；若忽略水和无机盐的影响，将A部分叶片剪下后暗处理与题干中遮光处理情况相同，A部分叶片均只能进行呼吸作用消耗有机物，C正确；在对比实验中，应保证其他条件相同且适宜，否则会导致实验结果不准确，D正确。 6．如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图。下列有关叙述错误的是   A．a点CO2释放量减少可能是由于温度降低使细胞呼吸减弱 B．d点时光合速率虽有所下降，但仍大于呼吸速率 C．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 D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段 √ a点之后CO2的释放量又增加，可推测a点是温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，但净光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体的有机物总量增加，C正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，D错误。 返回 谢 谢 观 看 ！ 第 5 章 细 胞 的 能 量 供 应 和 应 用 $$