第二单元 微专题3 光合作用与细胞呼吸的关系(含光合速率和呼吸速率的测定)-【金版教程】2026年高考生物一轮复习解决方案全书word（经典版 不定项版）

学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxkCom 您身边的互联网+教辅专家 微专题3 光合作用与细胞呼吸的关系(含光合速率和呼吸速率 的测定) 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 1. 图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 光合作用 有氧呼吸 CO.- ■C.HO. .CO →ATP NADPH NADP* ATP ADP+Pi -ADP+Pi* ,0 吸收 ■HO 释放 一般在叶绿体 主要在线粒体 2. 光合作用与细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 呼吸作用 含叶绿体的植物细胞; 光合细菌 发生范围 所有活细胞 (如蓝细菌)等 真核细胞:有氧呼吸为细胞质基质、线 叶绿体(真核生物)细胞质(原核生 发生场所 粒体:无氧呼吸为细胞质基质 物) 原核细胞:细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 合成 物质变化 分解 {有机物 无机物 有机物 无机物 能量变化 光能→化学能 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 分解 有机物 合成 无机物(或简单有机物):释 实质 无机物 有机物:储存能量 放能量 能量转化的联 1 有官 暗反应 有氧呼吸第一阶段 有氧呼吸第二阶段 C:CO2 (CHO) 丙嗣酸 CO2 元素转移的联 光反应。有氧呼吸第三阶段 O: HO rO2 HC 系 光反应 .暗反应 H:Ho "H+-→NADPH (CH,O)-一→有氧呼吸第一、二阶[H]一- _. 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 →有氧呼吸第三阶段HC 完佳 0o-0用-00 韩 ATP 过程联系 [例1] 以下为光合作用和细胞呼吸共有的代谢过程是( - A. 将ADP转化为ATF B. 将葡萄糖分解为丙酣酸 C. 光能转变为化学能 D. 将CO,转化为葡萄 答案:A 解析:光合作用的光反应阶段和呼吸作用均能产生ATP,A正确;光合作用的暗反应阶段将 CO.转化为糖类,积累糖类等有机物,而呼吸作用第一阶段将葡萄糖氧化分解为丙酣酸,B 错误:光合作用将光能转变为ATP、NADPH中活跃的化学能,再转变为有机物中稳定的化 学能,而呼吸作用将有机物中稳定的化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能,C错误;光 合作用的暗反应阶段将CO,转化为葡萄糖,有氧呼吸将葡萄糖氧化分解为CO。和水,D错误。 [例2] 如图表示植物细胞代谢的过程,下列有关叙述正确的是( ) H0光 0①]0f0K)0 →2C:H.0H+2CO. -→2CH0. ” 6H-060. : A. 过程①可表示渗透吸水,对过程④⑧研究,发现产生的能量大部分储存于ATP中 B. 过程④发生在细胞质基质中,过程②产生的能量可用于矿质离子的吸收过程 C. 过程③产生的CHO。中的氧全部来自CO,过程⑧可在根尖细胞线粒体内膜上进行 D. 就叶肉细胞来说,若过程②O,的释放量大于过程⑧O,的吸收量,则该植物体内有机物的 量将增加 答案:C 解析:过程①表示渗透吸水,不产生能量,过程④产生少量能量,⑧产生的能量最多, 大部分以热能的形式散失掉了,少部分储存于ATP中,A错误;过程④表示细胞呼吸第一阶 段,发生在细胞质基质中,过程②表示光反应阶段,该阶段产生的能量只能用于暗反应阶段 不可用于矿质离子的吸收过程,B错误;过程③表示暗反应阶段,产生的CHO中的氧来 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 5.ZxxkEom 您身边的互联网+教辅专家 自于CO,过程⑧表示有氧呼吸第三阶段,可在根尖细胞线粒体内膜上进行,C正确;就叶 肉细胞来说,若过程②O;的释放量大于过程⑧O,的吸收量,说明叶肉细胞光合速率大于呼 吸速率,但整个植株所有细胞的呼吸作用可能大于、小于或等于所有叶肉细胞的光合作用, 则该植物体内有机物的量将减少、增加或不变,D错误。 [例3](不定项)如图为某叶肉细胞内的部分能量转化过程简图, 下列叙述不正确的是 _~ 光能 “能量 ADP+P ADP+P A. 过程①需要NADPH供氢 B. 过程③发生在线粒体中 C. 过程①和②中的能量转化发生在光合作用过程中 D. 过程③和④表示呼吸作用中的能量转化 答案:ABD 解析:据图可知,①表示光反应阶段产生ATP的过程,此过程同时能产生NADPH,A错误 过程③表示细胞呼吸过程中有机物的氧化分解,发生场所是细胞质基质、线粒体,B错误 过程③表示呼吸作用中的能量转化,④表示ATP水解产生能量,不属于呼吸作用,D错误。 二 辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 1. 植物三率间的关系 (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 (2)净光合速率:植物绿色组织在有光条件下光合作用和细胞呼吸同时进行测得的数据。 (③)真正光合速率一净光合速率十呼吸速率。 2. 光合速率与呼吸速率的常用表示方法 表示方法(单位面积的叶片在单位时间内的变化量) 项目 0. CO2 有机物 O.产生(生成)速率或 CO.固定速率或叶绿 有机物产生(制造、生 真正光合速率 叶绿体释放O,速率 体吸收CO,速率 成)速率 植物或叶片或叶肉细 植物或叶片或叶肉细 净光合速率 有机物积累速率 胞O,释放速率 胞CO:吸收速率 呼吸速率 黑暗中O吸收速率 黑暗中CO,释放速率 有机物消耗速率 rn 学科网书城 0 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 3.曲线模型及分析 净光合 B 速率 1呼吸 速 特别提醒 曲线图中“三率”的判定 当光照强度为0时,若CO,吸收值为负值,该值的绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合 速率变化曲线,当光照强度为0时,若CO,吸收值为0,该曲线代表真正光合速率变化曲线。 [例4 1(2022全国乙卷,2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的 温度和光照条件下培养,发现容器内CO。含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一 实验现象,下列解释合理的是( ) A. 初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率 B. 初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定 C. 初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率 D. 初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率 答案:D 解析:由于小麦在密闭容器中,无外界环境中CO,进入,并且小麦光合作用吸收CO. 呼吸 作用释放CO,所以初期密闭容器中CO;减少是由于光合速率大于呼吸速率,之后保持相对 稳定是光合速率等于呼吸速率,D正确。 [例5] 烟草被烟草花叶病毒(TMV)感染后,随着TMV大量繁殖,叶片将出现畸形、斑驳等 现象。研究人员对烟草健康株和感病株的色素含量、光合速率等特性进行了研究。回答下列 问题: (1)分别用烟草花叶病毒的蛋白质外壳和RNA感染烟草,能使烟草叶片出现病斑的是 烟草叶肉细胞的叶绿体中生成的ATP主要用于暗反应中 (2用 作为溶剂提取叶片中的色素,再测定叶绿素的含量。测得两种植株的叶绿素含 量如下表所示。结果显示: 烟草健康株和感染TMV植株的 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 叶绿素含量(mgg3·FW) 植株 叶绿素 叶绿素 叶绿素 叶绿素a/ 类型 b含量 a十b含量 a含量 叶绿素b 健康株 2.108 0.818 2.926 2.578 感病株 1.543 2.146 0.604 2.555 (3)下图表示不同光照强度下烟草健康株和感病株的净光合速率变化。当光照强度小于1500 (umolm-2·s-1)时,感病株的净光合速率并未小于健康株,说明此阶段叶绿体中 不 是影响净光合速率的主要因素。 _→-健株 -o-感病林 500 1000 1500 2000 2500 光强(ml·m.) (4)据图判断,健康株和感病株的呼吸作用消耗有机物的速率基本相同,均为 ,当光照强度为1500(umolm2·s-1时,健康株和感病株的实际光 合速率均为 ()强光条件下,感病株的光合作用速率受到影响,可能的原因是 答案:(1)RNA 三碳化合物的还原 (2)无水乙醇 感病株的叶绿素a和叶绿素b含量明显降低,但叶绿素a/叶绿素b基本相同 (③)叶绿素含量 (4)3 molm-2.s-1 18molm-2.s-1 (5)感病株叶绿素的含量低于正常株,吸收、传递和转换光能的能力弱,影响光反应速率 解析:(3)由图可知,当光强小于1500umolm-2·s-1时,感病株的净光合速率大于健康株, 说明此时叶绿素的含量不是影响光合速率的主要因素。 (4)据图可知,健康株和感病株的呼吸作用消耗有机物的速率均为3umolm-2·s-1,当光强 等于1500umolm-2·s-1时,感病株的实际光合速率为15+3-18(umolm-2·s- 学科网书城 0 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 三 光合速率和呼吸速率的测定 1. 装置液滴移动法 气体体积变化法测光合作用O.产生或CO.消耗的体积 红色液滴 红色液滴 行 NaHCO. 溶液 甲 乙 (1)装置中溶液的作用 在测细胞呼吸速率时,NaOH溶液可吸收容器中的CO。:在测净光合速率时NaHCO.溶液可 提供CO,能保证容器内CO浓度的恒定。 (2)测定原理 ①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胸呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO。 所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O。吸收速率,可代表呼吸速离。 ②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO。溶液保证了容器内CO 浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O,释放速率,可代表净光合 速率。 ③真正光合速率一净光合速率十呼吸速率。 (③测定方法 ①将植物置于黑暗中(甲装置)一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。 ②将同一植物置于光下(乙装置)一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。 ③根据呼吸速率土净光合速率一真正光合速率可计算得到真正光合速率。 (4)物理误差的校正 为排除气压、温度等物理因素的影响,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 [例6] 某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因 作物光合作用强度测试的研究课题,设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用 强度的测试实验,并分析回答有关问题。 学科网书城 0 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxk.com. 您身边的互联网+教辅专家 A- A为开关 A-+ _m 下B鼓钟罩 C为转基因作物 E F D为烧杯 -B B- E为红墨水滴 ## F为直尺 死的转 实验药品: ## 基因作物 NaHCO.或NaOH 甲装置 溶液 乙装置 (1)先测定植物的呼吸作用强度,方法步骤如下: ①甲、乙两装置的D中都放入 装置乙作为对照。 ②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行 处理,放在温度等相同且适宜的环境中。 ③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。 (2)测定植物的净光合作用强度,方法步骤如下; ①甲、乙两装置的D中放入 ②把甲、乙装置放在 ③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。 (3)实验进行30分钟后,记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表 实验30分钟后红墨水滴移动情况 甲装置 (填“左”或“右”)移15cm 测定植物呼吸作用强度 乙装置 右移0.5cm 甲装置 测定植物净光合作用强 (填“左”或“右”)移4.5cm 度 乙装置 右移0.5em (4)假设红墨水滴每移动1cm,植物体内的葡萄糖增加或减少1g,那么该植物的呼吸速率是 g/h;白天光照15h,一昼夜葡萄糖的积累量是 g(不考虑昼夜温差的影响). 答案:(1)①NaOH溶液 ②遮光 (2)①NaHCO,溶液②光照充足、温度等相同且适宜的环境中 (③)左 右(4)4 84 解析:(1)在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下,使植物只进行呼吸作用。 植物进行呼吸作用消耗一定量的O,释放等量的CO,而CO;可以被NaOH溶液吸收,根 据一定时间内破璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。 (2)在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件:适宜的温度、充足的光照、一定浓 _ 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 B.zxxk.Com 您身边的互联网+教辅专家 度的CO(由NaHCO;溶液提供),光合作用过程中消耗一定量CO,产生等量O,而NaHCO 溶液可保证装置内CO,浓度的恒定,因此,破璃钟罩内气体体积的变化只受O,释放量的影 响,而不受CO。气体减少量的影响。 (3)若该装置测定细胞呼吸作用强度时,液滴的移动来自氧气的吸收量,液滴向左移动;若该 装置测定植物的净光合作用强度时,液滴的移动来自氧气的释放量,液滴向右移动。 (4)对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果,实验装置 甲同样也受环境因素的影响,因此,植物呼吸作用消耗O,量等于玻璃钟罩内气体体积的改 变量,即该植物的呼吸速率为(1.5+0.5)X2-4(g/h);净光合速率为(4.5-0.5)×2-8(g/h),白 天光照15h的净光合作用量是8×15-120(g),一昼夜葡萄糖的积累量等于15h的光合作用 实际产生量减去24h的呼吸作用消耗量,等同于15h的净光合作用量减去9h的呼吸作用消 耗量,即120-4×9-84(g)。 ................... 题后纳 光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制 (1)增加水中O--系入空气或放入绿色水生植物; (2)减少水中O,--容器密封或油膜覆盖或用凉开水; (③)除去容器中CO,--氢氧化钟溶液 (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--校镜色散或薄膜滤光。 2半叶法 将叶片一半遮光,一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度值,暴光的一 半测得的数据变化值代表净光合作用强度值,最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是 该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。 [例7] 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. 遮光处理后短时间内叶绿体基质中C。的含量比照光时低 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 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 答案:B 解析:遮光后,光反应停止,短时间内C。被还原成C;的过程减弱,而短时间内C;固定CO 的过程不变,故遮光后短时间内C含量会比照光时的C;含量高,A错误;照光处理时类囊 体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B正确;照光处理后与光 处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初 始千重,C、D错误。 [例8](不定项)“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 做处理,设法阻止两部分之间的物质运输。适宜光照下4小时,在A、B截取等面积的叶片 烘干称重,分别记为a、b。下列说法正确的是( A. 若要测定叶片的呼吸速率,需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重 B. 选择叶片时需注意叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等的一致性 C. 分析实验数据可知,该叶片的净光合作用速率的数值为(一a)/4 D. 若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉,则实验前需要对植物做饥饿处理 答案:ABD 解析:黑暗条件下植物只进行呼吸作用,不进行光合作用,因此对称叶的遮光部分在单位时 间内干重的减少量为细胞呼吸速率,因此若要测定叶片的呼吸速率,需要在光照前截取同等 面积的叶片烘干称重,作为起始千重,A正确;本实验的自变量为是否光照,叶龄、着生部 位、叶片对称性及受光条件等属于无关变量,各组应保证相同且适宜,否则会导致实验结果 不准确,B正确;该叶片的净光合作用速率一(一初始干重)-4,初始千重一a十呼吸速率×4 ,因此净光合作用速率-(一a一呼吸速率x4)-4,净光合作用速率-(一a)/4-呼吸速率 故(一a)/4为真光合作用速率,C错误;若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉 则实验前需要对植物做饥饿处理,以排除自身储存的淀粉对实验结果的影响,D正确 3. 叶圆片称重法 本方法通过演定单位时间、单位面积叶片中有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积) _ 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 ##级 在中午12时将整个 装置移动至光照中 在上午10时移走的 在中午12时移走的 叶圆片X(干重xg) 在下午14时移走的 叶圈片Y(干重yg) 叶圆片乙(干重zg) 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十z-2y)/2S [例9] 在某一温度条件下,某同学甲在一片叶子的某一部位用打孔器取一个面积为1cm2的 小圆片,称重为M,然后在实验温度条件下将该植株置于黑暗环境中6h后,在第一次打孔 的附近取一个面积为1cm{②}的小圆片,称重为M,再将该植株置于相同的温度条件下,在恒 定的光照强度下放置6h后,再在第二次打孔的附近取一个面积为1cm2的小圆片,称重为 M。回答下列问题: (1)光照处理时,植株叶肉细胞能够产生NADH的场所为 (2)在此温度下,光合作用速率的计算公式为 ,为了探究温度对光合速率 的影响,简要写出实验思路 (3)同学乙重复了同学甲的实验,但是将黑暗和光照处理的时间由6h缩短为0.5h,大大缩短 了实验时间,你认为哪位同学的实验方案更为合理?同学 (填“甲”或“乙”),理 由是 答案:(1)线粒体基质和细胞质基质 (2)M。+M-2M)-6 在高于和低于该温度条件下,设置梯度相同的不同温度,重复同学甲 实验 (③甲 同学乙的实验中光照和黑暗处理时间过短,容易导致偶然因素给实验造成较大误差 解析:(1)NADH为还原型辅晦I,通过细胞呼吸产生,故能够产生NADH的场所是细胞质 基质和线粒体基质。 (2)分析题意可知,黑暗条件下,小叶片的质量从M。变化到M,的过程中,小叶片只进行呼 吸作用,其呼吸速率可表示为(M-M)-6;光照条件下,小叶片的质量从M变化到M的 过程中,小叶片既进行呼吸作用又进行光合作用,其净光合速率可表示为(M一M)-6;根据 真正光合速率一净光合速率+呼吸速率,可知光合作用速率的计算公式为M。一M)-6+ M-M)-6-(M。+M-2M)-6。为了探究温度对光合作用速率的影响,可以控制的自变量 10