第18课时光合速率和呼吸速率的综合分析-【创新大课堂】2026年高三生物一轮总复习

第三单元细胞的能量供应和利用 第18课时 光合速率和呼吸速率的综合分析 [课标要求]说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的 过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 考点一“三率”的关系及测定 D知识梳理 ①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可 22 计算得出二者之和，即“总光合速率”。 1.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的 ②物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少 关系 无关变量的干扰外，还应设置对照装置。与图示 CO 来自空气吸收m2 净光合速率 两装置相比，对照装置的不同点是用“死亡的绿 CO, 固定m 释放m1 色植物”代替“绿色植物”，其余均相同 光合速率 呼吸速率 (2)“半叶法” 测定光合作用有机物的产生量 吸收1· 遮光 △W=WB-WA(△W 光 表示截取部分叶片 进入空气释放m 净光合速率 小时后 在1小时内光合作用 02 合成的有机物) (以光合速率大于呼吸速率为例) 同一叶片，给 截取对称位置 真正光合速率=△W 2.光合速率与呼吸速率的常用表示方法 予遮光和光照 面积均为S的叫 的平均值/(S×), 处理且阻止两 片，烘干称重 即单位时间单位面 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内 部分的物质和 记为W.和W 积的叶片制造的有 项目 含义 变化量) 能量转移 机物的量 0 CO2 有机物 将叶片一半遮光、一半曝光，遮光的一半测得的 真正 植物在光下实 CO2固定速 有机物 速率或叶绿 数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测 光合 际合成有机物 率或叶绿体 体 释 速率 的速率 吸收CO2量 速率 得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计 O2量 算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方 植物或叶片 植物或叶片 法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有 净光植物有机物的 或叶肉细胞 或叶肉细胞有机物积累 合速率 速率 C02 速率 机物的运输。 速率 速率 (3)“黑白瓶法”一测定溶氧量的变化 单位面积的时 ⊙①从某一水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白 呼吸 片在单位时间 黑暗中CO 有机物消耗 02 吸收 瓶中，并分别测得初始溶氧量 速率 内分解有机物 释放速率 速率 速率 。③一段时间后，分别 的速率 ②把黑、白瓶悬于原水 测出黑、白瓶的溶 深处 3.计算公式：真正光合速率=净光合速率+呼吸 氧量并算出平均值 速率。 4.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 (1)“液滴移动法” 测定装置中气体体积变化 有色液滴 有色液滴 ⊙④计算 I.“黑瓶”不透光，测定的是 ;“白瓶”给 毛细管 毛细管 绿色植物 绿色植物 予光照，测定的是 NaoH溶液 TNaHCO,溶液 (吸收CO) (提供CO) Ⅱ.在有初始值的情况下，黑瓶中 “黑暗”下，有色液滴 “光照”下，有色液滴 为有氧呼吸量；白瓶中 为 左移距离代表有氧呼吸 右移距离代表释放O,的 消耗O2量，即呼吸速率 量，即净光合速率 净光合作用量；二者之和为 61 精品教辅·智慧人生 高三总复习·生物学 Ⅲ.在没有初始值的情况下， A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近 =总光合作用量。 B.35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等 (4)“叶圆片称重法”一测定有机物的变化量 C.50℃时HT植株能积累有机物而CT植株 本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生 不能 成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 (S为叶圆片面积)。 2.(2022·全国乙，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 在10时将整个 在12时将整个 装置移动至黑暗中 装置移动至光照中 条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降 在10时移走的 在12时移走的 在14时移走的 低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下 叶圆片X(干重xg)叶圆片Y(干重yg)叶圆片Z(干重zg) 列解释合理的是 () 净光合速率=(z一y)/2S;呼吸速率=(x-y)/ A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼 2S;总光合速率=净光合速率十呼吸速率=(x十 吸速率 z-2y)/2S。 B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速 (5)“叶圆片上浮法”一定性检测O2释放速率 率保持稳定 本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空： C初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等 气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程 于光合速率 中，植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中的溶解 D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等 度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片 于呼吸速率 上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少：3.(2025·泸县校级期末)下表是采用黑白瓶（不透 (或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较 光瓶一可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水 光合作用强度的大小。 体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度， 并进行比较后的数据。下列有关分析，正确的是 巴考向突破 >》> 考向一“三率”的关系及测定 水深(m) 2 1.(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT) : 白瓶中O2浓度(g/m2) +3 +1.5 0 下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常 温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率， 黑瓶中O2浓度(g/m2) -1.5 -1.5 -1.5 -1.5 结果如图。由图不能得出的结论是 A.水深1m处白瓶中水生植物24小时产生的氧 气为3g/m2 B.水深2m处黑瓶中水生植物不能进行水的光 CT植株 HT植株 解但能进行C3的还原 C.水深3m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进 行光合作用 1020304050 D.水深4m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞 叶片温度/℃ 器是叶绿体和线粒体 考点二 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 )知识梳理 +玻璃罩内CO,浓度 C D +CO,的吸收速率 G B 时间 024681012141618202224时间 A C G 图2密闭容器中一昼夜C0,浓度变化 图1自然环境中一昼夜植物CO,吸收速率变化 精品教辅·智慧人生 62 第三单元细胞的能量供应和利用 1.图1的B点、图2的B'C'段形成的原因：凌晨约：5.如图是大棚番茄在24小时测得CO2的含量和CO2 2时一4时，温度降低， 减弱，CO2释放 的吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是 量减少。 ( 2.图1的C点、图2的C'点：此时开始出现光照， …C02的吸收速率 启动。 CO2的含量 3.图1的D点、图2的D'点：此时光合作用强度 细胞呼吸强度。 a b 4.图1的E点、图2的FG段形成的原因：温度过 时间 高，部分气孔关闭， 供应不足，出现“光 A.a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致 合午休”现象。 细胞呼吸强度减弱 5.图1的F点、图2的H'点：此时光合作用强度 B.番茄通过光合作用合成有机物的时间 细胞呼吸强度，之后光合作用强度小于 是c~e段 细胞呼吸强度。 C.由P点条件变为d点，C3生成减少 6.图1的G点、图2的 点：此时光照强度 D.植物干重最大的时刻是e点 降为0，光合作用停止。 :6.(2024·全国甲卷，T29)在自然条件下，某植物叶 7.图2所示一昼夜密闭容器中植物 (填 片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图 “能”或“不能”)正常生长，原因是 所示。回答下列问题。 4 呼吸速率 口考向突破 光合速率 >》》 863 考向二光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 cd 温度 4.如图表示某绿色植物在15℃和25℃条件下，光 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等， 照强度和氧气释放速率的关系。下列说法错误 叶片有机物积累速率 (填“相等”或“不 的是 相等”)，原因是 部 60 《 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是 屏 -20 4 6810 光照强度（千物克斯）一站8 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低 A.当光照强度等于0时，该植物在25℃时比 导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可 15℃多吸收氧气10毫升/小时 能是 B.当光照强度等于5千勒克斯时，该植物在两种 温度下制造有机物的量相等 (答出1点即可)。 C.当光照强度小于5千勒克斯时，适当降低温度 (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物， 有利于温室内该植物的增产 农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控 D.当光照强度大于8千勒克斯时，15℃下该植 制在 最大时 物光合作用的制约因素主要是二氧化碳浓 的温度。 度等 温馨提示 请做课时分层检测（十八） 63 精品教辅·智慧人生降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过 程，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合 速率=净光合速率十呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二 氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无 法得出呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光 合速率 (4)由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净 光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更 具优势。 答案(1)CO,的固定(2)细胞质基质线粒体基质(3)光 呼吸呼吸作用7一10时，随着光照强度的增加，株系1和2 由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光 呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程不能 总光合速率一净光合速率十呼吸速率，呼吸速率为光照强度 为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓 度，无法得出呼吸速率(4)与株系2与WT相比，转基因株系 1的净光合速率最大 6.解析(1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素、叶绿素b、 叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，故 色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜 素，主要吸收蓝紫光。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR 后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR 处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强 度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR 可能是通过促进光反应关键蛋白的合成发辉作用的。 答案(1)蓝紫光(2)NADPH、ATP等的浓度不再增加 CO2浓度有限光能的吸收速率继续增加，使水的光解速率继 续增加(3)减弱促进光反应中关键蛋白的合成 第18课时光合速率和呼吸速率的综合分析 考点一 知识梳理 2.产生（生成）产生（制造、生成）积累释放吸收黑暗 4.(3)I,有氧呼吸量净光合作用量Ⅱ.O2的减少量（或CO 的增加量)O2的增加量（或CO2的减少量）总光合作用量 Ⅲ.白瓶中测得的现有量一黑瓶中测得的现有量 考向突破 1.B[CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率=净光合速 率十呼吸速率。35℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速 率未知，故35℃时两组植株的真正（总）光合速率无法比较，B 符合题意。] 2.D[培养初期，容器内CO2含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢， 之后光合速率等于呼吸速率，A不符合题意：初期光合速率减 慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内O2含量升高，呼吸速 率会有所升高，之后保持稳定，B不符合题意；根据上述分析， 初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C 不符合题意，D符合题意。」 3.D[在水深1m处白瓶中水生植物产生的氧气为3十1.5= 4.5g/,A错误；在水深2m处白瓶中水生植物光光合作用 的光反应与暗反应都能够正常进行，B错误；在水深3m处白 瓶中水生植物光合速率为：0十1.5=1.5g/m,进行光合作用， C错误；在水深4m处白瓶中植物光合速率为：一1十1.5= 0.5g/m,进行光合作用。藻类植物产生ATP的细胞器是叶 绿体、线粒体，D正确。] 考点 知识梳理 1.细胞呼吸 2.光合作用 3.等于 4.C02 5.等于 6.' 7.能J'点低于A点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即 总光合作用量大于总细胞呼吸量 考向突破 4.B[当光照强度等于0时，植物只能进行细胞呼吸，分析题图 可知，该植物在25℃时比15℃多吸收氧气10毫升/小时，A 正确；当光照强度等于5千勒克斯时，该植物在两种温度下有 机物的积累量相等，因为25℃时比15℃的呼吸速率大，故 25℃时比15℃的有机物制造量大，B错误；当光照强度小于 5千勒克斯时，15℃有机物的积累量大于25℃，所以适当降低 温度有利于温室内该植物的增产，C正确；当光照强度大于 8千勒克斯时，15℃下该植物光合作用的制约因素不是光照强 度，主要是二氧化碳浓度等，D正确。] 5.B番茄通过光合作用制造有机物的时间是b~f段，B错误； 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，光合速率减慢，C3生成减少，C正确；c一e段光合作用强度 大于细胞呼吸强度，有机物积累，点之后光合作用强度小于细 胞呼吸强度，故有机物积累最多的时刻是，点，D正确。 6.解析（1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，但由于 呼吸速率不同，因此叶片有机物积累速率不相等。 (2)在温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物 有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植物体的干重会 减少 (3)温度超过b时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO 供应不足，暗反应速率降低；同时使酶的活性降低，导致CO,固 定速率减慢，C还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。 (4)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光合速率与呼吸速率差值最大时的 温度，有利于有机物的积累。 答案(1)不相等温度a和c时的呼吸速率不相等 (2)温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部 等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干 重减少 (3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率 降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低 (4)光合速率和呼吸速率差值 专题突破2不同生物固定二氧化碳的方式比较 【典例示范】解析(1)晚上气孔开放，景天科植物晚上代谢途 径可由图1表示；气孔开放吸收CO2,与PEP结合形成OAA， 进一步还原为苹果酸积累于液泡中，正如图1所示，可表示景 天科植物晚上代谢途径 (2)CO,参与卡尔文循环，是卡尔文循环的原料，甲代表CO2; 卡尔文循环的场所在叶绿体基质；有氧呼吸第二阶段可以产生 CO2,供卡尔文循环利用。 (3)为筛选适宜大面积推广的轻型屋顶绿化植物，用聚乙二醇 6000(PEG-6000)模拟千旱，设置实验处理组；用等量的蒸馏 水进行浇灌，其他同实验组，这是对照组，排除无关变量的干 扰：植株的萎蔫程度及MDA含量和CAT、SOD的活性是被检 测的量，为检测指标，可反映轻型屋顶绿化植物的防御能力；科 研人员最终选择其中指标是植株的萎蔫程度最低、MDA含量 最低且CAT、SOD活性较高的某种植物。 答案(1)1气孔开放吸收CO2,与PEP结合形成OAA,进 步还原为苹果酸积累于液泡中(2)CO,叶绿体基质细胞 呼吸(3)设置实验处理组用等量的蒸馏水进行浇灌，每隔 3d浇灌1次，每次每株50 mL MDA含量和CAT,SOD的活 性植株的萎蔫程度最低、MDA含量最低 【对点精练】 1.D[雏管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco,维管 束鞘细胞通过卡尔文循环制造糖类，A正确：光反应场所为叶 绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成，因 此叶肉细胞通过光反应产生ATP和NADPH,B正确；在CO 浓度较低时，PEP羧化酶仍可催化CO2固定，CO2与某种C 结合成C1,C1从叶肉细胞运输至雏管束鞘细胞又释放出CO2, 甘蔗、玉米等C1植物具有较低的CO2补偿，点，C正确：引起植 物“光合午休”的原因之一是气孔限制值增大引起二氧化碳供 应不足，直接影响暗反应，甘蔗、玉米等C1植物具有较低的 CO2补偿，点，一般没有光合午休现象，D错误。 2.解析(1)由图可知，PEPC酶能催化叶肉细胞周围的CO2和 C?酸生成C,酸，C1酸进入雏管束鞘细胞再分解为CO,供暗 反应利用，由图可知，玉米和花生的C?途径分别发生在维管束 鞘细胞、叶肉细胞内。 (2)由图可知，在玉米叶肉细胞中含有PEPC酶，该酶与CO,亲 和力较强，因此玉米的叶肉细胞可以在较低浓度二氧化碳的条 件下，通过PEPC酶固定二氧化碳，然后系入维管束鞘细胞中 利用，使雏管束鞘细胞积累较高浓度的CO,,因此在睛朗夏季 的中午，叶片气孔开度下降时，玉米作为C1植物，能利用较低 浓度的CO,进行光合作用，使玉米光合作用速率基本不受影 响，而花生属于C3植物，当气孔关闭后，胞间CO。浓度降低，导 致光合速率降低。为验证在晴朗夏季的中午，玉米的净光合速 率可能高于花生的净光合速率，可设计实验思路：将玉米和花 生放在低浓度的C。,、其他条件均适宜的条件下，一段时间后， 检测玉米和花生植株的增重量。 (3)①根据题意可知，NHCI可消除类囊体膜内外质子梯度 (△H),因此随着NHCI溶液浓度的增加，对类囊体膜内外质 子梯度（△H)的消除能力增强，形成质子动力势逐渐减小，导 致质子动力势推动ADP和Pi合成ATP减少，导致两种叶绿体 8