第3章 微专题二 光合作用与细胞呼吸的关系、曲线模型及相关实验设计（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（苏教版）

该高中生物学课件聚焦光合作用与细胞呼吸的关系、曲线模型及实验设计，从物质能量转换图解切入，通过对比[H]和ATP的来源去向搭建学习支架，衔接曲线分析与实验设计，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于融合生命观念（物质与能量观）、科学思维（建模与分析）和探究实践（实验设计），如通过曲线图解析光补偿点移动规律，用装置图法测定光合速率，配合例题训练强化应用。学生能深化理解，教师可提升教学效率。

第三章　细胞中能量的转换和利用 光合作用与细胞呼吸的关系、曲线模型及相关实验设计 微专题二 一、光合作用与细胞呼吸的关系 1.光合作用和细胞呼吸关系图解 (1)物质方面 ①C：CO2 (CH2O) 丙酮酸 CO2。 暗反应 有氧呼吸第一阶段 有氧呼吸第二阶段 ②O：H2O O2 H2O。 ③H：H2O NADPH (CH2O) [H] H2O。 有氧呼吸第三阶段 有氧呼吸第一、二阶段 光反应 光反应 暗反应 有氧呼吸第三阶段 光反应 ATP和NADPH中的能量 (2)能量方面：光能 暗反应 (CH2O)中的能量 细胞呼吸 热能 ATP中的能量―→各项生命活动 2.光合作用和有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去向 项目 光合作用 有氧呼吸 [H] 来源 光反应阶段产生 第一、二阶段产生 去向 还原C3 用于第三阶段还原O2 ATP 来源 光反应阶段产生 三个阶段都能产生 去向 可用于暗反应阶段C3的还原 作为能量货币，可用于各项生命活动 3.图解光合作用与细胞呼吸的关系 4.呼吸速率、真正光合速率、净光合速率的表示方式 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) 5.光饱和点和补偿点的移动问题 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移，细胞呼吸减弱，A点上移。 (2)光补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。 ②细胞呼吸速率基本不变，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。 (3)光饱和点(D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，D点右移，C点上移的同时右移；反之，移动方向相反。 方法技巧 光补偿点和光饱和点移动的规律 例1　(2024·徐州高一期末)如图表示绿色植物叶肉细胞内某些生理过程，其中a、b、c表示物质，①～⑤表示生理过程。下列相关叙述错误的是 A.①②表示光合作用过程，③④⑤表示有氧呼吸过程 B.a表示O2，b表示CO2，c表示丙酮酸 C.①过程产生的NADPH与④过程产生的[H]不是同一物质 D.绿色植物的所有细胞都能发生以上过程 √ ①和②是光反应和暗反应阶段，表示光合作用过程，③是有氧呼吸第一阶段，④是有氧呼吸第二阶段， ⑤是有氧呼吸第三阶段，③④⑤表示有氧呼吸过程，A正确； a是水光解的产物，可释放到细胞外，表示O2，b可与C5结合生成C3，表示CO2，c是有氧呼吸第一阶段的产物，表示丙酮酸，B正确； ①过程产生的NADPH与④过程产生的[H](NADH)不是同一物质，C正确； 图示过程包括光合作用和细胞呼吸，并非绿色植物的所有细胞都能发生以上过程，如根尖细胞不能进行光合作用，D错误。 例2　图甲表示某种植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，图乙表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断(注：不考虑无氧呼吸)，下列说法正确的是 A.图甲中的纵坐标数值即为 图乙中的m4 B.图甲中c点时，图乙中有m1 ＝n1＝m4＝n4 C.图甲中e点以后，图乙中n4 不再增加，其主要原因是m1值太低 D.图甲中a、b、c、d、e任意一点，图乙中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0 √ 图甲中的纵坐标数值代表CO2吸收量，图乙中m3表示CO2的吸收量，A错误； 图甲中c点时，不考虑无氧呼 吸，光合速率等于细胞呼吸速率，因此线粒体产生的CO2刚好能供叶绿体利用，叶绿体产生的O2刚好供线粒体利用，因此图乙中有m1＝n1＝m4＝n4，B正确； 图甲中e点以后，图乙中n4不再增加，其主要原因是m3值太低或温度限制，C错误； 图甲中a、b、c、d、e任意一 点，图乙中都有m1＝n1>0，图乙中m2＝n2>0时，表示细胞呼吸强度大于光合作用强度或只有细胞呼吸，只能对应图甲中的a、b点，D错误。 二、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型 1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 (1)a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。 (2)b点：上午6时左右，有微弱光照，开始进行光合作用。 (3)bc段(不含b、c点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。 (4)c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 (5)ce段(不含c、e点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。 (6)d点：温度过高，部分气孔关闭，出现光合“午休”现象。 (7)e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。 (8)ef段(不含e、f点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。 (9)fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。 (10)积累有机物时间段：ce段。 (11)制造有机物时间段：bf段。 (12)消耗有机物时间段：Og段。 (13)一天中有机物积累最多的时间点：e点。 (14)一昼夜有机物的积累量表示为：S1－S2－S3(S1、S2、S3表示面积)。 2.密闭容器中一昼夜CO2和O2含量的变化 (1)光合速率等于呼吸速率的点：C、E。 (2)图甲中N点低于虚线，该 植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2含量减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。 (3)图乙中N点低于虚线，该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2含量减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。 例3　夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是 A.甲植株在a点开始进行光合作用 B.乙植株在e点有机物积累量最多 C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同 D.两曲线b～d段不同的原因可能是甲植 株气孔没有关闭 √ 分析图示可知，这一天的6时(甲曲线的a点)和18时左右，甲、乙两植株光合作用吸收CO2的速率和细胞呼吸释放CO2的速率相等；在6时(甲曲线的a点)之前，甲、乙两植株的 光合作用已经开始，但光合作用强度比细胞呼吸强度弱，A错误； 在18时后，甲、乙两植株的光合作用速率开始小于细胞呼吸速率，有机物的积累量最多的时刻应为18时，e点时有机物的积累量已经减少，B错误； 图示曲线的b～c段下降的主要原因是部分气孔关闭，叶肉细胞内CO2浓度降低，d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减慢，这两段下降 的原因不相同，C错误； 分析题图可知，甲植株不存在光合“午休”现象，乙植株存在光合“午休”现象，可能的原因是甲植株气孔没有关闭，D正确。 例4　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，该植株的有机物含量会增加 √ 图甲中的C、F点表明光合作用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。 三、测定光合速率和呼吸速率的方法 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的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问题，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(即不做处理)，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。 例5　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CO2缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用 强度大小 B.若要测真正光合强度，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 用大于细胞呼吸时，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 √ 清水既不吸收和释放O2，也不吸收和释放CO2，光合作用大于细胞呼吸时，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放O2量，植物有氧呼吸吸收O2的量＝释放CO2量，液滴不移动，C错误。 例6　某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如表。以下说法错误的是 光照强度(klx) 0 a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3 A.若只考虑光照强度，该深度湖水中所有生物在晚上8 h内呼吸消耗O2的 量为7/3 mg B.光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡 C.当水层中的溶氧量达到30 mg/L时，光照强度不再成为限制溶氧量增加 的主要因素 D.若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，短时间内瓶中光合生物细胞 的C3含量会增加，C5含量会减少 √ 光照强度(klx) 0 a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30 黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3 光照强度为a klx时，白瓶中溶氧量不变，说明植物光合作用产生的氧刚好用于所有生物的细胞呼吸，故光照强度为a klx时，该水层生物产氧量与生物耗氧量可维持动态平衡，B正确； 由表中数据可知，当该水层中的溶氧量达到30 mg/L时，白瓶中氧气含量不再增加，所以此时光照强度将不再成为限制溶氧量增加的主要因素，C正确； 若将e klx光照下的白瓶置于b klx光照下，光照减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减慢，二氧化碳的固定继续进行，所以瓶中光合生物细胞的C3含量会增加，C5含量会减少，D正确。 1.如图为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法正确的是 跟踪训练 A.过程①和③都有ATP的合成，产生场所相同 B.过程①需要光，不需要酶，过程②不需要光，需要多种酶 C.叶肉细胞吸收矿质元素需要的能量由过程①提供 D.过程①③都可以产生[H]，但两者的化学本质不一样 √ 过程①是光反应合成ATP的过程，场所是叶绿体的类囊体膜，过程③是细胞呼吸产生ATP的过程，场所是细胞质基质和线粒体，A错误； 过程①为光反应，需要光也需要酶的参与，过程②为暗反应，不直接需要光，但需要光反应产生的ATP和NADPH，需要多种酶参与，B错误； 叶肉细胞吸收矿质元素是主动运输过程，需要的能量来源于过程③，C错误； 过程①光反应产生NADPH，是一种[H]，过程③是细胞呼吸，产生的是NADH，也是一种[H]，因此过程①③都可以产生[H]，但两者的化学本质不一样，D正确。 2.(2025·扬州高一期末)如图是蓝细菌光合作用和细胞呼吸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.过程①的进行需要消耗ATP B.图中的C3可代表不同的物质 C.过程③产生的[H]比过程④少 D.过程①②③④不能同时发生 √ 过程①代表CO2的固定，不需要消耗ATP，A错误； 在光合作用中，C3是指3－磷酸甘油酸，在细胞呼吸中，C3是指丙酮酸，B正确； 有氧呼吸过程中，过程③表示有氧呼吸的第二阶段，过程④表示有氧呼吸的第一阶段，过程③产生的[H]比过程④多，C错误； 蓝细菌既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，过程①②③④能同时发生，D错误。 3.(2024·泰州中学高一期末)将某种植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与细胞呼吸的影响，实验以该植物叶绿体光合作用吸收的CO2总量与线粒体呼吸作用CO2的释放量为指标，实验结果如表所示。下列分析正确的是 温度/℃ 20 25 30 35 40 45 光照下叶绿体CO2吸收总量/(mg·h－1) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 黑暗中CO2释放量/(mg·h－1) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 A.昼夜不停地光照，温度为20 ℃时该植物不能生长 B.昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，最有利于有机物的积累 C.每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在45 ℃条件下，该植 物能正常生长 D.每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在35 ℃条件下，该植 物能正常生长 √ 温度/℃ 20 25 30 35 40 45 光照下叶绿体CO2吸收总量/(mg·h－1) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 黑暗中CO2释放量/(mg·h－1) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 昼夜不停地光照，温度为20 ℃时，净光合速率＝1.00－0.50＝0.50(mg· h－1)，该植物存在有机物的积累，能生长，A错误； 净光合速率大小可反映该植物有机物的积累，昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，净光合速率＝3.50－3.00＝0.50(mg·h－1)，从表中可得出35 ℃时的净光合速率＝3.25－1.50＝1.75(mg·h－1)，温度为45 ℃时并不是最有利于有机物的积累，B错误； 温度均保持在45 ℃条件下，12小时光照能积累的有机物量＝0.50×12＝6(mg)，12小时黑暗消耗的有机物量＝3.00×12＝36(mg)，该植物不能正常生长，C错误； 温度均保持在35 ℃条件下，12小时光照能积累的有机物量＝1.75×12＝21(mg)，12小时黑暗消耗的有机物量＝1.50×12＝18(mg)，该植物存在有机物的积累，能正常生长，D正确。 4.图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化(注：植物细胞呼吸的最适温度高于光合作用)。下列说法错误的是 A.图甲装置在较强光照下有色液滴 向右移动，再放到黑暗环境中有 色液滴向左移动 B.若将图甲中的CO2缓冲液换成质 量分数为1%的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率 将不变 C.一定光照条件下，如果再适当升高温度，真正光合速率会发生图乙中从b到a的变 化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化 D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度 √ 将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，装置内的CO2全部被NaOH溶液吸收，光合作用的原料只能来自植物自身细胞呼吸产生的CO2，光合速率下降，暗反应会抑制光反应的进行，故植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将减小，B错误。 5.(多选)(2025·泰州高一阶段检测)科研人员测定了油松、侧柏和连翘的净光合速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的是 A.三种树苗达到最大净光合速率 的时间相同 B.12时左右光合速率降低，可能 和气孔关闭有关 C.16时后，光照强度降低导致净 光合速率降低 D.在测定的时间段内，连翘的有机物积累最少 √ √ 分析题图可知，侧柏和油松达到最大净光合速率的时间相同，均与连翘不同，A错误； 有机物积累即净光合速率，分析题图可知，在测定的时间段内，连翘的有机物积累最多，D错误。 6.(多选)将生长状况相似的轮藻均分成四组，在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光强相同)，测其质量变化，得到如表数据。据表得出的结论，正确的是 A.轮藻催化细胞呼吸的酶的最适温度约为29 ℃ B.第三组轮藻释放的氧气量最多 C.第二组轮藻光合作用制造的有机物总量为5 mg D.四个组中轮藻的光合作用强度都大于细胞呼吸强度 √ √ √ 组别 一 二 三 四 温度/℃ 27 28 29 30 暗处理后质量变化/mg －1 －2 －3 －1 光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋1 第三组轮藻总光合作用＝光照后与暗处理前质量变化＋暗处理后质量变化×2＝9，此值最高，因此光合作用释放的氧气量最多，B正确； 第二组轮藻光合作用制造的有机物总量＝光照后与暗处理前质量变化＋暗处理后质量变化×2＝7(mg)，C错误； 四个组中的轮藻光照后与暗处理前质量变化都是正值，说明光合作用强度大于细胞呼吸强度，D正确。 本课结束 第三章　细胞中能量的转换和利用 $