微專題三

光合作用與細胞呼

吸的關系、曲線模

型及相關實驗設計一、光合作用與細胞呼吸的關系1.光合作用與細胞呼吸在物質和能量上的聯系①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦C5；⑧C3；⑨(CH2O)；⑩丙酮酸；?[H]。(1)物質方面①C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2。②O：H2OO2H2O。③H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O(2)能量方面：光能

ATP和NADPH中的能量(CH2O)中的能量熱能ATP中的能量→各項生命活動2.微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關系(以光合速率大于呼吸速率為例)項目表示方法(單位：g·cm－2·h－1)呼吸速率線粒體釋放CO2量(m1)；黑暗條件下細胞(植物體)釋放CO2量(葡萄糖消耗量)線粒體吸收O2量(n1)；黑暗條件下細胞(植物體)吸收O2量凈光合速率細胞(植物體)吸收的CO2量(m2)；植物(葉片)積累葡萄糖量細胞(植物體)釋放的O2量(n2)真正(總)光合速率葉綠體利用、固定CO2量m3或(m1＋m2)；植物(葉綠體)產生葡萄糖量葉綠體產生、釋放O2量n3或(n1＋n2)例1

如圖表示光合作用和有氧呼吸過程中C、H、O三種元素的轉移途徑以及能量轉換過程。圖中序號表示相關的生理過程。下列敘述錯誤的是A.在元素轉移途徑中，④與⑧、

⑦與⑨表示的生理過程相同B.在元素轉移途徑中，能在小

麥根尖成熟區細胞中發生的

生理過程有②③⑥⑦⑨C.在有氧呼吸過程中，產生能量最多的過程是⑦或⑨D.⑩?產生的ATP中的化學能都可以轉變為光能和機械能√解析⑩產生的ATP只能用于暗反應，轉化為有機物中的化學能，D錯誤。例2

如圖表示溫度對某種植物在光照下和黑暗中CO2吸收量和釋放量(單位：mg/h)的影響情況。已知除了溫度變化之外，其他環境條件(如光照強度等)不變，下列說法正確的是A.根據圖中曲線，無法確定細胞呼吸的

最適溫度B.光照下CO2的吸收量表示光合作用所

需的CO2量C.圖中a點表示光合作用強度與細胞呼吸強度相等D.環境溫度超過25℃時，植物體內有機物的量會減少√解析隨著溫度的上升，黑暗中CO2釋放量不斷增大，所以根據圖中曲線，無法確定細胞呼吸的最適溫度，A正確；光照下CO2吸收量是凈光合速率，表示光合作用所需的CO2量－細胞呼吸釋放的CO2量，B錯誤；由于虛線表示凈光合速率，實線表示呼吸速率，所以a點不能表示光合作用強度與細胞呼吸強度相等，C錯誤；環境溫度超過25℃時，凈光合速率有所減小，但仍大于0，所以植物體內有機物的量仍在增加，D錯誤。二、自然環境及密閉容器中光合作用變化的模型1.自然環境中一晝夜植物光合作用曲線(1)a點：凌晨3時～4時，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放量減少。(2)b點：上午6時左右，有微弱光照，開始進行光合作用。(3)bc段(不含b、c點)：光合作用強度小于細胞呼吸強度。(4)c點：上午7時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。(5)ce段(不含c、e點)：光合作用強度大于細胞呼吸強度。(6)d點：溫度過高，部分氣孔關閉，出現光合“午休”現象。(7)e點：下午6時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。(8)ef段(不含e、f點)：光合作用強度小于細胞呼吸強度。(9)fg段：沒有光照，光合作用停止，只進行細胞呼吸。(10)積累有機物時間段：ce段。(11)制造有機物時間段：bf段。(12)消耗有機物時間段：Og段。(13)一天中有機物積累最多的時間點：e點。(14)一晝夜有機物的積累量表示為：S1－S2－S3(S1、S2、S3表示面積)。2.密閉環境中一晝夜CO2和O2含量的變化(1)光合速率等于呼吸速率的點：C、E。(2)圖甲中N點低于虛線，該植物一晝夜表現為生長，其原因是N點低于M點，說明一晝夜密閉容器中CO2含量減少，即總光合量大于總呼吸量，植物生長。(3)圖乙中N點低于虛線，該植物一晝夜不能生長，其原因是N點低于M點，說明一晝夜密閉容器中O2含量減少，即總光合量小于總呼吸量，植物不能生長。例3

夏季晴朗的一天，甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是A.甲植株在a點開始進行光合作用B.乙植株在e點有機物積累量最多C.曲線b～c段和d～e段下降的原因相同D.兩曲線b～d段不同的原因可能是甲植株氣孔沒有關閉√解析分析圖示可知，這一天的6：00(甲曲線的a點)和18：00左右，甲、乙兩植株光合作用吸收CO2的速率和細胞呼吸釋放CO2的速率相等；在6：00(甲曲線的a點)之前，甲、乙兩植株的光合作用已經開始，但光合作用強度比細胞呼吸強度弱，A錯誤；在18時左右之后，甲、乙兩植物的光合作用速率開始小于細胞呼吸速率，有機物的積累最多的時刻應為18：00時左右，e點時有機物的積累量已經減少，B錯誤；圖示曲線b～c段下降的主要原因是部分氣孔關閉導致葉肉細胞內CO2濃度降低，d～e段下降的原因是光照強度減弱，光反應產生NADPH和ATP的速率減慢，這兩段下降的原因不相同，C錯誤；分析題圖可知，甲植株不存在光合“午休”現象，乙植株存在光合“午休”現象，即甲植株在b～d段氣孔沒有關閉，D正確。例4

將一植株放在密閉玻璃罩內，置于室外一晝夜，獲得實驗結果如圖所示。下列有關說法錯誤的是A.圖甲中的光合作用開始于C點

之前，結束于F點之后B.到達圖乙中的d點時，玻璃罩

內的CO2濃度最高C.圖甲中的F點對應圖乙中的g點D.經過這一晝夜之后，植物體的有機物含量會增加√解析圖甲中的C、F點表明光合作用速率等于細胞呼吸速率，根據相應的時間可知，與圖乙中的d、h點相符，即C點對應d點，F點對應h點，故C錯誤。三、測定光合速率和呼吸速率的方法1.“裝置圖法”測定光合速率與呼吸速率(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率(裝置甲)a.裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。c.置于適宜溫度環境中。d.紅色液滴向左移動(用紅色液滴單位時間內向左移動的距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率(裝置乙)a.裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。b.必須給予較強光照處理，且溫度適宜。c.紅色液滴向右移動(用紅色液滴單位時間內向右移動的距離代表凈光合速率)。③根據“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率”可計算得到總(真正)光合速率。物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據紅色液滴的移動距離對原實驗結果進行校正。2.葉圓片稱重法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。3.黑白瓶法“黑白瓶”問題是一類通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的試題，其中“黑瓶”不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶”給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規律如下：規律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。規律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現有量與黑瓶中測得的現有量之差即總光合作用量。4.半葉法如圖所示，將植物對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不做處理)，并采用適當的方法阻止兩部分的物質和能量轉移。一定時間后，在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應的有機物含量應視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過部分即為光合作用產物的量，再通過計算可得出光合速率。例5

某興趣小組設計了如圖所示的實驗裝置若干組，室溫25℃下進行了一系列的實驗，對實驗過程中裝置條件及結果的敘述錯誤的是A.若X溶液為CO2緩沖液并給予光照時，液滴

移動距離可表示凈光合作用強度大小B.若要測真正光合強度，需另加設一裝置遮光

處理，X溶液為NaOH溶液C.若X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細胞呼吸時，液滴右移D.若X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移√解析清水既不吸收和釋放氧氣，也不吸收和釋放二氧化碳，光合作用和細胞呼吸產生和釋放的O2量和CO2量相等，液滴不移動，C錯誤。√解析24小時內待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量為初始瓶溶解氧(w)－a瓶溶解氧(v)，是(w－v)mol/瓶，A錯誤、B正確；24小時內待測深度水體中生物光合作用產生的氧氣量為凈光合量(k－w)＋呼吸量(w－v)，即(k－v)mol/瓶，C、D錯誤。跟蹤訓練√123456解析水參與C有氧呼吸的第二階段的反應，將丙酮酸徹底分解，A正確；B為光合作用的暗反應，發生在葉綠體基質中，B錯誤；A光合作用的光反應中產生的O2，參與C有氧呼吸的第三階段，C錯誤；X代表的物質為ATP，光合作用光反應產生的ATP能供給暗反應，所以能從葉綠體的類囊體薄膜移向葉綠體的基質，D錯誤。1234562.如果將一株綠色植物栽培在含H218O的完全培養液中，給予充足的光照，經過一段時間后，下列物質中能含18O的是①周圍空氣的氧氣②周圍空氣的二氧化碳③周圍空氣的水分子④光合作用產生的葡萄糖A.① B.①③ C.①②③ D.①②③④√123456解析水的光解產生氧氣，周圍空氣中的氧氣含有18O，①正確；水參與呼吸作用，與丙酮酸反應產生二氧化碳釋放到空氣中，②正確；植物吸收的水大多數用于蒸騰作用散失到空氣中，③正確；由于周圍空氣的二氧化碳含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正確。3.(2021·河南高一開學考試)研究者選取西瓜幼苗進行實驗，結果如圖。不考慮無氧呼吸，由此推斷正確的是A.A點時葉肉細胞中合成ATP的

細胞器只有線粒體B.B點時葉片單位時間內光合作

用制造的有機物等于呼吸作用

消耗的有機物C.溫室栽培該植物，持續光照時，為獲得最大經濟效益，應控制的最低

溫度為20℃左右D.光合酶對溫度的敏感度比呼吸酶對溫度的敏感度要低√123456解析圖示中O2的消耗速率可表示呼吸速率，CO2的吸收速率可表示凈光合速率，A點時葉肉細胞中既有光合作用，也有細胞呼吸，因此產生ATP的細胞器有葉綠體和線粒體，A錯誤；B點表示凈光合速率等于呼吸速率，即光合作用制造有機物的速率大于呼吸速率，B錯誤；圖中實線表示凈光合速率，CD段凈光合速率最大，而20℃凈光合速率與呼吸速率差值最大，因此持續光照時，為獲得最大經濟效益，應控制的最低溫度為20℃左右，C正確；由圖可知，光合酶對溫度的敏感度比呼吸酶高，D錯誤。1234564.如圖是密閉大棚內番茄在24小時測得的CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖。下列有關敘述錯誤的是A.a點CO2釋放量減少可能是由于

溫度降低使細胞呼吸減弱B.d點時光合速率雖有所下降，但

仍大于呼吸速率C.如果N點低于M點，說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量增加D.番茄通過光合作用制造有機物的時間是ce段√123456123456解析a點之后CO2的釋放量又增加，可推測a點是溫度降低導致細胞呼吸減弱，CO2釋放量減少，A正確；d點時氣溫高，蒸騰作用過強導致部分氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，但凈光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正確；如果N點低于M點，說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量增加，C正確；番茄通過光合作用制造有機物的時間是bf段，ce段屬于有機物的積累階段，D錯誤。123456光照強度(klx)0abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333A.若只考慮光照強度，該深度湖水中所有生物在晚上8h內呼吸消耗O2的

量為

mgB.光照強度為aklx時，該水層生物產氧量與生物耗氧量可維持動態平衡C.當水層中的溶氧量達到30mg/L時，光照強度不再成為限制溶氧量增加

的主要因素D.若將eklx光照下的白瓶置于bklx光照下，瓶中光合生物細胞的C3含量

會增加，C5含量會減少√123456解析黑瓶中溶解氧的含量降低為3mg/L的原因是黑瓶沒有光照，植物不能進行光合作用產生氧，其中的生物呼吸消耗氧氣，該瓶中所有生物細胞呼吸消耗的氧氣量為：原初溶解氧－24小時后氧含量，即10－3＝7mg/L，故該深度湖水中所有生物在晚上8h內呼吸消耗氧氣的量為

mg/L，A錯誤；光照強度為aklx時，白瓶中溶氧量不變，說明植物光合作用產生的氧剛好用于所有生物的細胞呼吸，故光照強度為aklx時，該水層生物產氧量與生物耗氧量可維持動態平衡，B正確；123456由表中數據可知，當該水層中的溶氧量達到30mg/L時，白瓶中含氧量不再增加，所以此時光照強度將不再成為限制溶氧量增加的主要因素，C正確；若將eklx光照下的白瓶置于bklx光照下，光照減弱，光反應產生的NADPH和ATP減少，