1、(一)细胞呼吸与光合作用中的物质和能量转化关系 1光合作用与细胞呼吸过程图 2从反应式中分析元素的转移(1)光合作用反应式(2)有氧呼吸反应式3绿色植物体内物质转化过程(1)C的转移途径：(2)H的转移途径：(3)O的转移途径：4光合作用与细胞呼吸过程中H的来源、去路分析 5能量流动 6光合速率与呼吸速率的关系 (1)绿色植物在黑暗条件下测得的数值为呼吸速率。(2)绿色植物组织在光照条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。(3)真正光合速率、净光合速率、呼吸速率的关系：真正光合速率净光合速率呼吸速率。(4)三者的常用表示方法：真正光合速率：O2产生(生成)速率、CO2固定速
2、率、有机物产生(制造、生成)速率 净光合速率：O2释放速率、CO2吸收速率、有机物积累速率 呼吸速率：黑暗中O2吸收速率、黑暗中CO2释放速率、有机物消耗速率 7.光合速率、呼吸速率的测定实验探究(1)净光合速率的测定(如图)NaHCO3溶液的作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。单位时间内液滴右移的体积即是净光合速率。条件：整个装置必须在光照条件下，光是植物进行光合作用的条件。(2)呼吸速率的测定(如上图)上图同样可以用于呼吸速率的测定，但要将NaHCO3溶
3、液换成NaOH溶液，吸收植物呼吸作用释放的CO2。植物呼吸速率的指标：植物呼吸作用吸收氧气，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即是呼吸速率。条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。【例1】下图表示某植物叶肉细胞内发生的生理过程，其中A至H代表物质，据图回答：(1)D是_。用_方法，可以研究B的去向。_(字母代号)直接为细胞生命活 动 提 供 能 量，该 过 程 的 化 学 反 应 式 是：_。(2)场所是_。多种化学反应能够互不 干 扰 地 在 场 所 、内 进 行，是 由 于_(结构)的_作用。
4、(3)通过实验可以初步研究该植物叶片中色素的种类及相对含量，请扼要写出实验思路。_。丙酮酸同位素示踪F ATPADP+Pi+能量酶线粒体细胞器膜(或生物膜)分隔用无水乙醇提取色素，用纸层析法分离色素，观察色素带的条数和宽窄 (4)将生理状况相同的该植物叶片分成四等份，在不同温度下分别暗处理1h，再用适当且相同的光照射1h，测其重量变化(注：均与暗处理前相比)，结果见下表。组别1234温度()27282930暗处理后的重量变化值/mg-1-2-3-1光照后的重量变化值/mg+3+3+3+1 假设相同温度下呼吸作用强度不变，据表分析，_下呼吸作用最强，28 下的实际光合速率是_mg/h。29 7
5、解析：由图可知D是丙酮酸，B是氧气，场所是线粒体；生物膜的存在能够保证各个场所进行的代谢互不干扰；暗处理过程只发生呼吸作用，叶片重量减轻最多，说明呼吸作用越强；28 下两个小时共消耗了有机物等于4，积累了3，可推知产生的有机物为7，并且只有一个小时发生光合作用，由此知光合作用速率为7 mg/h。(二)影响光合作用内外因素的分析 1内部因素对光合作用速率的影响 (1)不同种类的植物呼吸速率不同，如一般情况下旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。(2)同一植物的不同生长发育时期呼吸速率不同。应用：根据植物在不同生长发育时期光合作用强度不同，适时适量地提供水、肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长
6、。AB段为壮叶，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于相对稳定状态，光合作用速率也相对稳定。BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合作用速率也随之下降。(3)同一叶片的不同生长发育时期 曲线含义 OA段为幼叶，随着幼叶的生长，叶面积不断增大，叶绿体增多,叶绿素增加，光合作用不断增强。应用：在农业生产中，适时摘除农作物的老叶，可减少其细胞呼吸消耗有机物。(4)光合面积 OA段表明随叶面积指数的不断增大，光合作用实际量不断增大。A点为表示随叶面积指数的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮光。OB段干物质量随光合作用增强而增加，由于A点以后光合作用实际量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼
7、吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低如BE段。植物的叶面积指数(指单位土地面积上植物的总叶面积)不能超过D点，若超过D点，植物将入不敷出，无法生活下去。应用：适当间苗，合理密植，适当修剪，避免徒长。2外部因素对光合作用速率的影响 (1)光照 光照强度应用：间种、套种，合理密植。光质光质(光的波长)不同，影响光合速率，白光为复色光，光合作用能力最强。光照的日变化光合速率在一天中也有变化。在温暖的日子里，如水分供应充足，太阳光照成为主要因素，光合过程一般与太阳辐射的进程相符合；从早晨开始，光合作用逐渐加强，中午达到高峰，以后逐渐降低，到日落则停止，成为单峰曲线。这是相对无云的晴天而言。但当晴天无
8、云而中午太阳光照强烈时光合速率有时反而会降低形成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”现象。(2)二氧化碳 只有当环境中的CO2浓度达到一定浓度时，植物才能进行光合作用。植物能够进行光合作用的最低CO2浓度称为CO2补偿点，一般来说，在一定的范围内，植物光合作用的强度随CO2的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度就不再增强或增加很少，这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。如CO2浓度过高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒，而影响植物正常的生长发育。大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量。(根据当地的“风向”选好
9、“行向”，注意行距，合理密植，以利于空气流通，充分吸收CO2和利用光能。)应用：温室栽培植物时适当提高室内CO2的浓度，如，释放一定量的干冰、多施农家肥料(农家肥料为有机肥，能在微生物的作用下分解产生CO2)、适当施用碳酸氢铵肥料(碳酸氢铵分解后能放出较多的CO2)。(3)温度温度直接影响酶的活性，因此，温度对光合作用的影响也很大。大部分植物光合作用最适温度为2535，35 以上时光合作用就开始下降，4550 时即完全停止。低温时酶促反应速率下降，故限制了光合作用的进行。光合作用在高温时下降的原因，一方面是高温破坏了叶绿体和细胞质的结构，并使酶钝化；另一方面是在高温时，呼吸速率大于光合作用速率
10、。应用：温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温。(4)必需的矿质元素矿质元素直接或间接地影响着光合作用。这些元素有些是构成或合成与光合作用有关的结构或化合物的重要元素，如氮、镁是叶绿素生物合成的必需矿质元素，氮还是构成ATP、NADPH、酶等物质和叶绿体膜的重要元素；磷也参与光合作用中间产物的转变和能量的传递。在一定范围内，营养元素越多，光合速率就越快。氮、磷、钾肥料三要素中，以氮肥对光合作用的效果最明显。追施氮肥促进光合速率的原因有两方面：促进叶片面积增大，叶片数目增多，增加光合面积，这是间接的影响。直接的影响光合能力。应用：合理施肥。(5)水 光合作用所需的水分只是植物吸收水分的一
11、小部分(1%以下)。因此，水分缺乏主要是间接地影响光合速率下降，直接原因是由于缺水使叶片气孔关闭，影响CO2进入叶内，进而影响光合作用。应用：合理灌溉。预防干旱，防止“午休”现象。(6)温度、光照强度、二氧化碳浓度综合因素 P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。应用：农业生产过程中适当改变相应因素以提高光合速率，达到增产的目的。【例2】为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25 条件下培养，实验结果如图所示，请回答：(1)与D点
12、相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是_，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是_。光照强度水 (2)实验结果表明，在_的条件下施肥效果明显，除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取_措施能提高玉米的光能利用率。土壤含水量在40%60%合理密植 解析：通过图解可以看出光合作用的影响因素有光照强度、含水量、矿质元素等，B点与D点比较是光照强度的影响，C点与D点比较是土壤含水量的影响，通过图解可看出施肥效果明显是在含水量在40%60%，增加光能利用率一般采取的措施是合理密植。(三)酵母菌细胞呼吸类型的判断 1若只产生CO2，不消耗O2，则只进行无氧呼吸(图中A点)。2若产生
13、的CO2的物质的量比吸收的O2的物质的量多，则同时进行有氧呼吸和无氧呼吸(图中AC段)。3若产生的CO2的物质的量与吸收的O2的物质的量相等，则只进行有氧呼吸(图中C点以后)。4.B点表示无氧呼吸与有氧呼吸速率相等(用CO2的释放量表示)。D点表示O2的浓度超过一定值(10%)以上时，无氧呼吸消失，细胞只进行有氧呼吸。【例3】有一瓶混合酵母菌和葡萄糖的培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如下表所示。下列叙述错误的是()A.氧浓度为b时，经有氧呼吸产生的CO2为6 molB.a值应当为0 C.氧浓度为c时，有50%的葡萄糖用于酒精发酵 D.d浓度时只进行有氧呼吸 C
14、解析：酵母菌无氧呼吸的反应式可知，酵母菌只进行无氧呼吸时产生的二氧化碳与酒精的量是相等的，当氧浓度为a时，产生的二氧化碳量与酒精量相等，说明此时酵母菌只进行无氧呼吸，a值为0；当氧浓度为b时，酵母菌无氧呼吸产生的二氧化碳量与酒精量都为6.5 mol，多余的6 mol是有氧呼吸的结果；d浓度时没有酒精产生，故没有无氧呼吸，只进行有氧呼吸；氧浓度为c时，有66.7%的葡萄糖用于酒精发酵。1温度 最适温度时，细胞呼吸最强，超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制；低于最适温度，酶活性下降，细胞呼吸受抑制。(四)影响细胞呼吸的因素及细胞呼吸原理在生产、生活中的应用 生产上应用这一原理
15、在低温下贮存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。2O2浓度O2浓度低时，无氧呼吸占优势；随O2浓度增大，无氧呼吸逐渐被抑制，有氧呼吸不断加强；当O2浓度达到一定值后，随O2浓度增大，有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间；中耕松土增加根的有氧呼吸；在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖；真空保存大米。3水 在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。应用：在作物种子储藏前，
16、将种子晒干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。注意：种子、蔬菜和水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，不同的是种子还应保持干燥，而蔬菜和水果应保持一定湿度。低温一般为零上低温。【例4】下列各项应用中，主要是利用细胞呼吸原理的是()手指受伤时，选择透气的消毒纱布包扎；稻田定期排水；利用葡萄、粮食和酵母菌制酒；光下适当增加作物环境中二氧化碳的浓度 A B C D B解析：手指受伤时，选择透气的消毒纱布包扎，为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈；稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行产生酒精的无氧呼吸，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根
17、系变黑、腐烂；酵母菌在无氧条件下，利用葡萄、粮食，进行无氧呼吸酿制成酒；光下适当增加作物环境中二氧化碳的浓度能提高产量是利用光合作用原理。1.(2011安徽卷)某种蔬菜离体叶片在黑暗中不同温度条件下呼吸速率和乙烯产生量的变化如图所示，t1、t2表示1030 之间的两个不同温度。下列分析正确的是()A与t1相比，t2时呼吸速率高峰出现时间推迟且峰值低，不利于叶片贮藏 B与t2相比，t1时乙烯产生量高峰出现时间提前且峰值高，有利于叶片贮藏 Ct1、t2条件下呼吸速率的变化趋势相似，t1t2，t1时不利于叶片贮藏 Dt1、t2条件下乙烯产生量的变化趋势相似，t1t2，t1时不利于叶片贮藏 解析：呼吸
18、作用越强，消耗的有机物越多，乙烯产生量越多，植物器官成熟越快，越不利于贮藏。答案：C 2.(2011广东卷)观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化。长期干旱条件下，蝴蝶兰在夜间吸收CO2并贮存在细胞中。甲 正常和长期干旱条件下蝴蝶兰CO2吸收速 率的日变化 (1)依图甲分析，长期干旱条件下的蝴蝶兰在04时_(填“有”或“无”)ATP和H的合成，原因是_ _；此时段_(填“有”或“无”)光合 作用的 暗反应 发生，原 因 是_；1016时无明显CO2吸收的直接原因是_。有此时段细胞进行有氧呼吸，有氧呼吸的第一、二阶段均有H产生，第一、二、三阶段均有ATP生成无此时段没有光反应，而暗
19、反应必须要由光反应提供ATP和H，故不存在暗反应气孔关闭乙 正常和长期干旱条件下蝴蝶兰的干重增加量 (2)从 图 乙 可 知，栽 培 蝴 蝶 兰 应 避 免 长 期_，以利于其较快生长。此外，由于蝴蝶兰属阴生植物，栽培时还需适当_。干旱遮阴 (3)蝴蝶兰的种苗可利用植物细胞的_，通过植物组织培养技术大规模生产，此过程中细胞分化的根本原因是_。全能性基因选择性表达 解析：(1)由图甲可知干旱条件下，蝴蝶兰在04时吸收CO2，而无光则不能进行光反应，由于暗反应必须要由光反应提供ATP和H，则此时不能进行暗反应；该时段植物能进行呼吸作用，有氧呼吸的第一、二阶段均产生H，第一、二、三阶段均有ATP生成
20、，则有ATP和H的合成。1016时气温比较高，长期缺水的植物为了减少水分散失会关闭气孔，导致不能吸收CO2。(2)由图乙可知蝴蝶兰在干旱条件下生长缓慢，因此栽培时应避免干旱、缺水；由题干信息“阴生植物”，可知第2空填遮阴。(3)植物组织培养的原理是细胞具有全能性，细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。3.(2011广东卷)中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验：.提取叶绿素 注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。.探究pH对叶绿素稳定性的影响 取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约25)下进行实验，方法和结果
21、如下表。根据所学知识和实验结果，请回答：(1)提取食用叶绿素的X应该为_，原因是_。(2)表中Y应该为_，原因是_。(3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于_食品，否则_ _。SiO2 SiO2能使研磨更加充分8.0以1.0作为pH梯度进行实验且要考虑碱性pH对叶绿素稳定性的影响酸性由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质 (4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。答案：纸层析法，其主要步骤：制备滤纸条 画色素液细线 用层析液分离色素 观察色素带 解析：(1)的目的是提取叶绿素，X为SiO2，有助于研磨得充分。(2)的目的是探究pH对叶绿素稳定性的影响，则自变量是pH的大小，表格中pH大小变化梯度为1.0，还要考虑碱性pH对叶绿素稳定性的影响，再看pH与实验结果的关系可知Y为8.0。(3)由表中实验结果可知叶绿素在pH6时被破坏，所以不能用于酸性食物。
