1、专题五光合作用与呼吸作用GOU JIAN WANG LUO CHUAN LIAN ZHI SHI构建网络串联知识 YAO DIAN ZHENG HE ZI CE PAI CHA要点整合自测排查 光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化一、整合主干知识1细胞呼吸整合2光合作用整合3光合作用与细胞呼吸过程的联系4能量转换过程5外界条件变化时，C5、C3、H、ATP等物质的量的变化模式图(1)光照强度变化：(2)CO2浓度变化：二、自测排查1判断有关细胞呼吸叙述的正误(1)细胞呼吸的底物是有机物而并不只是糖类()(2)各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体()(3)细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定
2、是无氧呼吸()(4)人体剧烈运动时，CO2释放量/O2吸收量1，即CO2既可以在线粒体又可以在细胞质基质中产生()2判断有关光合作用叙述的正误(5)在真核生物中，光合色素位于类囊体薄膜上，而光合作用的酶则位于叶绿体基质中()(6)暗反应中C原子的转移途径是14CO214C314C5(14CH2O)()(7)若用含有18O的水浇灌番茄，则番茄周围空气中含有18O的物质有HO、18O2、C18O2()(8)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP()三、边角扫清1肌细胞内的肌质体是由什么组成的？有什么意义？提示：肌细胞内的肌质体是由大量变形的线粒体组成的，肌质体有利于
3、对肌细胞的能量供应。2细胞呼吸产生的H和光反应产生的H是同一物质吗？其成分是蛋白质吗？提示：细胞呼吸产生的H是还原型辅酶I(NADH)的简化表示方式，光反应产生的H是还原型辅酶(NADPH)，NADH和NADPH中的N指烟酰胺，A指腺嘌呤，D是二核苷酸，P是磷酸基团，因此H的成分不是蛋白质。31 mol葡萄糖有氧呼吸能释放2 870 kJ的能量，而1 mol葡萄糖分解生成乳酸，只释放196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中。据此分析在进行无氧呼吸过程中，葡萄糖中能量的主要去向和葡萄糖氧化分解释放的能量的主要去向是什么？提示：无氧呼吸过程中，葡萄糖中的能量主要转移到
4、乳酸或酒精中没有释放出来；而氧化分解释放的能量主要以热能形式散失了。光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用一、整合主干知识1影响光合速率的三大因素曲线分析原理：主要影响光反应阶段ATP和H的产生。分析P点后的限制因素：原理：影响暗反应阶段C3的生成。分析P点后的限制因素：CO2浓度过高会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用主要影响暗反应，通过影响酶的活性而影响光合作用2.密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化分析(1)光合速率等于呼吸速率的点是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浓度降低，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。(3)
5、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浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长3.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析注：用SP、SM、SN表示曲线与坐标轴围成的闭合区间的面积(1)积累有机物时间段：ce段。(2)制造有机物时间段：bf段。(3)消耗有机物时间段：Og段。(4)一天中有机物积累最多的时间点：e点。(5)一昼夜有机物的积累量表示为：SPSMSN(用SP、SM、SN表示)。二、自测排查(1)适宜条件下的光合作用过程中，C5含量/C3含量的比值在停止供应CO2后比停止前高()(2)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降
6、低温度，可提高作物产量()(3)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长()(4)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定()(5)降低光照将直接影响到光反应的进行，从而影响暗反应；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行()(6)及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害()(7)无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜()三、边角扫清1海洋中的藻类植物，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深，这与光能的捕获有关吗？提示：是的。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身
7、的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是。提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放
8、射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。YAN JIU KAO TI JIE NAN PEI YOU研究考题解难培优 细胞呼吸和光合作用的物质和能量转化题点1光合作用和细胞呼吸的物质转化1(2020全国卷)种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是( D )A若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸B若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等C若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放D若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO
9、2的多【解析】呼吸底物是葡萄糖时，若只进行有氧呼吸，则消耗的氧气生成的二氧化碳量；若只进行无氧呼吸，当呼吸产物是酒精时，生成的酒精量生成的二氧化碳量。若二氧化碳的生成量酒精的生成量，则说明不消耗氧气，故只有无氧呼吸，A正确；若只进行有氧呼吸，则消耗的氧气量生成的二氧化碳量，B正确；若只进行无氧呼吸，说明不消耗氧气，产乳酸的无氧呼吸不会产生二氧化碳，C正确；若同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，若无氧呼吸产酒精，则消耗的氧气量小于二氧化碳的生成量，若无氧呼吸产乳酸，则消耗的氧气量二氧化碳的生成量，D错误。2(2020山东省高考真题)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、
10、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 模块1和模块2 ，模块3中的甲可与CO2结合，甲为 五碳化合物(或：C5) 。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将 减少 (填：增加或减少)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP不足 。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量 高于 (填：高于、低于或等于)植物，原因是 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或：植物呼吸作用消耗糖类) 。(4)干旱条件下，很多植物
11、光合作用速率降低，主要原因是 叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。【解析】(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。(2)据分析可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C
12、3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)糖类的积累量产生量消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。拓展归纳：光合作用与细胞呼吸物质能量转化模式图(1)H的来源、去路过程图解(2)ATP的来源、去路过程图解题点2光合作用
13、物质含量的变化3(2019全国高三专题练习)光合作用通过密切关联的两大阶段光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，说法正确的是( C )A突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少B突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少C突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少D突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少【解析】突然中断CO2供应导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，A项错误；突然中断CO2供应使C3含量减少，进而使ATP和H含量增多，所以ATP/ADP比值增加，B项错误；突然将
14、红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和H含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C项正确；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和H含量增加，ATP/ADP比值增加，D项错误。4(2019浙江省高三二模)图1表示某绿色植物光合作用与细胞呼吸之间的关系，图2表示在最适宜的条件下该植物吸收CO2的速率随光照强度的变化。下列说法正确的是( B )A在图1的过程中，产生ATP的反应过程有BY物质含有葡萄糖中的大部分能量，进入线粒体后逐步释放CO2C适当提高外界环境温度，图2中b点将会右移、c点右下移D在b点所示条件下，该植物叶肉细胞光合速率等于呼吸速率【解析】在图1的过程中，产生ATP的反
15、应过程有，暗反应阶段不产生ATP，A错误；Y物质为丙酮酸，含有葡萄糖中的大部分能量，进入线粒体后逐步释放CO2，并在有氧呼吸的第三阶段产生大量的ATP，B正确；图2是在最适条件下测定，若提高外界环境温度，光合速率会下降，图2中b点将会右移、c点左下移，C错误；由于该植物所有细胞均进行呼吸作用，而只有部分细胞进行光合作用，故在b点所示条件下，该植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，D错误。规律方法：环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系(1)光补偿点的两种生理状态：整个植株：光合作用强度呼吸作用强度。叶肉细胞：光合作用强度呼吸作用强度。(2)光补偿点、光饱和点移动方向：光补偿点的移动：a呼吸
16、速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。b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。光饱和点的移动：相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点C应右移(C点右上移)，反之左移(C点左下移)。题点3总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系5(2020广西壮族自治区)科研小组将某植物置于温度适宜、密闭透明的玻璃罩内，在不同光照强度下测定并计算出CO2释放量和O2产生量(如图所示)，假定光照强度不影响呼吸速率，有关分析错误的是( C )A甲曲线表示O2产生量Bm值是在黑暗条件下测得的Ca点时植物的光合速率等于呼吸速率DCO2浓度是限制c点
17、变化的主要外界因素【解析】据图可知，甲曲线表示O2产生量，A正确；乙曲线表示呼吸作用速率，m表示呼吸速率，测定呼吸作用速率时需要在黑暗环境中测定，B正确；a点时CO2的释放量0，因此呼吸速率光合速率，C错误；密闭环境中二氧化碳用于光合作用，浓度逐渐降低。c点时已经达到光饱和点，由于温度适宜，此时限制光合作用的环境因素不再是自变量光照强度，而是二氧化碳浓度，D正确。6(2020延安市第一中学高三其他)以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图甲所示。下列分析正确的是( B )A光照相同时间，在20 条件下植物积累的有机物的量最多B光照相同时间，35
18、 时光合作用制造的有机物的量与30 相等C如果该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X1)kg，然后光照4 h后重(X2)kg，则总光合速率为3/4 kgh1D若将乙装置中NaHCO3溶液换成蒸馏水，则在黑暗条件下可测得B曲线【解析】在光照时间相同的情况下，在25 时，CO2吸收量最大，即光合作用净合成量最大，积累的有机物最多，A错误；在光照时间相同的情况下，30 时光合作用的总量为3.50(净合成量)3.00(呼吸消耗量)6.50 mg/h,35 时光合作用的总量为3.00(净合成量)3.50(呼吸消耗量)6.50 mg/h，二者相同，B正确；该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X1)
19、kg，说明呼吸速率为1/4 kgh1，然后光照4 h后重(X2)kg，说明净光合速率为3/4 kgh1，则总光合速率为1 kgh1，C错误；将乙装置中NaHCO3溶液换成氢氧化钠溶液，则在黑暗条件下可测得B曲线，D错误。7(2020湖南省高三二模)秋冬季温室内低浓度CO2与弱光环境严重制约了温室植物的产量。为实现蔬菜的高产，某科研小组进行了增施CO2与LED补光对温室番茄植株生长影响的实验，图1为一个温室的甲、乙、丙三个密闭隔间在自然光照条件下CO2浓度的变化曲线；图2为均给予实验当天10：00时光照强度的自然光，不同处理条件下番茄植株的净光合速率的柱形图补光指LED补光100 mol/(m2
20、s)，800、1 200指维持的CO2浓度(单位：(mol/mol)。回答下列问题。(1)图1的甲、乙、丙三条曲线中，曲线 丙 表示未增施CO2的对照组，判断的理由是 光照条件下，密闭环境中CO2的浓度逐渐降低 。(2)曲线丙的ab段，隔间中CO2含量基本不变的原因是 光照比较弱，此时番茄植株的光合作用速率与呼吸作用速率基本相等 ；在10：00时，给甲隔间用LED灯进行补光，光合速率 基本不变 (填“增大”“减少”或“基本不变”)，在11：00时，实验小组采取了某一措施，引起甲隔间出现de段曲线下降，最可能的措施是 不再补CO2 。(3)在生产实践中，人们通常可以采取 增施有机肥、适时地通风、
21、采用CO2发生器 (答出两项)等措施提高温室的CO2浓度；结合图1、图2可知，补充CO2与补充光照相比， 补充CO2 对温室番茄植株的光合速率影响更大。【解析】(1)根据光照条件下，密闭环境中CO2的浓度逐渐降低，可判断曲线丙表示未增施CO2的对照组。(2)曲线丙的ab段，光照比较弱，此时番茄的光合作用速率与呼吸作用速率基本相等；由图1可知，10：00时甲隔间的CO2浓度约为1 200 mol/mol，由图2可知，给甲隔间补充光照，光合速率基本不变，所以de段CO2浓度下降的最可能原因是不再补CO2。(3)在生产实践中，人们可以采取增施有机肥、适时地通风、采用CO2发生器等措施提高温室的CO2浓度，结合图1、图2可知，补充CO2比补充光照对温室番茄植株的光合速率影响更大。归纳总结：植物“三率”问题解读