1、第 12 课时 光合作用和细胞呼吸相关知识与题型 1光合作用与细胞呼吸关系的图示比较(1)从反应式上追踪元素的来龙去脉 光合作用总反应式 提醒 O2中O原子全部来自水；CO2中C经C3进入(CH2O)，不经C5。CO2H2O有氧呼吸反应式 提醒 产生的H2O中的O原子全部来自O2，与反应物H2O中O原子无关。6O2(2)从具体过程中寻找物质循环和能量流动(如图)ATP物质循环 C：CO2 C3 O：H2O H：H2O (CH2O)H 能量流动(单向、递减)光能 （）各项生命活动 (CH2O)CO2O2H2OHATPH2O ATPCH2O呼吸呼吸呼吸暗反应光反应光反应暗反应呼吸、呼吸光反应暗反应
2、呼吸热能（主要）2.光合作用和细胞呼吸中H的来源和去路分析 光合作用细胞呼吸来源过程2H2O 4H+O2(1)C6H12O 2 丙酮酸4H(2)2 2丙酮酸+6H 2O 6CO2+20H 场所_(1)_(2)_去路过程C3 (CH2O)24H+6O212H2O场所_光酶H ATP、酶酶酶叶绿体基质叶绿体的类囊体薄膜上线粒体内膜细胞质基质线粒体基质提醒 光合作用中产生的H是还原型辅酶(NADPH)十分简化的表示方式(教材 103 页相关信息)，而细胞呼吸中产生的H是还原型辅酶(NADH)十分简化的表示方式(教材 94 页相关信息)，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。还原氢的书写形式一定不能写成
3、 H、H、H2，只能写成H或 NADH，亦或 NADPH。3光合作用和细胞呼吸中 ATP 的来源及去路分析(1)光合作用 ATP(光反应类囊体薄膜上)ADPPi(暗反应叶绿体基质中)(2)细胞呼吸 都产生 ATP，场所为细胞质基质和线粒体)ADPPi(各项生命活动需要)提醒 在无 O2 条件下，需氧型生物仍能产生 ATP 并进行主动运输，这是无氧呼吸的结果。方法规律提炼 题型一 光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下气体变化规律 典例 1 如图为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中，正确的是 ()Aa、b 箭头表示的是 O2进出细胞的过程 Be、f 箭头表示的是 CO2进出细胞的过程
4、 C.以 C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O 的呼吸作用产物的主要去向是图中的 d D.以 H182 O 作原料进行光合作用，在较强呼吸作用下，测得含18O 的光合作用产物的主要去向是图中的 b 解析 a 表示叶绿体吸收 CO2，b 表示叶绿体释放 O2，e 表示线粒体吸收 O2，f 表示线粒体释放 CO2，c 表示叶绿体产生的 O2被线粒体利用，d 表示线粒体产生的 CO2被叶绿体利用。以 C18O2作原料进行光合作用，18O 的转移为 C18O2有机物C18O2，在较强光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸产物 C18O2主要被叶绿体利用，即主要去向是图中的 d。
5、以 H182 O 作原料进行光合作用，18O 全部生成氧气，在较强呼吸强度下，氧气主要被线粒体利用，进行有氧呼吸，即主要去向是图中的 c。答案 C方法规律 绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，分解有机物、吸收 O2、产生 CO2。注意四种情况：(1)强光照射：光合作用速率大于细胞呼吸速率。叶绿体产生的O2 的去向：供给线粒体释放到叶片外。叶绿体需要的 CO2 的来源：线粒体产生外界吸收。过程如图 1 所示：(2)中性光照：光合作用速率等于细胞呼吸速率。叶绿体产生的 O2供给线粒体进行细胞呼吸。线粒体产生的 CO2供给叶绿体进行光合作用，叶片与外界环境不进行气体交换。过程如图 2所示：(3)弱光光
6、照：光合作用速率小于细胞呼吸速率。叶绿体产生的全部 O2 供给线粒体利用。线粒体产生的 CO2除供给叶绿体利用外，其余释放到叶片外。过程如图 3所示：(4)黑暗情况：不进行光合作用，只进行细胞呼吸，叶片从外界吸收 O2，释放 CO2。过程如图 4 所示：变式训练 1如下图所示，图甲表示某大棚蔬菜叶肉细胞的部分结构和相关代谢情况，其中 af 代表 O2或 CO2。图乙表示该植物在适宜的条件下 O2净产量(光合作用的 O2产生量呼吸作用的 O2 消耗量)与光照强度之间的关系曲线。据图回答下列问题：(1)在图甲中，b 可代表_，物质 b 进入箭头所指的结构后与_结合，生成大量的_。(2)在适宜的条件
7、下，若用 CO2、H182 O 供给植物进行代谢，则甲图中的 d 所代表的物质应是_。(3)在图乙中，A 点时叶肉细胞内生成的物质有_，在 N 点后 O2净产量的增长逐渐减慢并趋向平衡，其制约的内在和外在因素分别是_、_。(4)在其他条件不变的情况下，适当提高棚内的温度，可以提高蔬菜的产量，此时乙图中 N 点向_(左、右)移动。(5)在图乙 P 点所处的状态时，叶绿体内 ATP 移动的方向是_。A 点状态时，可以发生图甲中的哪些 过 程(用 图 中 字 母 表 示)？_；D 点 时 发 生(字 母 表示)_。解析 该题以图解和坐标曲线的形式考查光合作用、呼吸作用的过程。两者互相提供原料，光合作
8、用需要线粒体呼吸作用释放的 CO2 来合成有机物，线粒体呼吸作用要消耗光合作用产生的 O2，同时会分解光合作用合成的有机物为生物生命活动提供直接的能源物质。曲线的 A点光照强度为零，此时只进行呼吸作用，P 点表示光合作用强度等于呼吸作用强度。答 案 (1)O2 H ATP和 水 (2)18O2(3)CO2 和 H2O 叶绿体的数量 二氧化碳浓度(或温度)(4)左(5)从类囊体薄膜到叶绿体基质 ef abcd 题型二 光合作用与呼吸作用的相关计算 典例 2 如图表示绿色植物鸭茅(属禾本科鸭茅属，为多年生草本植物，幼叶呈折叠状)相对光合速率(%)与叶龄的关系。请据图回答：(1)B 点表示_ (2)
9、新形成的嫩叶净光合速率(净光合速率真光合速率呼 吸 速 率)很 低，从 光 合 作 用 的 光 反 应 角 度 分 析，是 由 于_；从光合作用的暗反应角度分析，是由于_；此外还有_等原因。(3)CD段 相 对 光 合 速 率 明 显 下 降 的 原 因 是_。(4)光合产物从叶片中输出的快慢影响叶片的光合速率。若摘除 花 或 果 实，叶 片 光 合 速 率 随 之 降 低 的 原 因 是_。(5)用与鸭茅大小相似的绿色叶片，分组进行如下实验。已知叶片实验前，在不同温度下分别暗处理 1 h，测其质量变化，立即再光照 1 h(光强度相同)，再测其质量变化，得到如下结果：组别 甲 乙 丙 丁 温度
10、/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 参与光合作用的酶的最适温度大约在_；温度为30时，叶片真正的光合作用速率为_。解析(1)从图中可以看出，在 B 点时，叶片充分展开，此时的相对光合速率为 100%。(2)从影响光合作用光反应和暗反应的内部因素入手，结合嫩叶的生长状态进行分析。(3)从叶龄增大后的物质组成和结构上着手分析。(4)光合作用的产物大量运输到花和果实，摘除花或果实后，叶片中光合产物的输出受阻，光合速率随之降低。(5)黑暗中只进行细胞呼吸，光照下的增重是净光合量。按光照条件下的总光合量净光合量呼吸量进行计算，
11、29时的总光合量最大，表明此时的光合酶活性最强。30时的总光合量光下净光合量光下呼吸量黑暗中的呼吸量3 mg/h。答案(1)叶片充分展开时，相对光合速率最大(2)幼叶呈折叠状，吸收光能少、光合色素含量少(和叶绿体片层结构不发达等)光合作用所需酶含量少、活性低 幼叶呈折叠状，气孔开度低(3)叶绿素的含量减少，光合酶等酶的活性降低(4)光合产物的输出受阻(5)29 3 mg/h 方法规律 1光合作用速率表示方法：通常以一定时间内 CO2等原料的消耗或 O2、(CH2O)等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合速率。2、在有光条件下，植物同时进行光合作
12、用和细胞呼吸，实验容器中 O2 增加量、CO2 减少量或有机物的增加量，称为表观光合速率，而植物真正光合速率表观光合速率呼吸速率。如上图所示。3呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中 CO2 增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。4一昼夜有机物的积累量(用 CO2 量表示)可用下式表示：积累量白天从外界吸收的 CO2量晚上呼吸释放的 CO2量。5判定方法(1)若为坐标曲线形式，当光照强度为 0 时，CO2吸收值为 0，则为真正(实际)光合速率，若是负值则为表观光合速率。(2)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为表观光合速率。(3)有机物积累量一般为表观光合速率，制造量一般为
13、真正(实际)光合速率。变式训练 2将某绿色植物放在特定的实验装置中，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响(其他实验条件都是理想的)，实验以 CO2的吸收量与释放量为指标。实验结果如下表所示：温度()5 10 15 20 25 30 35 光照下吸收 CO2(mg/h)1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00 黑暗中释放 CO2(mg/h)0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50 下列对该表数据分析正确的是 ()A昼夜不停地光照，在 35时该植物不能生长 B昼夜不停地光照，在 15时该植物生长得最快 C每天交替进行 12 小时光照、12 小时
14、黑暗，在 20时该植物积累的有机物最多 D每天交替进行 12 小时光照、12 小时黑暗，在 30时该植物积累的有机物是 10时的 2 倍 解析 光照下吸收 CO2的量代表的是有机物的积累量，黑暗中放出 CO2的量代表的是有机物的消耗量；35时该植物的有机物积累量为 3，能正常生长；植物生长最快时的温度为 25；每天交替进行 12 小时光照、12 小时黑暗，在 20时该植物积累的有机物为：3.25121.51221 mg；同理可算出其他温度条件下有机物的积累量，在所有的温度中 20时有机物积累量最多；每天交替进行 12 小时光照、12 小时黑暗，在 10时该植物积累的有机物为：1.75120.7
15、51212 mg；在 30时该植物积累的有机物为：3.5123.0126 mg；在 10时该植物积累的有机物是 30时的 2 倍。答案C题型三 光合作用和细胞呼吸强度的比较及细胞呼吸类型的判断 典例 3 某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题。研究中设计了下图所示的装置。请利用以上装置完成对该转基因作物光合作用强度的测试。实验步骤：(1)测定植物的呼吸作用强度，方法步骤：_；_；_。(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤：_；_；_。答案(1)甲、乙装置 D 中放入 NaOH 溶液，装置乙作为对照组 将装置甲、乙的广口瓶遮光处理，
16、放在温度等相同的环境中 30 分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度(2)甲、乙装置 D 中放入 NaHCO3溶液，乙装置作为对照组 将装置甲、乙放在光照强度、温度等相同的环境中 30 分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度 方法规律 测定细胞呼吸作用或确认呼吸类型常采取 U 型管液面升降或玻璃管液滴移动的观察法，即在广口瓶或锥形瓶内放入被测生物(活种子或植物或动物)，通过生物呼吸过程中释放 CO2或吸入 O2引起的气压变化，进而推测或计算生物的呼吸状况，如图装置所示。由于生物呼吸时既产生 CO2又消耗 O2，前者可引起装置内气压升高，而后者则引起装置内气压下降，为
17、便于测定真实呼吸情况，应只测其中一种气体变化情况。为此，测定过程中，往往用 NaOH 或 KOH 吸收掉呼吸所产生的 CO2，这样，整个装置中的气压变化，只能因吸收 O2 所引起，从而排除 CO2对气压变化的干扰。(1)物理误差的校正 由于装置的气压变化也可能会由温度等物理因素所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照实验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误差。此时，对照实验与呼吸装置相比，应将所测生物灭活，如将种子煮熟，而其他各项处理应与实验组完全一致(包括 NaOH 溶液，所用种子数量，装置瓶及玻璃管的规格等)。(2)探究光合作用和细胞呼吸与光照强度的关系 将上述装置置于不同光照强度(可
18、用不同功率的灯泡或同一功率灯泡通过改变光照距离进行控制)条件下，被研究生物应为绿色植物。结果分析：若红色液滴右移，说明光照较强，光合作用大于细胞呼吸，释放 O2使瓶内气压增大。若红色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸大于光合作用，吸收 O2使瓶内气压减小。若红色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用等于细胞呼吸，释放 O2等于吸收 O2，瓶内气压不变。(3)细胞呼吸状况的实验测定归纳 欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，两套呼吸装置中的单一变量为 NaOH 与蒸馏水，即用等量的蒸馏水取代实验组的 NaOH 溶液，其他所有项目均应一致，加蒸馏水的装置内气压变化应由 CO2与 O2共同决
19、定。两套装置可如下图所示，当然，此时仍有必要设置另一组作误差校正之用：结果与分析 若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸(因有氧呼吸产 CO2量与耗 O2量相等)。若装置 1 液滴不动，装置 2 液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸(因无氧呼吸只产 CO2，不耗 O2)。若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。装置 1 与装置 2 液滴均左移，则呼吸过程中 O2吸收量大于 CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。a为使实验结果精确，排除实验误差还应设置如图装置3，以便校正。b进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”
20、，而不是“先结论后结果”，如上。变式训练 3下图是测定发芽种子的呼吸类型所用装置(假设呼吸底物只有葡萄糖，并且不考虑外界条件的影响)，下列有关说法错误的是 ()现象 选项 甲装置 乙装置 结论 A 液滴左移 液滴不动 只进行有氧呼吸 B 液滴不动 液滴右移 只进行无氧呼吸 C 液滴不动 液滴不动 只进行有氧呼吸 D 液滴左移 滴液右移 既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸 解析 甲装置中的液体是 NaOH，能将发芽种子产生的 CO2吸收，所以着色液滴的移动只和 O2体积的变化有关，如果着色液滴左移，则说明发芽种子进行了有氧呼吸，如果着色液滴不移动，说明发芽种子没有进行有氧呼吸。乙装置中的液体是蒸馏水，着色液滴的移动和 O2的消耗量与 CO2的产生量的差有关，如果发芽种子只进行有氧呼吸，则着色液滴不移动；如果着色液滴右移，则说明发芽种子同时进行了有氧呼吸和无氧呼吸或只进行了无氧呼吸。根据 C 项的结论，若“只进行有氧呼吸”，则甲装置着色液滴左移，与现象不符。答案 C返回