光合作用和細(xì)胞呼吸的綜合


[素能建構(gòu)]


1.光合作用與細(xì)胞呼吸中物質(zhì)及能量轉(zhuǎn)化


(1)物質(zhì)方面:


①C:CO2 eq \(――→,\s\up9(暗反應(yīng)))(CH2O) eq \(――→,\s\up9(呼吸Ⅰ))C3H4O3 eq \(――→,\s\up9(呼吸Ⅱ))CO2。


②O:H2O eq \(――→,\s\up9(光反應(yīng)))O2 eq \(――→,\s\up9(呼吸Ⅲ))H2O。


③H:H2O eq \(――→,\s\up9(光反應(yīng)))NADPH eq \(――→,\s\up9(暗反應(yīng)))(CH2O) eq \(――→,\s\up9(呼吸Ⅰ、Ⅱ))[H] eq \(――→,\s\up9(呼吸Ⅲ))H2O。


(2)能量方面:


光能 eq \(――→,\s\up9(光反應(yīng)))ATP和NADPH eq \(――→,\s\up9(暗反應(yīng)))(CH2O) eq \(――→,\s\up9(細(xì)胞呼吸))


eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(熱能,ATP―→\a\vs4\al(各項(xiàng)生命活動(dòng))))


(3)光合作用與有氧呼吸中[H]、ATP來源與去路








2.不同光照條件下葉肉細(xì)胞的氣體代謝特點(diǎn)





[對點(diǎn)訓(xùn)練]


1.下圖為植物細(xì)胞代謝的部分過程簡圖,①~⑦為相關(guān)生理過程。下列敘述錯(cuò)誤的是( )





A.若植物缺鎂,則首先會(huì)受到顯著影響的是③


B.②的進(jìn)行與⑤⑥密切相關(guān)


C.藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中④發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中


D.葉肉細(xì)胞③中O2的產(chǎn)生量小于⑥中O2的吸收量,則該細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的總量將減少


C [鎂是合成葉綠素的成分,光反應(yīng)階段需要葉綠素吸收光能,若植物缺鎂則葉綠素的合成受到影響,首先會(huì)受到顯著影響的生理過程是③光反應(yīng)過程,A項(xiàng)正確;②是植物細(xì)胞通過主動(dòng)運(yùn)輸吸收無機(jī)鹽離子的過程,需要消耗能量,故與⑤⑥過程密切相關(guān),B項(xiàng)正確;藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞是原核細(xì)胞,沒有葉綠體,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中③光反應(yīng)過程O2的產(chǎn)生量小于⑥有氧呼吸過程O2的吸收量,則凈光合作用量小于0,該植物體內(nèi)有機(jī)物的量將減少,D項(xiàng)正確。]


2.下圖是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體的代謝簡圖,下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 ( )





A.細(xì)胞①處于黑暗環(huán)境中,該細(xì)胞單位時(shí)間釋放的CO2量即為呼吸速率


B.細(xì)胞②沒有與外界發(fā)生O2和CO2的交換,可斷定此時(shí)光合速率等于呼吸速率


C.細(xì)胞③處在較強(qiáng)光照條件下,細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為N1與N2的和


D.分析細(xì)胞④可得出,此時(shí)的光照強(qiáng)度較弱且N1小于M2


D [結(jié)合圖示可知,細(xì)胞①中僅線粒體中有氣體的消耗和生成,故應(yīng)處在黑暗環(huán)境中,此時(shí)細(xì)胞單位時(shí)間內(nèi)釋放的CO2量可表示呼吸速率,A項(xiàng)正確;細(xì)胞②沒有與外界進(jìn)行氣體交換,此時(shí)光合速率與呼吸速率相等,B項(xiàng)正確;細(xì)胞③需要從外界環(huán)境吸收CO2,并向細(xì)胞外釋放O2,此時(shí)細(xì)胞所處環(huán)境的光照強(qiáng)度大于光補(bǔ)償點(diǎn),細(xì)胞所利用的CO2包括細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的N2和從環(huán)境中吸收的N1,C項(xiàng)正確;細(xì)胞④中,線粒體利用的O2除來自葉綠體外,還要從細(xì)胞外吸收,說明此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度,細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸和光合作用的過程中,O2的凈消耗量(吸收量)M2與CO2的凈生成量N1相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。]


總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系及計(jì)算


[素能建構(gòu)]


1.內(nèi)在關(guān)系


(1)細(xì)胞呼吸速率:植物非綠色組織(如蘋果果肉細(xì)胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時(shí)間內(nèi)一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。


(2)凈光合速率:植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時(shí)間內(nèi)一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。


(3)總(真正)光合速率=凈光合速率+細(xì)胞呼吸速率。


2.判定方法


(1)根據(jù)坐標(biāo)曲線判定





①當(dāng)光照強(qiáng)度為0時(shí),若CO2吸收值為負(fù)值,該值的絕對值代表細(xì)胞呼吸速率,該曲線代表凈光合速率,如圖甲。


②當(dāng)光照強(qiáng)度為0時(shí),光合速率也為0,該曲線代表總(真正)光合速率,如圖乙。


(2)根據(jù)關(guān)鍵詞判定


[對點(diǎn)訓(xùn)練]


3.如圖表示20 ℃時(shí)玉米光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系,Sa、Sb、Sc依次表示有關(guān)物質(zhì)量的相對值。下列說法中不正確的是( )





A.Sa+Sb+Sc表示光合作用總量


B.Sc-Sa表示凈光合作用量


C.光照強(qiáng)度從B點(diǎn)到D點(diǎn)變化過程中,C3逐漸減少


D.若提高CO2濃度,則B點(diǎn)左移


A [由圖可知,Sc-Sa表示凈光合作用量,Sa+Sb表示呼吸消耗的總量,玉米光合作用總量=呼吸消耗量+凈光合量=Sb+Sc;光照強(qiáng)度從B點(diǎn)到D點(diǎn)變化過程中,光照強(qiáng)度增加,光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP增加,被還原的C3增多,所以細(xì)胞中的C3逐漸減少;若提高CO2濃度,光補(bǔ)償點(diǎn)減小,則B點(diǎn)左移。]


4.圖甲表示水稻的葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時(shí),單位時(shí)間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化。圖乙表示藍(lán)細(xì)菌光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系,下列說法正確的是( )





甲 乙


A.圖甲中,光照強(qiáng)度為b時(shí),光合速率等于呼吸速率


B.圖甲中,光照強(qiáng)度為d時(shí),單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞從周圍吸收2個(gè)單位的CO2


C.圖乙中,當(dāng)光照強(qiáng)度為x時(shí),細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體


D.圖乙中,限制e、f、g點(diǎn)光合作用速率的因素主要是光照強(qiáng)度


B [分析甲圖可知,光照強(qiáng)度為b時(shí),CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量相等,細(xì)胞呼吸釋放的CO2首先供應(yīng)葉綠體進(jìn)行光合作用,剩余部分釋放到外界,則此時(shí)細(xì)胞呼吸速率大于光合速率,A項(xiàng)錯(cuò)誤;光照強(qiáng)度為d時(shí),水稻葉肉細(xì)胞的光合速率大于細(xì)胞呼吸速率,光照強(qiáng)度為a時(shí),CO2釋放量即為細(xì)胞呼吸速率,則光照強(qiáng)度為d時(shí),O2產(chǎn)生總量為8個(gè)單位,需要消耗的CO2也為8個(gè)單位,所以單位時(shí)間內(nèi)需從外界吸收CO2為2個(gè)單位,B項(xiàng)正確;圖乙中所示生物為藍(lán)細(xì)菌,藍(lán)細(xì)菌不含線粒體和葉綠體,C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖乙中,限制g點(diǎn)光合作用速率的因素不是光照強(qiáng)度,可能是二氧化碳濃度及溫度等,D項(xiàng)錯(cuò)誤。]


植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)問題


[素能建構(gòu)]


光合作用與細(xì)胞呼吸曲線中的“關(guān)鍵點(diǎn)”移動(dòng)





(1)細(xì)胞呼吸對應(yīng)點(diǎn)(A點(diǎn))的移動(dòng):細(xì)胞呼吸增強(qiáng),A點(diǎn)下移;細(xì)胞呼吸減弱,A點(diǎn)上移。


(2)補(bǔ)償點(diǎn)(B點(diǎn))的移動(dòng)


①細(xì)胞呼吸速率增加,其他條件不變時(shí),CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移,反之左移。


②細(xì)胞呼吸速率基本不變,相關(guān)條件的改變使光合速率下降時(shí),CO2(或光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移,反之左移。


(3)飽和點(diǎn)(C點(diǎn))和D點(diǎn)的移動(dòng):相關(guān)條件的改變(如增大光照強(qiáng)度或增大CO2濃度)使光合速率增大時(shí),C點(diǎn)右移,D點(diǎn)上移的同時(shí)右移;反之,移動(dòng)方向相反。


[對點(diǎn)訓(xùn)練]


5.圖甲中試管A與試管B敞口培養(yǎng)相同數(shù)量的小球藻,研究光照強(qiáng)度對小球藻氧氣產(chǎn)生量的影響,試管A的結(jié)果如圖乙所示。據(jù)圖分析,下列敘述正確的是 ( )





甲 乙


A.Q點(diǎn)的O2凈釋放量為零,是因?yàn)榇它c(diǎn)光合作用強(qiáng)度為零


B.P點(diǎn)為負(fù)值的原因是細(xì)胞呼吸消耗氧氣;適當(dāng)降低溫度,P點(diǎn)將下降


C.在圖乙上繪制裝置B的曲線,Q點(diǎn)應(yīng)右移


D.降低CO2濃度時(shí),在圖乙上繪制裝置A的曲線,R點(diǎn)應(yīng)右移


C [Q點(diǎn)時(shí)凈光合速率為0,光合作用強(qiáng)度不為0,A錯(cuò)誤;P點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)值的絕對值代表呼吸速率,若適當(dāng)降低溫度,呼吸速率可能上升或下降,則P點(diǎn)會(huì)下移或上移,B錯(cuò)誤;裝置B中缺鎂影響葉綠素的合成,小球藻光合速率低,Q點(diǎn)應(yīng)右移,C正確;CO2濃度降低,光合速率下降,R點(diǎn)應(yīng)向左下移動(dòng),D錯(cuò)誤。]


6.下圖表示光照強(qiáng)度和CO2濃度對某植物光合速率的影響。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )





A.曲線中a點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí),葉綠體中C3濃度降低


B.曲線中d點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí),葉綠體中C5濃度升高


C.a(chǎn)b段影響光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度


D.bc段影響光合速率的限制性因素可能是溫度等其他條件


B [a點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí),光反應(yīng)增強(qiáng)能提供更多的還原氫和ATP用于C3的還原,故C3濃度會(huì)下降;d點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí)CO2濃度增加,會(huì)有更多的C5用于CO2的固定,故C5濃度會(huì)下降;ab段表示隨光照強(qiáng)度的增大,光合速率增加,故光照是影響光合速率的主要因素;bc段光照強(qiáng)度已經(jīng)飽和,溫度等成為光合速率的影響因素。]


自然環(huán)境和密閉環(huán)境中植物的生長問題


[素能建構(gòu)]


1.自然環(huán)境中一晝夜植物CO2吸收或釋放速率的變化曲線





a點(diǎn):凌晨,溫度降低,細(xì)胞呼吸減弱,CO2釋放減少。


b點(diǎn):有微弱光照,植物開始進(jìn)行光合作用。


bc段:光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


c點(diǎn):上午7時(shí)左右,光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


ce段:光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


d點(diǎn):溫度過高,部分氣孔關(guān)閉,出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。


e點(diǎn):下午6時(shí)左右,光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


ef段:光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


fg段:沒有光照,光合作用停止,只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。


bf段:制造有機(jī)物的時(shí)間段。


ce段:積累有機(jī)物的時(shí)間段。


一晝夜有機(jī)物的積累量=S1-(S2+S3)(S1、S2、S3分別表示曲線和橫軸圍成的面積)。


2.密閉容器中一晝夜CO2濃度的變化曲線





(注意:分析光合作用或細(xì)胞呼吸速率的變化時(shí),應(yīng)分析曲線變化趨勢的快慢,也就是斜率)


AB段:無光照,植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。


BC段:溫度降低,細(xì)胞呼吸減弱(曲線斜率下降)。


CD段:4時(shí)后,微弱光照,開始進(jìn)行光合作用,但光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


D點(diǎn):隨光照增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


DH段:光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。其中FG段表示“光合午休”現(xiàn)象。


H點(diǎn):隨光照減弱,光合作用強(qiáng)度下降,光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。


HI段:光照繼續(xù)減弱,光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,直至光合作用完全停止。


I點(diǎn)低于A點(diǎn):一晝夜后,密閉容器中CO2濃度減小,即光合作用大于細(xì)胞呼吸,植物能正常生長(若I點(diǎn)高于A點(diǎn),植物不能正常生長)。


[對點(diǎn)訓(xùn)練]


7.科研人員檢測晴朗天氣下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日變化情況,并將檢測結(jié)果繪制成下圖。下列相關(guān)說法錯(cuò)誤的是( )





A.光照強(qiáng)度增大是導(dǎo)致ab段、lm段Pn增加的主要原因


B.致使bc段、mn段Pn下降的原因是氣孔關(guān)閉


C.致使ef段、p段Pn下降的原因是光照逐漸減弱


D.適時(shí)澆水、增施農(nóng)家肥是提高大田作物產(chǎn)量的重要措施


B [早晨太陽出來后光照強(qiáng)度不斷增大,使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升,A項(xiàng)正確;大棚栽培條件下的油桃在bc段Pn下降,主要原因是太陽出來后旺盛的光合作用消耗大量CO2,使大棚內(nèi)密閉環(huán)境中CO2濃度迅速下降,而露地栽培的油桃在mn段Pn下降,是因?yàn)榄h(huán)境溫度過高導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,吸收CO2減少,B項(xiàng)錯(cuò)誤;15時(shí)以后,兩種栽培條件下的光合速率持續(xù)下降,是光照強(qiáng)度逐漸減弱所致,C項(xiàng)正確;適時(shí)澆水從而避免植物因缺水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,增施農(nóng)家肥從而增加CO2濃度是提高大田作物產(chǎn)量的重要措施,D項(xiàng)正確。]


8.下圖甲表示在一定條件下測得的該植物光照強(qiáng)度與光合速率的關(guān)系;圖乙表示某綠色植物的細(xì)胞代謝狀況;圖丙是某興趣小組將植物栽培在密閉玻璃溫室中,用紅外線測量儀測得室內(nèi)的CO2濃度與時(shí)間關(guān)系的曲線。請分析回答下列問題:





(1)圖甲中c點(diǎn)時(shí),葉肉細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場所有____________。


(2)圖乙所示植物的細(xì)胞代謝情況,可用圖甲中a、b、c、d四點(diǎn)中的哪一點(diǎn)來表示?________。


(3)如圖甲,在相同溫度下,將該植物的葉片置于8 klx光照下9 h,然后移到黑暗處15 h,則該24 h內(nèi)每100 cm2葉片的光合作用所固定的CO2總量為________mg。


(4)由圖丙可推知,密閉玻璃溫室中氧氣濃度最大的點(diǎn)是______,光合速率與呼吸速率相等的點(diǎn)是______,j點(diǎn)與e點(diǎn)相比,植物體內(nèi)有機(jī)物含量將_______(填“增加”“減小”或“不變”)。


[解析] (1)據(jù)圖可知,a點(diǎn)的光照強(qiáng)度為0,此時(shí)的數(shù)值的絕對值表示呼吸作用速率;c點(diǎn)有光照,因此此時(shí)細(xì)胞中能合成ATP的部位有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體。(2)圖乙表示光合作用速率大于呼吸作用速率,與圖甲中的d點(diǎn)相符。(3)根據(jù)圖甲可知,光照強(qiáng)度為8 klx時(shí),植物的光合作用速率等于18 mg/(100 cm2·h),光照9 h,固定的CO2為18×9=162(mg)。(4)f點(diǎn)后,光合作用速率大于呼吸作用速率,密閉容器中O2濃度不斷增加,而h點(diǎn)后,呼吸作用速率大于光合作用速率,消耗容器中的O2,因此h點(diǎn)時(shí),容器中O2濃度最高。與e點(diǎn)相比,j點(diǎn)CO2濃度高,說明呼吸作用速率大于光合作用速率,即有機(jī)物在減少。


[答案] (1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體 (2)d


(3)162 (4)h f和h 減少


曲線
光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度的關(guān)系
氣體代謝特點(diǎn)
圖示
A點(diǎn)
只進(jìn)行細(xì)胞呼吸
吸收O2,釋放CO2
AB段
細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度
吸收O2,釋放CO2
B點(diǎn)
細(xì)胞呼吸強(qiáng)度等于光合作用強(qiáng)度
不與外界發(fā)生氣體交換
B點(diǎn)后
光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度
吸收CO2,釋放O2
檢測指標(biāo)
細(xì)胞呼吸速率
凈光合速率
真正(總)光合速率
CO2
釋放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
釋放量
產(chǎn)生量
有機(jī)物
消耗量(黑暗)
積累量
制造量、產(chǎn)生量

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版本: 人教版 (2019)

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