高考加強(qiáng)課(四)光合作用與細(xì)胞呼吸關(guān)系的模型構(gòu)建及“三率”的計(jì)算一、光合作用與細(xì)胞呼吸關(guān)系的模型構(gòu)建及應(yīng)用分析【考題范例】1下圖是表示某植物葉肉細(xì)胞光合作用和呼吸作用的示意圖。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：TOC\o"1-5"\h\z圖中①、②、③、④代表的物質(zhì)依次是、、、，［H］代表的物質(zhì)主要是。B代表一種反應(yīng)過(guò)程，C代表細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，D代表線(xiàn)粒體，則ATP合成發(fā)生在A過(guò)程，還發(fā)生在(填“B和C”"C和D”或“B和D”)。⑶C中的丙酮酸可以轉(zhuǎn)化成酒精，出現(xiàn)這種情況的原因是。［審答提示］(1)根據(jù)示意圖信息結(jié)合所學(xué)知識(shí)理清光合作用和呼吸作用的過(guò)程。A為光反應(yīng)階段，B為暗反應(yīng)階段，C為有氧呼吸的第一階段，D為有氧呼吸的第二、三階段。明確各環(huán)節(jié)的物質(zhì)變化和能量變化。例如，光反應(yīng)：物質(zhì)變化：H2Of2［H］+1/2O2(水的光解)NADP++2e-+H+fNADPH22能量變化：光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能暗反應(yīng)：物質(zhì)變化：CO2+C5化合物f2C3化合物(二氧化碳的固定)2C3化合物+4NADPH+ATP-(CH2O)+C5化合物+H2O(有機(jī)物的生成或稱(chēng)為C3的還原)能量變化：ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能解析：⑴分析圖示，A過(guò)程為光合作用的光反應(yīng)階段，B過(guò)程是光合作用的暗反應(yīng)階段。圖中①為水光解產(chǎn)生的O2;由②和H2O產(chǎn)生①與NADPH(［H］，即還原型輔酶II)可知，②是NADP+;由③轉(zhuǎn)化成ATP可知，③是ADP+Pi;由④與CO2結(jié)合生成C3可知，④為C5。呼吸作用過(guò)程中的［H］235代表的物質(zhì)主要是NADH(還原型輔酶I)。光合作用的光反應(yīng)階段(A)可產(chǎn)生ATP，而暗反應(yīng)階段(B)不產(chǎn)生ATP。有氧呼吸的三個(gè)階段都產(chǎn)生ATP，其中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行有氧呼吸的第一階段(C)，線(xiàn)粒體中進(jìn)行有氧呼吸的第二和第三階段(D)。在缺氧條件下，植物細(xì)胞可進(jìn)行無(wú)氧呼吸，將丙酮酸轉(zhuǎn)化成酒精。答案：⑴O2NADP+ADP+PiC5NADH(或答：還原型輔酶I)⑵C和D(3)在缺氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸2.(2018?高考江蘇卷)下圖為某植物葉肉細(xì)胞中有關(guān)甲、乙兩種細(xì)胞器的部分物質(zhì)及能量代謝途徑示意圖(NADPH指［H］),請(qǐng)回答下列問(wèn)題：甲可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，參與這一過(guò)程的兩類(lèi)色素為，其中大多數(shù)高等植物的需在光照條件下合成。在甲發(fā)育形成過(guò)程中，細(xì)胞核編碼的參與光反應(yīng)中心的蛋白，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)到甲內(nèi),在(填場(chǎng)所)組裝；核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉(zhuǎn)運(yùn)到甲內(nèi)，在(填場(chǎng)所)組裝。甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為進(jìn)入乙，繼而在乙的(填場(chǎng)所)徹底氧化分解成CO2；甲中過(guò)多的還原能可通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，在細(xì)胞質(zhì)中合成NADPH,NADPH中的能量最終可在乙的(填場(chǎng)所)轉(zhuǎn)移到ATP中。乙產(chǎn)生的ATP被甲利用時(shí)，可參與的代謝過(guò)程包括(填序號(hào))。c3的還原②內(nèi)外物質(zhì)運(yùn)輸③h2o裂解釋放O2④酶的合成［審答提示］(1)據(jù)圖分析，甲表示葉綠體，是光合作用的場(chǎng)所；乙是線(xiàn)粒體，是有氧呼吸的主要場(chǎng)所。(2)線(xiàn)粒體為葉綠體提供了二氧化碳和ATP，葉綠體為線(xiàn)粒體提供了三碳糖(在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分解成丙酮酸供給線(xiàn)粒體)、氧氣、NADPH(葉綠體中過(guò)多的還原能在細(xì)胞質(zhì)中合成NADPH)。解析：⑴根據(jù)以上分析可知，甲表示葉綠體，是光合作用的場(chǎng)所，參與光合作用的兩類(lèi)色素是葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素，其中葉綠素需要在光照條件下合成。光反應(yīng)的場(chǎng)所是類(lèi)囊體薄膜，因此細(xì)胞核編碼的參與光反應(yīng)中心的蛋白，在細(xì)胞質(zhì)中合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體內(nèi)，在類(lèi)囊體薄膜上組裝；二氧化碳的固定發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，因此核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體內(nèi)，在葉綠體基質(zhì)中組裝。2在氧氣充足的條件下，葉綠體產(chǎn)生的三碳糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中氧化為丙酮酸，然后進(jìn)入線(xiàn)粒體基質(zhì)中，徹底氧化分解成CO2;據(jù)圖分析，圖中葉綠體中過(guò)多的還原能可通過(guò)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，在細(xì)胞質(zhì)中合成NADPH，NADPH中的能量最終可在線(xiàn)粒體內(nèi)膜上轉(zhuǎn)移到ATP中。葉綠體光反應(yīng)產(chǎn)生ATP，因此圖中線(xiàn)粒體為葉綠體提供的ATP用于光反應(yīng)以外的生命活動(dòng)，如c3的還原、內(nèi)外物質(zhì)運(yùn)輸、酶的合成等，而h2o裂解釋放O2屬于光反應(yīng)，故選①②④。答案：(1)葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素葉綠素類(lèi)囊體膜上基質(zhì)中丙酮酸基質(zhì)中內(nèi)膜上①②④【備考錦囊】1．“圖解法”分析細(xì)胞中兩大生理過(guò)程

線(xiàn)粒體ATP、

酶ADP+Pi"細(xì)胞分裂、物質(zhì)合成等申fC2HQH+CO2+能量fATP'—CaHsOi+能童一細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)光合作用有氧呼吸[H]來(lái)源h2線(xiàn)粒體ATP、

酶ADP+Pi"細(xì)胞分裂、物質(zhì)合成等申fC2HQH+CO2+能量fATP'—CaHsOi+能童一細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)光合作用有氧呼吸[H]來(lái)源h2o光解產(chǎn)生有氧呼吸第一、二階段去向還原C3用于第二階段還原o2ATP來(lái)源光反應(yīng)階段產(chǎn)生三個(gè)階段都產(chǎn)生去向用于C3還原供能用于各項(xiàng)生命活動(dòng)2.“表格法”理解光合作用與細(xì)胞呼吸過(guò)程中［H］和ATP的來(lái)源和去向注意：①光合作用中產(chǎn)生的［H］是還原型輔酶II(NADPH)簡(jiǎn)化的表示方式，而細(xì)胞呼吸中產(chǎn)生的［H］是還原型輔酶I(NADH)簡(jiǎn)化的表示方式，二者不是種物質(zhì)，盡管書(shū)寫(xiě)形式相同。②還原氫的書(shū)寫(xiě)形式一定不能寫(xiě)成H、H七H2，只能寫(xiě)成［H］或NADH或NADPH。3.“流程法”分析光合作用和細(xì)胞呼吸中各種元素的去向暗反應(yīng)呼吸I呼吸IIC：CO2――￥有機(jī)物―丙酮酸――CO2光反應(yīng)暗反應(yīng)有氧呼吸I、II有氧呼吸皿H：H2O—―*［H］――￥(CH2O)――-［H］―￥H2O光反應(yīng)C有氧呼吸皿“c有氧呼吸II^c光合作用O：H2O―*O2―*H2O―*CO2―*【應(yīng)考提升】呼吸I有機(jī)物1.F圖所示為甘蔗一個(gè)葉肉細(xì)胞內(nèi)的系列反應(yīng)過(guò)程,①光能ATP-^)③Y*(CH2O)ADP+Pi下列敘述正確的是()ATP④能量ADP+Pi過(guò)程①中類(lèi)胡蘿卜素主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光過(guò)程②只發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，過(guò)程③只發(fā)生在線(xiàn)粒體過(guò)程③釋放的能量大部分儲(chǔ)存于ATP中過(guò)程④一般與吸能反應(yīng)相聯(lián)系解析：選D。過(guò)程①中葉綠素主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光，類(lèi)胡蘿卜素主要吸收的是藍(lán)紫光，A錯(cuò)誤；過(guò)程②只發(fā)生在葉綠體基質(zhì)，過(guò)程③是有機(jī)物氧化分解釋放能量的過(guò)程，發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線(xiàn)粒體，B錯(cuò)誤；過(guò)程③釋放的能量大部分以熱能形式散失，少部分儲(chǔ)存于ATP中，C錯(cuò)誤；過(guò)程④ATP水解釋放能量，所以一般與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，D正確。(2018?山西太原期末)如圖為某植物葉肉細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生理過(guò)程圖解。請(qǐng)據(jù)圖回答:根空氣根空氣空氣光酶3色素、“i光酶3色素、“iATP-場(chǎng)斎ADP+pfHzOCeHQ：TP、4ADP+Pi爾2fW?F+C02+能量一＞ATP細(xì)胞分裂、主動(dòng)運(yùn)輸、植物生長(zhǎng)、物質(zhì)合成場(chǎng)所n細(xì)胞分裂、主動(dòng)運(yùn)輸、植物生長(zhǎng)、物質(zhì)合成A物質(zhì)是；B物質(zhì)是；C物質(zhì)是；這些物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞绞菆?chǎng)所I是通過(guò)(結(jié)構(gòu))來(lái)增大膜面積的，酶1作用的部位是場(chǎng)所I中的。光合作用的光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供(物質(zhì))；場(chǎng)所II是指。在場(chǎng)所皿中，如果用放射性同位素對(duì)B物質(zhì)示蹤，則放射性最先出現(xiàn)在［］物質(zhì)中。E物質(zhì)在場(chǎng)所皿的上生成。長(zhǎng)期水淹的植物會(huì)出現(xiàn)爛根現(xiàn)象，是因?yàn)閳D中［］—(物質(zhì))的積累造成的。植物根尖細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的結(jié)構(gòu)有。解析：⑴分析圖形可知，A物質(zhì)是由根從土壤溶液中吸收的H2O，能參與光合作用的光反應(yīng)；B物質(zhì)是光反應(yīng)產(chǎn)生并釋放的O2；C物質(zhì)是參與暗反應(yīng)的CO2，這些物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞蕉际亲杂?2擴(kuò)散。圖中場(chǎng)所I是光合作用的場(chǎng)所葉綠體，是通過(guò)類(lèi)囊體薄膜來(lái)增大膜面積的；圖中酶1催化的是暗反應(yīng)，其作用的部位是葉綠體中的葉綠體基質(zhì)。光合作用的光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供［H］和ATP；場(chǎng)所II是無(wú)氧呼吸進(jìn)行的場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。圖中場(chǎng)所IU是有氧呼吸的主要場(chǎng)所線(xiàn)粒體，如果用放射性同位素對(duì)B物質(zhì)(O2)示蹤，則參與有氧呼吸第三階段反應(yīng)，與［H］結(jié)合生成水，故放射性最先出現(xiàn)在E物質(zhì)(H2O)中，E物質(zhì)在場(chǎng)所皿的線(xiàn)粒體內(nèi)膜上(有氧呼吸第三階段的場(chǎng)所)生成。長(zhǎng)期水淹的植物會(huì)出現(xiàn)爛根現(xiàn)象，是因?yàn)闊o(wú)氧呼吸產(chǎn)生的酒精對(duì)細(xì)胞有毒害作用，即圖中〔F〕酒精的積累造成的。⑸植物根尖細(xì)胞沒(méi)有光合作用能力，但可以進(jìn)行細(xì)胞呼吸，其細(xì)胞呼吸會(huì)產(chǎn)生ATP，因此根尖細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的結(jié)構(gòu)有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線(xiàn)粒體。答案：(1)H2OO2CO2自由擴(kuò)散(2)類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)［H］和ATP細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(3)E線(xiàn)粒體內(nèi)膜(4)F酒精(5)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線(xiàn)粒體二、光合作用與細(xì)胞呼吸''三率”的判斷及相關(guān)計(jì)算【考題范例】光照強(qiáng)度(2018?高考全國(guó)卷I)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強(qiáng)度的變化趨勢(shì)如圖所示。光照強(qiáng)度回答下列問(wèn)題：TOC\o"1-5"\h\z（1）當(dāng)光照強(qiáng)度大于a時(shí)，甲、乙兩種植物中，對(duì)光能的利用率較高的植物。（2）甲、乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí)，如果種植密度過(guò)大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是，判斷的依據(jù)是。（3）甲、乙兩種植物中，更適合在林下種植的是。（4）某植物夏日晴天中午12：00時(shí)葉片的光合速率明顯下降，其原因是進(jìn)入葉肉細(xì)胞的（填“o2”或“co2”）不足。［審答提示］⑴據(jù)圖可知，甲植物的凈光合速率變化幅度明顯大于乙植物，因此可以得出甲植物對(duì)光能的利用率明顯高于乙植物。（2）乙植物的飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)都比較低，屬于陰生植物，甲植物屬于陽(yáng)生植物。解析：（1）由圖分析可知，當(dāng)光照強(qiáng)度大于a時(shí)，相同光照強(qiáng)度下，甲植物的凈光合速率大于乙,有機(jī)物的積累較多，對(duì)光能的利用率較高。（2）甲、乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí)，如果種植密度過(guò)大，植株接受的光照強(qiáng)度相對(duì)較弱，光照強(qiáng)度降低導(dǎo)致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大，因此種植密度過(guò)大，導(dǎo)致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大。（3）從圖中可以看出，乙植物的光飽和點(diǎn)以及光補(bǔ)償點(diǎn)都比甲植物低，適合在光照強(qiáng)度相對(duì)更弱的環(huán)境中生長(zhǎng)，林下的光照強(qiáng)度更低，因此更適合在林下種植的是植物乙。（4）夏日晴天中午12:00時(shí)，植物為了減少蒸騰作用對(duì)水分的散失，葉片上的部分氣孔會(huì)關(guān)閉，導(dǎo)致細(xì)胞間的二氧化碳的含量下降，從而引起光合速率下降。答案：（1）甲（2）甲光照強(qiáng)度降低導(dǎo)致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大，種植密度過(guò)大，植株接受的光照強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致甲植物凈光合速率下降幅度比乙大⑶乙（4）CO2【備考錦囊】“圖示法”理解植物“三率”的含義（如圖）真正光合速率真正光合速率（1）光合作用速率表示方法：通常以一定時(shí)間內(nèi)CO2等原料的消耗量或o2、（CH2O）等產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。但由于測(cè)量時(shí)的實(shí)際情況，光合作用速率又分為凈光合速率和真正光合速率。凈光合速率：常用一定時(shí)間內(nèi)o2釋放量、CO2吸收量或有機(jī)物（葡萄糖）積累量表示。真正光合速率：常用一定時(shí)間內(nèi)o2產(chǎn)生量、co2固定量或制造、生產(chǎn)、合成有機(jī)物的量表示。呼吸速率：將植物置于黑暗中，單位時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)容器中co2增加量、o2減少量或有機(jī)物減少量即表示呼吸速率。凈光合速率和真正光合速率的關(guān)系真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。作用速率曲線(xiàn)。下列有關(guān)說(shuō)法中錯(cuò)誤的是作用速率曲線(xiàn)。下列有關(guān)說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()凡是進(jìn)行光合作用的植物，同時(shí)也在進(jìn)行著呼吸作用。在不考慮光照強(qiáng)度對(duì)呼吸速率影響的情況下，OA段代表植物呼吸速率，OD段代表植物凈光合速率，OA+OD表示真正光合速率，故真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。圖中B點(diǎn)既不吸收也不釋放二氧化碳，表示真正光合速率=呼吸速率，凈光合速率為0。在考題中，常需根據(jù)圖表中的信息找出凈光合速率和呼吸速率，進(jìn)而推出真正光合速率。凈光合速率和真正光合速率的判定方法若為坐標(biāo)曲線(xiàn)形式，當(dāng)光照強(qiáng)度為0時(shí)，CO2吸收值為0,則為真正光合速率，若CO2吸收值是負(fù)值，則為凈光合速率。若所給數(shù)值為有光條件下綠色植物的測(cè)定值，則為凈光合速率。有機(jī)物積累量為凈光合速率，制造量為真正光合速率。不同光照條件下葉肉細(xì)胞的氣體代謝特點(diǎn)曲線(xiàn)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CO2AB段細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度吸收o2,釋放co2B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【應(yīng)考提升】下圖表示在適宜的光照、CO2濃度等條件下，某植物在不同溫度下的凈光合作用速率和呼吸108641086420羽02產(chǎn)生總量□co2釋放量COi5吸4收3量210COa1產(chǎn)2生3量45與光合作用相比，呼吸作用有關(guān)酶的適宜溫度更高在40°C之前，總光合作用速率大于呼吸作用速率溫度在30C時(shí)總光合作用速率最大40C時(shí)，該植物不再進(jìn)行光合作用解析：選D。根據(jù)圖可知，光合作用有關(guān)酶的最適溫度為30C左右，呼吸作用有關(guān)酶的最適溫度為43C左右，A正確；溫度40C之前該植物凈光合作用速率大于0,光合作用速率大于呼吸作用速率，B正確；真光合速率=凈光合速率+呼吸速率，由圖可知，植物真光合作用速率在30C左右時(shí)達(dá)到最大值，C正確；40C時(shí)，凈光合作用速率=呼吸作用速率，D錯(cuò)誤。如圖表示水稻的葉肉細(xì)胞在光照強(qiáng)度分別為a、b、c、d時(shí)（其他條件不變且適宜），單位時(shí)間內(nèi)CO2釋放量和O2產(chǎn)生總量的變化。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A?光照強(qiáng)度由a到d時(shí)，葉肉細(xì)胞凈光合速率增加光照強(qiáng)度為b時(shí)，光合作用速率等于呼吸作用速率若光照強(qiáng)度長(zhǎng)期為c,該綠色植物不能正常生長(zhǎng)光照強(qiáng)度為d時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞從周?chē)?個(gè)單位的CO2解析：選B。在a條件下，CO2釋放的量為6,O2產(chǎn)生為0，則此時(shí)不能進(jìn)行光合作用，d條件時(shí)CO2釋放量為0,總光合速率為8,A正確；b條件時(shí)CO2釋放量與O2產(chǎn)生量相等，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2一部分用于光合作用一部分釋放到細(xì)胞外，光合作用速率小于呼吸作用速率，B錯(cuò)誤；c中O2產(chǎn)生量是6,即光合強(qiáng)度是6,呼吸強(qiáng)度是6,二者相等，其他細(xì)胞會(huì)消耗有機(jī)物，該綠色植物不能正常生長(zhǎng)，C正確；d時(shí)光合強(qiáng)度是8,呼吸強(qiáng)度是6,單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞從周?chē)?個(gè)單位的CO2,D正確。3?以測(cè)定的CO2吸收速率與釋放速率為指標(biāo)，研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是（）——光照下CO2的吸收速率——黑暗下co2的釋放速率4.00X///4.00X//////////3.002.00102030溫度（七）光照相同時(shí)間，35°C時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30°C時(shí)相等光照相同時(shí)間，在20C條件下植物積累的有機(jī)物的量最多溫度高于25C時(shí)，光合作用制造的有機(jī)物的量開(kāi)始減少其他條件不變，光照強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)時(shí)，兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)將向左下方移動(dòng)解析：選A。據(jù)圖分析，圖示虛線(xiàn)表示凈光合速率，實(shí)線(xiàn)表示呼吸速率，而實(shí)際光合速率=凈光合速率+呼吸速率。因此光照相同時(shí)間，35°C時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量與30C時(shí)相等，A正確；光照相同時(shí)間，在25C條件下凈光合速率最高，植物積累的有機(jī)物的量最多，B錯(cuò)誤；溫度高于25C時(shí)，凈光合速率減少，但是實(shí)際光合速率（兩條曲