一、光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系1．光合作用與細(xì)胞呼吸在物質(zhì)和能量上的聯(lián)系①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦C5；⑧C3；⑨(CH2O)；⑩丙酮酸；?[H]。(1)物質(zhì)方面①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反響))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一階段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第二階段))CO2。②O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反響))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三階段))H2O。③H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反響))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反響))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一、二階段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三階段))H2O(2)能量方面：光能eq\o(→,\s\up7(光反響))ATP中的能量eq\o(→,\s\up7(暗反響))CH2O中的能量eq\o(→,\s\up7(細(xì)胞呼吸))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(熱能,ATP中的能量→各項(xiàng)生命活動))2．微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系(以光合速率大于呼吸速率為例)工程表示方法(單位：g·cm－2·h－1)呼吸速率線粒體釋放CO2量(m1)；黑暗條件下細(xì)胞(植物體)釋放CO2量(葡萄糖消耗量)線粒體吸收O2量(n1)；黑暗條件下細(xì)胞(植物體)吸收O2量凈光合速率細(xì)胞(植物體)吸收的CO2量(m2)；植物(葉片)積累的葡萄糖量細(xì)胞(植物體)釋放的O2量(n2)真正(總)光合速率葉綠體利用、固定CO2量m3或(m1＋m2)；植物(葉綠體)產(chǎn)生的葡萄糖量葉綠體產(chǎn)生、釋放O2量n3或(n1＋n2)例1如圖表示光合作用和有氧呼吸過程中C、H、O三種元素的轉(zhuǎn)移途徑以及能量轉(zhuǎn)換過程。圖中序號表示相關(guān)的生理過程。以下表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是()A．在元素轉(zhuǎn)移途徑中，④與⑧、⑦與⑨表示的生理過程相同B．在元素轉(zhuǎn)移途徑中，能在小麥根尖成熟區(qū)細(xì)胞中發(fā)生的生理過程有②③⑥⑦⑨C．在有氧呼吸過程中，產(chǎn)生能量最多的過程是⑦或⑨D．⑩?產(chǎn)生的ATP中的化學(xué)能都可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芎蜋C(jī)械能答案D解析⑩產(chǎn)生的ATP只能用于暗反響，轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的化學(xué)能，D錯誤。例2如圖表示溫度對某種植物在光照下和黑暗中CO2吸收量和釋放量(單位：mg/h)的影響情況。除了溫度變化之外，其他環(huán)境條件(如光照強(qiáng)度等)不變，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．根據(jù)圖中曲線，無法確定細(xì)胞呼吸的最適溫度B．光照下CO2的吸收量表示光合作用所需的CO2量C．圖中a點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等D．環(huán)境溫度超過25℃時，植物體內(nèi)有機(jī)物的量會減少答案A解析隨著溫度的上升，黑暗中CO2釋放量不斷增大，所以根據(jù)圖中曲線，無法確定細(xì)胞呼吸的最適溫度，A正確；光照下CO2吸收量是凈光合速率，表示光合作用所需的CO2量－細(xì)胞呼吸釋放的CO2量，B錯誤；由于虛線表示凈光合速率，實(shí)線表示呼吸速率，所以a點(diǎn)不能表示光合作用強(qiáng)度與細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相等，C錯誤；環(huán)境溫度超過25℃時，凈光合速率有所減小，但仍大于0，所以植物體內(nèi)有機(jī)物的量仍在增加，D錯誤。二、自然環(huán)境及密閉容器中光合作用變化的模型1．自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線(1)a點(diǎn)：凌晨3時～4時，溫度降低，細(xì)胞呼吸減弱，CO2釋放量減少。(2)b點(diǎn)：上午6時左右，有微弱光照，開始進(jìn)行光合作用。(3)bc段(不含b、c點(diǎn))：光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(4)c點(diǎn)：上午7時左右，光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(5)ce段(不含c、e點(diǎn))：光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(6)d點(diǎn)：溫度過高，局部氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)光合“午休〞現(xiàn)象。(7)e點(diǎn)：下午6時左右，光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(8)ef段(不含e、f點(diǎn))：光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。(9)fg段：沒有光照，光合作用停止，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。(10)積累有機(jī)物時間段：ce段。(11)制造有機(jī)物時間段：bf段。(12)消耗有機(jī)物時間段：Og段。(13)一天中有機(jī)物積累最多的時間點(diǎn)：e點(diǎn)。(14)一晝夜有機(jī)物的積累量表示為：S1－S2－S3(S1、S2、S3表示面積)。2．密閉環(huán)境中一晝夜CO2和O2含量的變化(1)光合速率等于呼吸速率的點(diǎn)：C、E。(2)圖甲中N點(diǎn)低于虛線，該植物一晝夜表現(xiàn)為生長，其原因是N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明一晝夜密閉容器中CO2含量減少，即總光合量大于總呼吸量，植物生長。(3)圖乙中N點(diǎn)低于虛線，該植物一晝夜不能生長，其原因是N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明一晝夜密閉容器中O2含量減少，即總光合量小于總呼吸量，植物不能生長。例3夏季晴朗的一天，甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是A.甲植株在a點(diǎn)開始進(jìn)行光合作用B.乙植株在e點(diǎn)有機(jī)物積累量最多C.曲線b～c段和d～e段下降的原因相同D.兩曲線b～d段不同的原因可能是甲植株氣孔導(dǎo)度沒有減小答案D解析分析圖示可知，這一天的6：00(甲曲線的a點(diǎn))和18：00左右，甲、乙兩植株光合作用吸收CO2的速率和細(xì)胞呼吸釋放CO2的速率相等；在6：00之前，甲、乙兩植株的光合作用已經(jīng)開始，但光合作用強(qiáng)度比細(xì)胞呼吸強(qiáng)度弱，A錯誤；在18：00后，甲、乙兩植株的光合作用速率開始小于細(xì)胞呼吸速率，有機(jī)物的積累最多的時刻應(yīng)為18：00時，e點(diǎn)時有機(jī)物的積累量已經(jīng)減少，B錯誤；圖示曲線的b～c段下降的主要原因是氣孔導(dǎo)度減小導(dǎo)致葉肉細(xì)胞內(nèi)CO2濃度降低，d～e段下降的原因是光照強(qiáng)度減弱，光反響產(chǎn)生NADPH和ATP的速率減慢，這兩段下降的原因不相同，C錯誤；分析題圖可知，甲植株不存在光合“午休〞現(xiàn)象，乙植株存在光合“午休〞現(xiàn)象，可能的原因是甲植株氣孔導(dǎo)度沒有減小，D正確。例4將一植株放在密閉玻璃罩內(nèi)，置于室外一晝夜，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖。以下有關(guān)說法錯誤的選項(xiàng)是()A．圖甲中的光合作用開始于C點(diǎn)之前，結(jié)束于F點(diǎn)之后B．到達(dá)圖乙中的d點(diǎn)時，玻璃罩內(nèi)的CO2濃度最高C．圖甲中的F點(diǎn)對應(yīng)圖乙中的g點(diǎn)D．經(jīng)過這一晝夜之后，植物體的有機(jī)物含量會增加答案C解析圖甲中的C、F點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率，根據(jù)相應(yīng)的時間可知，與圖乙中的d、h點(diǎn)相符，即C點(diǎn)對應(yīng)d點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)對應(yīng)h點(diǎn)，故C錯誤。三、測定光合速率和呼吸速率的方法1．“裝置圖法〞測定光合速率與呼吸速率(1)測定裝置(2)測定方法及解讀①測定呼吸速率(裝置甲)a．裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。c．置于適宜溫度環(huán)境中。d．紅色液滴向左移動(用紅色液滴單位時間內(nèi)向左移動的距離代表呼吸速率)。②測定凈光合速率(裝置乙)a．裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內(nèi)CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。b．必須給予較強(qiáng)光照處理，且溫度適宜。c．紅色液滴向右移動(用紅色液滴單位時間內(nèi)向右移動的距離代表凈光合速率)。③根據(jù)“總(真正)光合速率＝呼吸速率＋凈光合速率〞可計算得到總(真正)光合速率。物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。2．葉圓片稱重法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如下圖以有機(jī)物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。3．黑白瓶法“黑白瓶〞問題是一類通過凈光合作用強(qiáng)度和有氧呼吸強(qiáng)度推算總光合作用強(qiáng)度的試題，其中“黑瓶〞不透光，測定的是有氧呼吸量；“白瓶〞給予光照，測定的是凈光合作用量，可分為有初始值與沒有初始值兩種情況，規(guī)律如下：規(guī)律1：有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。規(guī)律2：沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現(xiàn)有量與黑瓶中測得的現(xiàn)有量之差即總光合作用量。4．半葉法如下圖，將植物對稱葉片的一局部(A)遮光，另一局部(B)那么留在光下進(jìn)行光合作用(即不做處理)，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖删植康奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。一定時間后，在這兩局部葉片的對應(yīng)部位截取同等面積的葉片，分別烘干稱重，記為MA、MB，開始時二者相應(yīng)的有機(jī)物含量應(yīng)視為相等，照光后的葉片重量大于暗處的葉片重量，超過局部即為光合作用產(chǎn)物的量，再通過計算可得出光合速率。例5某興趣小組設(shè)計了如下圖的實(shí)驗(yàn)裝置假設(shè)干組，室溫25℃下進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)過程中裝置條件及結(jié)果的表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是()A．假設(shè)X溶液為CO2緩沖液并給予光照時，液滴移動距離可表示凈光合作用強(qiáng)度大小B．假設(shè)要測真正光合強(qiáng)度，需另加設(shè)一裝置遮光處理，X溶液為NaOH溶液C．假設(shè)X溶液為清水并給予光照，光合作用大于細(xì)胞呼吸時，液滴右移D．假設(shè)X溶液為清水并遮光處理，消耗的底物為脂肪時，液滴左移答案C解析清水既不吸收和釋放氧氣，也不吸收和釋放二氧化碳，光合作用和細(xì)胞呼吸產(chǎn)生和釋放的O2量和CO2量相等，液滴不移動，C錯誤。例6(2021·北京臨川學(xué)校高一期末)某同學(xué)研究甲湖泊中某深度生物的光合作用和有氧呼吸強(qiáng)度。具體操作如下：取三個相同的透明玻璃瓶a、b、c，將a先包以黑膠布，再包以鉛箔。用a、b、c三個瓶分別從待測深度的水體取水樣，測定瓶中水體的氧含量。將a瓶、b瓶密封再沉入待測深度的水體，經(jīng)24小時后取出，測兩瓶中氧含量，結(jié)果如下圖。那么24小時內(nèi)待測深度水體中生物光合作用和有氧呼吸的情況是()A．24小時內(nèi)待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是vmol/瓶B．24小時內(nèi)待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量是(w－v)mol/瓶C．24小時內(nèi)待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是kmol/瓶D．24小時內(nèi)待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量是(k－w)mol/瓶答案B解析24小時內(nèi)待測深度水體中生物有氧呼吸消耗的氧氣量為初始瓶溶解氧(w)－a瓶溶解氧(v)，是(w－v)mol/瓶，A錯誤、B正確；24小時內(nèi)待測深度水體中生物光合作用產(chǎn)生的氧氣量為凈光合量＋呼吸量，是(k－v)mol/瓶，C、D錯誤。1.(2021·哈密市第八中學(xué)高一期末)如圖表示綠色植物體內(nèi)某些代謝過程中物質(zhì)的變化，A、B、C分別表示不同的代謝過程。以下表述正確的選項(xiàng)是A.水參與C中第二階段的反響B(tài).B在葉綠體類囊體薄膜上進(jìn)行C.A中產(chǎn)生的O2，參與C的第二階段D.X代表的物質(zhì)從葉綠體的基質(zhì)移向葉綠體的類囊體薄膜答案A解析B為光合作用的暗反響，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，B錯誤；A光合作用的光反響中產(chǎn)生的O2，參與有氧呼吸的第三階段，C錯誤；X代表的物質(zhì)為ATP，光合作用光反響產(chǎn)生的ATP能供給暗反響，所以能從葉綠體的類囊體薄膜移向葉綠體的基質(zhì)，D錯誤。2.(2021·黑龍江哈爾濱市第六中學(xué)高一開學(xué)考試)如果將一株綠色植物栽培在含H218O的完全培養(yǎng)液中，給予充足的光照，經(jīng)過一段時間后，以下物質(zhì)中可能含18O的是①周圍空氣中的氧氣②周圍空氣中的二氧化碳③周圍空氣中的水分子④光合作用產(chǎn)生的葡萄糖A.①B.①③C.①②③D.①②③④答案D解析水的光解產(chǎn)生氧氣，周圍空氣中的氧氣含有18O，①正確；水參與呼吸作用，與丙酮酸分解產(chǎn)生二氧化碳釋放到空氣中，②正確；植物吸收的水大多數(shù)用于蒸騰作用散失到空氣中，③正確；由于周圍空氣中的二氧化碳有18O，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的葡萄糖也有18O，④正確。綜上，正確的選項(xiàng)有①②③④，D正確。3.(2021·河南高一開學(xué)考試)研究者選取西瓜幼苗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖。不考慮無氧呼吸，由此推斷正確的選項(xiàng)是A.A點(diǎn)時葉肉細(xì)胞中合成ATP的細(xì)胞器只有線粒體B.B點(diǎn)時葉片單位時間內(nèi)光合作用制造的有機(jī)物等于呼吸作用消耗的有機(jī)物C.溫室栽培該植物，持續(xù)光照時，為獲得最大經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)控制的最低溫度為20℃左右D.光合酶對溫度的敏感度比呼吸酶對溫度的敏感度要低答案C解析圖示中O2的消耗速率可表示呼吸速率，CO2的吸收速率可表示凈光合速率，A點(diǎn)時葉肉細(xì)胞既進(jìn)行光合作用，也進(jìn)行呼吸作用，因此產(chǎn)生ATP的細(xì)胞器有葉綠體和線粒體，A錯誤；B點(diǎn)表示凈光合速率等于呼吸速率，即光合作用制造有機(jī)物的速率大于呼吸速率，B錯誤；據(jù)圖分析，在一定范圍內(nèi)，溫度升高時凈光合作用速率增長比呼吸作用快，且溫度升至30℃左右時光合速率降低，故光合酶對溫度的敏感度比呼吸酶高，D錯誤。4.(2021·四川成都市成都外國語學(xué)校高一開學(xué)考試)如圖是密閉大棚內(nèi)番茄在24小時測得的CO2含量和CO2吸收速率的變化曲線圖，以下有關(guān)表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是A.a點(diǎn)CO2釋放量減少可能是由于溫度降低使細(xì)胞呼吸減弱B.d點(diǎn)時光合速率雖有所下降，但仍大于呼吸速率C.如果N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加D.番茄通過光合作用制造有機(jī)物的時間是ce段答案D解析a點(diǎn)之后CO2的釋放量又增加，可推測a點(diǎn)是溫度降低導(dǎo)致細(xì)胞呼吸減弱，CO2釋放量減少，A正確；d時氣溫高，蒸騰作用過強(qiáng)導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度下降，CO2供給缺乏，光合速率下降，但凈光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正確；如果N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加，C正確；番茄通過光合作用制造有機(jī)物的時間是bf段，ce段屬于有機(jī)物的積累階段，D錯誤。5.(2021·四川成都外國語學(xué)校高一開學(xué)考試)某研究小組從當(dāng)?shù)匾缓吹哪骋簧疃热〉靡煌八畼樱盅b于六對黑白瓶中，剩余的水樣測得原初溶解氧的含量為10mg/L，白瓶為透明玻璃瓶，黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶。將它們分別置于六種不同的光照條件下，24小時后，實(shí)測獲得六對黑白瓶中溶解氧的含量，記錄數(shù)據(jù)如下，以下說法不正確的選項(xiàng)是光照強(qiáng)度(klx)0abcde白瓶溶氧量(mg/L)31016243030黑瓶溶氧量(mg/L)333333，該深度湖水中所有生物在晚上8h內(nèi)呼吸消耗O2的量為7/3mgB.光照強(qiáng)度為aklx時，該水層生物產(chǎn)氧量與生物耗氧量可維持動態(tài)平衡C.當(dāng)水層中的溶氧量到達(dá)30mg/L時，光照強(qiáng)度不再成為限制溶氧量增加的主要因素D.假設(shè)將eklx光照下的白瓶置于bklx光照下，瓶中光合生物細(xì)胞的