能力素養(yǎng)提升課2光合作用與細胞呼吸的綜合分析及應用第三單元一、光合作用與有氧呼吸的內(nèi)在關(guān)系典例剖析1.下列關(guān)于葉綠體和線粒體的敘述,正確的是(

)A.在葉綠體中可發(fā)生CO2→C3→C6H12O6的變化,在線粒體中則會發(fā)生C6H12O6→C3→CO2的變化B.NADPH在葉綠體中隨水的光解而產(chǎn)生,NADH在線粒體中隨水的生成而產(chǎn)生C.光能轉(zhuǎn)變成化學能發(fā)生在葉綠體中,化學能轉(zhuǎn)變成光能發(fā)生在線粒體中D.都具有較大的膜面積和復雜的酶系統(tǒng),有利于新陳代謝高效有序地進行D葡萄糖分解為丙酮酸是在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行的,而不是在線粒體內(nèi)進行的,A項錯誤。NADPH在葉綠體中隨水的光解而產(chǎn)生,線粒體中隨水的生成而消耗NADH,B項錯誤。線粒體中發(fā)生的能量變化是有機物中的化學能轉(zhuǎn)變成熱能和ATP中的化學能,并不能發(fā)生化學能轉(zhuǎn)變成光能,C項錯誤。葉綠體內(nèi)有很多基粒,線粒體內(nèi)膜的某些部位向內(nèi)腔折疊形成嵴,使葉綠體和線粒體都具有較大的膜面積和復雜的酶系統(tǒng),有利于新陳代謝高效有序地進行,D項正確。2.某生物研究小組在密閉恒溫玻璃溫室內(nèi)進行植物栽培實驗,連續(xù)48h測定溫室內(nèi)CO2含量及植物的CO2吸收速率,得到下圖所示曲線(整個過程呼吸速率恒定)。據(jù)圖分析,下列敘述正確的是(

)A.圖中植物呼吸速率與光合速率相等的時間點有3個B.綠色植物的CO2吸收速率達到最大的時刻是第45小時C.實驗開始的前24h比后24h的平均光照強度弱D.實驗全過程葉肉細胞內(nèi)產(chǎn)生ATP的場所是線粒體和葉綠體C呼吸速率與光合速率相等時,植物從外界吸收CO2的速率為0,所以呼吸速率與光合速率相等的時間點有4個,即第6小時、第18小時、第30小時、第42小時,A項錯誤。葉綠體利用CO2速率最大的時刻是CO2吸收速率曲線的最高點,即第36小時,B項錯誤。由溫室內(nèi)CO2含量曲線及CO2吸收速率曲線可知,第24小時溫室內(nèi)CO2含量與初始時相等;第48小時溫室內(nèi)CO2含量比第24小時低,所以前24

h比后24

h的平均光照強度弱,C項正確。由曲線可知,實驗過程中有些時段植物既進行光合作用,又進行細胞呼吸,所以葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體,D項錯誤。要點整合1.光合作用與細胞呼吸中的物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)化(1)物質(zhì)轉(zhuǎn)化注

呼吸Ⅰ表示有氧呼吸的第一階段或無氧呼吸的第一階段,呼吸Ⅱ、Ⅲ分別表示有氧呼吸的第二、第三階段。(2)能量轉(zhuǎn)化

2.光合速率與呼吸速率(1)呼吸速率的表示方法:將植物置于黑暗環(huán)境中或選用非綠色組織,測定實驗容器內(nèi)CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。(2)凈光合速率和真正光合速率。①凈光合速率:常用單位時間內(nèi)單位面積的葉片O2釋放量、CO2吸收量或有機物積累量表示。②真正光合速率:常用單位時間內(nèi)單位面積的葉片O2產(chǎn)生量、CO2固定量或有機物產(chǎn)生量表示。(3)光合速率與呼吸速率的關(guān)系:真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率。若用O2、CO2或葡萄糖的量表示可得以下關(guān)系式。①光合作用產(chǎn)O2量=O2釋放量+細胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定CO2量=CO2吸收量+細胞呼吸釋放的CO2量。③光合作用葡萄糖產(chǎn)生量=葡萄糖積累量(增重部分)+細胞呼吸消耗的葡萄糖量。(4)各點(段)光合作用和細胞呼吸分析。

3.有機物的變化曲線及密閉環(huán)境中一晝夜CO2含量的變化曲線(1)用曲線表示綠色植物一晝夜有機物的制造、消耗與積累。①典型圖示②曲線解讀a.積累有機物時間段:CE段(不包括C、E兩點)。b.制造有機物時間段:BF段(不包括B、F兩點)。c.消耗有機物時間段:OG段。d.一天中有機物積累最多的時間點:E點。e.一晝夜有機物的積累量:SP-SM-SN(SP、SM、SN分別表示P、M、N的面積)。(2)在相對密閉的環(huán)境中,一晝夜CO2含量變化曲線圖和O2含量變化曲線圖的比較。即時演練1.下圖表示的是北方某作物植株一晝夜CO2吸收量的變化。圖甲為盛夏的某一晴天,圖乙為春天的某一晴天。下列關(guān)于兩圖的分析,錯誤的是(

)A.適當提高溫度可以增加OA的絕對值B.圖甲中有機物積累最多的是G點,兩圖中植物B點時的干重均低于A點時的干重C.兩圖中DE段葉綠體中C3含量均大大減少D.圖甲中E點和G點相比,E點葉綠體中的ATP含量較多C據(jù)題圖分析可知,有機物總積累量可用曲線與橫軸圍成的有關(guān)面積表示。適當提高溫度可提高細胞呼吸強度,A項正確。G點光合作用強度等于細胞呼吸強度,之后細胞呼吸強度大于光合作用強度,故有機物積累最多的是G點,兩圖中AB段只進行細胞呼吸,故植物B點時的干重均低于A點時的干重,B項正確。圖甲DE段,光照強,氣溫高,為減少蒸騰作用散失水分,氣孔關(guān)閉,導致CO2供應不足,光合作用速率略有下降,C3合成減少,消耗未變,含量減少;圖乙DE段,光照強度減弱,光反應減弱,導致光合作用強度減弱,C3合成不變,消耗減少,含量增加,C項錯誤。圖甲中E點與G點相比,葉綠體中的ATP含量較多,D項正確。2.下圖表示某植物葉肉細胞進行光合作用和有氧呼吸的過程,其中甲~丁表示場所,a~d表示相關(guān)物質(zhì)。下列敘述正確的是(

)A.a表示NADPH,該物質(zhì)與呼吸作用產(chǎn)生的[H]是同一物質(zhì)B.乙為葉綠體基質(zhì),該處主要發(fā)生CO2的固定和C3的還原過程C.d表示O2,在線粒體內(nèi)膜上與d結(jié)合的[H]都來自葡萄糖D.該葉肉細胞在夜間合成ATP數(shù)量最多的場所是丙B題圖中甲是葉綠體的類囊體薄膜,乙是葉綠體基質(zhì),丙是細胞質(zhì)基質(zhì),丁是線粒體,a是NADPH,b是ATP,c是CO2,d是O2。光合作用產(chǎn)生的NADPH與呼吸作用產(chǎn)生的[H]不是同一物質(zhì),A項錯誤。暗反應包括CO2的固定和C3的還原兩個過程,主要發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,B項正確。在線粒體內(nèi)膜上與O2結(jié)合的[H]最終來自葡萄糖和水,C項錯誤。夜間葉肉細胞只能進行細胞呼吸,細胞呼吸中合成ATP最多的是發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上的有氧呼吸第三階段,D項錯誤。3.為研究棉花去棉鈴(果實)后對葉片光合作用的影響,研究者選取至少具有10個棉鈴的植株,去除一定數(shù)量的棉鈴,3d后測定葉片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉含量(占葉片干重的比例),結(jié)果如下圖所示。下列相關(guān)分析錯誤的是(

)A.由圖1可知,隨著去除棉鈴比例的增大,葉片光合速率逐漸下降B.本實驗中對照組(空白對照組)植株CO2固定速率相對值是28C.由圖2可知,去除棉鈴后,植株葉片中淀粉和蔗糖的含量增加D.綜合圖1、圖2結(jié)果可推測,葉片光合產(chǎn)物的積累有利于光合作用D由題圖1可知,隨著去除棉鈴比例的增大,葉片光合速率(CO2固定速率相對值)逐漸下降,A項正確。本實驗對照組是沒有去除棉鈴的植株,CO2固定速率相對值是28,B項正確。由題圖2可知,去除棉鈴后,植株葉片中淀粉和蔗糖的含量增加,C項正確。去除棉鈴后,造成葉片光合產(chǎn)物積累,不利于光合作用的進行,D項錯誤。二、測定真正光合速率、凈光合速率和呼吸速率的常用方法及實驗探究典例剖析某興趣小組設(shè)計了下圖所示的實驗裝置若干組,在室溫(25℃)下進行了一系列的實驗。下列關(guān)于實驗過程中裝置條件及結(jié)果的敘述,錯誤的是(

)A.若X溶液為CO2緩沖液并給予光照,則液滴移動距離可表示凈光合作用強度大小B.若要測定真正光合作用強度,則需另加設(shè)一組裝置遮光處理,X溶液為NaOH溶液C.若X溶液為清水并給予光照,光合作用大于細胞呼吸時,液滴右移D.若X溶液為清水并遮光處理,消耗的底物為脂肪時,液滴左移C當裝置給予光照時,裝置內(nèi)植物既進行光合作用也進行細胞呼吸,CO2緩沖液可保持裝置內(nèi)CO2含量不變,那么液滴移動距離即表示凈光合作用釋放O2的多少,A項正確。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率,測定呼吸速率需另加設(shè)一組裝置遮光處理(不能進行光合作用),為去除有氧呼吸產(chǎn)生的CO2的干擾,將X溶液更換為NaOH溶液,那么測得液滴移動距離即為有氧呼吸消耗O2的量,B項正確。若X溶液為清水并給予光照,裝置內(nèi)植物光合作用吸收的CO2量=釋放的O2量,液滴不移動,C項錯誤。若X溶液為清水并遮光處理,植物只進行有氧呼吸,但由于消耗的底物為脂肪,其消耗O2的量大于產(chǎn)生CO2的量,液滴向左移動,D項正確。要點整合測定真正光合速率、凈光合速率和呼吸速率的常用方法及實驗探究(1)利用裝置法測定植物的光合速率與呼吸速率①將植物(裝置甲)置于黑暗中一定時間,記錄紅色液滴移動的距離,計算呼吸速率。②將同一植物(裝置乙)置于光下一定時間,記錄紅色液滴移動的距離,計算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算出真正光合速率。(2)葉圓片稱量法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量,如下圖所示,以有機物的變化量為指標測定真正光合速率(S為葉圓片面積)。凈光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。(3)黑白瓶法“黑白瓶法”是通過凈光合作用強度和有氧呼吸強度推算總光合作用強度的方法,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O2的減少量(或CO2的增加量)為有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的減少量)為凈光合作用量;二者之和為真正光合作用量。再通過計算得出真正光合速率、凈光合速率和呼吸速率。規(guī)律2:沒有初始值的情況下,白瓶中測得的現(xiàn)有氣體量與黑瓶中測得的現(xiàn)有氣體量之差為真正光合作用量。再通過計算得出真正光合速率。(4)半葉法將植物對稱葉片的一部分(A)遮光或取下置于暗處,另一部分(B)則留在光下進行光合作用(即不做處理),并采用適當?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠诌M行物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。一定時間后,在這兩部分葉片的對應部位截取同等面積的葉片,分別烘干稱重,記為MA、MB,開始時二者相應的有機物含量應視為相等,照光的葉片質(zhì)量大于暗處的葉片質(zhì)量,超過部分即為光合作用產(chǎn)物的量,再通過計算可得出真正光合速率。即時演練1.某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率,進行了下圖所示的實驗。在葉柄基部做環(huán)剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出),在不同時間分別于同一葉片上陸續(xù)取下面積為1cm2的葉圓片,烘干后稱其重量,測得葉片的光合作用速率=(3y-2z-x)/6[g/(cm2·h)](不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是(

)A.下午4時后將整個實驗裝置遮光3hB.下午4時后將整個實驗裝置遮光6hC.下午4時后在陽光下照射1hD.晚上8時后在無光下放置3hA起始干重為上午10時移走的葉圓片干重x

g,從上午10時到下午4時,葉片在這6

h內(nèi)既進行光合作用,又進行細胞呼吸,所以下午4時移走的葉圓片干重(y

g)減去上午10時移走時的葉圓片干重(x

g)的差值,就等于該葉圓片凈光合作用產(chǎn)生干物質(zhì)的量(y-x)g。若要求出細胞呼吸消耗的干物質(zhì)量,應將葉片遮光處理,先假設(shè)葉片遮光處理為a

h后干重為z

g,則細胞呼吸消耗干物質(zhì)量為(y-z)

g。已知測得葉片的葉綠體光合作用速率為(3y-2z-x)/6[g/(cm2·h)],據(jù)真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率,得出(3y-2z-x)/6

=(y-x)/6+(y-z)/a

,計算出a=3。2.下表是采用黑白瓶(不透光瓶和可透光瓶)測定夏季某池塘不同深度水體中初始平均O2質(zhì)量濃度與24h后平均O2質(zhì)量濃度,并比較計算后的數(shù)據(jù)。下列有關(guān)分析正確的是(

)A.水深1m處