專題三 細(xì)胞呼吸與光合作用考情分析光合作用與細(xì)胞呼吸是細(xì)胞代謝的核心知識，學(xué)考、選考都把兩者結(jié)合起來考查，一般以坐標(biāo)曲線圖、表格和光合作用流程圖為載體，選擇題與非選擇題均有較大幾率出現(xiàn)。主要考查角度有以下幾點：(1)表觀光合速率及其影響因素，如2015年浙江10月選考，26T；2017年浙江11月選考，30T；2018年浙江4月選考，26T等。(2)光強(qiáng)度對光合速率的影響，如2015年浙江10月選考，30T；2017年浙江4月選考，30T；2018年浙江4月選考，30T等。(3)光合作用與細(xì)胞呼吸的過程，如2015年浙江10月選考，30T；2016年浙江4月選考，17T等。(4)光反應(yīng)和碳反應(yīng)的過程，如2016年浙江4月選考，30T；2017年浙江11月選考，26T；2017年浙江11月選考，30T等。(5)葉綠體色素的種類及提取與分離，2016年浙江4月選考，30T；2017年浙江4月選考，30T；2018年浙江4月選考，30T等。1.表觀(凈)光合速率和真正(總)光合速率的判定方法(1)若為坐標(biāo)曲線形式，當(dāng)光強(qiáng)度為0時，CO2吸收值為0，則該曲線表示真正(總)光合速率，若CO2吸收值為負(fù)值，則該曲線表示表觀光合速率。(2)若所給數(shù)值為有光條件下綠色植物O2釋放量或CO2吸收量的測定值，則為表觀光合速率。(3)有機(jī)物積累量為表觀光合速率，制造量為真正(總)光合速率。2.光合作用與細(xì)胞呼吸“關(guān)鍵點”移動的判斷技巧CO2(或光)補(bǔ)償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補(bǔ)償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應(yīng)的最低CO2濃度(或光強(qiáng)度)，位于橫軸上。(1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補(bǔ)償點B應(yīng)右移，反之左移。(2)呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補(bǔ)償點B應(yīng)右移，反之左移。(3)陰生植物與陽生植物相比，CO2(或光)補(bǔ)償點和飽和點都應(yīng)向左移動。3.解讀密閉容器及自然環(huán)境中植物光合作用曲線解讀(1)夏季的一天中CO2吸收量和釋放量變化曲線分析(如圖1所示)a點：凌晨34時，溫度較低，細(xì)胞呼吸較弱，CO2釋放量較少。b點：上午6時左右，溫度升高，細(xì)胞呼吸增強(qiáng)，CO2釋放量增多；太陽出來，開始進(jìn)行光合作用。bc段：光合速率小于呼吸速率。c點：上午7時左右，光合速率等于呼吸速率。ce段：光合速率大于呼吸速率。d點：溫度過高，部分氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。e點：下午6時左右，光合速率等于呼吸速率。ef段：光合速率小于呼吸速率。fg段：太陽落山，光合作用停止，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。(2)有關(guān)一天中有機(jī)物情況的曲線分析(如圖2所示)積累有機(jī)物的時間段：ce段。制造有機(jī)物的時間段：bf段。消耗有機(jī)物的時間段：Og段。一天中有機(jī)物積累最多的時間點：e點。一晝夜有機(jī)物的積累量：SPSMSN。(3)在相對密閉的環(huán)境中，一晝夜CO2含量的變化曲線分析(如圖3所示)如果N點低于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加。如果N點高于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量減少。如果N點等于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量不變。CO2含量最高點為c點對應(yīng)時刻，CO2含量最低點為e點對應(yīng)時刻。(4)在相對密閉的環(huán)境中，一晝夜O2含量的變化曲線分析(如圖4所示)如果N點低于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量減少。如果N點高于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加。如果N點等于M點，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量不變。O2含量最高點為e點對應(yīng)時刻，O2含量最低點為c點對應(yīng)時刻。4.測定光合速率與呼吸速率的三種方法(1)利用裝置圖法測定植物光合速率與呼吸速率裝置中溶液的作用：在測細(xì)胞呼吸速率時，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測凈光合速率時，NaHCO3溶液可提供CO2，保證容器內(nèi)CO2濃度的恒定。測定原理a.甲裝置在黑暗條件下植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。b.乙裝置在光照條件下植物進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。c.真正光合速率凈光合速率呼吸速率。測定方法a.將植物(甲裝置)置于黑暗條件中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。b.將同一植物(乙裝置)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。c.根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。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)置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進(jìn)行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進(jìn)行校正。(2)“半葉法”測定光合速率例如：某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強(qiáng)度進(jìn)行測定，如圖所示。“半葉法”的原理是將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒?可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可計算出該葉片的光合作用強(qiáng)度，其單位是mg/(dm2·h)。若MMBMA，則M表示B葉片被截取部分在6小時內(nèi)光合作用合成的有機(jī)物總量。(3)利用“黑白瓶”法測定光合速率將裝有水和光合植物的黑、白瓶置于相同水層中，測定單位時間內(nèi)瓶中溶解氧含量的變化，借此測定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物僅能進(jìn)行細(xì)胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸。因此，真正光合作用氧氣產(chǎn)生量(光合作用總量)白瓶中氧氣增加量黑瓶中氧氣減少量。題型一光合作用與細(xì)胞呼吸的過程判斷1.如圖是生物體內(nèi)能量供應(yīng)及利用的示意圖，下列說法錯誤的是()A.A過程一定伴隨O2的釋放，D過程不需要O2的直接參與B.A過程產(chǎn)生的ATP可用于B過程中三碳酸分子的還原C.A過程產(chǎn)生的ATP遠(yuǎn)多于C過程產(chǎn)生的ATPD.C過程葡萄糖中的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)移到ATP中答案D解析A是光反應(yīng)，產(chǎn)物有O2、ATP和NADPH等，D是ATP的利用，不需要O2的直接參與，A正確；A過程中產(chǎn)生的ATP和NADPH可用于B碳反應(yīng)中三碳酸分子的還原，B正確；A光反應(yīng)過程產(chǎn)生的ATP全部被用來進(jìn)行碳反應(yīng)合成有機(jī)物，C細(xì)胞呼吸分解的有機(jī)物只是光合作用合成的有機(jī)物中的一部分，且細(xì)胞呼吸過程中大部分的能量以熱能形式散失，故A過程產(chǎn)生的ATP遠(yuǎn)多于C過程產(chǎn)生的ATP，C正確；C細(xì)胞呼吸過程葡萄糖中的化學(xué)能只有少部分轉(zhuǎn)移到ATP中，大部分以熱能形式散失，D錯誤。2.如圖為綠色植物光合作用過程示意圖(物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實線表示，能量傳遞用虛線表示，圖中ag為物質(zhì)，為反應(yīng)過程)。下列判斷錯誤的是()A.a物質(zhì)為色素，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能貯存在c中B.一個葉肉細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2到被自身光合作用利用，至少穿過了8層磷脂分子C.將b物質(zhì)用18O標(biāo)記，最終在合成的葡萄糖中能檢測到放射性18OD.在g物質(zhì)供應(yīng)充足時，突然停止光照，三碳酸的含量將迅速下降答案D解析分析題圖可知，圖中a物質(zhì)表示色素，葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能貯存在ATP中；葉肉細(xì)胞產(chǎn)生的CO2進(jìn)入同一細(xì)胞葉綠體中進(jìn)行光合作用被利用，至少需要穿過2層線粒體膜和2層葉綠體膜，即4層生物膜，8層磷脂分子；將b物質(zhì)(O2)用18O標(biāo)記，18O2首先參與需氧呼吸生成HO，該HO可以參與需氧呼吸第二階段，此時18O將轉(zhuǎn)移到C18O2中，然后C18O2參與光合作用，最終在有機(jī)物中能檢測到放射性18O；突然停止光照，光反應(yīng)停止，NADPH和ATP的含量下降，故在CO2供應(yīng)充足時，三碳酸被還原的量減少，但生成量不變，因此三碳酸含量會迅速上升。題型二分析坐標(biāo)曲線中補(bǔ)償點和飽和點的移動3.將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室CO2濃度，在一定光強(qiáng)度下測定葉片光合作用強(qiáng)度(以CO2吸收速率表示)，測定結(jié)果如圖所示，下列敘述正確的是()A.如果光強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點左移，b點左移B.如果光強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點左移，b點右移C.如果光強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a點右移，b點右移D.如果光強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，a點左移，b點右移答案D解析a點、b點分別是CO2補(bǔ)償點、CO2飽和點，在a點濃度時，光合速率等于呼吸速率；b點濃度時，光合速率達(dá)到最大。如果光強(qiáng)度適當(dāng)降低，則光合作用強(qiáng)度會降低，a點應(yīng)右移，b點左移；如果光強(qiáng)度適當(dāng)增強(qiáng)，則光合作用強(qiáng)度會增加，a點左移，b點右移。4.將小麥植株置于密閉玻璃罩內(nèi)，在不同溫度條件下測定小麥對氧氣的吸收或釋放速率隨光強(qiáng)度的變化，實驗結(jié)果如圖所示。請回答下列問題：(1)b點的生物學(xué)含義是_。此時小麥根尖細(xì)胞中產(chǎn)生ATP的場所為_。適當(dāng)提高CO2濃度后再測定，圖中的b點將向_移動。(2)由圖可知，影響c點變動的主要因素是_。(3)若適當(dāng)提高CO2濃度，d點將向_移動。此時葉綠體產(chǎn)生的O2的去向是_(填“線粒體”“細(xì)胞外”或“兩者都有”)。答案(1)光合作用產(chǎn)生氧氣的速率等于需氧呼吸消耗氧氣的速率細(xì)胞溶膠和線粒體左(2)光強(qiáng)度和溫度(3)右下兩者都有解析(1)分析題圖發(fā)現(xiàn)，縱坐標(biāo)表示氧氣吸收速率即凈光合速率的負(fù)值，橫坐標(biāo)表示光強(qiáng)度；b點氧氣吸收速率為0，即凈光合速率為0，其含義為：光合作用產(chǎn)生氧氣的速率等于需氧呼吸消耗氧氣的速率 ；此時小麥根尖(根尖中無葉綠體)，只能進(jìn)行細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP的場所是細(xì)胞溶膠和線粒體。圖中適當(dāng)提高CO2濃度后，光合速率增加，光補(bǔ)償點減小，b點將向左移動。(2)由題圖可知，變量只有兩個：光強(qiáng)度、溫度。分析25 曲線可知，隨著光強(qiáng)度增強(qiáng)，氧氣釋放速率增強(qiáng)，光強(qiáng)度是影響c點變動的主要限制因素；分析15 曲線可知，c點時雖然二者溫度不同，但凈光合速率相同，由于二者的呼吸速率不同，說明二者總光合速率不同，進(jìn)而說明溫度也影響光合速率，進(jìn)而影響c點的變動。(3)提高二氧化碳濃度后，植物的最大光合速率增加，d點會向下移，最大光合速率增加，需要的光強(qiáng)度會增加，所以d點會向右移；因此d點向右下移。題型三密閉容器和自然環(huán)境中光合作用曲線分析5.將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi)，置于室外進(jìn)行培養(yǎng)，假定玻璃罩內(nèi)植物的生理狀態(tài)與自然環(huán)境中相同。用CO2濃度測定儀測得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況，繪制成如圖所示曲線，下列有關(guān)說法正確的是()A.H點CO2濃度最低，說明此時植物對CO2的吸收最多，光合作用最強(qiáng)B.CO2濃度下降從D點后開始，說明植物進(jìn)行光合作用是從D點開始的C.D點表明植物光合速率和呼吸速率相等，F(xiàn)G段CO2濃度下降不明顯，是因為氣孔關(guān)閉，葉片對CO2的吸收減少D.D點較B點CO2濃度高，是因為D點溫度高，使植物細(xì)胞呼吸增強(qiáng)答案C解析H點CO2濃度最低，說明此時植物吸收CO2總量最多，光合作用積累的有機(jī)物最多，此時光合速率等于呼吸速率；植物進(jìn)行光合作用是從D點之前開始的，D點時光合速率和呼吸速率相等；D點較B點CO2濃度高，是因為D點之前，呼吸速率大于光合速率，CO2積累。6.某校生物興趣小組以玉米為實驗材料，研究不同條件下光合速率和呼吸速率，繪制了如圖所示的四幅圖，除哪幅圖外，其余三幅圖中“a”點都可以表示光合速率與呼吸速率相等()答案A解析A項圖中a點的含義是CO2的吸收量等于釋放量，表示表觀光合速率等于呼吸速率，此時光合速率大于呼吸速率；B項圖中a點后CO2的含量降低，說明光合速率大于呼吸速率，故a點含義是光合速率等于呼吸速率；C項圖中a點代表光合速率等于呼吸速率；D項圖中a點CO2的吸收量為0，說明此時光合速率等于呼吸速率。題型四實驗探究光合速率與呼吸速率的測定方法7.用等體積的三個玻璃瓶甲、乙、丙，同時從某池塘水深0.5 m處的同一位置取滿水樣，立即測定甲瓶中的氧氣含量，并將乙、丙瓶密封后沉回原處。一晝夜后取出玻璃瓶，分別測定兩瓶中的氧氣含量，結(jié)果如下(不考慮化能合成作用)。有關(guān)分析合理的是()透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙4.9 mg5.6 mg3.8 mgA.丙瓶中浮游植物的細(xì)胞產(chǎn)生NADH的場所是線粒體內(nèi)膜B.在一晝夜內(nèi)，丙瓶生物細(xì)胞呼吸消耗的氧氣量約為1.1 mgC.在一晝夜后，乙瓶水樣的pH比丙瓶的低D.在一晝夜內(nèi)，乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量約為1.1 mg答案B解析不透光玻璃瓶內(nèi)浮游植物只進(jìn)行需氧呼吸，丙瓶中浮游植物的細(xì)胞產(chǎn)生NADH的場所有細(xì)胞溶膠、線粒體基質(zhì)，A錯誤；本實驗中氧氣含量甲瓶丙瓶1.1 mg，可表示一晝夜丙瓶中生物細(xì)胞呼吸量，乙瓶甲瓶0.7 mg，可表示一晝夜乙瓶中生物凈產(chǎn)生的氧氣量，因此乙瓶中生產(chǎn)者實際光合作用釋放的氧氣量1.1 mg0.7 mg1.8 mg，B正確，D錯誤；一晝夜后，乙瓶水樣中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中生物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，因此乙瓶水樣的pH比丙瓶的高，C錯誤。8.某轉(zhuǎn)基因作物有很強(qiáng)的光合作用能力。某中學(xué)生物興趣小組在暑假開展了對該轉(zhuǎn)基因作物光合作用強(qiáng)度測試的研究課題，設(shè)計了如圖所示裝置。請你利用這些裝置完成光合作用強(qiáng)度的測試實驗，并分析回答有關(guān)問題：(1)先測定植物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，方法步驟如下：甲、乙兩裝置的D中都放入_，裝置乙作為對照。將甲、乙裝置的玻璃鐘罩進(jìn)行_處理，放在溫度等相同且適宜的環(huán)境中。30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。(2)測定植物的凈光合作用強(qiáng)度，方法步驟如下：甲、乙兩裝置的D中放入_。把甲、乙裝置放在_。30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。(3)實驗進(jìn)行30分鐘后，記錄的甲、乙裝置中紅墨水滴移動情況如下表：項目實驗30分鐘后紅墨水滴移動情況測定植物細(xì)胞呼吸強(qiáng)度甲裝置_(填“左”或“右”)移1.5 cm乙裝置右移0.5 cm測定植物凈光合作用強(qiáng)度甲裝置_(填“左”或“右”)移4.5 cm乙裝置右移0.5 cm(4)假設(shè)紅墨水滴每移動1 cm，植物體內(nèi)的葡萄糖增加或減少1 g，那么該植物的呼吸速率是_ g/h；白天光照15 h，一晝夜葡萄糖的積累量是_ g(不考慮晝夜溫差的影響)。答案(1)NaOH溶液遮光(2)NaHCO3溶液，裝置乙作為對照光照充足、溫度等相同且適宜的環(huán)境中(3)左右(4)484解析要測定光合作用強(qiáng)度必須先測定細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，在測定細(xì)胞呼吸強(qiáng)度時一定要將實驗裝置置于黑暗條件下，使植物只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。用NaOH溶液除去玻璃鐘罩內(nèi)的CO2，植物進(jìn)行細(xì)胞呼吸消耗一定量的O2，釋放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根據(jù)一定時間內(nèi)玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的減少量即可計算出細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。在測定凈光合作用強(qiáng)度時要滿足光合作用所需的條件：充足的光照、一定濃度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用過程中消耗一定量CO2，產(chǎn)生等量O2，而NaHCO3溶液可保證裝置內(nèi)CO2濃度的恒定，因此，玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的變化只受O2釋放量的影響，而不受CO2氣體減少量的影響。對照實驗裝置乙中紅墨水滴右移是環(huán)境因素(如氣壓等)對實驗產(chǎn)生影響的結(jié)果。實驗裝置甲同樣也受環(huán)境因素的影響，因此，植物細(xì)胞呼吸消耗O2量等于玻璃鐘罩內(nèi)氣體體積的改變量，則該植物的呼吸速率為(1.50.5)÷0.54(g/h)；凈光合速率為(4.50.5)÷0.58(g/h)，白天光照15 h的凈光合作用量是8×15120(g)，一晝夜葡萄糖的積累量為1204×984(g)。9.某同學(xué)利用如圖所示的裝置研究CO2含量以及光強(qiáng)度對某種樹葉光合作用的綜合影響。實驗用生長狀況相同的若干同種新鮮葉片，在室溫25 下進(jìn)行，緩沖液能調(diào)節(jié)密閉小室CO2濃度始終保持相對恒定。用相應(yīng)裝置精確測量，結(jié)果如下表。請分析回答下列問題：組別實驗條件液滴移動(mL·h1)光強(qiáng)度(lx)CO2(%)18000.03右移6.021 0000.03右移9.031 0000.05右移11.241 5000.05右移11.251 5000.03右移9.0(1)第3組裝置液滴右移的生理原因是_。該裝置在2 h內(nèi)，緩沖液釋放到密閉小室空間的CO2約為_ mg。第3、4兩組的結(jié)果相同，限制第4組光合作用的非生物因素主要是_。(2)裝置雖均置于25 環(huán)境下，但有同學(xué)認(rèn)為液滴移動的量不一定真正代表光合作用釋放O2的量，因為光照引起的_會導(dǎo)致密閉小室氣體的物理膨脹。由此，實驗方案應(yīng)再作相應(yīng)完善。(3)某同學(xué)認(rèn)為本實驗不能令人信服地說明光照和CO2濃度的相互作用，使光合作用進(jìn)一步增強(qiáng)。該同學(xué)又增設(shè)了一組實驗，你認(rèn)為該組的實驗條件組合是_。答案(1)光合作用產(chǎn)生的O2多于細(xì)胞呼吸消耗的O244CO2濃度(2)溫度變化(升高)(3)光強(qiáng)為800 lx，CO2濃度為0.05%解析緩沖液的作用是維持密閉空間內(nèi)CO2濃度的穩(wěn)定，即樹葉從空間吸收的CO2量與緩沖液釋放的CO2量相等。而空間氣體體積增加量(樹葉釋放O2量)等于樹葉從空間吸收的CO2量，即11.2 mL/h×2 h22.4 mL。第3、4組接受的光強(qiáng)度不同，但光合速率相同，故CO2濃度是限制第4組光合作用的主要非生物因素。10