光合速率和呼吸速率的关系解读及测定

关于光合速率和呼吸速率的关系解读及测定第一页，共六十四页，2022年，8月28日考向一光合速率和呼吸速率的关系高考这样考【典例】(2014·全国卷Ⅱ)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。第二页，共六十四页，2022年，8月28日据图回答下列问题：(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为____________。CO2浓度在a～b时，曲线_________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是_________。第三页，共六十四页，2022年，8月28日(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量__________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑______这一因素的影响，并采取相应措施。第四页，共六十四页，2022年，8月28日【解题指南】(1)关键知识：净光合速率=总光合速率-呼吸速率。(2)图示信息：坐标图中净光合速率小于0时，光合速率小于呼吸速率；净光合速率为0时，光合速率=呼吸速率；净光合速率大于0时，光合速率大于呼吸速率。第五页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】本题考查环境因素对光合速率的影响。(1)图中CO2浓度为a时，高光强(曲线A)下的纵坐标为0，即净光合速率为0；CO2浓度在a～b时，曲线A、B、C均表现为上升趋势，即净光合速率均随CO2浓度的增高而增高。(2)CO2浓度大于c时，高光强条件下(曲线A)的净光合速率仍然能够随着CO2浓度的增加而增加，由此可知。限制B、C净光合速率增加的环境因素是光强。第六页，共六十四页，2022年，8月28日(3)CO2浓度小于a时，3种光强下，净光合速率均小于0，即呼吸速率大于光合速率，也就是说呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)图中CO2浓度和光强会影响净光合速率，从而影响植物的产量，故为提高植物的产量，应综合考虑CO2浓度和光强的影响。第七页，共六十四页，2022年，8月28日答案：(1)0

A、B和C(2)光强(3)大于(4)光强第八页，共六十四页，2022年，8月28日备考这样做1.记住基本关系式：真正(总)光合速率=净(表观)光合速率+_________。2.理解“三率”的表示方法：项目常用表示方法真正光合速率O2产生(生成)速率CO2固定速率有机物产生(制造、生成)速率呼吸速率第九页，共六十四页，2022年，8月28日项目常用表示方法净(表观)光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率第十页，共六十四页，2022年，8月28日根据表格内容完善下面的公式：(1)光合作用O2的产生量=光合作用O2的_____量+黑暗中O2的_____量。(2)光合作用CO2的固定量=光合作用CO2的_____量+黑暗中CO2的_____量。(3)光合作用有机物的产生量=光合作用有机物的_____量+有机物的_____量。释放吸收吸收释放积累消耗第十一页，共六十四页，2022年，8月28日3.看懂曲线模型：(1)O点：植物只进行_________。C′点：光合速率达到_______。细胞呼吸最大值第十二页，共六十四页，2022年，8月28日(2)AB段：净光合速率__0(填“>”“=”或“<”)，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。(3)B点：净光合速率__0(填“>”“=”或“<”)，植物不能生长。(4)BC段：净光合速率__0(填“>”“=”或“<”)，植物因积累有机物而生长。<=>第十三页，共六十四页，2022年，8月28日预测这样练1.某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验，连续48h测定温室内CO2浓度及植物CO2吸收速率，得到如下图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定)，据图分析正确的是(

)第十四页，共六十四页，2022年，8月28日第十五页，共六十四页，2022年，8月28日A.图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个B.绿色植物吸收CO2速率达到最大的时刻是第45小时C.实验开始的前24小时比后24小时的平均光照强度弱D.实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所是线粒体和叶绿体第十六页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】选C。图中细线是在恒温密闭环境中测得的CO2吸收速率，当吸收速率为零时，表示植物不从外界吸收CO2，此时光合作用所需的所有CO2全由细胞呼吸提供，即此时呼吸速率与光合速率相等。据图可知呼吸速率与光合速率相等的点有4个，分别在第6、18、30、42小时；据曲线分析，CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时；由曲线图看出，前24小时比后24第十七页，共六十四页，2022年，8月28日小时的平均CO2吸收速率低，因此，前24小时比后24小时的平均光照强度弱；实验过程中叶肉细胞内既进行细胞呼吸又进行光合作用，产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体和叶绿体。第十八页，共六十四页，2022年，8月28日2.(2017·济南模拟)如图表示一生长迅速的植物在夏季24h内CO2净吸收量和净释放量(单位：mg)。请回答：世纪金榜导学号77982072第十九页，共六十四页，2022年，8月28日(1)在________时，该植物既没有CO2的净吸收，也没有CO2的净释放，说明此时刻植物___________。(2)测定植物呼吸速率比较简单的方法是________________________。假设该植物在24h内呼吸速率不变，则该植物的呼吸速率为________mg/h，最高光合速率约为________mg/h。第二十页，共六十四页，2022年，8月28日(3)该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为________(用字母表示)。(4)若某一阶段，该植物体对CO2的吸收量与释放量总是符合图中所示的曲线，说明植物正处于旺盛生长状态，因为这一阶段_______________________________。第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】(1)从图中可以看出，在18：00和6：00时，该植物CO2的吸收量均为0，即细胞呼吸产生的CO2刚好被光合作用吸收，光合作用强度与细胞呼吸强度相等。(2)在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，单位时间内CO2释放量可以表示呼吸速率，测定植物呼吸速率比较简单的方法是测定在黑暗条件下单位时间内CO2释放第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日量。图中植物夜间CO2的释放量为10mg/h，该值表示呼吸速率。图中C区段CO2吸收的最高值为75mg/h，此值表示净光合速率，此时真正光合速率为净光合速率+呼吸速率=75+10=85mg/h。(3)白天植物光合速率大于呼吸速率，则A和C区段表示白天积累的有机物；夜间只进行细胞呼吸，则B区段表示夜间消耗的有机物，故该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为A+C-B。第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日(4)图中A+C的面积大于B，表示光合作用强度大于细胞呼吸强度(同化作用大于异化作用)，植物积累的有机物较多，说明该植物正处于旺盛生长阶段。第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日答案：(1)18：00和6：00光合作用强度与细胞呼吸强度相等(2)测定在黑暗条件下单位时间内CO2的释放量10

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(3)A+C-B

(4)A+C的总面积大于B，表示植物光合作用强度大于细胞呼吸强度(同化作用大于异化作用)，植物积累的有机物较多第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日3.某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光(完全黑暗)后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图如下(吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量)，回答下列问题：第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日(1)在光照条件下，图形A+B+C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用____________，其中图形B的面积表示______________。从图形C可推测该植物存在另一个____________的途径。CO2进出叶肉细胞都是通过__________________的方式进行的。(2)在上述实验中，若提高温度、降低光照，则图形__________(填“A”或“B”)的面积变小，图形第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日__________(填“A”或“B”)的面积增大，原因是________________________________。第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】本题考查光合作用和细胞呼吸的相关知识及对图形的识别能力。(1)根据坐标图分析，A为叶肉细胞进行光合作用时CO2的净吸收量，即净光合速率。而B、C均为遮光后释放的CO2量，即B+C的总和则是植物自身产生CO2的量，光照下A+B+C的面积表示光合作用过程中固定的CO2的总量。遮光之后，植物主要进行细胞呼吸产生CO2，根据第三十页，共六十四页，2022年，8月28日遮光后平稳段的直线的变化趋势可以推出B的面积表示这段时间内植物细胞呼吸放出的CO2量，而C则表示植物可能通过其他途径产生CO2。CO2属于小分子，进出细胞都是通过自由扩散的方式进行的。(2)提高温度，细胞呼吸增强，降低光照，光合作用减弱，因此单位面积叶片在单位时间内的A面积减小，B面积增大。第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日答案：(1)固定CO2总量细胞呼吸放出的CO2量释放CO2(其他答案合理也可)自由扩散(2)A

B光合速率降低，呼吸速率增强(其他答案合理也可)第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日考向二光合速率与呼吸速率的测定高考这样考【典例】(2014·江苏高考)为研究浮游藻类的光合作用，将一种绿藻培养至指数生长期，并以此为材料，测定了藻细胞在不同条件下的净光合速率(Pn)。图1为光合放氧测定装置的示意图；图2是不同NaHCO3浓度(pH8.5，25℃)条件下测得的Pn曲线图。请回答下列第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日问题:第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日(1)通过变换图1中光源，可研究________、_______对光合作用的影响。(2)在测定不同光照对Pn的影响时，如不精确控制温度，则测得的光照与Pn的关系__________(填“呈正相关”“呈负相关”或“难以确定”)。(3)由于弱碱性的藻培养液中游离CO2浓度很低，藻光合作用主要通过胞内碳酸酐酶(CA)分解水中的第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日获得CO2。图2中达到最大Pn值的最低NaHCO3浓度为_______；在更高NaHCO3浓度下，Pn不再增加的主要原因有__________________、_______________。(4)培养基中的与之间的离子平衡与pH有关，碱性条件下pH越高，越少，越多，而几乎不能被该藻利用。在测定不同pH(7.0～10.0)对光合作用的影响时，导致Pn发生变化的因素有_____、____。第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日【解题探究】1.分析影响测定净光合速率的两大因素：(1)光照：图1中提供可调光源，改变光合速率的途径有两个：_____、_______________。(2)温度：通过影响_________来影响光合作用。光强光的波长(光质)酶的活性第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日2.分析影响光合作用的原理：通过两个方面影响光合作用：影响溶液pH和___________。CO2的供应第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】本题考查光合作用的影响因素和酶活性的影响因素。(1)可调光源能改变光照强度、光的波长(光质)，从而可以研究光强和光质对光合作用的影响。(2)温度是无关变量，温度过高或过低都会影响酶的活性，从而影响光合作用，难以确定光照对Pn的影响，因此在实验过程中要使无关变量相同且适宜，以排除对实验的干扰。第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日(3)由题图可以看出，达到最大Pn值的最低NaHCO3浓度为120mg·L-1；在更高NaHCO3浓度下，外界因素是CO2浓度达到了饱和，不能吸收更多的CO2；内部因素是CA量不足，不能催化分解更多的。(4)由题意可知，pH一方面会影响的含量，从而影响Pn；另一方面pH也会影响CA(细胞)的活性，从而影响Pn。第四十页，共六十四页，2022年，8月28日答案：(1)光强光质(2)难以确定(3)120mg·L-1达到了CO2饱和点CA量有限(4)CO2(或)供应量不同CA(细胞)活性变化第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日

备考这样做1.利用指示剂测定光合速率和细胞呼吸速率：(1)方法：利用溴麝香草酚蓝水溶液测定环境中___量。(2)原理：CO2会使溴麝香草酚蓝水溶液由___变绿再变___。CO2蓝黄第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日2.利用气体体积变化测定光合速率和细胞呼吸速率：(1)经典实验装置：第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日(2)实验装置解读：①甲装置：置于黑暗中，红色液滴变化是由无氧呼吸产生的___引起的，因此可测定绿色植物的无氧呼吸速率。②乙装置：置于黑暗中，红色液滴变化是由有氧呼吸吸收的__引起的，因此可测定绿色植物的有氧呼吸速率。CO2O2第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日③丙装置：置于光照下，NaHCO3的作用是保证容器内___的恒定，满足绿色植物光合作用的需要，红色液滴移动是由于光合作用产生的__和细胞呼吸消耗的O2引起的，因此可测定绿色植物的净光合速率。CO2O2第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日

预测这样练1.某同学研究甲湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取3个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c3瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内容氧量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24h取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24h待测深度水体中生物第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日光合作用和有氧呼吸的情况是世纪金榜导学号77982074(

)A.24h待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是vmol/瓶第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日B.24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是kmol/瓶C.24h待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k-v)mol/瓶D.24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k-v)mol/瓶第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】选D。根据题意知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24h待测深度水体中生物进行有氧呼吸消耗的氧气量为(w-v)mol/瓶；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(k-w)mol/瓶，即瓶内生物24h进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)为(k-w)mol，故24h待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量=呼吸消耗的氧气量+净光合量=(w-v)+(k-w)=(k-v)mol/瓶。第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日2.研究者用仪器检测拟南芥叶片在光-暗转换条件下CO2吸收量的变化，每2s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。第五十页，共六十四页，2022年，8月28日(1)在开始检测后的200s内，拟南芥叶肉细胞利用光能分解____________，同化CO2。而在实验的整个过程中，叶片可通过__________将储藏在有机物中稳定的化学能转化为__________和热能。(2)图中显示，拟南芥叶片在照光条件下CO2吸收量在______________μmol·m-2·s-1范围内，在300s时CO2________达到2.2μmol·m-2·s-1。由此得出，第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日叶片的总(真正)光合速率是___μmolCO2·m-2·s-1。(本小题所填数值保留至小数点后一位)(3)从图中还可看出，在转入黑暗条件下100s以后，叶片的CO2释放__________，并达到一个相对稳定的水平，这提示在光下叶片可能存在一个与在黑暗中不同的呼吸过程。第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日(4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳化合物，可利用________________技术进行研究。第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日【解题指南】(1)关键知识：叶片的总(真正)光合速率=呼吸速率+净(表观)光合速率。(2)图示信息：CO2吸收量表示净(表观)光合速率，CO2吸收量为0，表示总(真正)光合速率=呼吸速率。第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日【解析】本题主要考查光合作用和细胞呼吸的原理及其应用。(1)叶肉细胞利用光能分解水，产生氧气。细胞呼吸过程是将有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能。(2)从图中可以看出CO2吸收量范围是0.2～0.6μmol·m-2·s-l。300s时没有光照，CO2应该是第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日释放量。叶片的总光合速率=呼吸速率+净光合速率，因此总光合速率应该为2.4～2.8μmolCO2·m-2·s-1。(3)在转入黑暗条件下100s以后，叶片的CO2释放量逐渐减少，说明黑暗条件中的呼吸过程可能与有光条件时不同。(4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳