重难02 光合作用与细胞呼吸的综合应用（重难点突破讲义）（解析版）

/重难02光合作用与细胞呼吸的综合应用1．理清光合作用与细胞呼吸的关系及环境影响因素。2．会“三率”的测定和相关计算。3．能够利用光合作用和细胞呼吸的原理解决生活中实际问题1．光合作用与细胞呼吸的联系“三率”测定数学模型实验装置3．影响光合作用和细胞呼吸的环境因素及应用（1）影响光合作用速率的环境因素因素曲线模型实践应用光照强度适当提高光照强度可增加作物产量CO2浓度①温室中适当增加CO2浓度,如投入干冰等。②大田中通过“正其行,通其风”,以及多施有机肥来提高CO2浓度温度①适时播种。②温室栽培时,白天适当提高温度,夜间适当降低温度水分和矿质元素精准施肥,合理适时灌溉（2）影响细胞呼吸的环境因素因素影响机理曲线模型实践应用温度温度影响呼吸酶的活性。最适温度时,细胞呼吸最强;超过最适温度,呼吸酶活性降低,甚至变性失活,呼吸作用受抑制;低于最适温度,酶活性下降,呼吸作用受抑制①低温下储存蔬菜、水果;②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,以降低细胞呼吸,减少有机物的消耗,提高产量O2浓度O2作为有氧呼吸的原料,影响细胞呼吸的速率和性质(在O2浓度为零时只进行无氧呼吸;O2浓度大于零且小于a%时,既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸;浓度超过a%时,只进行有氧呼吸)适当降低氧气浓度能够抑制细胞呼吸,减少有机物消耗,以延长蔬菜、水果的保鲜时间CO2浓度增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用,这可以从化学平衡的角度得到解释在蔬菜和水果的保鲜过程中,增加CO2的浓度,可提高保鲜效果H2O在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而加强,随含水量的减少而减弱将种子风干,以减弱细胞呼吸,从而减少有机物的消耗,延长作物种子储存时间题型01光合作用和细胞呼吸的关系1．切入点是两者过程中的物质变化和能量转变。2．光合作用和有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去向比较。项目光合作用有氧呼吸[H]来源光反应阶段产生第一、二阶段产生去向还原C3用于第三阶段还原O2ATP来源光反应阶段产生三个阶段都能产生去向可用于暗反应阶段C3的还原作为能量货币，可用于各项生命活动【典例1】西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示（①~④表示过程）。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究，在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示，下列说法正确的是（）A．图1中，晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①②③B．若给西红柿提供的是18O2，则一段时间后可在CO2中检测到放射性C．图2中，9~10h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是光照D．图2曲线交点处，叶肉细胞呼吸产生的CO2刚好满足光合作用对CO2的需求【答案】C【解析】图1中，①过程中H2O分解产生O2和H+，是光合作用的光反应阶段，合成ATP，②过程中H+将CO2还原成C6H12O6的过程，是光合作用暗反应，消耗光反应产生的ATP，④过程是C6H12O6分解成CO2和H+，是有氧呼吸的第一和第二阶段，产生少量的ATP，③过程是H+与O2结合生成水，有氧呼吸第三阶段，产生大量ATP，因此晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④，A错误；18O不具有放射性，B错误；图2中9~10h间西红柿植株的光合作用急剧降低至0，呼吸作用基本不受影响，推测最可能发生变化的环境因素是光照，C正确；图2曲线交点处植株整体的光合作用速率与呼吸作用速率相等，此时叶肉细胞呼吸产生的CO2无法满足光合作用对CO2的需求，还需吸收其他细胞呼吸产生的CO2，D错误。【典例2】图1是天竺葵植株叶肉细胞中能够进行光合作用和呼吸作用的过程简图，①-⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质；图2是将天竺葵植株置于密闭玻璃容器中培养24h，用专门的仪器测定密闭容器中24h内CO₂和O₂的相对含量。下列叙述正确的是（）A．12h时，图1中产生[H]的过程有①③④B．光照突然增强，CO2含量不变，X物质含量会上升C．光照条件下植物根细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成D．图2中8点和18点时，天竺葵的叶肉细胞光合作用强度等于呼吸作用强度【答案】A【解析】12h时，植株叶肉细胞既进行光合作用，又进行呼吸作用，图1中产生[H]的过程有①光反应、③有氧呼吸的第一阶段、④有氧呼吸第二阶段，A正确；X物质是C3，光照突然增强，ATP和NADPH增多，C3的还原速率增强，二氧化碳的固定速率基本不变，C3的含量会下降，B错误；根细胞无叶绿体，不进行光合作用，C错误；以CO₂的相对含量为例，在8点之前，CO₂的含量上升，说明植物呼吸作用强度大于光合作用强度，8点到18点，CO₂的含量下降，说明植物光合作用强度大于呼吸作用强度，18点之后，CO₂的含量上升，说明植物呼吸作用强度大于光合作用强度，因此8点和18点时，植物光合作用强度等于呼吸作用强度，由于植物中只有部分细胞进行光合作用，但所有细胞都进行呼吸作用，因此在该时刻植株的叶肉细胞中的光合作用强度大于呼吸作用强度，D错误。题型02“三率”的测定及分析总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率。重点关注关键点及其随外界条件的变化而如何移动【典例3】研究温度对植株生长的影响，可帮助农民增产、增收。在自然条件下，科研人员测得某农业大棚中某植株叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。下列相关分析错误的是（）A．温度为a和c时，叶片有机物积累速率不相等B．温度超过b时，可能部分气孔关闭使光合速率降低C．光合速率和呼吸速率的差值大有利于光合产物的积累D．温度为d时，该植株的干重保持不变【答案】D【解析】据图可知，温度为a和c时，该植株叶片的光合速率相等，呼吸速率不相等，因此叶片有机物积累速率不相等，A正确；温度超过b时，该植株可能由于温度过高，部分气孔关闭，使光合速率降低，B正确；光合速率和呼吸速率的差值越大，说明有机物积累越多，越有利于光合产物的积累，C正确；温度为d时，该植株叶片的光合速率等于呼吸速率，但该植株的非绿色部分只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此整个植株的干重会减少，D错误。【典例4】在最适温度下，研究人员测得的某植物叶肉细胞光合速率随光照强度的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是（）A．若适当升高温度重新进行测定，d点将下移B．c点光照强度下该植物光合速率和呼吸速率相等C．限制de段的主要环境因素可能是CO2浓度和光照强度D．一天光照12h，该叶肉细胞一昼夜积累的有机物量为0【答案】A【解析】图中数据是在最适温度下测定的，升高温度会使与光合作用有关的酶活性下降，导致d点下移，A正确；c点光照强度下，该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率相等，整个植物中还有根细胞等不进行光合作用，故该植物在c点光照强度下，光合速率小于呼吸速率，B错误；限制de段的主要环境因素可能是二氧化碳浓度，光照强度已不是限制光合速率的因素，C错误；叶肉细胞一昼夜有机物积累量=光照12h总光合产生量-一昼夜（24h）呼吸消耗量。呼吸速率（a点）为6（单位），一昼夜呼吸消耗总量为6×24。若仅光照12h，且假设光照时总光合速率为d点的18（12+6=18）（单位），则总光合产生量为12×18，此时积累量为12×18-6×24=72，积累量大于0。但题目未说明光照强度是“光饱和点强度”，且叶肉细胞在光照强度较低时（如光补偿点），总光合产生量会小于呼吸消耗量，积累量不为0，因此无法确定一昼夜积累量一定为0，D错误。题型03影响光合作用及细胞呼吸的环境因素多因子变量对光合速率的影响对曲线分析要抓住关键点，比如:P点:限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随着因子的不断加强,光合速率不断提高。Q点:横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子,影响因素主要为各曲线所表示的因子。如图表示某种植株的非绿色器官在不同氧气浓度下，O2吸收量和CO2释放量的变化(呼吸底物为葡萄糖)，对其分析要抓住其曲线拐点的原因。如图中Q点：不消耗O2，只产生CO2⇒只进行无氧呼吸。R点：CO2释放量大于O2吸收量⇒既进行无氧呼吸，又进行有氧呼吸。P点：CO2释放量等于O2吸收量⇒只进行有氧呼吸。【典例5】下图表示温度对大棚内栽培豌豆光合作用和呼吸作用的影响，下列叙述错误的是（）A．5℃时呼吸酶的酶活性会被抑制，导致黑暗中豌豆的耗氧速率较低B．若实验对象改为缺Mg豌豆，则光照下的最大放氧速率会推迟出现C．35℃时豌豆叶肉细胞中产生水和ATP的细胞器有线粒体和叶绿体D．40℃时豌豆的光合作用强度>呼吸作用强度，仍需从外界吸收CO2【答案】B【解析】酶活性受温度影响，5℃时温度较低，呼吸酶活性被抑制，黑暗中豌豆耗氧速率（呼吸速率）较低，A正确；缺Mg会影响叶绿素合成，降低光合速率，但不会影响催化光合作用和呼吸作用酶的最适温度，所以最大放氧速率不会推迟，B错误；35℃时豌豆叶肉细胞中既进行光合作用又进行呼吸作用，两个生命活动的过程中既消耗水，又产生水，C正确；40℃时，光照下放氧速率（净光合速率）大于0，说明光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于0时需要从外界吸收CO2​，D正确。【典例6】在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是（

）A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因主要是植物呼吸速率下降B．在高光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因主要是光合作用速率下降C．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合作用有关酶活性增强相关D．在图中两个CP点处，此时植物光合速率等于呼吸速率【答案】A【解析】在低光强下，光合速率较低，随温度升高，呼吸速率上升，导致净光合速率较低，故在低光强下，CO2吸收速率（净光合速率）随叶温升高而下降的原因与呼吸速率上升相关，A错误；在高光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降，主要是因为温度过高，光合作用有关酶活性降低，导致光合作用速率下降，B正确；结合题图可知，在高光强下，M点左侧CO2吸收速率（净光合速率）升高，横坐标叶温为自变量，随温度升高，与光合作用有关酶活性增强相关，C正确；结合题图可知，图中高光强和低光强曲线对应的CP处对应的CO2吸收速率均为0，即CP处植物的光合速率等于呼吸速率，D正确。题型04光合作用及细胞呼吸的原理应用1．在日常生活或生产活动中，要想达到我们人类的需求，往往不是单纯从光合作用或呼吸作用单方面考虑，要综合起来考虑。2．农业生产中为提高作物产量，常采用以下四大途径途径措施或方法延长光照时间补充光照增大光合作用面积间作、合理密植提高光合作用效率提供适宜光照强度、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)提高净光合作用速率维持适当昼夜温差(白天适当升温,晚上适当降温)【典例7】关于光合作用和细胞呼吸原理在农业生产中的应用，下列叙述错误的是（

）A．用马铃薯套种玉米，可使作物高矮成层以充分利用光能B．塑料大棚使反季节栽培成为现实，一定要用无色透明薄膜C．通过降低粮仓湿度，使储存的种子保持干燥以抑制细胞呼吸D．水稻生产中适时露田和晒田，可改善土壤通气条件以增强根系细胞呼吸【答案】B【解析】马铃薯植株较矮，玉米植株较高，用马铃薯套种玉米，可使作物高矮成层，这样能更充分地利用不同层次的光能，提高光能利用率，A正确；虽然无色透明薄膜能透过所有可见光，但植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光，并非必须使用无色薄膜。某些情况下，特定颜色薄膜（如蓝色）可能更利于特定作物生长，因此“一定要用”的说法过于绝对，B错误；种子含水量高时，细胞呼吸旺盛。通过降低粮仓湿度，使储存的种子保持干燥，能抑制种子的细胞呼吸，减少有机物的消耗，有利于种子的储存，C正确；水稻生产中适时露田和晒田，能改善土壤通气条件，增加土壤中的氧气含量，从而增强根系细胞的有氧呼吸，有利于根系对矿质元素的吸收等生理过程，D正确。【典例8】农谚是我国劳动人民在长期农业生产中总结出的经验和智慧，其中蕴含着丰富的生物学原理。下列有关农谚的解释错误的是（）A．“春天多锄地，秋天多打粮”——促进根部有氧呼吸，提高能量利用率B．“种田无它巧，粪足水饱”——粪便可为植物提供充足的能量C．“白天热来夜间冷，黄土变成金”——增大昼夜温差，利于有机物的积累D．“稻田水多是糖浆，麦田水多是砒霜”——合理灌溉，有利于增加产量【答案】B【解析】锄地松土能增加土壤通气性，促进根细胞的有氧呼吸，从而释放更多能量，有利于根对矿质元素的吸收，提高能量利用率，A正确；粪便中的有机物需经分解者分解为CO₂、H₂O和无机盐后，才能被植物吸收利用。植物通过光合作用自行制造有机物，无法直接利用粪便中的能量，B错误；白天温度高促进光合作用，夜间温度低抑制呼吸作用，减少有机物消耗，从而增加有机物积累，C正确；水稻喜水而小麦忌涝，合理灌溉可满足不同作物对水分的需求，避免根部无氧呼吸产生有害物质，D正确。1．某科研小组探究不同光照强度对某种植物光合作用与呼吸作用的影响，实验结果如图所示（图中柱状图分别表示CO2释放量和O2产生总量，单位：）。下列叙述正确的是（

）A．光照强度为a时，该植物开始进行光合作用B．光照强度为b时，该植物光合速率等于呼吸速率C．光照强度为c时，该植物光合速率大于呼吸速率D．光照强度为d时，该植物的净光合速率为【答案】D【解析】分析题图可知，光照强度为a时，O2的产生总量为0，只有CO2释放，说明植物没有进行光合作用，只进行呼吸作用，A错误；分析题图可知，光照强度为b时，O2的产生总量等于CO2的释放量，说明呼吸作用产生的CO2除了用于进行光合作用外，还向外释放，即植物的光合速率小于呼吸速率，B错误；分析题图可知，光照强度为c时，O2的产生总量为6，即光合速率为6，由A项可知，植物的呼吸速率也为6，即光照强度为c时，植物的光合速率等于呼吸速率，没有CO2释放，C错误；分析题图可知，光照强度为d时，O2的产生总量为8，因为植物的呼吸速率为6，因此植物的净光合速率=光合速率-呼吸速率=8-6=2μmol×m-2×s-1，D正确，2．下图表示某水果细胞呼吸作用产生的CO2释放速率与O2浓度的关系（呼吸底物为葡萄糖）。下列叙述错误的是（）A．D点时细胞对有机物能量利用率最低B．A点只存在无氧呼吸，B点表示无氧呼吸完全消失C．最适合用于储存该新鲜水果的O2浓度是C点对应的浓度D．E点后，总CO2释放速率不再随O2浓度增加而增加的原因可能是呼吸酶的数量有限【答案】A【解析】有氧呼吸释放的能量多，能量利用率高；无氧呼吸释放的能量少，能量利用率低。D点时有氧呼吸与无氧呼吸的CO2释放速率相等，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍，但能量利用率不是最低的，A错误；A点时O2浓度为0，表明只存在无氧呼吸；B点时有氧呼吸CO2释放速率与总CO2释放速率相等，表示无氧呼吸完全消失，B正确；C点时总CO2释放速率最低，有机物的消耗量最少，因此最适合用于储存该新鲜水果的O2浓度是C点对应的浓度，C正确；E点后，总CO2释放速率不再随O2浓度增加而增加，可能是呼吸酶的数量有限，D正确。3．在玻璃温室中，研究小组分别用三种单色光对某种绿叶蔬菜进行补充光源(补光)试验，结果如图所示。补光的光强度为150μmol·m-2·s-1，补光时间为上午7：00-10：00，温度适宜。下列叙述正确的是（）A．给植株补充580nm光源，对该植株的生长有促进作用B．与白光条件下比较，680nm补光后植株的光补偿点将右移C．若450nm补光组在9：00时突然停止补光，则短时间叶肉细胞内C5增加D．当对照组和450nm补光组CO2吸收速率都达到6μmol·m-2·s-1时，450nm补光组从温室中吸收的CO2总量比对照组少【答案】D【解析】与对照组相比，给植株补充580nm光源时植株吸收二氧化碳的速率降低，说明此光源对该植株的生长有抑制作用，A错误；680nm补光后，植株的光合速率提高，光补偿点是指光合速率等于呼吸速率时的光照强度，补光后光合速率增强，在更低的光照强度下就能使光合速率等于呼吸速率，所以光补偿点将左移，B错误；若450nm补光组在9：00时突然停止补光，光反应减弱，产生的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，而CO2的固定正常进行，所以短时间叶肉细胞内C3增加，C5减少，C错误；当对照组和450nm补光组CO2吸收速率都达到6μmol•m-2•s-1时，由于450nm补光组需要的时间短，因此分析题图可知从温室中吸收的CO2总量比对照组少，D正确。4．图1为某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，图2为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率的影响的实验结果。下列叙述正确的是（）A．图1中产生O2与消耗O2的场所分别为线粒体内膜、类囊体薄膜B．图2中温度为t2时，叶肉细胞产生的O2的去向仅有被线粒体利用C．图2中温度为t3时，叶肉细胞的实际光合速率为12.5mg/hD．图2中温度为t4时，植物体光合速率等于呼吸速率【答案】C【解析】图1中光合作用产生O2与呼吸作用消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜，A错误；适宜光照条件下，图2中温度为t2时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，其产生的O2的去向有被线粒体利用和释放到外界环境中，B错误；光照下O2产生量就是实际光合速率，t3温度条件下，叶肉细胞的实际光合速率为12.5mg/h，C正确；t4温度条件下，叶肉细胞的实际光合速率等于呼吸速率，但对于整个植物体而言，光合速率小于呼吸速率，D错误。5．以测定的O2吸收量与释放量为指标，研究温度对某阳生植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析不正确的是（）A．光照相同时间，在40℃条件下植物积累的有机物量最多B．两曲线的交点A、C表示补偿点C．低于A点对应温度时，植物呼吸作用消耗的有机物随温度升高而增加D．光照相同时间，A、B两点植物光合作用制造的有机物的量相等【答案】B【解析】实线表示的是净光合作用速率的曲线，故由图可知在40℃下有机物净积累速率最快，其积累的有机物量也就最多，A正确；两曲线的交点A、C两点表示植物净光合作用积累的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，而光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗的有机物的二倍，故A、C不是补偿点（光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物），B错误；由虚线可知，低于A点对应温度时，植物呼吸作用消耗的有机物随温度升高而增加，C正确；A点时有机物制造速率=3.75+3.75=7.5mg/h，B点时有机物制造速率=4+3.5=7.5mg/h，因此，在相同的时间内，A点和B点有机物制造的量相等，D正确。6．某科研所为提高蔬菜产量进行了相关生理活动的研究，在最适温度下进行相关实验（图一实验是在黑暗中进行的），结果如下图。下列相关分析正确的是（）A．图一中呼吸底物为葡萄糖且O2浓度为a时，O2的吸收量等于CO2的释放量B．植物细胞进行有氧呼吸和无氧呼吸时，分解葡萄糖时释放的能量中大部分以热能的形式散失C．在光合作用最适温度下适当升温，若细胞呼吸速率增大，光补偿点可能左移D．图二中g点时甲乙两种植物真正光合速率相等【答案】B【解析】图一实验在黑暗中进行，植物只进行呼吸作用。若呼吸底物为葡萄糖，有氧呼吸时O2吸收量与CO2释放量相等，但O2浓度为a时，植物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，此时O2吸收量小于CO2释放量，A错误；细胞呼吸分解葡萄糖时，释放的能量大部分以热能形式散失，少部分转移到ATP中供生命活动利用，B正确；实验在光合作用最适温度下进行，适当升温会降低光合速率，同时细胞呼吸速率增大。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，光合速率下降、呼吸速率上升时，需要更强的光照才能使二者相等，故光补偿点应右移，C错误；真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。图二中g点时甲乙两种植物的净光合速率相等，但二者的呼吸速率不同，因此，二者的真正光合速率不相等，D错误。7．连续48h测定某温室内CO2浓度及植物CO2吸收（或释放）速率，得到下图所示曲线（整个过程中呼吸作用强度恒定）。下列有关叙述正确的是（

）A．如改用相同强度绿光进行实验，c点的位置将下移B．前3h叶肉细胞产生ATP的场所是线粒体内膜和线粒体基质C．植物呼吸与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42hD．实验中该植物前24h有机物积累量等于后24h有机物积累量【答案】C【解析】如改用相同强度绿光进行实验，光合作用减弱，吸收的CO2减少，c点的位置将升高，A错误；实验的前3小时CO2释放速率不变，说明叶肉细胞只进行呼吸作用，故叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体内膜和线粒体基质，B错误；由图可知在植物呼吸速率与光合速率相等的时刻为第6、18、30、42小时，C正确；分析曲线可知，在24时，室内CO2浓度高于0时，48时室内CO2浓度低于24时，故该植物前24小时有机物积累量小于后24小时有机物积累量，D错误。8．室内栽培常春藤能有效清除甲醛（HCHO）污染。为研究其作用机制，科学家先在密闭环境下研究常春藤正常的呼吸作用和光合作用，测定环境中的CO2浓度变化，结果如图1所示；而后将用特殊方法处理的甲醛通入密闭环境，研究常春藤清除甲醛的作用机制，如图2所示。回答下列问题：(1)图1弱光照组叶肉细胞的光合速率______（填“大于”“小于”或“等于”）它的呼吸速率，d时间内完全光照组植株光合速率为______ppm/s（用字母a~d表示）。(2)为追踪循环②中甲醛的碳同化路径，可采用的特殊处理方法是_____。图2中，细胞同化甲