2026《金版教程》高考复习方案生物经典多选版-第二单元 微专题3 光合作用与细胞呼吸的关系(含光合速率和呼吸速率的测定)

一光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系1．图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系2．光合作用与细胞呼吸的比较比较项目光合作用呼吸作用发生范围含叶绿体的植物细胞；光合细菌(如蓝细菌)等所有活细胞发生场所叶绿体(真核生物)细胞质(原核生物)真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质原核细胞：细胞质基质和细胞膜发生条件只在光下进行有光、无光都能进行物质变化无机物eq\o(→,\s\up7(合成))有机物有机物eq\o(→,\s\up7(分解))无机物能量变化光能→化学能化学能→ATP中活跃的化学能、热能实质无机物eq\o(→,\s\up7(合成))有机物；储存能量有机物eq\o(→,\s\up7(分解))无机物(或简单有机物)；释放能量能量转化的联系元素转移的联系C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第一阶段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第二阶段))CO2O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸第三阶段))H2OH：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))H＋→NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第一、二阶段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第三阶段))H2O过程联系[例1]以下为光合作用和细胞呼吸共有的代谢过程是()A．将ADP转化为ATPB．将葡萄糖分解为丙酮酸C．光能转变为化学能D．将CO2转化为葡萄糖答案：A解析：光合作用的光反应阶段和呼吸作用均能产生ATP，A正确；光合作用的暗反应阶段将CO2转化为糖类，积累糖类等有机物，而呼吸作用第一阶段将葡萄糖氧化分解为丙酮酸，B错误；光合作用将光能转变为ATP、NADPH中活跃的化学能，再转变为有机物中稳定的化学能，而呼吸作用将有机物中稳定的化学能转变为热能和ATP中活跃的化学能，C错误；光合作用的暗反应阶段将CO2转化为葡萄糖，有氧呼吸将葡萄糖氧化分解为CO2和水，D错误。[例2]如图表示植物细胞代谢的过程，下列有关叙述正确的是()A．过程①可表示渗透吸水，对过程④⑤⑥⑦⑧研究，发现产生的能量大部分储存于ATP中B．过程④发生在细胞质基质中，过程②产生的能量可用于矿质离子的吸收过程C．过程③产生的C6H12O6中的氧全部来自CO2，过程⑧可在根尖细胞线粒体内膜上进行D．就叶肉细胞来说，若过程②O2的释放量大于过程⑧O2的吸收量，则该植物体内有机物的量将增加答案：C解析：过程①表示渗透吸水，⑤⑥不产生能量，过程④⑦产生少量能量，⑧产生的能量最多，大部分以热能的形式散失掉了，少部分储存于ATP中，A错误；过程④表示细胞呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中，过程②表示光反应阶段，该阶段产生的能量只能用于暗反应阶段，不可用于矿质离子的吸收过程，B错误；过程③表示暗反应阶段，产生的C6H12O6中的氧来自于CO2，过程⑧表示有氧呼吸第三阶段，可在根尖细胞线粒体内膜上进行，C正确；就叶肉细胞来说，若过程②O2的释放量大于过程⑧O2的吸收量，说明叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，但整个植株所有细胞的呼吸作用可能大于、小于或等于所有叶肉细胞的光合作用，则该植物体内有机物的量将减少、增加或不变，D错误。[例3](多选)如图为某叶肉细胞内的部分能量转化过程简图，下列叙述不正确的是()A．过程①需要NADPH供氢B．过程③发生在线粒体中C．过程①和②中的能量转化发生在光合作用过程中D．过程③和④表示呼吸作用中的能量转化答案：ABD解析：据图可知，①表示光反应阶段产生ATP的过程，此过程同时能产生NADPH，A错误；过程③表示细胞呼吸过程中有机物的氧化分解，发生场所是细胞质基质、线粒体，B错误；过程③表示呼吸作用中的能量转化，④表示ATP水解产生能量，不属于呼吸作用，D错误。二辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率1．植物三率间的关系(1)呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值。(2)净光合速率：植物绿色组织在有光条件下光合作用和细胞呼吸同时进行测得的数据。(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法项目表示方法(单位面积的叶片在单位时间内的变化量)O2CO2有机物真正光合速率O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2速率CO2固定速率或叶绿体吸收CO2速率有机物产生(制造、生成)速率净光合速率植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率植物或叶片或叶肉细胞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3.曲线模型及分析特别提醒曲线图中“三率”的判定当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率变化曲线，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率变化曲线。[例4](2022·全国乙卷，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是()A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率答案：D解析：由于小麦在密闭容器中，无外界环境中CO2进入，并且小麦光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，所以初期密闭容器中CO2减少是由于光合速率大于呼吸速率，之后保持相对稳定是光合速率等于呼吸速率，D正确。[例5]烟草被烟草花叶病毒(TMV)感染后，随着TMV大量繁殖，叶片将出现畸形、斑驳等现象。研究人员对烟草健康株和感病株的色素含量、光合速率等特性进行了研究。回答下列问题：(1)分别用烟草花叶病毒的蛋白质外壳和RNA感染烟草，能使烟草叶片出现病斑的是________。烟草叶肉细胞的叶绿体中生成的ATP主要用于暗反应中________________。(2)用________作为溶剂提取叶片中的色素，再测定叶绿素的含量。测得两种植株的叶绿素含量如下表所示。结果显示：_________________________________________________________。烟草健康株和感染TMV植株的叶绿素含量(mg·g－3·FW)植株类型叶绿素a含量叶绿素b含量叶绿素a＋b含量叶绿素a/叶绿素b健康株2.1080.8182.9262.578感病株1.5430.6042.1462.555(3)下图表示不同光照强度下烟草健康株和感病株的净光合速率变化。当光照强度小于1500(μmol·m－2·s－1)时，感病株的净光合速率并未小于健康株，说明此阶段叶绿体中________不是影响净光合速率的主要因素。(4)据图判断，健康株和感病株的呼吸作用消耗有机物的速率基本相同，均为____________________，当光照强度为1500(μmol·m－2·s－1)时，健康株和感病株的实际光合速率均为________________。(5)强光条件下，感病株的光合作用速率受到影响，可能的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)RNA三碳化合物的还原(2)无水乙醇感病株的叶绿素a和叶绿素b含量明显降低，但叶绿素a/叶绿素b基本相同(3)叶绿素含量(4)3μmol·m－2·s－118μmol·m－2·s－1(5)感病株叶绿素的含量低于正常株，吸收、传递和转换光能的能力弱，影响光反应速率解析：(3)由图可知，当光强小于1500μmol·m－2·s－1时，感病株的净光合速率大于健康株，说明此时叶绿素的含量不是影响光合速率的主要因素。(4)据图可知，健康株和感病株的呼吸作用消耗有机物的速率均为3μmol·m－2·s－1，当光强等于1500μmol·m－2·s－1时，感病株的实际光合速率为15＋3＝18(μmol·m－2·s－1)。三光合速率和呼吸速率的测定1．装置液滴移动法气体体积变化法测光合作用O2产生或CO2消耗的体积(1)装置中溶液的作用在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，能保证容器内CO2浓度的恒定。(2)测定原理①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。(3)测定方法①将植物置于黑暗中(甲装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。②将同一植物置于光下(乙装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。③根据呼吸速率＋净光合速率＝真正光合速率可计算得到真正光合速率。(4)物理误差的校正为排除气压、温度等物理因素的影响，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。[例6]某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：①甲、乙两装置的D中都放入____________，装置乙作为对照。②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：①甲、乙两装置的D中放入________________________________________________________________________。②把甲、乙装置放在____________________________________________。③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。(3)实验进行30分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：实验30分钟后红墨水滴移动情况测定植物呼吸作用强度甲装置________(填“左”或“右”)移1.5cm乙装置右移0.5cm测定植物净光合作用强度甲装置________(填“左”或“右”)移4.5cm乙装置右移0.5cm(4)假设红墨水滴每移动1cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1g，那么该植物的呼吸速率是________g/h；白天光照15h，一昼夜葡萄糖的积累量是________g(不考虑昼夜温差的影响)。答案：(1)①NaOH溶液②遮光(2)①NaHCO3溶液②光照充足、温度等相同且适宜的环境中(3)左右(4)484解析：(1)在测呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2可以被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。(2)在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：适宜的温度、充足的光照、一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。(3)若该装置测定细胞呼吸作用强度时，液滴的移动来自氧气的吸收量，液滴向左移动；若该装置测定植物的净光合作用强度时，液滴的移动来自氧气的释放量，液滴向右移动。(4)对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果，实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为(1.5＋0.5)×2＝4(g/h)；净光合速率为(4.5－0.5)×2＝8(g/h)，白天光照15h的净光合作用量是8×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量等于15h的光合作用实际产生量减去24h的呼吸作用消耗量，等同于15h的净光合作用量减去9h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制(1)增加水中O2——泵入空气或放入绿色水生植物；(2)减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；(3)除去容器中CO2——氢氧化钠溶液；(4)除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中；(5)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热；(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光；(7)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。2.半叶法将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。[例7]研究者将对称叶片一半遮光，另一半照光处理。经过一段时间后，在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片，烘干称重，用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说法正确的是()A．遮光处理后短时间内叶绿体基质中C3的含量比照光时低B．照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合C．照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的D．要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重答案：B解析：遮光后，光反应停止，短时间内C3被还原成C5的过程减弱，而短时间内C5固定CO2的过程不变，故遮光后短时间内C3含量会比照光时的C3含量高，A错误；照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正确；照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，C、D错误。[例8](多选)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，设法阻止两部分之间的物质运输。适宜光照下4小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b。下列说法正确的是()A．若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重B．选择叶片时需注意叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等的一致性C．分析实验数据可知，该叶片的净光合作用速率的数值为(b－a)/4D．若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前需要对植物做饥饿处理答案：ABD解析：黑暗条件下植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此对称叶的遮光部分在单位时间内干重的减少量为细胞呼吸速率，因此若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重，作为起始干重，A正确；本实验的自变量为是否光照，叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等属于无关变量，各组应保证相同且适宜，否则会导致实验结果不准确，B正确；该叶片的净光合作用速率＝(b－初始干重)÷4，初始干重＝a＋呼吸速率×4，因此净光合作用速率＝(b－a－呼吸速率×4)÷4，净光合作用速率＝(b－a)/4－呼吸速率，故(b－a)/4为真光合作用速率，C错误；若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前需要对植物做饥饿处理，以排除自身储存的淀粉对实验结果的影响，D正确。3．叶圆片称重法本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。[例9]在某一温度条件下，某同学甲在一片叶子的某一部位用打孔器取一个面积为1cm2的小圆片，称重为M0，然后在实验温度条件下将该植株置于黑暗环境中6h后，在第一次打孔的附近取一个面积为1cm2的小圆片，称重为M1，再将该植株置于相同的温度条件下，在恒定的光照强度下放置6h后，再在第二次打孔的附近取一个面积为1cm2的小圆片，称重为M2。回答下列问题：(1)光照处理时，植株叶肉细胞能够产生NADH的场所为____________________________。(2)在此温度下，光合作用速率的计算公式为__________________，为了探究温度对光合速率的影响，简要写出实验思路：____________________________________________________。(3)同学乙重复了同学甲的实验，但是将黑暗和光照处理的时间由6h缩短为0.5h，大大缩短了实验时间，你认为哪位同学的实验方案更为合理？同学________(填“甲”或“乙”)，理由是________________________________________________________________。答案：(1)线粒体基质和细胞质基质(2)(M0＋M2－2M1)÷6在高于和低于该温度条件下，设置梯度相同的不同温度，重复同学甲实验(3)甲同学乙的实验中光照和黑暗处理时间过短，容易导致偶然因素给实验造成较大误差解析：(1)NADH为还原型辅酶Ⅰ，通过细胞呼吸产生，故能够产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质。(2)分析题意可知，黑暗条件下，小叶片的质量从M0变化到M1的过程中，小叶片只进行呼吸作用，其呼吸速率可表示为(M0－M1)÷6；光照条件下，小叶片的质量从M1变化到M2的过程中，小叶片既进行呼吸作用又进行光合作用，其净光合速率可表示为(M2－M1)÷6；根据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知光合作用速率的计算公式为(M0－M1)÷6＋(M2－M1)÷6＝(M0＋M2－2M1)÷6。为了探究温度对光合作用速率的影响，可以控制的自变量是温度，通过改变温度，即在高于和低于该温度条件下，设置相同梯度的不同温度，重复同学甲实验，观察光合作用的速率变化情况。4．黑白瓶法(1)“黑瓶”不透光，测定的是呼吸作用量(强度)；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量(强度)。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋呼吸作用量(强度)。(2)有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为呼吸作用量(强度)；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量(强度)；二者之和为总光合作用量(强度)。(3)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。[例10]下表是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是()水深/m1234白瓶中O2浓度/(g·m－3)＋3＋1.50－1黑瓶中O2浓度/(g·m－3)－1.5－1.5－1.5－1.5A.水深1m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3g·m－3B．水深2m处白瓶中水生植物不能进行水的光解，但能进行C3的还原C．水深3m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体D．水深4m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用答案：C解析：白瓶透光，瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶内水生植物只能进行细胞呼吸。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的O2量，为1.5g·m－3，白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量的差值，为瓶内水生植物净光合作用量，真光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用量。综上分析可知，在水深1m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为3＋1.5＝4.5(g·m－3)，A错误；水深2m处白瓶中水生植物能进行光合作用，因此能进行水的光解和C3的还原，B错误；水深3m处白瓶中水生植物光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的O2量相等，因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体，C正确；在水深4m处，白瓶中水生植物24小时制造的O2量为－1＋1.5＝0.5(g·m－3)，能进行光合作用，D错误。[例11](多选)将编号为甲、乙、丙的三个相同透光玻璃瓶放入池塘水深0.5m处，装入等量含有浮游植物的池塘水，甲瓶立即测定并记录水中氧含量，乙、丙瓶均密封，丙瓶装入不透光袋中，与乙瓶一同放回水深0.5m处，24h后测定并记录水中氧含量，得到表中结果。下列相关分析，正确的是()玻璃瓶氧含量甲4mg乙5.2mg丙3.3mgA.24h后乙瓶中的二氧化碳含