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第4讲光合作用与细胞呼吸-2-一、光合作用和细胞呼吸过程中的物质、能量变化1.光合作用与细胞呼吸的关系-3-(1)CO2的转化(2)H2O的转化-4-(3)[H]和ATP的来源、去向分析光合作用有氧呼吸[H]来源H2O光解产生有氧呼吸第一、二阶段去向还原C3用于第三阶段还原O2ATP来源光反应阶段产生三个阶段都产生去向用于C3还原用于各项生命活动(植物的C3还原除外)-5-2.在不同光照条件下植物细胞中气体变化规律(1)黑暗状态时,植物只进行细胞呼吸,不进行光合作用此状态下,植物从外界吸收O2并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外,如图甲所示。-6-(2)弱光情况下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸①细胞呼吸速率大于光合速率,此状态下,植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同,都是从外界吸收O2、排出CO2。但吸收O2与放出CO2量较少(如图乙)。细胞呼吸相对强度可用如下三种方式表示。a.用CO2释放量表示:n1=n2-n。b.用O2吸收量表示:m2=m1-m。c.用植物质量(有机物)减少量表示。-7-②细胞呼吸速率等于光合速率时,植物与外界不进行气体交换,即没有O2和CO2的吸收与释放(如图丙)。此时净光合速率等于0。-8-(3)较强光照时,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,且光合速率大于细胞呼吸速率①气体代谢特点(如图丁)植物光合作用所利用的CO2(用n表示)除来自植物自身细胞呼吸(n2)之外,还有一部分来自外界(n1);植物光合作用产生的O2(m)除用于自身细胞呼吸之外(m1),其余部分释放到周围环境中(m2)。分析图可知:n=n1+n2,m=m1+m2。-9-②光合作用相对强度的表示方法a.用O2释放量(或容器中O2的增加量)表示:m2=m-m1。b.用CO2吸收量(或容器中CO2的减少量)表示:n1=n-n2。c.用植物质量(或有机物量)的增加量表示。-10-3.外界条件变化时C5、C3、[H]等物质含量的变化当外界条件改变时,光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用下图进行分析:-11-(1)停止光照时:ATP↓、ADP↑,C3↑,C5↓,分析如下:-12-(2)CO2供应停止时:C5↑,C3↓,ATP↑,ADP↓,分析如下:-13-二、影响光合作用和细胞呼吸的因素1.“补偿点与饱和点的移动”与环境因素的关系(1)据图分析光补偿点与光饱和点的变化-14-①比较光补偿点光饱和点CO2浓度增大左移右移CO2浓度减小右移左移土壤缺Mg2+右移左移②限制因素a.光饱和点之前:光照强度(原因是此前光合速率随光照强度增大而加快)。b.光饱和点之后:CO2浓度或温度、叶绿体中色素及酶的含量。-15-(2)据图分析CO2补偿点和CO2饱和点的变化-16-①比较CO2补偿点CO2饱和点光照强度增大左移右移光照强度减小右移左移土壤缺Mg2+右移左移②限制因素a.CO2饱和点之前:CO2浓度。b.CO2饱和点之后:光照或温度、叶绿体中色素及酶的含量。-17-2.辨析“两条”变化曲线甲乙图甲为农田中24h内植物净光合速率变化曲线,代表一种开放体系;图乙为温室大棚中24h内CO2浓度变化曲线,代表一种密闭体系。-18-(1)两条曲线各区段的变化及原因分析图甲曲线变化原因对应图乙曲线的变化AB段黑暗时仅进行细胞呼吸细胞呼吸产生CO2,曲线上升BC段出现光照且逐渐增强,此时光合速率小于呼吸速率CO2释放速率减小,曲线上升缓慢CD段光照增强且光合速率大于呼吸速率植物吸收CO2,曲线下降DE段中午光照强,气孔部分关闭,CO2供应不足光合速率仍大于呼吸速率,曲线下降缓慢EF段气孔张开,CO2吸收速率增加曲线下降较快FG段光照逐渐减弱,且光合速率大于呼吸速率曲线下降较慢-19-图甲曲线变化原因对应图乙曲线的变化GH段光照较弱,光合速率小于呼吸速率曲线上升HI段黑暗时仅进行细胞呼吸细胞呼吸产生CO2,曲线上升-20-(2)两条曲线特殊点分析图甲曲线图乙曲线光合速率与呼吸速率相等净光合速率等于0,C点和G点曲线的最高点(C)和最低点(G)能积累有机物的时间(光合速率大于呼吸速率)净光合速率大于0,CG段(不包括C点和G点)曲线下降时[CG段(不包括C点和G点)]有机物积累最多的点G点G点开始进行光合作用的时刻B点B点一昼夜后能否积累有机物依据:Ⅱ-(Ⅰ+Ⅲ)是否大于0比较I点时CO2浓度是否比A点时低-21-三、光合作用与细胞呼吸的综合计算1.各量间的关系(1)光合速率:指在单位时间内,单位面积的叶片合成有机物的速率,是光合作用强度的生理指标。(2)呼吸速率:指在单位时间内,单位面积的叶片分解有机物的速率,是植物细胞呼吸强度的生理指标。(3)净光合速率:指植物在光照下积累有机物的速率。(4)真正光合速率:指植物在光照下实际合成有机物的速率。(5)真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。具体可表示为:真正光合速率=从外界吸收的CO2+呼吸释放的CO2,或真正光合速率=释放到外界的O2+呼吸消耗的O2。单位为CO2(或O2)的量/(面积×时间)。-22-2.有关光合作用和细胞呼吸的计算应厘清以下几个问题(1)厘清各量的关系。①光合作用所需CO2的来源有两个:细胞呼吸产生的,从周围空气中吸收的(若是水生植物,则是从周围的水中吸收的)。②光合作用释放O2的去向有两个:细胞呼吸、释放到周围的空气中(当光合速率大于呼吸速率时)。③光合作用制造(等同生产、合成)的葡萄糖的去向有两个:细胞呼吸消耗、积累(当光合速率大于呼吸速率时)。④当在光照下光合作用与细胞呼吸同时进行时:光合作用实际产氧量=实测的O2释放量+细胞呼吸耗氧量;光合作用实际CO2消耗量=实测的CO2吸收量+细胞呼吸CO2释放量;光合作用葡萄糖净产生量=光合作用实际葡萄糖产生量-细胞呼吸葡萄糖消耗量。-23-(2)注意单位的换算关系。一定要牢记光合作用和细胞呼吸的总反应式,熟记相关物质的相对分子质量,如葡萄糖是180,CO2是44,O2是32。(3)看懂数据及其相互关系是解题的关键。①文字叙述式:利用一段文字直接给出有关数据。②表格式:在表格中给出相关数据。③坐标曲线式(有时加有方格,是为了准确识别有关数据,1个方格代表一定的变化量):利用坐标系中的曲线所表示的数值来代表CO2、O2吸收或释放的量。-24-四、光合作用与细胞呼吸的实验设计1.光合作用与细胞呼吸实验设计中常用的实验条件控制方法(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、油膜覆盖或用凉开水。(3)除去容器中CO2——NaOH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)除去光合作用对细胞呼吸的干扰——给植株遮光。(7)得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。(8)线粒体提取——细胞匀浆离心。(9)保持容器中CO2体积不变——NaHCO3溶液。-25-2.与光合作用和细胞呼吸相关的实验装置分析及应用(1)提供无氧环境的实验装置①图1用水隔绝空气。②图2用石蜡(油)密封液面,隔绝液体与空气。-26-(2)与CO2相对含量有关的实验装置-27-①图3容器内的NaHCO3溶液可放出CO2,保持容器内CO2浓度恒定,使容器内的植物能够长时间进行光合作用。②图4在容器中加入NaOH溶液,可以除去容器中的CO2,减弱容器中植物的光合作用,或降低容器内的压力,引起玻璃管中液滴的移动。③图5中NaOH溶液可以除去空气中的CO2,澄清的石灰水能够检验气体中是否存在CO2。-28-3.利用液滴移动法确定细胞呼吸类型和测定光合作用强度(1)呼吸类型的确定(如装置1、2所示)结果分析:装置1着色液滴左移、装置2着色液滴不动,说明种子只进行有氧呼吸;装置1着色液滴不动、装置2着色液滴右移,说明种子只进行无氧呼吸;装置1着色液滴左移、装置2着色液滴右移,说明种子既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸。-29-(2)测定净光合作用强度(如装置3所示)将装置3的实验组与对照组(放置死植物)放在光照、温度等条件相同且适宜的环境中,记录实验组与对照组红墨水滴移动的方向和刻度。CO2缓冲液起到平衡CO2的作用。装置3-30-(3)探究不同光照强度下光合作用和细胞呼吸强度的大小。将上述装置3置于不同光照强度下,记录装置3中红墨水滴移动的方向。结果分析:①若红墨水滴右移,说明光照较强,光合作用强度大于细胞呼吸强度,释放O2使瓶内气压增大;②若红墨水滴左移,说明光照较弱,细胞呼吸强度大于光合作用强度,吸收O2使瓶内气压减小;③若红墨水滴不动,说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度,释放O2量等于吸收O2量,瓶内气压不变。-31-考点一考点二考点三光合作用和细胞呼吸过程中的物质、能量变化考向1借助实例考查细胞呼吸的类型及过程1.(2019新疆乌鲁木齐模拟)在细胞呼吸过程中,若有CO2产生,则下列叙述正确的是()A.不一定发生有氧呼吸,但一定有水产生B.不一定发生无氧呼吸,但一定有能量释放C.不一定在生物膜上进行,但一定有酒精产生D.不一定在线粒体中进行,但一定有葡萄糖的消耗B-32-考点一考点二考点三2.(2019全国Ⅱ理综)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味,这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是()A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来的C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATPD.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会促进酸味的产生B-33-考点一考点二考点三3.(2019东北师范大学附属中学模拟)细胞内葡萄糖分解代谢过程如右图所示,下列叙述正确的是()A.心肌细胞的细胞质基质中可进行①和②过程,剧烈运动时骨骼肌细胞可进行①和③过程B.稻田定期排水是因为无氧呼吸产生的乳酸对幼根有很强的毒害作用C.大肠杆菌进行①③过程中产生的[H]和叶肉细胞光合作用过程中产生的[H]本质相同D.葡萄糖氧化分解成乳酸所释放出的能量中约69%是以热能形式散失的D-34-考点一考点二考点三通技法“三看法”判断细胞呼吸的类型-35-考点一考点二考点三考向2叶绿体色素的种类、分布和作用4.(2017全国Ⅲ理综)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640~660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的A-36-考点一考点二考点三考向3光合作用与细胞呼吸的关系5.(2019全国Ⅲ理综)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发,得到n株黄化苗。那么,与萌发前的这n粒干种子相比,这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为()A.有机物总量减少,呼吸强度增强B.有机物总量增加,呼吸强度增强C.有机物总量减少,呼吸强度减弱D.有机物总量增加,呼吸强度减弱A-37-考点一考点二考点三6.(2019河北安平检测)下图表示叶肉细胞内的部分代谢过程。下列叙述错误的是()A.过程①表示光合作用的暗反应,该过程不需要光照B.过程②发生在细胞质基质中,活细胞内都能进行C.过程③表示有氧呼吸第二阶段,无氧条件下能持续进行D.过程③产生的[H]、ATP一般不用于过程①C-38-考点一考点二考点三7.(2017全国Ⅱ理综)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。据图回答下列问题。(1)图中①②③④代表的物质依次是、、、,[H]代表的物质主要是。(2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成除发生在A过程,还发生在(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是。-39-考点一考点二考点三答案:(1)O2NADP+ADP+PiC5NADH(或答还原型辅酶Ⅰ)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸-40-考点一考点二考点三通规律光合作用与细胞呼