光合作用与细胞呼吸关系的模型构建及“三率”的计算一、光合作用与细胞呼吸关系的模型构建及应用分析【考题范例】1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、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_。审答提示(1)根据示意图信息结合所学知识理清光合作用和呼吸作用的过程。A为光反应阶段，B为暗反应阶段，C为有氧呼吸的第一阶段，D为有氧呼吸的第二、三阶段。(2)明确各环节的物质变化和能量变化。例如，光反应：物质变化：H2O2H1/2O2(水的光解)NADP2eH NADPH 能量变化：光能转换成活跃的化学能 暗反应：物质变化：CO2C5化合物2C3化合物(二氧化碳的固定)2C3化合物4NADPHATP(CH2O)C5化合物H2O(有机物的生成或称为C3的还原) 能量变化：ATP中活跃的化学能转换为有机物中稳定的化学能解析：(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中为水光解产生的O2；由和H2O产生与NADPH(H，即还原型辅酶)可知，是NADP；由转化成ATP可知，是ADPPi；由与CO2结合生成C3可知，为C5。呼吸作用过程中的H代表的物质主要是NADH(还原型辅酶)。(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质中进行有氧呼吸的第一阶段(C)，线粒体中进行有氧呼吸的第二和第三阶段(D)。(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精。答案：(1)O2NADPADPPiC5NADH(或答：还原型辅酶)(2)C和D(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸2(2018高考江苏卷)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指H)，请回答下列问题：(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为_，其中大多数高等植物的_需在光照条件下合成。(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在_(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在_(填场所)组装。(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为_后进入乙，继而在乙的_(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的_(填场所)转移到ATP中。(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括_(填序号)。C3的还原内外物质运输H2O裂解释放O2酶的合成审答提示(1)据图分析，甲表示叶绿体，是光合作用的场所；乙是线粒体，是有氧呼吸的主要场所。(2)线粒体为叶绿体提供了二氧化碳和ATP，叶绿体为线粒体提供了三碳糖(在细胞质基质中分解成丙酮酸供给线粒体)、氧气、NADPH(叶绿体中过多的还原能在细胞质中合成NADPH)。解析：(1)根据以上分析可知，甲表示叶绿体，是光合作用的场所，参与光合作用的两类色素是叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素需要在光照条件下合成。(2)光反应的场所是类囊体薄膜，因此细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到叶绿体内，在类囊体薄膜上组装；二氧化碳的固定发生在叶绿体基质中，因此核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到叶绿体内，在叶绿体基质中组装。(3)在氧气充足的条件下，叶绿体产生的三碳糖在细胞质基质中氧化为丙酮酸，然后进入线粒体基质中，彻底氧化分解成CO2；据图分析，图中叶绿体中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在线粒体内膜上转移到ATP中。(4)叶绿体光反应产生ATP，因此图中线粒体为叶绿体提供的ATP用于光反应以外的生命活动，如C3的还原、内外物质运输、酶的合成等，而H2O裂解释放O2属于光反应，故选。答案：(1)叶绿素、类胡萝卜素叶绿素(2)类囊体膜上基质中(3)丙酮酸基质中内膜上(4)【备考锦囊】1“图解法”分析细胞中两大生理过程2“表格法”理解光合作用与细胞呼吸过程中H和ATP的来源和去向光合作用有氧呼吸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还原供能用于各项生命活动注意：光合作用中产生的H是还原型辅酶(NADPH)简化的表示方式，而细胞呼吸中产生的H是还原型辅酶(NADH)简化的表示方式，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。还原氢的书写形式一定不能写成H、H、H2，只能写成H或NADH或NADPH。3“流程法”分析光合作用和细胞呼吸中各种元素的去向C：CO2有机物丙酮酸CO2H：H2OH(CH2O)HH2OO：H2OO2H2OCO2有机物【应考提升】1下图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列叙述正确的是()A过程中类胡萝卜素主要吸收的是红光和蓝紫光B过程只发生在叶绿体基质，过程只发生在线粒体C过程释放的能量大部分储存于ATP中D过程一般与吸能反应相联系解析：选D。过程中叶绿素主要吸收的是红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收的是蓝紫光，A错误；过程只发生在叶绿体基质，过程是有机物氧化分解释放能量的过程，发生在细胞质基质、线粒体，B错误；过程释放的能量大部分以热能形式散失，少部分储存于ATP中，C错误；过程ATP水解释放能量，所以一般与吸能反应相联系，D正确。2(2018山西太原期末)如图为某植物叶肉细胞内发生的生理过程图解。请据图回答：(1)A 物质是_；B 物质是_；C 物质是_；这些物质跨膜运输的方式是_。(2)场所是通过_(结构)来增大膜面积的，酶 1 作用的部位是场所中的_。光合作用的光反应为暗反应提供_(物质)；场所是指_。(3)在场所中，如果用放射性同位素对 B 物质示踪，则放射性最先出现在物质中。 E 物质在场所的_上生成。(4)长期水淹的植物会出现烂根现象，是因为图中_(物质)的积累造成的。(5)植物根尖细胞中产生 ATP 的结构有_。解析：(1)分析图形可知，A 物质是由根从土壤溶液中吸收的H2O，能参与光合作用的光反应；B物质是光反应产生并释放的O2；C物质是参与暗反应的CO2，这些物质跨膜运输的方式都是自由扩散。(2)图中场所是光合作用的场所叶绿体，是通过类囊体薄膜来增大膜面积的；图中酶1催化的是暗反应，其作用的部位是叶绿体中的叶绿体基质。光合作用的光反应为暗反应提供H和ATP；场所是无氧呼吸进行的场所细胞质基质。(3)图中场所是有氧呼吸的主要场所线粒体，如果用放射性同位素对B物质(O2)示踪，则参与有氧呼吸第三阶段反应，与H结合生成水，故放射性最先出现在E物质(H2O)中，E物质在场所的线粒体内膜上(有氧呼吸第三阶段的场所)生成。(4)长期水淹的植物会出现烂根现象，是因为无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用，即图中F酒精的积累造成的。(5)植物根尖细胞没有光合作用能力，但可以进行细胞呼吸，其细胞呼吸会产生ATP，因此根尖细胞中产生 ATP 的结构有细胞质基质和线粒体。答案：(1)H2OO2CO2自由扩散(2)类囊体薄膜叶绿体基质H和ATP细胞质基质(3)E 线粒体内膜(4)F酒精(5)细胞质基质和线粒体二、光合作用与细胞呼吸“三率”的判断及相关计算【考题范例】(2018高考全国卷)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是_。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是_，判断的依据是_。(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是_。(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的_ (填“O2”或“CO2”)不足。审答提示(1)据图可知，甲植物的净光合速率变化幅度明显大于乙植物，因此可以得出甲植物对光能的利用率明显高于乙植物。(2)乙植物的饱和点和光补偿点都比较低，属于阴生植物，甲植物属于阳生植物。解析：(1)由图分析可知，当光照强度大于a时，相同光照强度下，甲植物的净光合速率大于乙，有机物的积累较多，对光能的利用率较高。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度相对较弱，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，因此种植密度过大，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。(3)从图中可以看出，乙植物的光饱和点以及光补偿点都比甲植物低，适合在光照强度相对更弱的环境中生长，林下的光照强度更低，因此更适合在林下种植的是植物乙。(4)夏日晴天中午12：00时，植物为了减少蒸腾作用对水分的散失，叶片上的部分气孔会关闭，导致细胞间的二氧化碳的含量下降，从而引起光合速率下降。答案：(1)甲(2)甲光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大(3)乙(4)CO2【备考锦囊】1“图示法”理解植物“三率”的含义(如图)(1)光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物的生成量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为净光合速率和真正光合速率。净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物(葡萄糖)积累量表示。真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或制造、生产、合成有机物的量表示。呼吸速率：将植物置于黑暗中，单位时间内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量即表示呼吸速率。2净光合速率和真正光合速率的关系真正光合速率净光合速率呼吸速率。凡是进行光合作用的植物，同时也在进行着呼吸作用。在不考虑光照强度对呼吸速率影响的情况下，OA段代表植物呼吸速率，OD段代表植物净光合速率，OAOD表示真正光合速率，故真正光合速率净光合速率呼吸速率。图中B点既不吸收也不释放二氧化碳，表示真正光合速率呼吸速率，净光合速率为0。在考题中，常需根据图表中的信息找出净光合速率和呼吸速率，进而推出真正光合速率。3净光合速率和真正光合速率的判定方法(1)若为坐标曲线形式，当光照强度