第第4讲光合作用与细胞呼吸的综合分析讲光合作用与细胞呼吸的综合分析(提升课提升课)1HH、ATP的来源和去路比较的来源和去路比较光合作用与细胞呼吸的关系光合作用与细胞呼吸的关系比较项目比较项目来源来源去路去路HH光合作用光合作用光反应中水的光解光反应中水的光解作为暗反应阶段的还原剂，用于还作为暗反应阶段的还原剂，用于还原原C3合成有机物等合成有机物等有氧呼吸有氧呼吸第一、二阶段产生第一、二阶段产生用于第三阶段还原氧气产生水，同用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量时释放大量能量比较项目比较项目来源来源去路去路ATP光合光合作用作用在光反应阶段合成在光反应阶段合成ATP，其合，其合成所需能量来自色素吸收转化成所需能量来自色素吸收转化的太阳能的太阳能用于暗反应阶段用于暗反应阶段C3还原时的还原时的能量之需，以稳定的化学能形能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中式储存在有机物中有氧有氧呼吸呼吸第一、二、三阶段均产生，其第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解自有机物的分解直接用于除暗反应外的各项生直接用于除暗反应外的各项生命活动命活动2.光合作用速率与细胞呼吸速率光合作用速率与细胞呼吸速率(1)呼呼吸吸速速率率的的测测定定方方法法：将将植植物物置置于于黑黑暗暗环环境境中中或或非非绿绿色色组组织织，测测定定实实验验容容器内器内CO2增加量、增加量、O2减少量或有机物减少量。减少量或有机物减少量。(2)净光合速率和真正光合速率净光合速率和真正光合速率净光合速率：常用一定时间内净光合速率：常用一定时间内O2释放量、释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。吸收量或有机物积累量表示。真真正正光光合合速速率率：常常用用一一定定时时间间内内O2产产生生量量、CO2固固定定量量或或有有机机物物产产生生量量表表示。示。(3)光光合合速速率率与与呼呼吸吸速速率率的的关关系系：真真正正光光合合速速率率净净光光合合速速率率呼呼吸吸速速率率。若若用用O2、CO2或葡萄糖的量表示可得到以下关系式：或葡萄糖的量表示可得到以下关系式：光合作用产氧量氧气释放量细胞呼吸耗氧量。光合作用产氧量氧气释放量细胞呼吸耗氧量。光合作用固定光合作用固定CO2量量CO2吸收量细胞呼吸释放吸收量细胞呼吸释放CO2量。量。光合作用葡萄糖产生量葡萄糖积累量光合作用葡萄糖产生量葡萄糖积累量(增重部分增重部分)细胞呼吸消耗葡萄糖量。细胞呼吸消耗葡萄糖量。(4)曲线各点曲线各点(段段)光合作用和呼吸作用分析光合作用和呼吸作用分析3.有机物情况变化曲线及密闭环境中一昼夜有机物情况变化曲线及密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线含量的变化曲线(1)绿色植物绿色植物24 h内有机物的内有机物的“制造制造”“”“消耗消耗”与积累与积累典型图示：典型图示：曲线解读：曲线解读：积累有机物时间段：积累有机物时间段：ce段。段。制造有机物时间段：制造有机物时间段：bf段。段。消耗有机物时间段：消耗有机物时间段：Og段。段。一天中有机物积累最多的时间点：一天中有机物积累最多的时间点：e点。点。一一昼昼夜夜有有机机物物的的积积累累量量：SPSMSN(SP、SM、SN分分别别表表示示P、M、N的的面面积积)。(2)在在相相对对密密闭闭的的环环境境中中，一一昼昼夜夜CO2含含量量的的变变化化曲曲线线图图和和O2含含量量的的变变化化曲曲线线图的比较图的比较如果如果N点低于点低于M点点说明经过一昼夜，植物体内说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加的有机物总量增加说明经过一昼夜，植物体内的说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少有机物总量减少如果如果N点高于点高于M点点说明经过一昼夜，植物体内说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少的有机物总量减少说明经过一昼夜，植物体内的说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加有机物总量增加如果如果N点与点与M点一样高点一样高说明经过一昼夜，植物体内说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变的有机物总量不变说明经过一昼夜，植物体内的说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变有机物总量不变含量最高点含量最高点CO2含量最高点为含量最高点为C点点O2含量最高点为含量最高点为E点点含量最低点含量最低点CO2含量最低点为含量最低点为E点点O2含量最低点为含量最低点为C点点1(2017年年河河南南中中原原名名校校质质检检)下下图图是是绿绿色色植植物物叶叶肉肉细细胞胞中中光光合合作作用用与与有有氧氧呼呼吸吸及及其其关关系系的的图图解解，其其中中AD表表示示相相关关过过程程，ae表表示示有有关关物物质质。据据图图分分析析，下下列列说说法法错误的是错误的是()光合作用与细胞呼吸的物质和能量变化光合作用与细胞呼吸的物质和能量变化AA过程表示光反应，它为过程表示光反应，它为B过程提供了过程提供了HH和和ATPBC过程进行的场所是线粒体，在其内膜上物质过程进行的场所是线粒体，在其内膜上物质b被利用被利用C在黑暗的环境中，物质在黑暗的环境中，物质c可通过叶片的气孔释放到外界可通过叶片的气孔释放到外界D若用若用18O标记物质标记物质b，则不会在，则不会在C6H12O6中出现中出现18O标记标记【答案】【答案】D光合作用与细胞呼吸综合曲线分析光合作用与细胞呼吸综合曲线分析【答案】【答案】B【解解析析】ab段段随随着着光光照照强强度度逐逐渐渐增增加加，密密闭闭钟钟罩罩中中的的CO2浓浓度度逐逐渐渐降降低低，植植物物的的光光合合速速率率大大于于呼呼吸吸速速率率，但但是是下下降降幅幅度度逐逐渐渐平平缓缓，光光合合速速率率不不断断减减慢慢，A错错误误；密密闭闭钟钟罩罩中中的的起起始始CO2浓浓度度可可以以看看成成是是大大气气中中的的CO2浓浓度度，通通过过ab段段光光合合作作用用的的进进行行，密密闭闭钟钟罩罩中中的的CO2浓浓度度逐逐渐渐降降低低，bc段段密密闭闭钟钟罩罩中中的的CO2浓浓度度低低于于大大气气中中的的CO2浓浓度度，B正正确确；呼呼吸吸速速率率不不仅仅受受O2含含量量的的限限制制，还还受受体体内内呼呼吸吸酶酶量量的的限限制制，cd段段密密闭闭钟钟罩罩中中的的CO2浓浓度度增增加加，植植物物的的光光合合速速率率小小于于呼呼吸吸速速率率，但但是是上上升升幅幅度度逐逐渐渐平平缓缓，故故呼呼吸吸速速率率逐逐渐渐减减慢慢，C错错误误；题题干干中中温温度度适适宜宜恒恒定定，d点点后后呼呼吸吸速速率率减减慢慢是密闭环境中是密闭环境中O2不足所致，不足所致，D错误。错误。3对对某某植植物物在在不不同同环环境境条条件件下下O2的的吸吸收收量量和和释释放放量量进进行行测测定定，结结果果如如下下表表，下列对结果的分析不合理的是下列对结果的分析不合理的是()有关光合作用和细胞呼吸的计算问题分析有关光合作用和细胞呼吸的计算问题分析光照强度光照强度/ /klxO2变化量变化量/(mgh/(mgh1 1) )温度温度051010 0.53.04.020 12.05.0A在在5 klx光照条件下光照条件下5 h,10 时光合作用产生的时光合作用产生的O2总量比总量比20 时多时多2.5 mgB在在20 时时，分分别别用用10 klx和和5 klx光光照照10 h，黑黑暗暗14 h，O2增增加加量量前前者者比比后后者多者多30 mgC在在10 、10 klx光照光照4.8 h后，转入后，转入20 黑暗环境黑暗环境19.2 h，O2变化量为变化量为0D该实验的自变量是光照强度、温度和照光时间，该实验的自变量是光照强度、温度和照光时间，CO2浓度等属于无关变量浓度等属于无关变量【答案】【答案】D【解解析析】黑黑暗暗中中单单位位时时间间内内O2的的吸吸收收量量代代表表呼呼吸吸速速率率，光光下下测测定定的的单单位位时时间间内内O2的的释释放放量量是是净净光光合合速速率率，在在5 klx光光照照条条件件下下5 h,10 时时光光合合作作用用产产生生的的O2总总量量是是3.5517.5 mg,20 时时光光合合作作用用产产生生的的O2总总量量是是3515 mg；在在20 时时，用用10 klx和和5 klx光光照照10 h，黑黑暗暗14 h，O2增增加加量量分分别别是是51011436 mg、2101146 mg，前前者者比比后后者者多多30 mg；在在10 、10 klx光光照照4.8 h，积积累累O2的的量量为为44.819.2 mg，转转入入20 黑黑暗暗环环境境19.2 h，消消耗耗O2的的量量为为119.219.2 mg，O2变变化化量量为为0；该实验的自变量是光照强度与温度，照光时间、；该实验的自变量是光照强度与温度，照光时间、CO2浓度等属于无关变量。浓度等属于无关变量。1.光合速率与呼吸速率的关系光合速率与呼吸速率的关系(1)分分析析图图1：一一定定范范围围内内，随随叶叶面面积积指指数数的的增增大大，光光合合作作用用实实际际量量和和呼呼吸吸量量均均增增加加；超超过过A点点后后，光光合合作作用用实实际际量量不不再再随随叶叶面面积积指指数数的的增增加加而而增增加加，原原因因是是叶叶片片相相互互遮遮挡挡；干干物物质质的的量量光光合合作作用用实实际际量量呼呼吸吸量量。干干物物质质量量为为零零时时，即即叶面积指数为叶面积指数为D时，真正光合速率呼吸速率。时，真正光合速率呼吸速率。(2)分分析析图图2：一一定定范范围围内内，光光合合速速率率和和呼呼吸吸速速率率都都会会随随温温度度的的升升高高而而增增加加；细细胞胞呼呼吸吸的的最最适适温温度度高高于于光光合合作作用用的的，所所以以超超过过20 时时，光光合合速速率率增增加加缓缓慢慢，但但呼呼吸吸速速率率增增加加很很快快，且且可可判判断断20 时时净净光光合合速速率率最最大大；净净光光合合速速率率真真正正光光合合速速率率呼呼吸吸速速率率，即即两两曲曲线线之之间间的的距距离离n代代表表了了相相应应温温度度下下的的净净光光合合速速率率，n0时，真正光合速率呼吸速率。时，真正光合速率呼吸速率。2光合作用和细胞呼吸的计算光合作用和细胞呼吸的计算(1)理清各量的关系理清各量的关系光光合合作作用用所所需需CO2的的来来源源有有两两个个：细细胞胞呼呼吸吸产产生生和和从从周周围围空空气气中中吸吸收收的的(若若是水生植物，则是从周围的水中吸收的是水生植物，则是从周围的水中吸收的)。光光合合作作用用释释放放O2的的去去向向有有两两个个：细细胞胞呼呼吸吸、释释放放到到周周围围的的空空气气中中(当当光光合合速速率大于呼吸速率时率大于呼吸速率时)。光光合合作作用用制制造造(等等同同生生产产、合合成成)的的葡葡萄萄糖糖的的去去向向有有两两个个：细细胞胞呼呼吸吸消消耗耗、积积累累(当光合速率大于呼吸速率时当光合速率大于呼吸速率时)。当当在在光光照照下下光光合合作作用用与与呼呼吸吸作作用用同同时时进进行行时时，光光合合作作用用实实际际产产氧氧量量实实测测的的氧氧气气释释放放量量呼呼吸吸作作用用耗耗氧氧量量；光光合合作作用用实实际际二二氧氧化化碳碳消消耗耗量量实实测测的的二二氧氧化化碳碳吸吸收收量量呼呼吸吸作作用用二二氧氧化化碳碳释释放放量量；光光合合作作用用葡葡萄萄糖糖净净产产量量光光合合作作用用实实际际葡葡萄萄糖糖生产量呼吸作用葡萄糖消耗量。生产量呼吸作用葡萄糖消耗量。(2)注意单位的换算关系注意单位的换算关系一一定定要要牢牢记记光光合合作作用用和和细细胞胞呼呼吸吸的的总总反反应应式式，不不要要记记混混了了物物质质的的相相对对分分子子质质量，最好熟记相关物质的相对分子质量，如葡萄糖是量，最好熟记相关物质的相对分子质量，如葡萄糖是180，CO2是是44，O2是是32。(3)看懂数据及其相互关系是解题的关键看懂数据及其相互关系是解题的关键文文字字叙叙述述式式：利利用用一一段段文文字字直直接接给给出出有有关关数数据据；表表格格式式：在在表表格格中中给给出出相相关关数数据据；坐坐标标曲曲线线式式(有有时时加加有有方方格格，是是为为了了准准确确识识别别有有关关数数据据，1个个方方格格代代表表一一定定的的变变化化量量)，利利用用坐坐标标系系中中的的曲曲线线所所表表示示的的数数值值来来代代表表CO2、O2的的吸吸收收或或释释放的量。放的量。1实验装置实验装置 光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置2实实验验原原理理：因因呼呼吸吸作作用用类类型型不不同同，瓶瓶内内气气压压增增大大、减减小小或或不不变变，可可通通过过液液滴滴的的右右移移、左左移移或或不不动动来来呈呈现现；也也可可根根据据光光照照强强度度不不同同，通通过过光光合合作作用用与与呼呼吸吸作作用用的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。的大小导致瓶内气压变化而引起液滴位置的变化来呈现。3装置比较装置比较单一变量的控制及作用单一变量的控制及作用项目项目装置装置1装置装置2装置装置3材料材料发芽的种子发芽的种子发芽的种子发芽的种子煮熟的种子煮熟的种子试剂试剂20%NaOH溶液溶液5 mL蒸馏水蒸馏水5 mL蒸馏水蒸馏水5 mL导致瓶内导致瓶内气压变化的气体气压变化的气体O2(因因CO2被吸收被吸收)(呼呼吸引起吸引起)CO2O2(差值差值) (呼吸引起呼吸引起)作用作用物理误差的校正物理误差的校正对照对照(装置装置1和和2)等量等量NaOH溶液和蒸馏水单一变量控制溶液和蒸馏水单一变量控制对照对照(装置装置2和和3)等量萌发的种子和煮熟的种子单等量萌发的种子和煮熟的种子单一变量控制一变量控制4.若将装置若将装置1改为探究光合作用和呼吸作用与光照强度的关系改为探究光合作用和呼吸作用与光照强度的关系(1)装置需改动的地方有三处装置需改动的地方有三处将将“发芽的种子发芽的种子”换成能进行光合作用的材料。换成能进行光合作用的材料。将将“NaOH溶液溶液”换成换成“NaHCO3溶液溶液”，以保证装置中，以保证装置中CO2的相对稳定。的相对稳定。置于不同的光照强度下，观察液滴的移动情况。置于不同的光照强度下，观察液滴的移动情况。(2)结果分析结果分析若若着着色色液液滴滴右右移移，说说明明光光照照较较强强，光光合合作作用用强强度度大大于于细细胞胞呼呼吸吸强强度度，释释放放O2使瓶内气压增大。使瓶内气压增大。若若着着色色液液滴滴左左移移，说说明明光光照照较较弱弱，细细胞胞呼呼吸吸强强度度大大于于光光合合作作用用强强度度，吸吸收收O2使瓶内气压减小。使瓶内气压减小。若若着着色色液液滴滴不不动动，说说明明在在此此光光照照强强度度下下光光合合作作用用强强度度等等于于细细胞胞呼呼吸吸强强度度，释放的释放的O2量等于吸收的量等于吸收的O2量，瓶内气压不变。量，瓶内气压不变。5探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析探究细胞呼吸状况的实验装置及结果分析(1)欲欲测测定定与与确确认认某某生生物物的的呼呼吸吸类类型型，应应设设置置两两套套呼呼吸吸装装置置，即即装装置置1和和装装置置2。如果使用的生物材料是幼苗，则实验装置需要遮光。如果使用的生物材料是幼苗，则实验装置需要遮光。(2)结果与分析结果与分析若若装装置置1液液滴滴左左移移，装装置置2液液滴滴不不动动，则则表表明明所所测测生生物物只只进进行行有有氧氧呼呼吸吸(因因有有氧呼吸产氧呼吸产CO2量与耗量与耗O2量相等量相等)。若装置若装置1液滴不动，装置液滴不动，装置2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸。液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸。若若装装置置1液液滴滴左左移移，装装置置2液液滴滴右右移移，则则表表明明该该生生物物既既进进行行有有氧氧呼呼吸吸，又又进进行无氧呼吸。行无氧呼吸。装装置置1与与装装置置2液液滴滴均均左左移移，则则呼呼吸吸过过程程中中O2吸吸收收量量大大于于CO2释释放放量量，呼呼吸吸底底物物中中可可能能有有脂脂肪肪参参与与。(与与糖糖类类相相比比，脂脂肪肪的的C、H比比例例高高，O的的比比例例低低，故故氧氧化化分分解解时时释释放放相相同同CO2时时，脂脂肪肪消消耗耗的的O2多多，故故CO2/O/O2 211。)(3)为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置为使实验结果精确，排除实验误差还应设置装置3，以便校正。，以便校正。(4)进进行行结结果果与与结结论论的的描描述述时时应应“先先结结果果后后结结论论”，而而不不是是“先先结结论论后后结结果果”，如如上。上。1用用等等体体积积的的三三个个玻玻璃璃瓶瓶甲甲、乙乙、丙丙，同同时时从从某某池池塘塘水水深深0.5 m处处的的同同一一位位置置取取满满水水样样，立立即即测测定定甲甲瓶瓶中中的的O2含含量量，并并将将乙乙、丙丙瓶瓶密密封封后后沉沉回回原原处处。一一昼昼夜夜后后取取出出玻玻璃璃瓶瓶，分分别别测测定定两两瓶瓶中中的的O2含含量量，结结果果如如下下(不不考考虑虑化化能能合合成成作作用用)。有有关关分分析不合理的是析不合理的是()考查有关光合作用的测定考查有关光合作用的测定透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶甲透光玻璃瓶乙透光玻璃瓶乙不透光玻璃瓶丙不透光玻璃瓶丙4.9 mg5.6 mg3.8 mgA丙瓶中浮游植物的细胞产生丙瓶中浮游植物的细胞产生HH的场所是细胞质基质和线粒体基质的场所是细胞质基质和线粒体基质B在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的O2量约为量约为1.1 mgC在一昼夜后，乙瓶水样的在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低比丙瓶的低D在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的O2量约为量约为1.8 mg【答案】【答案】C【解解析析】丙丙瓶瓶不不透透光光，生生物物只只能能进进行行细细胞胞呼呼吸吸，产产生生HH的的场场所所有有细细胞胞质质基基质质和和线线粒粒体体基基质质。甲甲瓶瓶与与丙丙瓶瓶O2量量的的差差表表示示丙丙瓶瓶细细胞胞呼呼吸吸消消耗耗的的量量。丙丙瓶瓶不不透透光光，一一昼昼夜夜的的时时间间内内水水样样中中生生物物均均在在进进行行呼呼吸吸作作用用，乙乙瓶瓶透透光光，有有光光照照时时水水样样中中生生物物会会进进行行光光合合作作用用，消消耗耗部部分分呼呼吸吸作作用用产产生生的的CO2，因因此此一一昼昼夜夜后后，乙乙瓶瓶水水样样pH比比丙丙瓶瓶的的高高。乙乙、丙丙瓶瓶取取自自同同一一处处，生生物物的的种种类类和和数数量量基基本本相相同同，细细胞胞呼呼吸吸速速率率相相同同，乙乙瓶瓶一一昼昼夜夜的的净净光光合合量量用用O2表表示示为为5.64.90.7 mg，细细胞胞呼呼吸吸的的量量用用O2表表示示为为4.93.81.1 mg，所以一昼夜乙瓶中生产者实际光合作用释放的，所以一昼夜乙瓶中生产者实际光合作用释放的O2量为量为1.8 mg。2呼呼吸吸熵熵(RQ)是是指指单单位位时时间间内内进进行行细细胞胞呼呼吸吸的的生生物物释释放放CO2量量与与吸吸收收O2量量的的比比值值。如如图图表表示示测测定定消消毒毒过过的的萌萌发发小小麦麦种种子子呼呼吸吸熵熵的的实实验验装装置置，下下列列说说法法不不正正确确的的是是()考查有关细胞呼吸的测定考查有关细胞呼吸的测定AKOH中放置筒状滤纸的目的是增大吸收中放置筒状滤纸的目的是增大吸收CO2的面积的面积B假假设设小小麦麦种种子子只只以以糖糖类类为为呼呼吸吸底底物物，在在25 时时经经10 min观观察察发发现现：甲甲装装置置中墨滴右移，乙装置中墨滴不动，说明中墨滴右移，乙装置中墨滴不动，说明10 min内小麦种子进行了无氧呼吸内小麦种子进行了无氧呼吸C若若在在25 时时经经10 min观观察察发发现现：甲甲装装置置中中墨墨滴滴左左移移30 mm，乙乙装装置置中中墨墨滴滴左移左移200 mm，则萌发小麦种子的呼吸熵是，则萌发小麦种子的呼吸熵是0.85D为为了了校校正正还还应应设设置置一一个个对对照照装装置置，对对照照装装置置的的大大试试管管和和小小烧烧杯杯应应分分别别放放入入死亡的小麦种子、清水，其他条件不变死亡的小麦种子、清水，其他条件不变【答案】【答案】D【解解析析】KOH溶溶液液中中放放置置筒筒状状滤滤纸纸的的目目的的是是增增加加吸吸收收CO2的的面面积积，A正正确确。在在25 时时经经10 min观观察察发发现现，甲甲装装置置中中墨墨滴滴右右移移，说说明明释释放放的的CO2的的量量大大于于吸吸收收的的O2的的量量或或者者只只有有无无氧氧呼呼吸吸产产生生CO2；乙乙装装置置中中墨墨滴滴不不动动，说说明明不不消消耗耗O2，因因此此10 min内内小小麦麦种种子子中中发发生生无无氧氧呼呼吸吸过过程程，B正正确确。甲甲装装置置中中墨墨滴滴左左移移30 mm，说说明明氧氧气气消消耗耗量量比比二二氧氧化化碳碳产产生生量量多多30 mm，乙乙装装置置中中墨墨滴滴左左移移200 mm，说说明明氧氧气气消消耗耗量量为为200 mm。所所以以，二二氧氧化化碳碳量量为为20030170 mm，呼呼吸吸熵熵为为释释放放的的二二氧氧化化碳碳体体积积/ /消消耗耗氧氧体体积积170/170/2000.85，C正正确确。墨墨滴滴移移动动不不仅仅受受萌萌发发种种子子细细胞胞呼呼吸吸的的影影响响，还还受受微微生生物物的的呼呼吸吸及及外外界界温温度度和和压压强强变变化化的的影影响响，所所以以本本实实验验还还应应设设置置一一个个对对照照装装置置，装装置置中中的的大大试试管管和和小小烧烧杯杯应应分分别别放放入入消消毒毒过过的的死死亡亡的的小小麦麦种种子子、清清水水，其其他他条条件不变，件不变，D错误。错误。