光合作用和细胞呼吸综合题型专训

单击此处编辑母版文本样式,一、光合,呼吸中,“,CO,2,与,O,2,交换,”,的物理模型,绿色植物的光合作用是在叶绿体内完成的，而细胞呼吸主要在线粒体内进行。两者之间的关系从物质交换的角度来看，主要涉及的是,O,2,和,CO,2,的去路与来源问题。通过构建物理模型可以进一步加深对光合作用强度与呼吸作用强度之间的内在联系的理解和认识。,1,模型构建,2,模型解读,绿色植物进行光合,呼吸过程中，,O,2,和,CO,2,的去路与来源：,(1),叶绿体光合作用产生,O,2,的去路：,用于植物呼吸作用；,释放到周围的环境中。,(2),叶绿体光合作用利用,CO,2,的来源：,来自植物自身的呼吸作用；,从外界环境中吸收,(,若是水生植物，则从周围的水中吸收,),。光合作用强度与呼吸作用强度间的关系，可参见下表：,光照条件,生理过程,气体进出图解,生物学含义,无光照,(,或黑暗,),和,只进行呼吸作用,弱光照,光合作用强度小于呼吸作用强度,较强光照,光合作用强度等于呼吸作用强度,强光照,光合作用强度大于呼吸作用强度,二、光合,呼吸中,“,光合速率与光照、温度,”,的数学模型,更多的曲线参见前面所讲内容！,模型解读,1,界定总光合速率、呼吸速率与表观,(,净,),光合速率,(1),呼吸速率,概念：是指单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率。,表示方法：单位时间内，释放的,CO,2,量或吸收的,O,2,量。,测定条件：黑暗条件下。,(2),表观,(,净,),光合速率：光照下测定的,CO,2,吸收速率,(,或,O,2,释放速率,),。,(3),实际,(,总,),光合速率：植物在光下实际合成有机物的速率。,计算公式：实际光合速率表观,(,净,),光合速率呼吸速率。具体可表示为：实际光合速率从外界吸收,CO,2,的速率呼吸释放,CO,2,的速率，或实际光合速率释放,O,2,的速率呼吸消耗,O,2,的速率。,(4),真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的常用表示方法,(,如下表,),真正光,合速率,O,2,产生,(,生成,),速率或叶绿体释放,O,2,量,CO,2,固定速率或叶绿体吸收,CO,2,量,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,O,2,释放速率,植物或叶片或叶肉细胞,CO,2,吸收速率,有机物积累速率,呼吸,速率,黑暗中,O,2,吸收速率,黑暗中,CO,2,释放速率,有机物消耗速率,2.,光合速率与植物生长的关系,(1),当,净,(,表观,),光合速率,0,时，植物积累有机物而生长；,(2),净光合速率,0,时，植物不能生长；,(3),净光合速率,N,2,。,(6),农家肥即有机肥，分解后可为农作物提供,CO,2,和矿质元素，有利于光合作用的进行。,答案,(1),a,(2),a,植,物的呼吸速率向右,(3),叶绿体基质类囊体薄膜,D,(4),低高,(5),(6),农家肥被微生物分解为农作物提供,CO,2,；提供矿质元素；促进土壤微生物的活动，提高土壤的通气性，促进植物对矿质元素的吸收,(,答出任意两项即可,),【,训练,1】,如,图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图。以下相关叙述错误的是,(,),。,A,细胞,处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间释放的,CO,2,量即为呼吸速率,B,细胞,没有与外界发生,O,2,和,CO,2,交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率,C,细胞,处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的,CO,2,量为,n,1,与,n,2,的和,D,分析细胞,可得出，此时的光照强度较弱且,n,1,小于,m,2,解析,细胞,中，线粒体利用的,O,2,除来自叶绿体外，还要从细胞外吸收，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞进行有氧呼吸和光合作用的过程中，,O,2,的净消耗量,(,吸收量,),m,2,与,CO,2,的净生成量,n,1,相等，,D,错误。,答案,D,三、光合作用、细胞呼吸的测定方法及实验装置,1,表观,(,净,),光合速率的测定方法,(1)NaHCO,3,溶液作用：玻璃瓶中的,NaHCO,3,溶液保证了容器内,CO,2,浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。,(2),植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。,单位时间内水滴右移的体积即是光合速率。,(3),条件：整个装置必须在光下。,动态分析：当外界条件变化时，,CO,2,(,光,),补偿点移动规律,若呼吸速率增加，,CO,2,(,光,),补偿点应右移，反之应左移。,若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，,CO,2,(,光,),补偿点应右移，反之应左移。,阴生植物与阳生植物相比，,CO,2,(,光,),补偿点和饱和点都相应向左移动。,2,细胞呼吸状况的实验测定归纳,欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼吸装置，两套呼吸装置中的单一变量为,NaOH,与蒸馏水，即用等量的蒸馏水取代实验组的,NaOH,溶液，其他所有项目均应一致，加蒸馏水的装置内气压变化应由,CO,2,与,O,2,共同决定。两套装置可如下图所示，当然，此时仍有必要设置另一组作误差校正之用。,结果与分析,若装置,1,液滴左移，装置,2,液滴不动，则表明所测生物只进行有氧呼吸,(,因有氧呼吸产,CO,2,量与耗,O,2,量相等,),。,若装置,1,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,(,因无氧呼吸只产,CO,2,，不耗,O,2,),。,若装置,1,液滴左移，装置,2,液滴右移，则表明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。,装置,1,与装置,2,液滴均左移，则呼吸过程中,O,2,吸收量大于,CO,2,释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。,a,为使实验结果精确，排除实验误差还应设置如图装置,3,，以便校正。,b,进行结果与结论的描述时应,“,先结果后结论,”,，而不是,“,先结论后结果,”,，如上。,【,典例,2】,(2013,皖南八校联考,),以,小球藻为材料做下列两组实验，根据实验回答下列问题。,实验一,小,球藻在适宜条件下进行光合作用时，其繁殖速度较快。在相同培养液中，以图中的装置,和,(,密封环境,),分别培养相同品质和数量的小球藻。将两个装置都放在阳光下，一定时间后，观察装置,和,发生的变化。,(1),比较,B,、,C,两试管中的小球藻的繁殖速度，可以发现,_,试管的繁殖速度较快，其原因在于,_,。,实验二,如,果用图中,E,试管和,F,试管敞开口培养小球藻，,E,试管用完全培养液，,F,试管用缺镁的营养液，研究光照强度对,E,、,F,两试管中小球藻产生氧气量的影响，结果如图。据图回答问题。,(2),P,点的坐标值表示的意义是,_,。,(3),Q,点小球藻释放的氧气量为,_,，其原因是,_,。,(4),当光照强度小于,M,时，限制试管中小球藻光合作用强度的主要环境因素是,_,。,(5),当光照强度沿,Q,M,方向移动时，造成,E,、,F,两试管氧气增加量差异的原因是,_,。,实验三,将,若干小球藻、水草及一条小鱼放在一个盛有水的玻璃容器内，使之处于气体密闭状态。实验在温度适宜的暗室中进行，将玻璃容器用黑纸包裹遮光，在距玻璃容器,0.3 m,处用不同功率的灯泡给予光照,1 h,时,(,每换一次灯泡有一个间歇期，间歇期间足以使玻璃容器内的含氧量恢复到初始实验状态,),，其间用仪器记录该容器内氧气浓度的变化,(,浓度单位：,g/m,3,),。遮光实验结束后，去掉黑纸，实施上述同样的实验操作步骤实验结果如下。,15 W,20 W,25 W,30 W,35 W,40 W,45 W,遮光,10,10,10,10,10,10,10,不遮光,6,4,2,0,2,5,10,(6),不遮光的容器在光照为,25 W,时产生的氧气量是,_g/m,3,，消耗的氧气量是,_g/m,3,。,(7),当光照强度大于,_W,时，这个生态系统才有可能得以长期维持。,(8),实验中黑纸包裹容器的作用是用来测定,_,。,解析,(1)A,烧瓶中的酵母菌是兼性厌氧型生物，通过呼吸作用可产生,CO,2,，而,D,烧瓶进行的是乳酸发酵，乳酸发酵不产生,CO,2,，因此,B,试管小球藻能进行光合作用，繁殖的速度较快。,(2),P,点时，光照强度为零，小球藻只进行呼吸作用不进行光合作用，因此,P,点表示光照强度为零时，,E,试管内小球藻呼吸作用吸收的氧气量。,(3),Q,点表示光合作用强度等于呼吸作用强度，此时净光合速率为,0,，,(4),分析坐标图可知，当光照强度小于,M,时，限制试管中小球藻光合作用强度的主要环境因素是光照强度。,(5)F,试管的培养液中缺少镁元素，影响叶绿素的正常合成，因此其中小球藻的光合作用效率比,E,试管低。,(6),分析表可知，小球藻的呼吸速率为,10 g/m,3,，当光照强度为,25 W,时，产生的氧气量是,8 g/m,3,。,(7),当光照强度大于,30 W,时，净光合速率大于,0,，这个生态系统有可能得以长期维持。,(8),测定呼吸作用强度需要在黑暗条件下进行，这样可以排除光合作用对测量结果的干扰。,答案,(1)B,A,瓶,产生,CO,2,，,D,瓶产生乳酸时不产生,CO,2,(2),在光照强度为零时，,E,试管内小球藻呼吸作用吸收的氧气量,(3)0,呼吸作用消耗的氧气量等于光合作用产生的氧气量,(4),光照强度,(5)F,试管的培养液中缺少镁元素，影响叶绿素的正常合成，其中小球藻的光合作用效率比,E,试管低,(6)8,10,(7)30,(8),呼吸作用消耗的氧气量,【,训练,2】,(2013,湖南重点中学调研,),下,面三个装置可用于研究萌发的种子的呼吸作用的方式及其产物，有关分析不正确的是,(,),。,A,三个装置中的种子都必须进行消毒处理，都不需要设置对照实验,B,甲装置可用于探究呼吸作用是否产生热量,C,乙装置可用于探究萌发的种子是否进行有氧呼吸,D,丙装置可用于探究萌发的种子的呼吸作用是否产生,CO,2,解析,为排除微生物呼吸作用的影响，种子必须进行消毒处理，为排除无关变量,(,外界温度、气压等,),对实验的影响，上述实验需要设置对照实验。若乙装置中种子进行有氧呼吸，就会有氧气的消耗，产生的等体积的二氧化碳被,NaOH,溶液吸收，装置瓶内气体体积减小，液滴左移；若只进行无氧呼吸，则没有氧气的消耗，液滴不移动。,答案,A,专项集训光合作用、细胞呼吸综合题型,1.,(2013,安徽东至一模,),下列甲、乙、丙、丁是生物体中部分物质和能量代谢的相关图解，其中分析不正确的是,(,),。,光合作用、细胞呼吸关系的综合题,A,图甲中物质,X,和,Y,的合成场所分别在叶绿体基质和细胞质基质,B,图乙中光照强度小于,A,时，影响两曲线的主要原因是光照强度，光照强度为,B,时，甲图细胞内,X,物质的产生速率比,Y,物质产生速率要快,C,图丙中的细胞可表示紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞，,d,和,f,分别代表相同的气体,D,图丁为不完整的人体细胞呼吸示意图，仅,过程发生在线粒体内膜，,能够散失热量,解析,图甲中物质,X,是,3,碳酸甘油酸，暗反应过程中,CO,2,被固定的产物，合成场所叶绿体基质，,Y,为丙酮酸呼吸作用第一阶段的产物，合成场所细胞质基质。图乙中光照强度小于光的饱和点时影响两曲线的原因是光照强度。光照强度为,B,时光合速率大于呼吸速率。图丙中的细胞有叶绿体不能表示洋葱表皮细胞。,答案,C,2,(2012,山西省四校联考,),图,1,为某植物,在不同,O,2,浓度条件下，无氧呼吸与有氧呼吸的,CO,2,释放量变化曲线。图,2,为不同光照强度条件下，,CO,2,体积变化量曲线。假定图,2,情况下与图,1,呼吸速率相同，呼吸底物全部为葡萄糖；图,1,中氧气的吸收量用,a,表示，有氧呼吸与无氧呼吸共同释放的二氧化碳总量用,b,表示。请据图回答下列问题。,(1),图,1,中，当,O,2,浓度在,_,范围时,(,填字母,),，,a,b,。,O,2,浓度为,A,时，,a,与,b,的关系式是,_,。,(2),图,2,为氧浓度为,A,点时开始测量的光合速率随光照强度变化的曲线。当光照强度为,F,时，光合作用固定的,CO,2,量可表示为,_(,仅用字母,a,表示,),。,(3),图,2,中,G,点处叶肉细胞进行的生理活动是,_,。,(4),在黑暗条件下，叶肉细胞中消耗,ADP,的场所有,_,。,解析,(1),当细胞只进行有氧呼吸时，,O,2,的吸收量等于,CO,2,的释放量，即,a,b,。当,O,2,浓度为,A,时，由图可知，有氧呼吸和无氧呼吸释放的,CO,2,量相等，且与有氧呼吸消耗的,O,2,量相同，故,b,2a,。,(2)O,2,浓度为,A,时，植物呼吸作用释放的,CO,2,量为,2a,。光照强度为,F,时，光合作用固定的,CO,2,量,CO,2,的吸收量呼吸作用,CO,2,释放量,7a,。,(3),G,点时，净光合速率为,0,，此时植物同时进行光合作用和呼吸作用，但光合作用强度等于呼吸作用强度。,(4),叶肉细胞中消耗的,ADP,用于合成,ATP,，黑暗时不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，故合成,ATP,的场所是细胞质基质、线粒体。,答案,(1),C,E,b,2a,(2)7a,(3),光,合作用、呼吸作用,(4),细胞质基质、线粒体,3,植物细胞光合作用与细胞呼吸之间有密切的联系。如图表示了两者之间的关系，请根据图示分析回答下面的问题。,(1),表示光合作用的是图过程中的,_,过程。,(2),表示有氧呼吸的是图过程中的,_,过程，在真核细胞中其发生场所是,_,。,(3),过程正常进行所必需的外界条件是,_,。,(4),有氧呼吸与无氧呼吸的共同途径是,_,过程。,(,用图中数字表示,),(5),如果用同位素,3,H,标记参加,过程的水，则同位素,3,H,在上图光合作用过程中最可能的转移途径是,_,。,(6),在光照最强的夏季中午，由于,_(,用图中数字表示,),过程部分受阻，会导致光合作用速率下降。,(7),对温室栽培的植物而言，当阴雨连绵、光照不足时，为避免大量减产，应设法降低农作物的,_(,用图中数字表示,),过程。,解析,本题综合考查了光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的变化关系。首先明确图解中,过程分别代表,“,光合呼吸,”,中的哪一生理过程是解题的切入点，然后从物质转化的,“,起点,”,与,“,终点,”,及其中的条件来分析判断。,和,过程分别为光合作用过程中的光反应阶段,H,2,O,的光解和暗反应阶段,CO,2,的固定、还原过程；,过程分别代表有氧呼吸的第一阶段、第二阶段和第三阶段。有氧呼吸与无氧呼吸的相同之处在于第一阶段都是在细胞质基质中完成的。,过程中,3,H,标记的水光解后会产生,3,H,，,3,H,作为还原剂参与暗反应中,C,3,的还原，最终进入葡萄糖中。,夏季中午，光照最强时，植物气孔会关闭以避免水分的过度散失，这样外界空气中的,CO,2,无法进入细胞，导致暗反应受阻，而出现,“,午休现象,”,。处于光照不足条件下的温室植物，可通过适当降低细胞呼吸以减少植物对有机物的消耗。,答案,(1),(2),细胞质基质和线粒体,(3),光照,(4),(5),3,H,2,O,3,H,C,6,3,H,12,O,6,(6),(7),4.,某同学为了探究不同条件对植物光合作用速率和呼吸作用速率的影响，做了如下实验：将,8,株各有,20,片叶片、大小和长势相似的天竺葵盆栽植株，分别放在密闭的玻璃容器中，在不同实验条件下，利用传感器定时测定密闭容器中,CO,2,含量的变化。实验结果统计如下表，请分析回答下列问题。,侧重坐标曲线、柱状图、表格的试题,编号,1,2,3,4,5,6,7,8,温度,/,10,10,20,20,30,30,40,40,光照强度,/lx,1 000,0,1 000,0,1 000,0,1 000,0,开始时,CO,2,量,/g,5.0,5.0,5.0,5.0,5.0,5.0,5.0,5.0,12 h,后,CO,2,量,/g,4.5,5.1,3.5,5.4,1.9,5.9,2.0,5.8,(1),表中序号,1,、,3,、,5,、,7,可构成另一个相对独立的实验组合，在该实验组合中，自变量是,_,，无关变量是,_(,至少答两个,),。,(2),序号,2,、,4,、,6,、,8,可构成另一个相对独立的实验组合，则该实验组合研究的主题是,_,。,(3),根据表中实验数据，在图中,的坐标上标出光照强度为,1 000 lx,，温度分别为,10,、,20,、,30,和,40,时的光合作,用速率,(,标出相应的点即可,),，并,请注明横坐标所表示的变量和具体数值。,(4),在光照强度为,1 000 lx,，温度为,30,时，,12 h,每株天竺葵可积累葡萄糖约,_g,。,(,计算结果保留一位小数。相对原子质量,C,12,，,H,1,，,O,16),解析,(1),表中序号,1,、,3,、,5,、,7,可构成一个相对独立的实验组合，在该实验组合中，探究的是温度对光合作用速率的影响，根据单一变量原则，自变量是温度，因变量是密闭容器中二氧化碳含量的变化，无关变量有光照强度、二氧化碳浓度、天竺葵盆栽植株的大小和长势、叶片的数目等。,(2),序号,2,、,4,、,6,、,8,可构成另一个相对独立的实验组合，该实验的自变量也是温度，但没有光照，所以该实验组合研究的主题是温度对植物呼吸作用速率的影响。,答案,(1),温,度光照强度、二氧化碳浓度,(2),温度对植物呼吸作用速率的影响,(3),见下图,(,四个点正确，横坐标含义正确，不得连线，四个点对应的数值依次为,0.6,、,1.9,、,4.0,、,3.8),(4)2.1,5,(2013,豫北五校教学质量检测,),屋,顶种植植物既利于室内降温又利于改善空气质量。为了提高屋顶植物的生态效益，有人做了相关实验，绘出下列四图。请回答有关的问题。,(1),图甲中,a,物质的形成过程中，位于叶绿体的类囊体薄膜上的,_,将光能转换成化学能。,(2),图乙表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速率与光照强度和温度的关系。在温度为,10,，光照强度大于,_klx,后，该植株光合速率不再随光照强度的增加而增加。当温度为,20,时，光照强度由,4 klx,瞬时上升至,12 klx,，此刻该植株叶绿体内,C,5,的含量将,_,。当温度为,30,、光照强度小于,12 klx,，限制该植株光合速率的主要外界因素是,_,。,(3),图丙表示某植物的非绿色器官在,O,2,浓度为,a,、,b,、,c,、,d,时，,CO,2,释放量和,O,2,吸收量的关系图。若细胞呼吸的底物是葡萄糖，则在,O,2,浓度为,b,时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸消耗葡萄糖量的,_,倍。,(4),图丁表示在适宜的条件下，一定时间内某无机盐离子从大麦幼根不同部位向茎叶的输出量和在大麦幼根相应部位积累量的变化。在自然情况下，土壤中该无机盐离子的浓度比根细胞中该无机盐离子的浓度,_(,填,“,低,”,或,“,高,”,),，幼根表皮细胞通过,_,方式吸收土壤中该无机盐离子。只依据,“,幼根相应部位积累量,”,变化的曲线不能确定幼根,20,60 mm,部位对该无机盐离子的吸收量，理由是,_,。,解析,(1),光合色素吸收的光能，在有关酶的作用下，促进,ATP,的形成。,(2),由图乙可知，温度为,10,时，当光照强度大于,4 klx,时，植株光合速率不再随光照强度的增加而增加。温度为,20,时，当光照强度突然增强时，光反应增加，被还原的,C,3,增多，生成的,C,5,增多，而消耗的,C,5,量不变。当温度为,30,、光照强度小于,12 klx,时，随着光照强度的增加，光合速率增加，因此，此时限制光合速率的外界因素主要是光照强度。,(3),氧气浓度为,b,时，,O,2,的吸收量为,3,个单位，有氧呼吸消耗的葡萄糖为,0.5,个单位，释放的,CO,2,为,3,个单位；,CO,2,总的释放量为,8,个单位，说明还有,5,个单位的,CO,2,由无氧呼吸产生，因此无氧呼吸消耗的葡萄糖为,2.5,个单位。故无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸消耗葡萄糖量的,5,倍。,(4),一般情况下，根对无机盐离子的吸收方式是主动运输，因此，在自然情况下，土壤中该无机盐离子的浓度比根细胞中该无机盐离子的浓度低。幼根吸收的无机盐离子一部分向茎叶输出，一部分在幼根相应部位积累，因此，无机盐离子的吸收量等于积累量和输出量之和。,答案,(1),色,素,(2)4,升高,(,或增加,),光照强度,(3)5,(4),低主动运输吸收量积累量输出量,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强度测试的研究课题。研究中设计了下图所示的装置。,光合作用、细胞呼吸相关的实验探究,请利用以上装置完成对该转基因作物光合作用强度的测试。,实验步骤,(1),测定植物的呼吸作用强度，方法步骤：,_,；,_,；,_,。,(2),测定植物的净光合作用强度，方法步骤：,_,；,_,；,_,。,答案,(1),甲,、乙装置,D,中放入,NaOH,溶液，乙装置作为对照组,将装置甲、乙的广口瓶遮光处理，放在温度等相同的环境中,30 min,后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度,(2),甲、乙装置,D,中放入,NaHCO,3,溶液，乙装置作为对照组,将装置甲、乙放在光照强度、温度等相同的环境中,30 min,后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和刻度,7,(2013,合肥教学质检,),某,研究小组用番茄进行光合作用和呼吸作用的实验，得到有关研究结果。结合所给材料，分析回答相关问题。,