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1、第11讲光合作用和细胞呼吸的关系及影响因素考纲明细1.影响光合速率的环境因素()2.光合作用与细胞呼吸的综合应用知识自主梳理一、光合作用的影响因素及应用1光(1)光照时间：光照时间延长可以提高光能利用率。方法主要是轮作(一年两茬或三茬)。(2)光质原理a叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。b叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。c单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。应用a大棚薄膜的选择：无色透明大棚能透过日光中各色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。b补充单色光的选择：蓝紫光。(3)光照
2、强度原理光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的H和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。植物三率间关系a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单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。b净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。c真正光合速率净光合速率呼吸速率。曲线模型及分析a描述：在一定范围内随光照强度的增加，光合作用速率加快，光照强度增强到一定程度后光合作用速率就不再增加(限制因素：酶、光合色素和CO2浓度等)。O点：只进行呼吸作
3、用，不进行光合作用。OA段：光合作用速率小于呼吸作用速率。A点：光合作用速率等于呼吸作用速率。AC段：光合作用速率大于呼吸作用速率且随光照强度的增强而增大。C点：光合作用速率达到最大。b光补偿点：光合作用固定的CO2量等于呼吸作用放出的CO2量时的光照强度。光饱和点：达到最大光合速率时的最低光照强度。应用：间作套种农作物和林带树种的合理搭配可以提高光能利用率；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。深入思考若研究对象不是植物组织(绿色叶肉细胞)而是整株植物出现左面曲线图时，叶肉细胞内的气体交换在A点有何变化？提示植物能进行光合作用的只有绿色组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用。因此A点是植株的光补
4、偿点，但叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，即吸收CO2释放O2。(4)同一植株中气体在不同状况下代谢特点及代谢强度的规律黑暗状况时，植物只进行细胞呼吸，此时植物从外界吸收O2，并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外(如图所示)。有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸强度。a若细胞呼吸的速率大于光合速率，线粒体不仅吸收光合作用产生的O2，还需从外界环境中摄取O2，细胞呼吸释放的CO2被叶绿体吸收，多余的被排出。(如图1)b若细胞呼吸速率等于光合速率，植物与外界不进行气体交换，即细胞呼吸产生的CO2正好被光合作用暗反应吸收，光合作用产生的O2正好被细胞呼吸第三阶段所利用。(如图2)c较强光
5、照时，植物光合速率大于细胞呼吸速率，释放的O2除部分用于细胞呼吸外，还有部分被释放出去。(如图3)2CO2浓度：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。(1)描述：在一定范围内随CO2浓度的增大，光合速率逐渐增加，当CO2浓度达到一定值时，再增大CO2浓度，光合作用速率将不再增加。图乙中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。(2)CO2饱和点和补偿点CO2饱和点：光合速率达到最大值时环境中CO2浓度称CO2饱和点(B点和B点)。CO2补偿点：植物光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点(A点)。(3)应用：在农业生产上可以通过“正其行、通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度
6、，提高光能利用率。特别提醒1阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物高。2植物进行光合作用的同时还进行呼吸作用。特别提醒注：1、2、3、4、5、6所指过程不可能在一个细胞中同时发生。(1)只发生呼吸作用：1和2。(2)呼吸作用光合作用：3和4。(3)光合作用呼吸作用：3、4、5、6。深入思考大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因。提示有机肥在被微生物分解的时候会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，促进光合作用。3温度：温度对光合作用的影响是通过影响与光合作用有关的酶的活性来实现的。(1)描述：在一定范围内，随温度的升高，酶的活性增强，光合作用速率提高。超过最适温度，随温
7、度的升高，光合作用速率下降。(2)应用温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。4水：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还能影响气孔的开闭，从而间接影响CO2进入植物体，所以水对光合作用有较大的影响。应用：生产上为保证植物光合作用的正常进行，常采用预防干旱(如雨后中耕松土，其目的之一就是减少土壤中水的散失；地膜覆盖，一方面是为了保温，另一方面是为了保水)和及时灌溉等措施。5矿质元素：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。例如：N：是蛋白质、叶绿素的组成元素。P：是细胞膜及ATP的组
8、成元素。Mg：是叶绿素的组成元素。应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。6多因子变量对光合速率影响分析(1)多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析如图所示：(2)曲线分析：P点前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素，要想继续提高光合速率，可适当提高图示中的其他因素的强度。PQ间的主要因素有两个：一是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，进一步提高光
9、合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。易错判断1温度既影响光反应又影响暗反应，且对二者作用效果相同。()2净光合作用强度最高时的温度，不一定是光合酶的最适温度。()深入思考北方夏季中午，光照强度很强，但植物的光合作用强度明显减弱的原因？提示北方夏季中午，温度很高，蒸腾作用很强，失水过多，导致大量气孔关闭，CO2吸收减少，光合作用强度明显减弱。二、光合作用与细胞呼吸的关系光合作用与呼吸作用的区别与联系易错判断1线粒体与叶绿体的内膜均参与代谢过程。()2线粒体、叶绿体中都含有少量DNA、RNA。()3线粒体、叶绿体中都含有葡萄糖。()4线粒体、叶绿体都能产生ATP
10、，且均可用于各项生命活动。()深入思考提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，能否独立完成有氧呼吸和光合作用过程？提示叶绿体可以独立完成光合作用过程，而有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质中，线粒体内只能进行有氧呼吸的第二和第三阶段，故提取完整的线粒体，不能独立完成有氧呼吸过程。特别提醒1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。2还原氢的书写形式一定不能写成H、H或H2，只能写成H、NADH或NADPH。考点题型突破考点光合作用与呼吸作用的关系题型 光合作用与呼吸作用过程判断1(2018天
11、津和平一模)下图所示为甘蔗叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是()A过程产生H，过程消耗H，过程既产生也消耗HB过程只发生在叶绿体基质中，过程只发生在线粒体基质中C过程消耗CO2、释放O2，过程消耗O2、释放CO2D若叶肉细胞内过程的速率大于过程的速率，则甘蔗的干重必然增加答案A解析过程分别为光反应、暗反应、细胞呼吸和ATP的水解，H产生于光反应，用于暗反应，细胞呼吸中，既可产生H也可消耗H，A正确；暗反应只发生在叶绿体基质中，细胞呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，B错误；光反应阶段不消耗CO2，C错误；叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率，但甘蔗植株中非叶肉细胞部分的呼吸作用速率有
12、可能大于叶肉细胞的净光合作用速率，甘蔗干重未必增加，D错误。题后归纳 光合作用与细胞呼吸中H和ATP的来源、去路11下图为高等植物细胞内发生的部分物质转化过程示意图。下列有关分析不正确的是()A发生在生物膜上的过程有B人体细胞中也可发生的过程有C过程形成的ATP可用于过程D在光照充足等适宜条件下，消耗的CO2多于产生的CO2答案C解析分析图解，表示暗反应，表示有氧呼吸的第一、二阶段，表示光反应，表示有氧呼吸的第三阶段。光合作用的光反应阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜上，有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上，A正确；人体细胞不能进行光合作用，但是能够进行细胞呼吸，因此可发生的过程有，B正确；过程水的
13、光解不需要ATP，过程形成的ATP可用于各项生命活动，C错误；在光照充足等适宜条件下，光合作用消耗的CO2多于呼吸作用产生的CO2，D正确。12(2018江苏高考)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
14、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)解析(1)甲为叶绿体，甲中能将光能转化为化学能的色素有叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物叶绿素的合成需要光。(2)参与光反应中心的蛋白分布于叶绿体的类囊体膜上，参与催化CO2固定的酶分布于叶绿体的基质中。(3)由甲(叶绿体)输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为丙酮酸后进入乙(线粒体)，在线粒体的基质中被彻底分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，其中的能量最终可在乙(线粒体)的内膜上经有氧呼吸的第三阶段转移到ATP中。(4)由图知，乙(线粒体)产生的ATP可被甲(叶绿体)内的耗能过程利用，C3的还原、内外物质的主动运输及胞吞和胞吐、酶的合成均消耗ATP，H2O裂解释放O2的过程属于光反应，可
