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1、热点专题系列（三）光合作用与细胞呼吸的综合应用【考查角度考查角度1 1】光合速率与呼吸速率的光合速率与呼吸速率的综合考合考查 关于光合速率与呼吸速率的考关于光合速率与呼吸速率的考查, ,在在历年高考年高考试题中多次出中多次出现, ,通常以通常以COCO2 2和和O O2 2的增加量或减少量的增加量或减少量为研究研究对象象, ,结合坐合坐标曲曲线图分析光合作用与分析光合作用与细胞呼吸的胞呼吸的强强弱弱, ,或或结合合实例考例考查有机物的有机物的积累累量与植物生量与植物生长的关系。的关系。 首先知道光合速率与呼吸速率的含首先知道光合速率与呼吸速率的含义, ,分析两者之分析两者之间的关系的关系, ,
2、然然后根据坐后根据坐标曲曲线图的走的走势、COCO2 2或或O O2 2的的变化量化量, ,分析光合作用和分析光合作用和细胞呼吸胞呼吸综合作用的合作用的结果及在果及在实践中的践中的应用。用。1.1.明确呼吸速率与光合速率的表示方法明确呼吸速率与光合速率的表示方法典型典型图解解: :(1)(1)呼吸速率呼吸速率: :植物置于黑暗植物置于黑暗环境境时, ,呼吸速率常用呼吸速率常用实验容器容器内内COCO2 2的增加量、的增加量、O O2 2的减少量或有机物的减少量的减少量或有机物的减少量( (图中中OAOA段段) )表示。表示。(2)(2)光合速率包括表光合速率包括表观光合速率和真正光合速率。光合
3、速率和真正光合速率。表表观光合速率光合速率: :植物在有光条件下植物在有光条件下, ,表表观光合速率常用一定光合速率常用一定时间内内O O2 2释放量、放量、COCO2 2吸收量或有机物吸收量或有机物积累量累量( (图中中ODOD段段) )表示。表示。真正光合速率真正光合速率: :常用一定常用一定时间内内O O2 2产生量、生量、COCO2 2固定量固定量( (同化同化) )或或有机物生成量有机物生成量( (制造量制造量)()(图中中ADAD段段) )表示。表示。 2.2.理解呼吸速率与光合速率的理解呼吸速率与光合速率的联系系真正光合速率真正光合速率= =表表观光合速率光合速率+ +呼吸速率呼
4、吸速率此关系式用此关系式用O O2 2、COCO2 2或葡萄糖的量表示如下或葡萄糖的量表示如下: :(1)(1)光合作用光合作用产氧量氧量= =氧气氧气释放量放量+ +细胞呼吸耗氧量。胞呼吸耗氧量。(2)(2)光合作用固定光合作用固定COCO2 2量量=CO=CO2 2吸收量吸收量+ +细胞呼吸胞呼吸释放放COCO2 2量。量。(3)(3)光合作用葡萄糖光合作用葡萄糖产生量生量= =葡萄糖葡萄糖积累量累量( (增重部分增重部分)+)+细胞呼吸胞呼吸消耗葡萄糖量。消耗葡萄糖量。3.3.研究表研究表观光合速率与植物生光合速率与植物生长的关系的关系(1)(1)当表当表观光合速率光合速率00时, ,植
5、物植物积累有机物而生累有机物而生长。(2)(2)当表当表观光合速率光合速率=0=0时, ,植物不能生植物不能生长。(3)(3)当表当表观光合速率光合速率00时, ,植物不能生植物不能生长, ,长时间处于此状于此状态时, ,将将会死亡。会死亡。【高考例高考例证1 1】(2012(2012广广东高考高考) )荔枝叶片荔枝叶片发育育过程中程中, ,表表观光合光合速率及相关指速率及相关指标的的变化化见下表。下表。注注: :“- -”表示未表示未测数据。数据。叶叶片片发育育时期期叶面叶面积( (最大面最大面积的的%)%)总叶叶绿素含量素含量(mg/(mg/g gfwfw) )气孔相气孔相对开放度开放度(
6、%)(%)表表观光合速率光合速率( (molmol CO CO2 2/ /m m2 2s)s)A A新叶新叶展开前展开前1919- - -2.8-2.8B B新叶新叶展开中展开中87871.11.155551.61.6C C新叶展新叶展开完成开完成1001002.92.981812.72.7D D新叶已新叶已成熟成熟10010011.111.11001005.85.8(1)B(1)B的表的表观光合速率光合速率较低低, ,推推测原因可能是原因可能是:叶叶绿素含量低素含量低, ,导致光能吸收不足致光能吸收不足;, ,导致致。(2)(2)将将A A、D D分分别置于光温恒定的密置于光温恒定的密闭容器
7、中容器中, ,一段一段时间后后,A,A的叶的叶肉肉细胞中胞中, ,将开始将开始积累累;D;D的叶肉的叶肉细胞中胞中,ATP,ATP含含量将量将。(3)(3)与与A A相比相比,D,D合成生合成生长素的能力素的能力; ;与与C C相比相比,D,D的叶肉的叶肉细胞的叶胞的叶绿体中体中, ,数量明数量明显较多的多的结构是构是。(4)(4)叶片叶片发育育过程中程中, ,叶面叶面积逐逐渐增大增大, ,是是 的的结果果; ;D D的叶肉的叶肉细胞与表皮胞与表皮细胞的形胞的形态、结构和功能差异构和功能差异显著著, ,其根本其根本原因是原因是 。 【解析解析】(1)(1)影响光合速率的因素有外因影响光合速率的
8、因素有外因( (光照强度、温度、光照强度、温度、COCO2 2浓度等浓度等) )和内因和内因( (叶绿素的含量、酶等叶绿素的含量、酶等),),结合表格中的信息可知结合表格中的信息可知,B,B组叶绿素含量为组叶绿素含量为1.1 mg/1.1 mg/g gfwfw, ,叶绿素含量低叶绿素含量低, ,气孔开放程度气孔开放程度比较低比较低, ,仅为仅为55%,CO55%,CO2 2吸收量比较少吸收量比较少, ,导致光合速率较低。导致光合速率较低。(2)A(2)A叶片表观光合速率为叶片表观光合速率为-2.8mol CO-2.8mol CO2 2/m/m2 2s,s,即光合速率小即光合速率小于呼吸速率于呼
9、吸速率, ,且由于是密闭容器且由于是密闭容器, ,导致容器内氧气越来越少而进导致容器内氧气越来越少而进行无氧呼吸行无氧呼吸, ,产生酒精。产生酒精。D D叶片中叶片中, ,光合速率大于呼吸速率光合速率大于呼吸速率, ,且由且由于是密闭容器于是密闭容器, ,导致容器内二氧化碳越来越少导致容器内二氧化碳越来越少, ,碳反应减弱碳反应减弱, ,而而光反应不变光反应不变, ,导致导致ATPATP增多。增多。(3)(3)与成熟叶片相比与成熟叶片相比, ,幼嫩的叶是合成生长素的主要部位之一幼嫩的叶是合成生长素的主要部位之一; ;叶绿素分布在叶绿体中基粒的类囊体膜上叶绿素分布在叶绿体中基粒的类囊体膜上, ,
10、从表中信息可知从表中信息可知,D,D的叶肉细胞总叶绿素含量明显多于的叶肉细胞总叶绿素含量明显多于C C的的, ,因此因此D D的叶肉细胞的叶的叶肉细胞的叶绿体中绿体中, ,基粒明显较多。基粒明显较多。(4)(4)细胞分裂使细胞数目增多细胞分裂使细胞数目增多, ,导致叶面积增大导致叶面积增大; ;细胞分化的根细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。本原因是基因的选择性表达。答案答案: :(1)(1)气孔开放度比较低二氧化碳量供应不足气孔开放度比较低二氧化碳量供应不足(2)(2)酒精增多酒精增多(3)(3)低基粒低基粒(4)(4)细胞分裂基因的选择性表达细胞分裂基因的选择性表达 【考查角度考查角度2
11、 2】光合作用与光合作用与细胞呼吸相关的胞呼吸相关的实验装置的分析装置的分析 及及应用用实验题一直是高考的一直是高考的热点点, ,在在历年高考中年高考中对光合作用与光合作用与细胞呼胞呼吸的考吸的考查, ,常以常以实验为依托依托, ,如通如通过实验装置来装置来测定呼吸定呼吸强强度、度、光合作用光合作用强强度及度及细胞呼吸胞呼吸类型等。型等。将与光合作用和将与光合作用和细胞呼吸有关的胞呼吸有关的实验装置方面的装置方面的题分分类, ,在明在明确确实验原理的基原理的基础上上, ,分析相关物分析相关物质的的变化及各装置的具体作化及各装置的具体作用。用。 1.1.提供无氧提供无氧环境的境的实验装置装置(1
12、)(1)图1 1用凉开水隔用凉开水隔绝空气。空气。(2)(2)图2 2的丙用石蜡或油膜密封玻璃容器的丙用石蜡或油膜密封玻璃容器, ,隔隔绝液体与空气。液体与空气。2.2.与与COCO2 2相相对含量有关的含量有关的实验装置装置(1)(1)图3 3容器内的碳酸容器内的碳酸氢钠可放出可放出COCO2 2, ,保持容器内保持容器内COCO2 2浓度恒定度恒定, ,使使容器内的植物能容器内的植物能够长时间进行光合作用。行光合作用。(2)(2)图4 4在容器中加入在容器中加入NaOHNaOH溶液溶液, ,可以除去容器中的可以除去容器中的COCO2 2, ,减弱容器减弱容器中植物的光合作用中植物的光合作用
13、, ,或降低容器内的或降低容器内的压力力, ,引起引起细刻度管中液滴刻度管中液滴的移的移动。(3)(3)图5 5中中NaOHNaOH可以除去空气中的可以除去空气中的COCO2 2, ,澄清的石灰水能澄清的石灰水能够检验A A锥形瓶中的气体中是否存在形瓶中的气体中是否存在COCO2 2。【高考例高考例证2 2】(2011(2011山山东高考高考) )某某兴趣小趣小组在室温下在室温下进行了酵行了酵母菌母菌厌氧呼吸的探究氧呼吸的探究实验( (如如图) )。下列分析。下列分析错误的是的是( () )A.A.滴管中冒出气泡是反滴管中冒出气泡是反应产生生COCO2 2的的结果果B.B.试管中加水的主要目的
14、是制造无氧管中加水的主要目的是制造无氧环境境C.C.若若试管中的水管中的水换成冷水成冷水, ,气泡气泡释放速率减小放速率减小D.D.被分解的葡萄糖中的能量一部分被分解的葡萄糖中的能量一部分转移至移至ATP,ATP,其余的存留在其余的存留在酒精中酒精中【解析解析】选选D D。酵母菌厌氧呼吸的产物是酒精和。酵母菌厌氧呼吸的产物是酒精和COCO2 2, ,所以水中气所以水中气泡为泡为COCO2 2, ,故故A A项正确。试管中加水的目的是作为反应的介质和隔项正确。试管中加水的目的是作为反应的介质和隔绝空气绝空气, ,最主要的目的是制造无氧环境最主要的目的是制造无氧环境, ,故故B B项正确。若试管中
15、项正确。若试管中的水换成冷水的水换成冷水, ,温度下降温度下降, ,酶活性降低酶活性降低, ,反应速率减小反应速率减小, ,生生成的气泡减少成的气泡减少, ,故故C C项正确。被分解的葡萄糖中的能量主要以项正确。被分解的葡萄糖中的能量主要以热能的形式散失热能的形式散失, ,一部分转移至一部分转移至ATP,ATP,其余的存留在酒精中其余的存留在酒精中, ,故故D D项错误。项错误。1.1.如如图为植物光合作用植物光合作用强强度随度随光照光照强强度度变化的坐化的坐标图, ,下列叙下列叙述中不正确的是述中不正确的是( () )A.aA.a点叶肉点叶肉细胞胞产生生ATPATP的的细胞器只有胞器只有线粒
16、体粒体B.bB.b点植物光合作用点植物光合作用强强度与度与细胞呼吸胞呼吸强强度相等度相等C.C.已知某植物光合作用和已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分胞呼吸最适温度分别为2525和和30,30,如如图表示表示该植物植物处于于2525环境中境中, ,则将温度提高到将温度提高到3030时,a,a点上移点上移,b,b点左移点左移,d,d点下移点下移D.D.当植物缺当植物缺镁时,b,b点将向右移点将向右移【解析解析】选选C C。a a点时光照强度为零点时光照强度为零, ,叶肉细胞只进行细胞呼吸叶肉细胞只进行细胞呼吸, ,由线粒体产生由线粒体产生ATP;bATP;b点时植物释放点时植物释放O O2
17、2的量与吸收的量与吸收COCO2 2的量相等的量相等, ,光光合作用强度与细胞呼吸强度相等合作用强度与细胞呼吸强度相等; ;该植物所处的环境温度由该植物所处的环境温度由2525提高到提高到3030时时, ,细胞呼吸占优势细胞呼吸占优势, ,则则a a点上移点上移,b,b点右移点右移,d,d点点上移上移; ;镁是合成叶绿素的原料镁是合成叶绿素的原料, ,当植物缺镁时当植物缺镁时, ,光合作用相对较光合作用相对较弱弱, ,则则b b点将向右移。点将向右移。2.2.在外界在外界环境条件恒定境条件恒定时, ,用如用如图装置装置测定种子萌定种子萌发时的的细胞呼胞呼吸吸类型型( (假假设呼吸底物全部呼吸底
18、物全部为葡萄糖葡萄糖),),实验开始开始时关关闭两装置活两装置活塞塞, ,在在2525下下经过20 min20 min后后观察察红色液滴的移色液滴的移动情况情况, ,下列下列对实验结果的分析中果的分析中错误的是的是( () )A.A.若装置若装置1 1的的红色液滴左移色液滴左移, ,装置装置2 2的的红色液滴不移色液滴不移动, ,则说明此明此时萌萌发的种子只的种子只进行需氧呼吸行需氧呼吸B.B.若装置若装置1 1的的红色液滴左移色液滴左移, ,装置装置2 2的的红色液滴右移色液滴右移, ,则说明此明此时萌萌发的种子既的种子既进行需氧呼吸行需氧呼吸, ,又又进行行厌氧呼吸氧呼吸C.C.装置装置1
19、 1的的红色液滴向左移色液滴向左移动的体的体积是呼吸作用消耗是呼吸作用消耗O O2 2的体的体积D.D.装置装置2 2的的红色液滴向右移色液滴向右移动的体的体积是需氧呼吸是需氧呼吸释放放COCO2 2的体的体积【解析解析】选选D D。装置。装置1 1中中NaOHNaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的COCO2 2, ,因此红色液滴向左移动是由氧气的消耗使瓶内气压下降引因此红色液滴向左移动是由氧气的消耗使瓶内气压下降引起的起的, ,红色液滴向左移动的体积是呼吸作用消耗红色液滴向左移动的体积是呼吸作用消耗O O2 2的体积的体积; ;如果如果装置装置2 2中红色液滴不
20、移动中红色液滴不移动, ,说明细胞呼吸产生的说明细胞呼吸产生的COCO2 2的量与消耗的量与消耗O O2 2的量相等的量相等, ,则种子只进行需氧呼吸。如果装置则种子只进行需氧呼吸。如果装置2 2的红色液滴右移的红色液滴右移, ,说明此时厌氧呼吸产生的说明此时厌氧呼吸产生的COCO2 2使瓶内的气压升高使瓶内的气压升高, ,则此时种子既则此时种子既进行需氧呼吸进行需氧呼吸, ,又进行厌氧呼吸。需氧呼吸消耗又进行厌氧呼吸。需氧呼吸消耗O O2 2的体积等于释的体积等于释放放COCO2 2的体积的体积, ,厌氧呼吸只释放厌氧呼吸只释放COCO2 2不消耗不消耗O O2 2, ,装置装置2 2的红色
21、液滴向的红色液滴向右移动的体积是产生右移动的体积是产生COCO2 2的量与消耗的量与消耗O O2 2的量的差值。的量的差值。3.3.如如图甲曲甲曲线表示某植物在恒温表示某植物在恒温3030时光合速率与光照光合速率与光照强强度的度的关系关系, ,图乙是某同学乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素探究影响植物光合速率的因素”的的实验装置装置图。试回答回答: :(1)(1)图甲曲甲曲线中中, ,当光照当光照强强度度为X X时, ,叶肉叶肉细胞中胞中产生生ATPATP的的场所有所有 。(2)(2)图乙装置中隔在灯与乙装置中隔在灯与试管之管之间盛水玻璃柱的作用是盛水玻璃柱的作用是_。(3)(3)若若实验
22、中每隔中每隔5 min5 min改改变一次一次试管与玻璃柱之管与玻璃柱之间的距离的距离, ,随着随着距离的增加距离的增加, ,气泡气泡产生速率下降生速率下降, ,产生生这一一结果的可能原因是果的可能原因是: ; ; 。(4)(4)为了探究光照了探究光照强强度度对光合速率的影响光合速率的影响, ,利用利用图乙装置乙装置进行行实验的的设计思路是思路是: : 。【解析解析】(1)(1)甲图中当光照强度为甲图中当光照强度为X X时时, ,光合速率最快光合速率最快, ,叶肉细胞叶肉细胞既进行光合作用既进行光合作用, ,又进行细胞呼吸又进行细胞呼吸, ,所以产生所以产生ATPATP的场所是细胞的场所是细胞
23、溶胶、叶绿体、线粒体。溶胶、叶绿体、线粒体。(2)(2)图乙探究的是影响植物光合速率图乙探究的是影响植物光合速率的因素的因素, ,温度是本实验的无关变量温度是本实验的无关变量, ,所以盛水玻璃柱的作用是用所以盛水玻璃柱的作用是用来吸收灯光的热量来吸收灯光的热量, ,避免灯光对试管内水温的影响。避免灯光对试管内水温的影响。(3)(3)试管与试管与玻璃柱之间的距离增大玻璃柱之间的距离增大, ,光照强度减弱光照强度减弱, ,或者水中的或者水中的COCO2 2含量下降含量下降, ,使光合作用产生的使光合作用产生的O O2 2减少减少, ,气泡产生的速率下降。气泡产生的速率下降。(4)(4)设计光照设计
24、光照强度影响光合速率的实验强度影响光合速率的实验, ,要遵循单一变量原则、对照原则和要遵循单一变量原则、对照原则和等量原则等量原则, ,如多组相同装置作为对照等。如多组相同装置作为对照等。答案答案: :(1)(1)细胞溶胶、线粒体和叶绿体细胞溶胶、线粒体和叶绿体(2)(2)吸收灯光的热量吸收灯光的热量, ,避免灯光对试管内水温的影响避免灯光对试管内水温的影响(3)(3)光照强度减弱光照强度减弱, ,光合作用产生的光合作用产生的O O2 2减少减少水中水中COCO2 2含量逐渐下降含量逐渐下降, ,光合作用产生的光合作用产生的O O2 2减少减少(4)(4)用多组相同装置用多组相同装置, ,只更换大小不同的灯泡或只改变试管与光只更换大小不同的灯泡或只改变试管与光源之间的距离源之间的距离, ,进行对照实验进行对照实验
