1、第2讲 光合作用和细胞呼吸,【基础回顾】 一、有氧呼吸与无氧呼吸 1.有氧呼吸过程,细胞质基质,C6H12O6 酶 丙酮酸+H,少量,线粒体基质,线粒体内膜,少量,大量,丙酮酸+H2O 酶 CO2 +H,H+O2 酶 H2O,2.呼吸方式判别 (1)根据原料判断： 消耗O2_呼吸 (2)根据产物判断： 有H2O生成_呼吸无CO2产生只进行_呼吸(产物为_)CO2产生量O2消耗量只进行_呼吸CO2产生量O2消耗量既进行_呼吸，又进行_呼吸,有氧,有氧,是否 产生CO2,有CO2 生成,无氧,乳酸,有氧,有氧,无氧,产生 酒精量CO2量进行_呼吸酒精 酒精量CO2量既进行_呼吸，又进行_呼吸 产生
2、 产生乳酸不产生CO2只进行无氧呼吸乳酸 产生乳酸和CO2既进行_呼吸，又进行_呼吸,无氧,有氧,无氧,无氧,有氧,二、光合作用 1.填出叶绿体的结构名称,外膜,基粒,基质,内膜,2.光合作用的过程,叶绿体类囊体膜,H+O2,ATP,活跃的化学能,叶绿体基质,(CH2O),C3,ADP+Pi+能量,稳定,【易错判断】 1.(2012福建T1D) 叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。 ( ) 【提示】叶片黄化，说明叶片缺少叶绿素，叶绿素主要吸收红 光和蓝紫光，剩下的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此叶片黄 化，叶绿体对红光的吸收减少。 2.(2012全国卷T2B)叶绿体在光下和黑暗中均能合成ATP。
3、( ) 【提示】在光合作用的光反应阶段产生ATP，暗反应阶段消耗 ATP，叶绿体合成ATP需要光。,3.(2011海南T12D)红枫液泡中色素吸收的光能用于光合作 用。( ) 【提示】液泡中的色素不能吸收光能用于光合作用，吸收光能 用于光合作用的色素只能是位于叶绿体的类囊体薄膜上的色 素。 4.(2010新课标全国卷T2B)有氧呼吸产生的H在线粒体基 质中与氧结合生成水。( ) 【提示】有氧呼吸前两个阶段产生的H在线粒体内膜上与 氧结合生成水。,5.(2011海南T3C)破伤风杆菌在有氧条件下能大量繁殖。 ( ) 【提示】破伤风杆菌属于厌氧菌，在有氧条件下，其繁殖受抑 制。 6.(2011浙江
4、T1C)与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主 要原因是光照时间缩短。( ) 【提示】植物在冬季光合速率低的主要原因是光照强度弱，气 温低。,7.(2011新课标全国卷T3B)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养 一段时间后，光反应强度和暗反应强度都降低。( ) 【提示】由于叶绿素的合成需要镁元素，故在缺镁的培养液中 番茄幼苗叶绿素合成受影响，所以光反应强度降低，导致 H和ATP含量下降，进而使暗反应强度也跟着降低。 8.(2010北京T2B)乳酸菌在细胞质基质中产生乳酸。( ) 【提示】乳酸菌进行无氧呼吸，在细胞质基质中产生乳酸。,9.(2010海南T4A)光反应为暗反应提供的物质是H和H2O。 (
5、) 【提示】光反应产生ATP，为暗反应提供能量；合成H，为 暗反应提供还原剂。 10.(2010天津T1A)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别 是叶绿体基质和线粒体内膜。( ) 【提示】CO2的固定发生在暗反应阶段，场所为叶绿体基质;CO2 的产生发生在有氧呼吸的第二阶段，场所为线粒体基质。,【核心自查】 1.光合作用和细胞呼吸中的物质循环和能量流动,(1)H的来源及去路分析：,(2)C和O的转化： C的转移途径：O的转移途径：,(3)ATP的来源及去路分析：,(4)光合作用和细胞呼吸中的能量流动：,2.影响光合作用的因素 (1)光照强度： 原理：影响光反应阶段ATP及H的产生，进而影响
6、暗反应。 图像：欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点。,应用：延长光合作用时间。通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间。,(2)二氧化碳浓度： 原理：影响暗反应阶段，影响C3生成。 图像：大气中CO2浓度过低时(OA段)，植物无法进行光合作用。 应用：大田中增加空气流动，以增加CO2浓度；温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度。,(3)温度： 原理：通过影响酶活性进而影响光合作用(主要影响暗反应)。 图像：应用：大田中适时播种；温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累。,(4)必需矿质元素： 原理：通过影响参与合成与光合作用相关的化合物，对光合作用造成直接或间接影响，
7、如K+可影响光合产物的运输和积累。 图像：,应用：合理施肥促进叶面积增大，提高酶合成速率，增加光合作用速率。施用有机肥，微生物分解后既可补充CO2又可提供各种矿质元素。,3.影响因素骤变时物质的量的变化,4.光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下气体变化规律 (1)黑暗状态时，植物只进行细胞呼吸，不进行光合作用。 此状态下，植物从外界吸收O2，并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外，如图甲所示。,(2)弱光情况下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸。 细胞呼吸速率大于光合作用速率时，此状态下，植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同。但吸收O2量与放出CO2量相比较少(如图乙)。细胞呼吸相对强度可用如下三种方式
8、表示： a.用CO2释放量表示：N1=N2-N； b.用O2吸收量表示：m2=m1-m； c.用植物干重(有机物)减少量表示。,细胞呼吸速率等于光合作用速率时，植物与外界不进行气体交换，即没有O2和CO2的吸收与释放(如图丙)。此时表现为呼吸速率或光合速率等于0。,(3)较强光照时，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，且光合作用速率大于细胞呼吸速率 气体代谢特点(如图丁)： 植物光合作用所利用的CO2(用N表示) 除来自植物自身细胞呼吸(N2)之外， 不足部分来自外界(N1)；植物 光合作用产生的氧气(m)除用于 自身细胞呼吸(m1)之外，其余氧气释放到周围环境中(m2)。分析图可知：N=N1+N
9、2，m=m1+m2。,光合作用相对强度的表示方法： 用O2释放量(或容器中O2的增加量)表示：m2=m-m1； 用CO2吸收量(或容器中CO2的减少量)表示：N1=N-N2；用植物干重(有机物)的增加量表示。,5.光合作用与细胞呼吸的相关测定 (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表观光合速率和真正光合速率。,(2)表观光合速率与真正光合速率的辨别： 在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量，称为表观光合速率，而植物真正光合速率
10、=表观光合速率+呼吸速率。如图所示：,(3)表观光合速率与真正光合速率的判定： 若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则为表观光合速率，若是负值则为真正(实际)光合速率。 若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为表观光合速率。 有机物积累量一般为表观光合速率，制造量一般为真正(实际)光合速率。,(4)呼吸速率： 将植物置于黑暗中，实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。 (5)有机物积累量的表示方法： 一昼夜有机物的积累量(用CO2的量表示)可用下式表示： 积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸释放的CO2量。,(6)表观(净)光合速率的测定方
11、法(如图)： NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。 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 右移的体积即是表观(净)光合 速率。 条件：整个装置必须置于光下。,【热点考向1】 细胞呼吸 高考频次3年23考 预测指数 【典题训练1】(2011海南高考)细胞内糖分解代谢过程如图，下列叙述错误的是( ),A.植物细胞能进行过程和或过程和 B.真核细胞的细胞质基质中能进行过程和 C.动物细胞内，过程比过程释放的能量多 D.乳酸菌细胞内，过程产生H，过程消耗H,【解题指导
12、】解答本题的突破点是根据各阶段的产物判断分别属于细胞呼吸的哪个阶段。 【解析】选B。分析图解可知，过程为细胞呼吸的第一阶段，过程属于无氧呼吸的第二阶段，过程指有氧呼吸的第二、三阶段，发生在线粒体中。有些植物无氧呼吸产物是酒精和二氧化碳，有些植物无氧呼吸产物是乳酸。过程比过程释放的能量多。乳酸菌只能进行无氧呼吸，在第一阶段产生丙酮酸和H，第二阶段消耗H，因此过程产生H，过程消耗H。,【思维拓展】 (1)为什么不同生物无氧呼吸的产物不同？ 提示：主要是因为细胞中所含的酶不同。动物和人无氧呼吸的产物是乳酸。 (2)陆生植物的根部如果较长时间遭受水淹，则会通过图中哪些过程产能？ 提示：通常陆生植物根部
13、长时间遭受水淹会通过、过程完成呼吸，在这两个过程中能释放较少能量。,【归纳总结】 有氧呼吸与无氧呼吸过程的比较,【热点考向2】 光合作用 高考频次3年26考 预测指数 角度一：提取和分离叶绿体中的色素 【典题训练2】(2012上海高考)如图表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为( )A.红色 B.黄色 C.绿色 D.紫色,【解题指导】解答本题时需根据色素带与点样处距离判断四种色素的名称；然后明确叶片颜色与叶绿素和类胡萝卜素之间的比例关系。 【解析】选B。叶绿体色素提取分离实验中，在滤纸条上，从上往下(距离点样处由远到近)的色素依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素
14、a、叶绿素b。而从图可看出，胡萝卜素、叶黄素含量明显高于叶绿素a、叶绿素b，故叶片呈黄色，B正确。,【思维拓展】 (1)色素带中的四种色素主要吸收什么光？ 提示：叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 (2)色素提取和分离的原理分别是什么？ 提示：提取原理：色素能溶解在有机溶剂(如丙酮)中； 分离原理：色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快。,【归纳总结】 (1)实验中几种化学物质的作用： 丙酮作为提取液，可溶解绿叶中的色素。 层析液用于分离色素。 二氧化硅(石英砂)破坏细胞结构，有助于研磨充分。 碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。,(
15、2)纸层析结果分析：,色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。 色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越大。 相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。 色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b比叶黄素稍宽。,角度二：光合作用与细胞呼吸的关系 【典题训练3】(2012山东高考)夏季晴朗的一天，甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是( ) A.甲植株在a点开始进行光合作用 B.乙植株在e点有机物积累量最多 C.曲线bc段和de段
16、下降的原 因相同 D.两曲线bd段不同的原因可能 是甲植株气孔无法关闭,【解题指导】解答本题需注意： (1)曲线与横坐标的交点表示光合作用速率等于呼吸作用速率； (2)明确bc段下降的原因是光合作用的原料CO2减少。 【解析】选D。A错误，分析图示可知，这一天的6：00时(甲曲线的a点)和18：00时左右，甲、乙两植物光合作用吸收CO2的速率和呼吸作用释放CO2的速率相等。在6：00之前，甲、乙两植物的光合作用已经开始，但光合作用比细胞呼吸弱；B错误，,在18时后，甲、乙两植物的光合作用速率开始小于细胞呼吸速率，有机物的积累量最多的时刻应为18：00，e点时有机物的积累量已经减少；C错误，图示
17、曲线的bc段下降的主要原因是气孔部分关闭导致叶内二氧化碳浓度降低，de段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生H和ATP的速率减慢。这两段下降的原因不相同；D正确，bd段，乙曲线的变化为植物的“午休现象”，是气孔部分关闭导致了叶内二氧化碳浓度降低，甲植物可能不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小或气孔无法关闭。,【思维拓展】 请用坐标图描绘在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化。 提示：如图所示：,分析：CO2的含量最高点为c点，CO2的含量最低点为e点。 经过一昼夜如果NM，则植物体内的有机物总量不变；NM，则植物体内的有机物总量增加；NM，则植物体内的有机物总量减少。,【归纳总结】 曲线分
18、析植物光合作用与呼吸作用的关系 (1)夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图剖析(如图)：,a点：凌晨3时4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少； b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用； bc段：光合作用小于呼吸作用； c点：上午7时左右，光合作用等于呼吸作用； ce段：光合作用大于呼吸作用； d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休现象”； e点：下午6时左右，光合作用等于呼吸作用； ef段：光合作用小于呼吸作用； fg段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。,(2)有关有机物情况的分析(如图)：ce段：积累有机物时间段； bf段：制造有机物时间段； e点：一天中有机物积
19、累量最多的时间点； Sp-SM-SN：一昼夜有机物的积累量。,1.(数据计算题)(多选)(2011江苏高考)某种铁线莲的根茎可作中药，有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是( ),A.适当的遮光处理,可提高其干重 B.叶绿素含量与净光合速率呈正相关 C.叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标 D.遮光90%时,铁线莲不进行光合作用,【题型分析】在近几年的高考试题中，有关光合作用和呼吸作用生成物的计算题频频出现，主要涉及有氧呼吸和无氧呼吸的混合计算、光合作用速率和呼吸作用速率的综合计算等。命题的趋势是：常与图表或实验结合，通过计算说明或解释相关问题，如20
20、11江苏T23、2012广东T26、2012全国课标卷 T29等。解答有关有氧呼吸及无氧呼吸的混合计算题的关键是，根据题意和有氧呼吸、无氧呼吸的反应式，确定无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量。解答有关光合作用速率和呼吸作用速率的综合计算题的关键是理解总光合量、净光合量、呼吸量之间的关系。,【解析】选A、C。以遮光比例为0作为参照，分析植株干重一栏，发现遮光比例为10%、30%时，干重有所增大，A正确；查阅表中叶绿素含量和净光合速率两栏的数据进行对比分析，显然二者并非呈正相关，B错误；表中叶绿素a/b与净光合速率的数据之间呈现较为一致的对应性，因此可以作为判断指标，C正确；遮光90%时，表中的净光
21、合速率为0，即铁线莲的光合速率等于其呼吸速率，因此进行了光合作用，D错误。,2.(过程分析题)(2012临沂质检)如图是H随化合物在生物体内转移的过程，下列分析中正确的是( )A.产生的H可在过程中将五碳化合物还原 B.H经转移到水中，其过程需CO2参与 C.能形成ATP的过程有 D.晴天时小麦过程比在阴雨天时旺盛,【题型分析】本题型往往综合了光合作用、有氧呼吸、无氧呼吸等过程，要求对各过程进行评价和分析，如2012上海T25、 2011海南T4、2010全国课标卷T4等题。解答本类试题要对光合作用和呼吸作用的过程有彻底、全面的掌握，要以光反应和暗反应的物质变化和能量变化为主线，特别注意光合作
22、用与呼吸作用联系。,【解析】选D。过程是光反应中水的光解，产生的H用于过程(暗反应)中的C3的还原，A错误。过程是有氧呼吸的第三阶段，H与O2结合生成水，本过程无需CO2参与，B错误。光合作用中的光反应()、有氧呼吸(+)、无氧呼吸第一阶段()均可产生ATP，图中的其他过程不能产生ATP，C错误。,3.(图表剖析题)(2012海淀模拟)如图为某植物在适宜的自然条件下，CO2吸收速率与光照强度的关系曲线。下列分析判断不正确的是( )A.若温度降低，a点上移 B.若植物缺Mg，b点左移 C.若CO2升高，c点右移 D.若水分不足，c点左移,【题型分析】本类题型包括叶绿体、线粒体的结构图、光合作用和
23、呼吸作用过程图、吸收光谱图、影响光合作用和呼吸作用的环境因素相关曲线等，这是高考出现频率极高的题型之一。如2012江苏T23、2012山东T2、2012天津T5、2012安徽T29、2012海南T26、2012全国新课标卷T29等。解答本类题目时应明确以下几点：,(1)仔细研读题目，获取有效信息，挖掘隐含条件。 (2)认真识图并将其与所学光合作用过程图相比较，找出异同点。 (3)细读设问，明确解决问题的切入点。 (4)运用所学知识和题干获取有效信息进行综合分析，并斟酌选择最合适的生物学术语规范解答。,【解析】选B。本题考查了光合作用的多因子影响因素。A项，a点表示呼吸作用强度，温度降低，呼吸作
24、用强度下降，a点上移。B项，植物缺镁时，体内色素含量下降，相同光照强度下光合作用减弱，故植物缺镁时光合作用和呼吸作用相等时所对应的光照强度应更高，即b点右移。C项，植物达到光饱和点时光合作用的主要限制因素是外界二氧化碳浓度，此时二氧化碳浓度提高，可以增大光饱和点。D项，若水分不足，光饱和点左移。,4.(实验探究题)(2012唐山模拟)某生物兴趣小组利用如图装置(若干个)开展了有关光合作用和细胞呼吸的实验研究，实验开始时打开活塞开关，使水柱液面平齐，然后关闭活塞开关，8小时后，观察记录实验数据如下表。,2.光合作用的过程,请根据以上图表回答下列问题： (1)上表探究性实验课题中的自变量是_。研究
25、不同植物的光合作用，最好选择的容器标号是_。 (2)若容器1的烧杯中加入的是CO2的缓冲液，U型管左侧液面的变化是_(填上升或下降)，植物的净光合作用速率是_mL/h。为了更准确的测定，应对实验结果进行校正(排除非生物因素对实验结果的影响)，如果校正装置的实验结果是左侧液面比右侧液面低，则校正之后的净光合速率比原来_(大或小)。 (3)利用图示装置测量天竺葵植株的呼吸速率，实验思路是_。,【题型分析】本类题型是高考出现频率极高的题型之一。本部分内容的实验包括探究细胞呼吸的方式、绿叶中色素的提取和分离及“光合作用的发现”中涉及的经典实验。实验设计题包括探究或验证光合作用原料、产物、条件、环境因素
26、的影响、光合作用与呼吸作用的关系等。如2012重庆T30 、2012浙江T30、2012全国大纲卷T31、2012江苏T33、2012江苏T27、2012海南T26、2012福建T26、2012安徽T29等题。解答本类题目，要明确验证光合作用和呼吸作用产生或释放的气体、定量测定光合作用和呼吸作用强度、呼吸商(呼吸作用放出的CO2量/呼吸作用吸收的O2量)测定的方法(酸碱指示剂法和观叶片沉浮法、半叶法和黑白瓶法等)。,【解析】(1)表中实验课题的自变量有两个，植物的种类和光质。研究不同植物的光合作用，根据单一变量原则，自变量为植物的种类，其他条件均适宜。红光更有利于植物的光合作用，所以最好选择的
27、容器标号为1和3。,(2)若容器1的烧杯中加入的是CO2的缓冲液，装置内不断产生氧气，会使U型管左侧液面上升。由表中容器1两侧液柱高度差为240 mL/8 h可知，每小时液柱差高度变化为30 mL。因为原来两液面高度相同，所以每小时氧气变化量为15 mL/h，此即净光合作用速率。如果校正装置的实验结果是左侧液面比右侧液面低，说明实验受温度、大气压的影响，原装置气体体积减小，则容器1校正之后的净光合速率比原来大。,(3)要测量天竺葵植株的呼吸速率，必须避免光合作用的发生，要对装置进行遮光处理。又因为呼吸作用中吸收氧气和放出二氧化碳的量相等，烧杯中盛放氢氧化钠溶液，吸收掉二氧化碳，则装置中氧气的变化量即为植物的呼吸速率。,答案：(1)植物的种类和光质 1和3 (2)上升 15 大 (3)对装置进行遮光处理，烧杯中盛放氢氧化钠溶液(或能吸收CO2的液体)，测量单位时间内水柱移动的距离。,
