【生物】2021届一轮复习人教版光合作用与细胞呼吸的综合应用教案

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第10讲　光合作用与细胞呼吸的综合应用 ‎[目标要求]　光合作用与细胞呼吸的综合应用。‎ ‎1．物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。‎ ‎2．生理过程及场所 序号 ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ ‎④‎ ‎⑤‎ 生理过程 光反应 暗反应 有氧呼吸第一阶段 有氧呼吸第二阶段 有氧呼吸第三阶段 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 考向一　光合作用与细胞呼吸基本过程的判断 光合作用与细胞呼吸中物质及能量的转化 ‎(1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向 C：CO2有机物丙酮酸CO2‎ H：H2O[H](CH2O)[H]H2O O：H2OO2H2OCO2有机物 ‎(2)光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路 比较项目 来源 去路 ‎[H]‎ 光合作用 产生于光反应中水的光解 用于暗反应中C3的还原 有氧呼吸 产生于第一、二阶段 消耗于第三阶段，与O2结合生成H2O ATP 光合作用 产生于光反应阶段，其中的能量来自光能 主要用于暗反应过程中C3的还原 有氧呼吸 三个阶段均能产生，但第三阶段相对较多 用于各项生命活动 ‎(3)光合作用与有氧呼吸中的能量转化 ‎1．(2019·徐州考前模拟)下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是(　　)‎ A．过程①、②、③不在生物膜上进行 B．参与过程②、③、⑤的酶种类不同 C．过程②、③、④、⑤都有ATP产生 D．过程③产生的[H]全部来自丙酮酸 答案　D 解析　过程①表示光合作用暗反应，发生的场所是叶绿体基质；②表示有氧呼吸的第一阶段，发生的场所是细胞质基质；③有氧呼吸第二阶段，发生的场所是线粒体基质，都不在生物膜上进行，A正确；②、③为有氧呼吸的过程，其催化酶都为呼吸酶，⑤为光合作用光反应过程，它们的酶种类不相同，B正确；过程②、③、④为有氧呼吸三个阶段，都有ATP产生，⑤为水的光解，有ATP产生，C正确； 过程③为有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应产生CO2和[H]，释放少量能量，产生的[H]部分来自丙酮酸，部分来自水，D错误。‎ ‎2．(2017·全国Ⅱ，29)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。‎ 据图回答下列问题：‎ ‎(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是____________、_____________、______________、________________，[H]代表的物质主要是____________________。‎ ‎(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。‎ ‎(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是________________________。‎ 答案　(1)O2　NADP＋　ADP和Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸 解析　(1)光合作用光反应阶段，水光解形成NADPH和O2，因此图中①是O2；②可形成NADPH，应为NADP＋；③可形成ATP，应为ADP和Pi；C3还原可形成有机物和C5，因此④表示C5。细胞呼吸过程中产生的[H]代表的物质是NADH(或还原型辅酶Ⅰ)。‎ ‎(2)图中A表示光反应阶段，B表示暗反应阶段，C代表细胞质基质(可发生有氧呼吸的第一阶段)，D代表线粒体(可发生有氧呼吸的第二阶段和第三阶段)，其中光反应阶段、有氧呼吸的三个阶段都能合成ATP，而暗反应阶段不但不能合成ATP还会消耗ATP。因此，ATP合成除发生在A过程，还发生在C和D。‎ ‎(3)植物叶肉细胞中，有氧条件下，丙酮酸进入线粒体最终分解形成二氧化碳和水；在缺氧条件下进行无氧呼吸，转化成酒精和二氧化碳。‎ 考向二　光合作用与细胞呼吸中的气体代谢分析 不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点 曲线 光合作用强度与细胞呼吸强度的关系 气体代谢特点 图示 A点 只进行细胞呼吸 吸收O2，释放CO2‎ AB段 细胞呼吸强度大于光合作用强度 吸收O2，释放CO2‎ B点 细胞呼吸强度等于光合作用强度 不与外界发生气体交换 B点后 光合作用强度大于细胞呼吸强度 吸收CO2，释放O2‎ ‎3．(2019·山西大学附中诊断)甲图表示植物叶片气体交换速率与光照强度变化的关系，乙图表示不同光照条件下叶片与外界净气体交换模式图，乙图各模式图与甲图中a、b、c、d、e点的对应关系是(　　)‎ A．②①④③⑤ B．④①②③⑤‎ C．⑤③④①② D．⑤③②①④‎ 答案　A 解析　分析题图：a点时，植物只进行细胞呼吸，因此吸收O2，释放CO2，对应乙图中②；b点时，植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且呼吸速率大于光合速率，所以此时细胞吸收O2，释放CO2，但量要比a点少，对应①；c点时，植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且呼吸速率等于光合速率，所以此时细胞不与外界进行气体交换，对应乙图中④；d点时，植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且呼吸速率小于光合速率，所以此时细胞需要从外界吸收CO2，释放O2，对应乙图中③；e点时，植物同时进行细胞呼吸和光合作用，且呼吸速率小于光合速率，光合速率达到最大值，所以此时细胞需要从外界吸收CO2，释放O2，比③多，对应乙图中⑤，故选A。‎ ‎4．下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，下列相关叙述正确的是(多选)(　　)‎ A．细胞①处于黑暗环境中，该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率 B．细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率 C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和 D．分析细胞④可得出，此时的光照强度较弱且N1小于M2‎ 答案　ABC 解析　结合图示可知，细胞①中仅线粒体中有气体的消耗和生成，故应处在黑暗环境中，此时细胞单位时间内释放的CO2量可表示呼吸速率，A项正确；细胞②没有与外界进行气体交换，可断定此时光合速率与呼吸速率相等，B项正确；细胞③需要从外界环境吸收CO2，并向细胞外释放O2，说明此时细胞所处环境的光照强度大于光补偿点，细胞所利用的CO2包括细胞呼吸产生的N2和从环境中吸收的N1，C项正确；细胞④中，线粒体利用的O2除来自叶绿体外，还要从细胞外吸收，说明此时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，O2的净消耗量(吸收量)M2与CO2的净生成量N1相等，D项错误。‎ ‎1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的曲线辨析 ‎(1)内在关系 ‎①细胞呼吸速率：植物非绿色组织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。‎ ‎②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。‎ ‎③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。‎ ‎(2)判定方法 ‎①根据坐标曲线判定 a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。‎ b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。‎ ‎②根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率 CO2‎ 释放量(黑暗)‎ 吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2‎ 吸收量(黑暗)‎ 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗)‎ 积累量 制造量、产生量 ‎2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动 ‎(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。‎ ‎(2)补偿点(B点)的移动 ‎①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。‎ ‎②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。‎ ‎(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时， C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。‎ ‎3．植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析 ‎(1)自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线 a点：凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。‎ b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。‎ bc段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。‎ c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。‎ ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。‎ 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，光合作用强度等于细胞呼吸强度。‎ ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。‎ fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。‎ bf段：制造有机物的时间段。‎ ce段：积累有机物的时间段。‎ 一昼夜有机物的积累量＝S1－(S2＋S3)(S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积)。‎ ‎(2)密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线 ‎(注意：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。)‎ AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。‎ BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。‎ CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。‎ D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。‎ DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。‎ H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。‎ HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。‎ I点低于A点：一昼夜后，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长(若I点高于A点，植物不能正常生长)。‎ 考向一　不同条件下光合作用和细胞呼吸速率曲线的分析 ‎5．(2019·福建厦门湖滨中学检测)某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合作用速率和细胞呼吸速率，绘制了甲、乙、丙、丁所示的四幅图。 除哪幅图外，其余三幅图中“a”点都可表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等(　　)‎ A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 答案　A 解析　图甲中a点的含义是光照下CO2的吸收量等于黑暗中的CO2释放量，表示净光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时光合作用速率是细胞呼吸速率的2倍，A错误；图乙中a、b点光合作用速率等于细胞呼吸速率，B正确；图丙中a点代表光合作用速率等于细胞呼吸速率，C正确；图丁中，a点二氧化碳的吸收量为0，说明此时的光合作用速率等于细胞呼吸速率，D正确。‎ ‎6．(2018·全国Ⅲ，29)回答下列问题：‎ ‎(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的__________。‎ ‎(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是______________________________________。‎ ‎(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。‎ 答案　(1)类囊体薄膜　蓝紫光和红光　(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　(3)低 解析　(1)高等植物进行光合作用捕获光能的物质是叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿体上的色素主要捕获红光和蓝紫光。‎ ‎(2)由图可知，当叶面积系数小于a 时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率都在增加；当叶面积系数大于b时，由于群体光合速率不变，而群体呼吸速率仍在增加，导致群体净光合速率降低，干物质积累速率下降。‎ ‎(3)由于阴生植物的呼吸作用强度小于阳生植物，即阴生植物通过呼吸作用放出的CO2比阳生植物少，因此阴生植物光合作用吸收CO2量与呼吸作用放出的CO2量相等时，需要的光照强度比阳生植物低。‎ ‎7．(2019·山东日照高三一模)将大豆幼苗放在密闭透明的容器内，在温度适宜的条件下，容器内CO2浓度的变化如下图所示。图中AB段为暗处理，B点开始给予一定强度的光照，请回答下列问题：‎ ‎(1)大豆幼苗细胞中能产生CO2的场所有____________________。‎ ‎(2)限制BC段光合速率的环境因素主要是__________。与B点相比，C点时叶肉细胞中有机物的含量________(填“高”“低”或“相等”)‎ ‎(3)在BC段，容器内CO2浓度的增加速率逐渐减慢，其主要原因是________________。‎ 答案　(1)细胞质基质和线粒体基质　(2)光照强度　低　(3)BC段光合速率不变但小于呼吸速率，使得容器内O2浓度降低，导致细胞呼吸速率减慢，使得容器内CO2浓度的增加速率逐渐减慢 解析　(1)该植物的叶肉细胞进行无氧呼吸和有氧呼吸的第二阶段都可以产生CO2，产生的场所有细胞质基质和线粒体基质。‎ ‎(2)BC段曲线处于上升阶段，此时限制光合作用的因素是光照强度。C点时，容器内的CO2浓度达到最高点，此时光合速率＝呼吸速率，BC段光合作用强度小于细胞呼吸强度，故C点时叶肉细胞中有机物的含量低。‎ ‎(3)在BC段，由于密闭装置中O2浓度降低，有氧呼吸减弱，导致细胞呼吸速率减慢，使得容器内CO2浓度的增加速率逐渐减慢。‎ 考向二　光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析 ‎8．(2020·青岛高三质检)如图是北方某干旱地区夏日晴朗天气，黄瓜叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线。请回答下列问题：‎ ‎(1)据图推测13：00时，________(填“增加”或“降低”)环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度，原因是__________________________________________________。‎ ‎(2)有同学认为，17：00～18：00胞间CO2浓度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你认为是否正确？________(填“是”或“否”)，理由是_________________________。‎ ‎(3)玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，保证暗反应顺利进行。在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高，除光照、温度等因素外，主要原因是__________________。‎ 答案　(1)增加　避免因气孔关闭导致胞间CO2浓度较低，进而影响暗反应速率　(2)否　由图中实验结果可知该时间段净光合速率大于零　(3)该类植物能利用较低浓度的CO2‎ 解析　(1)图中显示，13：00时黄瓜光合作用出现了“午休”现象，是气孔关闭导致CO2吸收不足，进而影响光合作用暗反应，因此适当增加环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度。(2)据图中实验结果可知，17：00～18：00之间黄瓜的净光合速率大于零，说明其光合速率大于呼吸速率。(3)根据题意分析可知，“玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞”，即玉米、甘蔗等植物能利用较低浓度的CO2，所以在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高。‎ 规律方法　提高大棚内农作物产量的途径 途径 具体方法和注意事项 延长光照时间 夜间适当补充光照：最好选择日光灯，时间不能太长，保证经济效益 增大光合面积 合理密植：要适度，避免相互遮光造成减产 间作、套种：要选择合适的两种作物，减少竞争导致的减产 提高光合作用强度 提高CO2浓度：如适当通风、焚烧秸秆、施用农家肥 合理施肥：如农家肥和化肥配合使用，还要避免施肥过度造成“烧苗”‎ 提高净光合作用速率 适当增大昼夜温差：白天适当升温，夜间适当降温，增加有机物的积累量 ‎1．绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。‎ ‎2．绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。‎ ‎3．真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：‎ ‎(1)光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。‎ ‎(2)光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。‎ ‎(3)光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。‎ ‎1．(2018·海南，4)高等植物细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是(　　)‎ A．光合作用中的光反应 B．光合作用中CO2的固定 C．葡萄糖分解产生丙酮酸 D．以DNA为模板合成RNA 答案　A 解析　高等植物细胞中，光合作用中的光反应只能发生在类囊体薄膜上，A正确；光合作用中CO2的固定发生在叶绿体基质中，B错误；葡萄糖分解产生丙酮酸发生在细胞质基质中，C错误；以DNA为模板合成RNA，即转录过程，发生在细胞核和叶绿体、线粒体基质中，D错误。‎ ‎2．(2017·北京，2)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如下图。据此，对该植物生理特性理解错误的是(　　)‎ A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高 B．净光合作用的最适温度约为25 ℃‎ C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大 D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃‎ 答案　D 解析　由图可知，呼吸作用的最适温度为50 ℃左右，光合作用的最适温度为30 ℃左右，A项正确；由题图可知，植物体净光合作用的最适温度约为25 ℃，B项正确；在0～25 ℃范围内，随温度升高，总光合速率曲线的上升幅度比呼吸速率曲线上升幅度大，说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的影响大，C项正确；由图可以看出，当温度超过45 ℃时，净光合速率小于0，植物不能正常生长，D项错误。‎ ‎3．(2017·海南，5)关于生物体内能量代谢的叙述，正确的是(　　)‎ A．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成 B．人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化 C．叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程 D．硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量 答案　C 解析　淀粉是在淀粉酶的作用下被水解成葡萄糖的，该过程没有ATP的生成，A项错误；人体大脑活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化，B项错误；暗反应产生葡萄糖的过程需要光反应提供的能量，C项正确；硝化细菌生成有机物的能量来自其将NH3和HNO2氧化的过程，D项错误。‎ ‎4．(2018·全国Ⅱ，30)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：‎ ‎(1)从图可知，A叶片是树冠______(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是______。‎ ‎(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。‎ ‎(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。‎ 答案　(1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗　(3)无水乙醇 解析　(1)根据题图中的曲线可知，A叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为1 200 μmol·m－2·s－1，B叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为2 000 μmol·m－2·s－1，即A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片，因此A叶片位于树冠下层。(2)当光照强度达到一定数值时，A叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，原因可能是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。‎