2021版高考生物一轮复习第5章细胞的能量供应和利用4能量之源__光与光合作用教案新人教版必修1 19页

- 1 - 能量之源——光与光合作用 考点一 光合作用的过程 1.光反应和暗反应的过程图解： 2.光反应与暗反应的区别与联系： 阶段光反应 暗反应 场所叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 物质 变化 ①水的光解： H2O [H]+O2 ②ATP 的合成： ADP+Pi ATP ①CO2 的固定： CO2+C5 2C3 ②C3 的还原：2C3 (CH2O)+C5 能量 转化 光能→ATP 中活跃的化学能 ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供[H]和 ATP，暗反应为光反应提供 ADP 和 Pi、NADP+ 3.利用同位素标记法判断光合作用 C、H、O 的转移途径： (1)H：3H2O [3H] (C3H2O)。 (2)C：14CO2 14C3 (14CH2O)。 (3)O： O 18O2；C18O2 C3 (CH18 2O)。 4.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析： (1)分析方法：需要从物质的生成和消耗两个方向综合分析。 示例：CO2 供应正常、光照停止时，C3 的含量变化情况： - 2 - (2)结果： 变化条件 C3 C5 [H]和 ATP (CH2O) CO2 供 应不变 光照 强→弱 增加 减少 减少 减少 光照 弱→强 减少 增加 增加 增加 光照 不变 CO2 充 足→不足 减少 增加 增加 减少 CO2 不 足→充足 增加 减少 减少 增加 【高考警示】 光合作用过程的三点提醒 (1)光反应阶段产生的[H]既可作还原剂，又可提供能量；ATP 不仅用于暗反应阶段 C3 的还原， 还用于叶绿体中蛋白质、核酸的合成。 (2)色素吸收光能不需要酶，但把光能转化为化学能需要酶。光反应和暗反应过程均需要酶的 催化。 (3)光反应在光照条件下才能进行；暗反应不需要光，但在光下可以进行。若植物长期处于黑 暗中，由于缺乏光反应产生的[H]和 ATP，则暗反应不能进行。 【典例】(2019·江苏高考)叶绿体中催化 CO2 固定的酶 R 由叶绿体 DNA 编码的大亚基和细胞核 DNA 编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。请回答下列问题： - 3 - (1)合成酶 R 时，细胞核 DNA 编码小亚基的遗传信息___________到 RNA 上，RNA 进入细胞质基 质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的 RNA 中，种类最多的是 ___________。 (2)进行光合作用时，组装完成的酶 R 需 ATP 参与激活，光能转化为 ATP 中的化学能是在 ___________(填场所)上完成的。活化的酶 R 催化 CO2 固定产生 C3 化合物(C3-Ⅰ)，C3-Ⅰ还原为 三碳糖(C3-Ⅱ)，这一步骤需要________作为还原剂。在叶绿体中 C3-Ⅱ除了进一步合成淀粉外， 还必须合成化合物 X 以维持卡尔文循环，X 为_______________。 (3)作为光合作用的重要成分，X 在叶绿体中的浓度受多种因素调控，下列环境条件和物质代 谢过程，与 X 浓度相关的有___________(填序号)。 ①外界环境的 CO2 浓度 ②叶绿体接受的光照强度 ③受磷酸根离子浓度调节的 C3-Ⅱ输出速度 ④酶 R 催化 X 与 O2 结合产生 C2 化合物的强度 (4)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以 大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体___________。 【解析】(1)据图分析可知，细胞核 DNA 编码小亚基的遗传信息转录到 RNA 上，再通过核糖体 上的翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基的 DNA，经过转录和翻译，形成大亚基，在此过程中 需要一种 mRNA，多种 tRNA，故需要 RNA 种类最多的是 tRNA。 (2)ATP 是在光合作用光反应阶段合成的，场所是在叶绿体的类囊体薄膜。活化的酶 R 催化 CO2 固定产生 C3 化合物(C3-Ⅰ)，C3-Ⅰ被还原为三碳糖(C3-Ⅱ)，这一步骤需要[H]作为还原剂。从 图中分析，C3 化合物还原的产物除了 C3-Ⅱ还有 C5，X 为 C5。 (3)外界环境的 CO2 浓度，直接影响 CO2 的固定，间接影响 C3 的还原，进而影响 C5 的浓度，故 ①符合题意；叶绿体接受的光照强度，直接影响光反应产生的[H]和 ATP，间接影响 C3 的还原， 进而影响 C5 的浓度，故②符合题意；磷酸根离子浓度直接影响 C3-Ⅱ输出速度，进而影响 C5 - 4 - 的浓度，故③符合题意；酶 R 能催化 X 与 O2 结合产生 C2 化合物，这种结合的强度会影响 X 的 浓度，故④符合题意。 (4)光合作用合成的糖类，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。 答案：(1)转录 tRNA (2)类囊体 [H] C5(五碳化合物) (3)①②③④ (4)吸水涨破 (1)结合上题图示分析突然停止 CO2 的供应，短时间内叶绿体中[H]含量会怎样变化？ 提示：突然停止供给 CO2，暗反应受到抑制，[H]的消耗速率下降，但合成速率暂时不变，[H] 含量增多。 (2)上题图中淀粉是该植物光合作用产生的有机物，此外还有其他有机物吗？ 提示：光合作用产生的有机物主要是糖类(淀粉等)，也可合成蛋白质、脂质等有机物。 (3)如何证明上题图中淀粉中的碳来源于 CO2？ 提示：用 14C 标记 CO2 中的 C，若淀粉中含有 14C，则证明淀粉中的碳来源于 CO2。 (2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为 20 g 的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植 株达到 40 g，其增加的质量来自 ( ) A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水 C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气 【解析】选 A。植物生长过程中增重主要通过光合作用制造有机物，其主要过程是利用光能， 将 CO2 和水合成储存能量的有机物，其中 CO2 来自空气。另外，植物体内蛋白质、核酸等有机 物的合成还需要矿质元素，故 A 项正确。 【加固训练】 1.(2019·新乡模拟)绿色植物在进行光合作用时以 H2O 为供氢体，而光合细菌以 H2S 为供氢体 进行光合作用。以下有关光合细菌的说法合理的是 ( ) A.没有成形的细胞核，拟核中分布着多条线状 DNA B.以 H2S 为供氢体进行光合作用时，无法产生 O2 C.利用 H2S 作为原料，其光合作用的产物不可能是糖类 D.生存需要光照条件，体内的叶绿体是光合作用的场所 【解析】选 B。绿色植物以 H2O 为供氢体进行光合作用时能产生 O2，而光合细菌以 H2S 为供氢 体进行光合作用时无法产生 O2，B 合理。细菌属于原核生物，其没有叶绿体，拟核中分布着一 个大型环状 DNA 分子，以 H2S 作为原料时，其光合产物仍可能是糖类，A、C、D 不合理。 - 5 - 2.下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将 c 降低至极低水平(其他 条件不变)，则 a、b 在叶绿体中含量的变化将会是 ( ) A.a 上升、b 下降 B.a、b 都上升 C.a、b 都下降 D.a 下降、b 上升 【解析】选 B。由图解分析，c 是 CO2，a 和 b 分别是[H]、ATP，若在其他条件不变的情况下， 将 c 降低至极低水平，CO2 的固定减弱，C3 还原减慢，消耗[H]和 ATP 减少，则 a、b 在叶绿体 中含量将会都上升。 【方法技巧】细胞中 C3 和 C5 含量变化的判断技巧 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示 CO2 的固定，Ⅲ表示 C3 的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然 发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： (1)CO2 供应不变，光照条件突然发生变化，可以分为两种情况： 光照 C3 含量变化 C5 含量变化 减弱 Ⅰ过程减弱→[H]和 ATP 合成减少→Ⅲ过程减弱、 Ⅱ过程暂时不变→C3 消耗 减少、合成暂时不变→C3 含量增加 Ⅰ过程减弱→[H]和 ATP 合成减少→Ⅲ过程减弱、Ⅱ过程暂时 不变→C5 消耗暂时不变、合成减少→C5 含量减少 增强 与上述分析相反，结果是 C3 含量减少，C5 含量增加 (2)光照条件不变，CO2 供应突然发生变化，可以分为两种情况： CO2 供应 C3 含量变化 C5 含量变化 减少 Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变 →C3 合成减少、消耗暂时不变→ Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C5 消耗减少、合成暂 时不变→C5 含量增加 - 6 - C3 含量减少 增加 与上述分析相反，结果是 C3 含量增加，C5 含量减少 考点二 影响光合作用的因素及应用 1.单因子变量对光合作用的影响： (1)光照强度。 ①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，光反应速度加 快，产生的[H]和 ATP 多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。 ②曲线分析： A 点 光照强度为 0，此时只进行细胞呼吸，CO2 释放量表示此时的细胞呼吸强度 AB 段 光照强度加强，光合速率逐渐加强，但细胞呼吸强度大于光合作用强度 B 点 光补偿点，此时光合作用强度=细胞呼吸强度，细胞呼吸释放的 CO2 全部用于光合 作用 BC 段 随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，光合作用强度大于细胞呼吸强 度 C'点 光饱和点，继续增加光照强度，光合作用强度不再增加 ③应用。 a.温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 b.阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。 (2)CO2 浓度。 ①原理：影响暗反应阶段，制约 C3 的形成。 ②曲线分析： - 7 - A 点 光合速率等于细胞呼吸速率时的 CO2 浓度，即 CO2 补偿点 A'点 进行光合作用所需 CO2 的最低浓度 B 和 B'点 CO2 饱和点，继续增加 CO2 的浓度，光合速率不再增加 AB 对应曲线段和 A'B'对应曲线段 在一定范围内，光合速率随 CO2 浓度增加而增大 ③应用。 a.大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。 b.温室内可适当补充 CO2，即适当提高 CO2 浓度可提高农作物产量。 (3)温度。 ①原理：通过影响酶的活性来影响光合作用。 ②曲线分析： AB 段在 B 点之前，随着温度升高，光合速率增大 B 点 酶的最适温度，光合速率最大 BC 段 随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零 ③应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温 室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 (4)水分。 ①原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使 光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响 CO2 进入植物体内。 ②曲线分析： - 8 - a.图 1 表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。 b.图 2 曲线 E 处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影 响了 CO2 的供应。 (5)矿质元素。 在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合速率，但当超过一定浓度后，会 因土壤溶液浓度过高，植物吸水困难甚至失水而导致植物光合速率下降。 2.多因子变量对光合作用的影响： (1)曲线分析： P 点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提 高。 Q 点：横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，影响因子主要为各曲线所表示的因 子。 (2)应用。 温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速 率，也可同时充入适量的 CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，要适当提高光照强度和 CO2 浓度以提高光合速率。 (3)影响光合作用多因子变量的分析方法。 ①分解思想：将多因子变量转化为多个单因子变量，如上图可以分解为光照强度影响光合作 用，温度或 CO2 影响光合作用。 - 9 - ②联系观点：找出多个因素影响的共同点，如上图中的 P 点，温度、光照强度和 CO2 浓度都比 较低时，光合速率都比较低，说明此时光合作用较弱。 ③综合分析：各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合作用。但各种 因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时， 应抓关键因子。 【典例】(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理， 该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下 列问题。 (1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________________。 (2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会___________，出现这种变化的主要 原因是___________________。 (3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA 引起的。请以 该种植物的 ABA 缺失突变体(不能合成 ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要 写出实验思路和预期结果。 【解题指南】 (1)关键信息：干旱处理会导致植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高， 叶片气孔开度减小。 (2)必备知识：植物细胞中溶质浓度越大，细胞吸水能力越强；对照实验需要设置单一变量。 【解析】本题考查植物的吸水和失水、光合作用的影响因素及实验设计的相关知识。 (1)经干旱处理后，根细胞的溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子吸引力增大，植物根细胞 的吸水能力增强。 (2)根据题干条件可知，干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，导致叶片细胞吸收 CO2 减少， 暗反应减弱，因此光合速率会下降。 (3)分析题意可知，实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA 引起的，所以实验应分为两部分：①证明干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的； ②证明干旱条件下植物气孔开度减小是由 ABA 引起的。该实验材料为 ABA 缺失突变体(不能合 成 ABA)植株，自变量应分别为正常条件和缺水环境、植物体中 ABA 的有无，因变量均为气孔 开度变化，据此设计实验。 - 10 - ①取 ABA 缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预 期结果是干旱处理前后气孔开度不变，可说明缺水环境不影响 ABA 缺失突变体植株气孔开度 变化，即干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的。 ②将上述干旱处理的 ABA 缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行 ABA 处理，另 一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是 ABA 处理组气孔开度 减小，对照组气孔开度不变，可说明干旱条件下植物气孔开度减小是由 ABA 引起的。 答案：(1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的 CO2 减少 (3)取 ABA 缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预 期结果是干旱处理前后气孔开度不变。 将上述干旱处理的 ABA 缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行 ABA 处理，另一 组作为对照，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是 ABA 处理组气孔开度减小， 对照组气孔开度不变。 (1)光下该植物产生 ATP 的细胞器有线粒体、叶绿体，若此时环境中的 CO2 浓度降低，该植物 体内 C3 和 C5 含量变化分别是减少和增加。 (2)若将某植物长期置于适宜光照和温度条件下的一个密闭容器内，那么该植物不能(填“能” 或“不能”)正常生长，原因是该植物在适宜光照和温度条件下，光合作用大于呼吸作用，使 密闭容器内的 CO2 浓度持续降低，导致光合速率减慢或停止，因此该植物不能正常生长。 (2020·北京模拟)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于 25 ℃条件下培 养，实验结果如图所示。下列叙述错误的是 ( ) A.此实验有两个自变量 B.D 点比 B 点 CO2 吸收量高的主要原因是光照强度大 C.实验结果表明，在土壤含水量为 40%～60%的条件下施肥效果明显 D.制约 C 点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量 - 11 - 【解析】选 A。由题意可知，本实验探究的自变量有光照强度、是否施肥、土壤含水量三个， A 错误；由图示曲线可知，与 D 点相比，B 点的光照强度较弱，光合作用强度也较弱，因此 D 点比 B 点 CO2 吸收量高的主要原因是光照强度大，B 正确；根据图示，同一光照条件下，当土 壤含水量在 40%～60%时，施肥与未施肥相比，CO2 吸收量增加明显，C 正确；C 点土壤含水量 较少，光合作用强度较低，因此制约 C 点光合作用强度的因素主要是土壤含水量，D 正确。 【加固训练】 1.分别用相同光照强度的 3 种可见光照射同种植物的叶片，在不同 CO2 浓度下，测定各组 叶片的 CO2 补偿点、CO2 饱和点和最大净光合速率(各组呼吸速率相同且基本不变)，所得数据 如下表所示。下列叙述错误的是 ( ) 组 别 光的成分 μmol· mol-1 CO2 补偿 点μmol· mol-1 CO2 饱和 点μmol· mol-1 最大净光合速 率μmol(CO2) ·m-2·s-1 甲 红光 83.1 1 281.3 26.1 乙 黄光 91.8 1 174.9 20.4 丙 蓝光 99.2 1 334.6 33.4 (CO2 补偿点指叶片光合速率与呼吸速率相等时的外界环境中 CO2 浓度；CO2 饱和点指叶片的光 合速率达到最大时的最低 CO2 浓度。) A.叶绿体中吸收蓝紫光的色素有叶绿素和类胡萝卜素 B.CO2 浓度为 83.1 μmol·mol-1 时，甲组实验中，植物叶绿体释放 O2 的量与线粒体消耗 O2 的 量相等 C.CO2 浓度为 1 174.9 μmol·mol-1 时，影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素不同 D.由表格分析，三种光中，黄光不宜作为大棚栽培的补充光源 【解析】选 C。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A 正确；在甲组 实验中，当 CO2 浓度为 83.1 μmol·mol-1 时，植物处于 CO2 补偿点状态，即植物叶绿体释放 O2 的量与线粒体消耗 O2 的量相等，B 正确；甲、丙两组植物的 CO2 饱和点均大于 1 174.9 μmol·mol-1，所以当 CO2 浓度为 - 12 - 1 174.9 μmol·mol-1 时，影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素都是 CO2 浓度，C 错误； 据题表可知利用黄光实验，在相同的光照强度下，其最大净光合速率较甲(红光)、丙(蓝光) 两组小，所以三种光中，黄光不宜作为大棚栽培的补充光源，D 正确。 2.(2019·大同模拟)电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补 电场和增施 CO2，蔬菜产量可提高 70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根 据电场强度与 CO2 浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问 题： (1)第 1 组实验的作用是_______。在饱和光照强度下，该实验的自变量是________________。 (2)第 1 组实验和第 2 组实验的曲线比较，说明_______________________。 (3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施 是____________________。 【解析】(1)第 1 组实验的条件为大气电场和大气 CO2 浓度，属于对照组，起对照作用。饱和 光照强度下，实验的自变量是电场强度和 CO2 浓度。(2)第 1 组和第 2 组对比，二者的自变量 为电场强度，第 2 组的净光合作用强度大于第 1 组，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明 强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最 大的是第 4 组，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高 CO2 浓度。 答案：(1)对照 电场强度和 CO2 浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增补电 场和增施 CO2 考点三 光合作用和细胞呼吸的关系 1.光合作用与细胞呼吸的过程图解： 2.光合作用与细胞呼吸的联系： - 13 - (1)过程联系： (2)物质联系： ①C：CO2 (CH2O) C3H4O3 CO2 ②O：H2O O2 H2O ③H：H2O [H] (CH2O) [H] H2O (3)能量联系： 3.光合作用与细胞呼吸过程中 O2 和 CO2 变化： 【高考警示】 光合作用与细胞呼吸的两个认识误区 (1)误以为白天植物只进行光合作用。细胞呼吸无论是在有光还是无光条件下，都会一直进行， 即使在进行光合作用时，细胞呼吸也没有停止。 (2)误以为光合作用与细胞呼吸是两个独立的过程。光合作用积累的有机物被细胞呼吸利用， 储存的能量通过细胞呼吸释放出来；细胞呼吸产生的 CO2 等物质可以被光合作用利用。 - 14 - 【典例】(2017·全国卷Ⅱ)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______________。 【解析】(1)据题图分析可知，①为水光解的产物之一，应为 O2；②为 NADPH 还原 C3 后的产物， 应为 NADP+；③为 ATP 的水解产物，应为 ADP 和 Pi；④为 CO2 固定的反应物，应为 C5；[H]所表 示的物质为还原型辅酶Ⅰ，即 NADH。 (2)题图中 A 过程为光反应，B 过程为暗反应，ATP 合成发生在 A 过程；在细胞质基质中进行 有氧呼吸第一阶段，线粒体内进行有氧呼吸第二、三阶段，这三个阶段都有 ATP 的合成。 (3)在无氧条件下，植物细胞进行无氧呼吸，第一阶段葡萄糖分解为丙酮酸，第二阶段丙酮酸 分解为酒精和 CO2。 答案：(1)O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH(或答：还原型辅酶Ⅰ) (2)C 和 D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸 (1)上题图中若 A 代表一种反应过程，则 A 是光反应，需要的条件有光能、色素、酶等。 (2)结合上题示意图分析，在人体内 C 中的丙酮酸不能(填“能”或“不能”)转化成酒精，原 因是人体内缺乏丙酮酸转化成酒精的酶。 25 ℃条件下，将绿藻置于密闭玻璃容器中，每 2 h 测一次 CO2 浓度，结果如图(假设细胞呼吸 强度恒定)。请据图回答下列问题： - 15 - (1)图中 8～10 h，细胞中能产生 ATP 的场所有____。 (2)图中所示实验中有 2 h 是没有光照的，这个时间区间是_______h，实验 12 h，此时绿藻干 重与实验前相比_____。 (3)图示实验过程中 4～6 h 平均光照强度_________(填“小于”“等于”或“大于”)8～10 h 平均光照强度，判断依据是____ ____。 【解析】密闭玻璃容器中 CO2 浓度的变化，反映的是其内的绿藻光合作用吸收的 CO2 量与呼吸 作用释放的 CO2 量的差值，即表示的是净光合作用速率，据此分析柱形图中 CO2 浓度的变化并 结合题意作答。(1)图中 8～10 小时，呼吸作用(细胞呼吸)和光合作用都能进行，因此能产生 ATP 的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。(2)没有光照，绿藻的光合作用不能进行，但能 进行呼吸作用，因此密闭玻璃容器中的 CO2 浓度会逐渐增加，据此可推知：在实验进行到 2～4 h 没有光照。实验 12 h 时，密闭玻璃容器中 CO2 浓度与实验开始时(0 h)的基本相同，此时绿 藻干重与实验前比较基本不变。(3)4～6 h 内密闭玻璃容器中 CO2 浓度保持恒定，说明此时间 段内细胞呼吸与光合作用速率相等，同理 8～10 h 时间段内细胞呼吸与光合作用速率也相等， 但由于 4～6 h 内密闭玻璃容器中 CO2 浓度较大，进而推知：4～6 h 平均光照强度小于 8～10 h 平均光照强度。 答案：(1)细胞质基质、线粒体和叶绿体 (2)2～4 基本不变 (3)小于 两时间段内细胞呼 吸与光合作用速率相等，但是 4～6 小时 CO2 浓度较大，所以光照强度较小 【知识总结】光合作用与有氧呼吸中[H]、ATP 来源与去路 考点四 光合作用和细胞呼吸速率分析 - 16 - 1.理解光合作用和细胞呼吸速率的关系： (1)记住一个基本关系式： 实际(总)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率。 (2)明确三种表示方法： ①O2 的生成量=O2 的释放量+黑暗中 O2 的吸收量。 ②CO2 的消耗量=CO2 的吸收量+黑暗中 CO2 的释放量。 ③有机物的生成量=有机物的积累量+黑暗中有机物的消耗量。 2.明确多因素对光(CO2)补偿点、饱和点的影响： (1)理解光(CO2)补偿点、饱和点的含义： ①光(CO2)补偿点：光合速率与细胞呼吸速率相等时对应的光照强度(CO2 浓度)，如上图中 B 点 所示。 ②光(CO2)饱和点：最大光合速率对应的最小光照强度(CO2 浓度)，如上图 C 点所示。 (2)环境条件对光(CO2)补偿点、饱和点的影响： ①若环境条件改变导致呼吸速率增加或光合速率减小，则光(CO2)补偿点 B 右移，光(CO2)饱和 点 C 左移。 ②若环境条件改变导致光合速率增加或呼吸速率减小，则光(CO2)补偿点 B 左移，光(CO2)饱和 点 C 右移。 ③阴生植物与阳生植物相比，光(CO2)补偿点、饱和点都左移。 3.光合速率的测定实验： (1)测定依据：实际光合作用速率=净光合作用速率+细胞呼吸速率。 (2)测定装置： - 17 - (3)方法解读： ①测定细胞呼吸速率。 a.小烧杯中放入适宜浓度的 NaOH 溶液，用于吸收 CO2。 b.玻璃钟罩应遮光处理，以排除光合作用的干扰。 c.置于适宜温度环境中。 d.测定单位时间内红色液滴向左移动距离，代表呼吸速率。 ②测定净光合作用速率。 a.小烧杯中放入适宜浓度的 CO2 缓冲液，用于维持容器内 CO2 浓度恒定，以满足植物光合作用 需求。 b.给予较强光照处理，且温度适宜。 c.测定单位时间内红色液滴向右移动距离，代表净光合速率。 【典例】某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题： (1)当 CO2 浓度为 a 时，高光照强度下该植物的净光合速率为_______。CO2 浓度在 a～b 之间时， 曲线_______表示了净光合速率随 CO2 浓度的增加而增加。 (2)CO2 浓度大于 c 时，曲线 B 和 C 表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素主要是 ________。 (3)当环境中 CO2 浓度小于 a 时，在图示的 3 种光照强度下，该植物呼吸作用产生的 CO2 量 ________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的 CO2 量。 (4)据图可推测，在温室中，若要采取提高 CO2 浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同 时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。 【解析】(1)由图可知，当 CO2 浓度为 a 时，高光照强度下该植物的净光合速率为 0；CO2 浓度 在 a～b 之间时，曲线 A、B、C 的趋势均是随 CO2 浓度的增加而增加。 - 18 - (2)影响植物光合作用的因素包括光照强度、CO2 浓度、温度等。CO2 浓度大于 c 时，曲线 B 和 C 表示的净光合速率不再随着 CO2 浓度增加而增加，且曲线 B 中的净光合速率高于曲线 C 的净 光合速率，曲线 A 的净光合速率仍然可以增加，故限制曲线 B 和 C 净光合速率增加的环境因 素主要是光照强度。 (3)当环境中 CO2 浓度小于 a 时，在图示的 3 种光照强度下测得的净光合速率均小于 0，说明植 物的真正光合速率小于呼吸速率，故该植物呼吸作用产生的 CO2 量大于光合作用吸收的 CO2 量。 (4)光照强度和 CO2 浓度能影响植物光合作用的进行，本题研究了光照强度和 CO2 浓度共同作用 对植物光合作用的影响，采取提高 CO2 浓度的措施来提高该种植物的产量，要考虑在此 CO2 浓 度下能使植物达到较高净光合速率的光照强度。 答案：(1)0 A、B、C (2)光照强度 (3)大于 (4)光照强度 图 1 是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度和细胞呼吸强度的曲线图。图 2 为将该植物移入恒温密闭玻璃温室中，连续 24 h 测定的温室内 CO2 浓度以及植物 CO2 吸收速率 的变化曲线。请据图回答相关问题： (1)夏季植物大多会出现“光合午休”现象，如图 1 中 C 点，原因是____， BC 段与 DE 段光合作用强度下降的原因_______(填“相同”或“不同”)。 (2)图 1 中 A 和 E 点时叶肉细胞产生[H]的场所都是_________，与 B 点相比，C 点时植株叶绿 体内_______(填“C3”或“C5”)相对含量较高。 - 19 - (3)图 2 中，一昼夜温室中 O2 浓度最高时在_____时，6 h 时，图 2 叶肉细胞中叶绿体产生的 O2 量_______(填“大于”“小于”或“等于”)线粒体消耗的 O2 量。 (4)图 2 所示的密闭温室中，经过一昼夜_______(填“有”或“无”)有机物的积累，原因是 ___________________________________。 【解析】(1)图 1 中出现“光合午休”现象的原因是环境温度过高，叶表面的气孔大量关闭， CO2 吸收量减少，导致光合作用强度明显减弱。夏季晴朗的白天，BC 段光照过强，温度过高， 叶肉细胞的气孔部分关闭，CO2 供应减少，导致光合作用减弱，曲线下降；DE 段光照强度逐渐 减弱是限制光合作用的主要因素。 (2)图 1 中 A 和 E 点都是两曲线的交点，说明此时叶片光合作用强度等于细胞呼吸强度，细胞 可通过光反应与有氧呼吸过程产生[H]，即产生[H]的场所有叶绿体(类囊体)、线粒体和细胞 质基质。与 B 点相比，C 点 CO2 含量减少，故会导致 C3 的含量减少，C5 的含量增加。 (3)分析图 2 可知，图中的 CO2 吸收速率表示该植物的净光合速率，温室内 CO2 浓度变化可表示 该植物有机物的积累量；由曲线可知实验前 3 小时内植物只进行细胞呼吸，6 时、18 时对应 曲线与横轴的交点，说明此时植物细胞呼吸速率与光合速率相等，植物既不从外界吸收 CO2， 也不向外界释放 CO2，其呼吸产生的 CO2 正好供应给光合作用，因此一昼夜温室中 O2 浓度最高 时在 18 时。6 时时 CO2 的吸收速度等于 0，说明此时植株的光合作用强度等于有氧呼吸强度， 但由于此时植物体内还有不能进行光合作用的细胞(非叶肉细胞)，它们也能进行有氧呼吸消 耗 O2，所以此时植株的叶肉细胞中叶绿体产生的 O2 量必须大于线粒体消耗的 O2 量，才能保证 非叶肉细胞有氧呼吸过程中的 O2 供应，而使整个植株的光合作用强度等于有氧呼吸强度。 (4)图 2 曲线表明，一昼夜之后，温室内 CO2 浓度不变(a、b 两点的纵坐标相同)，说明 24 h 内植物细胞呼吸消耗的有机物等于植物光合作用制造的有机物，没有有机物的积累。 答案：(1)温度过高，部分气孔关闭，CO2 摄入量不足 不同 (2)叶绿体、线粒体和细胞质基质 C5 (3)18 大于 (4)无 一昼夜之后，温室内 CO2 浓度不变，说明 24h 内植物细胞呼吸消耗的有机物等于植物 光合作用制造的有机物