題型1 光合作用與有氧呼吸的關(guān)系
1． 區(qū)別
2． 聯(lián)系
(1)物質(zhì)方面
3． 光合作用與細胞呼吸的關(guān)系圖示
4． 細胞內(nèi)[H]、ATP來源、去路的比較
比較項目
來源
去路
[H]
光合作用
光反應中水的光解
作為暗反應階段的還原劑，用于還原C3合成有機物等
有氧呼吸、無氧呼吸
有氧呼吸第一階段、第二階段及無氧呼吸第一階段產(chǎn)生
有氧呼吸用于第三階段還原氧氣產(chǎn)生水，同時釋放大量能量；無氧呼吸用于第二階段還原丙酮酸生成相應產(chǎn)物
ATP
光合作用
在光反應階段合成ATP，其合成所需能量來自色素吸收轉(zhuǎn)化的太陽能
用于暗反應階段C3的還原，并以穩(wěn)定的化學能形式貯存在有機物中
有氧呼吸、無氧呼吸
有氧呼吸第一、二、三階段均產(chǎn)生，其中第三階段產(chǎn)生最多，能量來自有機物的分解；無氧呼吸第一階段
直接用于各項生命活動
典例1 如圖表示光合作用與呼吸作用過程中物質(zhì)變化的關(guān)系，下列說法不正確的是
( )
A．能提供給綠色植物各種生命活動所需能量最多的過程是5
B．各種生物體(病毒除外)都能進行的過程是3
C．1、3和4過程產(chǎn)生的[H]都能與氧結(jié)合產(chǎn)生水
D．2過程需多種酶參與，且需ATP供能
解析 據(jù)圖可知，1、2、3、4、5分別是光反應、暗反應、有氧呼吸第一、第二、第三階段。五個過程中，1、3、4、5都能合成ATP，但1過程合成的ATP只能用于光合作用的暗反應；有氧呼吸合成的ATP可供給各種生命活動所需能量，其中5過程產(chǎn)生最多，故A正確；1、2過程表示光合作用，4、5過程屬于有氧呼吸過程，并不是所有細胞都能進行光合作用和有氧呼吸，因此只有3過程在具有細胞結(jié)構(gòu)的生物體內(nèi)都能進行，故B正確。1、3和4過程都有[H]的產(chǎn)生，其中1過程產(chǎn)生的[H]在暗反應階段用于還原C3,3、4過程產(chǎn)生的[H]在5過程中與氧結(jié)合產(chǎn)生水，故C錯誤。光合作用的暗反應除需要光反應提供ATP和[H]外，還需要多種酶參與，故D正確。
答案 C
題型2 光合作用與細胞呼吸在不同光照條件下的氣體變化
觀察下面的圖示，確定相應點、段的含義及相應的氣體交換圖示。
1．A點時，只進行呼吸作用，如圖甲。
2．AB段，呼吸作用強度大于光合作用強度，如圖乙。
3．B點時，呼吸作用強度等于光合作用強度，如圖丙。
4．BC段及C點以后，呼吸作用強度小于光合作用強度，如圖丁。
5．甲、乙、丙、丁所處的條件分別為黑暗、弱光照、中性光照、強光照。
典例2 如圖為某植物細胞部分結(jié)構(gòu)示意圖，據(jù)圖分析，下列四項敘述中，正確的是
( )
A．a(chǎn)、b箭頭表示的是O2進出細胞的過程
B．e、f箭頭表示的是CO2進出細胞的過程
C．以C18O2作原料進行光合作用，在較強光照下，測得含18O的呼吸作用產(chǎn)物的主要去向是圖中的d
D．以HO作原料進行光合作用，在較強呼吸作用下，測得含18O的光合作用產(chǎn)物的主要去向是圖中的b
解析 a表示葉綠體吸收CO2，b表示葉綠體釋放O2，e表示線粒體吸收O2，f表示線粒體釋放CO2，c表示葉綠體產(chǎn)生的O2被線粒體利用，d表示線粒體產(chǎn)生的CO2被葉綠體利用。以C18O2作原料進行光合作用，18O的轉(zhuǎn)移為C18O2→有機物→C18O2，在較強光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸產(chǎn)物C18O2主要被葉綠體利用，即主要去向是圖中的d。以HO作原料進行光合作用，18O全部生成氧氣，在較強呼吸強度下，氧氣主要被線粒體利用，進行有氧呼吸，即主要去向是圖中的c。
答案 C
題型3 光合作用、細胞呼吸的測定方法及實驗裝置
1． 實驗裝置
2． 實驗原理：因呼吸作用類型不同，瓶內(nèi)氣壓增大、減小或不變，可通過液滴的右移、左移或不動來呈現(xiàn)；也可根據(jù)光照強度不同，通過光合作用與呼吸作用的大小導致瓶內(nèi)氣壓變化而引起液滴位置的變化來呈現(xiàn)。
3． 裝置比較──單一變量的控制及作用
裝置1
裝置2
裝置3
材料
發(fā)芽種子
發(fā)芽種子
煮熟的種子
試劑
20%NaOH
溶液5 mL
蒸餾水5 mL
蒸餾水5 mL
導致瓶內(nèi)氣壓
變化的氣體
O2(因CO2被吸收)(呼吸引起)
CO2—O2(差值)(呼吸引起)
CO2—O2(差值)(環(huán)境引起)
作用
——
——
物理誤差的校正
對照
(裝置1和2)
等量NaOH溶液和蒸餾水單一變量控制
——
對照
(裝置2和3)
——
等量萌發(fā)的種子和煮熟的種子單一變量控制
4． 若將裝置1改為探究光合作用和呼吸作用與光照強度的關(guān)系，則：
(1)裝置需改動的地方有三處
①將“發(fā)芽種子”換成“能進行光合作用的材料”。
②將“NaOH溶液”換成“Na2CO3/NaHCO3緩沖液”，保證CO2的相對穩(wěn)定。
③置于不同的光照強度下，觀察液滴移動。
(2)結(jié)果分析：①若紅色液滴右移，說明光照較強，光合作用大于細胞呼吸，釋放O2使瓶內(nèi)氣壓增大；②若紅色液滴左移，說明光照較弱，細胞呼吸大于光合作用，吸收O2使瓶內(nèi)氣壓減�。虎廴艏t色液滴不動，說明在此光照強度下光合作用等于細胞呼吸，釋放的O2量等于吸收的O2量，瓶內(nèi)氣壓不變。
5． 探究細胞呼吸狀況的實驗裝置及結(jié)果分析
(1)欲測定與確認某生物的呼吸類型，應設置兩套呼吸裝置，即裝置1和裝置2。
(2)結(jié)果與分析
①若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動，則表明所測生物只進行有氧呼吸(因有氧呼吸產(chǎn)CO2量與耗O2量相等)。
②若裝置1液滴不動，裝置2液滴右移，則表明所測生物只進行無氧呼吸(因無氧呼吸只產(chǎn)CO2，不耗O2)。
③若裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸。
④裝置1與裝置2液滴均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量，呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。(與糖類相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解時釋放相同CO2時，脂肪消耗的O2多，故CO2/O2<1，而葡萄糖只進行有氧呼吸時，CO2/O2＝1；若有氧和無氧呼吸同時進行，則CO2/O2>1。)
a．為使實驗結(jié)果精確，排除實驗誤差還應設置裝置3，以便校正。
b．進行結(jié)果與結(jié)論的描述時應“先結(jié)果后結(jié)論”，而不是“先結(jié)論后結(jié)果”，如上。
典例3 取一植物形態(tài)、大小、生長發(fā)育狀況相同的4張葉片按如圖所示的裝置進行實驗，燒杯中的液體可以保證葉片所需的水與礦質(zhì)元素的正常供應，氣體的體積變化可以通過觀察油滴的運動進行判斷。(不考慮氣體在水中的溶解、外界氣壓的變化和蒸騰作用的影響)
(1)適宜的光照下，裝置A中油滴的移動情況是________，原因是______________。
(2)適宜的光照下短時間內(nèi)(裝置內(nèi)仍有O2存在)裝置B中油滴的移動情況是________________。放置一段時間后，裝置中的O2消耗完畢，這時油滴的移動方向是__________，寫出此時的反應方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)分析裝置C中的油滴移動情況與光合作用和細胞呼吸的關(guān)系：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)能否直接用裝置C、D證明光合作用需要CO2，為什么？_____________________。如果用裝置B、C證明光合作用需要CO2，實驗前應該將葉片進行怎樣的處理？________________________________________________________________________。
(5)要測定葉片細胞呼吸的強度最好選擇裝置______________________________。
解析 (1)由于裝置A處于適宜的光照下，再根據(jù)光合作用和有氧呼吸的總反應式，可知消耗的氣體量與產(chǎn)生的氣體量相等，而裝置A內(nèi)的清水不影響氣壓變化，則壓強不變，故油滴不移動。(2)裝置B內(nèi)的NaOH溶液能吸收CO2，有氧呼吸消耗O2使壓強減小，則油滴向左移動。裝置B中的O2消耗完畢時，則葉片只能進行無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2，而CO2又被NaOH溶液吸收，壓強不變，油滴不移動。(3)裝置C中CO2緩沖液提供一定濃度的CO2，且保持不變，若光合作用產(chǎn)生的O2量大于細胞呼吸消耗的O2量，則壓強增大，油滴向右移動；若光合作用產(chǎn)生的O2量等于細胞呼吸消耗的O2量，則壓強不變，油滴不移動；若光合作用產(chǎn)生的O2量小于細胞呼吸消耗的O2量，則壓強減小，油滴向左移動。(4)要證明光合作用需要CO2，則自變量為CO2的有無，其他條件都相同，但裝置C、D不符合單一變量原則。對葉片進行饑餓處理消耗原有淀粉，有利于檢測是否新產(chǎn)生了淀粉。(5)測定葉片細胞呼吸的強度，需要排除光合作用的干擾，所以裝置應遮光。
答案 (1)不移動 光合作用吸收的CO2體積等于釋放出的O2體積，細胞呼吸吸收的O2體積等于釋放出的CO2體積 (2)向左移動 不移動 C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量 (3)①當光合作用強度大于細胞呼吸強度時，油滴向右移動；②當光合作用強度等于細胞呼吸強度時，油滴不移動；③當光合作用強度小于細胞呼吸強度時，油滴向左移動(因為CO2緩沖液在CO2濃度低時可以釋放出CO2，而在濃度高時要吸收CO2，從而保證裝置內(nèi)CO2濃度的穩(wěn)定) (4)不能。因為二者不符合單一變量原則 饑餓處理 (5)D
題型4 光合作用與細胞呼吸的相關(guān)計算
總結(jié)下列相關(guān)概念的含義與它們之間的關(guān)系
1． 呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗環(huán)境中，測定實驗容器內(nèi)CO2增加量、O2減少量或有機物減少量。
2． 凈光合速率和真正光合速率
(1)凈光合速率：常用一定時間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量或有機物積累量表示。
(2)真正光合速率：常用一定時間內(nèi)O2產(chǎn)生量、CO2固定量或有機物產(chǎn)生量表示。
3． 光合速率與呼吸速率的關(guān)系
4． 相關(guān)計算
植物的光合作用與細胞呼吸同時進行時，存在如下關(guān)系：
(1)光合作用實際產(chǎn)氧量(葉綠體產(chǎn)氧量)＝實測植物氧氣釋放量＋細胞呼吸耗氧量。
(2)光合作用實際CO2消耗量(葉綠體消耗CO2量)＝實測植物CO2消耗量＋細胞呼吸CO2釋放量。
(3)光合作用葡萄糖凈生產(chǎn)量(葡萄糖積累量)＝光合作用實際葡萄糖生產(chǎn)量(葉綠體產(chǎn)生或合成的葡萄糖量)－細胞呼吸葡萄糖消耗量。
5． 以凈光合速率的大小來判斷植物能否正常生長(自然狀態(tài)下以一天24小時為單位)
(1)凈光合速率大于0時，植物因積累有機物而正常生長。
(2)凈光合速率等于0時，植物因無有機物積累不能生長。
(3)凈光合速率小于0時，植物因有機物量減少而不能生長，且長時間處于此種狀態(tài)下植物將死亡。
易錯警示 植物進行光合作用的同時，一定進行著呼吸作用，但在進行呼吸作用時不一定進行光合作用，因為光合作用只有在有光存在時才能進行，而呼吸作用無時無刻不在進行著。因此在計算時不要忽略無光照時呼吸作用也存在。
典例4 以測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響，結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是 ( )
A．光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃時相等
B．光照相同時間，在20 ℃條件下植物積累的有機物的量最多
C．溫度高于25 ℃時，光合作用制造的有機物的量開始減少
D．兩曲線的交點表示光合作用制造的與呼吸作用消耗的有機物的量相等
解析 該圖縱坐標分別表示光照下二氧化碳的吸收量(即植物積累的有機物量)和黑暗中二氧化碳的釋放量(即呼吸作用)，因此，光合作用制造的有機物應該是兩條曲線的數(shù)值之和。35 ℃時光合作用制造的有機物的量為(3．5＋3)mg/h,30 ℃時光合作用制造的有機物的量為(3．5＋3)mg/h，故光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量與30 ℃時相等；制造有機物最多的應該不是25 ℃而是30～35 ℃，積累量最多的才是25 ℃；光合作用制造的有機物與呼吸作用消耗的有機物的量相等的點應該是光照下植物不吸收二氧化碳的點，而不是圖中二者曲線的交點。
答案 A
題型5 光合作用速率關(guān)系曲線圖中各點移動
問題
1． CO2(或光)補償點和飽和點的移動方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)補償點B是曲線與橫軸的交點，CO2(或光)飽和點C則是最大光合速率對應的CO2濃度(或光照強度)，位于橫軸上。
(1)呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點B應右移，反之左移。
(2)呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點B應右移，反之左移。
(3)陰生植物與陽生植物相比，CO2(或光)補償點和飽和點都應向左移動。
2． 曲線上其他點(補償點之外的點)的移動方向：在外界條件的影響下，通過分析光合速率和呼吸速率的變化，進而對曲線上某一點的縱、橫坐標進行具體分析，確定橫坐標左移或右移，縱坐標上移或下移，最后得到該點的移動方向。
(1)呼吸速率增加，其他條件不變時，曲線上的A點下移、其他點向左下方移動，反之A點上移、其他點向右上方移動。
(2)呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時，曲線上的A點不動，其他點向左下方移動，反之向右上方移動。
典例5 如圖曲線表示在適宜溫度、水分和一定的光照強度下，甲、乙兩種植物葉片的CO2凈吸收速率與CO2濃度的關(guān)系。下列分析正確的是 ( )
A．CO2濃度大于a時，甲才能進行光合作用
B．適當增加光照強度，a點將左移
C．CO2濃度為b時，甲、乙總光合作用強度相等
D．甲、乙光合作用強度隨CO2濃度的增大而不斷增強
解析 對于甲植物而言，a點時CO2凈吸收速率為0，說明此時光合作用強度等于呼吸作用強度，故在a點之前，甲植物已經(jīng)開始進行光合作用；適當增加光照強度，光合速率增大，a點將左移；CO2濃度為b時，甲、乙的凈光合作用強度相等，而總光合作用強度＝凈光合作用強度＋呼吸作用強度，由圖可知，甲的呼吸作用強度大于乙，故b點時，甲的總光合作用強度大于乙；在一定范圍內(nèi)隨CO2濃度的增大，甲、乙的光合作用強度增強，超過這一范圍，隨CO2濃度的增大，光合作用強度不再增強。
答案 B
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