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第十一讲 光合作用和呼吸作用的的综合分析
1.光合作用和呼吸作用的关系。
2.辨析净光合速率与总光合速率。
3.光合速率的测定方法
4.光呼吸和光合作用。
5.C4植物等特殊代谢类型

复习目标要求
考点一
光合作用与细胞呼吸联系
一、光合作用与细胞呼吸联系
识图并回答：(1)请分别写出上图各字母所表示的物质名称。
(2)请分别写出上图序号①②③④所表示的生理过程及场所。
光反应
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
1.光合作用与有氧呼吸中物质的联系
ATP
O2
光合色素
ADP
NADPH
C3
CO2
CO2
O2
线粒体内膜
暗反应
类囊体薄膜
有氧呼吸第一阶段
第二
第三
在适宜的光照下，若用 浇灌植物,则18O会出现在葡萄糖中（ ）
若用18O标记O2，则不会在C6H12O6中检测出18O （ ）
给植物提供C18O2，则植物释放的CO2中没有18O （ ）
①
②
③
√
×
×
①C元素：CO2 C3 (CH2O) C3H4O3 CO2
CO2固定
C3还原
有氧呼吸
第一阶段
有氧呼吸
第二阶段
②H元素：H2O NADPH (CH2O) NADH H2O
水的光解
C3还原
H2O
有氧呼吸
第一、二阶段
有氧呼吸
第三阶段
2、光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
CO2 (CH2O) CO2
暗反应
有氧呼吸
第一、二阶段
3.光合作用与细胞呼吸中的能量联系
习题巩固
B
1.(2023·江苏百校大联考)蓝细菌是引起“水华”现象的主要微生物。如图是蓝细菌光合作用和呼吸作用过程中含碳化合物相互转化的部分图解。下列相关叙述正确的是(　　)
A.与过程①②有关的酶分布在叶绿体基质中
B.有氧呼吸中，与过程③相比，过程④产生[H]的量较多
C.过程③④能为过程②提供ATP和NADPH
D.在乳酸菌细胞中能发生的过程是③和④
①当净光合速率＞0时，植物积累有机物能生长。
②当净光合速率＝0时，植物不能生长。
③当净光合速率＜0时，植物无有机物的积累不能生长，若长时间处于此种状态，植物将死亡。
（1）当光照强度为0时，若CO2
吸收值为负值，该值绝对值代表
呼吸速率，该曲线代表净光合速率；
（2）当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
一、光合作用与细胞呼吸联系
4.辨析净光合速率与总光合速率——结合曲线辨析
B
CO2吸收速率
0
光照强度
A
净光合速率
总光合速率
只进行呼吸作用
光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用
光合作用>呼吸作用
光合作用<呼吸作用
一、光合作用与细胞呼吸联系
4.辨析净光合速率与总光合速率——结合曲线辨析
提醒　当植株净光合速率为0时，叶肉细胞的净光合速率大于0；当叶肉细胞中净光合速率为0时，植株的净光合速率小于0。

A
AB
B
B点以后
还有“叶绿体吸收”也表示总光合速率
一、光合作用与细胞呼吸联系
4.辨析净光合速率与总光合速率——从语言文字中辨析
总(真正)光合速率
净(表观)光合速率
呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2量
“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2量
黑暗中释放的CO2量
“产生”或“制造”的O2量
“释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2量
黑暗中吸收的O2量
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量
“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量
黑暗中消耗的有机物的量
3.下图是在一定的CO2浓度和温度下，某阳生植物CO2的吸收量和
光照强度的关系曲线，据图回答：
5
10
15
20
25
30
35
5
10
20
15
光照强度（Klx）
25
CO2吸收量 mg/dm2·h
b
c
d
-5
a
⑴该植物的呼吸速率为每小时释放
CO2___mg/dm2。
⑵b点表示：
⑶若该植物叶面积为10dm2，在光照强度为25Klx条件下光照1小时，则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO2 mg。　　
5
光合作用与呼吸作用速率相等
250
⑷若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长？为什么？　
不能正常生长。白天光照强度为b时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。
a点：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，所以CO2释放减少。
b 点：有微弱光照，植物开始进行________。
bc段：光合作用强度________细胞呼吸强度。
c 点：光合作用强度________细胞呼吸强度。
ce段：光合作用强度________细胞呼吸强度。
（1）自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线?
凌晨温度低，细胞呼吸弱
光合作用
＜
＝
＞
叶肉细胞呢？
V光＞V呼
5.自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析
d点：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，出现“午休”现象。e 点：V光_____V呼。
ef段： V光_____V呼。 fg段：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
bf段：________＿＿的时间段。
一昼夜有机物的积累量＝＿＿＿＿＿＿＿＿(S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积)
有机物积累最多的时间点＿＿＿＿＿
温度过高，气孔关闭
＝
＜
光合作用停止，只有呼吸作用
有光合作用
S1－S2－S3
e
AB段：无光照，植物只进行＿＿＿＿＿；
BC段：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；
CD段：4时后，有微弱光照，开始进行
光合作用，但＿＿＿＿＿＿＿。
D 点：随光照增强，＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（2）密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
注：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。
呼吸作用
温度低，呼吸作用减弱
V光＜V呼
V光＝V呼
DH段：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；其中＿＿＿表示“午休”现象。
H 点：＿＿＿＿＿，随光照减弱，光合作用强度下降。
HI段：光照继续减弱，＿＿＿＿＿＿，直至光合作用完全停止。
V光＞V呼
FG段
V光＝V呼
V光＜V呼
【思考】该植物一昼夜能否正常生长说明原因？
I点低于A点，即一昼夜后，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。
光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用强度与呼吸作用强度间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。
注意：
习题巩固
5.如图是大棚番茄在24小时测得CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是( )
A.a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致细胞呼吸强度减弱
B.番茄通过光合作用合成有机物的时间是c～e段
C.由P点条件变为d点，C5生成减少
D.植物干重最大的时刻是e点
B
二、光合作用与细胞呼吸的“关键点”移动
CO2浓度
左图实验是在某一光照强度（低于光饱和点光照强度）、
25℃（光合作用和呼吸作用最适温度分别为25℃和30℃）条件某阳生植物进行的光合速率曲线图，结合曲线思考以下问题：
1.适当提高光照强度，则B、C、D将如何移动？
3.土壤中的Mg缺乏，则B、C、D将如何移动？
2.温度提高到30℃ ，则A、B、C、D将如何移动？
4.将植物换为阴生植物，A、B、C、D将如何移动？
A点将下移，B点将右移，C点将左移，D点左下移
B点将左移，C点将右移，D点右上移
B点将右移，C点将左移，D点左下移
A点将上移，B点将左移，C点将左移，D点左下移
如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线，请分析选出不正确的一项
A.若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动
B.D点时，ATP的移动方向从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
C.若图中为阴生植物，则换为阳生植物，B点和D点均要向右移动
D.若增加二氧化碳浓度，B点左移，C点左移，D点向右上方移动
D
向右
光照下CO2的吸收量
黑暗中CO2的释放量
曲线c：净光合速率
曲线d：呼吸速率
E点：
净光合速率等于呼吸速率
总光合速率是净光合速率的2倍
曲线a、b的差值：
净光合作用强度
光合作用强度 = 呼吸作用强度
D点：
净光合作用强度为0
三、典型曲线分析
A
B
时间/h
0
吸收
CO2
C
D
S1
E
S2
S3
　　拓展：如何用面积来表示0-D时的呼吸量、总光合量、净光合量
呼吸量：＿＿＿＿＿＿
总光合量：＿＿＿＿＿＿
净光合量：＿＿＿＿＿＿
S1＋S2
S2＋S3
S3－S1
经典例题：
如图为有关环境因素对植物光合作用影响的关系图，下列有关描述错误的是
A.图1中，若光照强度适当增强，a点左移，b点右移
B.图2中，若CO2浓度适当增大，a点左移，b点右移
C.图3中，a点与b点相比，a点时叶绿体中C3含量相对较多
D.图4中，当温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D
考点二
光合速率的测定方法
1.种子萌发时细胞呼吸类型的实验探究
(1)实验设计:欲确认某生物的呼吸类型,应设置两套呼吸装置,如下图所示(以发芽种子为例)。
考点二 光合速率的测定方法
思考：A.甲装置中NaHCO3溶液（或CO2缓冲液）的作用 ，乙装置中NaOH溶液的作用 。
2.光合速率的测定
(1)气体体积变化法——测定气体的变化量
维持CO2浓度恒定，
保证光合作用正常进行
吸收容器中的CO2
B.测定原理：a.甲乙两装置中液滴的移动均是由 含量的变化引起的。
b.甲装置单位时间内红色液滴向 移动的距离为植物O2的释放速率，可代表净
光合速率（若液滴向左移动，则为负值）
c.乙装置单位时间内红色液滴移动的距离为植物O2的吸收速率，可代表 。
O2
右
呼吸速率
？
液滴移动法
对照实验
（光照条件）
对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照实验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。
NaHCO3
NaOH
NaOH
NaHCO3
?
?
实验1小时后红墨水滴移动情况
测植物呼吸作用
甲装置
??????? 移1.5厘米
乙装置
???????? 右移0.5厘米
测植物净光合作用
甲装置
? ?????? 移4.5厘米
乙装置
???????? 右移0.5厘米
左??
右
活植物
死植物
2
4
该植物的光合作用速率是每小时产生 厘米的氧气。
6
黑暗
光照
2.黑白瓶法——测溶氧量的变化
一、三率测定的6种实验模型
提醒　





习题巩固
7.研究小组从池塘不同深度采集水样，分别装入大小相同的黑白瓶中（白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布包裹的玻璃瓶）并封闭。然后将黑白瓶对应悬挂于原水样采集位置。24h后，测定各黑白瓶中溶氧量。若测得白瓶溶氧量为Amg?L﹣1，黑瓶溶氧量为Bmg?L﹣1。下列说法正确的是（ ）
A.该方法可以在未测得呼吸作用的条件下，测得实际光合作用的强度
B.B可表示在24h内黑瓶呼吸作用强度的大小
C.（A﹣B）可表示24h内白瓶中的净光合作用强度的大小
D.该实验设计缺少对照组，无法测得光合作用的强度
A
C
(2023·河北景县调研)下表是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　　)
A.水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3(g·m－3)
B.水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原
C.水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体
D.水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
水深/m
1
2
3
4
白瓶中O2浓度/(g·m－3)
＋3
＋1.5
0
－1
黑瓶中O2浓度/(g·m－3)
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
3.半叶法
一、三率测定的6种实验模型
提醒　①本方法又叫半叶称重法，即测定单位时间、单位叶面积干物质的产生总量，常用于大田农作物光合速率的测定。
②本方法的要点是一半叶片遮光，另一半叶片照光，同时开始实验。
③可选择对称于主脉的多组叶圆片，烘干称重，分别求出WA和WB的平均值，以减小实验误差。
习题巩固
8.（2021·江西省会昌中学高一月考）现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度，将对称叶片的一半遮光（A），另一半不遮光（B），并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温度下照射一段时间，在A、B中截取对应部分相等面积的叶片，烘干称重，分别记作m1和m2，单位mg/·（dm2·h）。下列说法正确的是（ ）
A.该方法在未测出细胞呼吸强度的条件下，
能得出实际光合作用的强度
B.（m2-m1）表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的积累量
C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
D.m1表示被截取的部分在光照时间内细胞呼吸的大小
A
4.叶圆片称重法——测定有机物的变化量
(1)操作图示
本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
(2)结果分析
净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
一、三率测定的6种实验模型
5.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
本方法通过利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大小。
一、三率测定的6种实验模型
习题巩固
9.利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是(　　)
A.从图乙可看出，F植物适合在
较强光照下生长
B.光照强度为1 klx时，装置甲中
放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动
C.光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等
D.光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
D
6.间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应，因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
一、三率测定的6种实验模型
考点三
C3植物、C4植物和CAM植物及光呼吸
自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。
1.C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
C3 途径
?
C4 途径
?
水稻、小麦等植物是 ???????? 植物，这类植物在干旱、炎热的环境下，气孔会关闭，故长期处于高温、干旱环境下，???????? 植物会减产；玉米、甘蔗、高粱、苋菜等植物是 ???????? 植物，体内特殊的结构能够帮助其适应高温、光照强烈、干旱环境。下图为某 ???????? 植物的暗反应过程（包括 ???????? 途径和 ???????? 途径）。
?
2.C4途径：
维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体
叶肉细胞叶绿体中的PEPC酶催化CO2的固定形成C4，维管束鞘细胞叶绿体中Ｒubisco酶催化CO2的固定形成C3
C4
C3
(1)固定????????????的第一产物不同
(2)场所不同
(3)（ ????????????羧化酶比???????????????? 羧化酶对????????????的亲和力大，???????? 植物能够利用低浓度的CO2。。.当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，????????植物就能利用细胞间隙低浓度的????????????继续生长，
?
C3植物与C4植物对CO2浓度的响应
①C4植物CO2补偿点低，
几乎接近0。
②C3植物CO2补偿点高
③C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。
④C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。
从以上分析可知，C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
3.CAM途径
CAM植物夜间气孔开放吸进CO2，CO2经一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中。白天气孔关闭，苹果酸经一系列反应转化为CO2，进入C3途径合成淀粉；
常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等，可适应干旱炎热的环境。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
{BC89EF96-8CEA-46FF-86C4-4CE0E7609802} 特征
C3植物
C4植物
CAM植物
与CO2结合的物质
RuBP(C5)
PEP
PEP
CO2固定的最初产物
C3
C4
草酰乙酸
CO2固定的时间
白天
白天
夜晚和白天
光反应的场所
叶肉细胞
类囊体薄膜
叶肉细胞
类囊体薄膜
叶肉细胞
类囊体薄膜
卡尔文循环的场所
叶肉细胞的
叶绿体基质
维管束鞘细胞的叶绿体基质
叶肉细胞的
叶绿体基质
有无光合午休
有
无
无
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
一、C3植物、C4植物和CAM植物
典例1 (2022·全国甲卷)根据光合作用中 ???????????? 的固定方式不同，可将植物分为 ???????? 植物和 ???????? 植物等类型。 ???????? 植物的 ???????????? 补偿点比 ???????? 植物的低。 ???????????? 补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境 ???????????? 浓度。回答下列问题：
?
（1）不同植物（如 ???????? 植物和 ???????? 植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反
应阶段的产物是________________________（答出3点即可）。
?
[????](????????????????????) 、 ?????????? 、 ????????
?
（2）正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是
________________________________________________________________________
___________________________________（答出1点即可）。
叶片（叶肉细胞及叶片其他细胞）的细胞呼吸需要消耗一部分光合产物（或叶片的生长发育需要消耗一部分光合产物）
（3）干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下， ???????? 植物比 ???????? 植
物生长得好。从两种植物 ???????????? 补偿点的角度分析，可能的原因是
________________________________________________________________________
______________________________________________________________。
?
干旱条件下，气孔开度减小， ???????????? 供应减少， ???????? 植物的 ???????????? 补偿点比 ???????? 植物的低，低浓度 ???????????? 条件下就能合成植物生长所需的有机物，因此长得好
?
习题巩固
1.百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。
下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，
据图分析错误的是（ ）
A.图中B物质可能是葡萄糖
B.线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C.PEP、RuBP均能与CO2结合
D.夜间细胞液pH可能会下降
A
1.光呼吸的发现
1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发”
二、光呼吸

1.光呼吸的发现
（1）A表示光下净光合速率。
（2）B和C表示光下时植物呼吸速率。
（3）B表示无论是光下还是暗处都
可进行的呼吸速率。
（4）C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。
二、光呼吸

二、光呼吸

1.光呼吸产生的原因
（1） ???????????????????????????? 是一种兼性酶，具有催化羧化反应 (????????+????????????→????????????) 和加氧反应
(????????+????????→????????+????????) 两种功能。
（2） ???????????? 与 ???????? 的比值： ???????????????????????????? 催化反应的方向取决于 ???????????? 与 ???????? 的比值。比值增大，羧化反应增强，进行光合作用；比值减小，加氧反应增强，进入 ???????? 途径，如下图所示。因此，高 ???????? 环境下，光呼吸会明显加强，而提高 ???????????? 浓度可明显抑制光呼吸。
?
2.光呼吸的不利影响：呼吸作用消耗掉暗反应的底物 ???????? ，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
3.光呼吸的有利影响
强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累 ???????????? 和 [????] ，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的 ???????????? 和 [????] ，从而减轻对叶绿体的伤害。
?
光呼吸与细胞呼吸的比较
{69CF1AB2-1976-4502-BF36-3FF5EA218861}比较项目
光呼吸
细胞呼吸
底物
C2化合物
糖类等有机物
发生部位
叶绿体、线粒体等
细胞质基质、线粒体
反应条件
光照
光或暗都可以
能量
消耗能量
产生能量
共同点
消耗O2、释放CO2
二、光呼吸

[例1] (2023·山东潍坊一模)光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)
D
A.光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行
B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸
发生
C.光呼吸过程虽消耗有机物，但不产生ATP
D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度

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