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(共66张PPT)
第
17
讲
光合作用和细胞呼吸的综合分析
考点 五年考情（2020-2024） 命题趋势
考点1 细胞呼吸的过程、影响因素与应用（5年5考） 2024·贵州、甘肃、广东、安徽、湖南、山东、江西、湖北、吉林、浙江2023·全国、山西、湖北、广东、北京、湖南、山东、浙江2022·全国、山东、广东、浙江2021·湖南、湖北、福建、浙江、全国、广东、浙江2020·江苏、全国、浙江、山东 从近五年全国各地的高考试题来看，细胞呼吸和光合作用专题以一种或多种环境因素对呼吸和光合作用过程影响的实验数据表或坐标曲线为情境，复杂程度较大，综合考查获取信息、分析问题的能力。该部分内容的命题选择题和非选择题均有出现，选择题重点考查呼吸作用中有氧呼吸和无氧呼吸的方式和过程、细胞呼吸方式的判断，而非选择题侧重考查细胞呼吸原理在日常的生产和生活实践中的应用；光合作用在非选择题中侧重分析不同环境条件下光合作用过程中物质和能量的变化、探究环境因素对光合作用速率的影响及光合作用速率和呼吸作用速率的测定。
考点2 光合作用的过程及其影响因素（5年5考） 2024·贵州、广东、北京、浙江、江西、全国、山东、湖北、甘肃、河北、安徽、湖南、广东、吉林2023·湖北、北京、全国、山东、浙江、广东、湖南2022·湖南、山东、广东、全国、浙江2021·北京、湖南、河北、全国、辽宁、江苏、海南、福建、浙江、山东、天津2020·江苏、全国、浙江、天津、山东
光合作用与细胞呼吸联系
考点一
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是____、________、__________、______，[H]代表的物质主要是_______________________。
考点情境
O2
下图是某植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程示意图。据图回答下列问题
NADP+
NADP+Pi
C5
NADH（还原型辅酶I）
(2)若图示A、B、C、D代表生化反应的场所，则ATP合成发生在__________；
ACD
乙酰辅酶A
(3)植物的叶绿体通过A阶段的反应，将太阳能转变为活跃的化学能并储存在________________________(填写物质名称)中;D阶段发生的场所是________，其中释放能量最多时伴随产生的物质是_____________________。
考点情境
下图是某植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程示意图。据图回答下列问题
还原型辅酶Ⅱ和腺苷三磷酸
水和腺苷三磷酸(ATP)
线粒体
乙酰辅酶A
ATP
ADP+Pi
214C3
14C5
14C6H1218O6
214C2H518OH+214C18O2
214C3H618O3
614C18O2
14C18O2
光反应
暗反应
类囊体
类囊体
类囊体
类囊体
类囊体
c3
的
还
原
co2
的
固
定
场所：类囊体薄膜
场所：叶绿体基质
24[H]+618O2
大量能量
12H218O
以真核生物为例，分析光合作用与呼吸的关系
【任务1】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
(1)物理模型辨析(完成下图间的联系)
少量能量
214C3H418O3
还原型型辅酶ⅰ
4NAD+
氧化型辅酶ⅰ
4NADH
H2180
18O2
少量能量
20NAD+ 20NADH
214C3H4O3+6H218O
辅酶ⅱ
NADPH
NADP+
还原型辅酶ⅱ
H+ e-
光反应
暗反应
有氧呼吸第一、二阶段
有氧呼吸第三阶段
细胞呼吸
第一阶段
有氧呼吸第二阶段
酒精发酵第二阶段
光反应
有氧呼吸第三阶段
CO2的固定
C3的还原
细胞呼吸
第一阶段
有氧呼吸第二阶段
酒精发酵第二阶段
CO2的固定
C3的还原
C
CO2
C3
(CH2O)
丙酮酸
CO2
H2O
H2O
H2O
NADPH
(CH2O)
NADH
H2O
O
H
光合作用
呼吸作用
O2
CO2
C3
(CH2O)
丙酮酸
CO2
光合作用
呼吸作用
H2O
H2O
光合作用
有氧呼吸
光合作用
呼吸作用
(2)物质转化(流程图的形式展示)
以真核生物为例，分析光合作用与呼吸的关系
【任务1】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
光能
ATP
NADPH
中活跃的化学能
有机
物中
稳定的化
学能
热能(散失)
不彻底氧化产物中的化学能
释放大量能量
释放少量能量
有氧呼吸
无氧呼吸
大量
少量
ATP
NADPH
中活跃的化学能
(3)能量变化(流程图的形式展示)
以真核生物为例，分析光合作用与呼吸的关系
【任务1】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
(4)NADH、NADPH和ATP的来源和去路
NADH
ATP
NADPH
来源：
去向：
有氧呼吸第一阶段(葡萄糖）、第二阶段（丙酮酸和水）
第三阶段还原02，产生H20
来源：
去向：
光反应H2O光解
用于暗反应还原C3
有氧呼吸：
光合作用：
光反应阶段产生
主要用于C3还原供能
还可用手叶绿体内其他耗能过程，如叶绿体内DNA的复制过程
来源：
去向：
有氧呼吸第一、二、三(最多)阶段
用于各项生命活动(绿色植物叶绿体内耗能过程除外）
来源：
去向：
以真核生物为例，分析光合作用与呼吸的关系
【任务1】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考向一：光合作用与细胞呼吸的联系
B
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
1.如图所示为菠菜叶肉细胞内的部分能量转换过程,下列说法正确的是(　 )

A.①②都发生在叶绿体,③④分别发生在细胞质基质和线粒体
B.类囊体膜上的四种色素吸收的光波长有差异,但都可用于①
C.光合速率等于呼吸速率时②储存的能量等于④释放的能量
D.②一般与放能反应相联系,③一般与吸能反应相联系
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
[解析]①过程表示光反应,②过程表示暗反应,都发生在叶绿体中,③过程是细胞呼吸,有氧呼吸发生在细胞质基质和线粒体中,④表示ATP水解释放能量的过程,发生在细胞中,A错误;
四种色素中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,而胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,它们吸收的光波长有差异,但都可用于①光反应,B正确;
②将能量储存在有机物中,而有机物氧化分解释放的能量主要以热能形式散失,部分储存在ATP中,故光合速率等于呼吸速率时,②储存的能量大于④ATP释放的能量,C错误;
②是ATP的水解过程,一般与吸能反应相联系,③是ATP的合成过程,一般与放能反应相联系,D错误。
2.(2024·河南名校联盟)如图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是(　　)
D
A.a过程一定伴随O2的释放，d过程不需要O2的直接参与
B.a过程产生的ATP和NADPH可用于b过程中C3的还原
C.a、c中合成ATP所需的能量来源不同
D.c过程葡萄糖中的化学能全部转移到ATP中
考向一：光合作用与细胞呼吸的联系
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
【解析】　a表示光反应阶段，该过程一定伴随O2的释放，d表示ATP水解过程，该过程不需要O2的直接参与，A正确；a光反应过程产生的ATP和NADPH可用于b暗反应过程中C3的还原，B正确；a、c中合成ATP所需的能量来源不同，a过程合成ATP所需能量来自光能，而c过程合成ATP所需能量来自有机物，C正确；c过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能的形式散失，D错误。
实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
O2
CO2
CO2
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
(1)物理模型辨析
总光合速率
O2
呼吸速率
净光合速率
净光合速率
来自空气的吸收m2
进入空气 的吸收n2
产生n3
吸收n1
释放m1
固定m3
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
O2
CO2
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
呼吸速率
净光合速率
总光合速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
D
只进行细胞呼吸
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
O2
CO2
①如果图1的实验对象是离体的叶肉细胞，则图2中的甲图对应的是图1中的______，乙图对应图1中的__________________________，丙图对应图1中的______________________，丁图对应图1中的______。
A点
AB段(不含A、B两点)
B点以后(不含B点)
B点
(2)数学模型辨析
CO2
甲
乙
丙
丁
图1
图2
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
②如果图1的实验对象是叶片或者植株，则图1中的A点、B点、C点分别对应图2中的____图、____图和____图。
甲
丙
丙
O2
CO2
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
呼吸速率
净光合速率
总光合速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
D
只进行细胞呼吸
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
O2
CO2
(2)数学模型辨析
CO2
甲
乙
丙
丁
图1
图2
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
③如果实验对象是离体的叶绿体，则图1______ (填“能”或“不能”)表示光照强度对其光合速率的影响，原因是___________________________________
______________________________________________________________。
不能
叶绿体不能进行细胞呼吸，因此光照强度为0时其CO2吸收量应为0，光照强度大于0时其CO2吸收量应大于0
O2
CO2
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
呼吸速率
净光合速率
总光合速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
D
只进行细胞呼吸
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
O2
CO2
(2)数学模型辨析
CO2
甲
乙
丙
丁
图1
图2
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
①如果题干中给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量，则该数据为总光合速率。
(3)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
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
②整株绿色植物净光合速率为0时，叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度。
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝
辨析实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
【任务2】
(4)相关计算
实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考向二：实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
C
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
3.[2024·河北石家庄模拟] 用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(单细胞藻类),将其置于4种不同温度(t1A.氧气消耗的场所为线粒体基质,产生的场所为叶绿体中的类囊体薄膜
B.温度逐渐升高过程中,绿藻的光反应速率不变,暗反应速率增加
C.温度逐渐升高过程中,绿藻的光合速率和呼吸速率均逐渐增加
D.温度为t3时,光照时间至少长于16小时绿藻才能正常生长
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
[解析]绿藻是真核生物,有氧呼吸的主要场所是线粒体,氧气消耗的场所为线粒体内膜,光合作用中O2产生的场所为叶绿体中的类囊体薄膜,A错误;
总光合速率=净光合速率+呼吸速率,图中光照条件下氧气增加量可代表净光合速率,黑暗条件下氧气消耗量可表示呼吸速率,据图可知,温度逐渐升高的过程中,绿藻的光合速率逐渐增加,即绿藻的光反应速率和暗反应速率均增加,绿藻的呼吸速率也逐渐增加,B错误,C正确;
温度为t3时,假设光照时间至少长于n小时绿藻才能正常生长,则应满足12n-8(24-n)=0,可求得n=9.6,D错误。
C
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
考向二：实际光合速率、净光合速率 、呼吸速率的关系
4.[2023·福建福州联考] 将某种植物放在特定的实验装置内,研究温度对光合作用与呼吸作用的影响,实验以该植物光合作用吸收的CO2量与线粒体呼吸作用释放的CO2量为指标,实验结果如下表所示。下列分析正确的是 (　 )

A.昼夜不停地光照,温度为20 ℃时该植物不能生长
B.昼夜不停地光照,温度为45 ℃时,最有利于有机物的积累
C.每天交替进行12 h光照、12 h黑暗,温度在30 ℃条件下最有利于有机物的积累
D.40 ℃条件下光合速率最大
温度/℃ 10 20 25 30 35 40 45
光照下CO2吸收量/(mg/h) -0.50 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50
黑暗中CO2释放量/(mg/h) 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00 4.00 4.50
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
[解析]昼夜不停地光照,温度为20 ℃时CO2吸收量(代表净光合速率)为1.00 mg/h,该植物存在有机物的积累,能生长,A错误;
昼夜不停地光照,从表中可看出40 ℃时净光合速率(为3.75 mg/h)最大,最有利于有机物的积累,B错误;
每天交替进行12 h光照、12 h黑暗,装置中CO2的减少量为(光照下CO2吸收量-黑暗中CO2释放量)×12,当温度分别为10 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃时,装置CO2减少量分别为-12 mg、0 mg、3 mg、6 mg、3 mg、-3 mg、-12 mg,减少的CO2用于合成有机物,故温度在30 ℃条件下最有利于有机物的积累,C正确;
光照下CO2吸收量代表净光合速率,黑暗中CO2释放量代表呼吸速率,总光合速率=净光合速率+呼吸速率,当温度分别为10 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃时,总光合速率分别为0 mg/h、2 mg/h、3.25 mg/h、4.5 mg/h、6.25 mg/h、7.75 mg/h、8 mg/h,故45 ℃条件下光合速率最大,D错误。
一昼夜CO2吸收速率
24h
a
0
数学模型分析光合速率与呼吸速率的关系
【任务3】
b
c
CO2吸收速率
CO2释放速率
d
e
f
g
h
(1)植物开始进行光合作用的时间点是 ;
停止光合作用的时间点是 ;
(2)光合速率等于呼吸速率的时间点是 ;
(3)de段下降的原因是 ;
(4)一昼夜植物体的有机物量是 (填：增加、减少、不变)
a
h
c和g
气温过高，部分气孔关闭，CO2供应不足
增加
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
数学模型分析光合速率与呼吸速率的关系
【任务3】
密闭容器内的CO2浓度变化
24h
A
0
B
C
D
F
G
H
I
(1)光合速率等于呼吸速率的时间点是 ;
(2)与EF段相比，FG段、GH段下降幅度较小的原因分别是：
(3)一昼夜植物体的有机物量是 (填：增加、减少、不变)
C
E
D和H
部分气孔关闭，CO2供应不足
光照强度逐渐减弱
增加
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
D
5.(2024·云南师大附中适应性考试)下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片净光合作用速率(实际光合作用速率－呼吸作用速率)变化曲线图。下列相关分析错误的是(　　)
A.净光合速率可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示
B.BC段和DE段净光合速率下降的原因不同
C.A点与E点相比，叶绿体产生O2的速
率不一定相同
D.E点后植物体内积累有机物的量开始
减少
考向三：光合作用与细胞呼吸相关曲线
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
【解析】　净光合速率是实际光合作用速率与呼吸作用速率的差值，可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示，也可用单位时间内叶片释放O2的量表示，A正确；图中曲线BC段净光合速率下降的原因是光照过强、温度过高引起部分气孔关闭，暗反应受阻，而DE段净光合速率下降的原因是光照强度减弱，B正确；
A点与E点的净光合速率相等，即叶片释放O2的速率相等，由于呼吸作用速率不一定相同，故叶绿体产生O2的速率不一定相同，C正确；
E点后该植物的净光合速率虽然在下降，但其数值大于0，仍存在有机物的积累，故植物体内积累有机物的量仍在增加，D错误。
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
总光合速率的测定方法
考点二
考点情境
为了研究温度对绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实验(如图甲),在适宜的光照和不同的温度条件下测定的CO2的吸收量与释放量绘制了乙图。结合相关知识，回答下列问题
(提示:有色液滴移动1cm相当于乙图中的1个单位)
考点情境
(1)若用甲图装置测定20℃条件下的光合速率，则X应为___________溶液，同时需要适宜的光照强度；为了排除环境中无关因素的影响，还需要设计除__________外均与实验组相同的对照组。
绿色植物
NaHCO3
(2)用甲图装置测定20℃条件下该植物的呼吸速率，需要对该装置做______
处理；根据乙图的相关数据，计算此时植物的呼吸速率为_____mg/h。
黑暗
1.5
(3)若在5℃和一定的光照条件下,发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动,其原因是_________________;若在适宜的光照和5℃的条件下,有色液滴在1小时内向右移动了1cm,这1cm代表的含义是__________________________，结合乙图的相关数据，可知此时该植物的光合速率等于______________mg/h。
光合速率=呼吸速率
植物的净光合速率是1mg/h
1.5
(4)在光照等其他条件适宜的情况下，在_____℃条件下，有色液滴向右移动的距离最大。b点代表的含义是____________________________，b点的光合速率-__________（填“大于”“等于”或“小于”）35℃的光合速率
考点情境
净光合速率=呼吸速率
25
等于
测定装置 测量条件
测定呼吸速率
测定光合速率
(1)“液滴移动法”——测定装置中O2的变化
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
黑暗，适宜温度
光照，适宜温度
黑暗条件下绿色植物仅进行细胞呼吸，产生的CO2被NaOH溶液吸收，消耗O2导致液滴左移
当光照下绿色植物
光合作用大于细胞
呼吸时，O2释放导致液滴右移
单位时间内液滴左移距离可表示细胞呼吸消耗O2的速率，即呼吸速率
单位时间内液滴右移距离可表示O2的释放速率，即净光合速率
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
①总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
②物理误差的校正：
(1)“液滴移动法”——测定装置中O2的变化
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。　　　
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
【典例1】图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法错误的是(　　)
甲　　　　　　　　乙
A.图甲装置在较强光照下有色液滴
向右移动，再放到黑暗环境中有色
液滴向左移动
B.若将图甲中的CO2缓冲液换成
质量分数为1%的NaOH溶液，
其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变
C.一定光照条件下，如果再适当升高温度，真正光合速率会发生图乙中从b到a的变化
D.若图乙表示图甲植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度
B
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
【解析】B　图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于细胞呼吸强度，植物所需CO2由CO2缓冲液提供，而产生的O2会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境中，植物呼吸消耗O2，而产生的CO2又被CO2缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动，A正确；若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1%的NaOH溶液，装置内的CO2被NaOH溶液吸收，植物只能利用自身呼吸作用产生的CO2进行光合作用，因此光合速率下降，产生NADPH的速率将下降，B错误；在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真正光合速率下降，C正确；影响光合速率的因素有光照强度、CO2浓度等，适当提高图甲装置中CO2缓冲液的浓度，可能会增大光合速率，D正确。
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
(2)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
“黑瓶”不透光，测定的是 ；“白瓶”给予光照，测定的是_____
_________。
有氧呼吸量
净光
合作用量
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
③在没有初始值的情况下，______________________________________＝总光合作用量。
②在有初始值的情况下，黑瓶中_________________
__________为有氧呼吸量；白瓶中_________________
________为净光合作用量；二者之和为 。
O2的减少量(或CO2
的增加量)
O2的增加量(或CO2
的减少量)
总光合作用量
白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量
(2)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
【典例2】某生物科研小组从池塘的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a＜b＜c＜d＜e)，温度保持不变，24 h后，测得六对黑白瓶中溶解氧的含量(如下表)，请根据表中数据判断，下列选项中不正确的是(　　)
光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
细节拾遗
考向突破
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考向突破
必备知识
A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧气
B.光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等，说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
C.当光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量为21 mg/L
D.当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中植物的光合速率不再增加
下列选项中不正确的是(　　)
B
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
【解析】B　黑瓶中的生物呼吸消耗氧气，但没有光照，植物不能进行光合作用产生氧气，A正确；光照强度为a时，白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等，说明植物光合作用产生的氧气刚好用于瓶内生物的呼吸作用消耗，B错误；当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝(24－10)＋(10－3)＝21(mg/L)，C正确；由d、e两组数据可知，当光照强度为d时，再增加光照强度，白瓶中溶解氧的含量也不再增加，即白瓶中植物的光合速率不再增加，D正确。
提醒：遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算总光合作用强度值。
(3)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
本方法测定单位时间、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)。
净光合速率＝ ；呼吸速率＝ ；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ 。
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
(4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
(z－y)/2S
(x－y)/2S
(x＋z－2y)/2S
【典例3】某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
必备知识
(1)MA表示6小时后叶片初始质量－细胞呼吸有机物的消耗量；MB表示6小时后(______________)＋(__________________________)－细胞呼吸有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示______________________。
(3)总光合速率的计算方法是___________________________。
叶片初始质量　
光合作用有机物的总产量　
B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量
M/(截取面积×时间)　
【解析】(1)(2)叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行细胞呼吸。叶片B部分不作处理，既能进行光合作用，又可以进行细胞呼吸。分析题意可知，MB表示6小时后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－细胞呼吸有机物的消耗量，MA表示6小时后叶片初始质量－细胞呼吸有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6小时干物质的生成量(B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量)。(3)由以上分析可知，总光合速率＝M/(截取面积×时间)。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，实验设计思路为从叶片B部分切割等面积叶片若干，均分成两部分，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
细节拾遗
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归纳提示
考向突破
必备知识
从叶片B部分切割等面积叶片若干，均分成两部分，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路：
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
(5)红外线CO2传感器
由于CO2对红外线有较强的吸收能力，CO2的多少与红外线的降低量之间有一定的线性关系，因此CO2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上，常用红外线CO2传感器来测量CO2浓度的变化。
(6)梯度法探究影响光合作用的因素
用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
光合速率与呼吸速率的测定及实验设计
【任务3】
(7)叶圆片上浮法
首先通过对叶片打孔、抽气、沉底的材料处理，然后根据不同的实验目的给予不同的单一变量操作，最后观察并记录叶片上浮所用的平均时间。
(8)指示剂测定法
利用指示剂在参与细胞代谢的过程中颜色的变化，来判断或测量代谢的过程和方式。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
【典例4】(2024·湖北模拟预测)BTB是一种酸碱指示剂，BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的绿色溶液分别加入到7支试管中，其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。不考虑其他生物因素对实验结果的影响，下列说法正确的是(　　)
试管编号 1 2 3 4 5 6 7
距日光灯的距离(cm) 20 遮光* 100 80 60 40 20
50 min后试管中溶液的颜色 浅绿色 X 浅黄色 黄绿色 浅绿色 浅蓝色 蓝色
注：遮光*是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100 cm的地方。
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必备知识
A.若50 min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由水草生命活动引起的
B.若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是可靠的
C.表中X代表的颜色应为蓝色
D.若5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草只进行呼吸作用
下列说法正确的是(　　)
A
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必备知识
【解析】A　若50 min后，1号试管的溶液是浅绿色，则1号试管为未加入水草的对照组，2至7号试管加入水草，实验结果是由水草生命活动引起的，A正确；若1号试管的溶液是蓝色，则说明未加水草也有颜色变化，2至7号试管的实验结果是不可靠的，B错误；2号试管遮光，其内的水草不能进行光合作用，但能进行呼吸作用，溶液颜色因CO2浓度的增高而由浅绿变黄，C错误；若5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草呼吸强度与光合强度相等，D错误。
实验设计中必须注意的三点
(1)变量的控制手段：如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。
(2)对照原则的应用：不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
(3)相关数值的判定：无论哪种装置,在光下测得的数值均为“净光合速率”值。
教学分析
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必备知识
经典真题
1．（2024·全国·高考真题）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率 （填“相等”或“不相等”），原因是 。(2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是 。(3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 。（答出一点即可）(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在 最大时的温度。
经典真题
【答案】(1) 不相等 温度a和c时的呼吸速率不相等(2)温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少(3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低(4)光合速率和呼吸速率差值
【详解】（1）该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，但由于呼吸速率不同，因此叶片有机物积累速率不相等。（2）在温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植物体的干重会减少。（3）温度超过b时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO2供应不足，暗反应速率降低；同时使酶的活性降低，导致CO2固定速率减慢，C3还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。（4）为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。
2.(2023·湖北卷)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是(　　)
A.呼吸作用变强，消耗大量养分 B.光合作用强度减弱，有机物合成减少
C.蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫D.叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
D
经典真题
【解析】D　高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。
D
经典真题
3．（2022·全国乙卷·高考真题）某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是（　　）A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【详解】A、初期容器内CO2含量较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2含量下降，O2含量上升，A错误；B、根据分析由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2含量下降,所以说明植物光合速率大于呼吸速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用与呼吸作用相等，容器中气体趋于稳定，B错误；CD、初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
4.(2021·北京卷)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　　)
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
B
经典真题
【解析】B　由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 mmol·cm－2·s－1，A不符合题意；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B符合题意；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C不符合题意；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D不符合题意。
经典真题
5.(经典高考题)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(　　)
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片
分离得到的叶绿体的光合速率
B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，
测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大
C.若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似
D.若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A～B段对应的关系相似
经典真题
A
【解析】A　测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏，导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响暗反应速率，蔗糖合成一直较少，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似，D错误。
经典真题
B
经典真题
5．（2021年北京高考真题）将某种植物置于高温环境（HT）下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是（　　）
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近B．35℃时两组植株的真正（总）光合速率相等C．50℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能D．HT植株表现出对高温环境的适应性
经典真题
【详解】A、由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3nmol cm-2 s-1，A正确；B、CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由图可知35℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35℃时两组植株的真正（总）光合速率无法比较，B错误；C、由图可知，50℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；D、由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。
7.(2023·广东卷)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
水稻材料 叶绿素(mg/g) 类胡萝卜素 (mg/g) 类胡萝卜素
/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
经典真题
　b　　　　　　　c
a
经典真题
分析图表，回答下列问题：
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________________________，叶片主要吸收可见光中的______________光。
类胡萝卜素/叶绿素的值较高　
红光和蓝紫
经典真题
(2)光照强度逐渐增加达到2000 μmol·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl__________WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和__________________。
高于
细胞呼吸速率较高　
(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体___________________，是其高产的原因之一。
有机物积累较多　
(4)试分析在0～50 μmol·m－2 ·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上,分析图a和你绘制的曲线,比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率,提出一个科学问题_________________________________________________。
为什么达到光饱和点时,ygl的净光合速率高于WT
经典真题
【解析】(1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素的值较高，故叶片呈现出黄绿色。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，由ygl叶色呈黄绿可推测，主要吸收红光和蓝紫光。(2)根据图a净光合速率曲线变化可知，WT先到达光饱和点，即ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，ygl有较高的光补偿点，可能原因是一方面光合速率偏低，另一方面是细胞呼吸速率较高，结合题意可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl细胞呼吸速率较高。
(3)净光合速率较高则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产量较多。(4)由于ygl呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0～50 μmol·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl的净光合速率见答案。根据两图提出问题：为什么达到光饱和点时，ygl的净光合速率高于WT。
8．（2024·全国·高考真题）某同学将一种高等植物幼苗分为4组（a、b、c、d），分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是 ，原因是 。(2)光照t时间时，a组CO2浓度 （填“大于”“小于”或“等于”）b组。(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是 组，判断依据是 。(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会 （填“升高”“降低”或“不变”）。
【答案】(1) 红光和蓝紫光 光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，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(2)大于(3) b 再延长光照时长，c和d组氧气的浓度不再增加，说明此时受CO2的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，ac两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率，而b组的由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率(4)升高
【详解】（1）光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类，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，属于可见光。（2）植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2产生O2，呼吸作用消耗O2产生CO2。分析图可知，光照t时间时，a组中的O2浓度少于b组，说明b组产生的O2更多，光合速率更大，消耗的CO2更多，即a组CO2浓度大于b组。（3）再延长光照时长，c和d组氧气的浓度不再增加，说明此时受CO2的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，ac两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率都相等且都等于呼吸速率，而b组的由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。（4）光照t时间后，c、d组O2浓度相同，即c、d组光合速率不再变化，c组的光照强度为光饱和点。将d组密闭装置打开，会增加CO2浓度，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。
知识网络
光 合 作 用
细 胞 呼 吸
O2
CO2
总反应式
光反应
条件
场所
物质变化
光、色素、酶
叶绿体类囊体的薄膜
水的光解和ATP形成
暗反应
场所
物质变化
NADPH、ATP多种酶
CO2的固定C3的还原
条件
叶绿体基质
影响因素
光、CO2浓度、温度等
有氧
呼吸
总反应式:
场所:
C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量
酶
细胞质基质和线粒体
三个阶段
C6H12O6 2C3H4O3+4[H]+能量(少量)
酶
2C3H4O3+6H2O 6CO2+20[H]+能量(少量)
酶
24[H]+6O2 12H2O+能量(大量)
酶
温度、O2浓度、H2O等
C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
或C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量
酶
细胞质基质
无氧
呼吸
总反应式:
场所:
影响因素
CO2+H2O 　 (CH2O)+O2
光能
叶绿体

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