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　　　　　　　光合作用和细胞呼吸的综合应用
一、光合作用与细胞呼吸的联系
①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦五碳糖；⑧三碳酸；⑨三碳糖合成葡萄糖等其他有机物；⑩丙酮酸； [H]。
1．绿色植物光合作用与细胞呼吸两个生理过程同时发生在叶肉细胞中，与这两个生理过程相关的细胞器都具有双层膜。
2．物质方面
(1)C：CO2C6H12O6C3H4O3CO2
(2)O：H2OO2H2O
[H]H2O
3．能量方面
光能ATP＋NADPH中的化学能有机物中的化学能
例1　图中①②③表示生物体内的细胞代谢过程，下列叙述错误的是(　　)
A．合成葡萄糖时，过程①利用的是化学能，过程②利用的是光能
B．能进行过程①或过程②的生物都是自养生物
C．白天绿色植物在过程②大于过程③时，不一定能正常生长
D．绿色植物进行过程②产生的葡萄糖可在过程③的线粒体中被利用
例2　如图是细胞中糖类合成与分解过程示意图，下列叙述正确的是(　　)
(CH2O)＋O2 CO2＋H2O＋能量
A．过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行
B．过程①产生的能量全部储存在ATP中
C．过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自水
D．过程①能产生[H]，还原的物质为氧
二、光合与呼吸“三率”的分析
1．植物“三率”间的内在关系
(1)呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或在黑暗条件下绿色组织单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量或有机物消耗量。
(2)表观光合速率(净光合速率)：在光照条件下，植物绿色组织单位时间内一定量叶面积的CO2吸收量或O2释放量或有机物积累量。
(3)真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。
2．植物“三率”的判定
(1)根据坐标曲线判定：当光强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表表观光合速率；当光强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
①曲线判断：如图曲线代表表观光合速率与光强度的关系
②曲线分析
曲线、点、段 进行的生理过程 气体转移情况 对应的生理状态模型
A点 只进行细胞呼吸 吸收O2、释放CO2
AB段 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＞光合速率 吸收O2、释放CO2
B点 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＝光合速率 不与外界进行气体交换
B点以后 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＜光合速率 吸收CO2、释放O2
(2)植物“三率”的常用表示方法
真正光合速率(又称总光合速率) O2的产生(生成)速率 CO2的固定速率 有机物产生(制造、生成)速率
表观光合速率(又称净光合速率) O2的释放速率 CO2的吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率(黑暗中测得) O2的吸收速率 CO2的释放速率 有机物消耗速率
特例：如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的速率，则该数据为真正光合速率。
3．光合速率的测定方法
(1)液滴移动法——测光合作用O2释放(或CO2吸收)的量
①装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测表观光合速率时，NaHCO3 溶液可提供CO2，保证容器内CO2浓度的恒定。
②测定原理
a．在黑暗条件下，甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收量，可代表呼吸速率。
b．在光照条件下，乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放量，可代表表观光合速率。
c．根据呼吸速率和表观光合速率可计算得到真正光合速率。
(2)叶圆片上浮法
利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，并投入水中，使叶片沉于水底。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中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)比较光合作用的强弱。
(3)半叶法
将叶片一半遮光，一半曝光，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表观光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
(4)黑白瓶法
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只能进行细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为表观光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
例3　以测定的CO2的吸收量或释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图甲所示，图乙所示装置可用来测定植物的表观光合速率。下列分析正确的是(　　)
A．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
B．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时的相等
C．如果该植物原重m kg，置于暗处4 h后重(m－1) kg，然后光照4 h后重(m＋2) kg，则总光合速率为3/4 kg·h－1
D．若将图乙所示装置中的NaHCO3溶液换成蒸馏水，则在黑暗条件下可测得B曲线
例4　某同学研究甲湖泊中某深度生物的光合作用和需氧呼吸强度。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铝箔。用a、b、c三个瓶分别从待测深度的水体取水样，测定瓶中水体的氧含量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测深度的水体，经24小时后取出，测两瓶中氧含量，结果如图所示。则24小时内待测深度水体中生物光合作用和需氧呼吸的情况是(　　)
A．24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶
B．24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量是(w－v)mol/瓶
C．24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
D．24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－w)mol/瓶
三、光合作用与细胞呼吸相关曲线解读与分析
1．曲线中光补偿点和光饱和点的移动规律
(1)增强影响光合作用的因素(或减弱细胞呼吸的因素)，会使光补偿点a左移，反之右移。如在一定范围内，增加CO2浓度，细胞呼吸减弱，光合作用增强，光补偿点左移；减少CO2浓度，光补偿点右移。
(2)增强影响光合作用的因素，光饱和点b将右移，反之左移。如增加CO2浓度，光饱和点右移；减少CO2浓度，光饱和点左移。
(3)当由阳生植物变为阴生植物时，细胞呼吸减弱，光补偿点a、光饱和点b都左移。
2．叶面积指数与相关物质的量的关系
图中，在一定范围内，随叶面积指数的增大，光合作用实际量和呼吸量均增加；超过A点后，因叶片相互遮挡，光合作用实际量不再增加；干物质的量＝光合作用实际量－呼吸量，干物质的量为零时，即叶面积指数为D时，光合速率＝呼吸速率。
3．自然环境中植物光合作用曲线分析
图中各点含义及形成原因分析：
a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2的释放减少；
b点：上午6时左右，日出后，开始进行光合作用；
bc段(不包括b、c两点)：光合强度＜细胞呼吸强度；
c点：上午7时左右，光合强度＝细胞呼吸强度；
ce段(不包括c、e两点)：光合强度＞细胞呼吸强度；
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象；
e点：下午6时左右，光合强度＝细胞呼吸强度；
ef段(不包括e点)：光合强度＜细胞呼吸强度；
fg段：日落后，停止光合作用，只进行细胞呼吸。
4．密闭容器中植物光合作用曲线分析
图中各点含义及形成原因分析：
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；
CD段(不包括D点)：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合强度＜细胞呼吸强度；
D点：随光强度增加，光合强度＝细胞呼吸强度；
DH段(不包括D、H两点)：光强度继续增加，光合强度＞细胞呼吸强度，其中FG段表示“光合午休”现象；
H点：随光强度减弱，光合强度下降，到H点时光合强度＝细胞呼吸强度；
HI段(不包括H点)：光强度继续减弱，光合强度＜细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
5．植物是否生长的问题
在相对密闭的环境中一昼夜CO2含量的变化曲线图分析(O2变化与CO2相反)
(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加(即植物生长)；
(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少；
(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；
(4)CO2含量最高点为C点(C′点)，CO2含量最低点为E点(E′点)；
(5)CE为积累有机物时段；
(6)BF为制造有机物时段；
(7)AG为消耗有机物时段。
注：a.图中光合速率与呼吸速率相等的点有C(C′)、E(E′)点。b.图中曲线与横轴围成的面积S2－(S1＋S3)的数值即为表观光合量，若该值＞0，则植物生长；若该值≤0，则植物不生长。
例5　在充满N2和CO2的密闭容器中，用水培法栽培几株番茄，CO2充足。测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如图所示。下列分析正确的是(　　)
A．导致9～10 h光合速率急速下降的原因是缺乏CO2
B．10 h之前能合成ATP的场所是细胞溶胶和线粒体
C．10 h之后线粒体可持续不断地合成ATP
D．10 h之后细胞溶胶可持续不断地合成ATP
例6　将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后
B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点
D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加
1．(2024·绍兴高一期末)如图为绿色植物某细胞内发生的两个生理过程。下列叙述正确的是(　　)
A．①过程产生的能量大部分用于合成 ATP
B．整株植物光合速率等于呼吸速率时，该细胞内①②过程的强度也相等
C．①过程发生在线粒体内膜上，②过程发生在叶绿体内膜上
D．O2充足时，能进行②过程的细胞也能进行①过程
2．如图为某植株在24 h内，所有叶绿体内的CO2消耗量和植株CO2吸收量随时间变化的曲线图，假设在此过程中细胞呼吸强度保持不变，据此分析，下列叙述错误的是(　　)
A．12：00左右曲线b下降主要是由光反应降低引起
B．由曲线b可知，植物的呼吸速率为5 mg·10－2cm－2·h－1
C．曲线a、b分别代表植物的总光合速率、表观光合速率
D．根据曲线a、b的比较，可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程
3．(2024·台州路桥中学高一月考)某研究小组在探究环境因素对黄瓜幼苗光合作用的影响时，得到适宜温度条件下的实验结果(图中lx为光强度单位)，如图所示。
下列叙述错误的是(　　)
A．光强度直接影响光合作用的光反应阶段
B．处于a点的CO2浓度时，产生CO2的场所有叶绿体、线粒体和细胞溶胶
C．处于b点的CO2浓度时，800 lx高光强下黄瓜幼苗的光合速率和呼吸速率相等
D．c点后可以通过提高光强度来增大光合速率
4．如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的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于温度降低使细胞呼吸减弱
B．d点时光合速率虽有所下降，但仍大于呼吸速率
C．如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
D．番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段
5．(2024·温州高一期末)研究小组用图甲密闭装置进行某绿色植物光合作用和细胞呼吸的探究实验。在环境温度为25 ℃条件下先黑暗处理15 min，再转移至最适光强度下继续实验，结果如图乙所示。已知25 ℃是该植物光合作用的最适温度，30 ℃是该植物细胞呼吸的最适温度。下列叙述正确的是(　　)
A．M点前，叶肉细胞中产生ATP的场所是线粒体
B．M点时，光合速率与呼吸速率相等
C．MN段光合速率逐渐减小
D．N点时，植物不进行光合作用
6．(2024·宁波高一期中)如图是某生物研究小组以鸡蛋茄为实验材料所做的相关实验。图甲是光合作用的光反应示意图，图乙、丙是探究环境因素对光合作用影响的实验示意图，图丁是将叶片左侧遮光，右侧曝光，并采取适当的方法阻止两部分之间物质和能量的转移。回答下列问题：
(1)鸡蛋茄叶片细胞中含量最多的色素是____________，位于叶绿体中的____________上，吸收的光能可以将水分解为________(填图甲中的字母)。光合色素的提取与分离实验中通常可以用____________提取光合色素，分离后的色素在滤纸条上，从下往上数，含量最少的色素位于第________条。
(2)图甲中 ATP合成酶的作用是运输和______________________________________。
(3)图乙装置可以用来探究________________对光合作用的影响。
(4)图丙若增加 NaHCO3溶液的浓度，短时间内五碳糖的含量将________(填“增加”“减少”或“基本不变”)。
(5)若图丁在适宜光照下照射 12 小时，从两侧截取同等面积的小叶圆片，烘干称重，分别记为 x和y(单位：g)，则图中右侧小叶圆片光合作用制造的有机物总量为________。
答案精析
例1　D　[过程①表示化能合成作用，过程②表示光合作用，所以合成葡萄糖时，过程①利用的是化学能，过程②利用的是光能，A正确；能进行过程①或过程②的生物可以将CO2转变为葡萄糖，是自养生物，B正确；由于植物夜间会进行细胞呼吸消耗有机物，所以白天绿色植物在过程②大于过程③时，不一定能正常生长，C正确；葡萄糖不能在线粒体中分解，需要在细胞溶胶中被分解为丙酮酸后才能进入线粒体被进一步分解，D错误。]
例2　D　[过程①为需氧呼吸过程，反应场所是细胞溶胶和线粒体，过程②是光合作用，真核生物在叶绿体中进行，原核生物在细胞溶胶中进行，A错误；需氧呼吸产生的能量大部分以热能形式散失，少部分储存到ATP中，B错误；光合作用产生的糖中的氧全部来自二氧化碳，C错误；过程①能产生[H]，其主要与氧气结合生成水，并释放大量能量，D正确。]
例3　B　[光照时间相同的情况下，在25 ℃时，CO2吸收量最大，即表观光合作用量最大，积累的有机物的量最多，A错误；在光照时间相同的情况下，30 ℃时真正光合作用的量为3.50＋3.00＝6.50(mg·h－1)，35 ℃时真正光合作用的量为3.00＋3.50＝6.50(mg·h－1)，二者相等，B正确；该植物原重 m kg，置于暗处4 h后重(m－1) kg，然后光照4 h后重(m＋2) kg，光照4 h光合作用积累有机物为(m＋2)－(m－1)＝3(kg)，黑暗4 h细胞呼吸消耗1 kg有机物，则总光合速率为1 kg·h－1，C错误；若将图乙所示装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，则在黑暗条件下可测得B曲线，D错误。]
例4　B　[24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量为初始瓶溶解氧(w)－a瓶溶解氧(v)，是(w－v)mol/瓶，A错误，B正确；24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量为表观光合量＋呼吸量，是(k－v)mol/瓶，C、D错误。]
例5　D　[影响光合作用的环境因素包括光强度、温度和CO2浓度等。9～10 h间，光合速率迅速下降，而呼吸速率未有明显变化，因此可以排除温度变化的原因；细胞呼吸可以不断释放CO2，由题干中“CO2充足”可知，CO2不是导致光合速率急速下降的原因，因此推测最可能发生变化的环境因素是光照，A错误；10 h之前既存在光合作用又存在细胞呼吸，因此能合成ATP的场所是细胞溶胶、线粒体和叶绿体，B错误；10 h后不再进行光合作用释放O2，密闭容器内的O2含量将逐渐下降并完全耗尽，此后细胞只能进行厌氧呼吸，即线粒体停止ATP的合成，细胞溶胶成为合成ATP的唯一场所，C错误，D正确。]
例6　C　[图甲中的C、F点时光合速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相对应，即C点对应d点，F点对应h点，C错误。]
跟踪训练
1．D　[①过程为需氧呼吸第三阶段，产生的能量大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，A错误；①过程为需氧呼吸第三阶段，②过程为光反应阶段，整株植物光合速率等于呼吸速率时，该细胞能同时进行细胞呼吸和光合作用，故该细胞的光合速率大于呼吸速率，该细胞内①②过程的强度不相等，B错误；①过程(需氧呼吸第三阶段)发生在线粒体内膜上，②过程(光反应中水的光解)发生在叶绿体类囊体膜上，C错误；O2充足时，所有细胞均能进行需氧呼吸，故能进行②过程的细胞也能进行①过程(需氧呼吸第三阶段)，D正确。]
2．A　[12：00左右曲线b下降主要是由光照过强，温度过高，部分气孔关闭，导致CO2供应不足，碳反应下降引起，A错误；曲线b代表表观光合速率，与纵坐标的交点即为呼吸速率，为5 mg·10－2cm－2·h－1，B正确；曲线a为CO2的消耗量，代表总光合速率，曲线b代表植物的表观光合速率，C正确；根据曲线a、b的比较，CO2的消耗量减去CO2的吸收量会大于细胞呼吸释放的CO2量，可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程，D正确。]
3．B　[光反应过程吸收光能，合成ATP和NADPH，光强度直接影响光合作用的光反应阶段，A正确；处于a点的CO2 浓度时，植物只进行细胞呼吸，产生 CO2 的场所有线粒体和细胞溶胶，B错误；b点为CO2补偿点，处于b点的 CO2 浓度时，800 lx高光强下黄瓜幼苗的光合速率和呼吸速率相等，C正确；c点为光强度为70 lx的CO2饱和点，c点后可以通过提高光强度来增大光合速率，D正确。]
4．D　[a点之后CO2的释放量又增加，可推测a点是温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；d点时气温高，蒸腾作用过强导致气孔导度下降，CO2供应不足，光合速率下降，但表观光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，D错误。]
5．C　[M点前，黑暗时叶肉细胞只进行细胞呼吸，需氧呼吸的第一阶段也会产生ATP，场所是细胞溶胶，A错误；M点时，O2浓度开始增加，说明光合速率大于呼吸速率，B错误；M到N曲线的斜率逐渐减小，说明光合速率逐渐减小，C正确；N点时，O2浓度不变，说明光合速率等于呼吸速率，D错误。]
6．(1)叶绿素 a　类囊体膜　a、b、d　95%的酒精　四　(2)催化　(3)光强度、光质(光波长)　(4)减少　(5)y－x
解析　(1)叶片细胞中叶绿体中的色素包括胡萝卜素(橙色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)，其中含量最多的色素是叶绿素a，位于叶绿体中的类囊体膜上。图中a表示氧气，c表示水，d表示e－(电子)，k表示NADP＋，b表示H＋，f表示NADPH，g表示ADP和Pi，h表示ATP，据图可知，光合色素吸收的光能可以将水分解为a、b、d。叶绿体中的色素能溶解在脂溶剂中，因此可以用95%的酒精提取光合色素。叶绿体中的色素含量最少的是胡萝卜素，滤纸条从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，因此分离后的色素在滤纸条上，从下往上数，含量最少的色素位于第四条。(2)据图甲可知，ATP合成酶的作用是运输H＋和催化ADP和Pi合成ATP。(3)据图乙可知，可通过移动台灯与烧杯的距离来探究光强度对光合作用的影响，也可以用不同颜色的台灯来探究光质(光波长)对光合作用的影响。(4)若增加图丙中NaHCO3溶液的浓度，即增加CO2的浓度，CO2与五碳糖结合增多，三碳酸还原形成五碳糖暂时不变，即五碳糖来源不变，消耗增多，因此短时间内五碳糖的含量将减少。(5)假定叶圆片原来质量为m，左侧遮光，只能进行细胞呼吸消耗有机物，因此12小时内细胞呼吸消耗的有机物量为m－x；右侧曝光，则既能进行细胞呼吸也能进行光合作用，因此12小时内净光合作用积累的有机物量为y－m,12小时内右侧小叶圆片光合作用制造的有机物总量＝净光合作用积累的有机物量＋细胞呼吸消耗的有机物量＝y－m＋(m－x)＝y－x。(共60张PPT)
微专题四
光合作用和细胞呼吸的综合应用
第三章 细胞的代谢
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一、光合作用与细胞呼吸的联系
①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦五碳糖；⑧三碳酸；⑨三碳糖合成葡萄糖等其他有机物；⑩丙酮酸； [H]。
1.绿色植物光合作用与细胞呼吸两个生理过程同时发生在叶肉细胞中，与这两个生理过程相关的细胞器都具有双层膜。
2.物质方面
3.能量方面
例1　图中①②③表示生物体内的细胞代谢过程，下列叙述错误的是
A.合成葡萄糖时，过程①利用
的是化学能，过程②利用的
是光能
B.能进行过程①或过程②的生
物都是自养生物
C.白天绿色植物在过程②大于过程③时，不一定能正常生长
D.绿色植物进行过程②产生的葡萄糖可在过程③的线粒体中被利用
√
过程①表示化能合成作用，
过程②表示光合作用，所
以合成葡萄糖时，过程①
利用的是化学能，过程②利用的是光能，A正确；
能进行过程①或过程②的生物可以将CO2转变为葡萄糖，是自养生物，B正确；
由于植物夜间会进行细胞呼吸消耗有机物，所以白天绿色植物在过程②大于过程③时，不一定能正常生长，C正确；
葡萄糖不能在线粒体中分解，需要在细胞溶胶中被分解为丙酮酸后才能进入线粒体被进一步分解，D错误。
例2　如图是细胞中糖类合成与分解过程示意图，下列叙述正确的是
A.过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行
B.过程①产生的能量全部储存在ATP中
C.过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自水
D.过程①能产生[H]，还原的物质为氧
√
过程①为需氧呼吸过程，反应场所是细胞溶胶和线粒体，过程②是光合作用，真核生物在叶绿体中进行，原核生物在细胞溶胶中进行，A错误；
产生的能量大部分以热能形式散失，少部分储存到ATP中，B错误；
光合作用产生的糖中的氧全部来自二氧化碳，C错误；
过程①能产生[H]，其主要与氧气结合生成水，并释放大量能量，D正确。
二、光合与呼吸“三率”的分析
1.植物“三率”间的内在关系
(1)呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或在黑暗条件下绿色组织单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量或有机物消耗量。
(2)表观光合速率(净光合速率)：在光照条件下，植物绿色组织单位时间内一定量叶面积的CO2吸收量或O2释放量或有机物积累量。
(3)真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。
2.植物“三率”的判定
(1)根据坐标曲线判定：当光强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表表观光合速率；当光强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
①曲线判断：如图曲线代表表观光合速率与光强度的关系
②曲线分析
曲线、 点、段 进行的生理过程 气体转移情况 对应的生理状态模型
A点 只进行细胞呼吸 吸收O2、释放CO2
AB段 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＞光合速率 吸收O2、释放CO2
曲线、 点、段 进行的生理过程 气体转移情况 对应的生理状态模型
B点 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＝光合速率 不与外界进行气体交换
B点以后 细胞呼吸、光合作用同时进行且呼吸速率＜光合速率 吸收CO2、释放O2
(2)植物“三率”的常用表示方法
真正光合速率(又称总光合速率) O2的产生(生成)速率 CO2的固定速率 有机物产生(制造、生成)速率
表观光合速率(又称净光合速率) O2的释放速率 CO2的吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率(黑暗中测得) O2的吸收速率 CO2的释放速率 有机物消耗速率
特例：如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的速率，则该数据为真正光合速率。
3.光合速率的测定方法
(1)液滴移动法——测光合作用O2释放(或CO2吸收)的量
①装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测表观光合速率时，NaHCO3 溶液可提供CO2，保证容器内CO2浓度的恒定。
②测定原理
a.在黑暗条件下，甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产
生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收量，可代表呼吸速率。
b.在光照条件下，乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放量，可代表表观光合速率。
c.根据呼吸速率和表观光合速率可计算得到真正光合速率。
(2)叶圆片上浮法
利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，并投入水中，使叶片沉于水底。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中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)比较光合作用的强弱。
(3)半叶法
将叶片一半遮光，一半曝光，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表观光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
(4)黑白瓶法
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只能进行细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为表观光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
例3　以测定的CO2的吸收量或释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图甲所示，图乙所示装置可用来测定植物的表观光合速率。
下列分析正确的是
A.光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的
有机物的量最多
B.光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有
机物的量与30 ℃时的相等
C.如果该植物原重m kg，置于暗处4 h后重
(m－1) kg，然后光照4 h后重(m＋2) kg，
则总光合速率为3/4 kg·h－1
D.若将图乙所示装置中的NaHCO3溶液换成蒸
馏水，则在黑暗条件下可测得B曲线
√
光照时间相同的情况下，在25 ℃时，CO2吸收量最大，即表观光合作用量最大，积累的有机物的量最多，A错误；
在光照时间相同的情况下，30 ℃时真正光合作用的量为3.50＋3.00＝6.50(mg·h－1)，35 ℃时真正光合作用的量为3.00＋3.50＝6.50(mg·h－1)，二者相等，B正确；
该植物原重m kg，置于暗处4 h后重(m－1) kg，然后光照4 h后重(m＋2) kg，光照4 h光合作用积累有机物为(m＋2)－(m－1)＝3(kg)，黑暗4 h细胞呼吸消耗1 kg有机物，则总光合速率为1 kg·h－1，C错误；
若将图乙所示装置中的NaHCO3溶液换成NaOH溶液，则在黑暗条件下可测得B曲线，D错误。
例4　某同学研究甲湖泊中某深度生物的光合作用和需
氧呼吸强度。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶
a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铝箔。用a、b、c三
个瓶分别从待测深度的水体取水样，测定瓶中水体的氧
含量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测深度的水体，经24小时后取出，测两瓶中氧含量，结果如图所示。则24小时内待测深度水体中生物光合作用和需氧呼吸的情况是
A.24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶
B.24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量是(w－v)mol/瓶
C.24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶
D.24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－w)mol/瓶
√
24小时内待测深度水体中生物需氧呼吸消耗的氧气量为初始瓶溶解氧(w)－a瓶溶解氧(v)，是(w－v)mol/瓶，A错误，B正确；
24小时内待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量为表观光合量＋呼吸量，是(k－v)mol/瓶，C、D错误。
三、光合作用与细胞呼吸相关曲线解读与分析
1.曲线中光补偿点和光饱和点的移动规律
(1)增强影响光合作用的因素(或减弱细胞呼吸的因素)，会使光补偿点a左移，反之右移。如在一定范围内，增加CO2浓度，细胞呼吸减弱，光合作用增强，光补偿点左移；减少CO2浓度，光补偿点右移。
(2)增强影响光合作用的因素，光饱和点b将右移，反之左移。如增加CO2浓度，光饱和点右移；减少CO2浓度，光饱和点左移。
(3)当由阳生植物变为阴生植物时，细胞呼吸减弱，光补偿点a、光饱和点b都左移。
2.叶面积指数与相关物质的量的关系
图中，在一定范围内，随叶面积指数的增大，光合作用实际量和呼吸量均增加；超过A点后，因叶片相互遮挡，光合作用实际量不再增加；干物质的量＝光合作用实际量－呼吸量，干物质的量为零时，即叶面积指数为D时，光合速率＝呼吸速率。
3.自然环境中植物光合作用曲线分析
图中各点含义及形成原因分析：
a点：凌晨3时～4时，温度降低，
细胞呼吸减弱，CO2的释放减少；
b点：上午6时左右，日出后，开
始进行光合作用；
bc段(不包括b、c两点)：光合强度＜细胞呼吸强度；
c点：上午7时左右，光合强度＝细胞呼吸强度；
ce段(不包括c、e两点)：光合强度＞细胞呼吸强度；
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象；
e点：下午6时左右，光合强度＝细胞呼吸强度；
ef段(不包括e点)：光合强度＜细胞呼吸强度；
fg段：日落后，停止光合作用，只进行细胞呼吸。
4.密闭容器中植物光合作用曲线分析
图中各点含义及形成原因分析：
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；
CD段(不包括D点)：4时后，微弱光照，
开始进行光合作用，但光合强度＜细胞呼吸强度；
D点：随光强度增加，光合强度＝细胞呼吸强度；
DH段(不包括D、H两点)：光强度继续增加，光合强度＞细胞呼吸强度，其中FG段表示“光合午休”现象；
H点：随光强度减弱，光合强度下降，到H点时光合强度＝细胞呼吸强度；
HI段(不包括H点)：光强度继续减弱，光合强度＜细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
5.植物是否生长的问题
在相对密闭的环境中一昼夜CO2含量的变
化曲线图分析(O2变化与CO2相反)
(1)如果N点低于M点，说明经过一昼夜，
植物体内的有机物总量增加(即植物生长)；
(2)如果N点高于M点，说明经过一昼夜，
植物体内的有机物总量减少；
(3)如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变；
(4)CO2含量最高点为C点(C′点)，CO2含量最低点为E点(E′点)；
(5)CE为积累有机物时段；
(6)BF为制造有机物时段；
(7)AG为消耗有机物时段。
注：a.图中光合速率与呼吸速率相等的点有C(C′)、E(E′)点。b.图中曲线与横轴围成的面积S2－(S1＋S3)的数值即为表观光合量，若该值＞0，则植物生长；若该值≤0，则植物不生长。
例5　在充满N2和CO2的密闭容器中，用水培法栽培几株番茄，CO2充足。测得系统的呼吸速率和光合速率变化曲线如图所示。下列分析正确的是
A.导致9～10 h光合速率急速下降的
原因是缺乏CO2
B.10 h之前能合成ATP的场所是细胞
溶胶和线粒体
C.10 h之后线粒体可持续不断地合成
ATP
D.10 h之后细胞溶胶可持续不断地合成ATP
√
影响光合作用的环境因素包括光强
度、温度和CO2浓度等。9～10 h间，
光合速率迅速下降，而呼吸速率未
有明显变化，因此可以排除温度变
化的原因；细胞呼吸可以不断释放
CO2，由题干中“CO2充足”可知，CO2不是导致光合速率急速下降的原因，因此推测最可能发生变化的环境因素是光照，A错误；
10 h之前既存在光合作用又存在细胞呼吸，因此能合成ATP的场所是细胞溶胶、线粒体和叶绿体，B错误；
10 h后不再进行光合作用释放O2，密闭容器内的O2含量将逐渐下降并完全耗尽，此后细胞只能进行厌氧呼吸，即线粒体停止ATP的合成，细胞溶胶成为合成ATP的唯一场所，C错误，D正确。
例6　将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关叙述错误的是
A.图甲中的光合作用开始于C点
之前，结束于F点之后
B.到达图乙中的d点时，玻璃罩
内的CO2浓度最高
C.图甲中的F点对应图乙中的g点
D.经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加
√
图甲中的C、F点时光合速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相对应，即C点对应d点，F点对应h点，C错误。
1.(2024·绍兴高一期末)如图为绿色植物某细胞内发生的两个生理过程。下列叙述正确的是
A.①过程产生的能量大部分用于合成 ATP
B.整株植物光合速率等于呼吸速率时，该细胞内①②过程的强度也相等
C.①过程发生在线粒体内膜上，②过程发生在叶绿体内膜上
D.O2充足时，能进行②过程的细胞也能进行①过程
√
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
①过程为需氧呼吸第三阶段，产生的能量大部分以热能形式散失，少部分用于合成ATP，A错误；
①过程为需氧呼吸第三阶段，②过程为光反应阶段，整株植物光合速率等于呼吸速率时，该细胞能同时进行细胞呼吸和光合作用，故该细胞的光合速率大于呼吸速率，该细胞内①②过程的强度不相等，B错误；
1
2
3
4
5
6
①过程(需氧呼吸第三阶段)发生在线粒体内膜上，②过程(光反应中水的光解)发生在叶绿体类囊体膜上，C错误；
O2充足时，所有细胞均能进行需氧呼吸，故能进行②过程的细胞也能进行①过程(需氧呼吸第三阶段)，D正确。
1
2
3
4
5
6
2.如图为某植株在24 h内，所有叶绿体内的CO2消耗量和植株CO2吸收量随时间变化的曲线图，假设在此过程中细胞呼吸强度保持不变，据此分析，下列叙述错误的是
A.12：00左右曲线b下降主要是由光
反应降低引起
B.由曲线b可知，植物的呼吸速率为
5 mg·10－2cm－2·h－1
C.曲线a、b分别代表植物的总光合速率、表观光合速率
D.根据曲线a、b的比较，可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程
√
1
2
3
4
5
6
12：00左右曲线b下降主要是由光照过强，温度过高，部分气孔关闭，导致CO2供应不足，碳反应下降引起，A错误；
曲线b代表表观光合速率，与纵坐
标的交点即为呼吸速率，为5 mg·10－2cm－2·h－1，B正确；
1
2
3
4
5
6
曲线a为CO2的消耗量，代表总光合速率，曲线b代表植物的表观光合速率，C正确；
根据曲线a、b的比较，CO2的消耗量减去CO2的吸收量会大于细胞
呼吸释放的CO2量，可知存在除细胞呼吸之外产生CO2的其他生理过程，D正确。
1
2
3
4
5
6
3.(2024·台州路桥中学高一月考)某研究小组在探究环境因素对黄瓜幼苗光合作用的影响时，得到适宜温度条件下的实验结果(图中lx为光强度单位)，如图所示。
下列叙述错误的是
A.光强度直接影响光合作用的光反应阶段
B.处于a点的CO2浓度时，产生CO2的场所
有叶绿体、线粒体和细胞溶胶
C.处于b点的CO2浓度时，800 lx高光强下
黄瓜幼苗的光合速率和呼吸速率相等
D.c点后可以通过提高光强度来增大光合速率
√
1
2
3
4
5
6
光反应过程吸收光能，合成ATP和NADPH，光强度直接影响光合作用的光反应阶段，A正确；
处于a点的CO2 浓度时，植物只进行细胞呼吸，产生 CO2 的场所有线粒体和细胞溶胶，B错误；
b点为CO2补偿点，处于b点的 CO2 浓度时，800 lx高光强下黄瓜幼苗的光合速率和呼吸速率相等，C正确；
1
2
3
4
5
6
c点为光强度为70 lx的CO2饱和点，c点后可以通过提高光强度来增大光合速率，D正确。
1
2
3
4
5
6
4.如图是密闭大棚内番茄在24小时测得的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于温度
降低使细胞呼吸减弱
B.d点时光合速率虽有所下降，但仍大
于呼吸速率
C.如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
D.番茄通过光合作用制造有机物的时间是ce段
√
a点之后CO2的释放量又增加，可
推测a点是温度降低导致细胞呼吸
减弱，CO2释放量减少，A正确；
d点时气温高，蒸腾作用过强导致
气孔导度下降，CO2供应不足，光
合速率下降，但表观光合速率仍大于0，即光合速率仍大于呼吸速率，B正确；
番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段属于有机物的积累阶段，D错误。
1
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3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
5.(2024·温州高一期末)研究小组用图甲密闭装置进行某绿色植物光合作用和细胞呼吸的探究实验。在环境温度为25 ℃条件下先黑暗处理15 min，再转移至最适光强度下继续实验，结果如图乙所示。已知25 ℃是该植物光合作用的最适温度，30 ℃是该植物细胞呼吸的最适温度。下列叙述正确的是
A.M点前，叶肉细胞中产生ATP的场
所是线粒体
B.M点时，光合速率与呼吸速率相等
C.MN段光合速率逐渐减小
D.N点时，植物不进行光合作用
√
1
2
3
4
5
6
M点前，黑暗时叶肉细胞只进
行细胞呼吸，需氧呼吸的第一
阶段也会产生ATP，场所是细
胞溶胶，A错误；
M点时，O2浓度开始增加，说明光合速率大于呼吸速率，B错误；
M到N曲线的斜率逐渐减小，说明光合速率逐渐减小，C正确；
N点时，O2浓度不变，说明光合速率等于呼吸速率，D错误。
1
2
3
4
5
6
6.(2024·宁波高一期中)如图是某生物研究小组以鸡蛋茄为实验材料所做的相关实验。图甲是光合作用的光反应示意图，图乙、丙是探究环境因素对光合作用影响的实验示意图，图丁是将叶片左侧遮光，右侧曝光，并采取适当的方法阻止两部分之间物质和能量的转移。回答下列问题：
1
2
3
4
5
6
(1)鸡蛋茄叶片细胞中含量最多的色素是________，位于叶绿体中的___________上，吸收的光能可以将水分解为_______
(填图甲中的字母)。光合色素的提取与分离实验中通常可以用_____________提取
叶绿素a
类囊体膜
a、b、d
95%的酒精
四
光合色素，分离后的色素在滤纸条上，从下往上数，含量最少的色素位于第______条。
1
2
3
4
5
6
叶片细胞中叶绿体中的色素包括胡萝卜素(橙色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)，其中含量最多的色素是叶绿素a，位于叶绿体中的类囊体膜上。图中a表示氧气，c表
示水，d表示e－(电子)，k表示NADP＋，b表示H＋，f表示NADPH，g表示ADP和Pi，h表示ATP，据图可知，光合色素吸收的光能可以将水分解为a、b、d。
1
2
3
4
5
6
叶绿体中的色素能溶解在脂溶剂中，因此可以用95%的酒精提取光合色素。叶绿体中的色素含量最少的是胡萝卜素，滤纸条从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，因此分
离后的色素在滤纸条上，从下往上数，含量最少的色素位于第四条。
1
2
3
4
5
6
(2)图甲中 ATP合成酶的作用是运输
和______。
催化
据图甲可知，ATP合成酶的作用是运输H＋和催化ADP和Pi合成ATP。
1
2
3
4
5
6
(3)图乙装置可以用来探究____________________
对光合作用的影响。
光强度、光质(光波长)
据图乙可知，可通过移动台灯与烧杯的距离来探究光强度对光合作用的影响，也可以用不同颜色的台灯来探究光质(光波长)对光合作用的影响。
1
2
3
4
5
6
(4)图丙若增加 NaHCO3溶液的浓度，短时间内五碳糖的含量将______(填“增加”“减少”或“基本不变”)。
减少
若增加图丙中NaHCO3溶液的浓度，即增加CO2的浓度，CO2与五碳糖结合增多，三碳酸还原形成五碳糖暂时不变，即五碳糖来源不变，消耗增多，因此短时间内五碳糖的含量将减少。
1
2
3
4
5
6
(5)若图丁在适宜光照下照射 12 小时，从两侧截取同等面积的小叶圆片，烘干称重，分别记为 x和y(单位：g)，则图中右侧小叶圆片光合作用制造的有机物总量为________。
y－x
1
2
3
4
5
6
假定叶圆片原来质量为m，左侧遮光，只能进行细胞呼吸消耗有机物，因此12小时内细胞呼吸消耗的有机物量为m－x；右侧曝光，则既能进行细胞呼吸也能进行光合作用，因此12小时内净光合作用积累的有机物量为y－m,12小时内右侧小叶圆片光合作用制造的有机物总量＝净光合作用积累的有机物量＋细胞呼吸消耗的有机物量＝y－m＋(m－x)＝y－x。

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