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第2讲　植物的光合作用和动植物的呼吸作用
　　
　　一、光合作用及其发现史
　　1.光合作用的探究历程
时间 国家 科学家 (实验) 结论或发现
1771年 英国 普利斯特利 植物可以更新空气
1779年 荷兰 英格豪斯 植物更新空气的条件是绿叶，且在光照下
1845年 德国 梅耶 光能转换成化学能
1864年 德国 萨克斯 光合作用产生淀粉
1880年 美国 恩格尔曼 光合作用的场所是叶绿体
时间 国家 科学家 (实验) 结论或发现
1939年 美国 鲁宾、卡门 采用同位素标记法研究了光合作用。第一组给植物提供O和CO2，释放的是18O2；第二组提供H2O和C18O2，释放的是O2。证明：光合作用产生的O2来自H2O，而不是CO2
20世纪 40年代 美国 卡尔文 通过同位素示踪法探究CO2的固定过程中碳元素的转移途径为CO2→C3→CH2O
　　例1　 下列有关科学家的经典研究中，采取了同位素示踪法的是( )
　　①恩格尔曼发现光合作用的部位；②梅耶指出植物通过光合作用把光能转换为化学能；③鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2来自水；④卡尔文探明了 CO2中的碳在光合作用中的转移途径
　　A.①③　　B.②④　　C.①②　　D.③④
　　解题思路 鲁宾和卡门通过同位素示踪法证明光合作用释放的O2来自水，设立的一组对照实验：O和CO2，H2O和C18O2。卡尔文通过同位素示踪法探究CO2的固定过程中碳元素的转移途径为CO2→C3→CH2O。①恩格尔曼是利用好氧细菌的特性来探究的，①错误；②梅耶根据能量转化与守恒定律发现光合作用把光能转换为化学能，②错误；③鲁宾和卡门利用氧的同位素来标记二氧化碳和水的氧探究的，③正确；④卡尔文利用标记C的同位素来追踪它的转移途径，④正确，故答案为D。
　　2.光合作用的原理
　　(1)光合作用的概念
　　绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成为储存着能量的有机物，并释放氧气的过程叫光合作用。
　　(2)光合作用的过程(如图所示)
　　
　　光合作用的反应式为：二氧化碳＋水有机物(主要是淀粉)＋氧气。
　　(3)光合作用的实质
　　①物质转化方面：简单的无机物(水、二氧化碳)转化为有机物(如葡萄糖等)，并释放氧气；
　　②能量转化方面：太阳能转化为化学能(储存在有机物中)。
　　(4)光合作用的意义
　　光合作用是生物界食物的来源、氧气的来源、能量的来源。绿色植物的光合作用是地球上一切生物生存、繁荣和发展的根本保障。
　　(5)影响光合作用的环境因素
　　①光：在一定的光照强度内，光合作用随光照强度的增强而增强；
　　②温度：在一定的温度范围内，光合作用随温度的升高而增强；温度过高时，光合作用随温度的增强而减弱；一般情况下，当温度处于25～30 ℃时，光合作用较强；
　　③二氧化碳：一定范围内，光合作用随二氧化碳浓度的增大而增强；
　　④其他因素：水、无机盐等也能影响光合作用的强度。
　　3.光合作用的条件和产物
　　光合作用的条件是光和叶绿体，产物是淀粉和氧气。
步骤 操作 目的 结论
暗处理 把银边天竺葵放到黑暗处一昼夜 将叶片内储存的淀粉耗尽 见光部分产生了淀粉；光是合成淀粉不可缺少的条件　　
遮光 在叶片绿色部分的相同位置从上下两面用铝箔纸遮盖后进行光照 设置有光与无光的对照实验
脱去 叶绿 素 将该叶片摘下，去掉铝箔纸，放入酒精中水浴加热，脱色成黄白色 溶解叶绿素
染色 用清水漂洗叶片后，用碘液染色 判断是否含有淀粉
冲洗 用清水冲掉碘液后观察 去掉碘液便于观察
　　4.光合作用的原料
　　光合作用需要二氧化碳和水作为原料才能制造出有机物和氧气。
　　例2　 新配的溴麝香草酚蓝溶液是蓝色的，通入二氧化碳，该溶液先变绿再变成黄色。某兴趣小组将等量的处理过的溴麝香草酚蓝溶液(通过吹气使其变成黄色)倒入甲、乙试管中，再向两支试管中加入等量的金鱼藻，密封。两个试管除研究的变量不一样外，其他条件相同且适宜。实验步骤和结果如图所示。下列有关叙述正确的是( )
　　A.向溴麝香草酚蓝溶液中吹气的目的是为金鱼藻光合作用提供二氧化碳
　　B.本实验的变量是二氧化碳和光照
　　C.本实验结论是光合作用需要二氧化碳
　　D.溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变成黄色，说明二氧化碳是光合作用的原料
　　解题思路在探究光合作用条件的实验中，通常需要设置对照实验，控制单一变量；溴麝香草酚蓝溶液是一种酸碱指示剂，在水中存在时，二氧化碳与水反应生成碳酸，使溶液呈酸性，溴麝香草酚蓝溶液遇酸性物质会由蓝变绿再变黄，可用来检测二氧化碳的存在。A.向溴麝香草酚蓝溶液中吹气，人呼出的气体中含有二氧化碳，二氧化碳能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，这样就为金鱼藻光合作用提供了二氧化碳，A正确。B.本实验中，乙试管遮光，甲试管不遮光，其他条件相同且适宜，所以实验变量是光照，B错误。C.本实验中，乙试管遮光，金鱼藻不能进行光合作用，溶液保持黄色；甲试管不遮光，金鱼藻能进行光合作用吸收二氧化碳，溶液由黄色逐渐变回蓝色，说明光合作用需要光照，C错误。D.溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变成黄色，只能说明溶液中存在二氧化碳，不能直接说明二氧化碳是光合作用的原料，D错误。故答案为A。
　　二、动植物的呼吸作用
　　1.概念：活细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来。供给生命活动的需要，这个过程叫作呼吸作用。
　　2.呼吸作用表达式： 有机物(储存着能量)＋氧气二氧化碳＋水＋能量。
　　3.呼吸作用场所： 生物体的所有活细胞在生命活动中都要消耗能量，细胞中的线粒体是呼吸作用的主要场所，是细胞中的能量转换器。
　　4.呼吸作用意义： 呼吸作用是生物体获得能量的主要方式。
　　5.影响呼吸作用的外界因素
　　温度、水分、氧气和二氧化碳浓度是影响呼吸作用的主要因素。
　　(1)温度：温度对呼吸作用的强度影响最大。温度升高，呼吸作用加强；温度过高，呼吸作用减弱。
　　(2)水分：植物含水量增加，呼吸作用加强。
　　(3)氧气：在一定范围内，随着氧气浓度的增加，呼吸作用显著加强。
　　(4)二氧化碳：二氧化碳浓度大大超出正常值时，抑制呼吸作用。在储藏蔬菜、水果、粮食时采取低温、干燥、充加二氧化碳等措施，可延长储藏时间。
　　例3　 在一个密闭的保温装置中装有正在萌发的种子，每隔一段时间测定其内的温度和氧气含量，并将结果绘成曲线，如果横轴表示时间，纵轴表示温度和氧气含量，下列曲线能正确反映温度( )和氧气含量( )随时间变化的是( )
　　解题思路 由所学知识可以知道：生物细胞利用氧将植物体内的有机物分解产生二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，为生命活动提供动力，这个过程叫呼吸作用，呼吸作用主要是在生物体的线粒体中进行的。由于萌发的种子进行呼吸作用释放出大量的热量，所以瓶内温度升高；而进行呼吸作用消耗氧气，所以瓶内的氧气含量逐渐减少。图中曲线A代表的是温度随时间的变化情况，由于萌发的种子进行呼吸作用释放出大量的热量，所以装置内温度升高，图中曲线B代表的是氧气含量随时间的变化情况，进行呼吸作用消耗氧气，所以装置内的氧气含量逐渐减少，C正确。故答案为C。
　　例4　 呼吸作用彻底分解有机物后，产生的物质是( )
　　A.二氧化碳和水　　B.水和淀粉
　　C.氧气和水　　D.无机盐和水
　　解题思路 呼吸作用是细胞内的有机物在氧气的参与下被分解产生二氧化碳和水，同时释放出能量的过程。呼吸作用的表达式是：有机物＋氧气水＋二氧化碳＋能量。因此呼吸作用彻底分解有机物后，产生的物质是二氧化碳和水。故答案为A。
　　6.呼吸作用过程中有机物分解及能量释放
　　活细胞通过呼吸作用，利用氧将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动的需要。生物体的所有活细胞在生命活动中都要消耗能量，细胞中的线粒体是呼吸作用的主要场所，是细胞中的能量转换器。呼吸作用是生物体获得能量的主要方式。
　　例5　 将100 g绿豆种子培育成300 g的绿豆芽(幼叶未长出)的过程中，绿豆中有机物的变化如下所示，正确的是( )
　　解题思路绿豆种子在萌发成绿豆芽的过程中，要通过呼吸作用消耗绿豆体内的有机物，由于绿豆种子萌发的过程中要吸收大量的水，所以100 g绿豆可培育出300 g豆芽，而在此过程中由于幼叶还未长出，无法进行光合作用，所以绿豆种子萌发过程中消耗的是自身有机物。A中，种子在萌发的过程中还没有长出幼叶前，主要消耗自身的有机物，所以会随着时间的增加，种子内有机物的含量会逐渐减少；B中，表示的是随着时间增加有机物的含量增加，不符合题意；C中，表示的是有机物先增加，再持平，不符合题意；D中，表示的是随着时间的增加，有机物的含量上升，不符合题意。故答案为A。
　　三、光合作用和呼吸作用的相互关系
　　植物的光合作用和呼吸作用是两个相反的过程，两者相互依存，维持着整个地球上的光合作用和呼吸作用的平衡。
项目 光合作用 呼吸作用
表达式 二氧化碳＋水有机物(主要是淀粉)＋氧气 葡萄糖＋氧气二氧化碳＋水＋能量
场所 只在含叶绿体的细胞中进行 在所有活细胞中进行
条件 在光照下进行 有光、无光都能进行
原料 二氧化碳和水 有机物和氧气
产物 有机物和氧气 二氧化碳和水
项目 光合作用 呼吸作用
气体交换 吸收二氧化碳，放出氧气 吸收氧气，放出二氧化碳
物质转化 无机物转化成有机物 有机物转化成无机物
能量转化 太阳能转化成化学能 将储存在生物体的能量转化和利用
实质 合成有机物，储存能量 分解有机物，释放能量
联系 光合作用为呼吸作用提供有机物和氧气，呼吸作用为光合作用提供二氧化碳
　　例6　 无土栽培是利用营养液栽培作物的一门技术，营养液中含有作物生长所需的无机盐。
　　式①：二氧化碳＋水有机物＋氧气
　　式②：有机物＋氧气二氧化碳＋水＋能量
　　(1)式①和式②分别表示绿色植物进行的不同生理活动。一般要求无土栽培温室棚内，晚上的温度低些，目的是　 　(填“减弱”或“增强”)式②表示的生理活动，式①中的a是　 　。
　　(2)无土栽培的植物是通过　 　(填器官名称)吸收无机盐的。
　　(3)选择两株生长状况相似，叶片数量不同的同种植株，分别放入烧杯中。烧杯装有油层密封的质量和浓度相同的同种营养液，将烧杯置于已调节平衡的天平上，如图甲所示，移动游码，使指针指在分度盘中央。同时将两烧杯置于同处阳光下照射一段时间。再放回原天平托盘上，天平的指针将会向　 　(填“左”或“右”)偏转。
　　(4)若图乙温室中只有绿色植物，在不通入CO2的情况下。每天只在6：00～18：00接受日光照射。请在图丙的坐标上，用笔画出6：00～24：00该温室内CO2浓度的大致变化曲线(0：00～6：00的曲线已经绘出)。
　　解题思路 (1)式①和式②分别表示的是绿色植物的光合作用和呼吸作用的表达式；植物的呼吸作用受温度的影响，在一定范围内植物的呼吸作用随温度的升高而增强，因此夜晚的温度低些，可以降低植物的呼吸作用，减少植物体内有机物的消耗；光合作用的场所是叶绿体，式①中的a表示的是光合作用的场所叶绿体。(2)植物的根有两方面的作用，一是从土壤中吸收水分和无机盐，二是把植物体固定在土壤中；同样，无土栽培的植物所需要的无机盐也是由根从培养液中吸收的。
(3)植物体内的水分以气体状态通过气孔从植物体内散发到植物体外的过程叫作蒸腾作用；植物进行蒸腾作用的主要部位是叶片；将甲装置中的两株植物同时移到阳光下，由于左边植物的叶片比右边植物的叶片多，左边植物通过蒸腾作用散失的水分也多，导致左边装置的总重量低于右边装置的重量，因此在阳光下照射一段时间后，再放回原天平托盘上，天平的指针将会向右偏转。
(4)植物的光合作用是吸收二氧化碳，释放氧气，呼吸作用是吸收氧气，释放二氧化碳；在不通入二氧化碳的情况下，装置乙在光照的条件下，二氧化碳的浓度会逐渐降低；在黑暗环境中，植物只进行呼吸作用释放二氧化碳，因此二氧化碳的浓度又会逐渐增加。即在6：00～24：00时间段内，二氧化碳在坐标上表现为先降低然后再升高，又因为装置内的一部分二氧化碳被植物通过光合作用合成了有机物储存在植物体内，因此装置内的二氧化碳的总含量会逐渐减少。
　　故答案为：(1)减弱　叶绿体　(2)根　(3)右　(4)如上图所示
　　四、绝招课堂：影响光合作用的各种环境因素曲线
　　(一)光合速率的概念
　　光合作用固定二氧化碳的速率，即单位时间单位叶面积的二氧化碳固定(或氧气释放)量，也称光合强度。
　　(二)影响光合作用速率(强度)的因素
　　1.内部因素
　　(1)同一植物的不同生长发育阶段
　　根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。如图所示。
　　(2)同一叶片的不同生长发育时期
　　①曲线分析：如图所示，OA段为幼叶，随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
　　②应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，这样可减少其细胞呼吸对有机物的消耗。
　　2.单因子外界因素的影响
　　(1)光照强度
　　①曲线分析(如图所示)
　　a.A点光照强度为零，只进行细胞呼吸，A点即表示植物呼吸速率。
　　b.AB段表明随光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度，B点称为光补偿点，阴生植物光补偿点左移(如虚线所示)。
　　c.BC段表明随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了。C点对应的光照强度称为光合作用的光饱和点，C点对应的CO2吸收值表示净光合速率。
　　d.真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
　　②应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配；林带树种的配置、合理采伐；冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
　　(2)CO2浓度
　　①曲线分析：如图所示，图甲中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图乙中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
　　②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”；增施农家肥等增大CO2浓度；提高光合作用速率等。
　　(3)矿质元素
　　①曲线的含义：如图所示，在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，使植物吸水困难从而导致光合作用速率下降。
　　②应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。
　　(4)温度
　　①曲线分析：如图所示，温度是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率的。
　　②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度，增大昼夜温差获得高产。
　　3.多因子外界因素对光合作用速率的影响
　　(1)曲线分析(如图所示)
　　①P点前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
　　②P点到Q点之间，限制因子既有横坐标因素，也有其他因素。
　　③Q点后，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
　　(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，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
　　(三)提高农作物的光能利用率的方法
　　(1)延长光合作用的时间。
　　(2)增加光合作用的面积(合理密植，间作套种)。
　　(3)光照强弱的控制。
　　(4)必需矿质元素的供应。
　　(5)CO2的供应(温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高二氧化碳浓度)。
　　例7　 如图所示，表示20 ℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系。S1、S2、S3所在部位的面积表示有关物质的相对值，下列说法中不正确的是( )
　　A.S2－S3表示玉米光合作用有机物净积累量
　　B.S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量
　　C.若土壤中缺Mg，则B点右移，D点左移
　　D.S1＋S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量
　　解题思路 结合题意分析：玉米在整个过程中都进行呼吸作用，并且由于温度不变，呼吸作用强度保持不变，因此可用S1＋S3表示呼吸作用消耗量。而由A点开始，光合作用出现，并且随着光照强度的增强，光合作用合成的有机物不断增多；在B点时，光合作用产生的有机物刚好等于呼吸作用消耗的有机物，因此图中的S1可表示B点之前的光合作用量，也可表示呼吸作用消耗－光合作用合成量；但是超过B点后，光合作用大于呼吸作用，因此S2就可以表示B点之后的有机物积累量。图中可以看出，S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量，S1＋S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量，因此玉米光合作用有机物净积累量＝光合作用总量－呼吸作用消耗＝S2＋S3－(S1＋S3)＝S2－S1，A错误，B、D正确；若土壤中缺Mg，则会缺少叶绿素，达到光补偿点所需的光照强度会增大，B点右移，同时达到光饱和点所需的光照强度将会减小，D点左移，C正确。故答案为A。
　　例8　 将某绿色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(其余的实验条件都是理想的)，实验以CO2的吸收量与释放量为指标，实验结果如下表所示：
温度(℃) 5 10 15 20 25 30 35
光照下吸收CO2 (mg/h) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00
黑暗中 释放CO2(mg/h) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50
　　下列对该表数据的分析正确的是( )
　　A.昼夜不停地光照，温度在35 ℃时该植物不能生长
　　B.昼夜不停地光照，该植物最适宜的温度是30 ℃
　　C.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在20 ℃的条件下，该植物积累的有机物最多
　　D.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在30 ℃时，该植物积累的有机物是温度在10 ℃时的两倍
　　解题思路表中自变量为温度，本题是研究温度对光合作用与呼吸作用的影响。在读表时，要明确光照下吸收CO2的量为净吸收量，即净光合作用量，黑暗中放出CO2的量代表的是有机物的消耗量，也代表呼吸作用强度。
　　表中光照下吸收CO2量表示净光合速率，黑暗中释放CO2量表示呼吸作用强度，温度在35 ℃时植物的净光合速率为3.00 mg/h，因此昼夜不停地光照植物能生长，故A错误；表格中，植物每小时净吸收CO2量最多的是25 ℃时的3.75 mg，昼夜不停地光照，此温度下最适生长，故B错误；每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在20 ℃时该植物积累的有机物为3.25 mg/h×12 h－1.5 mg/h×12 h＝21 mg，同理可算出其他温度条件下有机物的积累量，在所有温度中20 ℃时有机物积累量最多，故C正确；每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在30 ℃时，该植物积累的有机物＝3.50 mg/h×12 h－3.00 mg/h×12 h＝6 mg，同理计算10 ℃时积累的有机物为12 mg，故D错误。故选C。第2讲　植物的光合作用和动植物的呼吸作用
　　
　　一、光合作用及其发现史
　　1.光合作用的探究历程
时间 国家 科学家 (实验) 结论或发现
1771年 英国 普利斯特利 植物可以更新空气
1779年 荷兰 英格豪斯 植物更新空气的条件是绿叶，且在光照下
1845年 德国 梅耶 光能转换成化学能
1864年 德国 萨克斯 光合作用产生淀粉
1880年 美国 恩格尔曼 光合作用的场所是叶绿体
时间 国家 科学家 (实验) 结论或发现
1939年 美国 鲁宾、卡门 采用同位素标记法研究了光合作用。第一组给植物提供O和CO2，释放的是18O2；第二组提供H2O和C18O2，释放的是O2。证明：光合作用产生的O2来自H2O，而不是CO2
20世纪 40年代 美国 卡尔文 通过同位素示踪法探究CO2的固定过程中碳元素的转移途径为CO2→C3→CH2O
　　例1　 下列有关科学家的经典研究中，采取了同位素示踪法的是(　D　)
　　①恩格尔曼发现光合作用的部位；②梅耶指出植物通过光合作用把光能转换为化学能；③鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2来自水；④卡尔文探明了 CO2中的碳在光合作用中的转移途径
　　A.①③　　B.②④　　C.①②　　D.③④
　　解题思路 鲁宾和卡门通过同位素示踪法证明光合作用释放的O2来自水，设立的一组对照实验：O和CO2，H2O和C18O2。卡尔文通过同位素示踪法探究CO2的固定过程中碳元素的转移途径为CO2→C3→CH2O。①恩格尔曼是利用好氧细菌的特性来探究的，①错误；②梅耶根据能量转化与守恒定律发现光合作用把光能转换为化学能，②错误；③鲁宾和卡门利用氧的同位素来标记二氧化碳和水的氧探究的，③正确；④卡尔文利用标记C的同位素来追踪它的转移途径，④正确，故答案为D。
　　2.光合作用的原理
　　(1)光合作用的概念
　　绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成为储存着能量的有机物，并释放氧气的过程叫光合作用。
　　(2)光合作用的过程(如图所示)
　　
　　光合作用的反应式为：二氧化碳＋水有机物(主要是淀粉)＋氧气。
　　(3)光合作用的实质
　　①物质转化方面：简单的无机物(水、二氧化碳)转化为有机物(如葡萄糖等)，并释放氧气；
　　②能量转化方面：太阳能转化为化学能(储存在有机物中)。
　　(4)光合作用的意义
　　光合作用是生物界食物的来源、氧气的来源、能量的来源。绿色植物的光合作用是地球上一切生物生存、繁荣和发展的根本保障。
　　(5)影响光合作用的环境因素
　　①光：在一定的光照强度内，光合作用随光照强度的增强而增强；
　　②温度：在一定的温度范围内，光合作用随温度的升高而增强；温度过高时，光合作用随温度的增强而减弱；一般情况下，当温度处于25～30 ℃时，光合作用较强；
　　③二氧化碳：一定范围内，光合作用随二氧化碳浓度的增大而增强；
　　④其他因素：水、无机盐等也能影响光合作用的强度。
　　3.光合作用的条件和产物
　　光合作用的条件是光和叶绿体，产物是淀粉和氧气。
步骤 操作 目的 结论
暗处理 把银边天竺葵放到黑暗处一昼夜 将叶片内储存的淀粉耗尽 见光部分产生了淀粉；光是合成淀粉不可缺少的条件　　
遮光 在叶片绿色部分的相同位置从上下两面用铝箔纸遮盖后进行光照 设置有光与无光的对照实验
脱去 叶绿 素 将该叶片摘下，去掉铝箔纸，放入酒精中水浴加热，脱色成黄白色 溶解叶绿素
染色 用清水漂洗叶片后，用碘液染色 判断是否含有淀粉
冲洗 用清水冲掉碘液后观察 去掉碘液便于观察
　　4.光合作用的原料
　　光合作用需要二氧化碳和水作为原料才能制造出有机物和氧气。
　　例2　 新配的溴麝香草酚蓝溶液是蓝色的，通入二氧化碳，该溶液先变绿再变成黄色。某兴趣小组将等量的处理过的溴麝香草酚蓝溶液(通过吹气使其变成黄色)倒入甲、乙试管中，再向两支试管中加入等量的金鱼藻，密封。两个试管除研究的变量不一样外，其他条件相同且适宜。实验步骤和结果如图所示。下列有关叙述正确的是(　A　)
　　A.向溴麝香草酚蓝溶液中吹气的目的是为金鱼藻光合作用提供二氧化碳
　　B.本实验的变量是二氧化碳和光照
　　C.本实验结论是光合作用需要二氧化碳
　　D.溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变成黄色，说明二氧化碳是光合作用的原料
　　解题思路在探究光合作用条件的实验中，通常需要设置对照实验，控制单一变量；溴麝香草酚蓝溶液是一种酸碱指示剂，在水中存在时，二氧化碳与水反应生成碳酸，使溶液呈酸性，溴麝香草酚蓝溶液遇酸性物质会由蓝变绿再变黄，可用来检测二氧化碳的存在。A.向溴麝香草酚蓝溶液中吹气，人呼出的气体中含有二氧化碳，二氧化碳能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，这样就为金鱼藻光合作用提供了二氧化碳，A正确。B.本实验中，乙试管遮光，甲试管不遮光，其他条件相同且适宜，所以实验变量是光照，B错误。C.本实验中，乙试管遮光，金鱼藻不能进行光合作用，溶液保持黄色；甲试管不遮光，金鱼藻能进行光合作用吸收二氧化碳，溶液由黄色逐渐变回蓝色，说明光合作用需要光照，C错误。D.溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变成黄色，只能说明溶液中存在二氧化碳，不能直接说明二氧化碳是光合作用的原料，D错误。故答案为A。
　　二、动植物的呼吸作用
　　1.概念：活细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来。供给生命活动的需要，这个过程叫作呼吸作用。
　　2.呼吸作用表达式： 有机物(储存着能量)＋氧气二氧化碳＋水＋能量。
　　3.呼吸作用场所： 生物体的所有活细胞在生命活动中都要消耗能量，细胞中的线粒体是呼吸作用的主要场所，是细胞中的能量转换器。
　　4.呼吸作用意义： 呼吸作用是生物体获得能量的主要方式。
　　5.影响呼吸作用的外界因素
　　温度、水分、氧气和二氧化碳浓度是影响呼吸作用的主要因素。
　　(1)温度：温度对呼吸作用的强度影响最大。温度升高，呼吸作用加强；温度过高，呼吸作用减弱。
　　(2)水分：植物含水量增加，呼吸作用加强。
　　(3)氧气：在一定范围内，随着氧气浓度的增加，呼吸作用显著加强。
　　(4)二氧化碳：二氧化碳浓度大大超出正常值时，抑制呼吸作用。在储藏蔬菜、水果、粮食时采取低温、干燥、充加二氧化碳等措施，可延长储藏时间。
　　例3　 在一个密闭的保温装置中装有正在萌发的种子，每隔一段时间测定其内的温度和氧气含量，并将结果绘成曲线，如果横轴表示时间，纵轴表示温度和氧气含量，下列曲线能正确反映温度(A)和氧气含量(B)随时间变化的是(　C　)
　　解题思路 由所学知识可以知道：生物细胞利用氧将植物体内的有机物分解产生二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，为生命活动提供动力，这个过程叫呼吸作用，呼吸作用主要是在生物体的线粒体中进行的。由于萌发的种子进行呼吸作用释放出大量的热量，所以瓶内温度升高；而进行呼吸作用消耗氧气，所以瓶内的氧气含量逐渐减少。图中曲线A代表的是温度随时间的变化情况，由于萌发的种子进行呼吸作用释放出大量的热量，所以装置内温度升高，图中曲线B代表的是氧气含量随时间的变化情况，进行呼吸作用消耗氧气，所以装置内的氧气含量逐渐减少，C正确。故答案为C。
　　例4　 呼吸作用彻底分解有机物后，产生的物质是(　A　)
　　A.二氧化碳和水　　B.水和淀粉
　　C.氧气和水　　D.无机盐和水
　　解题思路 呼吸作用是细胞内的有机物在氧气的参与下被分解产生二氧化碳和水，同时释放出能量的过程。呼吸作用的表达式是：有机物＋氧气水＋二氧化碳＋能量。因此呼吸作用彻底分解有机物后，产生的物质是二氧化碳和水。故答案为A。
　　6.呼吸作用过程中有机物分解及能量释放
　　活细胞通过呼吸作用，利用氧将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动的需要。生物体的所有活细胞在生命活动中都要消耗能量，细胞中的线粒体是呼吸作用的主要场所，是细胞中的能量转换器。呼吸作用是生物体获得能量的主要方式。
　　例5　 将100 g绿豆种子培育成300 g的绿豆芽(幼叶未长出)的过程中，绿豆中有机物的变化如下所示，正确的是(　A　)
　　解题思路绿豆种子在萌发成绿豆芽的过程中，要通过呼吸作用消耗绿豆体内的有机物，由于绿豆种子萌发的过程中要吸收大量的水，所以100 g绿豆可培育出300 g豆芽，而在此过程中由于幼叶还未长出，无法进行光合作用，所以绿豆种子萌发过程中消耗的是自身有机物。A中，种子在萌发的过程中还没有长出幼叶前，主要消耗自身的有机物，所以会随着时间的增加，种子内有机物的含量会逐渐减少；B中，表示的是随着时间增加有机物的含量增加，不符合题意；C中，表示的是有机物先增加，再持平，不符合题意；D中，表示的是随着时间的增加，有机物的含量上升，不符合题意。故答案为A。
　　三、光合作用和呼吸作用的相互关系
　　植物的光合作用和呼吸作用是两个相反的过程，两者相互依存，维持着整个地球上的光合作用和呼吸作用的平衡。
项目 光合作用 呼吸作用
表达式 二氧化碳＋水有机物(主要是淀粉)＋氧气 葡萄糖＋氧气二氧化碳＋水＋能量
场所 只在含叶绿体的细胞中进行 在所有活细胞中进行
条件 在光照下进行 有光、无光都能进行
原料 二氧化碳和水 有机物和氧气
产物 有机物和氧气 二氧化碳和水
项目 光合作用 呼吸作用
气体交换 吸收二氧化碳，放出氧气 吸收氧气，放出二氧化碳
物质转化 无机物转化成有机物 有机物转化成无机物
能量转化 太阳能转化成化学能 将储存在生物体的能量转化和利用
实质 合成有机物，储存能量 分解有机物，释放能量
联系 光合作用为呼吸作用提供有机物和氧气，呼吸作用为光合作用提供二氧化碳
　　例6　 无土栽培是利用营养液栽培作物的一门技术，营养液中含有作物生长所需的无机盐。
　　式①：二氧化碳＋水有机物＋氧气
　　式②：有机物＋氧气二氧化碳＋水＋能量
　　(1)式①和式②分别表示绿色植物进行的不同生理活动。一般要求无土栽培温室棚内，晚上的温度低些，目的是　减弱　(填“减弱”或“增强”)式②表示的生理活动，式①中的a是　叶绿体　。
　　(2)无土栽培的植物是通过　根　(填器官名称)吸收无机盐的。
　　(3)选择两株生长状况相似，叶片数量不同的同种植株，分别放入烧杯中。烧杯装有油层密封的质量和浓度相同的同种营养液，将烧杯置于已调节平衡的天平上，如图甲所示，移动游码，使指针指在分度盘中央。同时将两烧杯置于同处阳光下照射一段时间。再放回原天平托盘上，天平的指针将会向　右　(填“左”或“右”)偏转。
　　(4)若图乙温室中只有绿色植物，在不通入CO2的情况下。每天只在6：00～18：00接受日光照射。请在图丙的坐标上，用笔画出6：00～24：00该温室内CO2浓度的大致变化曲线(0：00～6：00的曲线已经绘出)。
如上图所示
　　解题思路 (1)式①和式②分别表示的是绿色植物的光合作用和呼吸作用的表达式；植物的呼吸作用受温度的影响，在一定范围内植物的呼吸作用随温度的升高而增强，因此夜晚的温度低些，可以降低植物的呼吸作用，减少植物体内有机物的消耗；光合作用的场所是叶绿体，式①中的a表示的是光合作用的场所叶绿体。(2)植物的根有两方面的作用，一是从土壤中吸收水分和无机盐，二是把植物体固定在土壤中；同样，无土栽培的植物所需要的无机盐也是由根从培养液中吸收的。
(3)植物体内的水分以气体状态通过气孔从植物体内散发到植物体外的过程叫作蒸腾作用；植物进行蒸腾作用的主要部位是叶片；将甲装置中的两株植物同时移到阳光下，由于左边植物的叶片比右边植物的叶片多，左边植物通过蒸腾作用散失的水分也多，导致左边装置的总重量低于右边装置的重量，因此在阳光下照射一段时间后，再放回原天平托盘上，天平的指针将会向右偏转。
(4)植物的光合作用是吸收二氧化碳，释放氧气，呼吸作用是吸收氧气，释放二氧化碳；在不通入二氧化碳的情况下，装置乙在光照的条件下，二氧化碳的浓度会逐渐降低；在黑暗环境中，植物只进行呼吸作用释放二氧化碳，因此二氧化碳的浓度又会逐渐增加。即在6：00～24：00时间段内，二氧化碳在坐标上表现为先降低然后再升高，又因为装置内的一部分二氧化碳被植物通过光合作用合成了有机物储存在植物体内，因此装置内的二氧化碳的总含量会逐渐减少。
　　故答案为：(1)减弱　叶绿体　(2)根　(3)右　(4)如上图所示
　　四、绝招课堂：影响光合作用的各种环境因素曲线
　　(一)光合速率的概念
　　光合作用固定二氧化碳的速率，即单位时间单位叶面积的二氧化碳固定(或氧气释放)量，也称光合强度。
　　(二)影响光合作用速率(强度)的因素
　　1.内部因素
　　(1)同一植物的不同生长发育阶段
　　根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。如图所示。
　　(2)同一叶片的不同生长发育时期
　　①曲线分析：如图所示，OA段为幼叶，随幼叶的生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。
　　②应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，这样可减少其细胞呼吸对有机物的消耗。
　　2.单因子外界因素的影响
　　(1)光照强度
　　①曲线分析(如图所示)
　　a.A点光照强度为零，只进行细胞呼吸，A点即表示植物呼吸速率。
　　b.AB段表明随光照强度加强，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度，B点称为光补偿点，阴生植物光补偿点左移(如虚线所示)。
　　c.BC段表明随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了。C点对应的光照强度称为光合作用的光饱和点，C点对应的CO2吸收值表示净光合速率。
　　d.真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
　　②应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配；林带树种的配置、合理采伐；冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。
　　(2)CO2浓度
　　①曲线分析：如图所示，图甲中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图乙中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
　　②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”；增施农家肥等增大CO2浓度；提高光合作用速率等。
　　(3)矿质元素
　　①曲线的含义：如图所示，在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，使植物吸水困难从而导致光合作用速率下降。
　　②应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。
　　(4)温度
　　①曲线分析：如图所示，温度是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率的。
　　②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度，增大昼夜温差获得高产。
　　3.多因子外界因素对光合作用速率的影响
　　(1)曲线分析(如图所示)
　　①P点前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
　　②P点到Q点之间，限制因子既有横坐标因素，也有其他因素。
　　③Q点后，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
　　(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，也可同时适当充加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
　　(三)提高农作物的光能利用率的方法
　　(1)延长光合作用的时间。
　　(2)增加光合作用的面积(合理密植，间作套种)。
　　(3)光照强弱的控制。
　　(4)必需矿质元素的供应。
　　(5)CO2的供应(温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高二氧化碳浓度)。
　　例7　 如图所示，表示20 ℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系。S1、S2、S3所在部位的面积表示有关物质的相对值，下列说法中不正确的是(　A　)
　　A.S2－S3表示玉米光合作用有机物净积累量
　　B.S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量
　　C.若土壤中缺Mg，则B点右移，D点左移
　　D.S1＋S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量
　　解题思路 结合题意分析：玉米在整个过程中都进行呼吸作用，并且由于温度不变，呼吸作用强度保持不变，因此可用S1＋S3表示呼吸作用消耗量。而由A点开始，光合作用出现，并且随着光照强度的增强，光合作用合成的有机物不断增多；在B点时，光合作用产生的有机物刚好等于呼吸作用消耗的有机物，因此图中的S1可表示B点之前的光合作用量，也可表示呼吸作用消耗－光合作用合成量；但是超过B点后，光合作用大于呼吸作用，因此S2就可以表示B点之后的有机物积累量。图中可以看出，S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量，S1＋S3表示玉米呼吸作用消耗的有机物量，因此玉米光合作用有机物净积累量＝光合作用总量－呼吸作用消耗＝S2＋S3－(S1＋S3)＝S2－S1，A错误，B、D正确；若土壤中缺Mg，则会缺少叶绿素，达到光补偿点所需的光照强度会增大，B点右移，同时达到光饱和点所需的光照强度将会减小，D点左移，C正确。故答案为A。
　　例8　 将某绿色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(其余的实验条件都是理想的)，实验以CO2的吸收量与释放量为指标，实验结果如下表所示：
温度(℃) 5 10 15 20 25 30 35
光照下吸收CO2 (mg/h) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00
黑暗中 释放CO2(mg/h) 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50
　　下列对该表数据的分析正确的是(　C　)
　　A.昼夜不停地光照，温度在35 ℃时该植物不能生长
　　B.昼夜不停地光照，该植物最适宜的温度是30 ℃
　　C.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在20 ℃的条件下，该植物积累的有机物最多
　　D.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在30 ℃时，该植物积累的有机物是温度在10 ℃时的两倍
　　解题思路表中自变量为温度，本题是研究温度对光合作用与呼吸作用的影响。在读表时，要明确光照下吸收CO2的量为净吸收量，即净光合作用量，黑暗中放出CO2的量代表的是有机物的消耗量，也代表呼吸作用强度。
　　表中光照下吸收CO2量表示净光合速率，黑暗中释放CO2量表示呼吸作用强度，温度在35 ℃时植物的净光合速率为3.00 mg/h，因此昼夜不停地光照植物能生长，故A错误；表格中，植物每小时净吸收CO2量最多的是25 ℃时的3.75 mg，昼夜不停地光照，此温度下最适生长，故B错误；每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在20 ℃时该植物积累的有机物为3.25 mg/h×12 h－1.5 mg/h×12 h＝21 mg，同理可算出其他温度条件下有机物的积累量，在所有温度中20 ℃时有机物积累量最多，故C正确；每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，温度均保持在30 ℃时，该植物积累的有机物＝3.50 mg/h×12 h－3.00 mg/h×12 h＝6 mg，同理计算10 ℃时积累的有机物为12 mg，故D错误。故选C。

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