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模型08 光合作用与细胞呼吸的综合分析
2．下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
（1）图中①、②、③、④代表的物质依次是_______________________、_______________________、_______________________、_________________，[H]代表的物质主要是_________________。
（2）B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在_________________（填“B和C”“C和D”或“B和D”）。
（3）C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是_________________。
【答案】（1）O2 NADP+ ADP+Pi C5 NADH（或答：还原型辅酶Ⅰ）
（2）C和D
（3）在缺氧条件下进行无氧呼吸
【解析】光反应中物质变化：H2O→2H+1/2O2（水的光解）；NADP+ + 2e- + H+ → NADPH?能量变化：ADP+Pi+光能→ATP
暗反应中物质变化：CO2+C5化合物→2C3化合物（二氧化碳的固定）2C3+4NADPH+ATP→（CH2O）+ C5 +H2O（有机物的生成或称为C3的还原）
能量变化：ATP→ADP+Pi（耗能）
（1）由图可知A、B过程分别为光合作用的光反应和暗反应，图中类囊体膜上发生水的光解，产生NADPH和①氧气；暗反应阶段消耗ATP和NADPH，产生②NADP+、③（ADP和Pi）；暗反应过程为卡尔文循环，CO2+C5化合物→2C3化合物（二氧化碳的固定），所以④为C5。呼吸作用的第一阶段的场所为C细胞质基质，在第一阶段中，各种能源物质循不同的分解代谢途径转变成乙酰辅酶A；呼吸作用的第二、三阶段的场所为D线粒体，在第二阶段中，乙酰辅酶A（乙酰CoA）的二碳乙酰基，通过三羧酸循环转变为CO2和氢原子；在第三阶段中，氢原子进入电子传递链（呼吸链），最后传递给氧，与之生成水。呼吸作用中的[H]为还原型辅酶I（NADH）。（2）植物叶肉细胞能产生ATP的生理过程有：光合作用光反应阶段（A）和有氧呼吸的三个阶段（C和D）。（3）酒精是植物细胞无氧呼吸的产物。
【名师点睛】易错易混点为[H]，注意呼吸作用中的[H]为还原型辅酶I（NADH），光合作用中的[H]为还原型辅酶II（NADPH）。
1．解答光合作用与呼吸作用的关系类试题时，需要熟悉光合作用和呼吸作用各阶段的物质变化、能量变化，所需要的条件，以及二者之间的联系，这可借助图解分析。
（1）图解中①、②、③、④、⑤代表生理过程，具体内容如表所示：
序号
①
②
③
④
⑤
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸或无氧呼吸第一阶段
有氧呼吸第
二阶段
有氧呼吸第
三阶段
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
（2）图中a、b、c、d、e、f、g代表不同物质：a代表叶绿体中的色素、b代表O2，c代表ATP，d代表CO2，e代表C3，f代表C5，g代表丙酮酸。
2．对于光合速率和呼吸速率的关系及相关计算类试题来说，除以文字叙述的形式呈现信息外，还以表格或坐标图的形式呈现总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者的关系，在此往往会涉及相关计算的问题。解答这类试题常见的程序如下：
（1）根据测定条件，判断对应的生理过程。黑暗条件下，绿色植物只进行呼吸作用，测得的是呼吸速率；光照条件下，绿色植物同时进行光合作用和呼吸作用，测得的是净光合速率。
（2）写出总光合速率、净光合速率和呼吸速率三者的关系式，即总光合速率=净合速率+呼吸速率。
（3）依据光合作用和有氧呼吸反应式推导出C6H12O6、O2、CO2三者间的数量关系（O2充足条件下），如三者的摩尔数或分子数之比为C6H12O6: O2: CO2=1：6：6等，若实验中测得的是O2的消耗量或释放量，就可依据上述关系推算出C6H12O6的消耗量或生成量。
3．针对光合作用与细胞呼吸曲线类试题，分析时除需要关注横、纵坐标的含义，还需要特别关注曲线上的“点”“线”“面”的含义。具体分析如下。
（1）有机物变化情况曲线（如图1）
①积累有机物的时间段：ce段，该阶段总光合速率>呼吸速率，因此有机物积累。
②制造有机物的时间段：bf段，植物从b点开始接受光照，f点结束光照，因此bf段是植物进行光合作用的阶段。
③消耗有机物的时间段：Og段，细胞每时每刻都在进行呼吸作用，因此一直在消耗有机物。
④一天中有机物积累量最多的时间点：e点，e点时总光合速率=呼吸速率，净光合速率为0。
⑤一昼夜有机物的积累量：Sp-SM-SN。
（2）密闭玻璃容器中，一昼夜CO2含量变化曲线（如图2）
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。
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点和M点一样高，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
④CO2含量最高点为c点对应时刻，CO2含量最低点为e点对应时刻。
（3）总光合速率、净光合速率及呼吸速率关系的曲线分析
①针对黑暗条件下的绿色组织或非绿色组织测得的数值对应呼吸速率，如图3中A点。
②凡是能进行光合作用的植物，同时也在进行着呼吸作用，针对光照下的绿色植物测得的数据通常代表净光合速率。
1．如图是夏季连续两昼夜内，某野外植物CO2吸收量和释放量的变化曲线图。S1～S5表示曲线与x轴围成的面积。下列叙述错误的是
A．图中B点和I点，该植物的光合作用强度和呼吸作用强度相同
B．图中DE段不是直线的原因是夜间温度不稳定，影响植物的呼吸作用
C．如果S1+S3+S5＞S2+S4，表明该植物在这两昼夜内有机物的积累量为负值
D．图中S2明显小于S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是CO2浓度
【答案】D
2．图甲中试管Ⅰ与试管Ⅱ敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响，试管Ⅰ的结果如图乙曲线所示。据图分析，下列叙述正确的是

A．Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B．P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气，适当降低温度，P点将下降
C．在图乙上绘制装置Ⅱ的曲线，Q点应右移
D．降低CO2浓度时，在图乙上绘制装置Ⅰ的曲线，R点应右移
【答案】C
3．某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25 ℃
C．在0~25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10~50 ℃
【答案】D
【名师点睛】植物生长速率取决于光合速率和呼吸速率两个因素，二者之差就是净光合速率，所以决定植物生长快慢的因素就是净光合速率，单纯看光合速率或呼吸速率并不能反映出植物的生长情况。
1．下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是
A．光合作用和细胞呼吸的第一阶段都有丙酮酸的产生
B．光合作用产生的ATP有一部分用于细胞呼吸
C．光合作用和细胞呼吸过程中产生的[H]是同一种物质
D．光合作用和细胞呼吸都有水分的参与
【答案】D
【解析】光合作用不产生丙酮酸，细胞呼吸第一阶段产生丙酮酸，A错误；光合作用产生的 ATP用于合成有机物而不用于细胞呼吸，B错误；光合作用和细胞呼吸过程中产生的[H]不是同一种物质，C错误；光合作用中水的光解、有氧呼吸的第三阶段需要水的参与，D正确。
2．2016年，由袁隆平选育的第五期超级杂交稻“超优千号”于重庆南川区收割，并实测出三块水稻田的平均亩产为954.93公斤，高产田块平均亩产则为1 028.02公斤，此为重庆市目前单季水稻最高产量。下图为该超级杂交水稻光合作用图解，以下说法正确的是
A．①是叶绿体中的色素，分布在叶绿体和细胞质基质中
B．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段
C．③是三碳化合物，能被氧化为（CH2O）
D．④是ATP，在叶绿体基质中生成
【答案】B
【解析】叶绿体中的色素分布在叶绿体的类囊体的薄膜上，A错误；分析题图可知，光反应阶段，水分解形成了②和[H]，因此②是氧气，B正确；三碳化合物被还原氢还原成有机物，而不是被氧化形成有机物，C错误；④是ATP，ATP是在光反应阶段形成的，场所是叶绿体的类囊体的薄膜上，D错误。
3．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(其他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)。
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
光照下吸收
CO2/(mg·h－1)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
3.00
黑暗中释放
CO2/(mg·h－1)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
3.50
下列对该表数据分析正确的是
A．昼夜不停地光照，在5 ℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地光照，该植物生长的最适宜温度是30 ℃
C．每天交替进行12 h光照、12 h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 h光照、12 h黑暗，温度在30 ℃时，该植物积累的有机物是温度在10 ℃时的2倍
【答案】C
4．某科研小组探究温度对某种植物的光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示（测定的放氧和耗氧速率为检测指标）。下列分析正确的是
A．5 ℃呼吸耗氧速率接近于0是由于低温破坏了酶的空间结构
B．光照下测定放氧速率时，光照强度是无关变量，应保持一致
C．40 ℃时光合速率等于呼吸速率
D．两条曲线是放在相同且适宜环境下测量获得的
【答案】B
5．如图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法正确的是
A．乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同提供的
B．乙中的ATP用于固定二氧化碳和还原三碳化合物
C．甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同
D．丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等
【答案】C
【解析】从图中发生的变化可判断，甲是光反应，乙是暗反应，丙是有氧呼吸，丁是ATP的水解。有氧呼吸产生的ATP不能用于光合作用的暗反应，A项错误；光反应过程中产生的ATP用于还原三碳化合物，B项错误；光反应合成ATP所需的能量来源于光能，而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能，C项正确；红细胞吸收葡萄糖的方式是协助扩散，协助扩散需要载体蛋白但不消耗ATP，D项错误。
6．图甲表示某植物光合作用速率与光照强度之间的关系；图乙表示某种植物的非绿色器官在不同的氧浓度 下，O2吸收量和CO2释放量之间的关系。对下列图示解释不正确的是
A．图甲L点时，叶绿体中ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质方向移动
B．图乙中由纵轴CO2释放量和O2吸收量共同围成的面积表示无氧呼吸生成的CO2总量
C．影响图甲中曲线上的P点上下移动的主要外界因素是温度
D．图乙中当O2浓度大于10%，该器官只进行有氧呼吸
【答案】A
7．如图为原来置于黑暗环境中的绿色植物曝光后，根据其吸收CO2的量绘制成的曲线。下列叙述不正确的是
A．曲线AB段表示绿色植物光合作用速率小于呼吸作用速率
B．B点表示绿色植物的光合作用速率等于呼吸作用速率
C．BC段表示随光照强度增加，绿色植物的光合作用速率增大
D．C点是光饱和点，此时绿色植物不进行呼吸作用
【答案】D
8．将两株植物放在封闭的玻璃罩内，用完全营养液并置于室外进行培养（如甲图所示），假定玻璃罩内植物的生理状态和自然环境中相同，且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对CO2浓度的影响均忽略不计。现用CO2浓度测定仪测定了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘制成如乙图所示曲线。请据图分析回答：
（1）上图显示，影响光合作用的外界因素除温度外还有__________。
（2）D点时植物的植物光合作用速率与呼吸作用速率的关系__________（填“相等”“不相等”）。
（3）EF段说明此时植物光合作用速率___________（填“较快”或“较慢”)。
（4）EF段与DE段相比，其叶肉细胞中C5的含量________（填“较低”“不变”或“较高”）。
（5）24点与0点相比，植物体内有机物总量的变化情况是_____________。
【答案】（1）光照强度、二氧化碳浓度
（2）相等
（3）较慢
（4）较高
（5）增加
【解析】D点是光合速率等于呼吸速率；随着光照强度的逐渐增强，CO2浓度逐渐降低；但是在中午即EF段CO2浓度下降缓慢；到下午18点后，光合作用逐渐停止；并且H点的CO2浓度低于A点，说明CO2被用于合成了有机物。（1）如图显示，影响光合作用的外界因素除温度外还有光照强度、CO2浓度等。（2）D点的含义二氧化碳浓度既不上升也不下降，所以此时光合作用速率等于呼吸作用速率。（3）图中EF段CO2浓度降低很慢，说明光合作用利用二氧化碳减少，光合速率减慢。（4）CO2将会在暗反应过程中参与CO2的固定生成C3，图中EF段CO2浓度明显低于DE段，因此EF段CO2的固定减少，导致C5的含量增多。（5）24点与0点相比，该玻璃罩内CO2浓度降低，其用于光合作用合成有机物，因此植物体内有机物总量增加。
9．如图是某植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图，其中①~⑤为生理过程，a~h为物质名称，请回答：
（1）物质a分布在叶绿体的______，提取该物质时加入CaCO3的目的是____________。
（2）过程②和③发生的场所分别是__________________。
（3）上述①~⑤过程中，必须有氧气参与进行的是____________，图中能够产生ATP的生理过程是____________。（两空均用图中数字回答）
（4）在光合作用过程中，二氧化碳被还原成糖类等有机物过程中，需要接受______释放的能量并被______还原（两空均用图中字母回答）。突然停止光照，C3和C5将如何变化________________________。
【答案】（1）囊状结构的薄膜上 防止叶绿体中的色素被破坏
（2）叶绿体基质、细胞质基质
（3）⑤ ①③④⑤
（4）c e 前者增加后者减少
10．图1是甲、乙两种植物在不同光照强度下的光合速率的曲线；图2表示将甲植物放在CO2浓度不同的环境条件下，光合速率受光照强度影响的变化曲线。请分析回答下列问题：
（1）图1的a点表示_____________，在c点时，叶绿体中ATP的移动方向是_____________。图2中e点与d点相比较，e点的叶肉细胞中C3的含量_____________；e点与f点相比较，e点时叶肉细胞中C3的含量_____________。
（2）在有氧条件下，生长中的植物细胞内的葡萄糖先在_________（填细胞结构）中脱氢，生成_____。?
（3）图1中，如果甲、乙两种植物较长时间处在连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的是________，在晴转阴瞬间，叶肉细胞中C5相对量的变化趋势是____________________________。光照强度为10千勒克斯时，甲、乙植物的实际光合作用速率差值为_____________mgCO2/（100cm2·h）。
【答案】（1）呼吸速率 从类囊体薄膜向叶绿体基质方向移动 低 高
（2）细胞质基质 丙酮酸
（3）甲植物 减少 6
11．如图是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其①～⑤为生理过程，a～h为名称，图2为色素分离试验中a物质在滤纸上分离的情况。请据图回答下列问题：

（1）①～⑤过程中，能够产生ATP的过程有_____________________（填图中数字），过程①④发生的场所分别是_____________________。
（2）物质d的结构简式是_____________________，h表示的物质是_____________________。
（3）若将该植物从光照条件下突然移到黑暗处，则在短时间内物质f的含量将会_____________________。
（4）图2中的乙是_____________________。用纸层析法分离色素的原理是_____________________。
【答案】（1）①③④⑤ 类囊体（叶绿体基粒） 线粒体基质
（2）A—P～P～P CO2
（3）升高
（4）叶绿素a 不同色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度就不同

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