高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第4讲光合作用与细胞呼吸的综合分析(提升课)课件

第4讲光合作用与细胞呼吸的综合分析(提升课)课标考情——知考向核心素养——提考能课标要求1.说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量2.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能生命观念通过比较细胞呼吸和光合作用的原理，建立生命活动对立统一的观点科学思维通过分析与细胞呼吸与光合作用的相关曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力科学探究通过“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验，培养学生的实验探究能力社会责任通过分析光合作用和呼吸作用在农业生产的应用，让学生关心农业生产目录1重难探究·素养达标2典题演练·破解高考光合作用与细胞呼吸的关系

［深度讲解］1.NADPH、［H］、ATP的来源和去路比较比较项目来源去路NADPH光合作用光反应中水的光解用于还原C3合成有机物等［H］有氧呼吸第一、二阶段产生用于第三阶段还原氧气产生水，同时释放大量能量比较项目来源去路ATP光合作用在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收转化的太阳能用于暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在于有机物中有氧呼吸第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解直接用于除暗反应外的各项生命活动无氧呼吸第一阶段产生少量2.光合作用速率与细胞呼吸速率

(1)呼吸速率的测定方法：将植物置于黑暗环境中或非绿色组织，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。(2)净光合速率和真正光合速率。①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。(3)光合速率与呼吸速率的关系：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。若用O2、CO2或葡萄糖的量表示可得到以下关系式：①光合作用产氧量=氧气释放量+细胞呼吸耗氧量。②光合作用固定CO2量=CO2吸收量+细胞呼吸释放CO2量。③光合作用葡萄糖产生量=葡萄糖积累量(增重部分)+细胞呼吸消耗葡萄糖量。(4)曲线各点(段)光合作用和呼吸作用分析。

曲线对应点细胞生理活动ATP产生场所细胞或植物体外观表现图示A点只进行细胞呼吸，不进行光合作用细胞质基质和线粒体从外界吸收O2，向外界排出CO2

AB段(不含A、B点)呼吸量>光合量细胞质基质、线粒体、叶绿体从外界吸收O2，向外界排出CO2

B点光合量=呼吸量与外界不发生气体交换

B点之后光合量>呼吸量从外界吸收CO2，向外界释放O2

3.有机物含量变化曲线及密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线(1)绿色植物24h内有机物的“制造”“消耗”与“积累”典型图示：曲线解读：①积累有机物时间段：ce段。②制造有机物时间段：bf段。③消耗有机物时间段：Og段。④一天中有机物积累最多的时间点：e点。⑤一昼夜有机物的积累量：SP-SM-SN(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积)。(2)在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较。项目一昼夜CO2含量的变化曲线图(密闭小室内CO2变化情况)一昼夜O2含量的变化曲线图(密闭小室内O2变化情况)图示

项目一昼夜CO2含量的变化曲线图(密闭小室内CO2变化情况)一昼夜O2含量的变化曲线图(密闭小室内O2变化情况)若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说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少若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说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加若N点与M点一样高说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变含量最高点CO2含量最高点为C点O2含量最高点为E点含量最低点CO2含量最低点为E点O2含量最低点为C点光合速率与呼吸速率的关系

(1)图1中干物质量与光合作用实际量、呼吸量有什么关系？(2)图2

虚线表示什么？与光合速率和呼吸速率有什么关系？(3)图2虚线在20

℃的最大值表示什么？【答案】(1)提示：干物质量=光合作用实际量-呼吸量。(2)提示：净光合速率；净光合速率=真正光合速率-呼吸速率。(3)提示：净光合速率在20℃时最大。［考向预测］(一)光合作用与细胞呼吸的物质和能量变化(素养目标：科学思维)1.(2023年广东广州李兆基中学模拟)甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(

)A.CO2浓度为200μL·L-1时，甲植物的呼吸速率大于乙B.CO2浓度为400μL·L-1时，甲、乙植物的光合速率相等C.CO2浓度为500μL·L-1时，甲植物水的光解能力小于乙D.与甲植物相比，乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存A

【解析】由图可知：CO2浓度为0时，对应的纵轴代表植物的呼吸，甲植物的呼吸速率大于乙，A正确；CO2浓度为400

μL·L-1时，甲、乙植物的净光合速率相等，但甲植物的呼吸速率大于乙的，所以此时甲植物的光合作用大于乙，B错误；CO2浓度为500

μ·L-1时，甲植物的光合作用速率大于乙，所以甲植物的水的光解能力强于乙，C错误；在高浓度的CO2条件下，甲植物的净光合作用大于乙，所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存，D错误。(二)光合作用与细胞呼吸综合曲线分析(素养目标：科学思维)2.(2023年广东广州二中校考期末)图甲是某绿色植物细胞内生命活动示意图，其中①~⑤表示生理过程，A、B、C、D表示生命活动产生的物质。图乙为该植物的光合速率、呼吸速率随温度变化的曲线图，请分析回答：甲

乙(1)图甲中过程①的场所是

，过程④的场所是

，A表示

，D表示

。

(2)据图乙分析，温室栽培该植物，为了获得最大经济效益，应控制的最低温度为

℃。图中

点光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍。

(3)图乙中A点时，叶肉细胞中O2的移动方向是______________________________________________________________。(4)研究者用含18O的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移途径是

。

(5)若光照强度突然减弱，短时间内叶绿体中含量随之减少的物质有

(填序号：①C5、②ATP、③NADPH、④C3)。

细胞质基质类囊体薄膜丙酮酸ATP和NADPH20B、D

从叶绿体移向线粒体或者从叶绿体移向细胞外葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳①②③【解析】(1)图甲中①表示有氧呼吸的第一阶段，反应场所在细胞质基质；④表示光合作用的光反应阶段，反应场所在叶绿体的类囊体薄膜上；物质A为丙酮酸，物质D表示ATP和NADPH，用于暗反应中C3的还原。(2)据图乙分析，温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应该保持植物的净光合积累量是最大的，达到最大值的最低温度为20

℃时；图乙中B、D两点净光合作用强度等于呼吸作用强度，光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍。(3)A点时，该植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，叶肉细胞光合作用强度大于呼吸作用强度，所以此时光合作用产生的氧气从叶绿体移向线粒体被呼吸作用利用或者从叶绿体移向细胞外。(4)根细胞只进行呼吸作用，有氧呼吸过程中，葡萄糖中氧的转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。(5)若光照强度突然减弱，则光反应产生的ATP和［H］减少，C3的还原减弱，但CO2的固定不变，则短时间内，C3含量增加，C5含量减少，故选①②③。总光合速率、净光合速率、呼吸速率测定的6种实验模型

1.气体体积变化法——测定气体的变化量

(1)甲装置在黑暗条件下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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。(2)乙装置在光照条件下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释放速率，可代表净光合速率。(3)总光合速率=净光合速率+有氧呼吸速率。(4)物理误差的校正：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。2.叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量(1)操作图示。(2)结果分析。净光合速率=(z-y)/2S(S为叶圆片面积，下同)；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。3.半叶法——测定光合作用有机物制造量

本方法又称半叶称重法。即检测单位时间、单位面积干物质制造量(或积累量)。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量。进而计算叶片的真正(或净)光合速率和呼吸速率。测定方法：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分间物质转移。若在适宜光照下照射th，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，则(MB-MA)表示该时间段内，相应面积的叶片有机物的制造量。4.黑白瓶法——测定水生植物的光合速率测定方法：将装有水和水生植物的黑、白瓶置于相同水层中，测定单位时间内瓶中溶氧量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用，溶氧量变化代表呼吸作用耗氧量，白瓶透光，瓶中生物能进行光合作用和呼吸作用。溶氧量变化代表净光合作用放氧量。因此，真正光合作用量(总光合作用量)=白瓶中氧气增加量(净光合作用量)+黑瓶中氧气减少量(呼吸作用量)。5.间隔光照法——比较有机物的合成量测定方法：光反应和暗反应在不同的酶的催化作用下相对独立进行。在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被完全利用，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，则黑暗间隔可利用光照时积累的光反应产物，再持续进行一段时间的暗反应。因此，在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。6.叶圆片上浮法——定性比较光合作用强度的大小测定方法：取生长旺盛的菠菜绿色叶片，注意避开大的叶脉，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片若干。处理小圆形叶片，使叶片内的气体逸出，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。叶片因细胞间隙充满水而全都沉到水底。本实验可通过观察相同时间内叶片上浮数量的多少或上浮相同数量叶片所用时间的长短来反映不同条件下光合作用强度的大小。该实验方法只能比较大小，无法测出具体的光合作用强度。［考向预测］总光合速率、净光合速率、呼吸速率测定的实验模型(素养目标：科学探究)1.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，并于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的总光合速率是(3y-2z-x)/6g·cm-2·h-1(不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)，则M处的实验条件是(

)D

A.下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时C.下午4时后在阳光下照射6小时D.下午4时后将整个实验装置遮光3小时

2.取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为1cm的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度NaHCO3溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下(如图甲)，测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间(如图乙)。下列分析错误的是(

)D

A.A~B段随着NaHCO3溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大B.C~D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减小C.C~D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小D.A~D段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间【解析】A~B段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断缩短，说明氧气生成速率不断提高，因此类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增加，A正确；C~D段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气生成速率在降低，即光合速率减弱，因此叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱，B正确；细胞氧气的净释放就表示有机物的积累，C~D段叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气释放速率在降低，即表示单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小，C正确；题中提出“装置置于光温恒定且适宜的条件下”，因此此时如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，D错误。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)不做处理，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：(1)MA表示6h后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6h后_____________+

-呼吸作用有机物的消耗量。

(2)若M=MB-MA，则M表示____________________________________________________________________。(3)真正光合速率的计算方法是______________________________________________________________。(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。将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在黑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6h内光合作用合成的有机物总量M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)【解析】叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6

h后叶片初始质量+光合作用有机物的总产量-呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6

h后叶片初始质量-呼吸作用有机物的消耗量，则MB-MA就是光合作用6

h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6

h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正光合速率，即M除以时间再除以面积。4.如图1表示在不同温度下，测定某植物叶片重量变化情况(均考虑为有机物的重量变化)的操作流程及结果，据图2分析下列说法错误的是(

)D

A.从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为XB.从图分析可知，该植物光合速率可表示为Y+2XC.恒定在上述14℃温度下，维持10小时光照，10小时黑暗，该植物叶片增重最多，增重了30mgD.在13~16℃之间，随着温度的升高，呼吸作用强度增强，实际光合作用强度先增后降【解析】从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为X，A正确；从图分析可知，Y+X代表净光合速率、Y+2X代表实际光合速率，B正确；10小时光照，每小时的净光合速率=Y+X=3+2=5

mg；10小时黑暗，每小时的有机物减少2

mg，因此该植物叶片增重5×10-2×10=30

mg，C正确。在13~16

℃之间，随着温度的升高，呼吸作用强度增强，实际光合作用强度增强，D错误。1.(2023年湖北卷)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

【解析】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。2.(2022年海南卷)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(

)A.本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率C.四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高D.若在4℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短B

【解析】本实验是探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，温度和光照为无关变量，A错误；当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B正确；四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C错误；若在4

℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D错误。3.(2023年广东卷，节选)光合作用机理是作物高产的重要理