第三单元　第18课时　光合速率和呼吸速率的综合分析-2025年高中生物大一轮复习讲义人教版

第18课时光合速率和呼吸速率的综合分析课标要求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。考情分析光合作用与细胞呼吸综合分析2022·全国乙·T22022·湖南·T132022·福建·T102021·北京·T32020·海南·T21考点一“三率”的关系及测定1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法项目含义表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)O2CO2有机物真正光合速率植物在光下实际合成有机物的速率O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量有机物产生(制造、生成)速率净光合速率植物有机物的积累速率植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率3.计算公式：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。4．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法(1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，即“总光合速率”。②物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。与图示两装置相比，对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。(2)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量将叶片一半遮光、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净光合作用强度值，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。(3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化Ⅰ.“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。Ⅱ.在有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。Ⅲ.在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。(4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量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＝(z－y)/2S；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。(5)“叶圆片上浮法”——定性检测O2释放速率本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的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)，即能比较光合作用强度的大小。考向一“三率”的关系及测定1．(2021·北京，3)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答案B解析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。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。2．(2022·全国乙，2)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答案D解析培养初期，容器内CO2含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A不符合题意；初期光合速率减慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内O2含量升高，呼吸速率会有所升高，之后保持稳定，B不符合题意；根据上述分析，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不符合题意，D符合题意。3．某同学欲测定植物叶片的总光合速率，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)，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质量，测得叶圆片的总光合速率＝(7y－6z－x)/6(g·cm－2·h－1)。不考虑取叶圆片的机械损伤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()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3小时C．下午4时后将整个实验装置遮光1小时D．下午4时后在阳光下照射3小时答案C解析上午10时叶圆片干重为x克，下午4时叶圆片干重为y克，这段时间内叶圆片既进行了光合作用，又进行了细胞呼吸，因此(y－x)/6(g·cm－2·h－1)可表示这段时间内叶圆片的净光合速率。已测得叶圆片的总光合速率，因此叶圆片的呼吸速率可求得为(7y－6z－x)/6－(y－x)/6＝(y－z)(g·cm－2·h－1)，因此M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光1小时。考点二光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析1．图1的B点、图2的B′C′段形成的原因：凌晨约2时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。2．图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。3．图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。4．图1的E点、图2的F′G′段形成的原因：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足，出现“光合午休”现象。5．图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后光合作用强度小于细胞呼吸强度。6．图1的G点、图2的I′点：此时光照强度降为0，光合作用停止。7．图2所示一昼夜密闭容器中植物能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是J′点低于A′点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合作用量大于总细胞呼吸量。考向二光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析4.将某植物放在透明且密闭的容器内，并在适宜条件下培养。测得植物吸收和产生的CO2的速率如图所示。下列相关叙述正确的是()A．T1时刻，该植物固定CO2的速率是10mg·h－1B．T2时刻，该植物能进行光合作用但无有机物积累C．T1～T3时间段内，该植物的净光合速率逐渐下降D．T3时刻后，密闭容器中的CO2浓度不断升高答案C解析T1时刻，该植物固定CO2的速率为总光合速率，即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝10＋2＝12(mg·h－1)，A错误；T2时刻，该植物净光合速率大于0，有有机物的积累，B错误；密闭容器内CO2的含量一定，随着光合作用的进行，CO2浓度逐渐降低，所以T1～T3时间段内，该植物的净光合速率逐渐下降，C正确；T3时刻之后，该植物的光合速率等于呼吸速率，容器中CO2浓度保持不变，D错误。5．如图是大棚番茄在24小时测得CO2的含量和CO2的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温度降低导致细胞呼吸强度减弱B．番茄通过光合作用合成有机物的时间是c～e段C．由P点条件变为d点，C3生成减少D．植物干重最大的时刻是e点答案B解析番茄通过光合作用制造有机物的时间是b～f段，B错误；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率减慢，C3生成减少，C正确；c～e段光合作用强度大于细胞呼吸强度，有机物积累，e点之后光合作用强度小于细胞呼吸强度，故有机物积累最多的时刻是e点，D正确。6．为测定某植物的光合速率，某同学将该植物放入如图甲所示装置中，在光合作用最适温度下进行培养，然后测量不同时段密闭的透明玻璃罩内植物的O2释放速率，结果如图乙所示。下列说法不正确的是()A．若完全培养液中缺少镁元素，t1～t2时间段会延长B．在t5时适当升高温度，植株光合速率将会进一步加快C．在t4时向玻璃钟罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率D．在t3～t4阶段，O2释放速率降低的主要原因是玻璃钟罩内CO2含量下降答案B解析镁是合成叶绿素的必需元素，所以用缺镁的完全培养液培养一段时间后，叶肉细胞内叶绿素的合成减少，导致光合速率降低，则t1～t2时间段会延长，A正确；该实验是在光合作用的最适温度下进行的，因此t5时适当升高温度，植株光合速率将会下降，B错误；在t4时向玻璃钟罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率，说明在t3～t4阶段，O2释放速率降低的主要原因是玻璃钟罩内CO2含量下降，C、D正确。1．当小麦整个植株净光合速率为0时，叶肉细胞所产生的O2的去向是进入叶肉细胞的线粒体和排出叶肉细胞。2．北方夏季中午时，光照强度很强，植物出现“午休”现象的原因是光照强度过强，温度升高，导致部分气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱。3．种子萌发过程中，从第12h到胚根长出期间，萌发种子的干物质总量会减少，主要原因是种子不进行光合作用制造有机物，同时进行细胞呼吸消耗有机物，使有机物的总量下降。4．已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物。将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是植物在光下进行光合作用吸收CO2的量大于细胞呼吸释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低。5．若将某种植物放在无O2、但其他条件适宜的密闭小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用生成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。课时精练一、选择题1．如图是某生物体内的某个细胞代谢图，下列有关叙述正确的是()A．甲、乙分别表示叶绿体和线粒体，该生物一定为高等植物B．甲、乙中所示的物质与能量处于平衡状态，该生物一定能存活C．该生物细胞将光能转化为化学能一定与甲有关D．乙产生的ATP被甲利用时，可以参与的代谢过程包括H2O的光解产生O2答案C解析甲可利用CO2合成有机物，为叶绿体，乙可利用O2产生CO2进行有氧呼吸，为线粒体，该植物不一定是高等植物，有些低等植物中也有叶绿体与线粒体，A错误；若题图中能够进行光合作用的细胞的物质与能量处于平衡状态，但是植物还有不能进行光合作用的细胞，则整株植物的光合速率小于呼吸速率，该生物不能存活，B错误；H2O的光解不消耗ATP，D错误。2．(2024·江苏扬州中学高三期中)如图表示某绿色植物在15℃和25℃条件下，光照强度和氧气释放速率的关系。下列说法错误的是()A．当光照强度等于0时，该植物在25℃时比15℃多吸收氧气10毫升/小时B．当光照强度等于5千勒克斯时，该植物在两种温度下制造有机物的量相等C．当光照强度小于5千勒克斯时，适当降低温度有利于温室内该植物的增产D．当光照强度大于8千勒克斯时，15℃下该植物光合作用的制约因素主要是二氧化碳浓度等答案B解析当光照强度等于0时，植物只能进行细胞呼吸，分析题图可知，该植物在25℃时比15℃多吸收氧气10毫升/小时，A正确；当光照强度等于5千勒克斯时，该植物在两种温度下有机物的积累量相等，因为25℃时比15℃的呼吸速率大，故25℃时比15℃的有机物制造量大，B错误；当光照强度小于5千勒克斯时，15℃有机物的积累量大于25℃，所以适当降低温度有利于温室内该植物的增产，C正确；当光照强度大于8千勒克斯时，15℃下该植物光合作用的制约因素不是光照强度，主要是二氧化碳浓度等，D正确。3．某生物兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，并测定苦菊幼苗光合速率的变化情况，结果如图所示。下列叙述正确的是()A．若b点时天气突然转阴，叶肉细胞叶绿体中C3含量降低B．一天中不同时间的不同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率可能相同C．一天中不同时间的相同光照强度下，苦菊幼苗的光合速率一定不同D．若a点时叶片的净光合速率为0，则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变答案B解析若b点时天气突然转阴，则光反应速率下降，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，暗反应中C3的还原速率下降，叶肉细胞叶绿体中C3含量升高，A错误；图中abc中的b点是上午某个时间点，deb中的b点是下午某个时间点，b点是一天中不同时间的相同光照强度，此时苦菊幼苗的光合速率相同，B正确，C错误；若a点时叶片的净光合速率为0，则此时叶片的真正光合速率等于呼吸速率，而幼苗的根、茎等器官只进行细胞呼吸分解有机物，则此状态下苦菊幼苗的干重下降，D错误。4．(2024·西安高三质检)科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是()A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施答案B解析早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，即光照强度增大是导致ab段、lm段光合速率(Pn)增加的主要原因，A正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段光合速率(Pn)下降，主要原因是光合作用消耗了大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度下降，而露天栽培的油桃在mn段光合速率(Pn)下降，是因为环境温度过高导致部分气孔关闭，植株吸收的CO2减少，B错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率(Pn)持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，即致使ef段、op段光合速率(Pn)下降的原因是光照逐渐减弱，C正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施，D正确。5．“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(甲)遮光，另一部分(乙)不作处理，并设法阻止两部分联系。光照6小时，在甲、乙截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是()A．若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率B．本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送C．忽略水和无机盐的影响，甲部分叶片可在给乙光照时剪下，进行等时长的暗处理D．选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性答案A解析甲遮光，只进行细胞呼吸，故m0－a代表细胞呼吸消耗量，乙不作处理，进行光合作用和细胞呼吸，b－m0代表净光合作用积累量，若m0－a＝b－m0，即净光合速率等于呼吸速率，则表明该实验条件下叶片的光合速率大于呼吸速率，A错误。6．(2024·南通高三期中)如图是某科研小组在对药用植物黄精进行光合作用和细胞呼吸研究实验过程中，根据测得的实验数据绘制的曲线图，其中图1的光合曲线(图中实线)是在光照、CO2浓度等条件都适宜的环境中测得，图1的呼吸曲线(图中虚线)是在黑暗条件下测得；图2的实验环境是在恒温密闭玻璃温室中，测定指标是连续24h室内CO2浓度和植物CO2吸收速率。据图分析，下列说法错误的是()A．图1中，当温度达到55℃时，植物光合作用已停止，可能原因是与光合作用相关的酶失去活性B．图1中，当温度达到55℃时，植物的净光合速率与呼吸速率相等，总光合速率是呼吸速率的2倍C．结合图1数据分析，进行图2所示实验时，为了减少无关变量带来的干扰，温度应设置在30℃左右D．图1中温度为40℃时对应的光合曲线点与图2中6h和18h对应的曲线点有相同的净光合速率答案B解析据图1分析，虚线表示呼吸速率随温度的变化情况，当温度达到55℃时，两条曲线重合，植物不再进行光合作用，光合速率为0，只进行细胞呼吸，可能原因是与光合作用相关的酶失去活性，A正确，B错误；结合图1数据可知，该植物净光合速率最大时的温度为30℃，因此，在进行图2所示实验时，为了减少无关变量带来的干扰，温度应设置在30℃左右，C正确；图2中，当光合速率等于呼吸速率时，净光合速率为0，处于室内CO2浓度曲线的拐点，即6h和18h，图1中，光合速率等于呼吸速率时的温度条件是40℃，D正确。7．科研人员对大棚种植的、发育良好的某植物在不同条件下测定其光合速率变化情况，调查时间为每天的8：30～14：00，连续调查数天，记录、分析相关数据，绘制了如图所示曲线图。下列有关说法正确的是()A．在该调查时段内，该植物晴天积累有机物总量最多的时刻为12：00B．从图中a～b段可以看出，该植物净光合速率为负值，可能与环境因素中温度和光照强度有关C．图中c～d时段，植物体内有机物总量的变化情况是先增加后减少D．j点时，该植物光合作用消耗的CO2量等于植物从外界吸收的CO2量答案B解析在该调查时段内，当净光合速率大于0时就存在有机物的积累，因此该植物晴天积累有机物总量最多的时刻为14：00，A错误；图中c～d时段，净光合速率先小于0，此时有机物总量减少，之后净光合速率大于0，有机物又呈增加的趋势，即植物体内有机物总量的变化情况为先减少后增加，C错误；j点时，植物净光合速率为0，表明此时的光合速率等于呼吸速率，即植物光合作用消耗的CO2量全部来自植物体内，不需要从外界吸收CO2，D错误。8．薇甘菊是外来入侵物种，研究人员测量薇甘菊在不同光照强度下的ATP和淀粉含量变化。以12：00时的光照强度为100%,8：00时的光照强度为40%,17：00时的光照强度为20%,18：00时的光照强度为0%，结果如图所示。下列说法正确的是()A．17：00～18：00淀粉含量下降是因为细胞呼吸强度大于光合作用强度B．8：00～12：00薇甘菊ATP含量未提高，说明此时光合速率较低C．8：00时薇甘菊叶肉细胞中产生ATP的细胞结构是线粒体和叶绿体D．薇甘菊长期在弱光下生长时，叶片会变厚，有利于捕获更多光能来适应弱光环境答案A解析图中8：00～12：00光合作用速率较高，但光合作用光反应阶段合成的ATP迅速水解用于暗反应合成有机物供能，所以ATP含量未提高，B错误；光照条件下，薇甘菊叶肉细胞可进行光合作用和细胞呼吸，产生ATP的场所有叶绿体(类囊体薄膜)、细胞质基质和线粒体(基质和内膜)，C错误；薇甘菊长期在弱光下生长时，为捕获更多的光，叶面积会增大，叶片会变薄，有利于适应弱光环境，D错误。9.自然界中C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2的能力。现将取自甲、乙两种植物且面积相等的叶片分别放置到相同大小的密闭小室中，在温度均为25℃的条件下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列说法不正确的是()A．甲、乙两种植物中，乙植物可能为C4植物B．实验开始的10min内，甲、乙两种植物光合作用强度大于细胞呼吸强度C．M点处两种植物叶片的净光合速率相等D．40min时乙植物叶片光合速率等于呼吸速率答案C解析开始时CO2浓度相等，M点时CO2浓度相等，说明此阶段两种植物有机物的积累量相等，M点处两种植物叶片的净光合速率应为该点的斜率，二者不相等，C错误。二、非选择题10．(2020·海南，21)在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。回答下列问题：(1)据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是____________；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度________。(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是_________________________________________________________。(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和细胞呼吸的原理分析，原因是__________________________________________。答案(1)光照强度降低(2)B菜地光照强度过高，导致蔬菜气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低(3)C菜地的温度上升，光合作用有关酶活性下降，细胞呼吸有关酶活性增加，C菜地的净光合作用降低，产量下降，因此C菜地的蔬菜产量低于B菜地11．(2022·福建，10)栅藻是一种真核微藻，具有生长繁殖快、光合效率高、可产油脂等特点。为提高栅藻的培养效率和油脂含量，科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养(如图1)对栅藻生长和产油量的影响，结果如图2。回答下列问题：(1)实验中，悬浮培养和膜培养装置应给予相同的____________________(答出2点即可)。(2)为测定两种培养模式的栅藻光合速率，有人提出可以向装置中通入C18O2，培养一段时间后检测18O2释放量。你认为该方法________(填“可行”或“不可行”)，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)由图2的结果可知，膜培养的栅藻虽然叶绿素含量较低，但膜培养仍具一定的优势，体现在________________________。结合图1，从影响光合效率因素的角度分析，膜培养具有这种优势的原因是________________________________。(4)根据图2的结果，对利用栅藻生产油脂的建议是_________________________________。答案(1)光照强度、通气量、接种量(2)不可行C18O2中的18O经光合作用可转移到糖类等有机物中，光反应中释放的O2来自H2O，排出的气体中检测不到18O2(3)生物量产率和油脂产率较高膜培养时栅藻更充分利用光照和CO2(或膜培养时栅藻对光照和CO2利用率更高)(4)使用2%琼脂浓度培养基对应含水量的膜培养方式12．为测定光合速率的变化，某科研小组将某植物放入密闭的透明玻璃小室中，如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，结果如图乙所示。请据图分析并回答下列问题：(1)图乙曲线中，a～b段上升的原因是______________________________________________；e～f段下降是因为________________________________________________，从而导致光合速率下降；h点时该植物叶肉细胞内产生ATP的场所有_____________________________。(2