第12课时 光合作用和细胞呼吸

(共55张PPT)
1. 课时分析
本课时是在复习完必修1第五章之后，针对高考
的重点内容“细胞的能量供应和利用”，尤其
是光合作用和细胞呼吸增设的一个课时。包括
知识梳理和题型分析两大部分，尤其注重规律
方法的提炼和解题技巧突破。
2. 增设原因
本单元内容是高中生物知识体系的核心之一，
是历年来高考命题的重点和热点。在高考题中
第12课时 光合作用和细胞呼吸的知
识梳理与题型探究
赋分比值可达30%左右。由于新陈代谢是一切生命
活动的基础，因此这部分内容与其他单元的内容
有着密切的联系，为学科内综合提供了丰富的素
材；其次，这部分知识有许多与工农业生产实际
相联系的切入点，可以此为背景，进行综合试题
的命制；另外，本单元内容涉及实验较多，这些
都备受高考命题者青睐。
梳理一 光合作用和细胞呼吸的多角度多层次比较
1.光合作用与细胞呼吸关系的图示比较
（1）从反应式上追踪元素的来龙去脉
①光合作用总反应式：
聚焦知识梳理
O2中O原子全部来自水；CO2中C经C3进入
（CH2O），不经C5。
②有氧呼吸反应式：
产生的H2O中的O原子全部来自O2，与反
应物H2O中O原子无关。
提醒
提醒
（2）从具体过程中寻找物质循环和能量流动（如图）
①物质循环
（3）植物细胞中两大生理过程联系图解
2.光合作用和细胞呼吸中［H］的来源和去路分析
光合作用 细胞呼吸
来
源 过程
H2O ［H］+O2 （1）C6H12O6
2丙酮酸+4［H］
（2）丙酮酸+H2O
CO2+20［H］
场所 叶绿体内的
类囊体薄膜 （1）细胞质基质
（2）线粒体基质
光
酶
酶
去
路 过
程
C3
（CH2O）
24［H］+6O2
12H2O
场
所 叶绿体基质 线粒体内膜
［H］、ATP
酶
酶
①光合作用中产生的［H］是还原型辅
酶Ⅱ（NADPH）十分简化的表示方式（教材P103
相关信息），而细胞呼吸中产生的［H］是还原型辅酶I（NADH）十分简化的表示方式（教材P94相关
信息），二者不是一种物质，尽管书写形式相同。
②还原氢的书写形式一定不能写成H、H+、H2，
只能写成［H］或NADH或NADPH。
提醒
3.光合作用和细胞呼吸中ATP的来源及去路分析
（1）光合作用
ATP（光反应——类囊体膜上）
ADP+Pi（暗反应——叶绿体基质中）
（2）细胞呼吸
①②③都产生ATP，场所为细胞质基质和线
粒体）
ADP+Pi（各项生命活动需要）
ATP(
对位训练
1.绿色植物的光合作用与细胞呼吸之间有着密切
的联系。下面物质代谢简图表示了两者之间的
关系，请根据图示分析回答：
（1）①是在 上进行的，所需要的外界条
件是 ，发生的能量变化是 。
无氧呼吸只在第一阶段产生少量的ATP,有
氧呼吸第三阶段产生的ATP最多。
提醒
（2）③、④、⑤表示 过程。在这一过程
中，所需要的外部条件主要有 和 。
（3）上述①~⑤过程中，能产生ATP的过程是
（写代号）。
（4）①产生的ATP去向是 ，其作用是
；③、④、⑤中产生的ATP作用是 。
答案 （1）叶绿体内的类囊体薄膜 一定强度的
光照 光能转变为活跃的化学能
（2）有氧呼吸 O2 适宜的温度
（3）①③④⑤
（4）转移到叶绿体基质中利用 为暗反应提供能
量 为各项生命活动供能
梳理二 细胞中能量供应和利用
1.不同能源物质之间的关系
2.生态系统中能量转化及转移途径
2.如图表示生物体与外界环境之间进行物质交换
和能量转变的简图，分析回答：
（1）能进行①或④生理活动的生物属于 型
生物，它们分别进行①或④过程的区别在于：
。
对位训练
（2）编号②和③生理活动所示能量的去向是 ,
③中未释放的能量储存在 （物质）中。
（3）植物完成⑤过程，首先以 的方式吸收
NO ，若吸收NO 必须进叶绿体才能合成氨基
酸，则从土壤到被利用至少穿过 层磷脂分子。
（4）图示分析完成④过程的硝化细菌生活的气体
环境中必须有 。
（5）①~④过程中属于吸能反应的有 ，属
于放能反应的有 。
解析 土壤中NO 先经根部成熟区表皮细胞吸收,
再转移到导管运输，经过2层膜，经输导组织到叶
肉细胞附近，进细胞再进叶绿体，又穿过3层膜，
共穿过5层膜10层磷脂分子。
答案 （1）自养 合成有机物所利用的能源不
同，①是利用光能，④是利用化学能
（2）供给生物体各项生命活动，其余以热能的形式散失掉 酒精 （3）主动运输 10
（4）O2、NH3、CO2
（5）①④ ②③
凝练方法规律
题型一 坐标曲线题的解题技巧
解决坐标曲线题的方法，可概括为“一识标”、
“二明点”、“三析线”三个基本步骤。
一识标
坐标曲线，实际上是“横坐标”对“纵坐标”的影
响结果，“标”不同，曲线的含义就不同，形状
也不相同。所以，认真识别坐标图中纵、横坐
标的含义，找出纵、横坐标之间的联系，是解
题的前提。
二明点
曲线是满足一定条件的点
的集合，在这些点中，有
些点特殊，如：曲线的起
点、转折点、终点，曲线
与纵横坐标以及其他曲线的交叉点等，往往隐
含着某些限制条件或某些特殊的生物学含义，
明确这些特殊点的含义是解题的基础。例如，
上图曲线中，特殊点就有A、B、C、D四个，而
这些点的含义往往就是试题考查的内容。
三析线
正确分析曲线形状，如：何
时开始上升、何时趋向平缓、
何时出现转折、其原因分别
是什么等等，这是解题的关键。如右图，我们
就要在“一识标”、“二明点”的基础上，进
一步分析得出：A点为光合作用面积的饱和点；
OA段表明叶面积指数从0→6时，光合作用实际
量随叶面积的不断增大而增大；当叶面积指数
大于6时，光合作用实际量不再随叶面积的增大
而增大，因为有很多叶子被遮挡在光补偿点以
下；OB段表明干物质量随光合作用的增加而增
加；由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片
随叶面积的不断增加其呼吸量也不断增加（直
线OC）,所以干物质积累量不断降低，如BC段。
对位训练
3.某生物兴趣小组欲研究密闭的温室一昼夜内O2
浓度变化的情况，当地日照时间为6时至18时，
在适宜的生长条件下,预期一昼夜内温室中O2
变化的曲线最可能是 ( )
解析 夜间，温室内的植物进行有氧呼吸消耗
O2，温室内O2的浓度降低，当光照强度增强，光
合作用强度大于呼吸作用强度时，释放O2，温室
内O2的浓度升高。18点时光合作用强度等于呼吸
作用强度，之后，光合作用强度小于呼吸作用强
度或光合作用停止，植物吸收O2，O2的浓度降低。
答案 D
4.图中纵轴表示植物光合作用或呼
吸作用的速度，横轴表示各种外
界条件（其余的条件都是适宜的）。
对曲线中M点的描述，不正确的是 （ ）
A.若横轴表示光强度，则M点光合速度最大
B.若横轴表示CO2浓度，则M点光合速度最大
C.若横轴表示O2浓度，则M点呼吸速度最大
D.若横轴表示光强度或CO2浓度，则M点表示
光合速度与呼吸速度相等
D
题型二 光合作用与细胞呼吸的相关测定
1.光合作用速率表示方法：通常以一定时间
内CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等产物的
生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，
光合作用速率又分为表观光合速率和真正光合
速率。
2.在有光条件下，植物同时进行光合作用和
细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量
或有机物的增加量,称为表观光合速率，而植
物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如
下图所示。
3.呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中CO2
增加量、O2减少量或有机物减少量都可表示呼
吸速率。
4.一昼夜有机物的积累量（用CO2量表示）可用下
式表示:积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上
呼吸释放的CO2量。
5.判定方法
(1)若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2
吸收值为0，则为真正（实际）光合速率，若是
负值则为表观光合速率。
(2)若所给数值为有光条件下绿色植物的测定
值，则为表观光合速率。
(3)有机物积累量一般为表观光合速率，制造量
一般为真正（实际）光合速率。
5.将某绿色植物放在特定的实验装置中，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
下列对该表数据分析正确的是 ( )
A.昼夜不停地光照，在35℃时该植物不能生长
B.昼夜不停地光照，在15℃时该植物生长得最快
C.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最多
D.每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在
30℃时该植物积累的有机物是10℃时的2倍
解析 光照下吸收CO2的量代表的是有机物的积
累量，黑暗中放出CO2的量代表的是有机物的
消耗量；35℃时该植物的有机物积累量为3，
能正常生长；植物生长最快时的温度为25℃；
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：3.25×12-1.5×12=
21 mg；同理可算出其他温度条件下有机物的积累
量，在所有的温度中20℃时有机物积累量最多；
每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，在10℃
时该植物积累的有机物为：1.75×12-0.75×12
=12 mg；在30℃时该植物积累的有机物为：3.5×
12-3.0×12=6 mg；在10℃时该植物积累的有机物
是30℃时的2倍。
答案 C
题型三 光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下
气体变化规律
1.黑暗状态时，植物只进行细胞呼吸，不进
行光合作用。此状态下，植物从外界吸收O2，
并将细胞呼吸产生的CO2释放到体外，如图甲
所示。
2.弱光情况下，植物同时进行光合作用和细胞
呼吸。
（1）细胞呼吸速率大于光合作用速率，此状态
下，植物的气体代谢特点与黑暗情况下相同。
但吸收O2与放出CO2量较少（如图乙）。细胞呼
吸相对强度可用如下三种方式表示：①用CO2释
放量表示：N1=N2-N；②用O2吸收量表示：m2=
m1-m；③用植物重量（有机物）减少量表示。
（2）细胞呼吸速率等于光合作用速率时，植物
与外界不进行气体交换,即没有O2和CO2的吸收
与释放（如图丙）。此时表现为呼吸速率或光
合速率等于0。
3.较强光照时，植物同时进行光合作用和细胞呼
吸，且光合作用速率大于细胞呼吸速率。
（1）气体代谢特点（如图丁）：植物光合作用
所利用的CO2（用N表示）除来自植物自身细胞
呼吸（N2）之外，不足部分来自外界（N1）；
植物光合作用产生的氧气（m）除用于自身细
胞呼吸之外(m1),其余氧气释放到周围环境中
（m2）。分析图可知：N=N1+N2，m=m1+m2。
(2)光合作用相对强度的表示方法
①用O2释放量（或容器中O2的增加量）表示：
m2 =m-m1；②用CO2吸收量(或容器中CO2的减
少量)表示:N1=N-N2；③用植物重量（或有机
物量）的增加量表示。
对位训练
6.如下图所示，图甲表示某大棚蔬菜叶肉细胞的
部分结构和相关代谢情况，其中a~f代表O2或
CO2。图乙表示该植物在适宜的条件下，O2净
产量（光合作用的O2产生量-呼吸作用的O2消
耗量）与光照强度之间的关系曲线。据图回答
下列问题：
（1）在图甲中，b可代表 ，物质b进入箭头
所指的结构后与 结合，生成大量的 。
（2）在适宜的条件下,若用CO2、H218O供给植物
进行代谢，则甲图中的d所代表的物质应是 。
（3）在图乙中，A点时叶肉细胞内生成的物质有
，在N点后O2净产量的增长逐渐减慢并趋向平衡，其制约的内在和外在因素分别是 、
。
（4）在其他条件不变的情况下，适当提高棚内的温度，可以提高蔬菜的产量，此时乙图中N点向
（左、右）移动。
（5）在图乙P点所处的状态时，叶绿体内ATP移
动的方向是 。A点状态时，可以发生图甲
中的哪些过程（用图中字母表示）？ ；D点
时发生（字母表示） 。
解析 该题以图解和坐标曲线的形式考查光合作用、
呼吸作用的过程。两者互相提供原料，光合作用
需要线粒体呼吸作用释放的CO2来合成有机物，线
粒体呼吸作用要消耗光合作用产生的O2，同时会
分解光合作用合成的有机物为生物生命活动提供
直接的能源物质。曲线的A点光照强度为零，此时
只进行呼吸作用，P点表示光合作用强度等于呼吸
作用强度。
答案 （1）O2 ［H］ ATP和水 （2）18O2
（3）CO2和H2O 叶绿体的数量 二氧化碳浓度
（或温度） （4）左 （5）从类囊体膜到
叶绿体基质 ef abcd
题型四 根据特定装置进行光合作用和呼吸作用
强度的比较
测定细胞呼吸作用或确认呼吸类型常采取U型管
液面升降或玻璃管液滴移动的观察法，即在广
口瓶或锥形瓶内放入被测生物（活种子或植物
或动物），通过生物呼吸过程中释放CO2或吸入
O2引起的气压变化，进而推测或计算生物的呼
吸状况，如图装置所示。
由于生物呼吸时既产生CO2又消耗O2，前者可引
起装置内气压升高，而后者则引起装置内气压下
降，为便于测定真实呼吸情况，应只测其中一种
气体变化情况。为此，测定过程中,往往用NaOH
或KOH吸收掉呼吸所产生的CO2，这样，整个装
置中的气压变化，只能因吸收O2所引起，从而排
除CO2对气压变化的干扰。
（1）物理误差的校正
由于装置的气压变化也可能会由温度等物理因素
所引起，为使测定结果更趋准确，应设置对照实
验，以校正物理膨胀等因素对实验结果造成的误
差。此时，对照实验与呼吸装置相比，应将所测
生物灭活，如将种子煮熟，而其他各项处理应与
实验组完全一致（包括NaOH溶液，所用种子数
量，装置瓶及玻璃管的规格等）。
（2）探究光合作用和细胞呼吸与光照强度的关系
将上述装置置于不同光照强度（可用不同功率的
灯泡实验或同一功率灯泡通过改变光照距离进行
控制）条件下，被研究生物应为绿色植物。
结果分析：①若红色液滴右移，说明光照较强，
光合作用大于细胞呼吸，释放O2使瓶内气压增大。
②若红色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸大
于光合作用，吸收O2使瓶内气压减小。③若红色
液滴不动，说明在此光照强度下光合作用等于细
胞呼吸，释放O2等于吸收O2,瓶内气压不变。
（3）细胞呼吸状况的实验测定归纳
欲测定与确认某生物的呼吸类型，应设置两套呼
吸装置，两套呼吸装置中的单一变量为NaOH与蒸
馏水,即用等量的蒸馏水取代实验组的NaOH溶液,
其他所有项目均应一致，加蒸馏水的装置内气压
变化应由CO2与O2共同决定。两套装置可如下图
所示，当然，此时仍有必要设置另一组作误差校正之用。
结果与分析
①若装置1液滴左移，装置2
液滴不动，则表明所测生物
只进行有氧呼吸（因有氧呼
吸产CO2量与耗O2量相等）。
②若装置1液滴不动，装置
2液滴右移，则表明所测生物只进行无氧呼吸（因无氧呼吸只产CO2，不耗O2）。
③若装置1液滴左移，装置2液滴右移，则表明该
生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。
④装置1与装置2液滴均左移，则呼吸过程中O2吸
收量大于CO2释放量，呼吸底物中可能有脂质参与。
a.为使实验结果精确，排除实验误差还应设置如
图装置3，以便校正。
b.进行结果与结论的描述时应“先结果后结论”，而不是“先结论后结果”，如上。
对位训练
7.两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式
进行了如下探究实验。请据题分析作答：
（1）甲兴趣小组想探究的具体问题是：酵母菌
是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提
供若干套（每套均有数个）实验装置，如图
Ⅰ（A~D）所示：
①请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的
组装要求排序（装置可重复使用）。有氧条件下
的装置序号： ；无氧条件下的装置序号：
。
②装置中C瓶的作用是 ，B瓶中澄清的石灰水还可用代替 。
（2）乙兴趣小组利用图Ⅱ 所示装置（橡皮塞上
的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管），探究酵
母菌的细胞呼吸类型。
①如果想得到实验结论，还必须同时设置对照实
验，请问对照实验装置（假设该装置编号为Ⅲ）如何设计？ 。
②请预测与结论相符合的现象，并填写下表：
序号 装置中红色液
滴的移动现象 结论
装置Ⅱ 装置Ⅲ
1 a b不移动 只进行有氧
呼吸
2 c不移动 d 只进行无氧
呼吸
3 e f 既进行有氧
呼吸,又进行
无氧呼吸
③若酵母菌消耗的O2为3 mol，而释放的CO2为
9 mol，则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有
氧呼吸的倍 。
解析 （1）在探究酵母菌进行有氧呼吸产生CO2
时，检验产生的CO2可以用澄清的石灰水，在向装
置中通入空气时，为排除空气中CO2对实验结果的
干扰，需要先通过10%的NaOH溶液除去CO2,所以
实验装置的顺序为C→A→B(或C→B→A→B)。在
无氧条件下，不需要通入空气，所以装置只需要D→B即可。(2)在探究酵母菌的细胞呼吸类型时,
可以根据液滴是否移动及移动方向来判断细胞呼
吸的类型。在设计对照实验时,可以将10%NaOH溶
液换成蒸馏水，其他设计同装置Ⅱ。若酵母菌进
行有氧呼吸,消耗氧气,产生的CO2被NaOH溶液吸
收，导致装置Ⅱ内气压下降，液滴左移；若酵母
菌进行无氧呼吸,不消耗氧气,产生的CO2被NaOH
溶液吸收，不会引起装置Ⅱ内气压的改变，液滴
不动。根据有氧呼吸的反应式可知，每消耗1 mol
氧气产生1 mol CO2，消耗1/6 mol葡萄糖。根据
题目信息，消耗3 mol O2，释放CO2 9 mol,可知
有氧呼吸产生CO2为3 mol，无氧呼吸产生CO2为
6 mol。则酵母菌有氧呼吸消耗的葡萄糖量为
1/2 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖量为3 mol。
故无氧呼吸消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的6倍。
答案 （1）①C→A→B(或C→B→A→B) D→B
②吸收空气中的CO2，排除其对实验结果的干扰（其他合理答案亦可） 溴麝香草酚蓝水溶液（不可有错别字） （2）①装置Ⅲ除用等量清水代替10%NaOH溶液外，其他设计与装置Ⅱ相同 ②a向左移 d向右移 e向左移 f向右移 ③6
题型五 比较光合作用和细胞呼吸的关系
1.生物层面区别
生物类型 自养生物 异养生物
光合作用 能进行 不能进行
细胞呼吸 能进行 能进行
碳源 无机碳如CO2 有机碳如糖类
2.细胞层面区别
器官及细胞 能否光合作用 能否细胞呼吸
根 导管细胞 不能 不能
其它细胞 不能 能
茎 纤维细胞
导管细胞 不能 不能
皮层细胞 能 能
其它细胞 不能 能
叶 导管细胞 不能 能
表皮细胞 不能 能
叶肉细胞 能 能
保卫细胞 能 能
3.细胞器层面区别
光合作用场所只有一个叶绿体，细胞呼吸场所有
两个：细胞质基质和线粒体，主要场所为线粒
体，且只能利用丙酮酸不能利用葡萄糖。因两种
细胞器的功能不同，所以产生的气体不同，叶绿
体产生O2，线粒体则产生CO2。
对位训练
8.培养单细胞绿藻的培养液和培养单细胞酵母
菌的培养液,在所含成分上最大区别是( )
A.前者必须含有机成分
B.后者必须含有机成分
C.前者可以不含无机盐
D.后者可以不含无机盐
解析 单细胞绿藻因含叶绿体，可进行光合作
用自己制造有机物；单细胞酵母菌既无叶绿
体，也无叶绿素，不能进行光合作用，因而必
须提供现成的有机成分。至于无机盐，二者都
不能缺少。
B
9.现将提取的含新鲜完整线粒体和叶绿体的悬浮
液，分别加入盛有丙酮酸溶液和NaHCO3溶液的两支大小相同的试管中，给予充足光照，都会产生气泡。请问这两种气泡成分是否一样？解释原因。
答案 气泡成分不一样。因为丙酮酸在线粒体中进行有氧呼吸，产生的是CO2，而叶绿体利用NaHCO3溶液分解产生的CO2气体进行光合
作用，产生的是O2。