【高考生物一轮总复习课件】第三单元　第11课 光合作用与细胞呼吸的综合应用 (共37张PPT)

(共37张PPT)
第三单元　细胞的能量供应和利用
第11课　光合作用与细胞呼吸的综合应用
高中生物高考一轮总复习
考点一　光合作用和细胞呼吸之间的物质和能量关系
1．光合作用和有氧呼吸过程中的物质转化关系
C3
C5
丙酮酸
2．光合作用和细胞呼吸的能量转化关系
光反应
暗反应
热能
1．下图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程及两者之间的联系。其中甲～戊表示生理过程，a～d表示相关物质。下列说法正确的是(　　)

A．物质a表示ATP，物质c表示O2，物质d表示CO2
B．甲表示光合作用的光反应阶段，对光能的吸收不需要酶的直接参与
C．若该叶肉细胞产生的物质c和物质d的量相等，则该植物的净光合速率为0
D．用18O同时标记H2O和CO2，可探究光合产物O2中O元素的来源
√
B　解析：物质a表示光反应产生的ATP和NADPH，物质c表示O2，物质d表示有氧呼吸第二阶段产生的CO2，A错误；甲表示光合作用的光反应阶段，对光能的吸收不需要酶的直接参与，B正确；若物质c和物质d的量相等，则该植物的叶肉细胞的净光合速率为0，但是还有一些细胞只进行细胞呼吸不进行光合作用，就整个植株而言，净光合速率小于0，C错误；用18O分别标记H2O和CO2，才可探究光合产物O2中O元素的来源，D错误。
2．(2021·全国卷Ⅰ)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有______________________________________ ________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和_______ _______________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________________________，又能保证__________________正常进行。
细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体
细胞呼
蒸腾作用过强导致水分散失过多
光合作用(暗反应)
内膜)、叶绿体类囊体薄膜
吸(或呼吸作用)
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式(简要写出实验思路和预期结果)。
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验思路：取生长状态相同的植物甲若干株随机均分为A、B两组；A组在(湿度
适宜的)正常环境中培养，B组在干旱环境中培养，其他条件相同且适宜，一段
时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的pH，并求平均值。预期结果
： A组pH平均值高于B组
解析：(1)白天叶肉细胞既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸产生的CO2也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡，气孔白天关闭能防止白天因温度较高、蒸腾作用较强，导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收CO2储存固定，以保证光合作用(暗反应)的正常进行。(3)该实验的自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中，会导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该种特殊的CO2固定方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。
厘清光合作用与细胞呼吸中氢和ATP的来源及去路
(1)氢的来源和去路比较
(2)ATP的来源与去路比较
考点二　光合作用和细胞呼吸速率的关系
1．光照强度对光合速率和呼吸速率的影响
(1)构建模型
(2)模型分析
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为__________(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为____________。
③真正光合速率＝________速率＋______速率。
呼吸速率
净光合速率
净光合
呼吸
2．一昼夜植物光合作用和细胞呼吸变化的关系
(1)自然环境中一昼夜植物气体交换速率变化曲线

①开始进行光合作用的点：___。
②光合作用与呼吸作用相等的点：___、___。
③开始积累有机物的点：___。
④有机物积累量最大的点：___。
b
c
e
c
e
(2)一昼夜密闭容器中CO2浓度变化曲线

①光合作用强度与呼吸作用强度相等的点：____、____。
②该植物一昼夜表现为生长，其原因是I点CO2浓度低于____点CO2浓度，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度______，即植物光合作用强度>呼吸作用强度，植物生长。
D
H
A
减小
考向1| 光照强度对光合速率和呼吸速率的影响
1．(2023·北京卷)在两种光照强度下，不同温度对某植
物CO2吸收速率的影响如图。
对此图理解错误的是(　　)
A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原
因是呼吸速率上升
B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用
D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
√
C　解析：CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；题图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。
2．(2023·广东卷)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)
水稻材料 叶绿素/(mg/g) 类胡萝卜素/(mg/g) 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
分析图表，回答下列问题：
(1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________________________，叶片主要吸收可见光中的____________光。
(2)光照强度逐渐增加到2 000 μmol·m-2·s-1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl______(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和______________。
(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体________________，是其高产的原因之一。
类胡萝卜素/叶绿素的值上升
红光和蓝紫
等于
呼吸速率较高
光能利用率较高
(4)试分析在0～50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下， WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题：____________
如下图所示
答案：为什么在低光照强度下，WT的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，WT的净光合速率小于ygl
解析：(1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素的值较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由ygl叶色呈黄绿色可推测，其主要吸收红光和蓝紫光。
水稻材料 叶绿素/(mg/g) 类胡萝卜素/(mg/g) 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
(2)光照强度逐渐增加到 2 000 μmol·m-2·s-1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，说明二者的光饱和点相同。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，据图b和图c可知，ygl有较高的光补偿点是因为其叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知，ygl呼吸速率较高。
(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，
更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较
高，表明该群体光能利用率高，是其高产的原因之一。
(4)由于ygl呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此
在0～50 μmol·m-2·s-1范围的低光照强度下，WT和ygl
的净光合速率图见答案。分析图a和图示曲线，高光照
强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率不同，根据两图可提出问题：为什么在低光照强度下，WT的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，WT的净光合速率小于ygl
3．(2024·吉林、黑龙江1月适应性测试)为探究某植物生长所需的适宜光照，在不同光照条件下，测得该植物叶片的呼吸速率、净光合速率和叶绿素含量如下图所示。回答下列问题：

注：自然光下用遮阳网遮光，透过的光占自然光的百分数为透光率。
(1)图1表明，植物叶片在透光率25%～75%内，呼吸速率随透光率降低而下降，可能的原因是______________________________________________________________ __________________________。在线粒体中，____________经过一系列化学反应与氧气结合形成水，催化这一反应过程的酶分布在____________。
[H](或NADH)
线粒体内膜
通过降低叶片呼吸速率减少自身消耗，以确保自身有机物正常积累
量，从而保证自身正常生长
(2)据图可知，在25%透光率下叶片固定CO2的速率是_____μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果，初步判断最适合该植株生长的透光率是______，依据是______________________________________________。
(4)图3中50%、75%透光率下植物叶片中叶绿素含量不同，设计实验验证这种差异：_________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________(简要写出实验思路和预期结果)。
7.5
75%
此透光率下净光合速率最高，有机物的积累量最多
实验思路：取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干，分为甲、乙两组，
分别提取两组叶片中的叶绿素，并比较两组中叶绿素的含量。预期结果：75%
透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量
解析：(1)植株在遮光环境下通过降低叶片呼吸速率减少自身消耗，以确保自身有机物正常积累量，从而保证自身正常生长。在线粒体中，有氧呼吸第一阶段和第二阶段产生的[H]和氧气结合，形成水和大量能量，此过程为有氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜进行，所以催化这一反应过程的酶分布在线粒体内膜。(2)据图可知，在25%透光率下叶片固定CO2的速率是总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝6＋1.5＝7.5 μmol·m-2·s-1。
(3)根据上述结果，初步判断最适合该植株生长的透光率是75%，依据是此透光率下净光合速率最高，有机物的积累量最多。(4)实验思路：取等量的50%、75%透光率下植物叶片若干，分为甲、乙两组，分别提取两组叶片中的叶绿素，并比较两组中叶绿素的含量。预期结果：75%透光率的组内叶片中叶绿素的含量高于50%透光率的组内叶片中叶绿素的含量。
植物“三率”的判断方法
(1)根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率；当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
(2)根据关键词判定
说明：若测定指标为叶绿体中O2释放量、CO2吸收量，则表示总光合速率。
检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量
有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量
考向2| 一昼夜植物光合作用和细胞呼吸变化的关系
4．下图表示科研人员测得的某株紫苏一天中CO2固
定速率和CO2吸收速率随时间的变化曲线。据图分析
错误的是(　　)
A．7：00时，紫苏根尖细胞产生ATP的场所有细胞质
基质、线粒体
B．曲线b在10：00～12：00之间下降的主要原因是此时气孔导度减小，CO2供应减少，光合速率减慢
C．18：00时会发生NADPH从类囊体薄膜向叶绿体基质的移动
D．与7：00相比，12：00时C3的合成速率较快
√
B　解析：曲线a(CO2固定速率)表示总光合速率，曲
线b(CO2吸收速率)表示净光合速率，据此并结合题图
分析可知，7：00时，紫苏根尖细胞只进行呼吸作用，
产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A正确；
在10：00～12：00时曲线a(CO2固定速率)一直在增加，说明光合作用在增强，曲线b下降的主要原因是此时温度高，光合速率与呼吸速率均上升，但呼吸速率上升幅度大于光合速率，B错误；18：00时，光合作用中NADPH从类囊体薄膜向叶绿体基质移动，C正确；与7：00相比，12：00时光照强，光反应速率加快，暗反应速率也加快，因此C3的合成速率较快，D正确。
5．(2024·山东济南模拟)图1表示某植物光合作用与呼吸作用的过程，图中序号表示代谢过程。图2表示两昼夜(48 h)温室大棚内CO2浓度和该植物CO2吸收速率的变化曲线。假定该温室大棚48 h内温度为光合作用最适温度且不变。回答下列问题：


(1)图1中若W物质具有吸收光能的作用，则W物质表示__________。
光合色素
(2)有氧条件下，③④过程发生的场所分别为________________________，该两个过程________(填“消耗”或“不消耗”)氧气。
(3)据图2判断，两昼夜内该植物是否积累有机物？____(填“是”或“否”)，依据是________________________________。
(4)推测图2中12 h时，限制该植物光合速率的因素有___________________(答出两点)，36 h比12 h的CO2吸收速率大的原因可能是_______________________ _____________________________________________(答出一点)。
细胞质基质和线粒体基质
不消耗
是
两昼夜后，室内CO2浓度低于初始值
CO2浓度、光照强度
经过24 h后，该植物有所
生长，能进行光合作用的细胞增多，光合速率增加
(5)为探究外界条件对该植物叶片叶绿素含量的影响，某科研小组开展了相关实验，结果如图3所示。下列相关叙述正确的是_____。

A．该实验属于对照实验，第1组为空白对照组
B．1、4组对照可以说明秋天低温造成叶绿素含量降低，使树叶变黄
C．若遇低温天气，可对该植物进行遮光处理以减少叶绿素的损失
D．1、3组对照说明光照和温度对植物体内叶绿素含量的影响不大
ABC
解析：(1)结合题图1，若W物质具有吸收光能
的作用，由于光合色素具有吸收、传递、转化
光能的作用，故W物质是光合色素。(2)题图1中
①代表光反应，⑤代表CO2的固定，②代表C3的
还原，②⑤为暗反应；③代表细胞呼吸的第一阶段，④代表有氧呼吸的第二阶段或无氧呼吸的第二阶段；物质X是C3，物质Y是丙酮酸，物质Z是ATP。有氧条件下，③④过程分别发生葡萄糖分解成丙酮酸和丙酮酸产生CO2，发生的场所分别为细胞质基质和线粒体基质；该两个过程不消耗氧气，有氧呼吸第三阶段才消耗氧气。
(3)两昼夜后，室内CO2浓度为c，低于初始值a，因此两昼夜内该植物存在有机物的积累。(4)该温室大棚48 h内温度为光合作用最适温度且不变，因此推测图2中12 h时，限制该植物光合速率的因素有CO2浓度、光照强度；经过24 h后，该植物有所生长，能进行光合作用的细胞增多，光合速率增加，因此36 h比12 h的CO2吸收速率大。(5)第1组自然条件，为空白对照组，A正确；叶绿素可以使叶片呈绿色，1、4组对照可以说明秋天低温造成叶绿素含量降低，使树叶变黄，B正确；第4组叶绿素含量最低，若遇低温天气，可对该植物进行遮光处理以减少叶绿素的损失，C正确；实验应遵循单一变量原则，1、3组有两个变量，不能构成对照实验，D错误。
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