二轮复习 / 光合作用和细胞呼吸

[考纲要求]

1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。

2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。

3.细胞呼吸(Ⅱ)。

1．细胞呼吸

(1)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻等，原因是原核生物细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。

(2)真核生物的细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只进行无氧呼吸。

(3)对动物和人体而言，有CO₂生成的呼吸方式一定是有氧呼吸，因为动物及人体无氧呼吸的产物为乳酸。

(4)分解葡萄糖的酶只存在于细胞质基质中，故线粒体只能分解丙酮酸不能分解葡萄糖。

(5)细胞呼吸中的[H](NADH) ≠ 光合作用中的[H](NADPH)。

(6)有氧呼吸时，生成物H₂O中的[H]来自线粒体基质中H₂O和丙酮酸的分解及细胞质基质中葡萄糖的分解。

(7)无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不能产生ATP，[H]在第一阶段产生，第二阶段被利用，无[H]的积累。

(8)破伤风芽孢杆菌在伤口深处繁殖，其代谢类型与乳酸菌一样，属于厌氧异养型。

(9)无氧呼吸的产物酒精或乳酸对细胞有毒害作用，例如酵母菌酿酒时酒精含量超过16%时，发酵停止，意味着酵母菌被杀死；稻田定期排水，是为了防止水稻幼根因缺氧而变黑、腐烂；玉米种子浸泡在水中会腐烂等。

2．光合作用

(1)叶绿体不是所有植物光合作用的必要条件，如原核生物中蓝藻没有叶绿体但能进行光合作用。

(2)破坏叶绿体外膜后，O₂的产生不受影响。

(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO₂后，可完成暗反应。

(4)暗反应不直接需要光照，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。

(5)与光合作用有关的色素是脂溶性的，而液泡中的花青素是水溶性的，不能参与光能的吸收、转化和传递。

(6)影响光合作用的因素：温度主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多；CO₂浓度影响暗反应，当CO₂浓度很低时，光合作用不能进行；光照强度直接影响光反应的速率。

【常用句型】

1．土壤板结时光合速率下降的原因是土壤板结，导致土壤中缺氧，根细胞呼吸产生的ATP减少，影响了矿质元素的吸收，从而影响了光合色素和酶的合成，光合作用减弱。

2．高温、干旱环境中植物出现光合午休的原因是为防止水分过度蒸发，气孔部分关闭，CO₂的供应减少，影响了光合作用的暗反应。

光合作用和细胞呼吸的过程

1．光合作用和细胞呼吸中的物质和能量转化

(1)光合作用

①物质变化：

H₂O→O₂＋[H]

CO₂→C₃→C₅＋(CH₂O)；

②能量变化：光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。

(2)细胞呼吸

①物质变化：C₆H₁₂O₆―→2C₃H₄O₃(丙酮酸)＋4[H]、2C₃H₄O₃(丙酮酸)＋6H₂O―→6CO₂＋20[H]、24[H]＋6O₂―→12H₂O；

②能量变化：(CH₂O)中稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)和热能。

2．光合作用与细胞呼吸过程的联系

光合作用和细胞呼吸的影响因素

1．影响光合作用的三大因素

(1)光照强度(如图1)

①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。

②分析P点后的限制因素

(2)CO₂的浓度(如图2)

①原理：影响暗反应阶段C₃的生成。

②分析P点后的限制因素

(3)温度：通过影响酶的活性而影响光合作用(如图3)。

2．光合速率与呼吸速率的表示方法

项目	表示方法	测定方法
净光合速率(又称表观光合速率)	单位时间O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量	光照下测定植物单位时间内CO2吸收量或O2释放量
真正光合速率(又称总光合速率)	单位时间O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量	不能直接测得
呼吸速率(黑暗中测量)	单位时间CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量	黑暗下测定植物单位时间内CO2释放量或O2吸收量

3.一昼夜中植物代谢强度变化曲线

(1)图甲中BC段变化原因：由于温度下降，呼吸酶活性降低，CO₂释放速率有所下降。

(2)图甲CD段中，光合作用强度小于呼吸作用强度，相当于乙图中的cd段。光合作用开始的点在甲图中为C点，在乙图中为c点。

(3)图甲DF段中，光合作用强度大于呼吸作用强度，拐点D表示光合作用强度等于呼吸作用强度，相当于乙图中d点。

(4)图甲中FG段曲线下降趋势变缓的原因是正午时分，由于部分气孔关闭，CO₂进入细胞减少。

GH段罩内CO₂浓度继续下降，说明光合作用强度仍大于呼吸作用强度；

18 h，罩内CO₂浓度最低，此时植物体内积累的有机物最多，罩内O₂浓度最高。

拐点H表示光合作用强度等于呼吸作用强度，相当于乙图中h点。

图乙中ef段与gh段都是下降趋势，但原因不同：ef段是由于部分气孔关闭，CO₂供应不足；gh段是因为光照强度逐渐减弱。

(5)图甲中18 h后，光照越来越弱，罩内CO₂浓度开始增加，说明呼吸作用强度已大于光合作用强度；判断一昼夜植物体内出现有机物积累的依据是I点时玻璃罩内二氧化碳浓度低于A点。

光合作用和细胞呼吸的测定和分析

1．通过液滴移动测定光合速率和呼吸速率

(1)测定细胞【呼吸速率】

NaOH溶液的作用是吸收细胞呼吸释放的CO₂。

随着氧气的消耗，容器内气体压强减小，毛细管内的有色液滴左移，单位时间内有色液滴左移的体积表示细胞呼吸耗氧速率。

若被测生物为植物，整个装置必须遮光处理。

对照组的设置是将所测生物灭活，其他各项处理与实验组完全一致。

(2)测定细胞【呼吸类型】

同时设置NaOH溶液组和蒸馏水组，植物需遮光处理，根据两组装置中有色液滴移动的情况可分析被测生物的细胞呼吸类型。

容器中气体变化	细胞呼吸类型
不消耗O2，但产生CO2(NaOH溶液组有色液滴不移动，蒸馏水组右移)	进行产生酒精的无氧呼吸
CO2释放量等于O2消耗量(NaOH溶液组有色液滴左移，蒸馏水组有色液滴不移动)	只进行有氧呼吸
CO2释放量大于O2消耗量(NaOH溶液组有色液滴左移，蒸馏水组有色液滴右移)	产生酒精的无氧呼吸与有氧呼吸同时进行

(3)测定【净光合速率】

NaHCO₃缓冲溶液保证了容器内CO₂浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。

光照条件下植物释放的氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的有色液滴右移，单位时间内有色液滴右移的体积表示净光合作用释放氧气的速率；

若有色液滴左移，说明光照较弱，细胞呼吸强度大于光合作用强度，吸收O₂使瓶内气压减小；

若有色液滴不动，说明在此光照强度下光合作用强度等于细胞呼吸强度，生成O₂量等于消耗O₂量，瓶内气压不变。

2．黑白瓶法测水生植物的光合速率

取三个玻璃瓶，两个用黑胶布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一白瓶不做处理，记为C瓶，其中B、C瓶中放入长势良好的同种植物。

从待测的水体深度取水，保留A瓶以测定水中原来的溶氧量(初始值)。

将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。

(1)有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。

(2)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量。

(2019·全国Ⅰ，3)

将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自(　　)

A．水、矿质元素和空气                 

B．光、矿质元素和水

C．水、矿质元素和土壤                  

D．光、矿质元素和空气

(2019·全国Ⅱ，2)

马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列有关叙述正确的是(　　)

A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖

B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来

C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP

D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生

1.A    【解析】　根据光合作用的过程，植物产生的有机物主要来自空气中的CO₂，另外植株增加的质量还来自对水和矿质元素的吸收，光合作用过程中，光是光合作用进行的动力。

2.B    【解析】　在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，释放出少量的能量并生成少量ATP，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，不产生ATP，A、C项错误，B项正确；储藏库中氧气浓度升高，会促进马铃薯块茎细胞的有氧呼吸，抑制无氧呼吸，乳酸产生量减少，D项错误。