生物學(xué)案第三單元細胞的能量供應(yīng)和利用第7課時光合作用和細胞呼吸的綜合分析

第7課時光合作用和細胞呼吸的綜合分析課標(biāo)要求1.熟練掌握光合作用和細胞呼吸的關(guān)系。2.通過闡述光合作用與細胞呼吸的相互關(guān)系，形成歸納與概括、模型與建模的科學(xué)思維方法?？键c一光合作用與有氧呼吸的關(guān)系1．光合作用與有氧呼吸的關(guān)系(1)圖解光合作用與細胞呼吸過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系(2)光合作用和細胞呼吸的比較比較項目光合作用細胞呼吸代謝類型合成作用(或同化作用)分解作用(或異化作用)發(fā)生范圍含葉綠體的植物細胞；、光合細菌等所有活細胞發(fā)生場所葉綠體(真核生物)；細胞質(zhì)(原核生物)有氧呼吸：_______________(真核生物)；細胞質(zhì)(原核生物)無氧呼吸：細胞質(zhì)基質(zhì)發(fā)生條件只在光下進行有光、無光都能進行物質(zhì)變化無機物eq\o(→,\s\up7(合成))有機物有機物eq\o(→,\s\up7(分解))無機物能量變化光能→化學(xué)能化學(xué)能→熱能、ATP中活躍的化學(xué)能實質(zhì)無機物eq\o(→,\s\up7(合成))有機物；儲存能量有機物eq\o(→,\s\up7(分解))無機物(或簡單有機物)；釋放能量能量轉(zhuǎn)化的聯(lián)系元素轉(zhuǎn)移的聯(lián)系C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反應(yīng)))(CH2O)→→CO2O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反應(yīng)))O2→_____H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反應(yīng)))H＋→NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反應(yīng)))(CH2O)→[H]→H2O過程聯(lián)系2.真正(總)光合速率、凈光合速率和呼吸速率(1)光合速率與呼吸速率的常用表示方法項目含義表示方法(單位面積的葉片在單位時間內(nèi)變化量)O2CO2有機物真正光合速率植物在光下實際合成有機物的速率O2_________速率或葉綠體釋放O2量CO2固定速率或葉綠體吸收CO2量有機物_____速率凈光合速率植物有機物的____速率植物或葉片或葉肉細胞O2_____速率植物或葉片或葉肉細胞CO2速率有機物積累速率呼吸速率單位面積的葉片在單位時間內(nèi)分解有機物的速率中O2吸收速率黑暗中CO2釋放速率有機物消耗速率(2)曲線模型及分析①植物綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為________速率(A點)。②植物綠色組織在有光條件下光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數(shù)據(jù)為________速率。③真正光合速率＝________速率＋________速率。3．測定植物光合速率和呼吸速率的常用方法方法1測定裝置中氣體體積變化(1)裝置中溶液的作用：在測細胞呼吸速率時NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在測凈光合速率時NaHCO3溶液可提供CO2，保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定。(2)測定原理①在黑暗條件下甲裝置中的植物只進行細胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了細胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。②在光照條件下乙裝置中的植物進行光合作用和細胞呼吸，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表凈光合速率。③真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。(3)測定方法①將植物(甲裝置)置于黑暗中一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算呼吸速率。②將同一植物(乙裝置)置于光下一定時間，記錄紅色液滴移動的距離，計算凈光合速率。③根據(jù)呼吸速率和凈光合速率可計算得到真正光合速率。(4)物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，即用死亡的綠色植物分別進行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進行校正。方法2“半葉法”測定光合作用有機物的產(chǎn)生量將葉片一半遮光、一半曝光，遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度，曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表凈光合作用強度值，最后計算真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。方法3“黑白瓶法”測定溶氧量的變化黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，只有細胞呼吸，而白瓶既能進行光合作用又能進行細胞呼吸，所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值，用白瓶(有光照的一組)測得的為凈光合作用強度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。方法4葉圓片稱重法——測定有機物的變化量本方法通過測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率(S為葉圓片面積)。凈光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。方法5葉圓片上浮法——定性檢測O2釋放速率本方法利用真空技術(shù)排出葉肉細胞間隙中的空氣，充以水分，使葉片沉于水中；在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在細胞間積累，結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時間的長短)，即能比較光合作用強度的大小。方法6間隔光照法——比較有機物的合成量光反應(yīng)和暗反應(yīng)在不同酶的催化作用下相對獨立進行，由于催化暗反應(yīng)的酶的催化效率和數(shù)量都是有限的，因此在一般情況下，光反應(yīng)的速率比暗反應(yīng)快，光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP和NADPH不能被暗反應(yīng)及時消耗掉。持續(xù)光照，光反應(yīng)產(chǎn)生的大量的NADPH和ATP不能及時被暗反應(yīng)消耗，暗反應(yīng)限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替進行，則黑暗間隔有利于充分利用光照時積累的光反應(yīng)的產(chǎn)物，持續(xù)進行一段時間的暗反應(yīng)。因此在光照強度和光照時間不變的情況下，光照、黑暗交替進行條件下制造的有機物相對多。1．如果用18O標(biāo)記土壤中的水，那么植物產(chǎn)生的二氧化碳和氧氣是否含有18O？如果有，寫出18O的轉(zhuǎn)移途徑。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2．給小球藻提供18O2，在小球藻合成的有機物中檢測到了18O，分析其最可能的轉(zhuǎn)移途徑是什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．(不定項)(2023·江蘇南通高三期末)如圖所示為甘蔗葉肉細胞內(nèi)的一系列反應(yīng)過程，下列有關(guān)說法不正確的是()A．過程①中葉綠體中的四種色素都主要吸收藍紫光和紅光B．過程②只發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，過程②釋放的能量用于C3的還原C．過程③既產(chǎn)生[H]也消耗[H]D．若過程①②的速率大于過程③的速率，則甘蔗植株的干重一定增加2．如圖的縱坐標(biāo)表示某種植物O2吸收相對速率的變化(非適宜條件下)，下列說法不正確的是()A．可以判斷d點開始進行光合作用B．降低土壤中的Mg2＋濃度，一段時間后d點將向右移C．提高大氣中的CO2濃度，e點將向右下移D．該植物細胞呼吸消耗O2的相對速率是4考點二光合作用與細胞呼吸綜合應(yīng)用1．自然環(huán)境中(夏季)一晝夜植物CO2吸收量與CO2釋放量變化曲線(1)曲線各點的含義及形成原因分析①a點：凌晨3時～4時，溫度降低，________________________，CO2釋放減少。②b點：上午6時左右，太陽出來，開始進行光合作用。③bc段：光合作用強度________細胞呼吸強度。④c點：上午7時左右，光合作用強度________細胞呼吸強度。⑤ce段：光合作用強度大于細胞呼吸強度。⑥d點：溫度過高，部分__________________，出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象。⑦e點：下午6時左右，光合作用強度等于細胞呼吸強度。⑧ef段：光合作用強度小于細胞呼吸強度。⑨fg段：太陽落山，光合作用停止，只進行細胞呼吸。(2)綠色植物一晝夜內(nèi)有機物的“制造”“消耗”與“積累”2．密閉容器內(nèi)一晝夜CO2濃度變化曲線曲線模型模型分析AB段無光照，植物___________BC段溫度降低，細胞呼吸減弱CD段C點后，微弱光照，開始進行光合作用，但光合作用強度<細胞呼吸強度D點光合作用強度細胞呼吸強度DH段光合作用強度>細胞呼吸強度。其中FG段表示“”現(xiàn)象H點光合作用強度＝細胞呼吸強度，有機物積累______HI段光照繼續(xù)減弱，光合作用強度<細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止I點I點低于A點，說明一晝夜密閉容器中CO2濃度，即總光合量總呼吸量，植物生長。方法技巧巧據(jù)小室內(nèi)CO2(或O2)的“初測值”與“末測值”確認(rèn)植物是否生長(注意：植株≠葉肉細胞)密閉小室中氣體變化是整棵植株(綠色、非綠色部位)光合與細胞呼吸綜合影響的結(jié)果。3．光(CO2)補償點與光(CO2)飽和點及其移動問題(1)光(CO2)補償點的移動①呼吸速率增加，其他條件不變時，光(CO2)補償點應(yīng)________，反之________。②呼吸速率基本不變，相關(guān)條件的改變使光合速率下降時，光(CO2)補償點應(yīng)右移，反之左移。(2)光(CO2)飽和點的移動：相關(guān)條件的改變，使光合速率________時，光(CO2)飽和點C點應(yīng)右移(C′點右上移)，反之左移(C′點左下移)。(3)陰生植物與陽生植物相比，光(CO2)補償點和飽和點都應(yīng)________移動。4．植物“三率”的含義、關(guān)系及判定(1)微觀辨析總光合速率、凈光合速率和呼吸速率的關(guān)系(2)?？记€分析①②③以“測定的CO2吸收量與釋放量”為指標(biāo)：科研人員將綠色的甲植物放在溫度適宜的密閉容器內(nèi)，在不同的光照條件下，測定該容器內(nèi)氧氣量的變化如圖所示。(1)________時容器中的二氧化碳濃度最大。(2)如果葉片的呼吸速率始終不變，則在5～15min內(nèi)，小麥葉片光合作用的平均速率(用氧氣產(chǎn)生量表示)是________________。(3)B點時，容器內(nèi)氧氣量不再增加的原因是什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3．玻璃溫室里栽培植物，對室內(nèi)空氣中CO2含量進行了24小時測定，圖中曲線能正確表示測定結(jié)果的是(橫軸為時間，縱軸為CO2濃度)()4．下面甲、乙兩圖分別表示一天內(nèi)某叢林水分的失與得(A、B)和CO2的吸收與釋放(m、N、L)的變化情況(S代表面積)。請據(jù)圖分析，下列說法錯誤的是()A．若SB－SA>0，則多余的水分用于光合作用等生理過程B．若SB－SA>0，且Sm－SN－SL>0，則叢林樹木凈光合作用大于0C．從暗反應(yīng)的角度考慮，若在一晝夜內(nèi)SN＋SL<Sm，植物就能正常生長D．若SB－SA<0，僅從環(huán)境推測，當(dāng)日氣溫可能偏高或土壤溶液濃度偏低1．(2022·全國乙，2)某同學(xué)將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對穩(wěn)定。關(guān)于這一實驗現(xiàn)象，下列解釋合理的是()A．初期光合速率逐漸升高，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，之后呼吸速率保持穩(wěn)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2．(2021·北京，3)將某種植物置于高溫環(huán)境(HT)下生長一定時間后，測定HT植株和生長在正常溫度(CT)下的植株在不同溫度下的光合速率，結(jié)果如圖。由圖不能得出的結(jié)論是()A．兩組植株的CO2吸收速率最大值接近B．35℃時兩組植株的真正(總)光合速率相等C．50℃時HT植株能積累有機物而CT植株不能D．HT植株表現(xiàn)出對高溫環(huán)境的適應(yīng)性3．(2018·江蘇，29)下圖為某植物葉肉細胞中有關(guān)甲、乙兩種細胞器的部分物質(zhì)及能量代謝途徑示意圖(NADPH指[H])，請回答下列問題：(1)甲可以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，參與這一過程的兩類色素為_________________________，其中大多數(shù)高等植物的______________需在光照條件下合成。(2)在甲發(fā)育形成過程中，細胞核編碼的參與光反應(yīng)中心的蛋白，在細胞質(zhì)中合成后，轉(zhuǎn)運到甲內(nèi)，在________________(填場所)組裝；核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉(zhuǎn)運到甲內(nèi)，在____________(填場所)組裝。(3)甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為________后進入乙，繼而在乙的________(填場所)徹底氧化分解成CO2；甲中過多的還原能可通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化，在細胞質(zhì)中合成NADPH，NADPH中的能量最終可在乙的________(填場所)轉(zhuǎn)移到ATP中。(4)乙產(chǎn)生的ATP被甲利用時，可參與的代謝過程包括____________(填序號)。①C3的還原②內(nèi)外物質(zhì)運輸③H2O裂解釋放O2④酶的合成4．(2022·江蘇，20)圖Ⅰ所示為光合作用過程中部分物質(zhì)的代謝關(guān)系(①～⑦表示代謝途徑)。Rubisco是光合作用的關(guān)鍵酶之一，CO2和O2競爭與其結(jié)合，分別催化C5的羧化與氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化則產(chǎn)生乙醇酸(C2)，C2在過氧化物酶體和線粒體協(xié)同下，完成光呼吸碳氧化循環(huán)。請據(jù)圖回答下列問題：(1)圖Ⅰ中，類囊體膜直接參與的代謝途徑有__________(從①～⑦中選填)，在紅光照射條件下，參與這些途徑的主要色素是________________。(2)在C2循環(huán)途徑中，乙醇酸進入過氧化物酶體被繼續(xù)氧化，同時生成的__________在過氧化氫酶催化下迅速分解為O2和H2O。(3)將葉片置于一個密閉小室內(nèi)，分別在CO2濃度為0和0.03%的條件下測定小室內(nèi)CO2濃度的變化，獲得曲線a、b(圖Ⅱ)。①曲線a,0～t1時(沒有光照，只進行呼吸作用)段釋放的CO2源于細胞呼吸；t1～t2時段，CO2的釋放速度有所增加，此階段的CO2源于__________。②曲線b，當(dāng)時間到達t2點后，室內(nèi)CO2濃度不再改變，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科學(xué)家在煙草葉綠體中組裝表達了衣藻的乙醇酸脫氫酶和南瓜的蘋果酸合酶，形成了圖Ⅲ代謝途徑，從而降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作體現(xiàn)了遺傳多樣性的__________價值。1．判斷關(guān)于光合作用與細胞呼吸關(guān)系的敘述(1)線粒體、葉綠體都能產(chǎn)生ATP，且均可用于各項生命活動()(2)提取完整的線粒體和葉綠體懸浮液，可以獨立完成有氧呼吸和光合作用過程()(3)用Heq\o\al(18,2)O澆灌植物，周圍空氣中的H2O、O2、CO2都能檢測到18O(