浙江专版2025届高考生物一轮总复习第2单元第8讲第3课时光合作用与细胞呼吸的综合课件浙科版

2.下图A和B为某植物叶肉细胞中与能量代谢有关的两种细胞器,在适宜条 件下测得该植物表观光合速率[单位:μmol/(dm2·h)]及呼吸速率[单位: μmol/(dm2·h)]的相对值如表所示。
温度/℃
20 25 30 35 40 45
表观光合速率 2 4 5
3
0 -4
呼吸速率
2 3 3.5 4.5 5 4.5
(2)结合细胞中发生的情况分析曲线 项目 代谢
过程图解
A 点 只进行细胞呼吸,植物释放 CO2 吸 收 O2
呼吸速率>真正光合速率,植物释放 AB 段
CO2 吸收 O2
项目 代谢
过程图解
呼吸速率=真正光合速率,植物整体 B点
上表现为与外界无气体交换
呼吸速率<真正光合速率,植物释放 B 点后
O2 吸收 CO2
第8讲 第3课时 光合作用与细胞呼吸的综合
考点一 光合作用与细胞呼吸的区别与联系
落实主干基础
项目 光合作用 场所 叶绿体
细胞呼吸(以需氧呼吸为例) 细胞溶胶和线粒体
条件 只在光下进行
有光、无光都能进行
物质 变化 能量 变化 实质 代谢 类型
无பைடு நூலகம்物 有机物
有机物 无机物或小分子有机 物(酒精、乳酸)
联 系
(2)光合作用和细胞呼吸之间物质和能量的相互关系:
特别提醒 真正光合速率、表观光合速率和细胞呼吸速率的辨析
(1)植物“三率”含义 ①细胞呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条 件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②表观光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一 定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③真正光合速率:指植物通过光合作用制造的有机物的量,可用单位时间单 位叶面积的O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。真正光合速率= 表观光合速率+细胞呼吸速率。
(5)40 ℃时,植物叶肉细胞结构A中产生的物质a的去向是 从A移向B和叶肉细胞外 ,物质b进入结构A后碳元素的转移途径是 CO2→三碳酸→三碳糖 (用文字和箭头表示)。 (6)据表判断,温度为 20 ℃ 时,该植物单位时间内光合作用制造的有 机物量是细胞呼吸消耗有机物量的两倍。若每天交替进行12 h光照、12 h 黑暗,则该植物能正常生长的温度有 25 ℃、30 ℃ 。
光能→ATP和NADPH中活跃的化 有机物中稳定的化学能→ATP中
学能→有机物中稳定的化学能 活跃的化学能+热能
合成有机物,储存能量
分解有机物,释放能量
同化作用(或合成作用)
异化作用(或分解作用)
范围 主要为绿色植物叶肉细胞
几乎所有活细胞
(1)光合作用和细胞呼吸都是氧化还原过程。 光合作用将 CO2 还原成糖,将 H2O 中 O 氧化为 O2;细胞呼吸将葡萄 糖中的 C 氧化为 CO2,将 O2 还原为 H2O 中的 O,如图所示。
图1
图2
图3
(1)图1所示的过程可能发生在需氧呼吸的第 三 阶段,为研究短时 低温对该阶段的影响,将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理,分组情况 及结果如图3所示。已知DNP可使H+进入线粒体基质时不经过ATP合酶。 下列说法错误的是 D 。 A.与25 ℃时相比,4 ℃时需氧呼吸消耗葡萄糖的量多 B.DNP导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低,生成的ATP减少 C.与25 ℃时相比,4 ℃时有氧呼吸产热多 D.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻 (2)参与②⑤过程的蛋白质是同一种,由CF0、CF1两部分构成,其中亲水部 分应为 CF1 。该蛋白质的作用是 转运质子(或H+)并催化ATP合成 。
[对点练]
1.给某植物提供C18O2较长时间后,能检测到含18O的物质是( D ) A.糖类
B.糖类和H2O C.糖类、H2O和O2 D.糖类、H2O、O2和CO2
解析 给某植物提供C18O2较长时间后,在光合作用的碳反应过程中,C18O2中 18O的转移途径是:CO2→三碳化合物→糖类;糖类含有18O,经过需氧呼吸第 一、二阶段可转移到C18O2和H218O中,H218O再经过光反应转化为18O2,故最 终能检测到含18O的物质是糖类、H2O、O2和CO2。
[练一练] 1.判断下列说法正误。 (1)当植物个体光合速率等于呼吸速率时,叶肉细胞中叶绿体产生的氧气等 于线粒体消耗的氧气。( × ) 提示 当植物个体光合速率等于呼吸速率时,叶肉细胞中叶绿体产生的氧气 多于线粒体消耗的氧气。 (2)用差速离心法将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中,照光后有氧气释 放;如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光,则没有氧气 释放。( × ) 提示 在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光,有氧气释放, 原因是类囊体膜是H2O裂解释放O2的场所,叶绿体膜破裂不影响类囊体膜 的功能。
考向二 环境因素对光合作用与细胞呼吸的综合影响 [典例3](2023浙江四校模拟)研究者为探究蓝光对蚕豆植株物质和能量代 谢的影响,在自然光基础上补充不同强度的蓝光,10 d后测定单位时间内蚕 豆植株光照条件下CO2吸收量和黑暗条件下CO2释放量,实验结果如图所 示(实验一)。研究人员还发现蚕豆细胞内存在一条交替氧化酶(AOX)的途 径,AOX途径既与细胞呼吸有关,还与光合作用有关,研究人员进行了实验 二(如表所示)。结合实验一和实验二的结果,回答下列问题。
50 55
-3 -2
3
2
回答下列问题。 (1)图中A可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色素为 叶绿素、类胡萝卜素 。提取A中的色素,并且使用 层析液(乙醚或石油醚等) (试剂)将它们分离开。A、B增大膜面积的结构 分别是 基粒(或类囊体) 、 嵴 。 (2)若植物CO2的吸收量不足,将影响类囊体膜上的能量转换,从能量角度分 析可能的原因是
碳反应阶段为光反应阶段提供的ADP、Pi和NADP+等物质不足 。 (3)结构A输出的三碳糖在氧气充足的条件下,可被氧化为 丙酮酸 (填 名称)后进入B,继而在B的 线粒体基质 (填场所)彻底氧化分解成CO2。
(4)据表推测,与45 ℃相比,50 ℃和55 ℃时光合速率发生变化的主要原因是 温度过高,与光合作用有关的酶活性丧失,光合速率降为0 。
解析 (1)图中A为叶绿体,可以将光能转变为化学能,参与这一过程的两类色 素为叶绿素和类胡萝卜素。提取叶绿体中的色素后,可以用层析液(乙醚或 石油醚等)将它们分离开。叶绿体增大膜面积的结构为基粒(类囊体),线粒 体增加膜面积的结构为嵴。(2)若植物CO2的吸收量不足,将影响类囊体膜 上的能量转换,从能量角度分析可能的原因是碳反应阶段为光反应阶段提 供的ADP、Pi和NADP+等物质不足。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足 的条件下,可被氧化为丙酮酸后进入线粒体,继而在线粒体基质中被彻底氧 化分解为CO2。(4)与45 ℃相比,50 ℃和55 ℃时真正光合速率均为0,推测 可能是温度过高,与光合作用有关的酶活性丧失,光合速率降低为0。
(3)据图2判断,水的裂解发生在 ⑦ (填“⑥”“⑦”或“⑧”)上,其上发生的 反应的产物有 O2、H+和e- 。叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激 发,释放势能高的电子,电子的最终供体是 水 ,水的裂解造成膜内 外质子势能差,而高能的电子沿电子传递链传递时又促进③过程,进一步加 大了质子势能差,导致质子势能差加大的另一个原因是
(3)给小球藻提供18O2,在小球藻合成的有机物中检测到了18O,其最可能的 转化途径是需氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O,需氧呼吸第二 阶段利用H218O生成C18O2,C18O2再参与光合作用的碳反应阶段生成含18O 的有机物(CH218O)。( √ ) (4)如果两种农作物的光补偿点相同,则它们在光补偿点时真正光合作用速
(3)水的裂解主要是在光的作用下将水分解为O2、H+和e-,该过程发生在⑦ 类囊体膜上。叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发,释放势能高的 电子,电子的最终供体是水;据图可知,NADP+与H+、e-结合形成NADPH时 消耗叶绿体基质中的H+,是导致质子势能差加大的另一个原因。光合作用 的光反应的产物有三种:O2、NADPH、ATP。O2释放到大气中,用以满足 各种需氧生物的细胞呼吸。NADPH和ATP被碳反应利用。其中ATP只能 为碳反应提供能量;而NADPH既能为碳反应提供能量,又能为碳反应提供 还原剂。
解题指津 根据图中光合作用与细胞呼吸的反应物和产物推出过程①~④的名称是解 题关键。过程①利用光能产生ATP,为光反应。过程②消耗ATP,产生有机 物,为碳反应。过程③为有机物的氧化分解,属于细胞呼吸。过程④是ATP 的水解,释放能量用于吸能反应。
[典例2](2023浙江宁波十校联考)图1所示为线粒体内膜上发生的质子转运 和ATP合成过程,线粒体基质中的NADH脱去氢并释放电子,电子经线粒体 内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放的能量驱动H+从线粒体基质移至 内外膜间隙中,随后H+经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成,然后与 接受了电子的O2结合生成水;图2所示为光合作用光合磷酸化过程。①~⑤ 表示过程,⑥~⑧表示结构,据图回答下列问题。
将正常生长的某植物放置在密闭小室中,适宜条件下照光培养,培养后发现
该植物的光合速率降低,原因是
。
提示 光照下,该植物光合作用消耗二氧化碳的速率大于细胞呼吸产生二氧 化碳的速率,导致密闭小室内二氧化碳浓度下降,该植物的光合速率因原料 二氧化碳供应不足而降低
突破命题视角 考向一 光合作用和细胞呼吸的过程联系 [典例1](2022浙江五校联考)如图为绿色植物部分物质和能量转换过程的 示意图,下列叙述正确的是( D )
(5)40 ℃时,整个植株的表观光合速率为0,但叶肉细胞的表观光合速率大于 呼吸速率,因此叶肉细胞叶绿体产生的氧气除了从叶绿体移向线粒体外,还 会移向叶肉细胞外。(6)温度为20 ℃时,该植物的真正光合速率为4 μmol/(dm2·h),呼吸速率为2 μmol/(dm2·h),单位时间内光合作用制造的有机 物量是呼吸作用消耗有机物量的两倍。每天交替进行12 h光照和12 h黑暗, 植物若能正常生长,其光合作用积累有机物的量必须大于细胞呼吸消耗有 机物的量,符合条件的温度只有25 ℃和30 ℃。
A.过程①产生[H],过程③消耗NADPH B.过程①发生在叶绿体中,过程③发生在线粒体中 C.若叶肉细胞中过程②速率大于过程③速率,则植物干重增加 D.过程③中ATP的合成与放能反应相联系,过程④与吸能反应相联系
解析 过程①为光反应,产生NADPH,过程③为细胞呼吸,产生[H],A项错误; 过程①发生在叶绿体中,过程③发生在细胞溶胶和线粒体中,B项错误;叶肉 细胞中光合速率大于呼吸速率时,植物干重未必增加,C项错误;过程③中 ATP的合成与放能反应相联系,过程④中ATP的水解与吸能反应相联系,D 项正确。
NADP+与H+、e-结合形成NADPH时消耗叶绿体基质中的H+ ,NADPH在 碳反应中的作用是 既能为碳反应提供能量,又能为碳反应提供还原剂 。
解析 (1)图1所示过程发生在线粒体内膜上,可能发生在需氧呼吸的第三阶 段。与25 ℃相比,短时间低温4 ℃处理,ATP合成量较少,耗氧量较多,说明4 ℃时需氧呼吸释放的能量较多地用于产热,消耗的葡萄糖量多,A、C两项 正确;DNP可使H+不经ATP合酶返回线粒体基质中,会使线粒体内外膜间隙 中H+浓度降低,导致ATP合成减少,B项正确;与25 ℃相比,4 ℃耗氧量增加, 根据题意,电子经线粒体内膜最终传递给氧气,说明电子传递未受阻,D项错 误。 (2)膜的基本结构是磷脂双分子层,磷脂分子分为亲水的头部和疏水的尾部, 亲水头部位于膜的外侧,参与②⑤过程的蛋白质由CF0、CF1两部分构成,其 中CF1分布在膜的外侧,CF0分布在膜的内侧,因此亲水部分应为CF1;据图可 知,在该蛋白质的作用下,可将H+进行跨膜运输,且可促进ATP的生成,故该 蛋白质的作用是转运质子并合成ATP。
率不一定相同,原因是它们的呼吸速率不一定相同。( √ )
2.结合必修1第108页“课外读”思考:
需氧呼吸中C6H12O6和光合作用中CO2中C的去向有何区别?
提示 需氧呼吸中C6H12O6中C的去向是:C6H12O6→丙酮酸→CO2;光合作用 中CO2中C的去向是:CO2→三碳酸→三碳糖。
3.长句训练。