4 光合作用和细胞呼吸的原理解析

4．下图是探究绿色植物光合作用速率的实验示意图，装置中 的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度，该装置放在 20℃环境中。实验开始时，针筒的读数是0.2 mL，毛细管 内的水滴在位置X。30 min后，针筒的容量需要调至0.6 mL
的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此实验回答下
列问题：
(1)以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作 用速率是________mL/h。 (2)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作 用速率数值________(偏高/偏低/相同)，原因是___________。 (3)假若将该植物叶的下表皮涂上一层凡士林，光合作用的速 率会大幅度下降，这一做法主要限制了光合作用的________反 应阶段。 (4)如果在原实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在 0.6 mL读数处。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至 30℃，针筒容量需要调至0.8 mL读数处，才能使水滴维持在X
K1>K2>K3 D．密闭光照培养蓝藻，测定种群密度及代谢产物即可判断其
是否为兼性厌氧生物 解析：选 A 由题图可以看出，d1和d3浓度下的净光合速率
相等，而d1浓度下的呼吸速率高于d3浓度，由“光合速率＝净 光合速率＋呼吸速率”可推出d1浓度下的光合速率较高，单位 时间内细胞光反应生成的[H]也较多。d3浓度下的呼吸速率低 于d2浓度下的呼吸速率，呼吸过程中产生的ATP也较少。由题 图可知K2最大。光照条件下，蓝藻进行光合作用会影响代谢产 物，不能依此判断蓝藻是否为兼性厌氧生物。
③条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用 会干扰呼吸速率的测定。
色素提取与分离实验拓展
注意：
(1)叶绿体中色素是脂溶性色素，溶于有机溶剂可选用酒精
或丙酮提取。
(2)不同植物叶片的不同颜色决定于含有的色素种类及含量。 (3)通过对不同叶片中所含色素进行提取和分离，通过对比 不同滤纸条上的色素带，可以确定不同叶片色素的种类，如黄色 叶片中的色素在分离时，可能缺少蓝绿色和黄绿色的色素带。
D．光吸收差异不显著，色素带缺第 3 条 解析：选 B 水稻叶片中的叶黄素缺失，其对蓝紫光的吸收
减小，但对红光的吸收无明显差异。色素层析条带从上至 下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶黄素 缺失则会导致色素层析条带从上至下缺失第2条。
6．提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的 解释，正确的是 ( ) A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液 C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b D．胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶 解度最高 解析：选 C 纸层析分离后，未见色素带的原因有多种，如忘 记画滤液细线等，材料为黄化叶时如果操作正确也能得到胡萝 卜素、叶黄素两条色素带；色素始终在滤纸上，是因为层析液 已挥发；四条色素带从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿 素a、叶绿素b，颜色依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色， 提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b；胡萝卜素在层 析液中溶解度最高，所以扩散得最快，位于滤纸最前方。
C3还原减弱 CO2固定仍在进行 C3含量上升 → C5含量下降
→(CH2O)合成减少
同理：CO2 不变，光照由弱变强时 C5 含量上升，C3 含量减少。 光照不变 CO2固定减弱 暗反应 2 ――→ → CO2供应减少 减弱 C3还原正常进行
C3含量下降 C5含量上升 [H]相对增加 → ATP相对增加 CH2O合 → 成相对减少
解析：选 D
①是光合作用的光反应阶段，②是光合作用的暗
反应阶段，光反应阶段产生的[H]用于暗反应还原三碳化合物； ⑤是有氧呼吸第三阶段，合成水时需要的是O2，而不是CO2； 形成ATP的过程有光合作用的光反应阶段，有氧呼吸三个阶段 和无氧呼吸第一阶段，图中②③④⑦过程不能合成ATP；晴天 比阴雨天光照强度强，因此小麦的光反应强些。
的条件。
(2)呼吸速率的测定(如上图)：
①上图同样可以用于呼吸速率的测定，但要把NaHCO3溶
液换成NaOH溶液，吸收植物呼吸作用释放的CO2。
②植物呼吸速率指标：植物呼吸作用吸收氧气，释放CO2，
CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的
水滴左移。单位时间内水滴左移的体积即是呼吸速率。
（2）不消耗 O2，释放 CO2—— 仅无氧呼吸 （3）O2 吸收量＝ CO2 释放量——仅有氧呼吸 （4）O2 吸收量＜CO2 释放量——既有有氧呼吸也有无氧呼吸 （5）CO2 释放量＝C2H5OH 释放量——仅无氧呼吸 （6）CO2 释放量＞C2H5OH 释放量——既有有氧呼吸也有无氧呼吸
根据细胞呼吸是否产生二氧化碳，不能判断细胞呼吸的方式， 因为无来自呼吸和有氧呼吸均可产生二氧化碳。
今天你记住了多少？ 每天都这样问问自己！
1．下图表示高等植物细胞的两个重要生理过程中C、H、O的 变化，某个同学在分析时，做出了如下判断，你认为其中 判断有错误的是 ( )
A．甲为光合作用，乙为呼吸作用 B．甲中的H2O在类囊体薄膜上被消耗，乙中H2O的消耗与产 生都在线粒体中 C．甲和乙过程中都有[H]的产生与消耗
3．光合作用和有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去向分析
光合作用 [H] 来源 H2O光解产生 有氧呼吸 有氧呼吸第一、二阶段
去向
来源
还原C3
光反应阶段产生
用于第三阶段还原O2
三个阶段都产生 用于各项生命活动(植物 C3的还原除外)
ATP
去向
用于C3还原供能
4.CO2、光照条件骤变时光合作用过程中各物质量的变化 CO2不变 [H]减少 光反应 暗反应 1 ――→ ――→ 光照由强变弱 减弱 ATP 减少
D．甲过程全在叶绿体中进行，乙过程全在线粒体中进行
解析：选 D 甲过程是将CO2和H2O合成为有机物的过程，为
光合作用；乙过程是将有机物分解为无机物的过程，为呼吸作 用。有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，第二、三 阶段是在线粒体中进行的。
2．下图是[H]随化合物在生物体内转移的过程，下列分析中 正确的是 乳酸或酒精 ② ③ ① 葡萄糖 多糖 水 [H] ⑤ ⑥ ⑦ A．①产生的[H]可在②过程中将五碳化合物还原 B．[H]经⑤转移到水中，其过程需CO2参与 C．能形成ATP的过程有①②④⑤⑥⑦ D．晴天时小麦①过程比在阴雨天时旺盛 ( )
光合作用和细胞呼吸过程 1、光合作用和细胞呼吸的区别
类型 项目 范围 与光的关系 场所 物质变化 光合作用 绿色植物的绿色细胞 在光照下才能进行 叶绿体 合成 无机物――→有机物 光能→ATP 中活跃的 能量变化 实质 化学能→有机物中稳 定的化学能 合成有机物储存能量 细胞呼吸 一切生物的活细胞 与光无关，每时每刻都进行 细胞质基质和线粒体 分解有机物 有机物中稳定的化学能→ ATP 中活跃的化学能＋热能 分解有机物释放能量
细胞呼吸方式判断 1、细胞呼吸方式探究装置中的液滴移动及原因(如下装置图)
呼吸方式 只进行有 氧呼吸或 有氧呼吸 与乳酸发 酵同时进 行
加入 移动方 溶液 向
移动原因
有氧呼吸消耗O2，产生的CO2被吸收， 碱液 左移 乳酸发酵无气体的消耗与生成，装置 中气体量减少 有氧呼吸消耗O2，产生等量CO2，乳 清水 不移动 酸发酵无气体的消耗与生成，装置中 气体量不变
的位置上。比较两个实验可以得出什么结论？
___________________________________________。
解析：(1)20℃时光合作用的速率为(0.6－0.2)mL/0.5 h＝0.8 mL/h。(2)此装置测得的光合速率为净光合速率，低于实际光
合速率。(3)植物叶的下表皮涂上凡士林后，减少了二氧化碳
的供应，影响到光合作用的暗反应。(4)温度提升后，针筒内 气体变化量大于增加光照对内部光合作用的影响，可以得出在
上述条件下，光照不是限制光合作用速率的主要因素，温度才
是限制光合作用速率的主要因素。 答案：(1)0.8 氧气 (3)暗 (2)偏低 植物同时进行呼吸作用，消耗了部分 (4)在上述条件下，光照不是限制光合作用速率
3.根据细胞呼吸的产物判断细胞呼吸方式 有氧呼吸的反应简式为： 酶 C6H12O6＋6H2O＋6O2――→6CO2＋12H2O＋能量 无氧呼吸的反应简式为： 酶 C6H12O6――→2C3H6O3(乳酸)＋少量能量 酶 或 C6H12O6――→2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量 分析以上反应简式可知： (1)若细胞呼吸产生水，则一定存在 (但不一定只存在)有氧呼 吸方式；
同理：光照不变，CO2 供应增加，C3 含量上升，C5 含量下降， (CH2O)合成相对增加。
5.光合量和呼吸量的比较
光合作用和呼吸作用速率测定 利用典型装置测定光合、呼吸速率(如下图)
(1)净光合速率的测定：
①NaHCO3溶液的作用：玻璃瓶中的NaHCO3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。 ②植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气，使容器 内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。单位时间内水滴右 移的体积即是净光合速率。 ③条件：整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用
7．下图是某同学为了研究酵母菌的无氧呼吸所制作的一个实 验装置。开始时锥形瓶中装有质量分数为2%的葡萄糖溶液， 并在其中加入了适量的酵母菌。实验过程中，刻度玻璃管中 的有色液滴会向右移动。表中数据是该同学在不同温度条件 下进行实验时，测得有色液滴右移的距离(单位：cm)。下列 选项是该同学对实验现象的解释，不正确的是 ( ) . 时间(min) 1 2 3 4 5 温度 4℃ 0 0 0.1 0.2 0.3 10℃ 0.2 1.0 1.9 3.1 4.0 20℃ 0.4 1.3 2.2 3.3 4.5 35℃ 0.7 1.4 2.8 4.4 5.0 55℃ 0 0.1 0.2 0.3 0.4
3．设置不同CO2浓度，分组光照培养蓝藻，
测定净光合速率和呼吸速率(光合速率
＝净光合速率＋呼吸速率)，结果见右 图。据图判断，下列叙述正确的是( )
A．与d3浓度相比，d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生 成的[H]多
B．与d2浓度相比，d3浓度下单位时间内蓝藻细胞呼吸过程
产生的ATP多
C．若d1、d2、d3浓度下蓝藻种群的K值分别为K1、K2、K3，则
的主要因素，温度才是限制光合作用速率的主要因素(其他合 理答案也可)
5．某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行 了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)， 与正常叶片相比，实验结果是 A．光吸收差异显著，色素带缺第 2 条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第 2 条 C．光吸收差异显著，色素带缺第 3 条 ( )
酸发酵
只进行 酒精发 酵
碱液
清水
不移动
右移
2．探究酵母菌的呼吸方式要点 (1)CO2 检测方法：澄清的石灰水变浑浊；使溴麝香草酚蓝水溶 液由蓝变绿再变黄；使溶液中的 pH 变小。 (2)酒精检测方法：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒 精发生化学反应变成灰绿色。 (3)葡萄糖煮沸后冷却的原因：排除其中的氧气。
2．光合作用与细胞呼吸的联系
(1)光合作用和细胞呼吸的关系图：
①细胞呼吸产物中如果没有水生成，就一定是无氧呼吸。
②光合作用和有氧呼吸过程中都有H2O的消耗和产生。
(2)光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系： ①物质变化： 暗反应 呼吸Ⅰ 呼吸Ⅱ C：CO2――――→有机物 ――→ 丙酮酸―――→CO2 暗反应 光反应 呼吸Ⅰ、Ⅱ H ： H2O ―――→ [H] ――――→ (CH2O) ――――――→ 呼吸Ⅲ [H]―――→H2O 光反应 呼吸Ⅲ O：H2O―――→O2―――→H2O ②能量变化： 暗反应 光反应 呼吸作用 光 能 ―――→ ATP ――――→ (CH2O) ――――→ ATP ―→各项生命活动 热能
呼吸方式 加入溶液 移动方向 有氧呼吸 和酒精发 酵同时进 行 清水 碱液 清水 右移 碱液 左移
移动原因
有氧呼吸消耗O2，产生的CO2被吸
收，酒精发酵产生的CO2被吸收， 装置中气体量减少 有氧呼吸消耗O2，产生等量CO2， 不引起气体体积变化；但酒精发酵
产生CO2，装置中气体量增多
只进行乳 无气体的产生与消耗，装置中气体 不移动 量不变(在不知道生物是否存活的情 况下，无法作出准确判断) 酒精发酵不消耗O2，产生的CO2被 吸收，装置中气体量不变 酒精发酵不消耗O2，但产生CO2， 装置中气体量增多