高中生物浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第三章 细胞的代谢第五节 光合作用将光能转化为化学能教案设计

　光合作用与呼吸作用的区别与联系

[核心精要]

1．利用表格厘清光合作用和需氧呼吸的区别

2.利用流程图厘清两个联系

(1)物质联系

①C元素：CO2(CH2O)C3H4O3

CO2

②O元素：H2OO2H2O

③H元素：H2O[H](CH2O)

[H]H2O

(2)能量联系

[对点训练]

1．下列有关细胞呼吸和光合作用的叙述，错误的是(　　)

A．线粒体和叶绿体都能合成蛋白质

B．光合作用和细胞呼吸都能产生ATP

C．水体的pH影响藻类的细胞呼吸和光合作用

D．光合作用产生的葡萄糖可进入线粒体被氧化分解

D　[蛋白质合成的场所是核糖体，线粒体、叶绿体中含有核糖体，可以合成蛋白质，A正确；光合作用和细胞呼吸都能产生ATP，B正确；pH能通过影响酶的活性进而影响光合作用和细胞呼吸，C正确；葡萄糖不能进入线粒体，必须先在细胞溶胶中分解成丙酮酸后才能进入线粒体继续氧化分解，D错误。]

2．下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法正确的有(　　)

A．2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATP

B．1、2过程在叶绿体中进行，3、4、5过程在线粒体中进行

C．1过程产生NADPH参与2过程，3和4过程产生的NADH与氧结合产生水

D．高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程

C　[2碳反应过程消耗的ATP只能来自过程1光反应产生的ATP，A错误；1、2过程在叶绿体中，3过程在细胞溶胶中，4、5过程在线粒体中，B错误；1光反应过程产生的NADPH参与2碳反应过程，3呼吸作用第一阶段和4需氧呼吸第二阶段过程产生的NADH与氧结合产生水，C正确；光合作用的场所是叶绿体，叶绿体主要在叶肉细胞中，故主要是叶肉细胞中能进行光合作用1、2过程，高等植物所有的细胞都可以进行需氧呼吸3、4、5过程，D错误。]

3．下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是(　　)

(CH2O)＋O2CO2＋H2O＋能量

A．过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行

B．过程①产生的能量全部储存在ATP中

C．过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自H2O

D．过程①和②中均能产生[H]，二者还原的物质不同

D　[过程①为需氧呼吸过程，反应场所是细胞溶胶和线粒体；过程②是光合作用，真核生物在叶绿体中进行；原核生物细胞中除了核糖体无其它细胞器，但有些原核细胞却能进行光合作用，例如：蓝细菌，蓝细菌进行光合作用的场所是光合片层和细胞质基质；A项错误。需氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中；B项错误。光合作用中参与反应的水，通过水的光解进入到生成的氧气中，而光合作用产物糖类中的氧来自CO2；C项错误。过程①和②都能产生[H]，前者主要与氧结合产生水并释放大量能量，后者主要用于C3还原；D项正确。]

4．将题图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是(　　)

适宜培养条件下悬浮培养的水稻叶肉细胞示意图

A．黑暗条件下，①增大、④减小

B．光强低于光补偿点时，①、③增大

C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变

D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大

B　[黑暗条件下，细胞只有呼吸作用，呼吸作用消耗氧气产生的CO2扩散至细胞外，因此①增大、④减小，A正确；光强低于光补偿点时，即光合作用强度小于呼吸作用强度，此时①增大、③减小，B错误；光强等于光补偿点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，②、③保持不变，C正确；光强等于光饱和点时，光合作用强度大于呼吸作用强度，②减小、④增大，D正确。]

5．下图是某植物叶肉细胞中与能量代谢有关的细胞器。下表是某生物小组在光照、CO2 浓度及其他外界条件适宜且恒定的条件下，测得某植物净光合速率(单位：μmol·dm－2·h－1) 及呼吸速率(单位：μmol·dm－2·h－1)的相对值(如表)。请回答下列问题：

(1)图中物质c是________________。提取 A中的色素时需加入________________以防止色素被破坏。图中 A、B增大膜面积的结构分别是________________。

(2)依据表中信息推测，50～55 ℃时光合速率较45 ℃发生改变的主要原因是_______________________________________________。

(3)40 ℃时该植物叶肉细胞中O2的移动方向是__________________，需氧呼吸过程中，葡萄糖中碳元素的转移途径是_________________________。

(4)表中温度为 ________________时，该植物光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍。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范围为________________(填表中温度)。

解析：(1)根据题意可知，图中的物质c是葡萄糖分解产生的，进入线粒体，故c是丙酮酸。在提取色素时，为防止色素被破坏，需要加入碳酸钙。图A为叶绿体，叶绿体增大膜面积的结构是基粒。B为线粒体，线粒体增大膜面积的结构是嵴。(2)50～55 ℃时，总光合速率均为0，比45 ℃光合速率弱的原因是温度过高，与光合作用有关的酶活性丧失，光合速率降为0。(3)根据题意可知，40 ℃时植株的净光合速率为0，即植株的光合速率和呼吸速率相等，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，故叶肉细胞产生的氧气移动方向是从叶

绿体移向线粒体和细胞外；需氧呼吸过程中，葡萄糖中碳元素的转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。(4)植物光合作用制造的有机物为总光合速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据题中表格可知，在20 ℃时，该植物的光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的2倍。如果每天交替进行12小时光照、12小时黑暗，那么光照期间积累的有机物需要满足黑暗期间呼吸作用消耗的有机物，植物才能正常生长，即12小时的净光合量，大于12小时呼吸消耗量，所以该植物正常生长的温度范围是25～30 ℃。

答案：(1)丙酮酸　碳酸钙(或CaCO3)　基粒(和类囊体)、嵴　(2)温度过高，与光合作用有关的酶活性丧失，光合速率降为0　(3)从叶绿体移向线粒体和细胞外　葡萄糖→丙酮酸→CO2　(4)20 ℃　25～30 ℃

　光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动

[核心精要]

1．模型构建

2．模型判断

据图可知，OA表示呼吸作用释放的CO2量，由光(CO2)补偿点到光(CO2)饱和点围成△BCD面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。具体分析如下表所示：

注：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上；光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前。

[对点训练]

1.已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是(　　)

A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移

C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移

C　[图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使光合作用强度仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度，即b点左移。]

2．如图表示20 ℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3表示所在部位的面积，下列说法中不正确的是(　　)

A．S1＋S3可表示玉米呼吸作用消耗的有机物量

B．S1＋S2＋S3可表示玉米光合作用产生的有机物总量

C．S2－S1表示玉米光合作用有机物的净积累量

D．若植株缺Mg，则B点右移、D点左移

B　[玉米在整个过程中都进行呼吸作用，并且由于温度不变，呼吸作用强度保持不变，因此可用S1＋S3表示呼吸作用消耗量，A正确；S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量，B错误；玉米光合作用有机物净积累量＝光合作用总量－呼吸作用消耗量＝S2＋S3－(S1＋S3)＝S2－S1，C正确；若植株缺Mg，则会缺少叶绿素，达到光补偿点所需的光照强度会增大，B点右移，同时达到光饱和点所需的光照强度将会减小，D点左移，D正确。]

　开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化分析

[核心精要]

1．自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线

a点：凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。

b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。

bc段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。

c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。

d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。

e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。

fg段：没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。

bf段：制造有机物的时间段。

ce段：积累有机物的时间段。

一昼夜有机物的积累量＝S1－(S2＋S3)。

(S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积)。

2．密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线

(注意：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。)

AB段：无光照，植物只进行细胞呼吸。

BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。

CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。

D点：随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

DH段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象。

H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。

HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。

I点低于A点：一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长(若I点高于A点，植物不能正常生长)。

[对点训练]

1．如图是夏季连续两昼夜内，某野外植物CO2吸收量和释放量的变化曲线图。S1～S5表示曲线与横轴围成的面积。下列叙述错误的是(　　)

A．图中B点和I点，该植物的光合作用强度和呼吸作用强度相同

B．图中DE段不是直线的原因是夜间温度不稳定，影响植物的呼吸作用

C．如果S1＋S3＋S5＞S2＋S4，表明该植物在这两昼夜内有机物的积累量为负值

D．图中S2明显小于S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是CO2浓度

D　[B点和I点植物既不吸收二氧化碳也不释放二氧化碳，光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点，A正确；图中DE段植物只进行细胞呼吸，不是直线的原因是夜间温度不稳定，温度影响酶的活性，进而影响植物的呼吸作用强度，B正确；S1＋S3＋S5为无光时呼吸的消耗量，S2＋S4为有光时净光合量，若前者大于后者，则有机物积累量为负，C正确；图中S2明显小于S4，造成这种情况的主要外界因素最可能是光照强度不同，D错误。]

2．某研究小组进行某植物的栽培实验，图1表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下测得的光合曲线和黑暗条件下的呼吸曲线；图2为在恒温密闭玻璃温室中，连续24 h测定的温室内CO2浓度以及植物CO2吸收速率的变化曲线。据图分析，下列说法中错误的是(　　)

图1

图2

A．图1中，当温度达到55 ℃时，植物光合作用相关的酶失活

B．6 h时，图2叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒体和细胞溶胶

C．18 h时，图2叶肉细胞中叶绿体产生的O2量大于线粒体消耗的O2量

D．该植株在进行光合作用且吸收CO2的量为0时，在两图中的描述点共有4个

D　[图1中的虚线始终为二氧化碳的释放，从图中看出，当温度达到55 ℃时，光合作用不再吸收二氧化碳，只剩下细胞呼吸释放二氧化碳的曲线，表示植物不再进行光合作用，只进行细胞呼吸，A正确；图2中6 h时，二氧化碳的吸收速率为0，此时光合作用强度与细胞呼吸强度相等，因此叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒体和细胞溶胶，B正确；图2中18 h时，二氧化碳的吸收速率等于0，说明植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度，植株的叶肉细胞的

叶绿体产生的O2量必须大于线粒体消耗的O2量，才能保证非叶肉细胞的O2供应，而使植物的光合作用强度等于需氧呼吸的强度，C正确；图2中当光合速率等于呼吸速率时，净光合速率为0，处于室内二氧化碳浓度曲线的拐点，因此图2中光合速率和呼吸速率相等的时间点有2个，图1中，光合作用与细胞呼吸相等的温度条件是40 ℃，故两图中的描述点共3个，D错误。]