【高考大一轮单元复习】高考生物单元复习课件与检测-微专题02《光合作用与细胞呼吸三率的分析与测定》（新教材新高考）

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光合作用与细胞呼吸三率的分析
光合作用与细胞呼吸三率的测定
分析光合作用与细胞呼吸三率的关系活动：光合作用与细胞呼吸三率的测定
通过光合作用和细胞呼吸的物质和能量转化关系，建立物质与能量观和普遍联系的观点
通过阐述光合作用与细胞呼吸的相互关系，形成归纳与概括、模型与建模的科学思维方法
了解三率的测定方法，掌握实验设计的方法与技巧
1、三率的分析(1)内在关系①细胞呼吸速率：植物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吸收量或消耗有机物的量。②净光合速率：也叫表观光合速率，植物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量或积累有机物的量。③总光合速率：即真正光合速率，植物在有光条件下生产的值——单位时间内一定量叶面积所固定的CO2量或产生的O2量或制造有机物的量。
①光合作用固定的CO2量＝从环境中吸收的CO2量＋呼吸释放的CO2量②光合作用产生的O2量＝释放到环境中的O2量＋呼吸作用消耗的O2量③光合作用制造的有机物量=积累的有机物量+呼吸消耗的有机物量
总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率
该微观细胞模型指代整个植株的所有细胞，而不是仅指叶肉细胞。同理，细胞中的线粒体和叶绿体也是指代整个植株所有的线粒体和叶绿体。 ①呼吸速率= CO2释放速率（m1）= O2吸收速率（n1） ②净光合速率= CO2吸收速率（m2）= O2释放速率（n2） ③总光合速率= CO2固定速率（m3）= O2产生速率（n3） ④m3=m1+m2 m2=m3-m1 n3=n1+n2 n2=n3-n1
(1)图1中B点对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于绿色组织来说，光合速率＞呼吸速率。(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
还有“叶绿体吸收”也表示总光合速率
净光合速率与实际光合速率的计算要注意两点：①单位 计算时三率的单位必须要统一。比如：净光合速率用mg·cm-2·s-1表示，呼吸速率用g·dm-2·h-1表示，求总光合速率时要将其中一方的单位进行转化，使二者的单位统一。②指标 计算时要用相同的指标运算。比如：光合作用CO2固定量＝实测的CO2消耗量＋呼吸CO2释放量；有机物的积累量＝有机物的制造量－有机物的消耗量。
围绕三率的内在联系，考查科学思维
A、CO2的吸收速率表示的是净光合速率，不是总光合速率，A错误；B、用H218O浇灌植物，植物会发生蒸腾作用，即使当V光V呼时，根尖细胞中产生ATP的部位只有细胞质基质和线粒体，C正确；D、植物除了叶肉细胞可进行光合作用外，其余无叶绿体的细胞，只进行呼吸作用，故叶肉细胞的V光＝V呼时，整株植物的V光＜V呼，植物的有机物积累量＜0，D错误。
1. 若植物的总光合速率用V光表示，植物的有氧呼吸速率用V呼表示，下列有关叙述正确的是（ ）A．可以用CO2的吸收速率和O2的消耗速率来分别表示V光和V呼B．用H218O浇灌植物，当V光V呼时，根尖细胞中产生ATP的部位只有细胞质基质和线粒体D．当叶肉细胞的V光＝V呼时，整株植物的V光＝V呼，植物的有机物积累量为0
(1)图中显示，13：00时黄瓜光合作用出现了“午休”现象，是气孔关闭导致CO2吸收不足，进而影响光合作用暗反应，因此适当增加环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度。
2. (2021·青岛高三质检)如图是北方某干旱地区夏日晴朗天气，黄瓜叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线。请回答下列问题：
(1)据图推测13：00时，________(填“增加”或“降低”)环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度，原因是_______________________________________________________________。
避免因气孔关闭导致胞间CO2浓度较低，进而影响暗反应速率
(2)据图中实验结果可知，17：00～18：00之间黄瓜的净光合速率大于零，说明其光合速率大于呼吸速率。
(2)有同学认为，17：00～18：00胞间CO2浓度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你认为是否正确？________(填“是”或“否”)，理由是__________________________________________________________。
由图中实验结果可知该时间段净光合速率大于零
(3)根据题意分析可知，玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，即玉米、甘蔗等植物能利用较低浓度的CO2，所以在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高。
(3)玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，保证暗反应顺利进行。在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高，除光照、温度等因素外，主要原因是____________________________________。
该类植物能利用较低浓度的CO2
（2）测定指标本方法适合以O2的含量变化作为测定指标，通过红色液滴的移动判断气体含量的变化，从而测定三率。由于CO2比O2容易操控，因此可通过控制CO2来测定O2的含量变化。
（3）测定方法 ①测定呼吸速率 a．使用装置：甲装置 b．实验条件：黑暗条件。黑暗中植物只进行细胞呼吸，可避免光合作用的干扰 c．NaOH作用：利用NaOH溶液吸收掉呼吸作用产生的CO2 d．表示方法：单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2消耗量，可代表呼吸速率
（3）测定方法 ②测定净光合速率 a．使用装置：乙装置 b．实验条件：光照条件。光照下植物进行光合作用和细胞呼吸 c．NaHCO3作用：NaHCO3溶液作为CO2缓冲液，保证了容器内CO2含量的稳定 d．表示方法：单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率 ③真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（4）误差校正为防止气压、温度等物理因素（即非生物因素）引起误差，应设置对照实验，用灭活的绿色植物进行上述实验（图丙），根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
①实验变量控制：上述实验测定过程中，除了提及的实验条件，其他条件应保持相同且适宜，从而避免无关变量对实验的干扰。 ②也可利用装置乙在黑暗条件下测定呼吸速率。NaHCO3溶液维持容器内CO2含量的恒定，单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2消耗量，可代表呼吸速率。 ③测定净光合速率时，装置乙的液滴也可能往左移动，说明此时呼吸速率＞光合速率。
（2）测定生物 本方法适合测定小型水生植物如水绵、绿藻、黑藻等的光合作用和呼吸作用。 （3）测定指标 本方法可用氧气传感器检测O2的含量变化作为测定指标。
（4）测定方法 ①呼吸速率 a．使用装置：黑瓶 b．实验操作：从富含藻类的某一深度的水层取样，测定初始含氧量x，将瓶口密封后再沉入取水处，24小时后取出，测定两瓶中的氧气含量y。 c．计算方法：呼吸速率=x-y
（4）测定方法 ②净光合速率 a．使用装置：白瓶 b．实验操作：从①相同位置的水层取等量水样，测定初始含氧量x，将瓶口密封后再沉入取水处，24小时后取出，测定两瓶中的氧气含量z。 c．计算方法：净光合速率=z-x ③总光合速率 真正光合速率=呼吸速率+净光合速率=（x-y）+（z-x）
①买不到黑瓶，可用透明玻璃瓶先包以黑胶布，再包以锡箔制成；白瓶应为透明玻璃瓶。 ②黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。 ③若只计算总光合速率，可不用测定初始含氧量，直接利用白瓶最终含氧量-黑瓶最终含氧量即为总光合作用量。
3.半叶法 （1）实验设置（2）使用范围检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。（3）测定指标本方法以有机物的含量变化作为测定指标。
（4）测定方法 ①呼吸速率 a．实验操作：在测定时，取叶片小部分面积测定初始干重x，然后将植物对称叶片的一部分遮光或取下置于暗处，过一定时间后，在这部分的某一部位取同等面积的叶片，称量干重y。 b．计算方法：呼吸速率=x-y
（4）测定方法 ②净光合速率 a．实验操作：将另一部分则留在光下进行光合作用，其他条件相同。过相同时间后，在这部分的对应部位取同等面积的叶片，称量干重z。 b．计算方法：净光合速率=z-x ③总光合速率 真正光合速率=呼吸速率+净光合速率=（x-y）+（z-x）
因为对称叶片的两对应部位的等面积的干重，开始时被视为相等，照光后的叶片重量超过黑暗中的叶重，超过部分即为光合作用产物的产量，并通过一定的计算可得到光合作用强度。
4.圆叶片法 (1)操作图示 本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
(2)结果分析 ①净光合速率＝(z－y)/S； ②呼吸速率＝(x－y)/S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/S。
1.四种测定方法总结 以上四种测定方法虽然各有不同，但实际的原理是相通的，即在黑暗条件下测定呼吸速率，光照下测定净光合速率，二者之和即为总光合速率。 2.有关植物生长的计算公式 自然状态下一昼夜有机物的积累量（M）=光照时间×净光合速率-黑暗时间×呼吸速率，若M＞0，植物逐渐生长；若M=0，植物不长不死；若M＜0，植物逐渐死亡。
X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移
围绕三率的测定，考查科学探究能力
当给予光照时，装置内植物既进行光合作用也进行呼吸作用，CO2缓冲液可保持装置内CO2浓度不变，那么液滴移动距离即表示净光合作用释放O2的多少，A正确；真光合强度＝净光合强度＋呼吸强度，测呼吸强度需另设一装置，遮光处理(不能进行光合作用)，为排除有氧呼吸产生的CO2的干扰，将X溶液更换为NaOH溶液，那么测得的液滴移动距离即有氧呼吸消耗O2的量，B正确；若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，装置内植物光合作用吸收的CO2量＝释放O2量，植物有氧呼吸吸收O2的量＝释放CO2的量，液滴不移动，C错误；若X溶液为清水并遮光处理，开始一段时间内，植物进行有氧呼吸，消耗的底物为脂肪时，其氧化分解需要O2的量大于产生CO2的量，液滴向左移动，D正确。
1.某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是
A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真光合强度，需另加设一装置遮光处理，
若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。
2.通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内_____________________________；C与B的差值表示这段时间内____________________________；A与B的差值表示这段时间内____________________________。
生产者净光合作用的放氧量
生产者光合作用的总放氧量
生产者呼吸作用的耗氧量
3.研究者将对称叶片一半遮光，另一半照光处理。经过一段时间后，在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片，烘干称重，用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说法正确的是(　　) A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低 B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合 C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的 D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
遮光后，光反应停止，短时间内C3被还原成C5的过程减弱乃至停止，而C5固定CO2的过程仍能继续，故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高，A错误；照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH，故可发生NADP＋与电子和H＋结合，B正确；照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真光合作用速率，因此不需要测定同等面积叶片的初始干重，C、D错误。
4.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合速率，做如图所示实验：在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，测得叶片叶绿体的光合速率是(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)(不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)M处的实验条件是
依题意，光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，净光合作用速率为(y－x)/6(g·cm－2·h－1)，还需测定呼吸速率，所以遮光3小时，呼吸速率为(y－z)/3(g·cm－2·h－1)，光合作用速率＝(y－x)/6＋(y－z)/3＝(3y－2z－x)/6(g·cm－2·h－1)。
A．下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时B．下午4时后将整个实验装置遮光6
小时C．下午4时后在阳光下照射6小时D．下午4时后将整个实验装置遮光3小时
叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。
5.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：
(1)MA表示6 h后叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示6 h后______________＋____________________________－呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示____________________________________________________。
光合作用有机物的总产量
叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
(3)真正光合速率的计算方法是____________________________________________________________。
M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)
(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。
将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率。
6.科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。
光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP。S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。
据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率______(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能_________________________________________。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率_____(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1____S2(填“大于”“等于”或“小于”)。
充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP
1．光合速率与呼吸速率的关系：(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。
(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：①光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。