光合作用與細胞呼吸綜合題的解題方法

光合作用與細胞呼吸綜合題的解題方法

光合作用和細胞呼吸是有內在聯(lián)系的，二者具有相反的反應過程，分別給對方提供原料，兩個反應相互支持并相互影響。對綠色植物來說，很多時候同時進行著光合作用和細胞呼吸，這就為高考在這方面的命題提供了廣闊的空間。我們只有深刻理解光合作用和細胞呼吸的原理及其相互關系，才能靈活解決相關問題，熟練掌握計算技巧。下面從“光合作用”、“細胞呼吸”及“光合作用與細胞呼吸的綜合”三個角度進行分析。【理論闡釋】1.知識背景同化CO2形成（CH2O）光能轉變?yōu)榛瘜W能，并放出O2實質ATP、[H]中活躍的化學能→（CH2O）中穩(wěn)定的化學能光能→ATP和[H]中活躍的化學能能量轉化①CO2的固定：CO2＋C5

2C3②CO2的還原：C3(CH2O)＋C5＋H2O①水的光解：2H2O→4[H]＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi+能量ATP物質轉化在葉綠體的基質中進行在葉綠體類囊體的薄膜上進行場所不需色素和光，需要多種酶、ATP、[H]、CO2

需色素、光、酶、水條件光合作用具體過程暗反應光反應項目酶酶ATP+酶[H]一、光合作用光合作用過程圖解反應式H2O+CO2(CH2O)+O2光能葉綠體2.類型及解題規(guī)律（1）葉綠體處于不同條件下，C3、C5、[H]、ATP以及（CH2O）合成量的動態(tài)變化及解題規(guī)律。減少增加減少增加（CH2O）運輸受阻光照不變CO2供應不變增加減少減少增加CO2供應增加減少或沒有增加增加減少停止CO2供應光照不變增加增加增加減少突然光照減少或沒有減少或沒有下降增加停止光照CO2供應不變（CH2O）合成量[H]和ATPC5C3

項目條件1.考查C3與C5含量的動態(tài)變化【例1】如圖所示某陽生植物細胞在夏季某一晴天內的光合作用過程中，C3、C5的數(shù)量變化。若第二天中午天氣由光照強烈轉向陰天時，葉綠體中C3、C5含量的變化分別相當于曲線中的A.c→d段（X)、b→c段（Y)B.d→e段（X)、d→e段（Y)C.d→e段（Y)、c→d段（X)D.b→c段（Y)、b→c段（X)B（2）多因子對光合作用綜合影響的解題規(guī)律溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當充加CO2，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合作用速率等。應用P點時，限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨該因子的不斷加強，光合速率不斷提高。當?shù)絈點時，橫坐標所表示的因子，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子含義圖像2.考查多因子對光合作用的綜合影響【例2】回答有關光合作用的問題。下圖表示當影響光合作用的因素X、Y和Z變化時，光合作用合成量和光強度的關系。(1)圖中Xl、X2、X3的差異是由于某種原因如_________影響了光合作用的__________所導致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加為Xl，最常采取的簡便而有效的措施是__________。(2)圖中Y1、Y2、Y3的差異是由于__________影響了光合作用的

所致。二氧化碳和溫度暗反應施用農家肥（合理的能提高CO2濃度或升溫的方法均可）光波長短（或光質）光反應(3)圖中Z1、Z2、Z3的差異表現(xiàn)在光合作用中________反應的不同，如果Z因素代表植物生長發(fā)育期，則代表幼苗期、營養(yǎng)生長和花蕾開花期的曲線依次是______。光反應和暗Z3、Z2、Zl二、細胞呼吸【理論闡釋】1.知識背景（1）有氧呼吸的過程①第一階段C6H12O62丙酮酸+4[H]+少量能量（2ATP）（細胞質基質）②第二階段2丙酮酸+6H2O6CO2+20[H]+少量能量（2ATP）（線粒體內膜）③第三階段6O2+24[H]12H2O+大量能量（34ATP）（線粒體基質）總反應式：C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶酶酶酶

（2）無氧呼吸過程（1）酵母菌(或綠色植物的非綠色器官)細胞呼吸類型的判斷①若只產生C02，不消耗O2，則只進行無氧呼吸。（如圖A點）2.解題方法②若產生CO2的摩爾數(shù)比吸收02的摩爾數(shù)多，即C02:O2>1:1，則兩種呼吸并存。（如圖AC段）③若產生CO2的摩爾數(shù)與吸收02的摩爾數(shù)相等，即C02:02＝1:1，則只進行有氧呼吸。（如圖C點以后）④B點表示無氧呼吸與有氧呼吸速率相等，此時CO2的總釋放量最低，D點表示氧濃度超過10％以上時無氧呼吸消失。說明有氧存在時，無氧呼吸受到抑制。（2）有關細胞呼吸計算的規(guī)律總結

規(guī)律一：細胞有氧呼吸時CO2：O2=1：1，無氧呼吸時C02：02=2：0。

規(guī)律二：消耗等量的葡萄糖時，酒精發(fā)酵與有氧呼吸產生的CO2物質的量之比為1：3。

規(guī)律三：產生同樣數(shù)量的ATP時，無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖的物質的量之比為19：1。

規(guī)律四：在進行有氧呼吸和無氧呼吸的氣體變化計算及酶速率比較時，應使用C6H12O6+6H2O+602→6CO2+12H20+能量和C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量這兩個反應式，并結合化學課上所學的，根據(jù)化學方程式計算的規(guī)律和辦法進行解答。

規(guī)律五：如果在題干中沒有給出所要計算的具體數(shù)值，只有體積比，則可將此比值當成實際體積(或物質的量)進行計算，最后求解。【例1】下圖中曲線b表示水稻根有氧呼吸和無氧呼吸所釋放的CO2總量的變化，曲線a表示有氧呼吸釋放的CO2量的變化，則表示無氧呼吸釋放的CO2量的變化是下列選項中的ba12O2濃度CO2釋放量012B【例2】現(xiàn)有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培養(yǎng)液，通入不同濃度的氧氣時，其產生的酒精和二氧化碳的量如圖所示（兩種呼吸作用速率相等），在氧濃度為a時A.酵母菌只進行發(fā)酵B.67％的酵母菌進行發(fā)酵C.33％的酵母菌進行發(fā)酵D.酵母菌停止發(fā)酵B三、光合作用與細胞呼吸綜合【理論闡釋】 1.知識背景光合作用與細胞呼吸的比較這兩種生理作用在植物體內是相互對立而又密切聯(lián)系的兩個方面。植物的光合作用為細胞呼吸提供有機物和氧氣，細胞呼吸又可以為光合作用提供二氧化碳和水。2.知識延伸（1）植物在同時進行光合作用和細胞呼吸的綜合分析：總（真）光合作用是指植物在光照下制造的有機物的總量（吸收的CO2總量）。凈光合作用是指在光照下制造的有機物總量（或吸收的CO2總量）中扣除掉在這一段時間中植物進行細胞呼吸所消耗的有機物（或釋放的CO2）后，凈增的有機物的量。①當植物在某一光照強度條件下，進行光合作用所吸收的CO2與該溫度條件下植物進行細胞呼吸所釋放的CO2量達到平衡時，這一光照強度就稱為光補償點，這時光合作用強度主要是受光反應產物的限制。②當光照強度增加到一定強度后，植物的光合作用強度不再增加或增加很少時，這一光照強度就稱為植物光合作用的光飽和點，此時的光合作用強度是受暗反應系統(tǒng)中酶的活性和CO2濃度的限制。（如下圖所示）③當外界條件變化時，C02（光）補償點移動規(guī)律如下：a、若呼吸速率增加，C02（光）補償點應右移。b、若呼吸速率減小，C02（光）補償點應左移。c、若呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降時，C02（光）補償點應右移；條件的改變使光合速率增加時，C02（光）補償點應左移?！纠?】將川芍植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調節(jié)小室CO2濃度，在適宜光照強度下測定葉片光合作用的強度（以CO2吸收速率表示），測定結果如圖。下列相關敘述，正確的是A.如果光照強度適當降低，a點左移，b點左移B.如果光照強度適當降低，a點左移，b點右移C.如果光照強度適當增加，a點右移，b點右移D.如果光照強度適當增加，a點左移，b點右移D④由于在光下，植物既進行光合作用，又進行細胞呼吸，而夜晚只進行細胞呼吸，在此基礎上進一步理解一天24小時中，何時放CO2，何時吸CO2呢？可用下圖表示：ABCDEFGHI時間OCO2吸收量CO2釋放量

AB和HI分別表示0～6時和18～24時之間只進行細胞呼吸作用放出CO2，BH段光合作用與細胞呼吸同時進行，BC、GH表示光照強度較弱時，光合作用小于細胞呼吸，也放出CO2，C與G點表示光合作用等于細胞呼吸，所以既不吸收CO2也不放出CO2，CG光合作用大于細胞呼吸，則吸收CO2。E時表示夏季中午光照過強，溫度過高，蒸騰作用增大，導致葉片表皮氣孔關閉，從而減少CO2供應。ABCDEFGHI時間OCO2吸收量CO2釋放量（2）不同光照條件下植物的代謝特點及相對強度的表示方法植物重量（有機物量）O2吸收量（或實驗容器內O2的減少量）CO2釋放量（或實驗容器內C02的增加量）減少增加增加植物從外界吸收O2放出CO2

只進行細胞呼吸，不進行光合作用黑暗情況下細胞呼吸強度表示方法圖示氣體代謝特點代謝狀態(tài)弱光情況下細胞呼吸速率大于光合作用速率植物從外界吸收O2放出CO2，但吸收CO2放出02量較少N1=N2-Nm2=m1-m減少細胞呼吸速率等于光合作用速率時植物與外界不進行氣體交換，即沒有O2和CO2的吸收與釋放000較強光照時植物同時進行光合作用和細胞呼吸，且光合作用速率大于細胞呼吸速率植物光合作用所利用的C02（用N表示）除來自植物自身細胞呼吸（N2）之外，不足部分來自外界（N1)；植物光合作用產生的氧氣（m）除用于自身細胞呼吸（m1）之外，其余氧氣釋放到周圍環(huán)境中（m2）。N1=N-N2

m2=m-m1

增加3．解題方法光合作用與細胞呼吸的綜合計算?？偣夂狭俊艄夂狭颗c呼吸量的關系?？捎孟率龉奖硎荆嚎偣夂狭?凈光合量+呼吸量（1）當光合作用≥細胞呼吸

光合作用CO2的總吸收量=環(huán)境中CO2的減少量＋細胞呼吸CO2釋放量光合作用O2釋放總量=環(huán)境中O2增加量+細胞呼吸O2消耗量光合作用的實際產氧量=實測氧氣的釋放量＋細胞呼吸的消耗量凈光合作用的葡萄糖產量=光合作用實際葡萄糖生產量－細胞呼吸葡萄糖的消耗量（2）當光合作用＜細胞呼吸光合作用吸收的CO2量＝細胞呼吸釋放的CO2量－環(huán)境中增加的CO2量光合作用釋放O2的量＝細胞呼吸消耗的O2量－環(huán)境中減少的O2量如果將上述公式推廣到葡萄糖，則得到下列公式：真光合作用葡萄糖合成量＝凈光合作用葡萄糖合成量＋細胞呼吸葡萄糖分解量【例2】(2008·寧夏高考)將長勢相同、數(shù)量相等的甲、乙兩個品種的大豆幼苗分別置于兩個相同的密閉透明玻璃罩內，在光照、溫度等相同且適宜的條件下培養(yǎng)，定時測定玻璃罩內的CO2含量，結果如圖。據(jù)圖回答：⑴0～25min期間，影響甲品種大豆幼苗光合作用強度的主要因素是________________含量。⑵乙植株比甲植株固定CO2的能力________________。⑶0～15min期間植株釋放O2速率的變化趨勢是______________________________________。⑷30～45min期間兩個玻璃罩內CO2含量相對穩(wěn)定的原因是____________________________?！窘馕觥勘绢}考查光合作用和呼吸作用的相互關系。植物光合作用大于呼吸作用時，植物吸收CO2釋放氧氣，使得玻璃罩內CO2逐漸減少。題干中已強調在光照、溫度相同且適宜，所以可以考慮影響甲乙兩種植物光合強度的因素為CO2，隨著CO2濃度減小，光合速率逐漸減小。答案：⑴CO2⑵強⑶減慢⑷植物呼吸作用釋放CO2的