光合作用與細(xì)胞呼吸綜合題的解題方法

光合作用與細(xì)胞呼吸綜合題的解題方法

光合作用和細(xì)胞呼吸是有內(nèi)在聯(lián)系的，二者具有相反的反應(yīng)過程，分別給對(duì)方提供原料，兩個(gè)反應(yīng)相互支持并相互影響。對(duì)綠色植物來說，很多時(shí)候同時(shí)進(jìn)行著光合作用和細(xì)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(xì)胞呼吸的原理及其相互關(guān)系，才能靈活解決相關(guān)問題，熟練掌握計(jì)算技巧。下面從“光合作用”、“細(xì)胞呼吸”及“光合作用與細(xì)胞呼吸的綜合”三個(gè)角度進(jìn)行分析。【理論闡釋】1.知識(shí)背景同化CO2形成（CH2O）光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，并放出O2實(shí)質(zhì)ATP、[H]中活躍的化學(xué)能→（CH2O）中穩(wěn)定的化學(xué)能光能→ATP和[H]中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)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(zhì)轉(zhuǎn)化在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行在葉綠體類囊體的薄膜上進(jìn)行場(chǎng)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(yīng)光反應(yīng)項(xiàng)目酶酶ATP+酶[H]一、光合作用光合作用過程圖解反應(yīng)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(dòng)態(tài)變化及解題規(guī)律。減少增加減少增加（CH2O）運(yùn)輸受阻光照不變CO2供應(yīng)不變?cè)黾訙p少減少增加CO2供應(yīng)增加減少或沒有增加增加減少停止CO2供應(yīng)光照不變?cè)黾釉黾釉黾訙p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(yīng)不變（CH2O）合成量[H]和ATPC5C3

項(xiàng)目條件1.考查C3與C5含量的動(dòng)態(tài)變化【例1】如圖所示某陽生植物細(xì)胞在夏季某一晴天內(nèi)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(qiáng)烈轉(zhuǎn)向陰天時(shí)，葉綠體中C3、C5含量的變化分別相當(dāng)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(duì)光合作用綜合影響的解題規(guī)律溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)充加CO2，進(jìn)一步提高光合速率。當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合作用速率等。應(yīng)用P點(diǎn)時(shí)，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨該因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)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(dāng)提高圖示中的其他因子含義圖像2.考查多因子對(duì)光合作用的綜合影響【例2】回答有關(guān)光合作用的問題。下圖表示當(dāng)影響光合作用的因素X、Y和Z變化時(shí)，光合作用合成量和光強(qiáng)度的關(guān)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(dǎo)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(yīng)施用農(nóng)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(zhì)）光反應(yīng)(3)圖中Z1、Z2、Z3的差異表現(xiàn)在光合作用中________反應(yīng)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(yīng)和暗Z3、Z2、Zl二、細(xì)胞呼吸【理論闡釋】1.知識(shí)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(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）②第二階段2丙酮酸+6H2O6CO2+20[H]+少量能量（2ATP）（線粒體內(nèi)膜）③第三階段6O2+24[H]12H2O+大量能量（34ATP）（線粒體基質(zhì)）總反應(yīng)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(xì)胞呼吸類型的判斷①若只產(chǎn)生C02，不消耗O2，則只進(jìn)行無氧呼吸。（如圖A點(diǎn)）2.解題方法②若產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行有氧呼吸。（如圖C點(diǎn)以后）④B點(diǎn)表示無氧呼吸與有氧呼吸速率相等，此時(shí)CO2的總釋放量最低，D點(diǎn)表示氧濃度超過10％以上時(shí)無氧呼吸消失。說明有氧存在時(shí)，無氧呼吸受到抑制。（2）有關(guān)細(xì)胞呼吸計(jì)算的規(guī)律總結(jié)

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

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

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

規(guī)律四：在進(jìn)行有氧呼吸和無氧呼吸的氣體變化計(jì)算及酶速率比較時(shí)，應(yīng)使用C6H12O6+6H2O+602→6CO2+12H20+能量和C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量這兩個(gè)反應(yīng)式，并結(jié)合化學(xué)課上所學(xué)的，根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的規(guī)律和辦法進(jìn)行解答。

規(guī)律五：如果在題干中沒有給出所要計(jì)算的具體數(shù)值，只有體積比，則可將此比值當(dāng)成實(shí)際體積(或物質(zhì)的量)進(jìn)行計(jì)算，最后求解?！纠?】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(xiàng)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(shí)，其產(chǎn)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(shí)A.酵母菌只進(jìn)行發(fā)酵B.67％的酵母菌進(jìn)行發(fā)酵C.33％的酵母菌進(jìn)行發(fā)酵D.酵母菌停止發(fā)酵B三、光合作用與細(xì)胞呼吸綜合【理論闡釋】 1.知識(shí)背景光合作用與細(xì)胞呼吸的比較這兩種生理作用在植物體內(nèi)是相互對(duì)立而又密切聯(lián)系的兩個(gè)方面。植物的光合作用為細(xì)胞呼吸提供有機(jī)物和氧氣，細(xì)胞呼吸又可以為光合作用提供二氧化碳和水。2.知識(shí)延伸（1）植物在同時(shí)進(jìn)行光合作用和細(xì)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(jī)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(jī)物總量（或吸收的CO2總量）中扣除掉在這一段時(shí)間中植物進(jìn)行細(xì)胞呼吸所消耗的有機(jī)物（或釋放的CO2）后，凈增的有機(jī)物的量。①當(dāng)植物在某一光照強(qiáng)度條件下，進(jìn)行光合作用所吸收的CO2與該溫度條件下植物進(jìn)行細(xì)胞呼吸所釋放的CO2量達(dá)到平衡時(shí)，這一光照強(qiáng)度就稱為光補(bǔ)償點(diǎn)，這時(shí)光合作用強(qiáng)度主要是受光反應(yīng)產(chǎn)物的限制。②當(dāng)光照強(qiáng)度增加到一定強(qiáng)度后，植物的光合作用強(qiáng)度不再增加或增加很少時(shí)，這一光照強(qiáng)度就稱為植物光合作用的光飽和點(diǎn)，此時(shí)的光合作用強(qiáng)度是受暗反應(yīng)系統(tǒng)中酶的活性和CO2濃度的限制。（如下圖所示）③當(dāng)外界條件變化時(shí)，C02（光）補(bǔ)償點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律如下：a、若呼吸速率增加，C02（光）補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移。b、若呼吸速率減小，C02（光）補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)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(shí)，C02（光）補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移；條件的改變使光合速率增加時(shí)，C02（光）補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)左移?！纠?】將川芍植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調(diào)節(jié)小室CO2濃度，在適宜光照強(qiáng)度下測(cè)定葉片光合作用的強(qiáng)度（以CO2吸收速率表示），測(cè)定結(jié)果如圖。下列相關(guān)敘述，正確的是A.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)左移B.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)降低，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)右移C.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增加，a點(diǎn)右移，b點(diǎn)右移D.如果光照強(qiáng)度適當(dāng)增加，a點(diǎn)左移，b點(diǎn)右移D④由于在光下，植物既進(jìn)行光合作用，又進(jìn)行細(xì)胞呼吸，而夜晚只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解一天24小時(shí)中，何時(shí)放CO2，何時(shí)吸CO2呢？可用下圖表示：ABCDEFGHI時(shí)間OCO2吸收量CO2釋放量

AB和HI分別表示0～6時(shí)和18～24時(shí)之間只進(jìn)行細(xì)胞呼吸作用放出CO2，BH段光合作用與細(xì)胞呼吸同時(shí)進(jìn)行，BC、GH表示光照強(qiáng)度較弱時(shí)，光合作用小于細(xì)胞呼吸，也放出CO2，C與G點(diǎn)表示光合作用等于細(xì)胞呼吸，所以既不吸收CO2也不放出CO2，CG光合作用大于細(xì)胞呼吸，則吸收CO2。E時(shí)表示夏季中午光照過強(qiáng)，溫度過高，蒸騰作用增大，導(dǎo)致葉片表皮氣孔關(guān)閉，從而減少CO2供應(yīng)。ABCDEFGHI時(shí)間OCO2吸收量CO2釋放量（2）不同光照條件下植物的代謝特點(diǎn)及相對(duì)強(qiáng)度的表示方法植物重量（有機(jī)物量）O2吸收量（或?qū)嶒?yàn)容器內(nèi)O2的減少量）CO2釋放量（或?qū)嶒?yàn)容器內(nèi)C02的增加量）減少增加增加植物從外界吸收O2放出CO2

只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，不進(jìn)行光合作用黑暗情況下細(xì)胞呼吸強(qiáng)度表示方法圖示氣體代謝特點(diǎn)代謝狀態(tài)弱光情況下細(xì)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(xì)胞呼吸速率等于光合作用速率時(shí)植物與外界不進(jìn)行氣體交換，即沒有O2和CO2的吸收與釋放000較強(qiáng)光照時(shí)植物同時(shí)進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸，且光合作用速率大于細(xì)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(xì)胞呼吸（N2）之外，不足部分來自外界（N1)；植物光合作用產(chǎn)生的氧氣（m）除用于自身細(xì)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(xì)胞呼吸的綜合計(jì)算?？偣夂狭俊艄夂狭颗c呼吸量的關(guān)系。可用下述公式表示：總光合量=凈光合量+呼吸量（1）當(dāng)光合作用≥細(xì)胞呼吸

光合作用CO2的總吸收量=環(huán)境中CO2的減少量＋細(xì)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(xì)胞呼吸O2消耗量光合作用的實(shí)際產(chǎn)氧量=實(shí)測(cè)氧氣的釋放量＋細(xì)胞呼吸的消耗量凈光合作用的葡萄糖產(chǎn)量=光合作用實(shí)際葡萄糖生產(chǎn)量－細(xì)胞呼吸葡萄糖的消耗量（2）當(dāng)光合作用＜細(xì)胞呼吸光合作用吸收的CO2量＝細(xì)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(xì)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(xì)胞呼吸葡萄糖分解量【例2】(2008·寧夏高考)將長勢(shì)相同、數(shù)量相等的甲、乙兩個(gè)品種的大豆幼苗分別置于兩個(gè)相同的密閉透明玻璃罩內(nèi)，在光照、溫度等相同且適宜的條件下培養(yǎng)，定時(shí)測(cè)定玻璃罩內(nèi)的CO2含量，結(jié)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(qiáng)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(shì)是______________________________________。⑷30～45min期間兩個(gè)玻璃罩內(nèi)CO2含量相對(duì)穩(wěn)定的原因是____________________________。【解析】本題考查光合作用和呼吸作用的相互關(guān)系。植物光合作用大于呼吸作用時(shí)，植物吸收CO2釋放氧氣，使得玻璃罩內(nèi)CO2逐漸減少。題干中已強(qiáng)調(diào)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(qiáng)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(qiáng)⑶減慢⑷植物呼吸作用釋放CO2的