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第 7 课时 光合作用和细胞呼吸的综合分析
课标要求 1.熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。2.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。
考点一 光合作用与有氧呼吸的关系
1．光合作用与有氧呼吸的关系
(1)图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系
(2)光合作用和细胞呼吸的比较
比较项目 光合作用 细胞呼吸
代谢类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用)发生范围 含叶绿体的植物细胞；蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞
有氧呼吸：细胞质基质、线粒
体(真核生物)；细胞质(原核生
发生场所 叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物)
物)
无氧呼吸：细胞质基质
发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行
物质变化 无机物――→有机物 有机物――→无机物
化学能→热能、ATP中活跃的
能量变化 光能→化学能
化学能
有机物――→无机物(或简单有机
实质 无机物――→有机物；储存能量
物)；释放能量
能量转化
的联系
C：CO――→(CHO)→丙酮酸→CO
2 2 2
元素转移
O：HO――→O→HO
2 2 2
的联系
H：HO――→H＋→NADPH――→(CHO)→[H]→HO
2 2 2
过程联系
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率
(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
项目 含义
O CO 有机物
2 2
O 产生 ( 生成 ) 有机物产生
2
真正光 植物在光下实际合 CO 固定速率或叶绿
2
速率或叶绿体 ( 制造、生成 )
合速率 成有机物的速率 体吸收CO 量
2
释放O 量 速率
2
植物或叶片或
净光合 植物有机物的积累 植物或叶片或叶肉细 有机物积累
叶肉细胞 O 释
2
速率 速率 胞CO 吸收速率 速率
2
放速率
单位面积的叶片在
呼吸 黑暗中O 吸收 有机物消耗
2
单位时间内分解有 黑暗中CO 释放速率
2
速率 速率 速率
机物的速率
(2)曲线模型及分析①植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝呼吸速率＋净光合速率。
3．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
方法1 测定装置中气体体积变化
(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时 NaOH溶液可吸收容器中的CO ；在测净光合
2
速率时NaHCO 溶液可提供CO，保证了容器内CO 浓度的恒定。
3 2 2
(2)测定原理
①在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于 NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的
CO，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O 吸收速率，可代表呼吸速率。
2 2
②在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于 NaHCO 溶液保证了容器内
3
CO 浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O 释放速率，可代表净
2 2
光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用
死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
方法2 “半叶法”测定光合作用有机物的产生量
将叶片一半遮光、一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度，曝光的一半
测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该
种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
方法3 “黑白瓶法”测定溶氧量的变化
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所
以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
方法4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
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)。
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
方法5 叶圆片上浮法——定性检测O 释放速率
2
本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用
过程中，植物吸收CO 放出O ，由于O 在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来
2 2 2
下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长
短)，即能比较光合作用强度的大小。
方法6 间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数
量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物 ATP和
NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的NADPH和ATP不能及
时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交
替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反
应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相
对多。
1．如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有 18O？如果有，写
出18O的转移途径。
提示 有，H18O经过光合作用的光反应转移给18O ，H18O经过有氧呼吸的第二阶段转移给
2 2 2
C18O。
2
2．给小球藻提供18O ，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是
2
什么？
提示 有氧呼吸第三阶段18O 与[H]结合生成了H18O，有氧呼吸第二阶段利用H18O生成
2 2 2
C18O，C18O 再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CH18O)。
2 2 2
1．(2023·江苏南通高三期末)如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法不正确的是( )
A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C 的还原
3
C．过程③既产生[H]也消耗[H]
D．若过程①②的速率大于过程③的速率，甘蔗植株的干重不一定增加
答案 A
解析 过程①表示光反应，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而胡萝卜素和叶黄
素主要吸收蓝紫光，A错误；过程②表示暗反应，只发生在叶绿体基质中，暗反应中释放的
能量用于C 的还原，B正确；③是细胞呼吸过程，有氧呼吸的第一、二阶段产生[H]，用于
3
第三阶段与氧气发生反应，因此过程③既产生[H]也消耗[H]，C正确；如图所示为甘蔗叶肉
细胞内的一系列反应过程，过程①②的速率大于过程③的速率，由于甘蔗植株部分细胞只进
行细胞呼吸，甘蔗植株的干重不一定增加，D正确。
2．如图的纵坐标表示某种植物O 吸收相对速率的变化(非适宜条件下)，下列说法不正确的
2
是( )
A．可以判断d点开始进行光合作用
B．降低土壤中的Mg2＋浓度，一段时间后d点将向右移
C．提高大气中的CO 浓度，e点将向右下移
2
D．该植物细胞呼吸消耗O 的相对速率是4
2
答案 A
解析 根据图示分析可知，d点以前就开始进行光合作用了，A错误；降低土壤中的Mg2＋
浓度，则叶绿素合成不足，导致光合速率降低，因此一段时间后d点将向右移，B正确；提
高大气中的CO 浓度，光合速率增强，因此e点将向右下移，C正确；曲线与纵坐标相交的
2
点代表细胞呼吸强度，即该植物细胞呼吸消耗O 的相对速率是4，D正确。
2考点二 光合作用与细胞呼吸综合应用
1．自然环境中(夏季)一昼夜植物CO 吸收量与CO 释放量变化曲线
2 2
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸强度减弱，CO 释放减少。
2
②b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③bc段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
⑤ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
⑧ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
⑨fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
(2)绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“消耗”与“积累”
2．密闭容器内一昼夜CO 浓度变化曲线
2曲线
模型
模型分析
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
CD段 C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度
D点 光合作用强度＝细胞呼吸强度
DH段 光合作用强度>细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象
H点 光合作用强度＝细胞呼吸强度，有机物积累最多
HI段 光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止
I点低于A点，说明一昼夜密闭容器中CO 浓度减少，即总光合量大于总呼吸
2
I点
量，植物能生长。
方法技巧 巧据小室内CO(或O)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长(注意：植
2 2
株≠叶肉细胞)
密闭小室中气体变化是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合与细胞呼吸综合影响的结果。
3．光(CO)补偿点与光(CO)饱和点及其移动问题
2 2
(1)光(CO)补偿点的移动
2
①呼吸速率增加，其他条件不变时，光(CO)补偿点应右移，反之左移。
2
②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光(CO)补偿点应右移，反之左
2
移。
(2)光(CO)饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率增大时，光(CO)饱和点C点应右移
2 2
(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
(3)阴生植物与阳生植物相比，光(CO)补偿点和饱和点都应向左移动。
24．植物“三率”的含义、关系及判定
(1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)常考曲线分析
①
②
③以“测定的CO 吸收量与释放量”为指标：
2
科研人员将绿色的甲植物放在温度适宜的密闭容器内，在不同的光照条件下，测定该容器内
氧气量的变化如下图所示。(1)5 min 时容器中的二氧化碳浓度最大。
(2)如果叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15 min内，小麦叶片光合作用的平均速率(用氧
气产生量表示)是 6 × 10 － 8 mol/min 。
(3)B点时，容器内氧气量不再增加的原因是什么？
提示 容器内CO 浓度降低，导致光合速率等于呼吸速率，O 含量不再增加。
2 2
3．玻璃温室里栽培植物，对室内空气中CO 含量进行了24小时测定，图中曲线能正确表示
2
测定结果的是(横轴为时间，纵轴为CO 浓度)( )
2
答案 D
解析 0点到6点这一时间段，细胞呼吸强度大于光合作用强度，产生CO 多，导致玻璃温
2
室中的CO 浓度越来越高；6点与18点之间，光合作用强度大于细胞呼吸强度，消耗了更
2
多的CO ，使玻璃温室中的CO 浓度逐渐降低；18点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，
2 2
之后，光合作用强度逐渐减小直至停止，而细胞呼吸一直进行，所以玻璃温室中的CO 浓度
2
又逐渐升高，D正确。
4．下面甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO 的吸收与释放(m、
2
N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析，下列说法错误的是( )
A．若S －S >0，则多余的水分用于光合作用等生理过程
B AB．若S －S >0，且S －S －S >0，则丛林树木净光合作用大于0
B A m N L
C．从暗反应的角度考虑，若在一昼夜内S ＋S 0，多余的水分用于光合作用等生理过程，A正确；S －S >0，代表植物细胞吸收的水
A B A
分大于蒸腾作用散失的水分，S －S －S >0，代表有机物的积累量大于0，B正确；若在一
m N L
昼夜内S ＋S Y”“X＝Y”或“X
