考点8　梳理数量关系，区分净量和总量，掌握相关计算规律.ppt

专题 2 细胞的代谢 考点 8 　 梳理 数量关系，区分净量 和 总量 ，掌握相关计算规律 体验真题 诊断疑漏 栏目索引 回归核心 考向特训 1.( 地方卷精选 ) 完成下列相关内容： (1)( 经典高考题 ) 以测定的 CO 2 吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 ( 　　 ) A. 光照相同时间， 35 ℃ 时光合作用制造的有机物的量与 30 ℃ 时相等 B. 光照相同时间，在 20 ℃ 条件下植物积累的有机物的量最多 C. 温度高于 25 ℃ 时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D. 其他条件不变，光照强度适当增强时，两曲线的交点将向左下方移动 体验真题 诊断疑漏 题组一　光合作用相关数据分析与计算 1 2 3 解析 √ 解析　 分析题意与图像可知，图中的虚线代表净光合作用，实线代表呼吸作用。在光照下，光合作用制造的有机物总量 ( 真光合作用量 ) ＝呼吸作用消耗的有机物量 ( 呼吸量 ) ＋有机物的净积累量 ( 净光合作用量 ) ，即某温度下图中实线所对应的量加上虚线所对应的量就是真光合作用量。读取图中 20 ℃ 、 25 ℃ 、 30 ℃ 、 35 ℃ 等温度下对应的 CO 2 的吸收量与释放量，根据上面的等式关系可以推断出：光照相同时间， 35 ℃ 时光合作用制造的有机物的量与 30 ℃ 时相等；光照相同时间，在 25 ℃ 条件下植物积累的有机物的量最多；温度高于 25 ℃ 时，有机物的净积累量开始减少；两曲线的交点表示某温度时，有机物的净积累量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，当其他条件不变，光照强度适当增强时，净光合作用量增大，两曲线的交点将向右上方移动。 1 2 3 (2)(2012· 上海， ( 五 ) 节选 ) 下表为某地夏季晴朗的某天，玉米和花生净光合速率测定值，假设用表中 11 ： 00 对应的光照强度连续照射两种作物 10 分钟，则玉米积累的葡萄糖总量比花生多 ________ mg/m 2 。 时间 光合速率 (CO 2 mmol·m － 2 ·h － 1 ) 玉米 花生 9 ： 30 136.8 90.0 11 ： 00 144.0 72.0 12 ： 30 126.0 90.0 答案 解析 360 1 2 3 解析　 从外界吸收的 CO 2 与植物积累的葡萄糖的量是相对应的，两者物质的量之比为 1 ∶ 6 。由表可知每小时每平方米玉米比花生多吸收 CO 2 的物质的量为 72 mmol ，所以在 10 分钟内玉米多吸收 CO 2 12 mmol ，产生的葡萄糖为 2 mmol ，即 360 mg/m 2 。 1 2 3 (3)(2014· 广东， 26 节选 ) 观测不同光照条件下生长的柑橘，结果见下表。请回答下列问题： 光照强度 叶色 平均叶面积 (cm 2 ) 气孔 密度 ( 个 ·mm － 2 ) 净光合速率 ( μmol CO 2 ·m － 2 ·s － 1 ) 强 浅绿 13.6(100%) 826(100%) 4.33(100%) 中 绿 20.3(149%) 768(93%) 4.17(96%) 弱 深绿 28.4(209%) 752(91%) 3.87(89%) 注：括号内的百分数以强光照的数据作为参照。 1 2 3 与弱光下相比，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数 ___ ， 单位时间内平均每片叶 CO 2 吸收量 ___ 。 对强光下生长的柑橘适度遮阴，持续观测叶色、叶面积和净光合速率，这三个指标中，最先发生改变的是 ___________ ， 最后发生改变的是 ________ 。 解析　 柑橘平均每片叶的气孔总数＝平均叶面积 × 气孔密度，通过计算可知，强光下柑橘平均每片叶的气孔总数最少，单位时间内平均每片叶 CO 2 吸收量也少。在遮阴条件下，植物接受的光照减少，会首先影响其光合速率，净光合速率随之改变。为了适应弱光环境，植物要合成更多的叶绿素来尽量提高光合速率，一段时间后，植物叶面积也会变大，以便通过增加气孔总数来提高光合速率。 解析答案 少 少 净光合速率 叶面积 1 2 3 题组二　细胞呼吸相关数据分析与计算 2.(2012· 新课标全国， 29) 将玉米种子置于 25 ℃ 、黑暗、水分适宜的条件下萌发，每天定时取相同数量的萌发种子，一半直接烘干称重，另一半切取胚乳烘干称重，计算每粒的平均干重，结果如下图所示。若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳，据图回答下列问题： 1 2 3 (1) 萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成 __________ ，再通过 _________________ 作用 为种子萌发提供能量。 解析　 解答本题的突破点： ① 正确分析坐标曲线的生物学含义：随着时间的延续，胚乳干重逐渐减少，种子的干重也逐渐减少 。 ② 两条曲线变化趋势不一致的原因：第 (3) 小问提到的 “ 胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质 ” 。 (1) 淀粉被水解成葡萄糖后才能被细胞通过呼吸作用利用，为种子萌发提供能量 。 葡萄糖 呼吸 ( 或生物氧化 ) 解析答案 1 2 3 (2) 萌发过程中在 __________ 小时之间种子的呼吸速率最大，在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为 __________mg 。 解析　 因为胚乳减少的干重中有一部分转化成幼苗的组成物质，所以衡量种子的呼吸速率应以种子的干重减少量为指标。由图示曲线可以看出，在 72 ～ 96 h 之间，单位时间内种子的干重减少量最大，该时间段 (24 h) 内每粒种子呼吸消耗的平均干重为 204.2 － 177.7 ＝ 26.5(mg) 。 72 ～ 96 26.5 解析答案 1 2 3 (3) 萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质，其最大转化速率为 _____mg · 粒 － 1 ·d － 1 。 解析答案 解析　 转化速率＝ ( 胚乳的减少量－种子的干重减少量 )/ 单位时间。在 72 ～ 96 h 内，转化速率为 (161.7 － 118.1) － (204.2 － 177.7) ＝ 17.1(mg· 粒 － 1 ·d － 1 ) ， 96 ～ 120 h 内，转化速率为 (118.1 － 91.1) － (177.7 － 172.7) ＝ 22(mg· 粒 － 1 ·d － 1 ) ，因此最大转化速率为 22 mg· 粒 － 1 ·d － 1 。 22 1 2 3 (4) 若保持实验条件不变， 120 小时后萌发种子的干重变化趋势是 ________ ， 原因是 ___________________________________________ 。 解析答案 解析　 黑暗条件下，萌发种子只能进行细胞呼吸而不能进行光合作用，因而种子干重持续下降。 持续下降 幼苗呼吸作用消耗有机物，且不能进行 光合作用 1 2 3 3.(2013· 山东， 25 节选 ) 下图是大豆种子萌发过程中鲜重的变化曲线，若测得阶段 Ⅱ 种子吸收 O 2 与释放 CO 2 的体积比为 1 ∶ 3 ，则此时种子胚细胞的无氧呼吸与有氧呼吸消耗葡萄糖之比为 ________ 。 6 ∶ 1 返回 答案 1 2 3 回归核心 考向特训 依 纲联想 1. 呼吸速率、总 ( 真正 ) 光合速率与表观光合速率的关系的确认 核心梳理 (1) 光合作用速率表示方法：通常以一定时间内 CO 2 等原料的消耗量或 O 2 、 (CH 2 O) 等产物的生成量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为净光合速率和真光合速率。在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，实验容器中 O 2 增加量、 CO 2 减少量或有机物的增加量，称为净光合速率，而植物真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。而呼吸速率是将植物置于黑暗中，实验容器中 CO 2 增加量、 O 2 减少量或有机物减少量都可表示呼吸速率。 (2) 不同情况下净光合量、真光合量和呼吸量的判定 条件 题目中常见的关键语句 所指的含义 光照条件下 植物 “ 产生 ” 的氧气量，或植物 “ 合成 ” 的有机物的量 实质上是在叶绿体中产生的量，即光合作用总量或真光合作用量 植物 “ 释放 ” 的氧气量，或植物 “ 积累 ” 的有机物的量 实质上是净光合作用量，即光合作用总量－呼吸作用消耗量 植物 “ 吸收 ” 的 CO 2 量 实质上是净光合作用量 黑暗条件下 植物 “ 释放 ” 的 CO 2 量 实质上是呼吸作用释放量 植物 “ 吸收 ” 的氧气量 实质上是呼吸作用吸收量 (3) 有机物积累量的表示方法：一昼夜有机物的积累量 ( 用 CO 2 的量表示 ) 可用式子表示为：积累量＝白天从外界吸收的 CO 2 量－晚上呼吸释放的 CO 2 量。 2. 有关细胞呼吸计算的规律总结 规律一：细胞有氧呼吸时，葡萄糖 ∶ CO 2 ∶ O 2 ＝ 1 ∶ 6 ∶ 6 ；无氧呼吸时，葡萄糖 ∶ CO 2 ∶ 酒精＝ 1 ∶ 2 ∶ 2 或葡萄糖 ∶ 乳酸＝ 1 ∶ 2 。 规律二：消耗等量葡萄糖时，则酒精发酵与有氧呼吸产生的 CO 2 的摩尔数之比为 1 ∶ 3 ；有氧呼吸消耗氧气摩尔数与有氧呼吸和酒精发酵产生的二氧化碳摩尔数之和的比为 3 ∶ 4 。 规律三：产生同样数量的 ATP 时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的摩尔数之比为 19 ∶ 1 。 规律四：在进行有氧呼吸和无氧呼吸的气体变化计算及反应速率比较时，应使用 C 6 H 12 O 6 ＋ 6H 2 O ＋ 6O 2 → 6CO 2 ＋ 12H 2 O ＋能量和 C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH ＋ 2CO 2 ＋能量这两个反应式，并结合化学课上所学的，根据化学方程式计算的规律和方法进行解答。 规律五：如果在题干中没有给出所要计算的具体数值，只有体积比，则可将此比值当成实际体积 ( 或物质的量 ) 进行计算，最后求解。 3. 有关光合作用和细胞呼吸的综合计算 (1) 当光合作用 ≥ 细胞呼吸时： ① 光合作用 CO 2 的总吸收量＝环境中 CO 2 的减少量＋细胞呼吸 CO 2 释放量。 ② 光合作用 O 2 释放总量＝环境中 O 2 增加量＋细胞呼吸 O 2 消耗量。 ③ 光合作用的实际产氧量＝实测氧气的释放量＋细胞呼吸的消耗量。 ④ 净光合作用的葡萄糖产量＝光合作用实际葡萄糖生产量－细胞呼吸葡萄糖的消耗量。 (2) 当光合作用 < 细胞呼吸时： ① 光合作用吸收的 CO 2 量＝细胞呼吸释放的 CO 2 量－环境中增加的 CO 2 量。 ② 光合作用释放 O 2 的量＝细胞呼吸消耗的 O 2 量－环境中减少的 O 2 量 。 如果将上述公式推广到葡萄糖，则得到下列公式： 真光合作用葡萄糖合成量＝净光合作用葡萄糖合成量＋细胞呼吸葡萄糖消耗量。 考向一　透过表格数据，辨析相关规律 考向特训 1. 某种油菜的黄化突变体叶片呈现黄化色泽，与野生型相比，突变体的叶绿素、类胡萝卜素含量均降低。净光合速率、呼吸速率及相关指标见下表。则突变体叶片中叶绿体 CO 2 的消耗速率为 ________ μmol CO 2 ·m － 2 ·s － 1 。引起突变体 CO 2 消耗速率变化的原因可能 是 _________ 。 材料 叶绿素 a/b 类胡萝卜 素 / 叶绿素 净光合速率 ( μmol CO 2 · m － 2 ·s － 1 ) 胞间 CO 2 浓度 ( μmol CO 2 · m － 2 ·s － 1 ) 呼吸速率 ( μmol CO 2 · m － 2 ·s － 1 ) 突变体 9.30 0.32 5.66 239.07 3.60 野生型 6.94 0.28 8.13 210.86 4.07 解析答案 解析　 突变体叶片中叶绿体 CO 2 的消耗速率即为总光合速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ 5.66 ＋ 3.60 ＝ 9.26 μmol CO 2 ·m － 2 ·s － 1 。引起突变体 CO 2 消耗速率变化的原因可能是叶绿素 a 与叶绿素 b 的比值升高，类胡萝卜素与叶绿素的比值下降，叶绿素和类胡萝卜素含量降低，使色素吸收的光能减少，光反应减弱。 答案　 9.26 　叶绿素 a 与叶绿素 b 的比值升高，类胡萝卜素与叶绿素的比值下降，叶绿素和类胡萝卜素含量降低，使色素吸收的光能减少，光反应减弱 2. 烟草花叶病毒 (TMV) 对烟草叶片光合特性的影响的相关实验数据如图和表，所有数据都是在适宜条件下测得的。由图和表中的实验数据可知：当光照强度小于 1 500 klx 时，感病株的 ___________ 大于 健康株，说明此时 _____________ 不是 影响净光合速率的主要因素。当光照强度等于 1 500 klx 时，感病株的实际光合速率为 ___ μmol·m － 2 ·s － 1 。 TMV 在 _________________________________ 条件 下对感病株光合作用的抑制更显著。 净光合速率 叶绿素的含量 18 强光 ( 或 “ 光照强度大于 1 500 klx ” ) 植株类型 叶绿素 a 含量 (mg/g) 叶绿素 b 含量 (mg/g) 健康株 2.108 0.818 感病株 1.543 0.604 答案 解析 解析　 由图、表可知，当光照强度小于 1 500 klx 时，感病株的净光合速率大于健康株，说明此时叶绿素的含量不是影响光合速率的因素，当光照强度等于 1 500 klx 时，感病株的实际光合速率为 15 ＋ 3 ＝ 18( μmol·m － 2 ·s － 1 ) ，从图中可以看出，当光照强度大于 1 500 klx 时， TMV 对植物光合作用的抑制作用显著。 3. 下表是对甲、乙两种植物在不同光照强度下测定得到的数据 ( 光照强度的单位为千勒克斯， CO 2 的吸收和释放速率的单位为 μmol·m － 2 ·s － 1 ) 。由表格数据可知，更适合在阴暗环境中生长的是 ______ ( 填 “ 甲植物 ”“ 乙植物 ” ) 。当光照强度为 8 千勒克斯时，叶片释放氧气的速率甲 ____ 乙 ( 填 “ 大于 ”“ 等于 ”“ 小于 ” ) ；当光照强度为 20 千勒克斯时，乙植物叶绿体产生 O 2 的速率为 ___ μmol·m － 2 ·s － 1 ( 填数值 ) 。 甲植物 大于 45   光合作用与呼吸作用速率相等时的光照强度 ( 千勒克斯 ) 光饱和时的 光照强度 ( 千勒克斯 ) 光饱和时植物吸收 CO 2 的 速率 ( μ mol·m － 2 ·s － 1 ) 黑暗条件下 CO 2 释放的 速率 ( μ mol·m － 2 ·s － 1 ) 甲植物 3 8 15 10 乙植物 8 15 30 15 答案 4. 有两种植物，一种在强光下生长，一种在荫蔽处生长。从这两种植物上各取一片彼此相似叶片，分别放在两个透明盒子中。在适宜温度条件下，逐渐增加光照强度，测定放氧速率，数据如下表。若绘制 A 、 B 两叶片放氧速率曲线图，两条曲线相交时的放氧速率为 8.5 μmol O 2 /(m 2 ·s) ，则在该光照强度下叶片 B 中叶绿体产生 O 2 的速率为 __________ μ molO 2 / (m 2 ·s) 。对叶片 A 维持光照强度 50 μmol 光子 /(m 2 ·s)8 小时，一昼夜后叶片 A 中干重 ________( 增加 / 减少 ) 。 光强 [ μ mol 光子 / (m 2 ·s)] 0 10 25 50 100 250 500 600 700 放氧速率 [ μ mol O 2 / ( m 2 ·s)] 叶片 A － 2 0 1.5 3 6 10 12 12 12 叶片 B － 20 － 10 － 5 0 5 15 28 30 30 答案 28.5 减少 考向二　透过坐标系相关数据，辨析相关规律 答案 5. 研究人员从发菜藻体中分离发菜细胞进行液体悬浮培养，在适宜温度、适宜光照、不同 pH 下测定离体发菜细胞液中的溶解氧变化，再计算该时间段内发菜细胞的光合产氧速率或呼吸耗氧速率，结果如图。发菜细胞培养的最适 pH 约为 7.0 左右，若在此 pH 且适宜光照强度下持续培养 10 小时后转入暗室继续培养至 24 小时，可积累葡萄糖 ________ mg 。 ( 保留一位小数 ) 112.5 解析 解析　 pH 为 7 时的总产氧速率为 120 mg /h ，耗氧速率为 45 mg/ h ，因此净产氧速率为 75 mg/h 。 10 h 积累的葡萄糖量＝ (180 × 75 × 10)÷(6 × 32) ＝ 703.13 mg,14 h 细胞呼吸消耗的葡萄糖＝ (180 × 45 × 14)÷(6 × 32) ＝ 590.63 mg ，两者抵消后可累积葡萄糖＝ 703.13 － 590.63 ＝ 112.5 mg 。 6. 如图表示 X 、 Y 两种植物的光合速率与光照强度的关系。其中实线和虚线分别表示 X 、 Y 两种植物的光合速率 (CO 2 吸收速率 ) 与光照强度的关系。当在 ___ klx 光照强度条件下， X 植物固定 CO 2 的速率为 5 mg/h· 单位叶面积。 Y 植物在 1 天内 (12 小时白天， 12 小时黑夜 ) ，要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于 ____ klx 。 答案 解析 8 4 解析　 据图分析， X 植物的呼吸速率为 2 ， X 植物固定 CO 2 的速率为 5 mg/h· 单位叶面积，根据真正的光合速率＝呼吸速率＋净光合速率可知，此时净光合速率＝ 5 － 2 ＝ 3 ，对应的光照强度为 8 klx 。要使 Y 植物在 1 天内 (12 小时白天， 12 小时黑夜 ) ，使有机物积累量为正值，则净光合速率一定要大于呼吸速率，图中对应净光合速率为 1 时的光照强度为 4 klx 。 7. 如图表示在不同温度下，测定该植物叶片 1 cm 2 质量 (mg) 变化情况 ( 均考虑为有机物的质量变化 ) 的操作流程及结果，据图分析回答问题： (1) 从图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为 ____( mg·cm － 2 ·h － 1 )( 用图中字母表示 ) ，实际光合速率可表示为 ________ ( mg·cm － 2 ·h － 1 )( 用图中字母表示 ) 。 X Y ＋ 2X 解析　 由图分析可知，该植物的呼吸速率可表示为 X( mg·cm － 2 ·h － 1 ) ，而单位时间光照下叶片重量的增加量表示的是净光合速率，故光照一小时总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ M ＋ Y － (M － X) ＋ X ＝ Y ＋ 2X( mg·cm － 2 ·h － 1 ) 。 解析答案 ( 2) 从图分析，恒定在上述 ____ ℃ 温度下，维持 12 h 光照， 12 h 黑暗，该植物叶片 1 cm 2 增重最多，增重了 ____mg 。 14 36 解析　 从结果可以看出，在 14 ℃ 温度下，维持 12 h 光照， 12 h 黑暗，该植物叶片增重最多，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率＝ (3 ＋ 2 × 2) × 12 － 2 × 24 ＝ 36(mg) 。 解析答案 8. 将长势相同的小麦幼苗分成若干等份，在不同的温度下先暗处理 1 h ，测得其干重即葡萄糖的量的 ( 单位： g) 变化如图中甲曲线所示；再分别置于同一光照强度下照射 1 h 后，测得其干重与暗处理前的变化如图中乙曲线。请据图回答下列问题： (1) 小麦叶肉细胞内呼吸酶的最适温度为 ________ 。 解析　 测定呼吸速率，应在黑暗条件下进行，故从图中可以看出小麦叶肉细胞内呼吸酶的最适温度为 29 ℃ ，总光合作用＝呼吸作用＋净光合作用， 29 ℃ 时小麦幼苗的呼吸速率最高为 3 g ，因而该温度为小麦叶肉细胞内呼吸酶的最适温度。 29 ℃ 解析答案 (2) 在此光照强度下照射，参与葡萄糖合成的 CO 2 ∶ C 3 ∶ C 5 ＝ _________ 。 若此光照下植物能生长， 30 ℃ 条件下每天的光照时间应不低于 _____ 。 解析答案 解析　 在此光照强度下照射， CO 2 ＋ C 5 2C 3 ，因此参与葡萄糖合成的 CO 2 ∶ C 3 ∶ C 5 ＝ 1 ∶ 2 ∶ 1 。据图分析，此光照强度下照射，植物若能生长， 30 ℃ 条件下净光合作用速率为 1 ＋ 1 ＝ 2(g /h) ，呼吸速率为 1 g/ h ，设每天的光照时间应不低于 x ，则有 2x － (24 － x) × 1 ＞ 0 ，解得 x ＞ 8 h 。 1 ∶ 2 ∶ 1 8 h (3)A 点和 B 点相比，光合作用速率是否相等 ？ _______ ，为什么 ？ _____ ________________________________________________ 。 解析答案 解析　 由于乙曲线为黑暗处理 1 小时、再光照 1 小时后获得的曲线，因而 A 点小麦的净光合速率为 3 ＋ 1 ＝ 4(g /h) ，真正的光合速率为 4 ＋ 1 ＝ 5(g/ h) ； B 点小麦的净光合速率为 3 ＋ 3 ＝ 6(g /h) ，真正的光合速率为 6 ＋ 3 ＝ 9(g/ h) 。因此 A 点和 B 点相比，光合作用速率不相等。 不相等 A 点 光合作用的速率为 5 g /h ， B 点光合作用的速率为 9 g/ h 返回