貴州 雷昌富

“光合作用和呼吸作用”專題復習策略

貴州 雷昌富

在近幾年的高考中，光合作用和呼吸作用的綜合應用一直是高考的必考題型之一，所占分值比例逐年加大，題型靈活多樣，考生丟分較多。因此，筆者分析了最近五年高考真題，根據(jù)最新考綱，將光合作用和呼吸作用的相關考點進行歸納整理，探尋高三專題復習策略，以期拋磚引玉，提高學生復習效率和解題能力，希望對高三學生備考有所幫助。

一、理解光合作用和呼吸作用的生理過程圖解及物質和能量變化

要解答光合作用和呼吸作用過程中的物質和能量變化試題，關鍵要理解光合作用和呼吸作用的相互關系生理過程圖解，主要是光合作用中光反應階段和暗反應階段及有氧呼吸三個階段中ATP 和[H]的來源和去路等。

【例1】（2014·全國新課標卷Ⅱ）關于光合作用和呼吸作用的敘述，錯誤的是 （ ）

A. 磷酸是光反應中合成ATP所需的反應物

B. 光合作用中葉綠素吸收光能不需要酶的參與

C. 人體在劇烈運動時所需的能量由乳酸分解提供

D. 病毒核酸的復制需要宿主細胞的呼吸作用提供能量

【解析】本題考查對光合作用和呼吸作用的過程及其聯(lián)系的理解。合成ATP的原料是ADP和磷酸，故A項正確；光合作用吸收光能是通過色素蛋白復合體完成的，不需要酶的參與，故B項正確；人體劇烈運動時，肌細胞無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，同時釋放少量能量，乳酸是無氧呼吸的產(chǎn)物不能提供能量，故C項錯誤；病毒無細胞結構，不具有獨立代謝能力，病毒的增殖所需的能量都是由宿主細胞呼吸作用產(chǎn)生的，故D項正確。

【答案】C

二、影響因素及其在生產(chǎn)實踐中的應用

影響光合作用的因素有外因和內因，外因包括溫度、光照強度、CO2濃度、礦質元素、水分等；內因包括葉綠體中色素的含量、酶的活性和數(shù)量等；影響呼吸作用的因素主要有溫度、O2濃度、CO2濃度和含水量等。試題通常以坐標曲線圖形式綜合考查環(huán)境因素對光合作用速率和呼吸作用速率的影響，以及光合作用曲線中特殊點的移動情況分析等。

【例2】（2015·全國新課標卷Ⅰ）為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時間均為135 s，處理結束時測定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實驗結果如下：

A組：先光照后黑暗，時間各為67.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50%。

B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為70%。

C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75 ms（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對含量為94%。

D組（對照組）：光照時間為135 s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%。

回答下列問題：

（1）單位光照時間內，C組植物合成有機物的量_______（填“高于”“等于”或“低于”）D組植物合成有機物的量，依據(jù)是________________________________；C組和D組的實驗結果可表明光合作用中有些反應不需要_______，這些反應發(fā)生的部位是葉綠體的_______。

（2）A、B、C三組處理相比，隨著____________________的增加，使光下產(chǎn)生的________能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。

【解析】本題考查環(huán)境因素對光合作用的影響，主要考查學生的觀察、對比及實驗設計綜合運用能力。（1）據(jù)題意可知，在A、B、C、D四組實驗中，各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時間均為135 s，C組光照、黑暗交替處理，而且時間相同，D組全為光照?？梢奀組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產(chǎn)物的相對含量卻是D組的94%，所以單位光照時間內，C組合成有機物的量高于D組。由此說明光合作用中有些反應不需要光照，即暗反應階段發(fā)生在葉綠體基質中。（2）據(jù)題意可知，A、B、C三組處理相比，光照和黑暗每次持續(xù)時間縮短，光照和黑暗交替頻率增加，從而使光反應階段產(chǎn)生的ATP和[H]增加，進一步增加了光合作用暗反應階段C3的還原，即提高了光合作用中CO2的同化量。

【答案】（1）高于 C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產(chǎn)物的相對含量卻是D組的94% 光照 基質（2）光照和黑暗交替頻率 ATP和[H]

三、條件驟變對光合作用過程中物質含量變化分析

在分析環(huán)境因素或條件改變引起光合作用過程中相關物質的變化時，需要將光合作用的光反應和暗反應聯(lián)系起來考慮，同時分析相關物質的來源和去路。命題角度通常是改變光照強度和CO2濃度，考查葉肉細胞中C3和C5，ATP和[H]的相對含量以及（CH2O）的相對含量的變化曲線分析等。

【例3】（2011·全國新課標卷）在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉移到CO2濃度為0．003%的環(huán)境中，其葉片暗反應中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如圖?；卮饐栴}：

（1）圖中物質A是_________（填“C3化合物”或“C5化合物”）。

（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質B的濃度比物質A的濃度低，原因是_________；將CO2濃度迅速降低到0．003%后，物質B的濃度升高的原因是________。

（3）若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0．003%的環(huán)境中，暗反應中C3和C5化合物濃度達到穩(wěn)定時，物質A的濃度比物質B的濃度_______（填“低”或“高”）。

（4）CO2濃度為0．003%時，該植物光合速率最大時所需的光照強度比CO2濃度為1%時的_________（填“高”或“低”），其原因是__________________________。

【解析】本題以坐標曲線形式通過改變CO2濃度，對光合作用過程中相關物質的變化曲線分析，考查學生的觀察、對比、理解和解釋生物學現(xiàn)象的能力，試題難度較大。（1）據(jù)題意可知，當降低CO2濃度時，光合作用暗反應階段CO2的固定減弱， 三碳化合物的含量降低，五碳化合物的含量上升，所以A物質代表三碳化合物。（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質B的濃度比A的低，原因是暗反應速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍；從1% CO2環(huán)境轉移到0.003% CO2環(huán)境中，暗反應的CO2固定反應“CO2+C5→2C3”會因CO2的供應減少而減慢。所以，C3化合物的生成減少而含量降低；C5化合物的生成不減少而消耗減少，C5化合物的含量上升。（3）重新達到平衡后，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍，所以C3化合物的含量高于C5化合物的含量。（4）該植物在CO2濃度低時，暗反應強度低，所需ATP和[H]少，限制了光反應的進行，光合速率最大的最大值比CO2濃度高時的最大值低，所需光照強度減小。

【答案】（1）C3化合物 （2）暗反應速率在該環(huán)境中達到穩(wěn)定，即C3和C5化合物含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應的特點，此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍 當CO2的濃度突然降低時，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5化合物積累 （3）高 （4）低 CO2濃度低時，暗反應強度低，所需ATP和[H]少

四、細胞呼吸方式及底物類型的判斷

1. 通常以葡萄糖為呼吸底物，O2的吸收量和CO2的釋放量之間的關系是判斷細胞呼吸方式的重要依據(jù)。其判斷方法歸納如下：

（1）根據(jù)反應物、產(chǎn)物來判斷：如果要消耗氧氣，則一定是有氧呼吸；如果產(chǎn)物有水，則一定是有氧呼吸；如果產(chǎn)物中有酒精或乳酸，則為無氧呼吸。但要注意，產(chǎn)物中如果有二氧化碳，要分情況討論。

（2）根據(jù)反應中的物質的量的關系進行判斷：不消耗氧氣，釋放二氧化碳，只進行無氧呼吸；酒精量等于二氧化碳的量，只進行無氧呼吸；二氧化碳的釋放量大于氧氣的吸收量，既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸，多余的二氧化碳來自于無氧呼吸；酒精量小于二氧化碳量，既進行有氧呼吸，又進行無氧呼吸，多余的二氧化碳來自于有氧呼吸。

（3）根據(jù)反應場所來判斷：有氧呼吸的第一階段在細胞質基質中，第二、三階段在線粒體中；無氧呼吸在細胞質基質中。

2. 若以脂肪為呼吸底物，由于脂肪中碳、氫比例較高，含氧少，吸收的O2量大于釋放的CO2量。因此，當題中出現(xiàn)吸收的O2量大于釋放的CO2量時，呼吸底物應是脂肪而不是葡萄糖。命題主要以坐標曲線圖、柱形圖、表格呈現(xiàn)CO2釋放量和O2吸收量之間的關系，或以酵母菌培養(yǎng)液、正在萌發(fā)的種子為實驗材料，觀察實驗裝置中有色液滴移動的方向和刻度為題材進行命題，試題難度較大。

【例4】下圖是驗證酵母菌細胞呼吸類型的實驗裝置，兩套裝置的培養(yǎng)條件一致（不考慮環(huán)境中物理因素的影響），下列相關敘述不正確的是 （ ）

A.若裝置1中的紅色液滴向左移，移動距離可表明酵母菌有氧呼吸所消耗的氧氣量

B.若酵母菌只進行無氧呼吸，則裝置1中紅色液滴不移動，裝置2中紅色液滴向右移

C.若酵母菌只進行有氧呼吸，則裝置1中紅色液滴不移動，裝置2中紅色液滴向左移

D.若酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸，則裝置1中紅色液滴向左移，裝置2中紅色液滴向右移

【解析】本題以酵母菌葡萄糖培養(yǎng)液為實驗材料，觀察呼吸裝置中紅色液滴移動的方向為題材，考查探究酵母菌呼吸方式。裝置1中，氫氧化鈉溶液的作用是吸收呼吸作用產(chǎn)生的CO2，裝置1左移表明酵母菌進行有氧呼吸，所以裝置1測量的是呼吸作用消耗的氧氣的量，故A項正確；裝置2中，清水不能吸收氣體，也不釋放氣體，所以裝置2測量的是呼吸作用釋放的二氧化碳量和消耗氧氣量的差值。若裝置1液滴不動，裝置2液滴右移，則表明所測生物只進行無氧呼吸，故B項正確；因有氧呼吸CO2產(chǎn)生量與O2消耗量相等，若酵母菌只進行有氧呼吸，則裝置1中紅色液滴不移動，裝置2中紅色液滴應該向右移，故C項錯誤；若酵母菌同時進行有氧呼吸和無氧呼吸，因CO2產(chǎn)生量大于O2消耗量，則裝置1中紅色液滴向左移，裝置2中紅色液滴向右移，故D項正確。

【答案】C

（作者單位：貴州省織金縣第五中學）