“光合作用和呼吸作用”專題復(fù)習(xí)策略

貴州 雷昌富

“光合作用和呼吸作用”專題復(fù)習(xí)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(yīng)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(guān)考點(diǎn)進(jìn)行歸納整理，探尋高三專題復(fù)習(xí)策略，以期拋磚引玉，提高學(xué)生復(fù)習(xí)效率和解題能力，希望對(duì)高三學(xué)生備考有所幫助。

一、理解光合作用和呼吸作用的生理過(guò)程圖解及物質(zhì)和能量變化

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

【例1】（2014·全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ）關(guān)于光合作用和呼吸作用的敘述，錯(cuò)誤的是 （ ）

A. 磷酸是光反應(yīng)中合成ATP所需的反應(yīng)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(yùn)動(dòng)時(shí)所需的能量由乳酸分解提供

D. 病毒核酸的復(fù)制需要宿主細(xì)胞的呼吸作用提供能量

【解析】本題考查對(duì)光合作用和呼吸作用的過(guò)程及其聯(lián)系的理解。合成ATP的原料是ADP和磷酸，故A項(xiàng)正確；光合作用吸收光能是通過(guò)色素蛋白復(fù)合體完成的，不需要酶的參與，故B項(xiàng)正確；人體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌細(xì)胞無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸，同時(shí)釋放少量能量，乳酸是無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物不能提供能量，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；病毒無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不具有獨(dú)立代謝能力，病毒的增殖所需的能量都是由宿主細(xì)胞呼吸作用產(chǎn)生的，故D項(xiàng)正確。

【答案】C

二、影響因素及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用

影響光合作用的因素有外因和內(nèi)因，外因包括溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度、礦質(zhì)元素、水分等；內(nèi)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(biāo)曲線圖形式綜合考查環(huán)境因素對(duì)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(diǎn)的移動(dòng)情況分析等。

【例2】（2015·全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅰ）為了探究不同光照處理對(duì)植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計(jì)了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)。各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時(shí)間均為135 s，處理結(jié)束時(shí)測(cè)定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

A組：先光照后黑暗，時(shí)間各為67.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)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(shí)間各為7.5 s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)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(shí)間各為3.75 ms（毫秒）；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%。

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

回答下列問(wèn)題：

（1）單位光照時(shí)間內(nèi)，C組植物合成有機(jī)物的量_______（填“高于”“等于”或“低于”）D組植物合成有機(jī)物的量，依據(jù)是________________________________；C組和D組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要_______，這些反應(yīng)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(shí)利用與及時(shí)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(duì)光合作用的影響，主要考查學(xué)生的觀察、對(duì)比及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用能力。（1）據(jù)題意可知，在A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)中，各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，每組處理的總時(shí)間均為135 s，C組光照、黑暗交替處理，而且時(shí)間相同，D組全為光照。可見(jiàn)C組只用了D組一半的光照時(shí)間，其光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量卻是D組的94%，所以單位光照時(shí)間內(nèi)，C組合成有機(jī)物的量高于D組。由此說(shuō)明光合作用中有些反應(yīng)不需要光照，即暗反應(yīng)階段發(fā)生在葉綠體基質(zhì)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(shí)間縮短，光照和黑暗交替頻率增加，從而使光反應(yīng)階段產(chǎn)生的ATP和[H]增加，進(jìn)一步增加了光合作用暗反應(yīng)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(shí)間，其光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量卻是D組的94% 光照 基質(zhì)（2）光照和黑暗交替頻率 ATP和[H]

三、條件驟變對(duì)光合作用過(guò)程中物質(zhì)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(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的變化時(shí)，需要將光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)考慮，同時(shí)分析相關(guān)物質(zhì)的來(lái)源和去路。命題角度通常是改變光照強(qiáng)度和CO2濃度，考查葉肉細(xì)胞中C3和C5，ATP和[H]的相對(duì)含量以及（CH2O）的相對(duì)含量的變化曲線分析等。

【例3】（2011·全國(guó)新課標(biāo)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(zhuǎn)移到CO2濃度為0．003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢(shì)如圖?；卮饐?wèn)題：

（1）圖中物質(zhì)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(zhì)B的濃度比物質(zhì)A的濃度低，原因是_________；將CO2濃度迅速降低到0．003%后，物質(zhì)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(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，物質(zhì)A的濃度比物質(zhì)B的濃度_______（填“低”或“高”）。

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

【解析】本題以坐標(biāo)曲線形式通過(guò)改變CO2濃度，對(duì)光合作用過(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的變化曲線分析，考查學(xué)生的觀察、對(duì)比、理解和解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力，試題難度較大。（1）據(jù)題意可知，當(dāng)降低CO2濃度時(shí)，光合作用暗反應(yīng)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(zhì)代表三碳化合物。（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，此時(shí)C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍；從1% CO2環(huán)境轉(zhuǎn)移到0.003% CO2環(huán)境中，暗反應(yīng)的CO2固定反應(yīng)“CO2+C5→2C3”會(huì)因CO2的供應(yīng)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(dá)到平衡后，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)的特點(diǎn)，此時(shí)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(shí)，暗反應(yīng)強(qiáng)度低，所需ATP和[H]少，限制了光反應(yīng)的進(jìn)行，光合速率最大的最大值比CO2濃度高時(shí)的最大值低，所需光照強(qiáng)度減小。

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

四、細(xì)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(guān)系是判斷細(xì)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(yīng)物、產(chǎn)物來(lái)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(wú)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(yīng)中的物質(zhì)的量的關(guān)系進(jìn)行判斷：不消耗氧氣，釋放二氧化碳，只進(jìn)行無(wú)氧呼吸；酒精量等于二氧化碳的量，只進(jìn)行無(wú)氧呼吸；二氧化碳的釋放量大于氧氣的吸收量，既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無(wú)氧呼吸，多余的二氧化碳來(lái)自于無(wú)氧呼吸；酒精量小于二氧化碳量，既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無(wú)氧呼吸，多余的二氧化碳來(lái)自于有氧呼吸。

（3）根據(jù)反應(yīng)場(chǎng)所來(lái)判斷：有氧呼吸的第一階段在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，第二、三階段在線粒體中；無(wú)氧呼吸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)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(dāng)題中出現(xiàn)吸收的O2量大于釋放的CO2量時(shí)，呼吸底物應(yīng)是脂肪而不是葡萄糖。命題主要以坐標(biāo)曲線圖、柱形圖、表格呈現(xiàn)CO2釋放量和O2吸收量之間的關(guān)系，或以酵母菌培養(yǎng)液、正在萌發(fā)的種子為實(shí)驗(yàn)材料，觀察實(shí)驗(yàn)裝置中有色液滴移動(dòng)的方向和刻度為題材進(jìn)行命題，試題難度較大。

【例4】下圖是驗(yàn)證酵母菌細(xì)胞呼吸類型的實(shí)驗(yàn)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(guān)敘述不正確的是 （ ）

A.若裝置1中的紅色液滴向左移，移動(dòng)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(jìn)行無(wú)氧呼吸，則裝置1中紅色液滴不移動(dòng)，裝置2中紅色液滴向右移

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

D.若酵母菌同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)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(shí)驗(yàn)材料，觀察呼吸裝置中紅色液滴移動(dòng)的方向?yàn)轭}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(jìn)行有氧呼吸，所以裝置1測(cè)量的是呼吸作用消耗的氧氣的量，故A項(xiàng)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(cè)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(dòng)，裝置2液滴右移，則表明所測(cè)生物只進(jìn)行無(wú)氧呼吸，故B項(xiàng)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(jìn)行有氧呼吸，則裝置1中紅色液滴不移動(dòng)，裝置2中紅色液滴應(yīng)該向右移，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；若酵母菌同時(shí)進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)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(xiàng)正確。

【答案】C

（作者單位：貴州省織金縣第五中學(xué)）