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光合作用和呼吸作用综合计算

有关光合作用和呼吸作用的计算，主要是利用光合作用和呼吸作用的反应方程式，根据原料与产物之间的关系进行简单的化学计算。并通过正确理解净光合作用、实际光合作用和呼吸消耗之间的关系来对较复杂的问题进行解答。
一、光合作用呼吸作用综合计算中的反应式
光合作用总反应式： _________________________________________________
（以葡萄糖为产物时）:_________________________________________________

有氧呼吸的总反应式：
无氧呼吸的总反应式：

二净（表观）光合作用、实际（真正）光合作用和呼吸消耗之间的关系
1.黑暗下, 只进行细胞呼吸，不进行光合作用,有机物减少,植物不能生长.

2.弱光下：细胞呼吸速率大于光合作用速率N1=N2-N ，m2=m1-m 有机物减少,植物不能生长.

3.弱光情况下：细胞呼吸速率等于光合作用速率,无有机物生成, 植物不能生长.

4.较强光照时, 光合作用速率大于细胞呼吸速率, N1=N-N2 , m2= m-m1有机物增加,植物能生长

光合作用的指标是光合速率,通常以每小时每平方分米叶面及吸收CO2毫克数表示，
总（真）光合作用是指植物在光照下制造的有机物的总量（吸收的CO2总量）。
净光合作用是指在光照下制造的有机物总量（或吸收的CO2总量）中扣除掉在这一段时间中植物进行细胞呼吸所消耗的有机物（或释放的CO2）后，净增的有机物的量。
实际 (真正) 光合速率 = 净 (表观) 光合速率 + 呼吸速率

“生成量”、“合成量”、“同化量”、“制造量”等意思相同，都指实际 (真正) 光合作用
“CO2释放量”、“容器内CO2的增加量”意思相同
“O2吸收量”、“实验容器内O2的减少量”意思相同
“植物干量”、“有机物量”意思相同
三、净光合作用、实际光合作用和呼吸消耗的常见表示方法
1、净光合作用常用单位时间内CO2的____吸收/消耗/释放）量、O2的__________（吸收/消耗/释放）量或者 C6H12O6的__________（产生/消耗/积累）量来表示。
2、实际光合作用常用单位时间内CO2的__________（吸收/消耗/释放）量、O2的_________
（吸收/产生/释放）量或者 C6H12O6的__________（产生/消耗/积累）量来表示。
3、呼吸作用常用单位时间内CO2的__________（吸收/消耗/释放）量、O2的_________（吸收/产生/释放）量或者 C6H12O6的__________（产生/消耗/积累）量来表示。
例1：判断下面几种常见情况对应的是净光合作用、实际光合作用还是呼吸作用
（1）光照条件下封闭容器中测得的O2体积增多量
（2）积累的有机物的量
（3）有机物产物中能够转化为淀粉或者其它有机物的部分
（4）右图
（5）金鱼藻每天光合作用能够制造的氧气量
（6）暗处的CO2增多量
（7）实际测得的光合作用速率
四、光合作用和呼吸作用综合计算的解题步骤
1、仔细阅读，从题干中获取有用信息，并作上相应标记
2、看清问题，明确所求为净光合作用、实际光合作用还是呼吸作用
3、根据目的，选择合适的关系式和信息数据
4、带好单位，选择合适比例进行运算

注意：1、计算一天中的呼吸作用消耗，不要忘记光照条件下同样也有消耗
2、计算一昼夜的积累量时，务必看清光照和黑暗的时间各有多长
3、看清问题后所带的单位到底是g还是mg，L还是ml，mol还是mmol
4、进行单位换算时，若出现的条件是ml，最终所求为mg（即从体积换算成质量）时，宜先将体积换算成分子数，再根据分子数换算成质量

摩尔数(mol)

例2：在20℃时，测得氧气的产生量、释放量分别是560ml/min、336ml/min ，能用于合成淀粉或转化为其他有机物的葡萄糖量是__________________mol/min。

例3：将该绿色植物置于密闭玻璃罩内，在黑暗条件下，罩内CO2含量每小时增加了25mg；在充足光照条件下，罩内CO2含量每小时减少了50mg。据测定，上述光照条件下，光合作用每小时共合成葡萄糖60mg。若呼吸底物和光合产物均为葡萄糖，请回答：（保留2位小数）
① 该植物在光照条件下通过光合作用每小时共消耗CO2 mg。则该植物在光照条件下呼吸作用每小时产生CO2 mg。
② 若上述条件不变，该植物光照10小时，其余时间不给光照，则该植物一昼夜积累葡萄
糖 mg。

五、光合作用和呼吸作用综合计算坐标曲线图
① 当植物在某一光照强度条件下，进行光合作用所吸收的CO2与该温度条件下植物进行细胞呼吸所释放的CO2量达到平衡时，这一光照强度就称为光补偿点，这时光合作用强度主要是受光反应产物的限制。
② 当光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加或增加很少时，这一光照强度就称为植物光合作用的光饱和点，此时的光合作用强度是受暗反应系统中酶的活性和CO2浓度的限制。（如下图所示）

③当外界条件变化时，C02（光）补偿点移动规律如下：
a、若呼吸速率增加，C02（光）补偿点应右移。
b、若呼吸速率减小，C02（光）补偿点应左移。
c、若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，C02（光）补偿点应右移；条件的改变使光合速率增加时，C02（光）补偿点应左移。

例5：M
右图表示A、B两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量或CO2释放量的变化曲线。据图回答：
（1）比较A、B植物呼吸作用，较强的是
植物。当光照强度为0时，植物
细胞中可以产生ATP的场所有 。
（2）当光照强度达到Z点后，限制A植物光合作用的因素主要是__________ (答出两点)。如果在图中M点突然停止光照，短期内叶绿体内C3化合物的含量将会_________。
（3）当平均光照强度在X和Y之间（白天和黑夜的时间各为12h），A植物一昼夜中有机物积累量的变化是 （减少或增加），B植物一昼夜有机物积累量的变化是 （减少或增加）
（4）光照强度为Z时，A植物光合作用产生的葡萄糖为　　mg／（m2·h）。（保留两位小数）
（5）对B植物而言，假如白天和黑夜的时间各为12h，平均光照强度在 klux以上才能使CO2的吸收量超过CO2的释放量。

3．将状况相同的某种绿叶分成四等组，在不同温度下分别暗处理1h，再光照1h（光照相同），测其重量变化。得到如下表的数据。可以得出的结论是 （   ）
组  别
一
二
三
四
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后重量变化/mg
－1
－2
－3
－1
光照后与暗处理前重量变化/mg
+3
+3
3
+1
A、该植物光合作用的最适温度约是27℃ B、该植物呼吸作用的最适温度约是29℃
C、27℃～29℃下的净光合速率相等 D、30℃下的真正光合速率为2mg/h
答案与提示： 文字信息：暗处理1h测得数据为该温度下的呼吸速率；真正光合速率即总光合速率；光照后与暗处理前的重量变化是2小时的变化量。图表中信息可转换成下表
组别
27℃
28℃
29℃
30℃
呼吸速率（mg/h）
1
2
3
1
总光合速率（mg/h）
5
7
9
3
净光合速率（mg/h）
4
5
6
2
 答案：B

例2：对某植物测得如下数据：
30℃
30℃
15℃
一定强度的光照10h
黑暗下5h
黑暗5h
CO2减少880mg
O2减少160mg
O2减少80mg

若该植物处于白天均温30℃，晚上均温15℃、有效日照15h环境下，预测该植物1天24h中积累的葡萄糖为 （ ）
A．315mg B．540mg C．765mg ．1485mg
1．一密闭容器中加入葡萄糖溶液和酵母菌，1小时后测得该容器中O2减少24 mL，CO2
增加48 mL，则在1小时内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的(　　)
A．1/3 B．1/2 C．2倍 D．3倍
解析：有氧呼吸过程中每消耗1 mol葡萄糖生成6 mol CO2，同时消耗6 mol O2；无氧呼吸过程中每消耗1 mol 葡萄糖生成2 mol CO2，不消耗O2。由于在相同状况下，气体的体积比等于物质的量之比，则由“1小时后测得该容器中O2减少24 mL”可知，有氧呼吸产生24 mL CO2，无氧呼吸产生24 mL CO2，则在1小时内酒精发酵所消耗的葡萄糖量是有氧呼吸的3倍。
答案：D

3．对某植物作如下处理：(甲)持续光照20 min，(乙)先光照5 s后再黑暗处理5 s，连续交替40 min。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项(　　)
A．O2：甲＜乙，有机物，甲＝乙
B．O2：甲＝乙，有机物，甲＝乙
C．O2：甲＜乙，有机物，甲＜乙
D．O2：甲＝乙，有机物，甲＜乙
解析：给予植物间歇光照，光反应产物能被及时利用，光能利用率高，故在相同的光照时间内生成的O2量较多，有机物合成总量较多。
答案：C
4． 将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中。研究在10℃、20℃的温度条件下，分别置于黑暗和5 klx、10 klx条件下的光合作用和呼吸作用。结果如下图所示(横坐标为时间单位：小时)。

对以上结果分析正确的是，该叶片(　　)
A．20℃时的呼吸速率是10℃时的4倍
B．在10℃、5 klx的光照下，每小时光合作用产生的氧气量是3 mg
C．在5 klx光照下，10℃时积累的有机物比20℃时少
D．在20℃、10 klx光照下，每小时光合作用产生的氧气量是6 mg
解析：20℃时呼吸速率为2 mg/2小时＝1 mg/h,10℃时为1 mg/2小时＝0.5 mg/h，前者是后者的2倍。10℃、5 klx的光照下，每小时产生的O2量为6 mg/2＋1 mg/2＝3.5 mg。5 klx光照下，10℃时氧气释放速度为6 mg/2 h＝3 mg/h,20℃时为4 mg/2 h＝2 mg/h。20℃、10 klx光照下，每小时光合作用产生的氧气量是：(10 mg＋2 mg)/2＝6 mg。故只有D项正确。
答案：D
5．请回答下列有关光合作用的问题。
(1)光合速度受到温度、二氧化碳和光照强度的影响。其中，光照强度直接影响光合作用的________过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的________过程。
(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速度与光照强度和温度的关系。
①在温度为10℃、光照强度大于________千勒克司时，光合速度不再增加。当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克司时，光合速度的限制因素是______
②根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克司，温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度。

(3)丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。
①当在________千勒克司光照强度条件下，A、B两种植物的光合速度相同。
②A植物在光照强度为9千勒克司时，2小时单位叶面积可积累葡萄糖________mg。(计算结果保留一位小数。相对原子质量C—12，H—1，O—16)
③A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________千勒克司。
解析：(1)光是光反应的必要条件，光照强度直接影响光合作用的光反应过程。CO2
的固定发生在暗反应，CO2浓度直接影响光合作用的暗反应过程。(2)据甲图可知，温度为10℃，光强大于L1千勒克司时，光合速度不再增加；温度30℃光强小于L3千勒克司时，限制光合速度的因素是光照强度而不是温度。据甲图知光强为L2千勒克司，温度分别为10℃、20℃和30℃的光合速度分别为2、4、4，在乙图中标出。(3)由丙图知当光照强度为6千勒克司时，A和B植物光合速度都是6 mg/h，两种植物光合速度相同。A植物在光强为9千勒克司，2小时单位叶面积可积累葡萄糖为(8×2)/44×1/6×180＝10.9 mg。由图丙可知A植物每小时产生4 mg CO2，当光强为6千勒克司时，每小时吸收4 mg CO2，净积累量等于呼吸作用消耗量，当植物白天12小时，黑夜12小时，要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于6千勒克司。
答案：(1)光反应　暗反应
(2)①L1　光照强度　②如右图所示
(3)①6　②10.9　③6

.
思路:

例1 将某一绿色植物置于一个大型密封玻璃容器中，在一定条件下给予充足的光照，容器中二氧化碳的含量每小时减少了45mg；放在黑暗条件下，容器中二氧化碳每小时增加了20mg，据实验测定，这绿色植物在上述光照条件下，每小时制造葡萄糖45mg。请据此回答下列问题：
（1）在上述光照和黑暗条件下，这绿色植物的呼吸强度哪一个强？
（2）若在一昼夜给5h光照，19h黑暗的情况下，此植物体消耗葡萄糖__________mg，其有机物含量的变化是增加还是减少？

解析:
(1)“制造”葡萄糖45毫克应该是总光合量
依据光合作用总反应式,生成1摩尔的葡萄糖需要利用6摩尔的CO2 。葡萄糖的相对分子质量为180，6分子的CO2的相对分子质量为264。所以若X代表在光照条件下，每小时制造45mg葡萄糖所利用的CO2的质量，
      则180/264=45/X，X=66mg。
   每小时制造45mg葡萄糖所利用的二氧化碳的量为66mg。
      根据给出的已知条件：充足的光照，容器中CO2含量每小时减少45mg，用于光合作用。由于每小时制造45mg葡萄糖需要66mg的CO2 ，所以还有21mg的CO2来自自身呼吸作用产生的（66mg-45mg=21mg）。
     在黑暗条件下，容器中CO2每小时增加了20mg。此时不能进行光合作用，只能进行呼吸作用。在光照条件下，绿色植物既能进行光合作用，又能进行呼吸作用，每小时呼吸作用产生的CO2为21mg。
      相比之下，说明绿色植物在光照条件下呼吸强度大。

(2) 在光照条件下，每小时呼吸作用产生21mg二氧化碳，可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄糖多少毫克：180/264＝Y/21，消耗葡萄糖约为14.32mg。光照5小时，呼吸作用消耗葡萄糖约为71.6mg(14.32mg×5)。
在黑暗条件下，每小时呼吸作用产生20mg二氧化碳，可依据有氧呼吸的总反应式推算出每小时消耗葡萄糖多少毫克：180/264＝Z/20，消耗葡萄糖约为13.64mg。黑暗19小时，呼吸作用消耗葡萄糖约为259.16mg(13.64mg×19)。所以此植物一昼夜共消耗葡萄糖约为330.76mg(71.6mg+259.16mg)。
在光照条件下，每小时制造45mg葡萄糖，5小时共制造225mg葡萄糖。一昼夜共消耗约330.76mg的葡萄糖，所以在此种条件下，有机物的含量在减少。
2．将某绿色植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用和呼吸作用的影响（其余的实验条件是理想条件），实验以CO2的吸收量和释放量为指标。实验结果如下表所示。
温度（0℃）
5    
10     
15     
20    
25   
30   
35  
光照下吸收CO2（mg/h）
1.00   
1.75    
2.5 0   
3.25  
3.75 
3.50 
3.00 
黑暗下释放CO2（mg/h）
0.5 0  
0.75    
1.00    
1.50  
2.25  
3.00 
3.00 
   下列对该表分析正确的是（    ）
A、昼夜不停地光照，温度在35℃时该植物不能生长。
B、昼夜不停地光照，该植物生长的最适温度是30℃。
C、每天交替进行12小时光照，12小时黑暗，温度均保持在20℃条件下该植物积累的有机物最多。
D、每天交替12小时光照，12小时黑暗，温度在30℃时，该值物积累的有机物是温度在10℃的2倍。
解析：文字信息：光照下吸收CO2的量为不同温度下实验测得值，表示净光合量；黑暗下释放CO2的量为相应温度的呼吸速率。读准上述两点关键信息，就有了正确解题思路：昼夜不停光照，35℃时，植物净光合量为吸收CO2  3.00mg/h，大于0，该植物能生长；昼夜不停照，25℃该植物净光合量最大（3.75mg/h），最适于生长发育；每天交替12小时光照，12小时黑暗，20℃时净积累有机物最多：（3.25—1.50）×12=21mg，其它温度下有机物净积累量均可算出；同样条件下，30℃时该植物积累有机物与10℃时积累有机物的比为：
（3.5-3.0）×12  /  (1.75-0.75)×12  =1  /2
正确答案：C
【例2】 现有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和二氧化碳的量如图所示（两种呼吸作用速率相等），在氧浓度为a时
A.酵母菌只进行发酵
B.67％的酵母菌进行发酵
C.33％的酵母菌进行发酵
D.酵母菌停止发酵

【解析】选B。本题考查有关细胞呼吸的计算。
由图中的氧浓度为a时读出酒精的摩尔数为6 mol，则无氧呼吸放出的CO2也为6 mol，而氧浓度为a时的二氧化碳释放总量为15 mol，因此有氧呼吸放出的CO2为
9 mol,所以酵母菌不可能只进行无氧发酵。
计算参与有氧和无氧呼吸的酵母菌的比例，实质是计算两种呼吸方式所消耗的C6H1206 的量。无氧呼吸消耗的葡萄糖量，可由C6H1206→2C2H50H列式计算1/x=2/6，得x=3(mol)；有氧呼吸消耗的葡萄糖量，可据有氧呼吸反应式C6H1206→6C02列式1/y=6/9，得y=1.5(mol)，则无氧发酵所占比例为3/(3+1.5)=67％

【例2】 (2008·宁夏高考) 将长势相同、数量相等的甲、乙两个品种的大豆幼苗分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内，在光照、温度等相同且适宜的条件下培养，定时测定玻璃罩内的CO2含量，结果如图。据图回答：

⑴0～25min期间，影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是________________含量。
⑵乙植株比甲植株固定CO2的能力________________。
⑶0～15min期间植株释放O2速率的变化趋势是________
________________
⑷30～45min期间两个玻璃罩内CO2含量相对稳定的原因是____________________________。
【解析】本题考查光合作用和呼吸作用的相互关系。植物光合作用大于呼吸作用时，植物吸收CO2释放氧气，使得玻璃罩内CO2逐渐减少。题干中已强调在光照、温度相同且适宜，所以可以考虑影响甲乙两种植物光合强度的因素为CO2，随着CO2浓度减小，光合速率逐渐减小。
答案：⑴CO2　　⑵强　　⑶减慢　　　⑷植物呼吸作用释放CO2的量与其光合作用消耗CO2的量相等（或呼吸速率与光合速率相等）
【例3】将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中。研究在10℃、20℃的温度下，分别置于5 000 1x、
20 000 lx光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用。结果如图所示。

(1)该叶片的呼吸速率在20℃下是10℃下的______倍。
(2)该叶片在10℃,5000 lx的光照条件下，每小时光合作用所产生的氧气总量是_____________mg。
(3)该叶片在20℃ ,20 000 lx的光照条件下，如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为______________mg。
【解析】（1）（2）绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，消耗氧气，产生二氧化碳；而光合作用消耗二氧化碳，释放氧气，且只有在光照条件下才能进行在光照的条件下，两者互为原料、产物。表现为：光合作用氧气产生量＝光合作用氧气释放量＋细胞呼吸氧气吸收量；光合作用二氧化碳的净吸收量＝光合作用二氧化碳的吸收量-细胞呼吸二氧化碳的释放量。
（3)分三步进行：
①读图，每小时释放的O2量＝6+1.5=7.5 mg;
②根据光合作用的反应式，产生1 mol的葡萄糖，释放6 mol的氧气，两者比为1:6;
③根据质量可列式计算：x＝180×(7.5÷6)/32 =7.03 mg.
答案：(1)3 (2)4.5 (3)7.03
例5：影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，请据下图分析：

1）图A中代表温度与CO2浓度的影响曲线依次是编号 和 。温度主要通过影
响 来影响光合作用强度。
2）图B中，当光照强度为10千勒克斯时，影响光合作用效率的环境限制因素是 。
3）图B中，在光照强度为 千勒克斯时，两种温度条件下的合成有机物的速率是相同的。当光照强度为8，温度为25℃时，该绿色植物2小时积累葡萄糖的量是 克。
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