第3单元 素养提升1 光合作用和细胞呼吸的综合分析（word教参）-【导学教程】2025年生物新编高考大一轮总复习（人教版 多选）

突破一 分析光合作用和细胞呼吸过程的联系 1．图解光合作用和细胞呼吸的过程联系 (1)物质方面的联系 ①C：CO2有机物丙酮酸CO2。 ②H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O。 ③O：H2OO2H2OCO2(CH2O)。 (2)能量方面的联系 2．光合作用与细胞呼吸过程中NADH/NADPH和ATP的来源、去路 比较项目 来源 去路 NADPH 光合作用 产生于光反应中水的光解 用于暗反应中C3的还原 NADH 有氧呼吸 产生于第一、二阶段 消耗于第三阶段，与O2结合生成H2O ATP 光合 作用 产生于光反应阶段，其中的能量来自光能 用于暗反应过程中C3的还原 有氧 呼吸 三个阶段均能产生，第三阶段相对较多 用于各项生命活动 1．(2024·成都模拟)下图为绿色植物体内某些代谢过程中物质变化的示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示不同的代谢过程。下列相关叙述正确的是(　　) A．Ⅲ在第二阶段消耗水，第三阶段产生水 B．若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体干重将减少 C．Ⅰ过程中产生的O2参与Ⅲ的第二阶段反应 D．物质X是从叶绿体的基质移向类囊体薄膜的 解析：选A　由题图可知，图中Ⅲ表示有氧呼吸，其第二阶段消耗水，第三阶段产生水，A正确；Ⅰ为光合作用的光反应，Ⅱ为光合作用的暗反应，Ⅲ为有氧呼吸的代谢过程，若Ⅰ、Ⅱ过程的速率大于Ⅲ过程，植物体干重将增加，B错误；Ⅰ表示光合作用光反应，产生的O2参与Ⅲ有氧呼吸的第三阶段，C错误；物质X是ATP，从类囊体薄膜移向叶绿体基质，D错误。 2．(2024·枣庄模拟)图1为某绿色植物在最适温度下不同光照强度时CO2吸收量(和释放量)的变化曲线，图2为该植物叶肉细胞中两种细胞器中气体进出过程情况，以下叙述正确的是(　　) A．在图1中CD段限制光合速率增加的因素是CO2浓度和光照强度 B．图1在B点时该种植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率 C．P点时，图2中发生的生理过程是abcdef D．M点时，该植物根细胞中可以产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体 解析：选B　在图1中CD段随光照强度的增加，净光合速率不再增加，光照强度不再是影响光合速率增加的因素，由于温度已经是最适温度，所以限制光合速率增加的因素主要是CO2浓度；A错误；图1中B点时，该种植物叶肉细胞的光合速率与所有细胞的总呼吸速率相等，所以B点时该种植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，B正确；P点时，光合速率大于呼吸速率，图2中应该发生的生理过程是abcd，C错误；光照强度为M点时，该种植物光合速率大于呼吸速率，该种植物细胞中可以产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体、叶绿体，但是根细胞无叶绿体，D错误。 3．光合作用和细胞呼吸是高等植物的重要生命活动，结合有关知识回答下列问题： (1)在高等植物的光合作用中，Rubisco 是催化CO2固定的酶，由此分析，Rubisco 位于叶绿体的______，Rubisco 催化 CO2固定后的物质是_______________________________。 (2)为研究温度对某高等植物光合作用与细胞呼吸的影响，研究人员分别在黑暗和一定光照条件下进行了两组实验，结果如表所示 温度/℃ 5 10 20 25 30 35 黑暗中CO2释放速率/(mg·h－1) 0.5 0.8 1.0 2.3 3.0 3.5 光照下CO2吸收速率/(mg·h－1) 1.0 1.8 3.2 3.7 3.5 3.0 ①黑暗中进行实验时，应控制的无关变量有____________ (写出两点即可)。 ②光照下进行实验时，与 25 ℃ 相比，35 ℃时植物 CO2吸收速率下降的原因是______________________________________________________________________________。 (3)现用如图所示的装置来测量某高等植物幼苗的总光合速率，实验材料有某高等植物幼苗，供选择的实验试剂有 NaOH 溶液、 CO2缓冲液以及蒸馏水，写出实验思路。 解析　(1)CO2的固定发生在暗反应过程中，暗反应的场所是叶绿体基质，故Rubisco(催化 CO2固定的酶)位于叶绿体基质。Rubisco催化CO2固定后的物质是C3。(2)②黑暗中 CO2释放速率表示呼吸速率，光照下 CO2吸收速率表示净光合速率，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，由表可知，25 ℃和35 ℃时植物的总光合速率相差不大，而35 ℃时植物的呼吸速率明显大于25 ℃时的，因此，与25 ℃相比，35 ℃时植物吸收外界 CO2的速率降低。(3)该实验的目的是测量某高等植物幼苗的总光合速率。植物在光下既进行光合作用又进行呼吸作用，因此在光照条件下能测定出植物的净光合速率；在黑暗条件下植物只进行呼吸作用，因此在黑暗条件下可以测定出植物的呼吸速率，然后据总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 进行计算，具体实验思路见答案。 答案　(1)基质　C3　(2)①氧气浓度、空气湿度(合理即可)　②25 ℃和35 ℃ 时植物的总光合速率相差不大，而随温度升高，细胞呼吸速率加快，产生二氧化碳的速率增加　 (3)烧杯中加入 NaOH 溶液，在黑暗条件下观察记录液滴移动情况，以测定细胞呼吸速率；在烧杯中加入CO2缓冲溶液，在光照条件下观察记录液滴移动情况，以测定净光合速率，再将二者数值相加，获得总光合速率。 突破二 光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题 结合坐标曲线分析，光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题 4．(2024·衡阳八中检测)如图表示植物光合速率随光照强度改变的曲线，请分析并选出不正确的一项(　　) A．若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B点相应地向右移动 B．若增加二氧化碳浓度，B点左移，C点左移，D点向右上方移动 C．D点时，ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动 D．若图为阳生植物，则换为阴生植物，B点向左移动，D点向左下方移动 解析：选B　B点为光补偿点，此时光合作用与呼吸作用强度相等，若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动，A正确；若增加二氧化碳浓度，则光合作用强度增加，B点左移，C点右移，D点向右上方移动，B错误；D点时的光合作用强度最大，其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质，参与暗反应过程中三碳化合物的还原，C正确；若换为阴生植物，B点向左移动，D点向左下方移动，D正确。 5．将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如下图。 下列相关叙述，正确的是(　　) A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移 B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移 C．如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移 D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移 解析：选D　a点为CO2补偿点，光合作用强度等于细胞呼吸强度；b点为CO2饱和点。如果光照强度降低，则光合作用减弱，而呼吸作用不变，需要更多的CO2进行补偿，则a点右移；光合作用减弱，则CO2饱和点降低，b点左移。光照强度增加则相反，故D正确。 6．(2021·海南卷)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题： (1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是_________；除通气外，还需更换营养液，其主要原因是____________。 (2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是_______________。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在________点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B点的移动方向是_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14 h/10 h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度________；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量________。 解析　(1)用营养液培植生菜过程中，要定时向营养液通入空气，这样可以促进生菜根部细胞的有氧呼吸，保证生菜正常生长。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合速率，从而提高生菜的产量。B点对应的光照强度为光饱和点(达到最大光合速率所需的最小光照强度)，因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度。CO2是光合作用的原料，增大CO2浓度，可使光合速率加快，达到光饱和点所需的光照强度增大，因此，在培植区适当提高CO2浓度，B点将向右上方移动。(3)据题图可知，光合速率的最适温度为T5，而在实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，则光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低。若将培植区的温度从T5调至T6，则光合速率减小、呼吸速率增大，培植24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少。 答案　(1)促进生菜根部细胞的有氧呼吸　营养液中的无机盐在培植生菜过程中会被大量吸收，更换营养液可为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长 (2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合速率，从而提高生菜的产量　B　向右上方移动　(3)低　减少 突破三 植物光合速率和呼吸速率的日变化曲线分析 1．自然环境中，绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析 2．密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线分析 7．(2024·安徽质检)某同学将蝴蝶兰植株置于密闭透明的玻璃容器中，在某晴天检测并记录了不同时刻环境中的光合有效辐射(PAR，太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分)强度和密闭容器中 CO2浓度的变化，结果如图所示。下列相关分析正确的是(　　) A．9：00—11：00，CO2浓度的快速下降与环境温度无关 B．14：00 时，蝴蝶兰植株的光合速率达到峰值 C．13：00—15：00 时，蝴蝶兰植株的光合速率与呼吸速率基本相同 D．16：00 以后光照强度减弱，蝴蝶兰植株的 CO2释放速率下降 解析：选C　9：00～11：00，光合有效辐射快速升高，气温也升高，CO2浓度快速下降推测该时段 CO2浓度的快速下降与环境温度有关，A错误；13：00～15：00 时，CO2浓度基本不变，推测此时段蝴蝶兰植株的光合速率与呼吸速率基本相同，14：00时，蝴蝶兰植株的光合速率没有达到峰值，B错误，C正确；16：00 以后光照强度减弱，密闭容器中 CO2浓度升高，说明植株释放CO2的速率升高，D错误。 8．(2020·海南卷)在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。请回答下列问题： (1)据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是________；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度________。 (2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加，与10时相比，7时的光照强度弱，此时，影响光合作用的主要因素是光照强度，10时到12时，从图中分析可知，蔬菜的光合作用强度降低。(2)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加，当光照强度持续增加同时温度上升，部分气孔会关闭，导致植物从外界吸收二氧化碳受阻，植物暗反应受到限制，光合作用强度降低。(3)当温度升高后，与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低，光合作用强度降低，细胞呼吸有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度，呼吸速率上升，最终导致净光合速率降低，蔬菜的有机物积累减少，产量降低。 答案　(1)光照强度　降低　(2)B菜地光照强度过高，同时温度上升，导致蔬菜部分气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低　(3)C菜地的温度上升，光合作用有关酶活性下降，细胞呼吸有关酶活性增加，C菜地的净光合作用降低，产量下降，因此C菜地的蔬菜产量低于B菜地 突破四 真正光合速率和净光合速率的关系及其测定 1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的内在关系 (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。 2．光合速率的测定方法 (1)“液滴移动法”——测光合作用O2产生、CO2消耗的体积 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CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。 ②测定原理 A．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CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物吸收O2的速率，可代表呼吸速率。 B．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NaHCO3溶液保证了容器内CO2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O2释放速率，可代表净光合速率。 C．真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 ③测定方法 A．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。 B．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。 C．根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正的光合速率。 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。 (2)“黑白瓶法”——测透光、不透光两瓶中氧气的剩余量 “黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”透光，给予光照，测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下： ①总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸消耗量(强度)。 ②有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 ③没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。 (3)“半叶法”——测光合作用有机物的产生量 ①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。 ②计算：设被截取部分初始干重为M。 A．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。 B．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。 C．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。 (4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量 ①操作图示 ②结果分析 净光合速率＝(z－y)/2S；(S为叶圆片面积，下同) 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。 (5)“间隔光照法”——比较有机物的合成量 测定方法：光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量的NADPH和ATP不能及时被暗反应利用，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，再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，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。 (6)“叶圆片上浮法”——定性检测O2释放速率 ①实验原理 ②实验装置分析 A．自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 B．中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。 C．因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。 9．(2024·济宁模拟)利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是(　　) A．从图乙可看出，F植物适合在较强光照下生长 B．光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动 C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率相等 D．光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短 解析：选D　根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低，适合在较弱光照下生长，A错误；光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率，装置甲中E植物叶圆片会吸收装置中的氧气，使液滴左移，B错误；光照强度为3 klx时，E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等，但E植物叶圆片的呼吸作用强度大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生氧气的速率不相等，C错误；光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度，故此光照强度下，E植物叶圆片释放的氧气多，故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，D正确。 10．(2023·南昌二模)图甲是采用黑、白瓶法(黑瓶不透光)，分别测定某池塘夏季白天不同深度水层每小时的平均氧浓度变化曲线(不考虑微生物的影响)，纵轴表示水池深度(假定不同深度的水温不变)，横轴表示瓶中O2的变化量(g·m－2·h－1)；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图，下列选项不正确的是(　　) A．黑瓶中的水藻及水深4 m时白瓶中的水藻都不能进行光合作用，此时水藻产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体 B．白瓶在水深3 m时，O2的变化量为0，表明在此深度时，水藻的光合速率等于呼吸速率 C．若将白瓶水藻从2 m处移到3 m处，则一段时间内水藻细胞中C3的合成速率将升高 D．若图乙实验中将试管向右移，随着距离的增加，气泡产生速率下降 解析：选C　黑瓶中的水藻及水深4 m时白瓶中的水藻都不能进行光合作用，此时水藻只通过细胞呼吸产生ATP，场所为线粒体和细胞质基质，A正确；水深3 m时，O2的变化量为0，说明净光合速率为0，则光合速率等于呼吸速率，B正确；若将白瓶从2 m移到3 m处，光照强度变小，光合作用速率降低，所以C3的合成速率变慢，C错误；若图乙实验中将试管向右移，随着距离的增加，光照强度下降，则光合速率下降，气泡产生速率下降，D正确。 11．科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。 据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能________。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________(填“大于”“等于”或“小于”)S2。 解析　光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP。S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。 答案　大于　充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP　更快　等于 12．通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题： 在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内________；C与B的差值表示这段时间内________；A与B的差值表示这段时间内________。 解析　若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总放氧量。 答案　生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量 学科网（北京）股份有限公司 $$