15 必修1 第二单元 素养加强课2 光合作用和细胞呼吸综合的分析-【名师导航】2025年高考生物一轮总复习讲义（人教版）

提升点1　光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系 1．物质名称：b.O2，c.ATP，d.ADP，e.NADPH，f.C5，g.CO2，h.C3。 2．生理过程及场所 序号 ① ② ③ ④ ⑤ 生理 过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段 场所 叶绿体 类囊体 的薄膜 叶绿体 基质 细胞质 基质 线粒体 基质 线粒体 内膜 3．物质方面 C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2 O：H2OO2H2OCO2有机物 H：H2ONADPHC6H12O6[H]H2O 4．能量方面 光能ATP和NADPH中活跃的化学能 C6H12O6中稳定的化学能 1．(2023·广东广州模拟)下图是绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸的过程及其关系图解，其中，A～D表示相关过程，a～e表示有关物质。据图判断，下列相关说法正确的是(　　) A．图中B、C、D过程可以在整个夜间进行 B．有氧呼吸和无氧呼吸共有的过程是D C．图中a、c都是在细胞质基质中产生的 D．A、C、D过程产生的ATP用于生物体的各项生命活动 2．(2023·茂名二模)如图所示是某生物的体内某个细胞代谢图，有关叙述正确的是(　　) A．甲、乙分别表示叶绿体和线粒体，该生物一定为高等植物 B．甲、乙中所示的物质与能量处于平衡状态，该生物一定能存活 C．该生物细胞将光能转化为化学能一定与甲有关 D．该生物用于光合作用暗反应阶段的ATP可以来自乙 提升点2　真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系及其速率测定 1．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和细胞呼吸速率的关系 (1)内在关系 ①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③真正(总)光合速率＝表观(净)光合速率＋细胞呼吸速率。 (2)判定方法 ①根据坐标曲线判定 a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，则该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表表观(净)光合速率，如图甲。 b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正(总)光合速率，如图乙。 ②根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 表观(净)光合速率 真正(总) 光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量(植物)、 减少量(环境) 利用量、固定 量、消耗量 O2 吸收量(黑暗)、 消耗量(黑暗) 释放量(植物)、 增加量(环境) 产生量、生成量、 制造量、合成量 葡萄糖 消耗量(黑暗) 积累量、 增加量 产生量、生成量、 制造量、合成量 2．光合速率的测定方法 (1)气体体积变化法——测定气体的变化量 注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。 ①甲装置在黑暗条件下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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。 ②乙装置在光照条件下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，因此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。 ③总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。 ④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，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)叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量 ①操作图示 ②结果分析 a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。 b．呼吸速率＝(x－y)/2S。 c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 (3)半叶法——测定光合作用有机物的制造量 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)黑白瓶法——测水中溶氧量的变化 注：瓶中O2充足，不考虑无氧呼吸。 1．(2023·广东模拟)光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量与光合作用中吸收的光能的比值。某研究人员将密闭容器内的某绿色植物先经黑暗再经恒定光照处理，容器内氧气的变化量如图所示(光照对呼吸作用的影响可忽略不计)。下列说法错误的是(　　) A．C点时该植物叶肉细胞中合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质 B．A点以后的短时间内，叶绿体内C5含量将增加 C．5～15 min内，该植物光合作用产生O2的平均速率是5×10-8 mol/min D．农业生产中使用农家肥主要是通过提高光合作用效率来提高产量的 2．(2023·山东菏泽期末)用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(单细胞藻类)，得到4组培养液，将培养液置于4种不同温度下(t1<t2<t3<t4)，在光下和黑暗条件下测定培养瓶中氧气的含量变化，得到如图的数据。下列说法错误的是(　　) A．t1黑暗条件下，绿藻细胞产生ATP的场所为细胞质基质和线粒体 B．t2光照条件下绿藻细胞群体光合作用每小时产生的氧气量为6 mg C．t3条件下的光下O2增加值比t4高，这与t3温度下的呼吸速率比t4低有关 D．t4条件下绿藻细胞群体的净光合速率与呼吸速率相等 3．(2022·广东深圳模拟)如图表示在最适温度一定CO2浓度的条件下，光照强度对某植物光合速率的影响，纵坐标表示该植物O2吸收速率的变化曲线。下列说法正确的是(　　) A．A数值的大小表示该植物的呼吸速率，升高温度会使该数值变大 B．若适当地增加CO2浓度，则会引起B点左移 C．光照强度为8时，该植物产生O2的速率为8 mg/h D．影响CD段光合速率的环境因素主要为温度和CO2浓度 提升点3　光呼吸、C3、C4植物和CAM植物 1．光呼吸 (1)光呼吸的实质 ①是所有进行光合作用的细胞在光照、高O2低CO2情况下发生的一个生化过程。 ②是光合作用一个损耗能量的副反应。 ③此过程中消耗O2，生成CO2。 (2)光呼吸过程图解 (3)光呼吸与一般有氧呼吸的比较 比较项目 光呼吸 一般有氧呼吸 与光的关系 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 反应条件 光照、高O2低CO2环境 —— 底物 乙醇酸和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 产物 CO2 CO2和水 发生部位 叶绿体、线粒体 细胞质基质、线粒体 (4)光呼吸产生的原因 ①内因：Rubisco是一种兼性酶，具有催化羧化反应(C5＋CO2→2C3)和加氧反应(C5＋O2→C3＋C2)两种功能。 ②外因：高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 2．C3植物和C4植物 (1)C3植物和C4植物的含义 根据光合作用碳元素同化的最初光合产物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物两类，常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 (2)光合作用C4途径产生的原因 C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶(对CO2有很强的亲和力)，可把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来。 (3)C3和C4植物光合作用途径的比较 项目 CO2 受体 CO2固定 后产物 CO2固定 场所 光反应 场所 暗反应 场所 植物 RuBP (C5) PGA (C3) 叶肉细胞叶绿体 叶肉细胞叶绿体基粒 叶肉细胞叶绿体基质 植物 PEP (C3) RuBP (C5) PGA (C3) OAA (C4) 叶肉细胞细胞质基质、维管束鞘细胞 叶绿体 叶肉细 胞叶绿 体基粒 维管束鞘细胞叶绿体基质　 3．CAM植物 (1)CAM途径的含义 景天科植物夜间将吸收的CO2固定在苹果酸(C4)中，白天苹果酸分解释放CO2参与光合作用的过程。 (2)CAM途径过程图解 (3)CAM途径的意义 白天气孔关闭，减少蒸腾作用，保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用；夜晚开放气孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物适应高温干旱环境。 1．(2023·广东茂名检测)研究发现，水稻叶肉细胞在强光、高浓度O2条件下，存在吸收O2，释放CO2的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸，具体过程见下图。请分析回答： (1)据图推测，水稻叶片中消耗O2的具体场所有________________________。若突然停止光照，短时间内C5的含量将________(填“增加”或“减少”或“不变”)。 (2)若用放射性同位素14C标记C5，则在正常细胞光呼吸过程中的转移途径为C5→____________________，参与该过程的细胞结构有__________________。 (3)当环境中CO2与O2含量比值________(填“偏高”或“偏低”)，叶片容易发生光呼吸。光呼吸的存在会明显降低水稻产量，原因是____________________ _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)我国科研团队通过多基因转化技术将GLO(乙醇酸氧化酶)基因、OXO(草酸氧化酶)基因和CAT(过氧化氢酶)基因导入水稻叶绿体基因组，构建一条新的光呼吸代谢支路(简称GOC支路)，显著提高了水稻的光合效率。请你阐明GOC工程水稻株系产量提高的机制：___________________________________________ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 2．(2023·山东济南一模)落地生根是多年生的草本植物。其叶片白天气孔关闭，晚上气孔开放吸收固定CO2，下图是其叶肉细胞发生的生理过程，实线代表白天发生的物质变化，虚线代表晚上发生的物质变化。G6P、PEP、OAA分别指葡萄糖­6­磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸。据图分析，回答下列问题： (1)落地生根叶肉细胞内CO2固定的直接产物是____________________。 (2)落地生根叶肉细胞液泡中pH白天高于晚上，其原因是____________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________。 细胞呼吸也可以产生PEP，PEP固定CO2需要PEP羧化酶，推测该酶在一昼夜中活性变化是________________________。 (3)落地生根生长缓慢，每天的光合产量极低的主要原因是_________________ _____________________________________________________________________。 (4)某同学想设计一个简单的实验，测量落地生根植物叶片的呼吸速率，应该注意的事项是_________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ________________________________________________________(至少答两条)。 3．(2023·湖南选择性考试)下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L-1(Km越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L-1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过________长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是___________________________________________________________ _____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 1 / 11 学科网（北京）股份有限公司 素养加强课2　光合作用和细胞 呼吸综合的分析 提升点1 素能训练 1．B　[图中A、B分别表示光反应阶段、暗反应阶段，C表示有氧呼吸的第二、三阶段，D表示有氧呼吸的第一阶段；a～e分别表示H2O、O2、CO2、NADPH和ATP。细胞有氧呼吸的各个阶段在有光和无光条件下都可进行，光合作用暗反应的进行需要光反应提供的NADPH和ATP，因此不能长时间在黑暗条件下进行，A错误；葡萄糖氧化分解成丙酮酸是有氧呼吸和无氧呼吸共有的阶段，B正确；图中的H2O(a)在有氧呼吸第三阶段(场所是线粒体内膜)产生，CO2(c)在有氧呼吸第二阶段(场所是线粒体基质)产生，C错误；光反应阶段产生的ATP全部用于叶绿体内的生命活动，D错误。] 2．C　[甲可利用CO2合成有机物，为叶绿体；乙可利用O2产生CO2进行有氧呼吸，为线粒体，该植物不一定是高等植物，如有些低等植物中也有叶绿体与线粒体，A错误。如图只有能够进行光合作用的细胞物质与能量处于平衡状态，但是植物细胞还有不进行光合作用的细胞，则整株植物的光合速率小于呼吸速率，则该生物不能存活，B错误。光合作用将光能转化为化学能，场所在叶绿体，C正确。该生物用于光合作用暗反应阶段的ATP只能来自光反应(甲)，D错误。] 提升点2 素能训练 1．C　[C点时在黑暗条件下，植物叶肉细胞只进行呼吸作用，因此合成ATP的场所有线粒体和细胞质基质，A正确；A点以后的短时间内，光照增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，叶肉细胞的叶绿体内C3被还原增多，产生的C5量增加，B正确；结合图示可知，黑暗下氧气量的变化量为呼吸速率，为(5×10-7 mol－4×10-7 mol)÷5＝2×10-8 mol/min，在5～15 min内，净光合速率为(8×10-7 mol－4×10-7 mol)÷10＝4×10-8 mol/min，该植物光合作用产生氧气的平均速率即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4×10-8 mol/min＋2×10-8 mol/min＝6×10-8 mol/min，C错误；农家肥中富含有机物，可以被分解者分解，产生的无机盐和CO2可以被植物吸收利用，增强光合作用，增加光合产物量，D正确。] 2．B　[黑暗中O2消耗值为细胞呼吸量，光下O2增加值为净光合量。t2光照条件下绿藻细胞群体光合作用产生氧气的量为总光合量，应为6＋4＝10 mg/h。] 3．B　[A数值的大小表示该植物的呼吸速率，由题干可知为最适温度，所以升高温度会使呼吸速率下降，该数值变小，A错误。大气CO2浓度一般低于最适CO2浓度，若适当地增加CO2浓度会使光合速率提高，则B点左移，B正确。光照强度为8时，该植物产生O2的速率＝呼吸速率＋净光合速率＝4＋8＝12 mg/h，C错误。影响光合作用速率的因素主要有温度，光照强度、CO2浓度。题图中是在最适温度下，CD点后曲线保持水平不变，故此时限制此植物光合作用速率的主要环境因素是CO2浓度，D错误。] 提升点3 素能训练 1．(1)线粒体内膜和叶绿体基质　减少　(2)乙醇酸→乙醛酸→甘氨酸→CO2　叶绿体、过氧化物酶体、线粒体　(3)偏低　O2竞争性的与Rubisco酶结合，导致其催化CO2与C5的固定过程减弱，光合作用合成的有机物减少　(4)GOC型水稻光呼吸产生的部分乙醇酸能直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，提高叶绿体中CO2浓度，从而抑制光呼吸，提高植物的光合效率，使水稻增产 2．(1)草酰乙酸(OAA)、三碳化合物(C3)　(2)晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸分解释放的CO2用于光合作用　白天活性减弱，晚上活性增强　(3)PEP含量有限，固定CO2后形成的苹果酸较少　(4)晚上进行；测量单位时间、单位面积内该植物叶片氧气的吸收量；选取不同的时间段，多次测量求平均值 3．(1)3-磷酸甘油醛　蔗糖　维管组织　(2)高于　高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸　(3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；有机物在叶绿体中积累较多 $$