专题2 考点3 细胞呼吸与光合作用的过程分析-【步步高】2024年高考生物大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

考点三　细胞呼吸与光合作用的过程分析 1．细胞呼吸与光合作用的过程图解 特别提醒　有关细胞呼吸与光合作用的7个易错点 (1)线粒体只能利用丙酮酸和[H]，不能利用葡萄糖。 (2)真核生物细胞并非都能进行需氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行厌氧呼吸。 (3)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行需氧呼吸，如蓝细菌、硝化细菌等，因为其细胞中含有与需氧呼吸有关的酶。 (4)需氧呼吸与厌氧呼吸的第一阶段产生的[H]用途不同：前者在电子传递链的末端与O2结合生成水，后者把丙酮酸还原成乳酸或把乙醛还原为乙醇。 (5)光合作用中光反应和碳反应不是独立的，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。 (6)光合作用的场所不一定为叶绿体，在原核生物中为附着光合色素的光合膜。 (7)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。 2．光合作用与细胞呼吸中物质及能量转化 (1)光合作用和需氧呼吸中各种元素的去向 C：CO2有机物丙酮酸CO2 H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O O：H2OO2H2OCO2有机物 (2)光合作用与需氧呼吸中NADPH、[H]和ATP的来源、去路 项目 来源 去路 光合作用NADPH 光反应中水的光解 用于碳反应中三碳酸的还原 需氧呼吸[H] 需氧呼吸的第一、二阶段 用于需氧呼吸第三阶段，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 用于碳反应过程中三碳酸的还原，其中的能量转变成有机物中稳定的化学能 需氧呼吸 三个阶段均能产生，但第三阶段中产生的相对较多 用于各项生命活动(光合作用的碳反应除外) 3．“三率”的表示方法 (1)真正光合速率的表示方法：光照条件下，单位时间单位叶面积产生O2的量；单位时间单位叶面积固定CO2的量；单位时间单位叶面积产生糖的量。 (2)表观光合速率的表示方法：光照条件下，单位时间单位叶面积释放O2的量；单位时间单位叶面积吸收CO2的量；单位时间单位叶面积积累糖的量。 (3)呼吸速率的表示方法：黑暗条件下，单位时间单位叶面积消耗O2的量；单位时间单位叶面积产生CO2的量；单位时间单位叶面积消耗糖的量。 (4)真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。 4．呼吸速率和表观(净)光合速率测定的常用方法 (1)液滴移动法(气体体积变化法) 特别提醒　①在测定了表观(净)光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，即“真正(总)光合速率”。②物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与两装置相比，不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。 (2)黑白瓶法 “黑白瓶”问题是一类通过表观(净)光合作用强度和需氧呼吸强度推算真正(总)光合作用强度的试题，题中“黑瓶”不透光，测定的是需氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是表观(净)光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： 5．光饱和点和光补偿点的分析 (1)植株的光补偿点不同于叶肉细胞的光补偿点。 (2)光补偿点的两种生理状态及例析： ①整个植株：光合作用强度＝细胞呼吸强度。 ②叶肉细胞：光合作用强度>细胞呼吸强度。 ③图甲若代表松树的一个叶肉细胞，当它处于图乙中B点时，此时的光强度小于松树的光补偿点。当松树处于图乙中B点时，它的一个叶肉细胞中O2和CO2的扩散方向分别对应于图甲中b、f和a、e。 特别提醒　(1)植株≠叶肉细胞：密闭小室中气体变化是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合作用与细胞呼吸综合影响的结果。当密闭小室中CO2(或O2)初测值与末测值相等时： (2)光合作用与细胞呼吸曲线(上图乙)中的“关键点”移动 ①光补偿点的移动 a．呼吸速率增加，其他条件不变时， 使净光合速率下降，则△BCD减小，光补偿点B应右移，反之左移。 b．呼吸速率基本不变，相关条件改变时，使净光合速率增大，则△BCD增大，光补偿点B应左移，反之右移。 ②光饱和点的移动 a．相关条件的改变(如增大CO2浓度)使净光合速率增大时，则△BCD增大，光饱和点C应右移(D点右上移)；反之，移动方向相反。 b．相关条件的改变(如光强度减弱)使净光合速率减小时，则△BCD减小，光饱和点C应左移(D点左下移)；反之，移动方向相反。 1．(2023·浙江1月选考，16)为探究酵母菌的细胞呼吸方式，可利用酵母菌、葡萄糖溶液等材料进行实验。下列关于该实验的叙述，正确的是(　　) A．酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是本实验的自变量 B．酵母菌可利用的氧气量是本实验的无关变量 C．可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标 D．不同方式的细胞呼吸消耗等量葡萄糖所释放的能量相等 答案　C 解析　酵母菌用量和葡萄糖溶液浓度是实验的无关变量，A错误；氧气的有无是自变量，B错误；需氧呼吸不产生酒精，厌氧呼吸产生酒精和CO2，且比值为1∶1，因此可选用酒精和CO2生成量作为因变量的检测指标，C正确；等量的葡萄糖需氧呼吸氧化分解彻底，释放能量多，厌氧呼吸氧化分解不彻底，大部分能量还储存在乙醇中，释放能量少，D错误。 2．(2020·浙江7月选考，25)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(　　) A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率 B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大 C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似 D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中AB段对应的关系相似 答案　A 解析　测得的植物叶片的光合速率是叶片的真正光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是叶片的真正光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，导致一部分色素被破坏，消耗的二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运送到花瓣，在叶片中积累，导致光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似，D错误。 思维延伸——判断与填充 (1)细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体嵴上进行(2020·浙江7月选考，6)(　×　) (2)人体骨骼肌细胞产生的乳酸可运至肝细胞再生成葡萄糖(2017·浙江4月选考，13)(　√　) (3)黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATP(2017·浙江11月选考，26)(　×　) (4)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a(2019·海南，9)(　×　) (5)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)(　×　) (6)以CO2浓度变化为例分析一段时间内光合作用中的两物质变化，如图： 推断图中甲物质是三碳酸，乙物质是五碳糖；二者关系是三碳酸是五碳糖的两倍；bc段甲物质浓度降低的原因：降低CO2浓度，抑制碳反应过程中CO2的固定，而三碳酸的还原仍在进行，导致三碳酸含量下降。 题组一　考查需氧呼吸与厌氧呼吸的比较及相关计算 1．(2023·金华高三联考)人体剧烈运动时，同时存在需氧呼吸和厌氧呼吸。下列叙述正确的是(　　) A．这两种呼吸产生的[H]，前者是还原O2，后者是还原丙酮酸 B．剧烈运动时所需能量主要来自厌氧呼吸 C．这两种呼吸类型的每个阶段都能产生ATP D．这两种呼吸第一阶段相同，第二阶段都有CO2放出 答案　A 解析　需氧呼吸在第一、二阶段产生[H]，在第三阶段[H]与O2反应生成水；厌氧呼吸在第一阶段产生[H]，在第二阶段[H]与丙酮酸反应生成乳酸，A正确；厌氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量，远远不能满足剧烈运动的需要，所以能量主要来自需氧呼吸，B错误；厌氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量，形成少量ATP，而需氧呼吸的三个阶段都能产生ATP，C错误；这两种呼吸的第一阶段相同，需氧呼吸第二阶段有CO2放出，人体肌肉细胞厌氧呼吸的第二阶段只产生乳酸，不产生CO2，D错误。 2．向盛有5%葡萄糖溶液的锥形瓶中加入适量酵母菌，在不同氧气浓度条件下测得相同时间内酵母菌产生的乙醇和CO2的量如图所示，据图分析，下列叙述不合理的是(　　) A．氧浓度为a时，酵母菌细胞呼吸合成ATP的场所只有细胞溶胶 B．氧浓度为b时，丙酮酸中的碳元素可在线粒体基质转移到CO2和乙醇中 C．氧浓度为c时，酵母菌需氧呼吸消耗的葡萄糖量是厌氧呼吸消耗的1/2 D．氧浓度为d时，细胞呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧气结合生成水 答案　B 解析　氧浓度为a时，产生的乙醇量和CO2量相等，酵母菌只进行厌氧呼吸，细胞呼吸合成ATP的场所只有细胞溶胶，A合理；氧浓度为b时，需氧呼吸与厌氧呼吸并存，丙酮酸中的碳元素可通过需氧呼吸转移到CO2中，也可通过厌氧呼吸转移到乙醇和CO2中，后者发生在细胞溶胶，B不合理；氧浓度为c时，厌氧呼吸产生的乙醇量与CO2量相等，则需氧呼吸产生的CO2为15－6＝9 (mmol)，故需氧呼吸和厌氧呼吸消耗的葡萄糖分别为1.5 mmol、3 mmol，C合理；氧浓度为d时，乙醇量为0，酵母菌只进行需氧呼吸，故细胞呼吸产生的[H]在线粒体内膜上与氧气结合生成水，D合理。 方法技巧　“三看法”判断细胞呼吸的类型 3．(2023·杭州高三一模)在缺氧条件下，细胞中的丙酮酸可通过乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶的作用，分别生成乙醇和乳酸(如图)。下列有关细胞呼吸的叙述，错误的是(　　) A．酵母菌在缺氧条件下以乙醇发酵的形式进行厌氧呼吸，是因为细胞内含有乙醇脱氢酶 B．图中NADH为还原型辅酶Ⅰ，缺氧条件下在细胞溶胶中被消耗 C．消耗一分子葡萄糖的乙醇发酵比乳酸发酵多释放一分子CO2，故可产生较多ATP D．动物细胞中的葡萄糖可转化为甘油、氨基酸等非糖物质 答案　C 解析　据图可知，丙酮酸形成乙醇需要乙醇脱氢酶，酵母菌在缺氧条件下以乙醇发酵的形式进行厌氧呼吸，是因为细胞内含有乙醇脱氢酶，A正确；图中NADH为还原型辅酶Ⅰ，缺氧条件下细胞进行厌氧呼吸，在细胞溶胶中被消耗，B正确；乙醇发酵和乳酸发酵的第一阶段相同，且都只有第一阶段产生少量的ATP，消耗一分子葡萄糖的乙醇发酵比乳酸发酵多释放两分子的CO2，C错误。 题组二　考查光合作用的过程及外界条件变化的影响 4．(2023·浙江师大附中高三月考)下列①～④曲线图均表示光合作用与某些影响因素的关系。下列相关叙述错误的是(　　) A．图①中的X因素可表示CO2浓度 B．图②中Y因素可能代表N、P、K等必需元素 C．图③中，其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向左移动 D．图④中，当光强度小于c值时，限制光合速率增加的主要因素是光强度 答案　C 解析　CO2浓度与光合作用强度的关系：CO2需要达到一定量才能进行光合作用，在一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定程度后，光合速率不再增加，与图①曲线相符，A正确；N、P、K等必需元素的浓度与光合作用强度的关系：在一定范围内，增大必需元素的供应，可提高光合速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫，与图②曲线相符，B正确；图③中，b点表示光合速率等于呼吸速率，当植物缺Mg时，光合速率降低，只有增大光强度才能提高光合速率，才能等于呼吸速率，故b点将向右移动，C错误；图④中，当光强度小于c值时，随着光强度的增强光合速率逐渐增加，此时限制光合速率增加的主要因素是光强度，D正确。 5．如图甲为在一定浓度CO2缓冲液，其它最适合条件下培养的植物，图乙的a、b为培养过程中的一些相对值的变化。下列说法不正确的是(　　) A．若图乙表示图甲中植物叶肉细胞内三碳酸变化，则a到b可能是突然停止光照或光照减弱 B．若图乙表示图甲完全培养液中Mg2＋的浓度，由a到b的变化说明植物对Mg2＋的相对吸收速率小于对水分的相对吸收速率 C．若图乙表示图甲植物呼吸速率的变化，则可能是由照光改为遮光 D．若图乙表示图甲植物光合速率由a到b变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度 答案　C 解析　若图乙表示图甲中植物叶肉细胞内三碳酸的变化，则a到b表示三碳酸的含量增多，可能是突然停止光照或光照减弱，导致光反应产生的ATP和NADPH减少，三碳酸的还原减弱所致，A正确；若图乙表示图甲完全培养液中Mg2＋的浓度，由a到b表示Mg2＋的浓度上升，这说明植物对Mg2＋的相对吸收速率小于对水分的相对吸收速率，B正确；光照条件不会直接影响呼吸速率的变化，C错误；若图乙表示图甲植物光合速率由a到b变化，a到b表示光合速率加快，适当提高CO2缓冲液的浓度，可以加快光合速率，D正确。 方法技巧　不同条件下的物质含量变化的分析 (1)“过程法”分析C3(三碳酸)、C5(五碳糖)等物质含量变化 (2)连续光照和间隔光照下有机物合成量的分析 ①光反应为碳反应提供的NADPH和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，碳反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。 ②连续光照条件下，会造成对NADPH、ATP的利用不充分使其过度积累；光照和黑暗间隔条件下，NADPH、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，间隔光照处理比连续光照处理有机物的积累量要多。例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙。 题组三　考查真正(总)光合速率、表观(净)光合速率与呼吸速率的关系 6．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CO2的含量，结果如图。下列对此实验分析正确的是(　　) A．当甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率小于0 B．增大培养温度，玻璃罩中CO2含量下降更快 C．乙种植物比甲种植物有更强的固定CO2的能力 D．30 min后，甲、乙植物停止光合作用 答案　C 解析　由图可知，当甲种植物净光合速率为0时，乙种植物的曲线还在下降，说明其净光合速率大于0，A错误；由于实验条件为光照、温度等相同且适宜，若增大培养温度，光合速率和呼吸速率都会发生变化，因此玻璃罩中CO2含量不一定下降更快，B错误；乙种植物可利用更低浓度的CO2，说明乙种植物比甲种植物有更强的固定CO2的能力，C正确；30 min后，光合速率＝呼吸速率，说明光合作用并没有停止，D错误。 7．(2023·丽水高三二模)如图表示夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化曲线，据图分析，下列有关叙述正确的是(　　) A．一天中适当遮光均会显著增强净光合速率 B．b～M段叶肉细胞内合成ATP的场所只有细胞溶胶和线粒体 C．M点时叶肉细胞消耗的CO2量一般等于细胞呼吸产生的CO2量 D．e～f段净光合速率降低的原因是CO2吸收量减少影响碳反应所致 答案　D 解析　据图分析，在5：30至7：30之间，30%遮光时的净光合速率较不遮光的低，A错误；b～M段光合作用强度小于细胞呼吸强度，结合题图可知，此时该植物能进行光合作用，故b～M段叶肉细胞内合成ATP的场所有细胞溶胶、线粒体和叶绿体，B错误；M点时该植物体净光合速率等于0，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，其光合作用消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，C错误；图示为夏季时某植物体在不同程度遮光条件下的净光合速率，不遮光条件下，e～f段净光合速率降低，原因是该时间段内部分气孔关闭，CO2吸收量减少，影响碳反应所致，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$