必修1 第3单元 第4讲 细胞呼吸与光合作用的关系（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物一轮总复习（江苏专版）

第4讲　细胞呼吸与光合作用的关系 细胞呼吸与光合作用相互联系的考题，可全面考查结构与功能观、物质与能量观等生命观念，常受到高考命题者的青睐，在高考命题中考查频次较高。命题多借助图示模型或情境信息等进行考查，选择题、非选择题都是常见题型。本讲从“细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系”“真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系”“自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化”三个角度进行剖析，提高考生对细胞呼吸与光合作用的关系综合分析能力。 主题研习(一)　细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系 [典例导析] (2023·天津高考)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图，关于此图说法错误的是(　 ) A．HCO经主动运输进入细胞质基质 B．HCO通过通道蛋白进入叶绿体基质 C．光反应生成的H＋促进了HCO进入类囊体 D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应 听课随笔： [思维建模] 1．细胞呼吸和光合作用的联系(如图) (1)物质转化 C H O (2)能量变化 2．光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路 [应用体验] 1．科研人员用适宜光照条件下正常生长的水稻植株，进行同位素标记实验。下列有关叙述错误的是(　 ) A．提供HO，一段时间后，能在CO2中检测到18O B．提供HO，一段时间后，不能在有机物中检测到18O C．提供14CO2，则根细胞在缺氧状态下可能出现14C2H5OH D．提供14CO2，叶绿体中14C的转移途径大致是14CO2→14C3→(14CH2O) 2．[多选](2024·南通期末)如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法不正确的是(　 ) A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光 B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C3的还原 C．过程③既产生[H]也消耗[H] D．若过程①②的速率大于过程③的速率，则甘蔗植株的干重一定增加 3．线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图为叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题。 (1)叶绿体在__________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是________________。 (2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生________；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了_________个CO2分子。 (3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为__________中的化学能。 主题研习(二)　真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 [典例导析] (2021·北京高考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　 ) A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D．HT植株表现出对高温环境的适应性 听课随笔： [思维建模] (一)构建光合作用与细胞呼吸关系的模型 1．建构模型 2．模型解读 数学模型 代谢过程 物理模型 (对应过程) A点 只有细胞呼吸，无光合作用 c、d、g、h AB段 真正光合速率<呼吸速率 a、c、d、e、g、h B点(光补偿点) 真正光合速率＝呼吸速率 a、d、e、g B点以后 真正光合速率>呼吸速率 a、b、d、e、f、g C′点(光饱和点) 真正光合速率达到最大 a、b、d、e、f、g (二) 三种速率的判定方法及相关计算 1．判定方法 2．相关计算 (1)光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。 (2)光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。 (3)光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。 [应用体验] 题点(一)　光合速率和呼吸速率的关系 1．某生物兴趣小组测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗速率以及光照条件下单位时间内O2的释放速率，结果如图所示。下列说法正确的是(　 ) A．O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质 B．20 ℃时棉花植株的总光合速率最大 C．30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的2倍 D．40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失，光合作用停止 2．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是(　 ) A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等 B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多 C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少 D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等 题点(二)　三种速率在生产、生活中的应用 3．(2023·全国新课标卷)我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下： ①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放　②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理　③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏　④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长　⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理　⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物关于这些措施，下列说法合理的是(　 ) A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系 B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗 C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用 D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度 主题研习(三)　光合速率与呼吸速率的测定 [典例导析] (2024·衡水调研)图1为测定植物细胞呼吸强度和光合作用强度的常用装置，图2表示在相同环境条件下，Ⅰ、Ⅱ两种植物随着光照强度的变化，CO2吸收量的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题： (1)如果用图1中甲、乙装置测定植物光合速率，乙装置中X溶液为________________。X溶液的作用是__________________________。实验一段时间后，甲装置红色液滴右移距离为a，乙装置红色液滴右移距离为b，则这段时间内光合作用释放的氧气量为________(用液滴移动的距离表示)。 (2)图2中，光照强度为A时，植物Ⅰ净光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)植物Ⅱ真正光合速率，此时限制植物Ⅱ光合作用强度的内因有________________________(答两点)；若光照强度为B时，经12小时光照和12小时黑暗后植物Ⅰ比植物Ⅱ多吸收CO2______mg。 [思维建模] 1．光合速率与呼吸速率的测定方法 (1)液滴移动法 图 示 解 读 ①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。 ②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。 ③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率 (2)叶圆片称重法 图 示 解 读 测定单位时间、单位面积叶片中有机物的变化量(S为叶圆片面积)。 ①净光合速率＝(z－y)/2S； ②呼吸速率＝(x－y)/2S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S (3)黑白瓶法 图 示 解 读 “黑白瓶法”是通过净光合作用强度和呼吸作用强度推算总光合作用强度的方法，其中“黑瓶”不透光，测定的是呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下： ①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为呼吸量；白瓶中氧气的增加量为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。 ②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即总光合作用量 (4)半叶法 图 示 解 读 ①将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不作处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。 ②一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率 2．实验设计中的注意点 变量的 控制手段 如光照强度的强弱可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节 对照原则 的应用 不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行实验，而应该用一系列装置进行相互对照 相关数值 的判定 无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用速率”值 [应用体验] 1．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，利用装置图甲，进行光合速率测定。图乙是利用装置图甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述不正确的是(　 ) A．从图乙可看出，F植物适合在较弱光照下生长 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，液滴左移 C．光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O2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 2．(2024·厦门模拟)研究者将对称叶片一半遮光，另一半照光处理。经过一段时间后，在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片，烘干称重，用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响，下列说法正确的是(　 ) A．遮光处理后，短时间内叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低 B．照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP＋与电子和H＋结合 C．照光处理与遮光处理后叶片的干重差是由呼吸作用引起的 D．要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重 3．下表是采用黑白瓶法测定的夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度，并进行比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　 ) 水深/m 1 2 3 4 白瓶中O2浓度/(g·m－3) ＋3 ＋1.5 0 －1 黑瓶中O2浓度/(g·m－3) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5 A．水深1 m处白瓶中水生植物24小时制造的O2为3(g·m－3) B．水深2 m处白瓶中水生植物不能进行水的光解但能进行C3的还原 C．水深3 m处白瓶中水生植物产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体 D．水深4 m处白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用 主题研习(四)　自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化 [典例导析] [例1]　(2022·全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　 ) A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率 B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定 C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率 D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率 听课随笔： [例2]　(2024·南京师大附中模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图，下列关于该图的叙述错误的是(　 ) A．a点产生的原因是夜间温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少 B．开始进行光合作用的点是b点，结束光合作用的点是m点 C．光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点，有机物积累量最大的点是m点 D．de段下降的原因是部分气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱 听课随笔： [思维建模] 1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线 MN和PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少 N～P 光合作用与呼吸作用同时进行 NA和EP 清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少 A点和E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变 A～E 光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加，环境中CO2量减少，O2量增加 BC 叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象 E点 光合作用产物的积累量最大 一昼夜有机物的积累量(用CO2表示)＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2) 2．密闭小室内O2浓度、CO2浓度与时间的关系 [应用体验] 1．(2024·成都模拟)某禾本科植物有甲、乙两个品种，在夏季某晴朗的一天对这两个品种不同时间段的净光合速率进行测定，结果如图所示。下列分析错误的是(　 ) A．10～12时两种植物的净光合速率均有所下降的原因可能是气孔关闭影响了暗反应 B．16～18时两种植物的净光合速率均有所下降的原因可能是光照强度下降影响了光反应 C．8～18时两种禾本科植物叶肉细胞的光合速率均大于呼吸速率 D．由于16时两种植物的净光合速率达到最大，因此此时有机物积累量也达到最大 2．(2024·广州一模)为测定某植物的光合速率，某同学将该植物放入如图甲所示装置中，在光合作用最适温度下进行培养，然后测量不同时段密闭的透明玻璃罩内植物的O2释放速率，结果如图乙所示。下列说法不正确的是(　 ) A．若培养液中缺少镁元素，t1～t2时间段会延长 B．在t5时适当升高温度，植株光合速率将会进一步加快 C．在t4时向玻璃罩内适量补充CO2会加快植株的光反应速率 D．在t3～t4阶段，O2释放速率降低的主要原因是玻璃罩内CO2含量下降 12 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $$