2027届高三人教版生物一轮复习讲义第14讲　光合作用和细胞呼吸的关系

第14讲　光合作用和细胞呼吸的关系 考点一　光合作用和细胞呼吸的关系 知|识|巩|固 1．细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系 (1)物质转化 ①C：CO2有机物丙酮酸CO2。 ②H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O。 ③O：H2OO2H2OCO2(CH2O)。 (2)能量变化 2．光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路 剖析难点·考点突破 精|准|命|题 考向　光合作用和细胞呼吸的关系 》例　(2024·山东临沂一模)光合作用与细胞呼吸相互依存、密不可分，各自又具有相对的独立性。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，其中Ⅰ～Ⅶ代表物质，①～⑤代表过程。下列叙述错误的是(　　) A．图中Ⅶ被相邻细胞利用至少需要穿过6层生物膜 B．图中Ⅱ和Ⅴ、Ⅲ和Ⅶ分别是同一种物质，Ⅰ和Ⅳ是不同物质 C．图中①～⑤均伴随着ATP的合成或水解，其中③合成的ATP可被②利用 D．光合作用的产物脂肪、糖类、蛋白质的合成或分解都可通过细胞呼吸联系起来 答案：C 解析：图中Ⅶ是有氧呼吸第二阶段的产物，表示CO2，产生场所是线粒体基质，在相邻细胞的叶绿体基质中被利用，至少需要穿过线粒体膜(2层)、线粒体所在细胞的细胞膜(1层)、相邻细胞的细胞膜(1层)、相邻细胞的叶绿体膜(2层)，至少需要穿过6层生物膜，A项正确；图中Ⅱ是水光解产物O2，Ⅲ能与C5结合形成C3，表示CO2，Ⅴ与有氧呼吸前两个阶段产生的Ⅳ参与有氧呼吸第三阶段形成水，因此Ⅴ是O2，Ⅳ是[H]，Ⅶ是CO2，Ⅱ(O2)和Ⅴ(O2)是同一种物质，Ⅲ(CO2)和Ⅶ(CO2)是同一种物质，Ⅰ是NADPH，Ⅳ是NADH，两者是不同物质，B项正确；据图可知，①表示CO2固定，②表示C3还原，③表示有氧呼吸第一阶段，④表示有氧呼吸第三阶段，⑤表示有氧呼吸第二阶段，其中②过程伴随着ATP的水解，③④⑤过程伴随着ATP的合成，③合成的ATP不能被②利用，C项错误；呼吸作用一方面能为生物体的生命活动提供能量，另一方面能为体内其他化合物的合成提供原料，光合作用的产物脂肪、糖类、蛋白质的合成或分解都可通过细胞呼吸联系起来，D项正确。 〔变式训练1〕　(2025·广东茂名统考)如下表示叶肉细胞内光合作用、细胞呼吸过程中O的转移过程。下列说法正确的是(　　) H2OO2H2OCO2C3(CH2O) A．过程①②④都有ATP生成 B．过程③⑤都有[H]生成 C．过程①②⑤都需在生物膜上进行 D．过程②③可相互提供物质 答案：D 解析：过程④表示光合作用暗反应阶段中CO2的固定，该阶段没有ATP的合成，A项错误；过程⑤表示暗反应阶段中C3的还原，该阶段没有[H]的生成，B项错误；过程⑤为光合作用的暗反应阶段，发生在叶绿体基质中，C项错误；过程②有氧呼吸第三阶段，可以为过程③有氧呼吸第二阶段提供水，过程③可以为过程②提供[H]，D项正确。 〔变式训练2〕　(2024·安徽淮北一模)绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示，图中①～⑥代表物质，下列有关叙述错误的是(　　) A．植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在NADPH和①中 B．叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性 C．给植物提供HO，短时间内生成的O2和CO2均可含18O D．物质④在叶绿体基质中合成，在线粒体基质中分解 答案：D 解析：植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能储存在NADPH和①ATP中，A项正确；叶绿体中的NADPH参与C3的还原，线粒体中的NADH与氧结合生成水，二者都具有还原性，B项正确；给植物提供HO，HO参与光反应生成18O2，HO参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2，因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O，C项正确；物质④为葡萄糖，在叶绿体基质中合成，在细胞质基质中分解，D项错误。 考点二　真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 必备知识·夯实基础 知|识|巩|固 1．辨析净光合速率与总光合速率 (1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例) (2)结合曲线辨析 2．真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 (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。 剖析难点·考点突破 重|难|精|讲 1．自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线分析 2．密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线分析 提醒：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。 精|准|命|题 考向一　结合光合作用与细胞呼吸的联系，考查科学思维 》例1　(2025·河南名校联盟)如图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是(　　) A．a过程一定伴随O2的释放，d过程不需要O2的直接参与 B．a过程产生的ATP和NADPH可用于b过程中C3的还原 C．a、c中合成ATP所需的能量来源不同 D．c过程葡萄糖中的化学能全部转移到ATP中 答案：D 解析：a表示光反应阶段，该过程一定伴随O2的释放，d表示ATP水解过程，该过程不需要O2的直接参与，A正确；a光反应过程产生的ATP和NADPH可用于b暗反应过程中C3的还原，B正确；a、c中合成ATP所需的能量来源不同，a过程合成ATP所需能量来自光能，而c过程合成ATP所需能量来自有机物中化学能，C正确；c过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能的形式散失，D错误。 〔变式训练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 答案：D 解析：初期容器内CO2浓度较大，光合作用速率强于呼吸作用速率，植物吸收CO2释放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，A错误；根据分析由于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下，容器内的CO2浓度下降，所以说明植物光合作用速率大于呼吸作用速率，但由于CO2含量逐渐降低，从而使植物光合速率逐渐降低，直到光合作用速率与呼吸作用速率相等，容器中气体趋于稳定，B错误；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。 考向二　结合光合作用与细胞呼吸相关曲线，考查科学思维 》例2　(2025·贵州安顺高三期末)将某植物置于密闭玻璃容器内，并将装置放置于自然条件下，测定夏季一昼夜内CO2的吸收量和释放量，结果如下图所示。下列分析错误的是(　　) A．AB段与DE段CO2吸收量下降的原因不同 B．BC段细胞内产生CO2的场所可能只有线粒体基质 C．18：00时该植物叶肉细胞内光合作用速率等于呼吸作用速率 D．CD段影响该植物叶肉细胞光合作用的主要因素是光照强度 答案：C 解析：AB段光照强度不断减弱，光合作用速率下降，CO2吸收量下降，DE段由于温度太高，植物细胞气孔关闭，导致CO2吸收量下降，A正确；BC段细胞只进行呼吸作用，细胞内产生CO2的场所可能只有线粒体基质，B正确；18：00时，该植物既不吸收CO2也不释放CO2，此时植物体的光合作用速率等于呼吸作用速率，但该植物叶肉细胞内光合作用速率大于呼吸作用速率，C错误；CD段随光照强度增加，植物光合作用速率也在不断增加，故CD段影响该植物叶肉细胞光合作用的主要因素是光照强度，D正确。故选C。 〔变式训练2〕　(2024·重庆市万州第二高级中学校联考模拟预测)羊草属禾本科植物，据叶色可分为灰绿型和黄绿型两种。在夏季晴朗日子的不同时间对两种羊草的净光合速率进行测定，结果如图。据图分析错误的是(　　) A．这段时间内两种羊草的叶肉细胞光合速率大于呼吸速率 B．这段时间内两种羊草的有机物积累量在16时最大 C．10～12时两种羊草净光合速率下降的原因可能是气孔关闭影响暗反应过程 D．灰绿型羊草净光合速率高于黄绿型可能与叶中叶绿素含量不同有关 答案：B 解析：这段时间内两种羊草的净光合速率大于0，则叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，A正确；8～18时两种羊草的净光合速率都大于0，因此两种羊草始终处于有机物的积累状态，则有机物积累量在18时最大，B错误；10～12时两种羊草净光合速率下降可能是正午温度过高，蒸腾作用过强，导致植物的气孔关闭，影响了CO2的吸收，进而影响了暗反应过程，C正确；叶绿素可吸收并转化光能，因此叶绿素的含量会影响植物的光合速率，灰绿型羊草净光合速率高于黄绿型可能与叶中叶绿素含量不同有关，D正确。故选B。 素养提升·强化思维 构|建|网|络 真|题|再|现 1．(2023·北京卷)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　　) A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 答案：C 解析：CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确；CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误；图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。故选C。 2．(2024·吉林卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 在叶绿体中：C5＋CO22C3① 　 　 　 C5＋O2C3＋C2② 在线粒体中：2C2＋NAD＋C3＋CO2＋NADH＋H＋③ 注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。 图1 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________和________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是_______________________ _________________________________________________。据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是________________________________________________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是_____________________________________________________。 答案：(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)光呼吸　细胞呼吸　与WT相比，随着光照的增强，改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢，从而使其净光合速率增长较快　不能　总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率＋光呼吸速率，由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率，因此不能计算出株系1的总光合速率　(4)相同光照强度或CO2浓度下，株系1的净光合速率比株系2和WT的更高 解析：(1)题图1中反应①是CO2和C5在酶的作用下形成C3，此反应是发生在叶绿体基质中的CO2的固定过程。 (2)以葡萄糖为反应物的有氧呼吸会在第一阶段产生少量的NADH，第二阶段产生大量的NADH，有氧呼吸第一阶段的场所是细胞质基质，第二阶段的场所是线粒体基质。 (3)题图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自细胞呼吸和光呼吸；7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是与WT相比，随着光照的增强，改变光呼吸的转基因株系1和2的光呼吸增长较慢，从而使其净光合速率增长较快；总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率＋光呼吸速率，由题图3中的数据无法获得株系1的细胞呼吸速率和光呼吸速率，因此不能计算出株系1的总光合速率。 (4)据题图2和题图3可知，相同光照强度或CO2浓度下，株系1的净光合速率比株系2和WT的更高，因此其积累的有机物更多，产量可能更具优势。 学科网（北京）股份有限公司 $