第3单元 第5讲 光合作用与细胞呼吸的综合分析(Word练习)-【金版新学案】2027年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

**基本信息** 聚焦光合作用与细胞呼吸的物质联系及速率关系，通过同位素追踪、曲线分析等题型构建知识逻辑，培养生命观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |光合作用与细胞呼吸的关系|1-4题|同位素标记、过程示意图分析|O2、CO2等物质代谢路径的相互转化| |速率辨析与测定|5-7题|密闭装置实验、坐标曲线解读|净光合、总光合与呼吸速率的概念辨析及计算推导| |影响因素分析|8-13题|环境胁迫（干旱）、光质调控实验|从气孔导度、叶绿素含量等内外因素推导对光合速率的影响|

课时作业12　光合作用与细胞呼吸的综合分析 (时间：40分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (1－7题每小题2分，共14分) 一、光合作用与细胞呼吸的关系 1．(2026·广东阶段练习)某密闭装置中含有绿色植物，向该装置通入一定量的18O2，一段时间后进行检测。不考虑无氧呼吸，理论上在装置和植物体中可检测到含18O的物质有(　　) ①葡萄糖　②丙酮酸　③CO2　④O2　⑤H2O A．①③④ B．①④⑤ C．①③④⑤ D．①②③④⑤ 答案：D 解析：葡萄糖中的氧来自光合作用暗反应固定的CO2，由于呼吸作用产生的CO2含有18O(来自O 与丙酮酸反应)，这些CO2被光合作用利用后，生成的葡萄糖会含有18O，①正确；丙酮酸的氧来自葡萄糖分解，若新生成的葡萄糖含有18O(由标记的CO2合成)，其分解产生的丙酮酸也会含有18O，②正确；CO2中的氧可来自呼吸作用第二阶段中O的分解，③正确；O2的来源包括通入的18O2和光反应中O的光解，④正确；H2O中的氧来自线粒体有氧呼吸第三阶段，18O2参与生成O，⑤正确。综上所述，①②③④⑤中可检测到18O，D正确。 2．图1为某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，图2为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率影响的实验结果。下列说法错误的是(　　) A．图1中产生ATP和还原型辅酶的生理过程有①③④ B．图1中产生O2与消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜 C．据图2判断，温度为t2时，O2的去向是被线粒体利用和释放到外界环境 D．t3温度下，植株光照12小时积累有机物(按葡萄糖相对分子质量计算)的量约为50.6mg 答案：A 解析：图1中①是光反应，能产生ATP和NADPH；②是暗反应，消耗ATP和NADPH；③是有氧呼吸的第三阶段，产生ATP，消耗[H]；④是有氧呼吸第一、二阶段，产生ATP和[H]，所以产生ATP和还原型辅酶的生理过程是①和④，A错误；O2产生于光反应(类囊体薄膜)，消耗于有氧呼吸第三阶段(线粒体内膜)，B正确；图2中t2温度下，光下O2产生量(总光合)＞呼吸消耗O2量，故光合作用产生的O2一部分被线粒体利用，一部分释放到外界，C正确；t3温度下，净光合(O2释放量)＝总光合－呼吸＝12.5－8＝4.5 mg/h，所以光照12小时净产生O2量＝4.5×12＝54 mg，结合葡萄糖与O2的摩尔比(1∶6)换算，有机物积累量约为50.6 mg，D正确。 3.(2026·山西太原模拟)在小鼠肝脏、脂肪组织、骨髓、性腺等处细胞中，除存在有氧呼吸和无氧呼吸外还存在磷酸戊糖途径，该途径是指葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种有机物的过程。下列说法错误的是(　　) A.小鼠吸入18O2，在尿液中可检测到O，呼出的气体中也可能含有C18O2 B.小鼠剧烈运动时，细胞产生的CO2都在细胞质基质中形成 C.葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的NADPH与有氧呼吸不同 D.向小鼠体内注射14C标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各种有机物的生成 答案：B 解析：小鼠吸入18O2，参与有氧呼吸第三阶段，产生O，O参与有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸反应产生C18O2，所以在尿液中可检测到O，呼出的气体中也可能含有C18O2，A正确；剧烈运动时，细胞产生的CO2来自线粒体(有氧呼吸第二阶段)和细胞质基质(磷酸戊糖途径)，并非全部在细胞质基质中形成，B错误；磷酸戊糖途径生成NADPH，而有氧呼吸生成NADH，C正确；同位素标记法可追踪物质中原子的去向，14C标记的葡萄糖作为底物参与磷酸戊糖途径，其碳元素可进入中间产物，从而追踪有机物生成，D正确。 4．将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1)，在天气晴朗时的早6时移至阳光下，日落后移到暗室中继续测量两种气体的相对含量，变化情况如图所示。下列对此过程的分析正确的是(　　) A．只有在8时光合作用强度与呼吸作用强度相等 B．在9～16时之间，光合速率>呼吸速率，O2浓度不断上升 C．该植物体内17时有机物积累量小于19时的有机物积累量 D．该植物从20时开始进行无氧呼吸 答案：B 解析：分析题图可知，光合作用与呼吸作用相等的点是O2增加为0(或CO2减少为0)的点，8时、17时光合作用与呼吸作用相等，A错误；分析题图曲线可知，在9～16时之间，O2浓度不断增加，光合速率大于呼吸速率，B正确；分析题图曲线，17时光合作用强度与呼吸作用强度相等，此时植物体内有机物积累量最大，19时光合作用强度小于呼吸作用强度，植物体内的有机物不但不增加，反而减少，C错误；分析题图曲线，20时以后，O2浓度继续减少，说明植物仍旧进行有氧呼吸，但是不能判断此时是否进行无氧呼吸，D错误。 二、净光合速率、呼吸速率与总光合速率的辨析与测定 5．(2025·广东广信中学月考)将一株绿色植物放入一个密闭的三角瓶中，如图甲所示。在瓶口放置一个测定瓶中CO2质量浓度变化的传感器，传感器的另一端连接计算机，以检测瓶中CO2质量浓度的变化，根据实验所测数据绘制曲线图如图乙。下列叙述错误的是(　　) A.将装置置于黑暗条件下，可测植株的呼吸速率 B．25 min后植株的光合速率几乎不变，最可能的原因是装置内CO2减少 C．此装置测得的CO2吸收速率就是总光合速率 D．若将图甲中蒸馏水换成NaHCO3溶液，则CO2吸收速率可能会增大 答案：C 解析：将该装置置于黑暗条件下，绿色植物只进行细胞呼吸，此时测得的数值表示的是呼吸速率，A正确；25 min之前光合速率大于呼吸速率，装置内CO2减少，导致光合速率减慢，25 min后光合速率和呼吸速率相等，B正确；此装置中植物进行光合作用消耗CO2，进行呼吸作用产生CO2，故测得的CO2吸收速率是净光合速率，C错误；若将图甲中蒸馏水换成NaHCO3溶液，可以使得装置内CO2质量浓度不变，则CO2吸收速率可能会增大，D正确。 6.下图表示一株生长迅速的植物在夏季24 h内CO2的吸收量和释放量，光合速率和呼吸速率用单位时间内CO2吸收量和CO2释放量表示(图中a、b、c表示相应图形的面积)。下列表述不正确的是(　　) A.在18：00和6：00，该植物光合作用强度与呼吸作用强度相等 B.假设该植物在24 h内呼吸速率不变，则其最大光合速率为85 mg·h－1 C.该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为a＋c D.中午12：00左右，叶片上部分气孔关闭，光合速率下降，与植物光合速率最大时相比，此时该植物叶绿体内C5的含量增加 答案：C 解析：在18：00和6：00，CO2的吸收量均为0，即呼吸作用产生的CO2刚好被光合作用吸收，此时该植物光合作用强度与呼吸作用强度相等，A正确；由图可知，该植物夜间呼吸速率为10 mg·h－1，最大净光合速率为75 mg·h－1，假设该植物在24 h内呼吸速率不变，则最大光合速率＝最大净光合速率＋呼吸速率＝75＋10＝85 mg·h－1，B正确；a和c表示白天积累的有机物，b表示夜间消耗的有机物，因此该植物在一昼夜中有机物积累量的代数式可表示为a＋c－b，C错误；中午12：00左右，叶片上部分气孔关闭，CO2浓度降低，导致CO2的固定减少，即C5消耗速率减慢，而C3的还原仍在发生，即C5生成速率几乎不变，故与植物光合速率最大时相比，此时该植物叶绿体内C5的含量增加，D正确。 7．(2024·福建卷)叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两组，A组不处理，B组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所示。 下列分析正确的是(　　) A．0 min时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度 B．30 min时，B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组 C．30 min时，限制A组光合速率的主要因素是光照时间 D．与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更长 答案：B 解析：题图横坐标是光照时间，在0 min之前，A和B两组已经黑暗处理了一段时间，而二者不是相同条件，B组已经用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B组和A组胞间CO2浓度不相等，A错误；30 min时，B组的光合速率相对值高于A组，叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组，B正确；30 min时，限制A组光合速率的主要因素是气孔开放程度，随着光照时间增加，A组光合速率相对值不再改变，限制因素不是光照时间，C错误；由题意可知，叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期，B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短，与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更短，D错误。 (8－10题每小题3分，共9分) 8.下图为植物细胞代谢的部分过程，①～⑦为相关生理过程。下列叙述不正确的是(　　) A.若植物缺Mg，则首先会受到显著影响的是过程③ B.过程②的进行与过程⑤⑥密切相关 C.蓝细菌中过程④发生在叶绿体基质中 D.叶肉细胞过程③中O2的产生量小于过程⑥中O2的吸收量，则该细胞内有机物的总量将减少 答案：C 解析：Mg是构成叶绿素的元素，光反应阶段需要叶绿素吸收光能，若植物缺Mg，则叶绿素的合成受到影响，首先会受到显著影响的生理过程是过程③(光反应过程)，A正确；过程②(植物细胞吸收无机盐离子)是主动运输过程，需要消耗能量，故与过程⑤⑥(细胞呼吸)密切相关，B正确；蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，C错误；叶肉细胞过程③(光反应过程)中O2的产生量小于过程⑥(有氧呼吸过程)中O2的吸收量，则净光合作用量小于0，该植物细胞内有机物的总量将减少，D正确。 9.植物叶片的光合作用强度可通过如图所示装置来测定(通入气体的CO2浓度可以调节)。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪在压强恒定下测定A、B两处气体CO2浓度的变化。下列叙述正确的是(　　) A.只有通过控制光照强度，才能实现A、B两处的气体CO2浓度相同 B.若B处CO2浓度高于A处，说明叶片进行无氧呼吸产生更多CO2 C.黑暗条件下，该装置测得A、B两处的差值代表吸收O2和产生CO2的差值 D.不断增大通入的CO2浓度后，限制光合速率增大的因素可能是酶的数量 答案：D 解析：欲使A、B两处气体CO2浓度相同，即净光合速率为0，可以控制光照强度、温度、CO2浓度等条件使光合作用强度等于呼吸作用强度，A错误。若B处气体CO2浓度高于A处，则表示植物叶片的净光合速率小于0，即叶片的光合作用强度小于细胞呼吸强度，B错误。利用该同化箱在黑暗条件下研究叶片的细胞呼吸，CO2分析仪测定的体积差值表示呼吸作用产生CO2量，C错误。若适当增加通入气体CO2浓度，将会促进光合作用，因此叶片光饱和点的值将增大。当通入气体CO2浓度增加到一定值以后，若继续增加，A、B两处CO2浓度的差值不再继续增大，表示CO2浓度不再是光合作用的限制因素，此时叶绿体数量、色素数量、光合酶数量、C5数量等都可能是限制光合作用的因素，D正确。 10.(2026·湖北武汉模拟)研究人员在适宜光强和黑暗条件下分别测定发菜放氧和耗氧速率随温度的变化，绘制曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.发菜生长的最适温度是35 ℃左右 B.30 ℃时叶绿体的放氧速率是150 μmol/(mg·h) C.35 ℃时光合作用速率等于呼吸作用速率 D.在放氧和耗氧过程中都有ATP的产生 答案：D 解析：发菜的生长状况取决于净光合速率，放氧速率表示净光合速率，据图可知，发菜在25 ℃左右放氧速率最大，故发菜生长的最适温度是25 ℃左右，A错误；据图可知，30 ℃时发菜的放氧速率是150 μmol/(mg·h)，表示的是净光合速率，但发菜还有细胞呼吸消耗氧气，因此30 ℃时叶绿体的放氧速率大于150 μmol/(mg·h)，B错误；35 ℃时两曲线相交，由于放氧速率表示净光合速率，耗氧速率表示呼吸速率，所以该温度下净光合速率等于呼吸速率，总光合速率是呼吸速率的两倍，C错误；放氧过程(光合作用光反应)和耗氧过程(有氧呼吸第三阶段)均通过跨膜H＋浓度梯度驱动ATP合酶产生ATP，D正确。 11．(12分)(2026·广东广州期中)联合国最新报告指出，过去几十年中，全球超过四分之三的土地变得更加干旱，干地面积已占全球陆地面积的41%。干旱已对农作物的生长造成了不可估量的影响。某科研团队研究了干旱胁迫对某种农作物光合作用的影响，实验结果如图2、3所示。该农作物的光合作用与细胞呼吸之间有密切的联系如图1所示。 注：①～⑤表示光合作用或细胞呼吸的某个生理过程；CK对照组，W1轻度干旱组，W2中度干旱组，W3重度干旱组；气孔导度是指气孔张开程度，胞间CO2浓度是指叶肉细胞间的CO2浓度。 (1)图1中X物质、Y物质分别代表的是__________、__________，①～⑤的过程中，属于碳反应过程的是__________(写标号)，在线粒体中进行的是__________(写标号)。 (2)由图1可知，光合作用可以为细胞呼吸提供的物质是______________。 (3)由图2、3分析，干旱胁迫会导致光合速率下降的可能原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 W3组的研究结果是胞间CO2浓度升高，净光合速率反而下降，这主要是受__________限制(填“气孔”或“非气孔”)，此时是因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，从而引起胞间CO2浓度增加。 答案：(1)三碳酸(或C3)　丙酮酸　②⑤　④　(2)葡萄糖、O2　(3)气孔导度下降，CO2供应减少，碳反应减弱，同时叶绿素含量下降，光反应减弱，从而光合速率下降。　非气孔　叶绿素含量下降，光反应减弱，光合速率下降，且光合速率小于细胞呼吸速率 解析：(1)①是水的光解，产生氧气；②是葡萄糖的合成，⑤是CO2的固定，X物质是C3，②⑤为碳反应的阶段；③为葡萄糖产生丙酮酸(Y物质)的过程，④是丙酮酸与水反应产生CO2和[H]的过程。因此属于碳反应过程的是②⑤，在线粒体中进行的是④。(2)由图1可知，光合作用可以为细胞呼吸提供的物质是葡萄糖和O2，反之，细胞呼吸可以为光合作用提供CO2。(3)图2、3分析，干旱胁迫会导致光合速率下降的可能原因是气孔导度下降，CO2供应减少，碳反应减弱，同时叶绿素含量下降，光反应减弱，从而光合速率下降。W3组的研究结果是胞间CO2浓度升高，净光合速率反而下降，这主要是受非气孔限制，此时是因为叶绿素含量下降，光反应减弱，光合速率下降，且光合速率小于细胞呼吸速率，从而引起胞间CO2浓度增加。 12.(12分)(2025·甘肃卷)波长为400～700 nm的光属于光合有效辐射(PAR)，其中400～500 nm为蓝光(B)，600～700 nm为红光(R)。远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A(高)和B(低)两个位置的PAR、红光/远红光比例(R/FR)和叶片指标(厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸)，并分析了施氮肥对以上指标的影响，结果如下表。回答下列问题： 冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度/μm 叶绿素含量/(μg·g－1) 线粒体暗呼吸 A 0.90 3.40 160 0.15 1.08 B 0.20 0.29 100 0.20 1.08 A(施氮肥) 0.70 1.75 150 0.28 1.08 B(施氮肥) 0.02 0.01 — — — (1)植物叶片中　　　　　可吸收红光用于光合作用，　　　　　可吸收少量的红光和远红光作为光信号，导致B位置PAR和R/FR较A位置低；　　　　　虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B位置PAR降低。 (2)由表中数据可知，施氮肥　　　　　(填“提高”或“降低”)了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片(未施氮肥)在不同光照强度下的净光合作用速率(下图)，发现冠层　　　　　位置的叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)叶绿素　光敏色素　类胡萝卜素　(2)提高　施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少　(3)B　B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点 解析：(1)叶绿素(主要是叶绿素a和叶绿素b)是光合作用中的主要色素，能吸收红光(600～700 nm)用于光反应。光敏色素是一种光受体蛋白，能吸收红光(R， 600～700 nm)和远红光(FR，700～750 nm)，并通过构象变化传递光信号，调节植物生长发育。在冠层中，B位置(低处)的R/FR较低，这是因为上层叶片吸收了更多红光，导致下层红光减少、远红光相对增多，从而降低了R/FR比例。类胡萝卜素(如β-胡萝卜素、叶黄素)主要吸收蓝光(400～500 nm)，不吸收红光；在冠层中，上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光，减少了透射到下层的蓝光，导致B位置PAR降低。(2)由表中数据可知，施氮肥提高了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少。(3)据表可知，B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光(700～750 nm，FR)通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点。 13.(13分)(2025·广东卷)我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b)，鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。 回答下列问题： (1)图a中，当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol－1范围时，红光下光合速率的限制因子是　　　　　　，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是　　　　　　　。 (2)图b中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 (3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为　　　　　　　　　　。通路2中吸收光的物质②为　　　　。用箭头完成图c中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关。 (4)根据图c中相关信息，概括出植物利用光的方式：　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)光照强度、光质　蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收的效率更高等合理答案)　(2)突变体中PIL15基因功能缺失，阻断了脱落酸信号对气孔开放程度的调控，使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异　(3)有机物中的化学能　光敏色素　 (4)通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物；通过光敏色素吸收光信号调控基因表达，影响植物生理过程 解析：(1)当胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol－1范围时，从图a中红光曲线来看，随着CO2浓度增加，光合速率不再上升，说明此时CO2浓度不是限制因子，而可能是光照强度、光质等其他因素限制了光合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因，可能是蓝光能够促进光合作用中某些关键酶的活性，或者蓝光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等。(2)已知红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物的相关反应与夜间相似，突变体发生了PIL15基因的功能缺失，且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测原因可能是突变体中PIL15基因功能缺失，使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用减弱，导致在不同光质(远红光和红光)下气孔开放程度变化不大，从而蒸腾速率接近。(3)通路1中，①为光合色素，吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能(储存在ATP和NADPH中，最终储存在有机物中)。通路2中吸收光的物质②为光敏色素。由于突变体发生PIL15基因功能缺失后，在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，可推测光敏色素吸收光信号后，通过影响PIL15基因的表达，进而影响脱落酸信号通路，对气孔开放程度进行调控。且从图b中突变体在远红光和红光下蒸腾速率变化不大，野生型在红光条件下蒸腾速率较大，可推断光敏色素对PIL15基因表达的影响是正相关，PIL15基因对脱落酸信号通路是正相关，脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关，即图见答案。(4)根据图c中相关信息，植物利用光的方式有：一方面，通过叶绿体中的光合色素吸收光能，将其转化为化学能用于光合作用合成有机物；另一方面，通过光敏色素吸收光信号，调控基因(如PIL15基因)表达，进而影响植物的生理过程(如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度)。 学科网（北京）股份有限公司 $