第3单元 第10讲 第3课时 光合作用与细胞呼吸的综合分析(Word学生用书)-【高考快车道】2027年高考生物大一轮总复习

该高中生物学高考复习学案系统梳理了光合作用与细胞呼吸的综合分析专题，将两者的关系比较、物质能量联系及总光合速率、净光合速率和呼吸速率的辨析等核心考点按基础比较到综合应用的逻辑构建知识网络，通过表格对比、问题链设计引导学生自主梳理内在联系，形成系统性认知框架。 亮点在于诊断性自测与进阶式真题演练结合，开篇设置7道判断题诊断基础，配套全国卷等曲线分析题强化应用，培养物质与能量观及科学思维。每个考点附速率判定关键词表和错题反思任务，助力学生自主诊断提升，教师可借学情数据精准指导，实现因材施教。

第10讲　光合作用与能量转化 第3课时　光合作用与细胞呼吸的综合分析 考点一　光合作用与细胞呼吸的关系(迁移·提能类) 1.光合作用与有氧呼吸的比较 项目 光合作用 有氧呼吸 物质 变化 无机物有机物 有机物无机物 能量 变化 光能→稳定的化学能(储能) 有机物中稳定的化学能→ATP中活跃化学能及热能(放能) 实质 合成有机物,储存能量 分解有机物,释放能量 场所 叶绿体(真核生物) 细胞质基质、线粒体(真核生物) 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 2.光合作用与有氧呼吸的联系 (1)物质联系 C:CO2(CH2O)丙酮酸CO2 H:H2ONADPH(CH2O)NADHH2O O:H2OO2H2OCO2(CH2O) (2)能量联系 (3)NADH(或[H])、NADPH、ATP 1.关于光合作用和细胞呼吸的关系,下列说法正确的是　　　　。  A.光合作用就是有氧呼吸的逆反应 B.线粒体和叶绿体的内膜上都含有催化 ATP 合成的酶 C.小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生[2024·全国甲卷] D.若叶肉细胞处于黑暗环境中,那么该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率 E.若叶肉细胞没有与外界发生O2和CO2交换(不考虑细胞死亡),则可断定该细胞此时光合速率等于细胞呼吸速率 F.若在光照、温度等条件适宜情况下,给植株提供O,一段时间后周围空气中会检测出C18O2 G.光合作用和呼吸作用过程中产生的还原氢未储存活跃的化学能 2.[2025·河北卷] 对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是 (　) A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2 C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2 D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物 3.[2025·四川巴中二模] 下图为植物叶肉细胞内的部分代谢过程,①~⑦为相关生理过程。下列叙述正确的是 (　) A.干旱缺水时和植物缺镁时,首先受到影响的均为过程③ B.转运蛋白在过程①和②中均可起重要作用 C.若叶肉细胞过程③中 O2 的产生量等于过程⑥中 O2 的吸收量,则该细胞所在植株的有机物总量将增加 D.图中③⑤⑥⑦过程均可产生 ATP 考点二　总光合速率、净光合速率和呼吸速率的辨析(迁移·应用类) 1.辨析净光合速率与总光合速率 (1)内在关系 ①细胞呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉)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——单位时间内一定叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③总光合速率=　　　　　　　　　　　　。  (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,该值的绝对值代表细胞呼吸速率,该曲线代表净光合速率,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 净光合速率 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 有机物 消耗量(黑暗) 积累量、增加量 产生量、生成量、制造量、合成量 2.常考曲线分析 (1) (2) (3) 命题角度一　总光合速率、净光合速率和呼吸速率的辨析 1.[2025·全国卷] 在一定温度下,生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是 (　) A.光照强度为a时,该植物的干重不会增加 B.光照强度从a逐渐增加到b时,该植物生长速率逐渐增大 C.光照强度小于b时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率会增大 D.光照强度为b时,适当降低光反应速率,CO2固定速率会降低 2.[2024·全国甲卷] 在自然条件下,某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,叶片有机物积累速率　　　　(填“相等”或“不相等”),原因是 。  (2)在温度d时,该植物体的干重会减少,原因是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 　 。(答出一点即可)  (4)通常情况下,为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在　　　　　　　　　　　　　　　　　　　最大时的温度。  命题角度二　自然环境以及密闭环境中植物光合作用分析 3.[2025·安徽合肥模拟] 如图是科研工作者在24小时内测得的某大棚内CO2的含量与大棚蔬菜M CO2的吸收速率变化曲线图,下列叙述正确的是 (　) A.F点时,蔬菜M有机物积累量达到峰值 B.E点时,蔬菜M叶肉细胞的净光合速率为0 C.若N点高于M点,说明经过一昼夜,植物体的有机物总量减少 D.C点时,CO2含量下降,说明蔬菜M开始进行光合作用 4.[2025·天津和平区三模] 如图Ⅰ表示在光照、温度等条件适宜的情况下,环境中CO2浓度分别对甲、乙两种植物光合速率的影响,图Ⅱ表示测定夏季一昼夜乙植物O2释放速率的变化。 Ⅰ Ⅱ (1)据图Ⅰ分析,当CO2浓度为350 μmol/mL时,比较植物甲、乙的有机物积累速率M1、M2的大小和有机物合成速率N1、N2的大小,结果分别为M1　　　M2、N1 　　　N2(填“>”“<”或“=”)。  (2)图Ⅰ中,要使植物甲经过一昼夜(12小时光照,12小时黑暗)能获得有机物积累,则白天CO2浓度应大于　　　　μmol/mL。当CO2浓度大于500 μmol/mL时,两条曲线都不再上升,此时植物自身内部的限制因素有　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　(答出1点即可)。  (3)据图Ⅱ分析,当乙植物光合速率与细胞呼吸速率相等时,对应曲线上的　 (填字母)点,此时由光反应产生、为暗反应中C3的还原提供能量的物质是　　　　　　　　。  (4)经研究发现,气孔开度减小引起的CO2吸收速率降低不是出现f点“光合午休”的唯一原因,“光合午休”现象还与叶片中的D1蛋白(与光反应有关的重要蛋白质)含量密切相关,强光照会导致D1蛋白含量下降,而水杨酸(SA)能减小D1蛋白含量下降的幅度。请以乙植物为材料设计实验验证此结论,简要写出实验思路: 将乙植物分成3组,分别在　　　 　　 　　　　、　　　　　 　　　　　、 　　　　　　　　　三种条件下培养,其他条件相同且适宜,一段时间后,检测各组　　　　　 　　　　　　　,比较并得出结论。  自然环境下及密闭容器中植物光合作用曲线及分析 经典真题·明考向 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 2.[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　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲　光合作用与能量转化 第3课时　光合作用与细胞呼吸的综合分析 考点一 ● 重点难点 2.(3)光反应水的光解　还原C3 ● 典型例题 1.DEF　[解析] 光合作用不是有氧呼吸的逆反应,二者的反应场所、所需酶等条件均不同,A错误。线粒体内膜可以进行有氧呼吸第三阶段,其上含有催化ATP合成的酶,叶绿体内膜上不含催化ATP合成的酶,B错误。小麦根细胞中不含叶绿体,线粒体是有氧呼吸的主要场所,所以小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由线粒体产生,C错误。光合作用产生的NADPH和呼吸作用产生的NADH都储存了活跃的化学能,G错误。 2.A　[解析] 类囊体膜上进行的H2O的光解消耗H2O,而线粒体内膜上进行的有氧呼吸第三阶段生成H2O,线粒体基质中进行的有氧呼吸第二阶段消耗H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,CO2被固定,即消耗CO2,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,丙酮酸和水反应生成CO2,B正确;类囊体膜上进行水的光解生成O2,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段,O2和NADH反应生成水,C正确;叶绿体基质中进行暗反应,合成葡萄糖等有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。 3.B　[解析] 干旱缺水时,会引起叶片气孔关闭,首先受到影响的是过程④,A错误;过程①表示水分子进入细胞,其方式有自由扩散和协助扩散,过程②表示无机盐离子进入细胞,主要通过主动运输的方式,因此转运蛋白在过程①(水通道蛋白)和②(载体蛋白)中均可起重要作用,B正确;题图中叶肉细胞过程③(光反应)中O2的产生量等于过程⑥(有氧呼吸)中O2的吸收量,则该叶肉细胞净光合作用量等于0,该细胞所在植株的有机物总量将减少,C错误;无氧呼吸第二阶段不产生ATP,因此题图中产生ATP的过程有③⑤⑥,D错误。 考点二 ● 重点难点 1.(1)③净光合速率+细胞呼吸速率 ● 典型例题 1.C　[解析] 光照强度为a时,植物的光合速率等于呼吸速率,即净光合速率为0,植物干重增加依赖净光合积累有机物,此时净光合速率为0,干重不会增加,A 正确。由题图可知,光照强度从a逐渐增加到b时,光合速率与呼吸速率的差值逐渐增大,即净光合速率逐渐增大,植物积累有机物的速率逐渐增大,生长速率逐渐增大,B正确。光照强度小于b时,光照强度未达到饱和的阶段,光照强度为主要限制因素,提高大田CO2浓度,CO2固定速率不会增大(因为光照不足,光反应提供的ATP和NADPH有限,限制暗反应),C错误。光照强度为b时,光合速率刚好达到最大,适当降低光反应速率,提供的ATP和NADPH减少,会使暗反应中CO2固定速率降低,D正确。 2.(1)不相等　叶片的呼吸速率不相等 (2)叶片的光合速率等于呼吸速率,植物体的非绿色部分只有呼吸作用 (3)暗反应相关的酶活性降低 (4)光合速率与呼吸速率的差 [解析] (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,但由于呼吸速率不同,因此叶片的有机物积累速率不相等。(2)在温度d时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,但植物有些细胞不进行光合作用,如根部细胞,使得光合作用合成的有机物量小于呼吸作用消耗的有机物量,因此该植物体的干重会减少。(3)温度超过b时,为了降低蒸腾作用,部分气孔关闭,使CO2供应不足,暗反应速率降低;同时使酶的活性降低,导致CO2固定速率减慢,C3还原速率减慢,进而使暗反应速率降低。(4)为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度,这样有利于有机物的积累。 3.C　[解析] F点时,CO2的吸收速率已是负值,并不是有机物积累量的峰值,A错误;E点时,蔬菜M CO2的吸收速率为0,此时是整株植物的净光合速率为0,因还有部分细胞不进行光合作用,而进行呼吸作用要消耗有机物,故此时叶肉细胞的净光合速率要大于0,B错误;若N点高于M点,说明经过一昼夜大棚中CO2的含量增加了,则植物积累的有机物小于0,植物体的有机物总量减少,C正确;C点时,大棚蔬菜M的净光合速率等于零,说明在C点以前就开始进行光合作用,D错误。 4.(1)=　> (2)150　叶绿体的数量(或光合色素的含量、酶的活性、酶的含量、C5的再生速率、有机物积累等) (3)d和h　ATP和NADPH (4)强光照　强光照加水杨酸处理　适宜光照　D1蛋白的含量和光合速率 [解析] (1)据题图Ⅰ分析,当CO2浓度为350 μmol/mL时,植物甲、乙的CO2吸收量相等,表明此时二者的净光合速率(即有机物的积累速率)相等,所以此时M1=M2;植物的总光合速率=净光合速率+呼吸速率,分析题图可知甲植物的呼吸速率大于乙植物的呼吸速率,而甲、乙此时的净光合速率相等,所以甲、乙的总光合速率(即有机物合成速率)N1>N2。(2)植物甲经过一昼夜呼吸作用有机物消耗量=24×20=480 mg·m-2,当植物甲在12小时光照条件下有机物合成量为480 mg·m-2时,其净光合速率=总光合速率-呼吸速率=480/12-20=20 mg·m-2·h-1,由题图可知,要想获得有机物的积累,则白天净光合速率要大于20 mg·m-2·h-1,因此CO2浓度必须大于150 μmol/mL。当CO2浓度大于500 μmol/mL时,两条曲线都不再上升,此时植物自身内部的限制因素有叶绿体的数量、光合色素的含量、酶的活性、酶的含量、C5的再生速率、有机物积累等。(3)据图Ⅱ可知,当植物乙光合速率与细胞呼吸速率相等时,对应曲线上的d点和h点,此时由光反应产生、为暗反应中C3的还原提供能量的物质是ATP和NADPH。(4)该实验的目的是验证“光合午休”现象与叶片中D1蛋白含量密切相关,强光照会导致D1蛋白含量下降,而水杨酸(SA)能减小D1蛋白含量下降的幅度。因此实验的自变量为光照强度、水杨酸的有无,因变量为D1蛋白含量的变化。设计实验时应遵循对照原则和单一变量原则。故实验思路为将乙植物分成3组,分别在强光照、强光照加水杨酸处理、适宜光照三种条件下培养,其他条件相同且适宜,一段时间后,检测各组D1蛋白的含量和光合作用速率,比较并得出结论。 经典真题·明考向 1.C　[解析] 本实验的自变量为光照强度和温度,因变量为CO2吸收速率。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吸收速率升高的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。 2.(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(叶绿素a和叶绿素b)是光合作用中的主要色素,能吸收红光用于光反应。光敏色素是一类蛋白质(色素—蛋白复合体),主要吸收红光和远红光,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PAR和R/FR较A位置低,这是因为上层叶片吸收了更多红光,导致透射到下层的红光减少、远红光相对增多,从而降低了PAR和R/FR。类胡萝卜素(胡萝卜素、叶黄素)主要吸收蓝光,不吸收红光,在冠层中,上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光,透射到下层的蓝光减少,导致B位置PAR降低。(2)由表中数据可知,施氮肥时,B位置(低处)的PAR和R/FR更低,说明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,A、B处的线粒体暗呼吸相同,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。 学科网（北京）股份有限公司 $