2027届高考生物人教版一轮复习练习第12讲　第四课时　光合作用、细胞呼吸的联系与综合运用

**基本信息** 聚焦光合作用与细胞呼吸的物质能量转化、速率关系及实验设计，通过基础到能力的层级训练，构建“过程联系—量化分析—实验探究”的逻辑体系，渗透物质与能量观及科学思维。 **综合设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |必备知识基础练（3考点）|8题（含4图、1表）|图表分析为主，涉及物质判断、过程场所、速率计算|从物质转化（O2/CO2/ATP）到能量流动，再到速率关系（总光合/净光合/呼吸）递进| |关键能力突破练|3题（含5图）|实验探究与机制分析，如抑制剂对光合影响、eATP信号调节|基于基础过程，延伸至细胞器功能联系（叶绿体-线粒体）及逆境适应机制|

第四课时　光合作用、细胞呼吸的联系与综合运用 (单项选择题每小题2分,多项选择题每小题3分,非选择题除标注外,每空1分) 必备知识基础练 考点一　细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 1. (多选)右图是菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用的部分过程,a、b代表气体。相关叙述正确的有 (　　) A.物质a、b分别代表O2和CO2 B.过程②④都在生物膜上进行 C.过程③消耗的ATP可由过程①②④提供 D.只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行 2.如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程,下列说法错误的是(　　) A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③ B.过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质 C.过程①中光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中 D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段 3.如图是某生物体内的某个细胞代谢图,下列有关叙述正确的是(　　) A.甲、乙分别表示叶绿体和线粒体,该生物一定为高等植物 B.甲、乙中所示的物质与能量处于平衡状态,该生物一定能存活 C.该生物细胞将光能转化为化学能一定与甲有关 D.乙产生的ATP被甲利用时,可以参与的代谢过程包括H2O的光解产生O2 4.(多选)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。下列叙述错误的有(　　) A.图中Ⅶ被相邻细胞利用至少需要穿过5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 考点二　真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 5.如图表示某绿色植物在15 ℃和25 ℃条件下,光照强度和氧气释放速率的关系。下列说法错误的是 (　　) A.当光照强度等于0时,该植物在25 ℃时比15 ℃多吸收氧气10 mL/h B.当光照强度等于5 klx时,该植物在两种温度下制造有机物的量相等 C.当光照强度小于5 klx时,适当降低温度有利于温室内该植物的增产 D.当光照强度大于8 klx时,15 ℃下该植物光合作用的制约因素主要是二氧化碳浓度等 6.如图是某科研小组在对药用植物黄精进行光合作用和细胞呼吸研究实验过程中,根据测得的实验数据绘制的曲线图,其中图1的光合曲线(图中实线)是在光照、CO2浓度等条件都适宜的环境中测得,图1的呼吸曲线(图中虚线)是在黑暗条件下测得;图2的实验环境是在恒温密闭玻璃温室中,测定指标是连续24 h室内CO2浓度和植物CO2吸收速率。据图分析,下列说法错误的是(　　) 图1　图2 A.图1中,当温度达到55 ℃时,植物光合作用已停止,可能原因是与光合作用相关的酶失去活性 B.图1中,当温度达到55 ℃时,植物的净光合速率与呼吸速率相等,总光合速率是呼吸速率的2倍 C.结合图1数据分析,进行图2所示实验时,为了减少无关变量带来的干扰,温度应设置在30 ℃左右 D.图1中温度为40 ℃时对应的光合曲线点与图2中6 h和18 h对应的曲线点有相同的净光合速率 考点三　细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析 7.将某种植物放在特定的实验装置内,研究温度对光合作用与呼吸作用的影响,实验以该植物叶绿体光合作用吸收的CO2总量与线粒体呼吸作用CO2的释放量为指标,实验结果如表所示。下列对该植物数据表格分析正确的是(　　) 温度/℃ 光照下叶绿体CO2 吸收总量/(mg·h-1) 黑暗中CO2 释放量/(mg·h-1) 20 1.00 0.60 25 1.75 0.75 30 2.50 1.00 35 3.25 1.50 40 3.75 2.25 45 3.50 3.00 A.昼夜不停地光照,温度为40 ℃时,最有利于有机物的积累 B.昼夜不停地光照,温度为45 ℃时,最有利于有机物的积累 C.每天交替进行12 h光照12 h黑暗,温度均保持在35 ℃条件下,能正常生长 D.每天交替进行12 h光照12 h黑暗,温度均保持在40 ℃条件下,能正常生长 8.(11分)在自然环境中,植株通常处于异质性光下,即植株不同部位受到的光照条件是不同的。在这种异质性光下,光照条件较好的叶片的光合能力通常会增强。为了探究这种现象形成的机制,科研人员进行了如下图1所示的实验,初步设定B组的遮光比例为50%,即有一半的叶片用透光率为25%的黑色尼龙网进行单侧遮光,A组不遮光,C组全株用同样的黑色尼龙网进行遮光,一段时间测定相关指标,结果如图2,请回答: 图1 图2 注:气孔导度是指气孔的开放程度。 (1)叶肉细胞进行三碳化合物还原的场所是　　　　,该过程需要光反应提供　　　　　　。参与光反应的两类色素是　　　　　　　　　。  (2)根据图1分析,本实验的自变量为　　　　。根据图2分析,测定净光合速率时需要将叶片置于密闭容器中,然后测定　。  (3)与A组相比,C组净光合速率下降是　　　　　　(填“气孔限制”或“非气孔限制”)因素引起的。根据图2推测,与A组相比,B1侧净光合速率上升,原因是光合作用固定二氧化碳的能力增强,判断的依据有　。  (4)已知各组呼吸速率一致,与A组相比,B1侧净光合速率上升,但叶片中光合产物的现存量却下降的原因是　　　　　　　　　　　　,这种机制促进光合作用的机理是　　　　　　　　　　　　　。  (5)初步实验结果显示B组玉米生长速度快,同时产量高,若想进一步提高玉米的产量,基于该实验结果,进一步探究实验的思路是　　　　　　　　　　　　　　(写出两点,2分)。  关键能力突破练 9.(11分)线粒体和叶绿体是在物质和能量上存在紧密联系的细胞器,线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要,也是真核细胞的“动力工厂”。下图表示生物体内部分代谢途径,请据图回答: (1)光照过强时,光反应产生的多余还原能可通过代谢途径输出叶绿体,在线粒体的　　　　(结构)上经呼吸电子传递链转化为ATP中的化学能。  (2)3-磷酸甘油酸还原生成的3-磷酸甘油醛必须一部分用于C5再生,主要意义是 　(2分)。  (3)三羧酸循环是代谢网络的中心,可产生大量的　　　　。乙酰CoA来自　　　　　　　　　　　　,其将物质的分解代谢与合成代谢相互联系,在代谢途径中具有重要地位。  (4)研究发现叶绿体能将过多的还原力传递到线粒体,并被线粒体的呼吸电子传递链所消耗利用。在高等植物中呼吸电子传递链中的电子流可通过细胞色素途径和交替呼吸途径传递,SHAM是交替呼吸途径抑制剂,KCN是细胞色素途径抑制剂,科研人员研究了两种抑制剂对植物细胞光合作用的影响,实验结果如下图。 ①交替呼吸途径可以使电子绕过呼吸链中的复合物Ⅲ和复合物Ⅳ,直接将氧还原成　　　　;细胞色素途径和交替呼吸途径的场所在　　　　 　　　　　　。  ②据图分析,两种呼吸途径中　　　　(2分)消耗叶绿体中过多的还原力的能力更强。与对照组相比,两种抑制剂处理前3小时对光合作用均无明显影响,推测可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。  10.(11分)植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶(AOX)主导的交替呼吸途径,该途径对植物抵抗强光等逆境具有重要的生理学意义。图1表示eATP与呼吸链对光合作用相关反应的影响,其中iATP为细胞内ATP,eATP为细胞外ATP。请回答下列问题: 图1 (1)图中所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于叶绿体的　　　　　　(结构)上。ATP和NADPH在光合作用中的共同作用是　　　　　　　　　　　。  (2)强光环境下,植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径,将过多的　　　　转移出叶绿体,并最终通过AOX的作用,将其中大部分能量以　　　　形式散失,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。  (3)目前尚未发现在植物细胞的表面或质膜上存在ATP合酶,表明eATP来源于　　　　　　　　　　　　　　产生的iATP。据图判断,eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用,其判断依据是　　　　　　　　　　 　　　　(2分)。  (4)为探究eATP对植物光系统反应效率的影响及其作用机制,研究者以野生型(WT)拟南芥和eATP受体缺失突变体(dorn-1)拟南芥为实验材料,利用交替呼吸途径抑制剂(SHAM)进行实验,结果如图2所示。 图2 ①据图2分析,在WT叶片中,SHAM处理能够引起实际光系统反应效率　　　　,对WT叶片添加外源ATP可　　　　SHAM所导致的影响;而在dorn-1叶片中,SHAM处理以及添加外源ATP对植物实际光系统反应效率的影响　　　　。  ②以上结果表明,eATP可通过DORN1(受体)对　　　　　　　　　　引起的植物光系统反应效率下降进行调控。该实验为进一步研究植物抗胁迫调节机制中呼吸链以及eATP的作用提供依据。  11.(11分)在光反应中,电子和质子传递途径如图1所示。有氧呼吸第三阶段电子和质子传递途径如图2所示。其中A、B表示物质,①~③表示过程。请回答下列问题: 图1 图2 (1)图1中PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的　　　　上,它们以串联的方式协同完成电子由　　　　(物质)释放,最终传递给　　　　(A),合成了B。  (2)图1中光照驱动下,伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中H+转运至　　　　　　,H+通过　　　　　　方式进入叶绿体基质,光反应产生的　　　　　　用于暗反应中C3的还原。  (3)图2中②过程中的电子供体是　　　　,释放的电子最终被　　　　接受生成水。①③过程的ATP合酶的作用是　　　　　　　　 　　　。  (4)在酸性环境中,2,4-二硝基苯酚(DNP)能结合并携带质子顺浓度梯度跨过线粒体内膜,从而破坏膜内外质子的浓度梯度,使能量以热能形式散失。DNP曾被不良商家作为减肥药售卖,它可能对人体产生的危害:　　　　　　　　　　　　(2分)。  参考答案 1.AD　解析 a为水的光解产生的O2,b为暗反应的原料CO2,A项正确;④为有氧呼吸第一、第二阶段,发生的场所在细胞质基质和线粒体基质,B项错误;过程③消耗的ATP是由光反应提供,即过程②,C项错误;①④为细胞呼吸,②③为光合作用,故只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行,D项正确。 2.B　解析 过程①表示光反应中水的光解,过程③表示暗反应,则①和③是光合作用过程,光反应中需要色素吸收、传递、转化光能,其中叶绿素是转化光能必不可少的色素,A项正确;过程③表示暗反应,发生在叶绿体基质中,过程④包括有氧呼吸的第一、第二阶段,第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,B项错误;过程①光反应中,光能转变成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中,二者可被暗反应利用,C项正确。 3.C　解析 甲可利用CO2合成有机物,为叶绿体,乙可利用O2产生CO2,进行有氧呼吸,为线粒体,该植物不一定是高等植物,有些低等植物中也有叶绿体与线粒体,A项错误;若题图中能够进行光合作用的细胞的物质与能量处于平衡状态,但是植物还有不能进行光合作用的细胞,则整株植物的光合速率小于呼吸速率,该生物不能存活,B项错误;H2O的光解不消耗ATP,D项错误。 4.AC　解析 题图中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,被相邻细胞利用是在相邻细胞的叶绿体基质中,至少需要穿过线粒体(2层膜)、线粒体所在细胞的细胞膜(1层膜)、相邻细胞的细胞膜(1层膜)、相邻细胞的叶绿体(2层膜),至少需要穿过6层生物膜,A项错误;题图中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,Ⅶ是有氧呼吸第二阶段的产物,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,是还原型辅酶Ⅰ,Ⅳ是NADH,是还原型辅酶Ⅱ,是不同物质,B项正确;①表示CO2的固定,②表示C3的还原,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。 5.B　解析 当光照强度等于0时,植物只能进行细胞呼吸,分析题图可知,该植物在25 ℃时比15 ℃时多吸收氧气10 mL/h,A项正确;当光照强度等于5 klx时,该植物在两种温度下有机物的积累量相等,因为25 ℃时比15 ℃的呼吸速率大,故25 ℃时比15 ℃时的有机物制造量大,B项错误;当光照强度小于5 klx时,15 ℃有机物的积累量大于25 ℃时,所以适当降低温度有利于温室内该植物的增产,C项正确;当光照强度大于8 klx时,15 ℃下该植物光合作用的制约因素不是光照强度,主要是二氧化碳浓度等,D项正确。 6.B　解析 据题图1分析,虚线表示呼吸速率随温度的变化情况,当温度达到55 ℃时,两条曲线重合,植物光合速率为0,只进行细胞呼吸,可能原因是与光合作用相关的酶失去活性,A项正确,B项错误;结合题图1数据可知,该植物净光合速率最大时的温度为30 ℃,因此,在进行图2所示实验时,为了减少无关变量带来的干扰,温度应设置在30 ℃左右,C项正确;图2中,当光合速率等于呼吸速率时,净光合速率为0,处于室内CO2浓度曲线的拐点,即6 h和18 h,题图1中,光合速率等于呼吸速率时的温度条件是40 ℃,D项正确。 7.C　解析 由表可知,不同温度条件下植物的积累量分别为0.4、1.0、1.5、1.75、1.5、0.5,因此昼夜不停地光照,温度为35 ℃时最有利于有机物的积累,A、B两项错误;温度均保持在35 ℃条件下,12小时光照能积累的量可用1.75 mg/h×12 h=21 mg表示,12小时黑暗消耗的量可用1.50 mg/h×12 h=18 mg表示,该植物存在有机物的积累,能正常生长,C项正确;温度均保持在40 ℃条件下,12小时光照能积累的量可用1.5 mg/h×12 h=18 mg表示,12小时黑暗消耗的量可用2.25 mg/h×12 h=27 mg表示,该植物不存在有机物的积累,所以不能正常生长,D项错误。 8.(1)叶绿体基质　ATP、NADPH　叶绿素和类胡萝卜素　(2)遮光比例(是否有异质性光)　单位时间单位面积CO2的吸收量　(3)非气孔限制　气孔导度上升,同时胞间二氧化碳浓度下降　(4)光合产物向外转移的速率增强　避免光合产物积累抑制光合作用　(5)探究提高作物产量的最适遮阴比例;探究提高作物产量的最适透光率 解析 (1)三碳化合物还原发生在暗反应,场所在叶绿体基质中,该过程需要光反应提供ATP、NADPH;光反应需要叶绿素和类胡萝卜素吸收光能。(2)A组为对照组,B组遮光比例为50%,C组遮光比例为100%,故本实验的自变量为遮光比例;测定净光合速率时需要将叶片置于密闭容器中,然后测定单位时间单位面积CO2的吸收量。(3)根据图2丙图分析,C组胞间二氧化碳浓度大于A组,故推测C组净光合速率下降是非气孔限制因素引起的。(4)与A组相比,B1侧气孔导度变大,胞间二氧化碳浓度却下降,故推测B1侧固定二氧化碳的能力较强。若呼吸速率保持不变,净光合速率上升,产生的有机物增加,但光合产物现存量却下降,说明光合产物向外运输的速率增强了,及时地将光合产物运输出去,防止有机物的积累抑制光合作用速率。(5)B组遮光比例为50%时,玉米生长速度快,同时产量高,若想进一步提高玉米的产量可以探究产量最高时的遮光比例或者透光率。 9.(1)内膜　(2)有利于卡尔文循环的持续进行,能不断地制造有机物　(3)[H](NADH)　氨基酸、丙酮酸、甘油和脂肪酸　(4)水　线粒体内膜　细胞色素途径　处理前3小时叶绿体并未产生过多的还原力 解析 (1)光照过强时,光反应产生的多余还原能可通过代谢途径输出叶绿体,在线粒体的内膜上经呼吸电子传递链转化为ATP中的化学能。(2)3-磷酸甘油酸还原生成的3-磷酸甘油醛必须一部分用于C5再生,有利于卡尔文循环的持续进行,能不断地制造有机物。(3)三羧酸循环是代谢网络的中心,由图可知,三羧酸循环中可产生大量的[H](NADH)。分析题图可知,乙酰CoA来自氨基酸、丙酮酸、甘油和脂肪酸,其将物质的分解代谢与合成代谢相互联系,在代谢途径中具有重要地位。(4)①氧气在有氧呼吸第三阶段被还原生成水,故交替呼吸途径可以使电子绕过呼吸链中的复合物Ⅲ和复合物Ⅳ,直接将氧还原成水;细胞色素途径和交替呼吸途径发生在有氧呼吸第三阶段,发生场所为线粒体内膜。②分析题图可知,加入了SHAM的实验组和KCN的实验组在光照时间2 h、3 h、4 h时,净光合速率均低于对照组,且加入了SHAM的实验组的净光合速率高于加入了KCN的实验组,说明两种呼吸途径中细胞色素途径消耗叶绿体中过多的还原力的能力更强。结合题干“研究发现叶绿体能将过多的还原力传递到线粒体,并被线粒体的呼吸电子传递链所消耗利用”推测,与对照组相比两种抑制剂处理前3小时对光合作用均无明显影响,推测可能的原因是处理前3小时叶绿体并未产生过多的还原力,故这两种抑制剂对实验结果影响不大。 10.(1)类囊体薄膜　为C3的还原提供能量　(2)NADPH　热能 (3)线粒体、叶绿体和细胞质基质　eATP需要与(细胞膜上)的DORN1(受体)结合后才能激发细胞内的信号转导 (4)①降低　缓解　不明显　②交替呼吸途径抑制剂 解析 (1)图中所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ能利用光能,完成信号转导,是光反应过程,应位于叶绿体的类囊体薄膜;ATP和NADPH在光合作用中的共同作用是参与暗反应过程,为C3的还原提供能量。(2)结合图示可知,强光环境下,植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径,将过多的NADPH转移出叶绿体,并最终参与AOX(交替呼吸途径)过程,呼吸作用过程中产生的能量大部分以热能形式散失。(3)分析题意,目前尚未发现在植物细胞的表面或质膜上存在ATP合酶,表明eATP来源于细胞代谢产生的iATP,产生ATP的细胞代谢主要是光合作用和呼吸作用,场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质;据图可知,eATP需要与(细胞膜上)的DORN1(受体)结合后才能激发细胞内的信号转导,据此推测eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用。(4)①分析图2,在WT叶片中,与对照组相比,SHAM处理能够引起实际光系统反应效率降低;对比对照组、SHAM和SHAM+ATP组可知,实际光系统反应速率是对照组>SHAM+ATP组>SHAM组,说明对WT叶片添加外源ATP可缓解SHAM所导致的影响;而在dorn-1叶片中,对照组、SHAM和SHAM+ATP组的实际光系统反应速率差别不大,说明在dorn-1叶片中,SHAM处理以及添加外源ATP对植物实际光系统反应效率的影响不明显。②本实验是以不同的拟南芥为材料,利用交替呼吸途径抑制剂(SHAM)进行实验的,上述实验结果表明,eATP可通过DORN1(受体)对交替呼吸途径抑制剂引起的植物光系统反应效率下降进行调控。 11.(1)类囊体薄膜　水　NADP+　(2)类囊体薄膜内(或类囊体腔内)　协助扩散　ATP、NADPH　(3)NADH　O2　转运H+、催化ATP合成　(4)DNP可能会导致人体细胞供能不足和体温过高等问题 解析 (1)结合图1的分析,PSⅠ和PSⅡ分布在叶绿体的类囊体薄膜上;共同完成电子由水释放,最终传递给NADP+,合成NADPH。(2)结合图1的分析,在光照驱动下,伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中H+转运至类囊体腔内,使得类囊体腔内H+浓度高于叶绿体基质,H+再顺浓度梯度,借助ATP合酶进入叶绿体基质,运输方式属于协助扩散;光反应产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)用于暗反应中C3的还原。(3)结合图2的分析,还原型辅酶Ⅰ(NADH)分解成NAD+和H+的同时,产生了2e-,故电子供体是NADH,释放的电子依次传递到复合体Ⅲ,被O2接受生成H2O。①和③过程的ATP合酶都具有两个用途:一方面作为转运蛋白,转运H+,另一方面作为酶,催化ATP的合成。(4)结合图2的分析,通过蛋白复合体等将质子(H+)运输到膜间隙,使膜两侧形成H+浓度差,H+再顺浓度梯度通过ATP合酶进入线粒体基质,驱动ATP生成。而DNP结合并携带质子顺浓度梯度跨过线粒体内膜,从而破坏膜内外质子的浓度梯度,使能量以热能形式散失,且减少了细胞内ATP的合成,可能会导致人体细胞供能不足和体温过高等问题。 14 学科网（北京）股份有限公司 $