第4单元 第14课时 光合作用和细胞呼吸的综合应用&单元整合提升(四)(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考生物大一轮复习学案

该高中生物学讲义聚焦光合作用与细胞呼吸综合应用这一高频考点，依据课标要求构建“过程联系—速率关系—环境影响”的知识体系，通过考点梳理（如元素转移、NADPH/NADH/ATP来源去向）、方法指导（“三率”辨析与计算）、真题训练（2024-2025年多省高考题及模拟题），帮助学生突破难点，体现复习的系统性与针对性。 资料突出学科融合与核心素养培养，如结合“双碳”战略设计人工光合作用情境题渗透社会责任，通过同位素标记实验分析、自然/密闭环境曲线对比培养科学思维与物质能量观。设置基础巩固、能力提升分层练习，配合即时反馈，助力学生高效掌握高频考点，为教师把控复习节奏提供实用指导。

第14课时　光合作用和细胞呼吸的综合应用 课标 要求 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 考情 分析 考点 考题统计 考频等级 光合作用与细胞呼吸综合分析 2025·河北卷，4；2025·黑吉辽内蒙古卷，10；2025·山东卷，21；2025·新课标卷，2；2025·四川卷，16；2025·安徽卷，16；2025·河南卷，17；2024·广东卷，2；2024·新课标卷，7；2024·广西卷，19；2024·全国甲卷，7；2023·北京卷，3 高频 题型一　光合作用和细胞呼吸过程的物质和能量联系 (1)“三种”元素转移途径 (2)NADPH、NADH和ATP的来源和去向 (3)辨析能量载体的转移方向 ①ATP和还原型辅酶Ⅱ在叶绿体、细胞质基质间的转移方向：叶绿体产生的ATP基本不转移至细胞质基质，NADPH能转移至细胞质基质中，细胞质基质中的ATP和NADPH都能转移至叶绿体中。 ②ATP和还原型辅酶Ⅰ在细胞质基质、线粒体间的转移方向：线粒体产生的ATP和NADH都可以转移至细胞质基质中，细胞质基质中的ATP不转移至线粒体中，NADH能转移至线粒体中。 [对点演练] 1．(2024·广东卷，2)2019年，我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌，其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中，下列物质存在的可能性最小的是(　　) A．ATP　　　　　　　 B．NADP＋ C．NADH D．DNA 解析：D　题中片层结构可以进行光合作用和呼吸作用，而光合作用的光反应阶段和呼吸作用中均有ATP生成；NADP＋是光合作用中生成NADPH的原料；NADH是呼吸作用过程中的产物；蓝细菌是原核生物，DNA存在于拟核中，D符合题意。 2．(2026·河南开封模拟)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H218O，一段时间后，能在CO2中检测到18O B．提供H218O，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) 解析：B　给水稻提供H218O，H218O可参与有氧呼吸的第二阶段，所以生成的CO2中会有18O，含有18O的CO2可参与光合作用暗反应过程，故能在有机物中检测到18O，A正确，B错误；给水稻提供14CO2，14C在水稻光合作用过程中的转移途径大致是14CO2→14C3→(14CH2O)，根细胞在缺氧状态下进行无氧呼吸时，14C6H12O6会分解形成14C2H5OH，C、D正确。 题型二　真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系 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。 3．“三率”的常考曲线分析 (1)以“物质的量”为指标 (2)以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标 [对点演练] 3．(2026·北京海淀模拟)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．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等 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．光照相同时间，30 ℃时光合作用制造的有机物的量与35 ℃时相等 解析：D　由图可知，虚线表示光照下CO2的吸收量(表示净光合作用)，实线表示黑暗中CO2的释放量(表示呼吸作用消耗有机物的量)。因此两曲线的交点表示绿色植物积累的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，A错误；植物积累的有机物等于净光合积累量，图中虚线表示净光合积累量，光照相同时间，在25 ℃条件下植物积累的有机物的量最多，B错误；从图中可以看出：25 ℃时，总光合作用产生的有机物的量约等于2.30＋3.75＝6.05，30 ℃时为3.00＋3.50＝6.50，35 ℃时为3.50＋3.00＝6.50，故而温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量上升，而不是下降，C错误；光合作用制造的有机物的量＝净光合作用量＋呼吸作用量，因此图中35 ℃与30 ℃的光合作用制造的有机物的量相等，都是6.5，D正确。 4．(课标变化题)为在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”目标，研究人员通过研究植物体内碳的转移途径，进一步提高植物的固碳能力，助力减少大气中的CO2浓度，实现“碳中和、碳达峰”。图1是某植物的光合作用和细胞呼吸过程示意图，图2是温度适宜时，该植物在不同光照强度下CO2吸收速率的变化。回答下列问题： (1)图1中，①过程的发生场所是叶绿体的______________，可以为②过程提供________________________。 (2)图2中，A点对应条件下，该植物能完成图1中的过程有____________(填序号)，B点时该植物的叶肉细胞的光合速率____________(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸速率。 (3)我国极为重视人工光合作用，期待这方面的突破能为碳中和目标带来契机。为此，研究人员设计了人工光合作用系统，该系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。该系统中执行叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为______________。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是___________________________。 (4)如遇阴雨天，模块3反应过程中，物质甲短时间内的含量____________(填“增加”或“减少”)。该人工光合系统的光合作用效率高于大部分高等绿色植物，从对光能的利用角度分析，其原因可能是___________________。 [点睛]　本题契合2025课标修订内容新增“解释光合作用在碳中和方面的重要作用”，将学科知识与“双碳”国家战略结合，强化知识的现实应用价值。 解析：(1)图1中①是光反应，发生场所是叶绿体的类囊体薄膜；②是暗反应，光反应可为暗反应提供ATP和NADPH等物质。(2)图2中，A点时，光照强度为0，该植物只进行呼吸作用，即能完成的图1中的过程有③(有氧呼吸第三阶段)、④(有氧呼吸第一、二阶段)。B点时植株的光合速率＝呼吸速率，但植物非绿色部分(如根)只进行呼吸作用，所以叶肉细胞光合速率大于呼吸速率。(3)叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途：①将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出来，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合， 形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；②在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。模块1将光能转化为电能，模块2利用模块1中的电能将水分解为氧和H＋，并发生能量转换，故模块1和2的功能与光反应一致。模块3相当于暗反应，甲可与CO2结合(CO2的固定)，甲为五碳化合物(C5)。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(4)如遇阴雨天，光照减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，短时间内，乙(C3)被还原为甲(C5)的速率降低，而甲生成乙的速率基本不变，所以甲的含量将会降低。植物吸收光能依赖于叶绿素和类胡萝卜素，主要吸收红光和蓝紫光，而人工光合系统能充分利用光能，所以该人工光合系统的光合作用效率高于大部分高等绿色植物。 答案：(1)类囊体薄膜　NADPH和ATP　 (2)③④　大于　(3)1和2　C5　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(4)减少　人工光合系统能充分利用光，而高等绿色植物的光合色素主要吸收红光和蓝紫光 题型三　自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化分析 1．自然环境中，绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析 2．相对密闭的环境中，绿色植物一昼夜内CO2含量的变化曲线分析 [对点演练] 5．(2026·河南洛阳模拟)科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是(　　) A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭 C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱 D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 解析：B　上午太阳出来后光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太阳出来后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降，而露天栽培的油桃在mn段Pn下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收CO2，B错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施，D正确。 6．(2026·广东东莞模拟)如图是大棚番茄在24小时测得CO2的含量和CO2的吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述错误的是(　　) A．a点CO2释放量减少可能是由温度降低导致细胞呼吸强度减弱 B．番茄通过光合作用合成有机物的时间是c～e段 C．由P点条件变为d点，C3生成减少 D．植物干重最大的时刻是e点 解析：B　a点温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A正确；番茄通过光合作用制造有机物的时间是b～f段，B错误；d点时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率减慢，C3生成减少，C正确；c～e段光合作用强度大于细胞呼吸强度，有机物积累，e点之后光合作用强度小于细胞呼吸强度，故有机物积累最多的时刻是e点，D正确。 角度1　光合作用和细胞呼吸的关系 1．[(2025·河北卷，4)链接必修1 P93图5－9 P103图5－14]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 解析：A　类囊体膜上发生水的光解，产生O2，线粒体基质中发生丙酮酸的分解，消耗丙酮酸和H2O，产生NADH、CO2和少量能量，A错误；叶绿体基质中发生CO2的固定，消耗CO2，线粒体基质中丙酮酸分解生成CO2，B正确；类囊体膜上水的光解生成O2，线粒体内膜上消耗NADH和O2并生成H2O，C正确；叶绿体基质中发生暗反应可以产生糖类，线粒体基质中发生丙酮酸的分解，D正确。 2．[(2025·黑吉辽内蒙古卷，10)新情境类]黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜，下列叙述正确的是(　　) A．ATP、ADP和Pi通过NTT时，无需与NTT结合 B．NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输 C．图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生 D．光照充足，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止 解析：D　载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，说明ATP、ADP和Pi通过NTT时，需要与载体蛋白NTT结合，A错误；NTT转运ATP、ADP和Pi是顺浓度梯度运输，不消耗能量，该运输方式符合协助扩散的特点，B错误；图中进入叶绿体基质的ATP可以由线粒体产生，也可以由在细胞质基质发生的细胞呼吸第一阶段产生，C错误；光照充足时，光合色素吸收光能，促使叶绿体内的ADP和Pi反应形成ATP，通过NTT运出的ADP数量会减少甚至停止，D正确。 角度2　考查真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 3．[(2023·北京卷，3)情境类]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 解析：C　CO2吸收速率代表净光合速率，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，植物需要从外界吸收的CO2减少，A正确；在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高，主要原因是随着温度的升高，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，光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 4．[(2024·全国甲卷，7)情境类]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1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。 解析：(1)有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率。由图可知，该植物叶片在温度a和c时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度a和c时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度a和c时的有机物积累速率不相等。(2)在温度d时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，由于该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，这些细胞需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度d时，该植物体的干重会减少。(3)温度较高时，蒸腾作用较强，植物气孔部分关闭，以防止水分大量散失。气孔部分关闭时，通过气孔进入叶片的CO2减少，暗反应速率降低，导致光合速率降低；温度过高会使酶活性降低，引起酶促反应速率下降，从而导致暗反应速率降低。(4)植物的净光合速率越大，积累的有机物越多，因此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净光合速率最大时的温度。 答案：(1)不相等　有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率，由图可知，该植物叶片在温度a和c时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度a和c时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度a和c时的有机物积累速率不相等　(2)在温度d时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，由于该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，这些细胞需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度d时，该植物体的干重会减少　(3)温度超过b时，随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO2减少(或温度超过b时，随着温度升高，与暗反应有关酶的活性降低)(合理即可)　(4)光合速率与呼吸速率差值(或净光合速率) 单元整合提升（四） 学科网（北京）股份有限公司 $