2027届高三生物人教版一轮复习课件第12讲　光合作用与细胞呼吸的综合分析

陕西省山阳中学 姜 珊 高中生物学一轮复习 第12讲 光合作用与 细胞呼吸的 综合分析 考情分析 考点要求 2025年 2024年 2023年 光合作用与细胞呼吸的联系 2025·四川卷，16；2025·新课标卷，2 2024·新课标卷，31；2024·黑吉辽卷，21；2024·山东卷，21；2024·安徽卷，16；2024·广东卷，20 2023·全国乙卷，29；2023·江苏卷，19；2023·浙江1月选考，23；2023·广东卷，18；2023·重庆卷,19; 2023·辽宁卷，21； 2023·河北卷，19 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 2025·广西卷，18；2025·陕晋宁青卷，7 2024·黑吉辽卷，21；2024·广东卷，20 2023·湖南卷，17 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。 考点目录 考点一 光合作用与细胞呼吸的联系 考点二 特殊代谢类型 考点一 光合作用与 细胞呼吸的联系 光合作用与细胞呼吸的比较 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 比较 细胞呼吸 光合作用 场所 本质 物质变化 能量变化 主要影响因素 ATP 产生 消耗 还原型辅酶 名称 产生 消耗 叶绿体 细胞质基质和线粒体 有机物合成，储存能量 有机物氧化分解，释放能量 无机物→有机物 有机物→无机物 光能→有机物中稳定的化学能 有机物稳定化学能→热能+ATP中活跃化学能(＋储存在酒精或乳酸中) 光反应 有氧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和无氧Ⅰ 暗反应中C3的还原 各项生命活动 还原型辅酶Ⅱ(NADPH) 还原型辅酶Ⅰ(NADH) 光反应 有氧Ⅰ、Ⅱ和无氧Ⅰ 暗反应中C3的还原 有氧Ⅲ和无氧Ⅱ 光照强度、CO2浓度、温度等 O2浓度、CO2浓度、温度等 光合作用与细胞呼吸的联系 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 2.能量联系 CO2 C3 (CH2O) C3H4O3 CO2 暗反应 CO2的固定 暗反应 C3的还原 有氧呼吸Ⅰ 有氧呼吸Ⅱ H2O H+ NADPH [H] H2O 光反应 水的光解 光反应 NADPH的合成 有氧呼吸 Ⅰ、Ⅱ 有氧 呼吸Ⅲ H2O O2 H2O 光反应 水的光解 有氧呼吸Ⅲ CO2 有氧呼吸Ⅱ C3 暗反应 CO2的固定 暗反应 C3的还原 C： H： O： 暗反应 C3的还原 (CH2O) (CH2O) 1.物质联系 光能 热能 ATP中活跃的化学能 ATP和NADPH中 活跃的化学能 光反应 有机物中稳定的化学能 暗反应 呼吸 作用 光合作用与细胞呼吸的联系 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 3.模型分析 CO2 C6H12O6 暗反应 CO2 光能 H2O H2O ATP ADP+Pi NADPH NADP+ O2 光反应 NADH NAD+ ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP 光合作用 有氧呼吸 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 [教材深挖P106“拓展应用”]1.下图是在夏季晴朗的 白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。 分析曲线图并回答问题。 (1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是： (2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是 ： (3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是： (4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有： (5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。 光照强度逐渐增大 此时气温高，为减少蒸腾作用叶片气孔大量关闭，CO2吸收减少导致暗反应速率下降 光照强度逐渐减弱 光照强度、温度 适当增强光照强度、调整温度至光合作用最适温度。 光合午休 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 一昼夜内光合速率的变化分析 1.自然环境中 a点:凌晨温度低，酶活性低，呼吸减弱 f~h:光合速率随光照强度减弱而降低 b~c:光合<呼吸 c点:光合=呼吸(光补偿点) b~d:光合速率随光照强度增强而增加 d~e:光合午休(正午温度高，为减少蒸腾作用气孔导度下降) b点前:夜间无光，只呼吸 b点:光合开始点 g~h:光合<呼吸 h点:光合消失点 b~h:制造有机物 c~g:光合＞呼吸，积累有机物 g点:光合=呼吸(光补偿点) h~i:夜间无光，只呼吸 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 一昼夜内光合速率的变化分析 1.自然环境中 S1 S2 S3 S4 一昼夜有机物的制造量： 一昼夜有机物的消耗量： 一昼夜有机物的积累量： S1+S2 S2+S3+S4 S1-S3-S4 注：有机物积累量＞0，植物才能正常生长。 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 一昼夜内光合速率的变化分析 2.密闭环境中 A~C:夜间无光，只呼吸 C点:光合开始点 C~D:光合＜呼吸 D~H:光合＞呼吸，积累有机物 D点:光合=呼吸(光补偿点，此时容器内CO2浓度最高) H:光合=呼吸(光补偿点，此时容器内CO2浓度最低) H~I:光合＜呼吸 I点:光合消失点 I~J:夜间无光，只呼吸 B~C:凌晨温度降低，呼吸减弱 F~G:光合午休 C~I:制造有机物 ①若J＜A，说明一昼夜有机物积累量＞0，植物能正常生长； ②若J≥A，说明一昼夜有机物积累量≤0，植株不能正常生长。 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 考向1　光合作用与细胞呼吸的联系[P82科学思维] 1.(2026·河南信阳高中联考)如图表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列叙述错误的是(　　) A.光照强度为a时该植物产生ATP的细胞器只有线粒体 B.光照强度为b时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率 相等 C.光照强度为c时植物呼吸作用产生了6个单位的CO2 D.光照强度为d时该植物能积累有机物而正常生长 ①装置设置： ②环境条件： ③现象： ④净光合速率表示： ⑤对照设置： 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 光合速率的测定方法 1.液滴移动法(测氧气吸收量) 绿植+NaHCO3溶液/CO2缓冲液 足够光照 液滴右移 单位时间液滴右移的距离 死亡绿植+NaHCO3溶液/CO2缓冲液 NaOH溶液 测呼吸速率 测净光合速率 ①装置设置： ②环境条件： ③现象： ④呼吸速率表示： ⑤对照设置： 绿植+NaOH溶液(吸收CO2) 黑暗处理(排除光合作用干扰) 液滴左移(O2消耗) 单位时间液滴左移的距离 死亡绿植+NaOH溶液 NaHCO3溶液/CO2缓冲液 (光合产生O2量与呼吸消耗O2量的差值) 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 考向2　光合速率的测定[P83科学思维] 3.(2026·江西九江调研)为了研究温度对绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实验(如图甲)，在适宜的光照和不同的温度条件下测定CO2的吸收量与释放量绘制了乙图。结合相关知识，回答下列问题(提示：有色液滴移动1 cm相当于乙图中的1个单位)。 (1)若用甲图装置测定20 ℃条件下的光合速率，则X应为__________ 溶液，同时需要适宜的光照强度；为了排除环境中无关因素的影 响，还需要设计除__________外均与实验组相同的对照组。 NaHCO3 绿色植物 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 考向2　光合速率的测定[P83科学思维] (2)用甲图装置测定20 ℃条件下该植物的呼吸速率，需对该装置 做______处理；根据乙图计算此时植物呼吸速率为_____mg·h－1。 (3)若在5 ℃和一定光照条件下，发现甲图装置有色液滴在1小时 内没有移动，其原因是_______________________；若在适宜光照和 5 ℃条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1 cm，这1 cm代表 的是______________________________，结合乙图可知此时该植物光合速率等于____ mg·h－1。 (4)在光照等其他条件适宜的情况下，在____ ℃条件下，有色液滴向右移动的距离最大。B点代表的含义是_________________________，B点的光合速率______(填“大于”“等于”或“小于”)35 ℃的光合速率。 黑暗 1.5 光合速率＝呼吸速率 植物净光合速率是1 mg·h－1 1.5 25 净光合速率＝呼吸速率 等于 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 光合速率的测定方法 2.黑白瓶法(测溶氧量变化) 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 光合速率的测定方法 “黑瓶”不透光 测定呼吸量 “白瓶”透光，给予光照 测定净光合量 立即测定瓶内O2或CO2含量(初始量) 立即测定瓶内O2或CO2含量(初始量) 一段时间后 测定瓶内O2或CO2含量(现在量) 呼吸量=O2减少量(即初始O2量-现在O2量) 或=CO2增加量(即现在CO2量-初始CO2量) 一段时间后 测定瓶内O2或CO2含量(现在量) 净光合量=O2增加量(即现在O2量-初始O2量) 或=CO2减少量(即初始CO2量-现在CO2量) 2.黑白瓶法(测溶氧量变化) 【考点一】光合作用与细胞呼吸的联系 光合速率的测定方法 3.半叶法(测有机物制造量) 遮光 光照 B A 剥除枝条上一小圈韧皮部，蔗糖等光合产物不能通过筛管运输，只能在环割上方积累。 环割 阻止两部分的物质和能量转移 一定时间后(t)分别截取相同面积(S)的叶片，分别烘干称重，记为WA、WB。 t时间内有机物的制造量为∆W=WA-WB 总光合速率为v=(WA-WB)/S·t 数据变化值代表细胞呼吸强度(W0-WB) 数据变化值代表净光合强度(WA-W0) 剥除枝条上一小圈韧皮部，保留中间木质部完好，木质部保留，水、无机盐依旧可以由根→导管向上运输给这片叶子；韧皮部切断：蔗糖等光合产物不能通过筛管向下运输回根部，有机物只能在环割上方积累。 考点二 特殊代谢类型 叶绿体基质 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 1.分类依据 根据光合作用暗反应过程中CO2固定的途径不同，将自然界中的绿色植物分为C3、C4和CAM三种类型。 2.C3植物 固碳方式 C3途径 RUBP (C5) C3 (CH2O) CO2 Rubisco酶 (卡尔文循环) 常见举例 大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等 固碳场所 叶肉细胞的叶绿体基质 植物特点 干旱胁迫或炎热正午植物会为减少水蒸腾散失而降低气孔导度，胞间CO2浓度减少，光合速率降低。 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 常见举例 玉米、甘蔗、高粱、苋菜等 叶片结构 叶肉细胞 维管束鞘细胞 C4植物的叶片中叶肉细胞和维管束鞘细胞紧密排列。 3.C4植物 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 3.C4植物 固碳方式 C4途径+C3途径 叶肉细胞 维管束鞘细胞 (含类囊体可进行光反应；但基质不含Rubisco酶，无法进行暗反应) C3(PEP) C4 CO2 PEP羧化酶 C4 透明叶绿体 (不含类囊体，无法进行光反应；但基质含Rubisco酶可进行暗反应) C3(丙酮酸) C3 叶绿体基质 RUBP(C5) C3 (CH2O) Rubisco酶 CO2 细胞质基质 叶绿体 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 3.C4植物 固碳场所 叶肉细胞的细胞质基质→维管束鞘细胞的叶绿体基质 固碳特点 CO2经过2次固定：CO2＋C3→C4、CO2＋C5→2C3 C4植物的PEP羧化酶对CO2具有高亲和力 植物特点 干旱胁迫或炎热正午植物会为减少水蒸腾散失而降低气孔导度，胞间CO2浓度减少，但由于PEP羧化酶的存在，C4植物固碳能力强，光合速率不会降低。 【考点二】特殊代谢类型 [P85例1] (2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是______________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________ _________________________________(答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________________ ________________________________________________。 O2、NADPH和ATP 叶片自身呼吸作用需要消耗一部分光合产物 C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 常见举例 4.CAM植物 植物类型 CAM植物是典型的旱生植物。该类植物气孔是在夜间开放，而白天关闭，能够有效减少水蒸腾散失，因此尤其适合干旱环境。 菠萝 芦荟 仙人掌 百合 兰花 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 固碳方式 CAM途径+C3途径 4.CAM植物 CO2 HCO3- 夜间气孔开放 淀粉 PEP 草酰乙酸(C4) PEP羧化酶 苹果酸(C4) 储存在液泡中 CO2 白天气孔关闭 苹果酸(C4) 苹果酸(C4) CO2 RUBP(C5) C3 (CH2O) Rubisco酶 淀粉 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 固碳特点 4.CAM植物 CO2经过2次固定：CO2＋C3→C4、CO2 ＋C5→2C3 夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降；白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。 夜间只进行CO2固定，不进行光反应，也不合成有机物；白天进行光反应，并合成有机物，但不从外吸收CO2。 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 植物特点 4.CAM植物 白天CAM植物会为减少水蒸腾散失而关闭气孔，但暗反应所利用的CO2来自细胞内苹果酸和线粒体释放，因此光合速率不会降低。 【考点二】特殊代谢类型 [P86例2] (2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_______________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和___________释放的CO2。 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止_____________________________，又能保证____________正常进行。 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 叶绿体、细胞质基质、线粒体 细胞呼吸 蒸腾作用过强导致过度失水 光合作用 实验思路：取长势相同的植物甲若干均分为A、B两组；A组置于干旱条件，B组置于水分充足条件，其他条件相同且适宜；一段时间后分别测定两组植物甲夜晚液泡中的pH。预期结果：A组液泡中的pH明显低于B组。 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 4.比较 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 时间错开 空间错开 C3植物、C4植物、CAM植物 【考点二】特殊代谢类型 4.比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 CO2固定的产物 光反应场所 固碳场所 光合能力 适应干旱的能力 有无光合午休 RuBP(C5) PEP和RuBP(C5) PEP和RuBP(C5) C3 C4和C3 草酰乙酸和C3 叶肉细胞的类囊体薄膜 叶肉细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的细胞质基质→ 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 弱 弱 有 强 强 无 强 强 无 光呼吸 【考点二】特殊代谢类型 1.含义 进行光合作用的细胞在光照、高O2低CO2的条件下，吸收O2并释放CO2的代谢过程。 2.原因 主要是因为O2会与CO2竞争性结合Rubisco酶(双功能酶)。 高CO2低O2 (CH2O) RUBP (C5) CO2 2C3 Rubisco酶 羧化反应 高O2低CO2 (CH2O) RUBP (C5) O2 C3 Rubisco酶 加氧反应 磷酸乙醇酸 (C2) 叶绿体基质 光呼吸 【考点二】特殊代谢类型 3.过程 高O2低CO2 (CH2O) RUBP (C5) O2 C3 Rubisco酶 加氧反应 磷酸乙醇酸 (C2) 过氧化物酶体 线粒体 C2 C2 C2 C2 C3 C3 C3 C3 乙醛酸 甘氨酸 甘氨酸 丝氨酸 丝氨酸 羟基 丙酮酸 甘油酸 C3 甘油酸 光呼吸/C2途径 (该过程消耗ATP和NADPH) CO2 4.场所 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 光呼吸 【考点二】特殊代谢类型 5.意义 光呼吸的效率虽远远低于常规的卡尔文循环，但在一定程度上保证了光合作用的正常运转。 高光强、高温、干旱环境下，光呼吸会消耗多余的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害，减少光抑制。 植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量，引起光合效率下降的现象。‌ 6.光抑制 含义 原因 暗反应无法消耗过量的ATP和NADPH，NADP+不足，电子无法正常传递，只能传递给O2生成活性氧(ROS)，活性氧会攻击叶绿素和 PSII ，对叶绿体造成伤害。 条件 高温、干旱等环境胁迫与强光同时作用时，光抑制现象会更严重。 【考点二】特殊代谢类型 [P86例3] (2025·陕晋宁青卷，17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。 [P86例3](1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体______，C3在光反应生成的________________参与下合成有机物。 (2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是______________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率_____；相较于植株W，S净光合速率变化幅度____。 (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：_________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________。 【考点二】特殊代谢类型 基质 ATP和NADPH 植株S保卫细胞中G酶表达量提高，使保卫细胞细胞质中HCO3－和可溶性糖等溶质增加，渗透压增大，保卫细胞吸水，气孔开度增大，CO2吸收量增加，暗反应速率增大 减小 小 构建G酶表达量仅在保卫细胞减少的植株M，其他条件与对照组(植株W)相同，培养一段时间后检测两组叶片净光合速率；预期结果为M净光合速率低于W 阶段排查 回扣落实（二） 网络构建　前挂后联 高效性 显著降低活化能 C、H、O、N、P 叶绿体基质 C3的还原 细胞质基质 细胞质基质 易错易混　再判断 (6)高温处理后的酶能与双缩脲试剂反应。( ) (7)温度和pH由低到高的变化过程均可使酶的活性增强。( ) (8)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成。( ) (11)人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以不能合成ATP。( ) (16)人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。( ) (24)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。( ) (26)分离色素的原理是色素易溶于有机溶剂。( ) (27)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程。( ) (28)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。( ) (31)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( ) (32)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。( ) CO2＋H2O(CH2O)＋O2 $