2021届高考生物新人教版一轮复习学案：第3单元细胞的能量供应和利用素养加强课2光合作用细胞呼吸的综合

素养加强课2 光合作用细胞呼吸的综合

  光合作用和细胞呼吸过程的联系

　(2017·全国卷Ⅱ)如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。

据图回答下列问题：

(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是____________。

(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。

(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是______________________________。

[审题指导]　(1)题目给出了叶肉细胞光合作用和呼吸作用的过程图解，首先根据光合作用和呼吸作用的过程判断A、B、C、D表示的过程，然后判断①②③④代表的物质。(2)光合作用和呼吸作用中产生ATP的过程和结构。(3)丙酮酸转化成酒精发生在无氧呼吸过程，无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的。

[审题指导]　本题考查光合作用的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的过程。(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的O2；由②和H2O产生①与NADPH([H]，即还原型辅酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③转化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④与CO2结合生成C3可知，④为C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是NADH(还原型辅酶Ⅰ)。(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质(C)中进行有氧呼吸的第一阶段，线粒体(D)中进行有氧呼吸的第二和第三阶段。(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精和CO2。

[答案]　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸

1．光合作用与细胞呼吸过程的联系

(1)写出下列物质名称：b.O2，c.ATP，d.ADP，e.NADPH([H])，f.C5，g.CO2，h.C3。

(2)填写下表生理过程及场所

(3)物质方面

C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2

O：H2OO2H2O

H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O

(4)能量方面

2．光合作用和有氧呼吸中[H]、ATP的来源和去路

1．(2019·衡水中学二调)如图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．过程①发生在叶绿体中，过程③发生在线粒体中

B．过程①产生NADH，过程③消耗NADPH

C．若叶肉细胞中过程②的速率大于过程③的，则植物干重增加

D．过程③中ATP的合成与放能反应相联系，过程④与吸能反应相联系

D　[过程①为光合作用的光反应，发生在叶绿体中，过程③是有氧呼吸或无氧呼吸过程，不一定发生在线粒体中，A错误；过程①产生NADPH，过程③消耗NADH，B错误；若叶肉细胞中过程②的速率大于过程③的，则植物干重不一定增加，因为还有其他部分不能进行光合作用的细胞还要通过呼吸消耗有机物，C错误；过程③中ATP的合成需要能量，与放能反应相联系；过程④是ATP的水解，释放能量，与吸能反应相联系，D正确。]

2．(2019·深圳一模)如图中的a、b、c为植物细胞内物质转化的过程。下列有关叙述错误的是(　　)

A．b、d过程都有热能的释放

B．b、d过程在人体细胞中也可进行

C．a、c、d过程都是在生物膜上进行的

D．在光照充足等适宜条件下，a强于b，c强于d

C　[据图分析可知，b是有氧呼吸的第一、二阶段，d是有氧呼吸的第三阶段，这三个阶段都有热能释放，A正确；人体内可以进行呼吸作用，b、d属于有氧呼吸，B正确；在生物膜上发生的生理过程是[c]光反应(场所是叶绿体的类囊体膜上)和[d]有氧呼吸的第三阶段(线粒体内膜)；[a]暗反应过程发生在叶绿体基质中，[b]有氧呼吸的第一、第二阶段发生的场所是细胞质基质和线粒体基质，C错误；在光照充足，条件适宜的情况下，光合作用强度大于呼吸作用强度，所以a强于b，c强于d，D正确。]

3．(2019·枣庄期末)如图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。据图回答问题：

(1)图中C3的名称是________________，可为②提供能量的生理过程是__________________(填图中序号)。

(2)在适宜光照下，若用HO浇灌植物，则放射性的18O______(填“会”或“不会”)出现在葡萄糖中，原因是________。

(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是______________。

(4)过程⑥发生的具体部位是___________________________。

(5)一棵植物在生长过程中，光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量，原因是_________________________。

[解析]　(1)为植物细胞吸收无机盐提供能量的是细胞呼吸产生的ATP。(2)在有氧呼吸过程中，水中的氧能够转移到CO2中。(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是包括热能的形式散失、转移到ATP中、储存在酒精中。

[答案]　(1)丙酮酸　⑤⑥

(2)会　用HO浇灌植物时，水中的18O通过有氧呼吸的第二阶段形成C18O2，进而被光合作用的暗反应阶段利用，形成葡萄糖，(或用HO浇灌植物时，水中的18O通过过程⑥形成C18O2，进而被④过程利用，形成葡萄糖)

(3)以化学能的形式储存在酒精和ATP中及以热能的形式散失

(4)线粒体基质和线粒体内膜

(5)植物在生长过程中，光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中，植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也只有部分转移到ATP中

总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系

　(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：

(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。

(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是

______________________________________________________。

(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。  

[审题指导]　(1)第二问第一空考查识图。第二空考查群体干物质积累速率(净光合速率)与群体总光合速率和群体呼吸速率的关系。即：净光合速率＝总光合速率一呼吸速率。(2)第三问明确阴生植物的特点：阴生植物适宜在弱光下生长，注意关键语句：“光合作用吸收和呼吸作用放出的CO2相等时”的理解，明确问的是“光照强度的高低”。

[解析]　 (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜上，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到光补偿点需要的光照强度低。

[答案]　(1)类囊体膜　蓝紫光和红光　(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　(3)低

1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系

(1)内在关系

①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)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——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。

③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。

(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，则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，该曲线代表真正光合速率，如图乙。

②根据关键词判定

2.光合作用和细胞呼吸的曲线分析

(1)植物生长速率取决于净光合量而不是“总光合量”，如图中n值为净光合速率(虚线表示)，n值＝总光合速率－呼吸速率。

(2)解答与呼吸作用、光合作用曲线综合题应特别关注的信息

①光照强度为“0”意味着光合作用不能进行，此时气体变化量全由细胞呼吸引起，可作为呼吸强度指标。

②光照下吸收CO2量应为净光合量。

③光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用消耗CO2的量与呼吸作用产生CO2量间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。

1．(2019·五省创优联考)如图表示在适宜的条件下，两种植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率随光照强度的变化情况。下列相关叙述正确的是(　　)

A．当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率相等

B．若白天光照时间为12 h，则平均光照强度需大于N，植物Ⅰ才能正常生长

C．当光照强度为Q时，限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素均为光照强度

D．当光照强度为Q时，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量为92 mg

B　[当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的净光合速率相等，但由于两者呼吸速率不同，因此植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率即总光合速率不相等，A错误；若要植物Ⅰ能正常生长，且白天光照时间为12 h，则白天12 h有机物的积累量必须至少等于晚上12 h有机物的消耗量，因此平均光照强度需大于N，B正确； 当光照强度为Q时，光照强度已经不是限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素，C错误； 当光照强度为Q时，植物Ⅰ净光合速率为8 mg·h－1，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量即总光合作用强度为14×(8＋2)＝140(mg)，D错误。]

2．(2019·哈尔滨模拟)某同学研究某湖泊中X深度生物的光合作用和有氧呼吸时，设计了如下操作：

①取三个相同的透明玻璃瓶标号a、b、c，并将a瓶用不透光的黑布包起来；

②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶中水的溶氧量；

③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出；

④测定a、b两瓶中水的溶氧量，三个瓶子的测量结果如图所示。

下列有关24 h内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析，正确的是      (　　)

A．光合作用产生的氧气量为(k－v)mol/瓶

B．光合作用产生的氧气量为(k－w)mol/瓶

C．有氧呼吸消耗的氧气量为(k－v)mol/瓶

D．有氧呼吸消耗的氧气量为v mol/瓶

A　[实验中测定的c瓶中水的溶氧量为w mol/瓶，是湖中X深度瓶中初始溶氧量。a瓶为不透光黑瓶，a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24 h后取出，测定a、b两瓶中水的溶氧量分别为v mol/瓶和k mol/瓶，因此，(w－v) mol/瓶为24 h内X深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧气的量；(k－w) mol/瓶为24 h内X深度水瓶中生物的净光合作用释放氧气的量。24 h内X深度水体中生物光合作用产生的氧气量为净光合量＋有氧呼吸消耗氧气的量＝(k－w)＋(w－v)＝(k－v) mol/瓶。]

3．(2019·衡水中学月考)为了测量某植物的光合速率，在不同温度条件下，给植物一定强度的光照，植物的初始质量为M，光照12 h后质量为M＋X，再黑暗处理12 h后，其质量为M＋Y。不同温度条件下测定的X和Y如表所示。下列叙述错误的是(　　)

A.该植物的总光合速率可表示为(2X－Y)/12

B．适当延长光照和黑暗处理时间可减小实验误差

C．该植物置于30 ℃的光照环境下比较有利于有机物的积累

D．在15～35 ℃的温度范围内，细胞呼吸速率先上升后下降

D　[在光照下，植物进行12 h光合作用后质量增加X，则X为净光合作用量。再黑暗处理12 h后，呼吸作用消耗量为X－Y，总光合作用量＝净光合作用量＋呼吸作用消耗量＝X＋ (X－Y)＝(2X－Y)，故总光合速率可表示为(2X－Y)/12，A项正确；测量时出现误差不可避免，如果实验时间过短就测量，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较大；如果适当延长时间，取平均值后，均摊在每小时内的误差就较小，更接近实际值，B项正确；在光照条件下，该植物在30 ℃下净光合速率最大，最有利于有机物积累，C项正确；在15～35 ℃的温度范围内，12 h呼吸作用消耗量(X－Y)依次是0.6、0.8、1.1、1.6、2.0，由此可知，细胞呼吸速率一直在上升，D项错误。]

自然和密闭环境中植物生长问题

　(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：

(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是_________________________________________________________。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。

(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是

______________________________________________________。

[审题指导]　(1)题干给出了“CO2补偿点”的概念，即光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。题干还给出了“甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的”。(2)第(1)问给出的问题情景是“甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养”，问培养后发现两种植物光合速率都下降的原因是什么？植物在培养过程中，光合速率大于呼吸速率，密闭环境中CO2浓度降低。甲植物的净光合速率为0时，光合速率等于呼吸速率，根据题干信息，推出此时，乙种植物的净光合速率。(3)第(2)问的问题情景是“甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中”，问题是“照光培养一段时间后，植物的有氧呼吸增加的原因是什么？”有氧呼吸增加一定是O2含量增加了，O2含量增加的原因是植物光合作用产生了O2。

[解析]　(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，刚开始时小室内CO2浓度较高，光合作用强度大于呼吸作用强度，一段时间后，CO2浓度降低，暗反应受阻，进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，因此当甲种植物的净光合速率为0时，CO2浓度达到甲种植物的CO2补偿点，此时乙种植物光合作用强度仍大于呼吸作用强度，净光合速率大于0。(2)将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中照光培养一段时间，该小室内是有CO2的，植物可以进行光合作用，甲种植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强。

[答案]　(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低　大于0　(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强

1．自然环境中一昼夜植物的光合作用曲线

如图表示自然环境中一昼夜植物吸收CO2的速率

(1)a点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。

(2)开始进行光合作用的点：b；结束光合作用的点：m。

(3)光合速率与呼吸速率相等的点：c、h；有机物积累量最大的点：h。

(4)de段下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱。

2．自然光照下，密闭环境中植物生长问题

下面两图表示自然光照下，密闭环境中植物生长引起的密闭环境中CO2含量和O2含量的变化。

(一)　　　　　　　　(二)

(1)光合速率等于呼吸速率的点：A、C。

(2)图(一)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。

(3)图(二)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2浓度减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。

3．恒定光照下，密闭环境中植物生长问题

生长发育状况相同的甲、乙两种植物，分别放在两个完全相同的密闭无色玻璃罩内，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量培养过程中玻璃罩内CO2浓度的变化如图所示。

(1)开始时，容器内CO2浓度逐渐降低，表明光合速率大于呼吸速率。后来，容器内CO2浓度不再降低，维持稳定，表明光合速率与呼吸速率相等。

(2)t1之前，甲植物固定CO2的能力大于乙植物；t1之后，乙植物固定CO2的能力大于甲植物。

(3)若将甲、乙两种植物放在同一密闭玻璃罩内，一段时间后，甲植物的生长最先受到严重影响，因为甲植物的CO2补偿点比乙植物的高，光合作用最先受到CO2浓度限制。

1．两棵同种生长状况基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示；在相同自然条件下，测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁曲线所示。回答下列问题：

(1)ab段和cd段，引起曲线下降的主要环境因素分别是____________和________。

(2)一昼夜中，装置甲、乙中植物积累的有机物较多的是________(填“甲”或“乙”)。

(3)导致e点(12时左右)时光合作用强度明显减弱的主要原因是

______________________________________________________。

(4)装置甲的植物叶绿体中，在14时C5含量比10时________(填“高”或“低”)。

[解析]　(1)图丙中，ab段下降的原因是密闭装置中二氧化碳被光合作用消耗，浓度降低；图丁中cd段下降的原因是光照减弱。(2)根据图丙和图丁可知，一昼夜中，图丁中曲线和横轴围成的面积，上部与下部的差值远大于图丙，说明装置乙中植物积累的有机物较多。(3)e点(12时左右)时，温度高，蒸腾作用强，为减少水分散失，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。(4)装置甲中14时比10时二氧化碳浓度低，消耗的C5少，因此14时植物叶绿体中C5含量高。

[答案]　(1)二氧化碳浓度　光照强度　(2)乙　(3)温度高，导致气孔关闭，二氧化碳供应减少　(4)高

2．(2019·安徽毛坦厂中学模拟)某生物小组先将同一生长状况的某种植株均分为Ⅰ、Ⅱ两组，分别培养在完全培养液、只缺镁的培养液中，置于适宜条件下培养两周后，再将两种条件下的植株分别移入两个密闭玻璃容器内，置于室外(晴天)相同的条件下，测定密闭容器中一天的CO2浓度变化情况，如图所示。

Ⅰ组　　　　　　　　　　Ⅱ组

(1)__________组是在缺镁条件下培养的植株，判断的理由是___________。

(2)对于这两组植株来说，B1、B2两个点对应的光照强度又称为___________。在这一天内，B1对应的时刻__________(填“等于”“早于”或“晚于”)B2对应的时刻，原因是_______________。

[解析]　(1)在光照时间段内，Ⅰ组CO2浓度下降幅度大于Ⅱ组，因此判断Ⅰ组的光合速率大于Ⅱ组。(2)B1、B2两点对应的光照强度下，光合速率等于呼吸速率，因此两点对应的光照强度为光补偿点。随时间推移光照强度逐渐减弱，Ⅰ组含有较多的叶绿素，对光的吸收、转化能力远大于Ⅱ组，故B1对应的时刻晚于B2对应的时刻。

[答案]　(1)Ⅱ　光照较强的时间段内，Ⅱ组的光合速率明显小于Ⅰ组的光合速率(或“光照时间段内，Ⅱ组的二氧化碳浓度下降幅度远小于Ⅰ组的”“24小时后，Ⅱ组的二氧化碳浓度远高于Ⅰ组的”，合理即可)　(2)光补偿点　晚于　随时间推移光照强度逐渐减弱，Ⅰ组含有较多的叶绿素，对光的吸收、转化能力远大于Ⅱ组(合理即可)

3．(2019·长郡中学测试)将A、B两种长势相同的植物置于相同的、温度适宜且恒定、光照恒定的密闭小室中，测得每个小室内CO2浓度随时间的变化如图所示。回答下列问题：

(1)当时间在10～20 min时，A、B两种植物中，CO2利用率较高的是__________________，理由是___________________________

______________________________________________________。

(2)若将A、B植物单独种植在干旱程度不同的土壤中，更适合生活在干旱土壤中的植物是__________________，理由是

______________________________________________________。

(3)夏季晴朗白天中午12：00时，植物叶片的光合速率会降低，A、B植物降低较快的是__________。

(4)叶片吸收的CO2需先__________(填“还原”或“固定”)成为C3，才能转变为糖类。

[解析]　(1)图示纵坐标表示密闭小室中CO2浓度。随着时间的递增，在0～20 min时段内，玻璃罩内的CO2含量逐渐降低，说明此时段内被植物吸收并且用于光合作用的CO2量大于呼吸作用产生的CO2量；但在10～20 min时段内，B植物所在的密闭小室内CO2浓度下降的幅度比A植物的大，说明在10～20 min时段内，B植物对CO2的利用率较A植物高。(2)当玻璃罩内的CO2含量不发生变化时，A植物所在的玻璃罩内CO2浓度高于B植物，说明B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，其固定CO2的能力较A植物强。土壤干旱，造成植物的根从土壤中吸收的水分减少，加之植物还会通过蒸腾作用失去部分水分，因此会导致植物的气孔关闭，CO2供应不足，而B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，说明在干旱土壤中，B植物固定CO2的能力较A植物强，因此B植物更适合生活在干旱土壤中。(3)夏季晴朗白天中午12：00时，光照强，环境温度高，蒸腾作用旺盛，部分保卫细胞因失水而导致气孔关闭，使得CO2的供应不足，暗反应减弱，进而引起叶片的光合速率下降。因B植物固定CO2的能力较A植物强，所以A植物叶片的光合速率降低较B植物快。(4)CO2是光合作用暗反应的原料。叶片吸收的CO2需先与C5结合被固定成为C3，之后在ATP提供能量的前提下被[H]还原为C5和糖类(CH2O)。

[答案]　(1)B植物　CO2浓度降低说明CO2被植物吸收利用，10～20 min时B植物所在的密闭小室内CO2浓度下降的幅度比A植物的大，说明在10～20 min时，B植物对CO2的利用率较高　(2)B植物　干旱会导致植物的气孔关闭，CO2供应不足，B植物在低浓度CO2时仍可进行光合作用，说明B植物种植在干旱土壤中固定CO2的能力较A植物强，因此B植物更适合生活在干旱土壤中　(3)A植物　(4)固定