2023届高考生物二轮复习细胞呼吸和光合作用学案

这是一份2023届高考生物二轮复习细胞呼吸和光合作用学案，共36页。

第4讲　细胞呼吸和光合作用
[考纲要求]　1.细胞呼吸(Ⅱ)；2.光合作用的基本过程(Ⅱ)；3.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。

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1．下列关于细胞呼吸的说法，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体中丙酮酸的分解。(×)
(2)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累。(×)
(3)人体大脑活动的能量主要来自脂肪有氧氧化。(×)
(4)严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为此条件下细胞呼吸分解有机物最少。(×)
(5)剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进行无氧呼吸产生乳酸。(×)
2．下列关于光合作用的说法，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(×)
(2)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与。(√)
(3)光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。(×)
(4)适宜条件下培养的叶绿体，突然将原来的白光改为绿光照射，则短时间内[H]含量会增多。(×)
(5)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。(√)
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1．教材必修1 P94与P103“相关信息”：细胞呼吸产生的[H]与光合作用中的[H]相同吗？为什么？　

【答案】　不同。细胞呼吸产生的[H]是由氧化型辅酶Ⅰ(NAD＋)转化成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。而光合作用中[H]的形成过程实际上是氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)与电子和质子(H＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。
2．教材必修1 P94“相关信息”改编：等量的葡萄糖无氧呼吸释放的能量为何远远少于有氧呼吸？　

【答案】　无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。且没有氧气的参与，葡萄糖等有机物的分解是不彻底的，大部分能量存留在酒精或乳酸中。
3．教材必修1 P93“正文内容”：肌质体是如何形成的？它的存在有什么意义？　

【答案】　一般来说，线粒体均匀地分布在细胞质基质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位，肌细胞内的肌质体就是由大量变形的线粒体组成的，肌质体有利于对肌细胞的能量供应。
4．教材必修1 P105“正文内容”：硝化细菌如何合成糖类？　

【答案】　硝化细菌能利用无机物氧化时释放出的化学能，将二氧化碳和水合成糖类。
5．教材必修1 P99“学科交叉”：光合作用能否利用红外光或紫外光？为什么？　

【答案】　不能。可见光的波长范围大约是390～760 nm。不同波长的光，颜色不同。波长小于390 nm的光是紫外光；波长大于760 nm的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。

考点1　细胞呼吸及其影响因素

1．“三个依据”判断细胞呼吸的类型

[易错提醒]　(1)导致产物不同的直接原因是不同细胞内“酶”不同，其根本原因是基因不同或基因的选择性表达。
(2)无氧呼吸第一阶段放能，第二阶段不放能。
(3)线粒体能分解丙酮酸，但不能分解葡萄糖，葡萄糖需在细胞质基质中分解。
(4)酵母菌在细胞质基质和线粒体中都能产生CO2，但只在细胞质基质中产生酒精。
(5)无氧呼吸和有氧呼吸最终都没有[H]的积累。
(6)动物细胞无氧呼吸只产生乳酸，不产生CO2。
2．与细胞呼吸影响因素相关的“四类”曲线


(1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关的酶的活性来影响呼吸速率。
(2)乙图(酵母菌群体、大多数植物等)：
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0 ③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
(3)丙图：自由水含量较高时呼吸作用旺盛。
(4)丁图：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。

1．(2022·浙江6月选考)下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)
A．人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸
B．制作酸奶过程中乳酸菌可产生大量的丙酮酸和CO2
C．梨果肉细胞厌氧呼吸释放的能量一部分用于合成ATP
D．酵母菌的乙醇发酵过程中通入O2会影响乙醇的生成量
【解析】　剧烈运动时人体可以进行厌氧呼吸，厌氧呼吸的产物是乳酸，故人体剧烈运动时会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸，A正确；制作酸奶利用的是乳酸菌厌氧发酵的原理，乳酸菌厌氧呼吸的产物是乳酸，无二氧化碳产生，B错误；梨果肉细胞厌氧呼吸第一阶段能产生少量能量，该部分能量大部分以热能的形式散失了，少部分可用于合成ATP，C正确；酵母菌的乙醇发酵是利用酵母菌在无氧条件产生乙醇的原理，故发酵过程中通入氧气会导致其厌氧呼吸受抑制而影响乙醇的生成量，D正确。
【答案】　B
2．(2021·全国甲卷)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是(　　)
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO2
【解析】　酵母菌是单细胞真核生物，既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。在有氧条件下酵母菌进行出芽生殖，A正确；在无氧条件下，酵母菌无氧呼吸第一阶段生成丙酮酸和[H]，第二阶段丙酮酸和[H]反应生成酒精(乙醇)和CO2，B错误，C正确；酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸产生CO2和水，无氧条件生成酒精和CO2，D正确。
【答案】　B



1．(2022·河北衡水中学模拟)细胞呼吸是细胞内能量供应的主要形式，许多能够进行有氧呼吸的生物也能够进行无氧呼吸。下列相关叙述错误的是(　　)
A．有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的第一阶段完全相同
B．储藏水果、蔬菜时需要零上低温，且氧气含量越低越好
C．若某真核细胞没有线粒体，则该细胞不能进行有氧呼吸
D．葡萄糖不能进入线粒体，与线粒体膜上没有相关载体有关
【解析】　有氧呼吸第一阶段和无氧呼吸的第一阶段完全相同，均为葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸，A正确；储藏水果、蔬菜时适当降低氧气含量可以减少有机物消耗，但氧气含量过低时，细胞进行无氧呼吸产生酒精，不利于储藏，B错误；真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，若某真核细胞没有线粒体，则该细胞不能进行有氧呼吸，C正确；葡萄糖不能进入线粒体是因为线粒体膜上没有相关载体，无法运输葡萄糖，D正确。
【答案】　B
2．(2022·全国高三专题练习)如图一表示萌发小麦种子在不同的氧浓度下O2吸收速率和CO2生成速率的变化，图二为测定萌发小麦种子呼吸方式的装置。测定过程中其他环境条件适宜，请据图回答问题：

(1)细胞呼吸过程中需多种酶参与，酶的作用机理是______________________。与无机催化剂相比，酶的特性是高效性、专一性和________________。
(2)图一中，当O2浓度达到对应于曲线上的______点的值时，萌发小麦种子不再进行无氧呼吸；有氧呼吸过程中，产生CO2的场所是____________(填具体场所)。
(3)P点后，O2浓度增加，曲线逐渐保持稳定，主要原因是受____________的限制。
(4)图一中____点最适于储存水果蔬菜。相对低温条件也利于储存果实，主要原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)图一中Q点进行细胞呼吸的总反应式为________________________________。
(6)若呼吸底物均为葡萄糖，图二装置甲中的红色液滴左移，装置乙中的红色液滴不动，则萌发小麦种子的呼吸方式为____________。
(7)呼吸熵(RQ)指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值。在30 ℃下10 min内，如果甲装置液滴左移200 mm，乙装置中液滴右移50 mm，则萌发小麦种子的呼吸熵是________。
(8)为校正图二装置甲中因物理因素引起的气体体积变化，还应设置一个对照装置。对照装置中应如何设计？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(只需改变一处即可)。
【解析】　(1)细胞呼吸属于酶促反应，酶的作用机理是降低反应所需的活化能。与无机催化剂相比，酶具有高效性、专一性和作用条件温和等特性。(2)图一中，当O2浓度达到对应于曲线上的P点的值时，O2吸收速率和CO2生成速率相等，说明此时萌发小麦种子只进行有氧呼吸不再进行无氧呼吸；有氧呼吸过程中，产生CO2的场所是线粒体基质，发生在有氧呼吸的第二阶段。(3)P点后，随O2浓度增加，曲线逐渐保持稳定，呼吸速率不再增大，此时主要原因是受酶的数量的限制。(4)图一中R点CO2生成速率最低，所以最适于储存水果蔬菜。由于低温降低了细胞呼吸相关酶的活性，减少了有机物消耗，所以相对低温条件也利于储存果实。(5)图一中Q点小麦种子只进行无氧呼吸，所以进行细胞呼吸的总反应式为C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量。(6)若呼吸底物均为葡萄糖，图二装置甲中的红色液滴左移，说明消耗了氧气，置乙中的红色液滴不动，说明O2吸收速率和CO2生成速率相等，则萌发小麦种子的呼吸方式为有氧呼吸。(7)根据题意可知，30 ℃下10 min内，如果甲装置液滴左移200 mm，说明呼吸消耗的氧气是200 mm，乙装置中液滴右移50 mm，说明呼吸释放的二氧化碳比消耗的氧气多50 mm，即呼吸产生的二氧化碳为250 mm，所以小麦种子的呼吸熵为250÷200＝1.25。(8)要校正图二装置甲中因物理因素引起的气体体积变化，需要将萌发小麦种子换成等量煮熟的小麦种子(或等量死的小麦种子)。
【答案】　(1)降低反应所需的活化能　作用条件温和
(2)P　线粒体基质
(3)酶的数量
(4)R　低温降低了细胞呼吸相关酶的活性，减少有机物消耗
(5)C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
(6)有氧呼吸
(7)1.25
(8)将萌发小麦种子换成等量煮熟的小麦种子(或等量死的小麦种子)
考点2　光合作用及其影响因素

1．外界条件变化时，C5、C3、[H]、ATP等物质的量的变化模式图
(1)光照强度变化

(2)CO2浓度变化

说明：①以上图解只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
②以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，C5、[H]和ATP含量变化是一致的。
[易错提醒]　解答试题时要理清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能避开试题中的陷阱。
2．把握影响光合作用因素的3类曲线

[易错提醒]　与光合作用有关的3个易错点
(1)光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与。
(2)叶绿体并不是进行光合作用的必要条件
进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。
(3)CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行。

(2022·山东卷)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
分组
处理
甲
清水
乙
BR
丙
BR＋L

(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是____________。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有____________________、____________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过______________________发挥作用。
【解析】　(1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
【答案】　(1)蓝紫光
(2)五碳化合物供应不足　CO2供应不足　强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强
(3)减弱　促进光反应关键蛋白的合成

1．(2022·湖北武汉二模)下图表示A、B两种植物的光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。据图分析，下列描述正确的是(　　)

A．在CO2浓度为400 μL·L－1时植物A的光合作用强度等于B
B．将两种植物置于同一密闭玻璃容器，光照等条件适宜，B植物的生长首先受到影响
C．在相同条件下，B植物的呼吸作用强度低于A植物
D．在CO2浓度为200 μL·L－1时，提高植物A的光照强度，可增加其光合作用强度
【解析】　据图分析，当CO2浓度为400 μL·L－1时，植物A吸收CO2量与B相等，即A的净光合速率等于B的净光合速率，而实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，二者的呼吸速率不等，所以二者的光合作用强度不相等，A错误；若将两种植物置于同一密闭的玻璃容器，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，植物不断地消耗CO2，装置内的CO2浓度也不断下降，据图可知，两种植物光合作用强度对二氧化碳浓度变化的响应特性不同，在低浓度二氧化碳条件下，B植物利用二氧化碳进行光合作用能力弱，积累光合产物少，故随玻璃容器中二氧化碳浓度的降低，B植物生长首先受到影响，B正确；B的CO2补偿点高于A，可推测B的呼吸作用强度大于A，C错误；在CO2浓度为200 μL·L－1时，植物A已经达到CO2饱和点，由题干信息可知，光照已经适宜，故再提高光照强度，也不能增加其光合作用强度，D错误。
【答案】　B
2．(2022·广东南海中学模拟)分析下列甲、乙、丙三图，说法正确的是(　　)


A．若图甲曲线表示的是喜阴植物的光合速率受光照强度的影响，则喜阳植物的曲线与此比较，b点向左移，c点向左移
B．乙图中，温度等于t4 ℃时，长期处于该温度下植物也可以生长
C．若图丙代表两类色素的吸收光谱，则f代表类胡萝卜素
D．若图甲为植物在正常培养液中培养所得结果，现移入缺镁培养液中培养，则b点右移，c点左移
【解析】　由于阴生植物适宜生活在较低光照条件下，因此光补偿点和光饱和点均低于阳生植物，因此阳生植物的曲线与此比较，b点和c点均向右移，A错误；图乙中两曲线交点处表示总光合速率等于呼吸速率，净光合速率为0，长期处于该温度下植物不能生长，B错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此图丙中f代表叶绿素，e代表类胡萝卜素，C错误；图甲中，b点表示光合速率等于呼吸速率，镁元素是合成叶绿素的重要元素，缺镁时，叶绿素的合成受阻，光合速率降低，要想光合速率等于呼吸速率，只有增大光照强度，因此b点向右移，c点向左移，D正确。
【答案】　D
3．(2022·全国甲卷)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___________________________________________________________。
【解析】　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC、Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
【答案】　(1)O2、[H]和ATP
(2)自身呼吸消耗或建造植物体结构
(3)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
考点3　光合作用与细胞呼吸之间的关系

1．光合作用与细胞呼吸三个层面上的联系
(1)过程联系

(2)物质联系
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O：H2OO2H2O
③H：H2O[H](CH2O)[H]H2O
(3)能量联系

2．四种条件下“光合作用与呼吸作用”的关系
(1)关系图解

(2)解读真正(总)光合速率、表观(净)光合速率与呼吸速率的关系
①光合速率与呼吸速率的关系曲线解读

②“补偿点”“饱和点”的移动规律

[特别提醒]　真正(总)光合速率、表观(净)光合速率与呼吸速率的表示方法及相互关系
(1)呼吸速率：有机物或O2消耗量、CO2产生量。
(2)净光合速率：有机物积累量、O2释放量、CO2吸收量。
(3)总光合速率：有机物或O2产生量、CO2消耗量。
(4)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
3．一昼夜光合作用和呼吸作用的曲线
(1)自然环境中一昼夜植物光合作用曲线

①a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。
④d～e段下降的原因是气孔部分关闭，CO2吸收减少，f～h段下降的原因是光照减弱。
(2)密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化

①光合速率等于呼吸速率的点：C、E。
②图1中N点低于虚线，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2中N点低于虚线，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。

(2022·湖南卷)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是________________________________________________________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻________(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_______________________________________________(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有__________________特性。
【解析】　(1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
【答案】　(1)能　种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
(2)不能　光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
(3)耐受酒精毒害

1．(2022·湖北华中师大附中模拟)为了研究某种植物光合速率和呼吸速率对生长发育的影响，研究者做了以下相关实验：将长势相同的该植物幼苗分成若干组，分别置于不同温度下(其他条件相同且适宜)，暗处理1 h，再光照1 h，测其干重变化，得到如图所示的结果。下列说法错误的是(　　)

A．32 ℃时植物的光合速率大于呼吸速率
B．24小时恒温26 ℃条件下，当光照时间超过4小时，该植物幼苗能正常生长
C．该植物进行光合作用时，当光照强度突然增加，C3的量减少
D．将该植物放在HO的水中培养，光照一段时间后可以在体内发现(CHO)
【解析】　32 ℃时，暗处理1 h后的重量变化是－4 mg，说明呼吸速率是4 mg/h，光照1 h后与暗处理前的变化是0 mg，说明此条件下光合速率是8 mg/h，光合速率与呼吸速率的数量关系为光合速率是呼吸速率的2倍，A正确；据图中信息可知，26 ℃条件下呼吸速率是1 mg/h，光合速率是3＋1＋1＝5 mg/h，设在光照强度适宜且恒定、一昼夜恒温26 ℃条件下，至少需要光照X小时以上，该植物幼苗才能正常生长，则有5X－1×24＝0，可求出X＝4.8 h，B错误；当光照强度突然增加时，光反应增强，产生的ATP和[H]增多，从而促进三碳化合物的还原，但是二氧化碳固定形成的三碳化合物的过程不受影响，故当光照强度突然增加时，C3的量减少，C正确；将该植物放在HO的水中培养，HO先通过有氧呼吸第二阶段进入C18O2，然后再通过光合作用暗反应进入到有机物(CHO)中，D正确。
【答案】　B
2．(2022·陕西西安中学三模)油菜果实发育所需的有机物主要来源于果皮的光合作用。下图表示在适宜条件下油菜果实净光合速率与呼吸速率的变化，第36天后果皮逐渐变黄。下列推论合理的是(　　)

A．第12天后果实呼吸速率下降是由于温度改变导致酶活性下降引起的
B．第24天果实光合作用固定的CO2量比第12天的CO2固定量高
C．第36天后果实中生长素的含量将逐渐增加，加快促进果实成熟
D．第48天时果实光合速率较低的原因之一是果皮叶绿素含量较低
【解析】　分析题意可知，图示为适宜条件下的呼吸速率和净光合速率变化，故12天后呼吸速率下降不是温度改变导致的，A错误；CO2固定量即总光合速率，等于净光合速率＋呼吸速率，据图可知，第12天时总光合速率比第24天时高，B错误；生长素主要分布在幼嫩的芽、叶和发育中的种子，成熟果实中生长素含量减少，C错误；叶绿素是光合色素，可以吸收、利用、传递和转化光能，第48天时果实光合速率较低的原因之一是果皮叶绿素含量较低，D正确。
【答案】　D
3．(2022·湖北模拟)下图1为25 ℃环境中甲、乙两种植物的植株在不同光照强度下CO2吸收量的变化曲线图，图2表示在一定光照强度下温度对图1中某一种植物的CO2吸收量和释放量的影响情况[单位：mg/(m2·h)]。请回答：

(1)图1的B点时，甲种植物的根尖分生区细胞中能产生[H]的场所有________________________。在B点时甲种植物的叶肉细胞中的光合作用强度______(填“<”“＝”或“>”)呼吸作用强度。
(2)图2中的植物放在a点所对应的温度条件下，一段时间后，该植物体内有机物的量________(填“增加”“不变”“减少”或“无法判断”)。
(3)图2中的植物为图1中的____________(填“甲种植物”或“乙种植物”)。
(4)据图1分析，光照强度小于C点时，乙的光合速率大于甲，导致这种差异出现的内因包括
__________________________________________________。
(5)在农业生产上可以增施农家肥提高光合速率，请分析原因__________________________________________、______________________________________。
【解析】　(1)图1的B点时，甲种植物的根尖分生区细胞只进行呼吸作用，因此能合成[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质；由图1可知，B点时，甲植物的CO2吸收量为0，说明植物的光合作用强度等于植物的呼吸作用强度，但是植物只有叶肉细胞进行光合作用，而整株植物细胞都要进行呼吸作用，故植物叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率。(2)在图2中，光照下CO2的吸收量表示净光合速率，黑暗中CO2的释放量表示呼吸速率。由图2可知，植物放在a点所对应的温度条件下(其他条件与图2的相同)，净光合速率大于0，故一段时间后，该植物体内有机物的量会增加。(3)图2中，植物在温度为25 ℃，黑暗中CO2的释放量为2，与图1中甲种植物的呼吸速率对应。因此，图2中植物为图1中的甲种植物。(4)由图1可知，当光照强度小于C点时，乙植物的光合速率大于甲植物，导致这种差异的内因是乙植物有较大的基粒，基粒片层数目多，光合色素的含量高。(5)在农业生产上可以增施农家肥提高光合速率，原因是有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，提高土壤肥力，同时增加了大气中CO2浓度。
【答案】　(1)细胞质基质、线粒体基质　>
(2)增加
(3)甲种植物
(4)乙植物有较大的基粒，光合色素的含量高
(5)有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，提高土壤肥力　同时增加了大气中CO2浓度
考点4　光合作用和细胞呼吸速率的测定和分析

1．控制变量的方法

2．呼吸速率和净光合速率测定的常用方法
(1)液滴移动法(气体体积变化法)

[特别提醒]　(1)在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，此即“总光合速率”。
(2)物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与两装置相比，不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。
(2)黑白瓶法
“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，题中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：

(3)半叶法
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，综合两者可计算出真正(总)光合作用强度值。

(2022·浙江6月选考)通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表所示。
处理
指标
光饱和
点(klx)
光补偿
点(lx)
低于5 klx光合曲线的斜率(mgCO2·dm－2·hr－1·klx－1)
叶绿素含量
(mg·dm－2)
单株光合
产量(g
干重)
单株叶光
合产量(g
干重)
单株果实
光合产量
(g干重)
不遮
阴
40
550
1.22
2.09
18.92
3.25
8.25
遮阴
2小
时
35
515
1.23
2.66
18.84
3.05
8.21
遮阴
4小
时
30
500
1.46
3.03
16.64
3.05
6.13
注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。光合曲线指光强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题：
(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加______________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的__________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低__________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中______________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，可知较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至____中。
(3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为____(A.<2小时　B．2小时　C．4小时　D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。
【解析】　(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光照强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5 klx光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间增长，光合速率提高幅度加快，故说明植物对弱光的利用效率变高。(2)植物的光合产物主要以有机物(蔗糖)形式储存并提供给各个器官。结合表中数据看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高花生产量。
【答案】　(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率
(2)蔗糖　叶
(3)下降　A

1．(2022·山西太原五中二模)取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，平均分成四组，各置于相同的密闭装置内，在其他条件相同且适宜的情况下，分别置于四种不同温度下(t1＜t2＜t3＜t4)。测得光照相同时间后各装置内O2的增加值及黑暗条件下各装置内O2的消耗值，结果如下表。经分析可知，下列叙述不正确的是(　　)
温度
气体变化值(相对值/mg·h)
t1
t2
t3
t4
光照下O2的增加值
2.7
6.0
12.5
12.0
黑暗下O2的消耗值
2.0
4.0
8.0
12.0
A.在实验的温度范围内，呼吸作用强度随着温度的升高而升高
B．在实验的四种温度下，植物在t3温度时经光合作用制造有机物的量最多
C．光照相同时间后，t4温度下装置内O2的增加量与细胞呼吸消耗的O2量相等
D．在实验的四种温度下，若均给予24小时光照，植物有机物的积累量均大于0
【解析】　由表中数据可得知，光照下O2的增加值代表净光合作用强度，黑暗下O2的消耗值代表呼吸作用强度，光合作用制造量＝净光合作用强度＋呼吸作用强度。呼吸作用强度是随着温度的升高而升高，A正确；在四种温度下，植物在t4温度时经光合作用制造有机物的量最多，而不是t3，B错误；O2的增加量与细胞呼吸消耗的O2量相等的是t4温度下，C正确；四种温度下，若均给予24小时光照，植物有机物的积累量均大于0，D正确。
【答案】　B
2．(2022·江苏泰州模拟)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，设法阻止两部分联系。光照6小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是(　　)
A．若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率
B．本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送
C．忽略水和无机盐的影响，A部分叶片可在给B光照时剪下进行等时长的暗处理
D．选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性
【解析】　A遮光，只进行呼吸作用，故m0－a代表呼吸作用消耗，B不做处理，进行光合作用和呼吸作用，b－m0代表净光合作用积累，若m0－a＝b－m0，即净光速率等于呼吸速率，则表明该实验条件下叶片的光合速率大于呼吸速率，A错误；本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响无关变量水和无机盐的输送，B正确；若忽略水和无机盐的影响，时间是无关变量，故实验时可将A部分叶片在给B光照时剪下进行等时长的暗处理，C正确；叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件属于无关变量，选择叶片时需注意无关变量的一致性，D正确。
【答案】　A
3．(2022·湖南永州三模)图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的相同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关叙述错误的是(　　)

A．利用图甲装置，可研究CO2浓度对该植物光合速率的影响
B．叶圆片上浮至液面的时间可反映叶圆片释放O2的速率大小
C．图乙ab段说明随着水温的增加，净光合速率逐渐增大
D．通过图乙能确定影响总光合速率的最适温度在bc之间
【解析】　图甲装置中可通过调节光源研究光照强度对叶圆片光合速率的影响，通过调节水温研究温度对叶圆片光合速率的影响，通过改变NaHCO3溶液的浓度来研究CO2浓度对叶圆片光合速率的影响，A正确；叶圆片上浮的原因是光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量，即净光合释放的O2，因此叶圆片上浮至液面所需时间可反映叶圆片净光合速率的大小，B正确；图乙的横坐标是水温，纵坐标是叶圆片上浮至液面所需时间，所以ab段曲线下降表示随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气产生速率在加快，净光合速率逐渐增大，C正确；由图乙可知，在bc温度范围内，叶圆片的净光合速率最快，所以净光合作用对应的最适温度在bc段。但是真光合作用＝净光合作用＋呼吸作用，而各温度下叶圆片的呼吸速率未知，所以无法确定真光合作用的最适温度是否也在bc段，D错误。
【答案】　D
4．(2022·河北模拟)图甲是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，图乙是探究某绿色植物光合作用影响因素的实验装置，在实验过程中酵母菌和绿色植物均始终保持活性(忽略非实验因素对实验结果的影响)。回答下列问题：

(1)图甲装置中酵母菌细胞________________________(填场所)产生的CO2可被NaOH溶液吸收。若图甲装置中红色液滴向左移动，则装置中酵母菌细胞呼吸方式为_________________________________________________。
(2)图乙装置中，随着白炽灯与透明玻璃小室的距离由远到近，红色液滴会先向左移动，再向右移动且移动速度慢慢变快。该过程中红色液滴向右移动的具体生理过程是__________________________。白炽灯距透明玻璃小室较远时，红色液滴向左移动的主要原因是_____________________________________________________________。
(3)若去掉两个实验装置中的红色液滴、NaOH溶液和CO2缓冲液，将两个实验装置用导管连通，当两个实验装置中CO2浓度保持相对稳定时，该植物的净光合速率______(填“大于”“等于”或“小于”)0，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】　(1)酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，有氧呼吸在线粒体基质中产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质中产生CO2；图甲装置中的NaOH溶液可吸收CO2，红色液滴的移动情况反映的是O2含量的变化情况，若图甲装置中红色液滴向左移，酵母菌消耗O2，说明其进行了有氧呼吸，可能同时进行无氧呼吸。(2)图乙装置中的CO2缓冲液可维持透明玻璃小室内CO2浓度不变，红色液滴的移动情况反映的是O2含量的变化情况，光合作用过程中，水在光下分解产生O2，导致装置内O2含量增加，红色液滴向右移动。白炽灯距透明玻璃小室较远时，光照强度较弱，植物光反应产生O2的速率较慢，此时植物光合作用产生O2的速率小于植物呼吸作用吸收O2的速率，导致红色液滴向左移动。(3)若两个实验装置用导管连通后，当两个实验装置中CO2浓度保持相对稳定时，说明植物光合作用消耗的CO2等于植物和酵母菌呼吸作用产生的CO2之和，此时该植物的净光合速率大于0。
【答案】　(1)细胞质基质和线粒体基质　可能只进行有氧呼吸，也可能同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
(2)水在光下分解产生O2(或水的光解)　光照强度较弱，植物光合作用产生O2的速率小于植物呼吸作用吸收O2的速率
(3)大于　此时植物的光合速率等于植物和酵母菌的呼吸速率之和

1．(2017·全国卷Ⅰ)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________________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
【答案】　植物在适宜光照条件下，光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用产生的CO2量，使小室内CO2浓度降低，光合作用也随之降低
2．晒干的粮食储存在低氧条件下，能延长储存时间，原因是
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________。
【答案】　种子含水少，且低温条件下，细胞呼吸强度低，有机物消耗量少，可以延长储存时间
3．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
【答案】　不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物
4．光照停止或减弱，短时间内叶绿体基质中C3、C5和ATP、[H]含量变化情况及其原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
【答案】　光照停止或减弱，ATP、[H]的产生减少，C3的还原减少，但CO2供应正常，C3生成量不变，所以短时间内C3含量增加，C5含量减少。
5．突然停止光照后，短暂无光期间，植物体内依旧能生产(CH2O)，这是为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
【答案】　短暂无光期间，光反应已经产生的[H]和ATP还能继续用于C3的还原。
6．落地生根是一种绿色植物，其与硝化细菌都能将无机物合成有机物，它们在合成有机物时有哪些相同和不同之处？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
【答案】　相同之处：都是利用能量，将CO2和H2O合成(CH2O)。不同之处：能量来源不同，落地生根利用的是光能，而硝化细菌利用的是体外环境中无机物氧化时所释放的化学能。