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高考生物二轮复习基础保分专题04《光合作用与细胞呼吸》学案（含详解）
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这是一份高考生物二轮复习基础保分专题04《光合作用与细胞呼吸》学案（含详解），共22页。
基础保分专题四 光合作用与细胞呼吸
NO.1 学前自主测评
[选择题—练明高频考点]
考点一 光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化
1．(广安模拟)下列关于人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸相同点的叙述，错误的是( )
A．都能生成三磷酸腺苷
B．都在生物膜上完成反应
C．都需要多种酶的催化
D．都能产生丙酮酸和NADH
解析：选B 人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生ATP(三磷酸腺苷)；无氧呼吸在细胞质基质中进行，有氧呼吸在细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜上进行；人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都需要一系列酶的催化；人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都能产生丙酮酸和NADH。
2．光合作用过程中，水的分解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自( )
A．细胞呼吸产生的ATP和光能
B．都是细胞呼吸产生的ATP
C．光能和光反应产生的ATP
D．都是光反应产生的ATP
解析：选C 在光合作用的光反应过程中，利用吸收的光能分解水分子；三碳化合物形成糖类发生于暗反应，需要的能量来自光反应产生的ATP。
3．如图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①～④表示过程。相关叙述错误的是( )
A．过程①③④都能合成ATP
B．过程①②③④总是同时进行
C．过程①③都在生物膜上进行
D．过程④产生的[H]还来自水
解析：选B 据图可知，过程①～④依次是光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第三阶段、有氧呼吸的第一、二阶段。其中①③④都能合成ATP；过程①②③④不一定同时进行，如晚上仅进行③④(有氧呼吸)而不进行①②(光合作用)；过程①是光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，过程③是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜；过程④是有氧呼吸的第一、二阶段，产生的[H]除了来自葡萄糖之外，还来自水。
4．(届高三·泰安质检)将酵母菌研磨离心后，得到上清液(细胞质基质)和沉淀物(含线粒体)，把等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆分别装入A、B、C和D、E、F六支试管中，各加入等量等浓度的葡萄糖溶液，将其中A、B、C三支试管放置于有氧条件下，D、E、F三支试管放置于无氧条件下，均保温一段时间。下列叙述错误的是( )
A．用斐林试剂检验还原糖，砖红色最深的是B和E
B．用酸性重铬酸钾检验，橙色变为灰绿色的是D和F
C．能够将葡萄糖彻底氧化分解成二氧化碳和水的只有C
D．用溴麝香草酚蓝水溶液检验，溶液变成黄色的有A、C、D、E
解析：选D 由题意可知，用斐林试剂检验还原糖，砖红色最深是含葡萄糖量最多的，B和E只含有线粒体，不能直接利用葡萄糖，故二者的砖红色是最深的；能使酸性重铬酸钾检验，由橙色变成灰绿色是含有酒精的试管，即D和F；能够将葡萄糖彻底氧化分解成CO2和H2O的只有C；用溴麝香草酚蓝水溶液检验，溶液变成黄色的有C、D、F。
5．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降
D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B 正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生；光照停止，暗反应中C3的还原受影响，C5减少，CO2的固定减慢。
考点二 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用
6. ．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．OA段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降
C．AB段三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．B点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无[H]和ATP的供应
解析：选C 叶肉细胞中固定CO2的场所是叶绿体基质；从题图分析，OA段三碳化合物的含量持续上升，说明消耗的五碳化合物越来越多，因此五碳化合物的含量有所下降；AB段三碳化合物浓度不变的原因是三碳化合物生成的量与被还原的量基本相等；黑暗条件下叶肉细胞不能进行光反应，不能为暗反应提供[H]和ATP等物质，导致三碳化合物的还原受阻，其含量上升。
7．长期浸水会导致树根变黑腐烂。树根从开始浸水到变黑腐烂的过程中，细胞呼吸速率的变化曲线如图所示。下列叙述错误的是( )
A．Ⅰ阶段根细胞的有氧呼吸速率下降
B．Ⅱ阶段根细胞的无氧呼吸速率上升
C．Ⅲ阶段曲线下降的主要原因与Ⅰ阶段不同
D．细胞在a点的有氧呼吸强度小于b点
解析：选D Ⅰ阶段开始浸水，随着时间的推移，溶氧量逐渐减少，所以有氧呼吸速率下降；Ⅱ阶段随着氧浓度的降低，无氧呼吸速率上升；Ⅲ阶段细胞长期进行无氧呼吸，供能不足，且产生的酒精对细胞有毒害作用，导致呼吸速率下降；a点既有较弱的有氧呼吸，也有较弱的无氧呼吸，而b点进行较强的无氧呼吸，不进行有氧呼吸。
8．为了研究缺失叶黄素的植株(甲)和正常的植株(乙)光合速率的差异，某实验小组设计实验并测得相关数据如下表(温度和CO2浓度等条件均适宜)。下列有关叙述正确的是( )
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(klx)
光合速率达到最大值时的最小光照强度(klx)
光合速率最大值时CO2吸收量
[mg/(100 cm2·h)]
黑暗条件下
CO2释放量[mg/(100 cm2·h)]
植株甲
1
3
12
6
植株乙
3
9
30
14
A．植株甲因缺少叶黄素而使得叶片呈现黄色，且呼吸速率降低
B．光照强度为3 klx时，植株甲光合作用所需CO2只来源于呼吸作用
C．光照强度为1 klx时，植株乙的光合速率大于其呼吸速率
D．光照强度为3 klx时，甲、乙两植株固定CO2速率的差为4 mg/(100 cm2·h)
解析：选D 据表格数据分析，植株甲的呼吸速率比植株乙低，叶黄素呈黄色，缺少叶黄素会使叶片呈现其他色素的颜色，一般为绿色。光照强度为3 klx时植株甲光合速率达到最大值，光合作用所需CO2来自呼吸作用和外界环境。植株乙的光合速率＝呼吸速率时的光照强度为3 klx，所以在光照强度为1 klx时，植株乙的呼吸速率大于其光合速率。光照强度为3 klx时，植株甲光合速率达到最大值，固定CO2量＝呼吸作用释放CO2量＋光合作用净吸收CO2量＝6＋12＝18 [mg/(100 cm2·h)]；光照强度为3 klx时植株乙光合速率＝呼吸速率＝14 mg/(100 cm2·h)，即此光照强度下甲、乙两植株固定CO2速率的差为4 mg/(100 cm2·h)。
9．(南京模拟)科研人员检测晴朗天气下露地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下图。下列相关叙述错误的是( )
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下降的原因是光照强度逐渐减弱
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：选B 早晨日出后光照强度不断增大，使得露地栽培的和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是日出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；而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因环境温度过高导致部分气孔关闭，吸收少量CO2导致的。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。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥可以增加土壤中CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施。
10．仙人掌生长在高温、干旱的环境中，形成了一定的适应性特征。下图表示仙人掌在24 h内，光合作用和气孔导度(气孔张开程度)的变化。据图分析，下列描述正确的是( )
A．白天进行光合作用，夜间进行呼吸作用
B．白天蒸腾作用强，散失的水分多于夜间
C．白天可以进行光反应，但不能从外界吸收CO2
D．夜间同化CO2，所以暗反应只在夜间进行
解析：选C 由图分析可知，仙人掌在白天和夜晚既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用；据图分析可知，白天气孔导度小，说明其蒸腾作用不强；白天光照强，可以进行光反应，但是气孔导度小(为0)，不能从外界吸收CO2；暗反应包括CO2的固定和三碳化合物的还原，其中三碳化合物的还原需要光反应提供的ATP和[H]，因此暗反应在白天也进行。
[非选择题—练通综合交汇]
11．(届高三·南京联考)图甲表示在不同温度条件下CO2浓度对某植物净光合速率的影响；图乙表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。请回答下列问题：
(1)据图甲可知，当CO2浓度分别为600 μmol·L－1和1 200 μmol·L－1时，更有利于该植物生长的温度分别是______________。当CO2浓度为200 μmol·L－1时，28 ℃条件下该植物净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃，原因可能是______________________________。
(2)CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据图乙分析，A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2速率________，在此阶段暗反应消耗ATP的速率________；B→C保持稳定的内因是受到___________限制。
(3)研究发现，绿色植物中RuBP羧化酶具有双重活性，催化如下图所示的两个方向的反应，反应的相对速率取决于O2和CO2的相对浓度。
在叶绿体中，在RuBP羧化酶催化下C5与___________反应，形成的___________进入线粒体放出CO2，称之为光呼吸。光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上，据此推测，CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是___________________________。
解析：(1)据图分析，当CO2浓度为600 μmol·L－1时，20 ℃条件下的净光合速率最高；当CO2浓度为1 200 μmol·L－1时，28 ℃条件下的净光合速率最高；当CO2浓度为200 μmol·
L－1时，28 ℃条件下该植物净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃，可能是因为实际光合速率都不高，而28 ℃时的呼吸速率较高。(2)据图乙分析，A→B之间随着细胞间隙CO2浓度的逐渐增加，细胞吸收CO2速率在逐渐增加，与C5结合生成的C3增加，因此叶肉细胞中C5的相对含量逐渐下降，该过程需要光反应提供的ATP和[H]，因此消耗ATP的速率增加；B→C随着细胞间隙CO2浓度的逐渐增加，细胞吸收CO2速率保持相对稳定，受RuBP羧化酶数量(浓度)的限制。(3)据图分析，RuBP羧化酶的作用是催化C5与CO2结合生成三碳酸，或者催化O2与C5结合生成三碳酸和二碳化合物，其中后者的产物二碳化合物进入线粒体放出CO2；高浓度CO2可减少光呼吸，导致光呼吸消耗的有机物减少，因此CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加。
答案：(1)20 ℃、28 ℃ 实际光合速率都不高，而28 ℃时的呼吸速率很强 (2)增加 增加 RuBP羧化酶数量(浓度) (3)O2 二碳化合物(C2) 高浓度CO2可减少光呼吸
12．(南通模拟)将金鱼藻放在盛有一定浓度的碳酸氢钠溶液的密闭容器中培养，先用10 000 lx的光照处理金鱼藻5 min，再用5 000 lx的光照处理5 min，最后用1 000 lx的光照处理5 min，最后进行黑暗处理。定时测定金鱼藻产生的气泡数量结果如表所示。请据此回答下列问题：
时间(min)
1
3
5
7
10
12
14
16
气泡(个/ min)
38
40
24
15
5
3
0
0
(1)实验中用一定浓度的碳酸氢钠溶液培养金鱼藻的目的是____________________________。
(2)叶绿体中限制绿色植物对光能利用的主要物质是________，这些物质可以溶解在________(填溶剂名称)中。
(3)实验中气泡的主要气体产生于光合作用的________阶段。实验开始14 min后，气泡产生数量为0，说明此时金鱼藻光合作用产生气体速率________呼吸作用消耗该气体的速率。
(4)实验开始5 min后，若将装置由5 000 lx光下转移到10 000 lx光下，此时叶绿体内C5含量可能__________(填“增加”“减少”或“基本不变”)，试解释：________________________________________________________。
解析：(1) 一定浓度的碳酸氢钠溶液可提供金鱼藻光合作用需要的CO2。(2)叶绿体中的光合色素能够吸收、转化光能，是限制绿色植物对光能利用的主要物质；这些光合色素可以溶解在无水乙醇等有机溶剂中。(3)实验中气泡的主要气体是O2，产生于光合作用的光反应阶段。实验开始14 min后，气泡产生数量为0，说明此时没有O2的释放，因此金鱼藻光合作用产生O2速率小于或等于呼吸作用消耗O2的速率。(4)实验开始5 min后，若将装置由
5 000 lx光下转移到10 000 lx光下，此时光照强度增强，光反应产生的ATP和[H]增多，C3的还原增强，产生C5增多，同时培养液中CO2供应减少，CO2固定时利用的C5减少，所以叶绿体内C5含量可能增加。
答案：(1)提供金鱼藻光合作用需要的CO2 (2)光合色素 无水乙醇(或其他有机溶剂) (3)光反应 小于或等于 (4)增加 光照增强，光反应产生的ATP、[H]增多，C3还原增强，产生C5增多，同时培养液中CO2供应减少，CO2固定时利用的C5减少
13．(长春实验中学模拟)茶叶有降压、提神和保健等功效。某科研人员在晴朗夏季的一天中探究茶树净光合速率和胞间CO2浓度的日变化规律，结果如下图。请据图回答下列问题：
(1)图中曲线表示净光合速率的是___________(填“实线”或“虚线”)。从胞间CO2浓度分析，与12点相比，14点时叶肉细胞中C3含量_________(填“高”或“低”)。
(2)茶树在中午时分会出现光合“午休”现象。从图中的曲线分析，主要原因是气温升高，植物为减少水分散失，气孔___________(填“部分关闭”或“全部关闭”)，导致胞间CO2浓度降低。
(3)研究CO2在植物体内的转移途径时，采用的方法是________法，CO2中的氧经光合作用和有氧呼吸后转移到终产物________中。
(4)由于茶树光合“午休”影响产量，为减缓光合“午休”，该科研人员打算间作高茎玉米。请设计实验进行探究。(间作是指在同一田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式。)
①该实验的目的是________________________________________________。
②该实验的自变量是________________________。该实验须在____________时间进行。
③检测净光合速率与胞间CO2浓度，若___________________________________，说明科研人员的研究达到预期目的。
解析：(1)晴朗夏季的中午，植物会出现光合“午休”现象，导致净光合速率降低，胞间CO2浓度中午后可恢复，图中实线表示净光合速率。与12点相比，14点时胞间CO2浓度较高，有较多的CO2被固定为C3，叶肉细胞中C3含量高。(2)气孔是CO2进出叶片的通道，据图可知，中午前后胞间CO2浓度降低，但仍保持一定浓度，气孔应是部分关闭。(3)研究CO2在植物体内的转移途径时，可采用同位素标记法，CO2中的氧经光合作用转移到有机物中，再经有氧呼吸第二阶段后转移到终产物CO2中。(4)①该实验的目的是探究间作高茎玉米能否减缓茶树光合“午休”。②根据实验目的可确定该实验的自变量是是否间作高茎玉米。间作高茎玉米的为实验组，不间作高茎玉米的为对照组。晴朗夏季的中午，植物会出现光合“午休”现象，该实验需在晴朗夏季中午检测实验组和对照组的净光合速率与胞间CO2浓度。③若间作高茎玉米能减缓茶树光合“午休”，则实验组的净光合速率与胞间CO2浓度均高于对照组。
答案：(1)实线 高 (2)部分关闭 (3)同位素标记 CO2 (4)①探究间作高茎玉米能否减缓茶树光合“午休” ②是否间作高茎玉米 晴朗夏季 ③实验组的净光合速率与胞间CO2浓度均高于对照组
[教师备选题]
1．下列有关生命活动中，细胞内物质含量或比值的关系，正确的是( )
A．O2与CO2的比值，线粒体内比细胞质基质高
B．细胞内结合水与自由水的比值，种子萌发时比休眠时高
C．一般情况下，等质量物质有氧呼吸，产生CO2与吸入O2的比值，脂肪比葡萄糖高
D．长期处于较低浓度CO2条件下，C3与C5含量比较，前者比后者高
解析：选D 线粒体需要消耗O2进行有氧呼吸，将CO2排出到细胞质中，细胞质基质中的O2浓度高于线粒体内，而线粒体内的CO2浓度高于细胞质基质，因此人体细胞内O2与CO2的比值，线粒体内比细胞质基质低。自由水所占比例越高，新陈代谢越旺盛，因此细胞内结合水与自由水的比值，种子萌发时比休眠时低。利用葡萄糖进行有氧呼吸时，产生CO2与吸入O2的比值为1，利用脂肪进行有氧呼吸时，产生CO2小于吸入O2，因此等质量脂肪和葡萄糖进行有氧呼吸时，产生CO2与吸入O2的比值脂肪比葡萄糖低。长期处于较低浓度CO2条件下，一个C5形成两个C3，C3与C5含量比较，前者比后者高。
2．科研工作者在同一环境条件下测定了生长状态相同的美国红枫和北美枫香的净光合速率(光合速率与呼吸速率的差值)及蒸腾速率的日变化，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．北美枫香和美国红枫光合作用消耗ATP最快的时刻分别是14：00和13：00
B．北美枫香和美国红枫积累有机物最多的时刻分别是11：00和15：00
C．美国红枫正午前后净光合速率下降与气孔关闭引起的CO2供应不足有关
D．在该实验条件下北美枫香对水的需求量大于美国红枫对水的需求量
解析：选C 光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段产生的ATP和[H]为暗反应阶段提供能量和还原剂，光合速率越大消耗ATP也就越快，图中未显示呼吸速率，因此无法确定两者消耗ATP最快的时刻。净光合速率＞0，说明有机物积累量＞0，在实验条件下，北美枫香和美国红枫的净光合速率都大于0，所以不能确定有机物积累最多的时刻。美国红枫正午前后，光照强度过强，部分气孔关闭引起的CO2供应不足，影响了暗反应的进行，光合速率下降，净光合速率下降。蒸腾作用有利于植物根对水分的吸收，蒸腾作用越强，根吸水能力越强，北美枫香在该实验条件下的蒸腾速率小于美国红枫的蒸腾速率，即在该实验条件下北美枫香对水的需求量小于美国红枫对水的需求量。
NO.2 练后循图忆知
[查清易错小点](判断正误)
1．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸(√)
(全国卷Ⅲ，T5A)
2．人体细胞内O2/CO2的比值，线粒体内比细胞质基质高(山东卷，T4B)(×)
3．磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物(√)
(2014·全国卷Ⅱ，T2A)
4．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累(×)
5．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与(√)
(2014·全国卷Ⅱ，T6B)
6．葡萄糖氧化分解为丙酮酸只发生在细胞有氧时(×)
7．若用含有18O的水浇灌番茄，则番茄周围空气中含有18O的物质有HO、18O2、C18O2(√)
8．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP(×)
9．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
10．离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成暗反应(√)
11．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的(×)
[理清知识主干]
1．掌握光合作用与细胞呼吸的过程
(1)物质转变过程：(据图填空)
①物质名称：a：光合色素，b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：，g：CO2，h：。
②生理过程及场所：
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸
第一阶段
有氧呼吸
第二阶段
有氧呼吸
第三阶段
场所
叶绿体类
囊体薄膜
叶绿体
基质
细胞
质基质
线粒
体基质
线粒
体内膜
(2)相应元素转移过程：(将“”中的内容补充完整)
元素
转移过程
C
O
H
(3)能量转换过程：(填图)
2．外界条件变化时，C5、C3、[H]、ATP等物质的量的变化模式图(据图填空)
(1)光照强度变化：
(2)CO2浓度变化：
[练通高考能力]
1．如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程。图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是( )
A．在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同
B．在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨
C．在有氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦
D．ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能而不能转变为光能
解析：选D ④和⑧都表示光反应中水分子在光照下的分解，⑦和⑨都表示有氧呼吸第三阶段中O2与[H]反应生成水；小麦根尖成熟区细胞中有线粒体、没有叶绿体，因而可以发生有氧呼吸过程(即②③⑥⑦⑨)，但不能进行光合作用；在有氧呼吸过程中，产生能量最多的是第三阶段，即⑦或⑨；ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能，也可以转变为光能，如萤火虫发光由ATP供能。
2．(南通模拟)图1表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程，其中C3在不同代谢过程中表示不同的化合物；图2表示该细胞中的一种生物膜和其上所发生的部分生化反应。下列叙述错误的是( )
A．图1中属于光合作用的过程有①②
B．图2中生物膜是线粒体内膜
C．图2中蛋白M能催化合成ATP
D．图1中过程③发生在图2中的生物膜上
解析：选D 分析图示可知：图1中的过程①表示CO2固定，过程②表示C3的还原，过程①②均属于光合作用的暗反应；图2显示，该生物膜上发生4H＋＋O2―→2H2O和ATP的生成反应，由此可知该膜为线粒体内膜；图2蛋白M能催化合成ATP；图1中过程③表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，而图2的生物膜为线粒体内膜。
3．下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析：选D 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
[知识深化拓展]
1．影响光合速率的三大因素曲线分析(据图填空)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
①原理：影响暗反应阶段 C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
③CO2浓度过高会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用
主要影响暗反应，通过影响酶的活性而影响光合作用
2．密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化分析(据图填空)
(1)光合速率等于呼吸速率的点是C、E。
(2)图甲中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浓度降低，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
(3)图乙中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浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长
3．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析(据图填空)
(1)积累有机物时间段：段。
(2)制造有机物时间段：段。
(3)消耗有机物时间段：段。
(4)一天中有机物积累最多的时间点：点。
(5)一昼夜有机物的积累量表示为：SP－SM－SN(SP、SM、SN表示面积)。
[常考题点练通]
影响细胞呼吸的因素及其应用
1．(届高三·福建四地六校联考)如图表示O2浓度和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响，有关叙述错误的是( )
A．O2浓度为0时，细胞中能够产生[H]的场所是细胞质基质
B．O2浓度低于20%时，30 ℃、35 ℃两温度对有氧呼吸速率影响不大
C．由图可知，细胞有氧呼吸的最适温度介于30 ℃和35 ℃之间
D．与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的外界因素有O2浓度和温度
解析：选C 分析题图可知，O2浓度为0时，细胞只能进行无氧呼吸，此时产生[H]的场所只有细胞质基质。O2浓度低于20%时，30 ℃和35 ℃对应的两曲线重合在一起，说明此O2浓度下两温度对有氧呼吸速率影响不大。由题图可知，细胞有氧呼吸的最适温度在30 ℃左右，可能高于30 ℃也可能低于30 ℃。与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的外界因素有O2浓度和温度。
2．(成都一诊)某种植物的干种子在黑暗条件下能正常萌发，实验测得该过程中，CO2释放量(Q)和O2吸收量(Q)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)干种子吸水后，自由水比例大幅度增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是________________________________________________(至少答出两点)。
(2)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速率变慢甚至造成其死亡，原因是_______________________________________________。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括_________________________________________________(至少答出两点)。
解析：(1)题中信息明确告知“自由水比例大幅度增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快”，所以答案一定与自由水的功能有关。(2)根据题图可知，种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，进行无氧呼吸产生酒精和CO2，其中酒精对细胞有毒害作用，且无氧呼吸产生的能量较少，不能满足其生命活动所需，因此将导致种子萌发速率变慢甚至造成其死亡。(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后的幼苗需要进行光合作用合成有机物，因此还需要适宜的光照、充足的CO2和必需矿质元素(无机盐)等环境条件。
答案：(1)自由水是细胞内的良好溶剂、细胞内的许多反应都需要水的参与、水参与物质运输等 (2)酒精、水 缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足其生命活动的需要，同时无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 (3)适宜的光照、CO2和必需矿质元素(无机盐)等
补偿点、饱和点及其移动问题
3．(淮南质检)如图为不同种植物在最适温度下的光补偿点与光饱和点的相对值。下列叙述正确的是( )
A．植物Ⅰ在光补偿点时，叶肉细胞不释放氧气
B．增大CO2浓度，植物Ⅰ的光补偿点减小，饱和点增大
C．适当提高温度可以提高植物Ⅱ的光饱和点
D．最适宜在树林下套种的是植物Ⅲ
解析：选B 植物Ⅰ在光补偿点时，整株植物光合速率等于呼吸速率，但其叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，会释放氧气；增大CO2浓度，植物Ⅰ的光补偿点减小，饱和点增大；本实验数据是在最适温度条件下测得的，升高温度不利于光合作用的进行，故光饱和点应下降；树林下光照强度较低，三种植物中植物Ⅱ光补偿点最低，适宜在树林下套种。
4．科研人员通过相关实验研究了温度对某植物生长的影响，实验结果如表所示(光补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时的光照强度；光饱和点是指光合速率达到最大时的光照强度)。请回答下列问题：
温度(℃)
最大净光合速率
(μmol O2·m－2·s－1)
光补偿点
(μmol·m－2·s－1)
光饱和点
(μmol·m－2·s－1)
呼吸速率
(μmol O2·m－2·s－1)
17
11.6
18.7
2 010.6
0.85
20
12.1
24.2
1 063.8
1.12
25
11.5
33.4
1 726.5
1.49
30
9.8
59.7
2 752.9
1.95
35
6.9
57.6
1 429.5
1.68
(1)研究表明，在高温环境中该植物幼苗部分叶绿素被破坏，部分气孔关闭。叶绿素被破坏，会使光反应产生________________减少，进而影响暗反应中C3的还原；部分气孔关闭，会使暗反应中____________过程受阻，从而致光合速率下降。
(2)该植物的光合作用和呼吸作用相比，对高温较敏感的是______________。该植物生长的适宜温度约为表中的____________。在25 ℃条件下，当光照强度达到光饱和点时该植物的总光合速率为________________________。
(3)与30 ℃相比，35 ℃时该植物的呼吸速率较小，其主要原因是__________________。17 ℃时该植物的光饱和点较高的主要原因是_______________________________________。
解析：(1)该植物幼苗的部分叶绿素被破坏，会使光反应产生的[H](NADPH)和ATP减少，进而影响暗反应中C3的还原；部分气孔关闭，会影响植物对CO2的吸收，使暗反应中CO2的固定过程受阻。(2)由表格数据可以看出，该植物光合速率随温度的变化比呼吸速率要明显，在较低的温度下光合速率即下降，所以对高温更敏感的是光合作用。分析表中数据可知，该植物的最大净光合速率出现在20 ℃，所以该植物生长的适宜温度约为20 ℃。在25 ℃条件下，当光照强度达到光饱和点时该植物的总光合速率为11.5＋1.49＝12.99(μmol O2·m－2·s－1)。(3)表格数据显示，35 ℃时该植物的呼吸速率小于30 ℃时的呼吸速率，主要原因是温度升高，使酶的活性降低，呼吸速率下降。温度较低时，该植物利用光能的能力较弱，在较强光照下才能达到最大光合速率，所以17 ℃时其光饱和点较高。
答案：(1)[H](NADPH)和ATP CO2的固定 (2)光合作用 20 ℃ 12.99 μmol O2·m－2·
s－1 (3)温度较高，酶的活性降低 温度较低，该植物利用光能的能力较弱，导致其在较强光照下才能达到最大光合速率(合理即可)
环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系
(1)光补偿点的两种生理状态：
①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。
②叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。
(2)光补偿点、光饱和点移动方向：
①光补偿点的移动：
a．呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。
b．呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。
②光饱和点的移动：相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点C应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系
5．某实验小组研究温度对水绵光合作用和呼吸作用的影响，实验结果如图所示，据图分析下列有关叙述正确的是( )
A．依图可知，水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃
B．图中水绵细胞积累有机物速率最大时的温度是25 ℃
C．每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度是25 ℃
D．在5 ℃时，水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气的速率的2倍
解析：选B 图中纵坐标表示光照下CO2的吸收量(即净光合速率)或黑暗中CO2的释放量(即呼吸速率)。由于没有对高于35 ℃条件下水绵细胞的呼吸作用进行研究，而且在35 ℃以前，随温度升高，呼吸速率也逐渐增强，因此不能认为水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃。水绵细胞积累有机物的速率是指净光合速率，从图中可看出，在25 ℃时水绵细胞在光照下CO2的吸收量最多，即积累有机物的速率最大。每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度应是20 ℃，因为在20 ℃时，每天光照10 h，一昼夜水绵积累的有机物量最多，约为3.25×10－1.5×14＝11.5(mg)。在5 ℃时，水绵细胞产生氧气的速率是1.5 mg/h，消耗氧气的速率是0.5 mg/h，因此水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气的速率的3倍。
6．(届高三·湖南十校联考)图1为25 ℃环境中甲、乙两种植物在不同光照强度下CO2吸收量的变化曲线，图2表示在一定光照强度下温度对图1中一种植物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合成ATP的场所有__________________________________。在B点时甲种植物的叶肉细胞的光合作用强度________(填“<”“＝”或“>”)呼吸作用强度。
(2)将图2中的植物放在A点所对应的温度条件下(其他条件与图2的相同)，一段时间后，该植物体内有机物的量会________(填“增加”“不变”“减少”或“无法判断”)。
(3)图2中植物为图1中的________(填“甲种植物”或“乙种植物”)。
(4)据图分析，当光照强度达到C点时，限制甲种植物CO2吸收量的主要环境因素是_____________________。
(5)由于洪涝灾害乙种植物很长一段时间处于水淹条件下，请写出该条件下这种植物根部细胞呼吸作用中能量的转化情况_________________________________________。
解析：(1)甲种植物的根尖分生区细胞无叶绿体，只能通过细胞呼吸合成ATP，场所为细胞质基质和线粒体。图1中CO2的吸收量代表净光合速率，在B点时甲种植物的净光合速率等于0，因为有些细胞只进行呼吸作用，故对于甲种植物的叶肉细胞而言，在B点时光合作用强度大于呼吸作用强度。(2)图2表示在一定光照强度下温度对植物CO2吸收量和释放量的影响情况，在A点所对应的温度条件下，CO2的吸收量大于0，说明植物的净光合速率大于0，因此经过一段时间后，该植物体内有机物的量会增加。(3)图2中植物在25 ℃条件下黑暗环境中的呼吸速率为2 mg/(m2·h)，对应图1中的甲种植物。(4)CO2吸收量代表净光合速率，当光照强度达到C点时，再继续增大光照强度，净光合速率不再提高，且由图2可知，25 ℃时甲种植物净光合速率最大，说明C点限制甲种植物CO2吸收量的主要环境因素是CO2浓度。(5)乙种植物很长一段时间处于水淹条件下，该植物进行无氧呼吸产生酒精，因此植物根部细胞呼吸作用中能量的转化为：有机物中稳定的化学能转化为热能、ATP中活跃的化学能以及酒精中的化学能。
答案：(1)细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜) > (2)增加 (3)甲种植物
(4)CO2浓度 (5)有机物中稳定的化学能转化为热能、ATP中活跃的化学能以及酒精中的化学能
[归纳拓展]
从关键词来区分“总光合速率”“净光合速率”和“呼吸速率”
项目
常用关键词
总光合速率
O2产生(生成)速率
CO2固定速率
有机物产生(制造、生成)速率
净(表观) 光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
黑暗中有机物消耗速率
注：如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的量，则该数据为总光合速率。
一、形成生命观念
1．(衡阳十校调研)下列关于小麦光合作用的叙述，正确的是( )
A．突然停止光照叶绿体中C5/C3的比值下降
B．夏季晴天光照最强时小麦光合速率最高
C．线粒体内膜产生的ATP可直接用于暗反应
D．CO2的固定可将ATP中的化学能转移到C3中
解析：选A 突然停止光照，光反应提供的[H]、ATP减少，所以C3消耗量减少，C5产生量变少，CO2供应不变，使C5含量减少，C3含量增多，C5/C3的比值下降；夏季晴天光照最强时，小麦为了减少蒸腾作用散失水分，部分气孔会关闭，使CO2供应不足，光合速率下降；线粒体内膜产生的ATP可用于除光合作用外的各项生命活动，而暗反应需要的ATP只能来自叶绿体光反应；暗反应中，C3的还原可将ATP中的化学能转移到有机物中，CO2的固定不消耗ATP中的能量。
2．如图表示某自养型生物细胞光合作用、细胞呼吸过程中[H]的转移过程，下列叙述错误的是( )
A．图中过程①③④都能产生ATP
B．过程③需要水的参与，能产生CO2
C．过程①和过程④离不开叶绿体和线粒体
D．过程①和过程③产生的[H]不是同种物质
解析：选C 图中过程①表示光合作用的光反应阶段，能产生ATP；过程③表示有氧呼吸第一、二阶段，这两个阶段都能产生少量的ATP；过程④表示有氧呼吸第三阶段，能产生大量的ATP。过程③需要水的参与，能将丙酮酸分解成CO2和[H]。在真核细胞内，过程①和过程④分别在叶绿体和线粒体中进行，但在原核细胞内没有叶绿体和线粒体，例如蓝藻细胞内没有叶绿体和线粒体，也能进行过程①和过程④。过程①中产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，过程③中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
3．下列关于物质或生物“转化”的叙述，错误的是( )
A．在细胞正常生命活动过程中，ATP与ADP可以相互转化
B．在光合作用的暗反应过程中，C3与C5可以相互转化
C．在植物细胞有丝分裂过程中，染色质与染色体可以相互转化
D．在肺炎双球菌的培养过程中，S型细菌与R型细菌可以相互转化
解析：选D 在细胞正常生命活动过程中，ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中；在光合作用的暗反应过程中，在有关酶的催化下，CO2与C5结合生成两个C3，C3接受ATP释放的能量并且被[H]还原为糖类和C5，可见，C3与C5可以相互转化；在植物细胞有丝分裂过程中，间期染色质高度螺旋化成为染色体，末期染色体解开螺旋变为染色质；在肺炎双球菌的培养过程中，S型细菌的DNA可促使R型细菌转化为S型细菌。
二、运用科学思维
4．生理学家对某动物的代谢速率进行了测定，结果如图所示。下列推断正确的是( )
A．环境温度为t3时，该动物体内酶的活性最低，代谢最慢
B．动物体内的CO2大部分产生于线粒体，少部分来自细胞质基质
C．环境温度由t1升至t3的过程中，该动物皮肤毛细血管收缩
D．切除下丘脑后，将该动物从40 ℃移至10 ℃环境，CO2产生量的变化量不明显
解析：选D 据曲线图分析可知，在t3之前，环境温度越低，CO2产生量的相对值越高，呼吸作用产生的热量越多，说明该动物是恒温动物，其体内酶的活性应该基本不变；该动物进行细胞呼吸，产生的CO2全部来自线粒体；环境温度由t1升至t3的过程中，该动物呼吸减弱，产热减少，皮肤毛细血管舒张，散热增加；下丘脑是体温调节中枢，切除下丘脑后，从40 ℃移至10 ℃环境时，甲状腺激素分泌没有变化，CO2产生量的变化量会不明显。
5．(2018·咸阳模拟)某研究小组用氧电极法测定了温度对发菜(一种蓝藻)的光合作用和呼吸作用的影响，结果如图，据图分析正确的是( )
A．35 ℃时发菜细胞的光合速率和呼吸速率相等
B．30 ℃时若增大光照强度，发菜的光合速率一定会增大
C．15 ℃时发菜产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．发菜细胞光合作用和呼吸作用的酶具有不同的最适温度
解析：选D 35 ℃时发菜细胞的光合速率是其呼吸速率的2倍；30 ℃时增大光照强度，其光合速率不一定会增大；发菜属于原核生物，原核细胞没有线粒体和叶绿体。
6．下图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图判断错误的是( )
A．在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D．适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
解析：选C 分析曲线图可知，在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象；分析曲线图可知，曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关；导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是光照强度的变化；分析曲线图可知，在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象，故适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度。
三、注重科学探究
7．下列有关科学家科学研究的经典实验中采取了同位素标记法的是( )
①将人细胞与鼠细胞融合证明细胞膜具有流动性
②萨克斯的实验证明了光合作用的产物中有淀粉
③鲁宾和卡门证明光合作用的产物中释放的氧气来自水
④卡尔文探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
解析：选B 将人细胞与鼠细胞融合证明细胞膜具有流动性用的是荧光标记的方法；萨克斯的实验中没有用到同位素标记法；鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水，卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中的转移途径都用了同位素标记法。
8．(2018·衡水模拟)如图是不同条件对番茄光合作用的影响。图甲表示在最适温度及其他条件保持不变的情况下番茄叶片CO2释放速率随光照强度变化的曲线，图中B、C、D是横坐标上的点；图乙是研究人员测定的在不同土壤含水量条件下番茄叶片的气孔导度(气孔开放程度)和胞间CO2浓度的结果。请据图回答下列问题：
(1)图甲中E点后曲线保持水平不变，此时限制番茄光合速率的主要环境因素是________；若图中其他条件不变，温度上升5 ℃，则E点将向________方移动；图甲中的C点骤变为________(填图甲横坐标上的字母)点时，短时间内C3的含量将上升。
(2)图甲中B点时，番茄叶肉细胞内能为细胞主动运输吸收K＋提供ATP的场所有__________________；在C点对应的光照强度下，番茄叶肉细胞中的磷酸分子在叶绿体内的移动方向是________________________。
(3)图乙显示随着土壤含水量降低，番茄的气孔导度降低，但胞间CO2浓度并未因光合作用的消耗而降低，反而逐渐升高，对此有两种不同观点：观点一认为光合产物的输出变慢，导致细胞内光合产物积累，最后阻碍了CO2的吸收利用；观点二认为细胞内水分亏缺导致叶绿体片层结构破坏，从而直接影响________反应，而且不能恢复。为验证上述观点，将培养在____________条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行_____________处理，对照组保持原有状态。若实验组番茄幼苗光合速率________，则观点一不成立。
解析：(1)影响光合作用的三大外因是光照强度、CO2浓度、温度，图甲中温度已经是最适温度、E点对应的光照强度已经达到饱和点，所以限制因素主要是CO2浓度。在最适温度的基础上温度上升，酶的活性会降低，净光合速率降低，E点向左上移动。光照强度降低，产生的ATP和[H]减少，C3的还原减弱，C3含量上升。(2)主动运输所需的能量由细胞呼吸提供，细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。Pi分子和ADP从叶绿体基质移动到类囊体薄膜，参与ATP的形成。(3)叶绿体片层结构(即基粒)被破坏，影响光反应阶段。为验证上述观点，应在低土壤含水量条件下培养番茄幼苗，然后实验组番茄幼苗进行补水处理，对照组继续缺水状态。假设观点一成立、观点二不成立，实验组番茄幼苗光合速率能恢复；假设观点一不成立、观点二成立，实验组番茄幼苗光合速率不能恢复。
答案：(1)CO2浓度 左上 B (2)细胞质基质、线粒体 从叶绿体基质到类囊体薄膜
(3)光 低土壤含水量 正常供水 不能恢复(或与对照组基本相同)
基础保分专题四 光合作用与细胞呼吸
NO.1 学前自主测评
[选择题—练明高频考点]
考点一 光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化
1．(广安模拟)下列关于人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸相同点的叙述，错误的是( )
A．都能生成三磷酸腺苷
B．都在生物膜上完成反应
C．都需要多种酶的催化
D．都能产生丙酮酸和NADH
解析：选B 人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都可以产生ATP(三磷酸腺苷)；无氧呼吸在细胞质基质中进行，有氧呼吸在细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜上进行；人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都需要一系列酶的催化；人体细胞有氧呼吸和无氧呼吸都能产生丙酮酸和NADH。
2．光合作用过程中，水的分解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自( )
A．细胞呼吸产生的ATP和光能
B．都是细胞呼吸产生的ATP
C．光能和光反应产生的ATP
D．都是光反应产生的ATP
解析：选C 在光合作用的光反应过程中，利用吸收的光能分解水分子；三碳化合物形成糖类发生于暗反应，需要的能量来自光反应产生的ATP。
3．如图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①～④表示过程。相关叙述错误的是( )
A．过程①③④都能合成ATP
B．过程①②③④总是同时进行
C．过程①③都在生物膜上进行
D．过程④产生的[H]还来自水
解析：选B 据图可知，过程①～④依次是光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第三阶段、有氧呼吸的第一、二阶段。其中①③④都能合成ATP；过程①②③④不一定同时进行，如晚上仅进行③④(有氧呼吸)而不进行①②(光合作用)；过程①是光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，过程③是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜；过程④是有氧呼吸的第一、二阶段，产生的[H]除了来自葡萄糖之外，还来自水。
4．(届高三·泰安质检)将酵母菌研磨离心后，得到上清液(细胞质基质)和沉淀物(含线粒体)，把等量的上清液、沉淀物和未离心的匀浆分别装入A、B、C和D、E、F六支试管中，各加入等量等浓度的葡萄糖溶液，将其中A、B、C三支试管放置于有氧条件下，D、E、F三支试管放置于无氧条件下，均保温一段时间。下列叙述错误的是( )
A．用斐林试剂检验还原糖，砖红色最深的是B和E
B．用酸性重铬酸钾检验，橙色变为灰绿色的是D和F
C．能够将葡萄糖彻底氧化分解成二氧化碳和水的只有C
D．用溴麝香草酚蓝水溶液检验，溶液变成黄色的有A、C、D、E
解析：选D 由题意可知，用斐林试剂检验还原糖，砖红色最深是含葡萄糖量最多的，B和E只含有线粒体，不能直接利用葡萄糖，故二者的砖红色是最深的；能使酸性重铬酸钾检验，由橙色变成灰绿色是含有酒精的试管，即D和F；能够将葡萄糖彻底氧化分解成CO2和H2O的只有C；用溴麝香草酚蓝水溶液检验，溶液变成黄色的有C、D、F。
5．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降
D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B 正常生长的绿藻，照光培养一段时间，说明绿藻可以正常进行光合作用，用黑布遮光后，改变了绿藻光合作用的条件，此时光合作用的光反应停止，光反应的产物O2、ATP和[H](即NADPH)停止产生；光照停止，暗反应中C3的还原受影响，C5减少，CO2的固定减慢。
考点二 光合作用与细胞呼吸的影响因素及应用
6. ．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．OA段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降
C．AB段三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．B点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无[H]和ATP的供应
解析：选C 叶肉细胞中固定CO2的场所是叶绿体基质；从题图分析，OA段三碳化合物的含量持续上升，说明消耗的五碳化合物越来越多，因此五碳化合物的含量有所下降；AB段三碳化合物浓度不变的原因是三碳化合物生成的量与被还原的量基本相等；黑暗条件下叶肉细胞不能进行光反应，不能为暗反应提供[H]和ATP等物质，导致三碳化合物的还原受阻，其含量上升。
7．长期浸水会导致树根变黑腐烂。树根从开始浸水到变黑腐烂的过程中，细胞呼吸速率的变化曲线如图所示。下列叙述错误的是( )
A．Ⅰ阶段根细胞的有氧呼吸速率下降
B．Ⅱ阶段根细胞的无氧呼吸速率上升
C．Ⅲ阶段曲线下降的主要原因与Ⅰ阶段不同
D．细胞在a点的有氧呼吸强度小于b点
解析：选D Ⅰ阶段开始浸水，随着时间的推移，溶氧量逐渐减少，所以有氧呼吸速率下降；Ⅱ阶段随着氧浓度的降低，无氧呼吸速率上升；Ⅲ阶段细胞长期进行无氧呼吸，供能不足，且产生的酒精对细胞有毒害作用，导致呼吸速率下降；a点既有较弱的有氧呼吸，也有较弱的无氧呼吸，而b点进行较强的无氧呼吸，不进行有氧呼吸。
8．为了研究缺失叶黄素的植株(甲)和正常的植株(乙)光合速率的差异，某实验小组设计实验并测得相关数据如下表(温度和CO2浓度等条件均适宜)。下列有关叙述正确的是( )
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度(klx)
光合速率达到最大值时的最小光照强度(klx)
光合速率最大值时CO2吸收量
[mg/(100 cm2·h)]
黑暗条件下
CO2释放量[mg/(100 cm2·h)]
植株甲
1
3
12
6
植株乙
3
9
30
14
A．植株甲因缺少叶黄素而使得叶片呈现黄色，且呼吸速率降低
B．光照强度为3 klx时，植株甲光合作用所需CO2只来源于呼吸作用
C．光照强度为1 klx时，植株乙的光合速率大于其呼吸速率
D．光照强度为3 klx时，甲、乙两植株固定CO2速率的差为4 mg/(100 cm2·h)
解析：选D 据表格数据分析，植株甲的呼吸速率比植株乙低，叶黄素呈黄色，缺少叶黄素会使叶片呈现其他色素的颜色，一般为绿色。光照强度为3 klx时植株甲光合速率达到最大值，光合作用所需CO2来自呼吸作用和外界环境。植株乙的光合速率＝呼吸速率时的光照强度为3 klx，所以在光照强度为1 klx时，植株乙的呼吸速率大于其光合速率。光照强度为3 klx时，植株甲光合速率达到最大值，固定CO2量＝呼吸作用释放CO2量＋光合作用净吸收CO2量＝6＋12＝18 [mg/(100 cm2·h)]；光照强度为3 klx时植株乙光合速率＝呼吸速率＝14 mg/(100 cm2·h)，即此光照强度下甲、乙两植株固定CO2速率的差为4 mg/(100 cm2·h)。
9．(南京模拟)科研人员检测晴朗天气下露地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下图。下列相关叙述错误的是( )
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下降的原因是光照强度逐渐减弱
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：选B 早晨日出后光照强度不断增大，使得露地栽培的和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是日出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；而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因环境温度过高导致部分气孔关闭，吸收少量CO2导致的。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。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥可以增加土壤中CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施。
10．仙人掌生长在高温、干旱的环境中，形成了一定的适应性特征。下图表示仙人掌在24 h内，光合作用和气孔导度(气孔张开程度)的变化。据图分析，下列描述正确的是( )
A．白天进行光合作用，夜间进行呼吸作用
B．白天蒸腾作用强，散失的水分多于夜间
C．白天可以进行光反应，但不能从外界吸收CO2
D．夜间同化CO2，所以暗反应只在夜间进行
解析：选C 由图分析可知，仙人掌在白天和夜晚既可以进行光合作用，又可以进行呼吸作用；据图分析可知，白天气孔导度小，说明其蒸腾作用不强；白天光照强，可以进行光反应，但是气孔导度小(为0)，不能从外界吸收CO2；暗反应包括CO2的固定和三碳化合物的还原，其中三碳化合物的还原需要光反应提供的ATP和[H]，因此暗反应在白天也进行。
[非选择题—练通综合交汇]
11．(届高三·南京联考)图甲表示在不同温度条件下CO2浓度对某植物净光合速率的影响；图乙表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。请回答下列问题：
(1)据图甲可知，当CO2浓度分别为600 μmol·L－1和1 200 μmol·L－1时，更有利于该植物生长的温度分别是______________。当CO2浓度为200 μmol·L－1时，28 ℃条件下该植物净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃，原因可能是______________________________。
(2)CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据图乙分析，A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2速率________，在此阶段暗反应消耗ATP的速率________；B→C保持稳定的内因是受到___________限制。
(3)研究发现，绿色植物中RuBP羧化酶具有双重活性，催化如下图所示的两个方向的反应，反应的相对速率取决于O2和CO2的相对浓度。
在叶绿体中，在RuBP羧化酶催化下C5与___________反应，形成的___________进入线粒体放出CO2，称之为光呼吸。光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上，据此推测，CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是___________________________。
解析：(1)据图分析，当CO2浓度为600 μmol·L－1时，20 ℃条件下的净光合速率最高；当CO2浓度为1 200 μmol·L－1时，28 ℃条件下的净光合速率最高；当CO2浓度为200 μmol·
L－1时，28 ℃条件下该植物净光合速率明显低于20 ℃和15 ℃，可能是因为实际光合速率都不高，而28 ℃时的呼吸速率较高。(2)据图乙分析，A→B之间随着细胞间隙CO2浓度的逐渐增加，细胞吸收CO2速率在逐渐增加，与C5结合生成的C3增加，因此叶肉细胞中C5的相对含量逐渐下降，该过程需要光反应提供的ATP和[H]，因此消耗ATP的速率增加；B→C随着细胞间隙CO2浓度的逐渐增加，细胞吸收CO2速率保持相对稳定，受RuBP羧化酶数量(浓度)的限制。(3)据图分析，RuBP羧化酶的作用是催化C5与CO2结合生成三碳酸，或者催化O2与C5结合生成三碳酸和二碳化合物，其中后者的产物二碳化合物进入线粒体放出CO2；高浓度CO2可减少光呼吸，导致光呼吸消耗的有机物减少，因此CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加。
答案：(1)20 ℃、28 ℃ 实际光合速率都不高，而28 ℃时的呼吸速率很强 (2)增加 增加 RuBP羧化酶数量(浓度) (3)O2 二碳化合物(C2) 高浓度CO2可减少光呼吸
12．(南通模拟)将金鱼藻放在盛有一定浓度的碳酸氢钠溶液的密闭容器中培养，先用10 000 lx的光照处理金鱼藻5 min，再用5 000 lx的光照处理5 min，最后用1 000 lx的光照处理5 min，最后进行黑暗处理。定时测定金鱼藻产生的气泡数量结果如表所示。请据此回答下列问题：
时间(min)
1
3
5
7
10
12
14
16
气泡(个/ min)
38
40
24
15
5
3
0
0
(1)实验中用一定浓度的碳酸氢钠溶液培养金鱼藻的目的是____________________________。
(2)叶绿体中限制绿色植物对光能利用的主要物质是________，这些物质可以溶解在________(填溶剂名称)中。
(3)实验中气泡的主要气体产生于光合作用的________阶段。实验开始14 min后，气泡产生数量为0，说明此时金鱼藻光合作用产生气体速率________呼吸作用消耗该气体的速率。
(4)实验开始5 min后，若将装置由5 000 lx光下转移到10 000 lx光下，此时叶绿体内C5含量可能__________(填“增加”“减少”或“基本不变”)，试解释：________________________________________________________。
解析：(1) 一定浓度的碳酸氢钠溶液可提供金鱼藻光合作用需要的CO2。(2)叶绿体中的光合色素能够吸收、转化光能，是限制绿色植物对光能利用的主要物质；这些光合色素可以溶解在无水乙醇等有机溶剂中。(3)实验中气泡的主要气体是O2，产生于光合作用的光反应阶段。实验开始14 min后，气泡产生数量为0，说明此时没有O2的释放，因此金鱼藻光合作用产生O2速率小于或等于呼吸作用消耗O2的速率。(4)实验开始5 min后，若将装置由
5 000 lx光下转移到10 000 lx光下，此时光照强度增强，光反应产生的ATP和[H]增多，C3的还原增强，产生C5增多，同时培养液中CO2供应减少，CO2固定时利用的C5减少，所以叶绿体内C5含量可能增加。
答案：(1)提供金鱼藻光合作用需要的CO2 (2)光合色素 无水乙醇(或其他有机溶剂) (3)光反应 小于或等于 (4)增加 光照增强，光反应产生的ATP、[H]增多，C3还原增强，产生C5增多，同时培养液中CO2供应减少，CO2固定时利用的C5减少
13．(长春实验中学模拟)茶叶有降压、提神和保健等功效。某科研人员在晴朗夏季的一天中探究茶树净光合速率和胞间CO2浓度的日变化规律，结果如下图。请据图回答下列问题：
(1)图中曲线表示净光合速率的是___________(填“实线”或“虚线”)。从胞间CO2浓度分析，与12点相比，14点时叶肉细胞中C3含量_________(填“高”或“低”)。
(2)茶树在中午时分会出现光合“午休”现象。从图中的曲线分析，主要原因是气温升高，植物为减少水分散失，气孔___________(填“部分关闭”或“全部关闭”)，导致胞间CO2浓度降低。
(3)研究CO2在植物体内的转移途径时，采用的方法是________法，CO2中的氧经光合作用和有氧呼吸后转移到终产物________中。
(4)由于茶树光合“午休”影响产量，为减缓光合“午休”，该科研人员打算间作高茎玉米。请设计实验进行探究。(间作是指在同一田地上于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式。)
①该实验的目的是________________________________________________。
②该实验的自变量是________________________。该实验须在____________时间进行。
③检测净光合速率与胞间CO2浓度，若___________________________________，说明科研人员的研究达到预期目的。
解析：(1)晴朗夏季的中午，植物会出现光合“午休”现象，导致净光合速率降低，胞间CO2浓度中午后可恢复，图中实线表示净光合速率。与12点相比，14点时胞间CO2浓度较高，有较多的CO2被固定为C3，叶肉细胞中C3含量高。(2)气孔是CO2进出叶片的通道，据图可知，中午前后胞间CO2浓度降低，但仍保持一定浓度，气孔应是部分关闭。(3)研究CO2在植物体内的转移途径时，可采用同位素标记法，CO2中的氧经光合作用转移到有机物中，再经有氧呼吸第二阶段后转移到终产物CO2中。(4)①该实验的目的是探究间作高茎玉米能否减缓茶树光合“午休”。②根据实验目的可确定该实验的自变量是是否间作高茎玉米。间作高茎玉米的为实验组，不间作高茎玉米的为对照组。晴朗夏季的中午，植物会出现光合“午休”现象，该实验需在晴朗夏季中午检测实验组和对照组的净光合速率与胞间CO2浓度。③若间作高茎玉米能减缓茶树光合“午休”，则实验组的净光合速率与胞间CO2浓度均高于对照组。
答案：(1)实线 高 (2)部分关闭 (3)同位素标记 CO2 (4)①探究间作高茎玉米能否减缓茶树光合“午休” ②是否间作高茎玉米 晴朗夏季 ③实验组的净光合速率与胞间CO2浓度均高于对照组
[教师备选题]
1．下列有关生命活动中，细胞内物质含量或比值的关系，正确的是( )
A．O2与CO2的比值，线粒体内比细胞质基质高
B．细胞内结合水与自由水的比值，种子萌发时比休眠时高
C．一般情况下，等质量物质有氧呼吸，产生CO2与吸入O2的比值，脂肪比葡萄糖高
D．长期处于较低浓度CO2条件下，C3与C5含量比较，前者比后者高
解析：选D 线粒体需要消耗O2进行有氧呼吸，将CO2排出到细胞质中，细胞质基质中的O2浓度高于线粒体内，而线粒体内的CO2浓度高于细胞质基质，因此人体细胞内O2与CO2的比值，线粒体内比细胞质基质低。自由水所占比例越高，新陈代谢越旺盛，因此细胞内结合水与自由水的比值，种子萌发时比休眠时低。利用葡萄糖进行有氧呼吸时，产生CO2与吸入O2的比值为1，利用脂肪进行有氧呼吸时，产生CO2小于吸入O2，因此等质量脂肪和葡萄糖进行有氧呼吸时，产生CO2与吸入O2的比值脂肪比葡萄糖低。长期处于较低浓度CO2条件下，一个C5形成两个C3，C3与C5含量比较，前者比后者高。
2．科研工作者在同一环境条件下测定了生长状态相同的美国红枫和北美枫香的净光合速率(光合速率与呼吸速率的差值)及蒸腾速率的日变化，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．北美枫香和美国红枫光合作用消耗ATP最快的时刻分别是14：00和13：00
B．北美枫香和美国红枫积累有机物最多的时刻分别是11：00和15：00
C．美国红枫正午前后净光合速率下降与气孔关闭引起的CO2供应不足有关
D．在该实验条件下北美枫香对水的需求量大于美国红枫对水的需求量
解析：选C 光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段产生的ATP和[H]为暗反应阶段提供能量和还原剂，光合速率越大消耗ATP也就越快，图中未显示呼吸速率，因此无法确定两者消耗ATP最快的时刻。净光合速率＞0，说明有机物积累量＞0，在实验条件下，北美枫香和美国红枫的净光合速率都大于0，所以不能确定有机物积累最多的时刻。美国红枫正午前后，光照强度过强，部分气孔关闭引起的CO2供应不足，影响了暗反应的进行，光合速率下降，净光合速率下降。蒸腾作用有利于植物根对水分的吸收，蒸腾作用越强，根吸水能力越强，北美枫香在该实验条件下的蒸腾速率小于美国红枫的蒸腾速率，即在该实验条件下北美枫香对水的需求量小于美国红枫对水的需求量。
NO.2 练后循图忆知
[查清易错小点](判断正误)
1．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸(√)
(全国卷Ⅲ，T5A)
2．人体细胞内O2/CO2的比值，线粒体内比细胞质基质高(山东卷，T4B)(×)
3．磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物(√)
(2014·全国卷Ⅱ，T2A)
4．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累(×)
5．光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与(√)
(2014·全国卷Ⅱ，T6B)
6．葡萄糖氧化分解为丙酮酸只发生在细胞有氧时(×)
7．若用含有18O的水浇灌番茄，则番茄周围空气中含有18O的物质有HO、18O2、C18O2(√)
8．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变成热能和ATP(×)
9．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
10．离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成暗反应(√)
11．光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的(×)
[理清知识主干]
1．掌握光合作用与细胞呼吸的过程
(1)物质转变过程：(据图填空)
①物质名称：a：光合色素，b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：，g：CO2，h：。
②生理过程及场所：
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸
第一阶段
有氧呼吸
第二阶段
有氧呼吸
第三阶段
场所
叶绿体类
囊体薄膜
叶绿体
基质
细胞
质基质
线粒
体基质
线粒
体内膜
(2)相应元素转移过程：(将“”中的内容补充完整)
元素
转移过程
C
O
H
(3)能量转换过程：(填图)
2．外界条件变化时，C5、C3、[H]、ATP等物质的量的变化模式图(据图填空)
(1)光照强度变化：
(2)CO2浓度变化：
[练通高考能力]
1．如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程。图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是( )
A．在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同
B．在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨
C．在有氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦
D．ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能而不能转变为光能
解析：选D ④和⑧都表示光反应中水分子在光照下的分解，⑦和⑨都表示有氧呼吸第三阶段中O2与[H]反应生成水；小麦根尖成熟区细胞中有线粒体、没有叶绿体，因而可以发生有氧呼吸过程(即②③⑥⑦⑨)，但不能进行光合作用；在有氧呼吸过程中，产生能量最多的是第三阶段，即⑦或⑨；ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能，也可以转变为光能，如萤火虫发光由ATP供能。
2．(南通模拟)图1表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程，其中C3在不同代谢过程中表示不同的化合物；图2表示该细胞中的一种生物膜和其上所发生的部分生化反应。下列叙述错误的是( )
A．图1中属于光合作用的过程有①②
B．图2中生物膜是线粒体内膜
C．图2中蛋白M能催化合成ATP
D．图1中过程③发生在图2中的生物膜上
解析：选D 分析图示可知：图1中的过程①表示CO2固定，过程②表示C3的还原，过程①②均属于光合作用的暗反应；图2显示，该生物膜上发生4H＋＋O2―→2H2O和ATP的生成反应，由此可知该膜为线粒体内膜；图2蛋白M能催化合成ATP；图1中过程③表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，而图2的生物膜为线粒体内膜。
3．下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析：选D 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
[知识深化拓展]
1．影响光合速率的三大因素曲线分析(据图填空)
①原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生。
②分析P点后的限制因素：
①原理：影响暗反应阶段 C3的生成。
②分析P点后的限制因素：
③CO2浓度过高会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用
主要影响暗反应，通过影响酶的活性而影响光合作用
2．密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化分析(据图填空)
(1)光合速率等于呼吸速率的点是C、E。
(2)图甲中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浓度降低，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
(3)图乙中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浓度减小，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长
3．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析(据图填空)
(1)积累有机物时间段：段。
(2)制造有机物时间段：段。
(3)消耗有机物时间段：段。
(4)一天中有机物积累最多的时间点：点。
(5)一昼夜有机物的积累量表示为：SP－SM－SN(SP、SM、SN表示面积)。
[常考题点练通]
影响细胞呼吸的因素及其应用
1．(届高三·福建四地六校联考)如图表示O2浓度和温度对洋葱根尖细胞有氧呼吸速率的影响，有关叙述错误的是( )
A．O2浓度为0时，细胞中能够产生[H]的场所是细胞质基质
B．O2浓度低于20%时，30 ℃、35 ℃两温度对有氧呼吸速率影响不大
C．由图可知，细胞有氧呼吸的最适温度介于30 ℃和35 ℃之间
D．与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的外界因素有O2浓度和温度
解析：选C 分析题图可知，O2浓度为0时，细胞只能进行无氧呼吸，此时产生[H]的场所只有细胞质基质。O2浓度低于20%时，30 ℃和35 ℃对应的两曲线重合在一起，说明此O2浓度下两温度对有氧呼吸速率影响不大。由题图可知，细胞有氧呼吸的最适温度在30 ℃左右，可能高于30 ℃也可能低于30 ℃。与b点相比，限制c点有氧呼吸速率的外界因素有O2浓度和温度。
2．(成都一诊)某种植物的干种子在黑暗条件下能正常萌发，实验测得该过程中，CO2释放量(Q)和O2吸收量(Q)的变化趋势如图所示(假设呼吸底物都是葡萄糖)。回答下列问题：
(1)干种子吸水后，自由水比例大幅度增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快，原因是________________________________________________(至少答出两点)。
(2)种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞呼吸的产物是________和CO2。若种子萌发过程中缺氧，将导致种子萌发速率变慢甚至造成其死亡，原因是_______________________________________________。
(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后幼苗的正常生长还需要的环境条件包括_________________________________________________(至少答出两点)。
解析：(1)题中信息明确告知“自由水比例大幅度增加，会导致细胞中新陈代谢速率明显加快”，所以答案一定与自由水的功能有关。(2)根据题图可知，种子萌发过程中的12～30 h之间，细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，进行无氧呼吸产生酒精和CO2，其中酒精对细胞有毒害作用，且无氧呼吸产生的能量较少，不能满足其生命活动所需，因此将导致种子萌发速率变慢甚至造成其死亡。(3)与种子萌发时相比，胚芽出土后的幼苗需要进行光合作用合成有机物，因此还需要适宜的光照、充足的CO2和必需矿质元素(无机盐)等环境条件。
答案：(1)自由水是细胞内的良好溶剂、细胞内的许多反应都需要水的参与、水参与物质运输等 (2)酒精、水 缺氧时，种子无氧呼吸产生的能量不能满足其生命活动的需要，同时无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用 (3)适宜的光照、CO2和必需矿质元素(无机盐)等
补偿点、饱和点及其移动问题
3．(淮南质检)如图为不同种植物在最适温度下的光补偿点与光饱和点的相对值。下列叙述正确的是( )
A．植物Ⅰ在光补偿点时，叶肉细胞不释放氧气
B．增大CO2浓度，植物Ⅰ的光补偿点减小，饱和点增大
C．适当提高温度可以提高植物Ⅱ的光饱和点
D．最适宜在树林下套种的是植物Ⅲ
解析：选B 植物Ⅰ在光补偿点时，整株植物光合速率等于呼吸速率，但其叶肉细胞光合速率大于呼吸速率，会释放氧气；增大CO2浓度，植物Ⅰ的光补偿点减小，饱和点增大；本实验数据是在最适温度条件下测得的，升高温度不利于光合作用的进行，故光饱和点应下降；树林下光照强度较低，三种植物中植物Ⅱ光补偿点最低，适宜在树林下套种。
4．科研人员通过相关实验研究了温度对某植物生长的影响，实验结果如表所示(光补偿点是指光合速率与呼吸速率相等时的光照强度；光饱和点是指光合速率达到最大时的光照强度)。请回答下列问题：
温度(℃)
最大净光合速率
(μmol O2·m－2·s－1)
光补偿点
(μmol·m－2·s－1)
光饱和点
(μmol·m－2·s－1)
呼吸速率
(μmol O2·m－2·s－1)
17
11.6
18.7
2 010.6
0.85
20
12.1
24.2
1 063.8
1.12
25
11.5
33.4
1 726.5
1.49
30
9.8
59.7
2 752.9
1.95
35
6.9
57.6
1 429.5
1.68
(1)研究表明，在高温环境中该植物幼苗部分叶绿素被破坏，部分气孔关闭。叶绿素被破坏，会使光反应产生________________减少，进而影响暗反应中C3的还原；部分气孔关闭，会使暗反应中____________过程受阻，从而致光合速率下降。
(2)该植物的光合作用和呼吸作用相比，对高温较敏感的是______________。该植物生长的适宜温度约为表中的____________。在25 ℃条件下，当光照强度达到光饱和点时该植物的总光合速率为________________________。
(3)与30 ℃相比，35 ℃时该植物的呼吸速率较小，其主要原因是__________________。17 ℃时该植物的光饱和点较高的主要原因是_______________________________________。
解析：(1)该植物幼苗的部分叶绿素被破坏，会使光反应产生的[H](NADPH)和ATP减少，进而影响暗反应中C3的还原；部分气孔关闭，会影响植物对CO2的吸收，使暗反应中CO2的固定过程受阻。(2)由表格数据可以看出，该植物光合速率随温度的变化比呼吸速率要明显，在较低的温度下光合速率即下降，所以对高温更敏感的是光合作用。分析表中数据可知，该植物的最大净光合速率出现在20 ℃，所以该植物生长的适宜温度约为20 ℃。在25 ℃条件下，当光照强度达到光饱和点时该植物的总光合速率为11.5＋1.49＝12.99(μmol O2·m－2·s－1)。(3)表格数据显示，35 ℃时该植物的呼吸速率小于30 ℃时的呼吸速率，主要原因是温度升高，使酶的活性降低，呼吸速率下降。温度较低时，该植物利用光能的能力较弱，在较强光照下才能达到最大光合速率，所以17 ℃时其光饱和点较高。
答案：(1)[H](NADPH)和ATP CO2的固定 (2)光合作用 20 ℃ 12.99 μmol O2·m－2·
s－1 (3)温度较高，酶的活性降低 温度较低，该植物利用光能的能力较弱，导致其在较强光照下才能达到最大光合速率(合理即可)
环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系
(1)光补偿点的两种生理状态：
①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。
②叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。
(2)光补偿点、光饱和点移动方向：
①光补偿点的移动：
a．呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。
b．呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。
②光饱和点的移动：相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，光饱和点C应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
总光合速率、净光合速率与呼吸速率的关系
5．某实验小组研究温度对水绵光合作用和呼吸作用的影响，实验结果如图所示，据图分析下列有关叙述正确的是( )
A．依图可知，水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃
B．图中水绵细胞积累有机物速率最大时的温度是25 ℃
C．每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度是25 ℃
D．在5 ℃时，水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气的速率的2倍
解析：选B 图中纵坐标表示光照下CO2的吸收量(即净光合速率)或黑暗中CO2的释放量(即呼吸速率)。由于没有对高于35 ℃条件下水绵细胞的呼吸作用进行研究，而且在35 ℃以前，随温度升高，呼吸速率也逐渐增强，因此不能认为水绵细胞呼吸作用的最适温度为35 ℃。水绵细胞积累有机物的速率是指净光合速率，从图中可看出，在25 ℃时水绵细胞在光照下CO2的吸收量最多，即积累有机物的速率最大。每天光照10 h，最有利于水绵生长的温度应是20 ℃，因为在20 ℃时，每天光照10 h，一昼夜水绵积累的有机物量最多，约为3.25×10－1.5×14＝11.5(mg)。在5 ℃时，水绵细胞产生氧气的速率是1.5 mg/h，消耗氧气的速率是0.5 mg/h，因此水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气的速率的3倍。
6．(届高三·湖南十校联考)图1为25 ℃环境中甲、乙两种植物在不同光照强度下CO2吸收量的变化曲线，图2表示在一定光照强度下温度对图1中一种植物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合成ATP的场所有__________________________________。在B点时甲种植物的叶肉细胞的光合作用强度________(填“<”“＝”或“>”)呼吸作用强度。
(2)将图2中的植物放在A点所对应的温度条件下(其他条件与图2的相同)，一段时间后，该植物体内有机物的量会________(填“增加”“不变”“减少”或“无法判断”)。
(3)图2中植物为图1中的________(填“甲种植物”或“乙种植物”)。
(4)据图分析，当光照强度达到C点时，限制甲种植物CO2吸收量的主要环境因素是_____________________。
(5)由于洪涝灾害乙种植物很长一段时间处于水淹条件下，请写出该条件下这种植物根部细胞呼吸作用中能量的转化情况_________________________________________。
解析：(1)甲种植物的根尖分生区细胞无叶绿体，只能通过细胞呼吸合成ATP，场所为细胞质基质和线粒体。图1中CO2的吸收量代表净光合速率，在B点时甲种植物的净光合速率等于0，因为有些细胞只进行呼吸作用，故对于甲种植物的叶肉细胞而言，在B点时光合作用强度大于呼吸作用强度。(2)图2表示在一定光照强度下温度对植物CO2吸收量和释放量的影响情况，在A点所对应的温度条件下，CO2的吸收量大于0，说明植物的净光合速率大于0，因此经过一段时间后，该植物体内有机物的量会增加。(3)图2中植物在25 ℃条件下黑暗环境中的呼吸速率为2 mg/(m2·h)，对应图1中的甲种植物。(4)CO2吸收量代表净光合速率，当光照强度达到C点时，再继续增大光照强度，净光合速率不再提高，且由图2可知，25 ℃时甲种植物净光合速率最大，说明C点限制甲种植物CO2吸收量的主要环境因素是CO2浓度。(5)乙种植物很长一段时间处于水淹条件下，该植物进行无氧呼吸产生酒精，因此植物根部细胞呼吸作用中能量的转化为：有机物中稳定的化学能转化为热能、ATP中活跃的化学能以及酒精中的化学能。
答案：(1)细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜) > (2)增加 (3)甲种植物
(4)CO2浓度 (5)有机物中稳定的化学能转化为热能、ATP中活跃的化学能以及酒精中的化学能
[归纳拓展]
从关键词来区分“总光合速率”“净光合速率”和“呼吸速率”
项目
常用关键词
总光合速率
O2产生(生成)速率
CO2固定速率
有机物产生(制造、生成)速率
净(表观) 光合速率
O2释放速率
CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
黑暗中有机物消耗速率
注：如果题干给出的信息是叶绿体吸收CO2或叶绿体释放O2的量，则该数据为总光合速率。
一、形成生命观念
1．(衡阳十校调研)下列关于小麦光合作用的叙述，正确的是( )
A．突然停止光照叶绿体中C5/C3的比值下降
B．夏季晴天光照最强时小麦光合速率最高
C．线粒体内膜产生的ATP可直接用于暗反应
D．CO2的固定可将ATP中的化学能转移到C3中
解析：选A 突然停止光照，光反应提供的[H]、ATP减少，所以C3消耗量减少，C5产生量变少，CO2供应不变，使C5含量减少，C3含量增多，C5/C3的比值下降；夏季晴天光照最强时，小麦为了减少蒸腾作用散失水分，部分气孔会关闭，使CO2供应不足，光合速率下降；线粒体内膜产生的ATP可用于除光合作用外的各项生命活动，而暗反应需要的ATP只能来自叶绿体光反应；暗反应中，C3的还原可将ATP中的化学能转移到有机物中，CO2的固定不消耗ATP中的能量。
2．如图表示某自养型生物细胞光合作用、细胞呼吸过程中[H]的转移过程，下列叙述错误的是( )
A．图中过程①③④都能产生ATP
B．过程③需要水的参与，能产生CO2
C．过程①和过程④离不开叶绿体和线粒体
D．过程①和过程③产生的[H]不是同种物质
解析：选C 图中过程①表示光合作用的光反应阶段，能产生ATP；过程③表示有氧呼吸第一、二阶段，这两个阶段都能产生少量的ATP；过程④表示有氧呼吸第三阶段，能产生大量的ATP。过程③需要水的参与，能将丙酮酸分解成CO2和[H]。在真核细胞内，过程①和过程④分别在叶绿体和线粒体中进行，但在原核细胞内没有叶绿体和线粒体，例如蓝藻细胞内没有叶绿体和线粒体，也能进行过程①和过程④。过程①中产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，过程③中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
3．下列关于物质或生物“转化”的叙述，错误的是( )
A．在细胞正常生命活动过程中，ATP与ADP可以相互转化
B．在光合作用的暗反应过程中，C3与C5可以相互转化
C．在植物细胞有丝分裂过程中，染色质与染色体可以相互转化
D．在肺炎双球菌的培养过程中，S型细菌与R型细菌可以相互转化
解析：选D 在细胞正常生命活动过程中，ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中；在光合作用的暗反应过程中，在有关酶的催化下，CO2与C5结合生成两个C3，C3接受ATP释放的能量并且被[H]还原为糖类和C5，可见，C3与C5可以相互转化；在植物细胞有丝分裂过程中，间期染色质高度螺旋化成为染色体，末期染色体解开螺旋变为染色质；在肺炎双球菌的培养过程中，S型细菌的DNA可促使R型细菌转化为S型细菌。
二、运用科学思维
4．生理学家对某动物的代谢速率进行了测定，结果如图所示。下列推断正确的是( )
A．环境温度为t3时，该动物体内酶的活性最低，代谢最慢
B．动物体内的CO2大部分产生于线粒体，少部分来自细胞质基质
C．环境温度由t1升至t3的过程中，该动物皮肤毛细血管收缩
D．切除下丘脑后，将该动物从40 ℃移至10 ℃环境，CO2产生量的变化量不明显
解析：选D 据曲线图分析可知，在t3之前，环境温度越低，CO2产生量的相对值越高，呼吸作用产生的热量越多，说明该动物是恒温动物，其体内酶的活性应该基本不变；该动物进行细胞呼吸，产生的CO2全部来自线粒体；环境温度由t1升至t3的过程中，该动物呼吸减弱，产热减少，皮肤毛细血管舒张，散热增加；下丘脑是体温调节中枢，切除下丘脑后，从40 ℃移至10 ℃环境时，甲状腺激素分泌没有变化，CO2产生量的变化量会不明显。
5．(2018·咸阳模拟)某研究小组用氧电极法测定了温度对发菜(一种蓝藻)的光合作用和呼吸作用的影响，结果如图，据图分析正确的是( )
A．35 ℃时发菜细胞的光合速率和呼吸速率相等
B．30 ℃时若增大光照强度，发菜的光合速率一定会增大
C．15 ℃时发菜产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．发菜细胞光合作用和呼吸作用的酶具有不同的最适温度
解析：选D 35 ℃时发菜细胞的光合速率是其呼吸速率的2倍；30 ℃时增大光照强度，其光合速率不一定会增大；发菜属于原核生物，原核细胞没有线粒体和叶绿体。
6．下图为桑叶光合速率随土壤水分减少的日变化曲线图，图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为降雨后第2、8、15天测得的数据。若光照强度的日变化相同，则据图判断错误的是( )
A．在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象
B．曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关
C．导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是土壤含水量
D．适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度
解析：选C 分析曲线图可知，在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象；分析曲线图可知，曲线Ⅱ双峰形成与光照强度的变化有关；导致曲线Ⅲ日变化的主要因素是光照强度的变化；分析曲线图可知，在水分充足时桑叶没有出现“午休”现象，故适时进行灌溉可以缓解桑叶“午休”程度。
三、注重科学探究
7．下列有关科学家科学研究的经典实验中采取了同位素标记法的是( )
①将人细胞与鼠细胞融合证明细胞膜具有流动性
②萨克斯的实验证明了光合作用的产物中有淀粉
③鲁宾和卡门证明光合作用的产物中释放的氧气来自水
④卡尔文探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
解析：选B 将人细胞与鼠细胞融合证明细胞膜具有流动性用的是荧光标记的方法；萨克斯的实验中没有用到同位素标记法；鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水，卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中的转移途径都用了同位素标记法。
8．(2018·衡水模拟)如图是不同条件对番茄光合作用的影响。图甲表示在最适温度及其他条件保持不变的情况下番茄叶片CO2释放速率随光照强度变化的曲线，图中B、C、D是横坐标上的点；图乙是研究人员测定的在不同土壤含水量条件下番茄叶片的气孔导度(气孔开放程度)和胞间CO2浓度的结果。请据图回答下列问题：
(1)图甲中E点后曲线保持水平不变，此时限制番茄光合速率的主要环境因素是________；若图中其他条件不变，温度上升5 ℃，则E点将向________方移动；图甲中的C点骤变为________(填图甲横坐标上的字母)点时，短时间内C3的含量将上升。
(2)图甲中B点时，番茄叶肉细胞内能为细胞主动运输吸收K＋提供ATP的场所有__________________；在C点对应的光照强度下，番茄叶肉细胞中的磷酸分子在叶绿体内的移动方向是________________________。
(3)图乙显示随着土壤含水量降低，番茄的气孔导度降低，但胞间CO2浓度并未因光合作用的消耗而降低，反而逐渐升高，对此有两种不同观点：观点一认为光合产物的输出变慢，导致细胞内光合产物积累，最后阻碍了CO2的吸收利用；观点二认为细胞内水分亏缺导致叶绿体片层结构破坏，从而直接影响________反应，而且不能恢复。为验证上述观点，将培养在____________条件下的番茄幼苗分为两组，实验组番茄幼苗进行_____________处理，对照组保持原有状态。若实验组番茄幼苗光合速率________，则观点一不成立。
解析：(1)影响光合作用的三大外因是光照强度、CO2浓度、温度，图甲中温度已经是最适温度、E点对应的光照强度已经达到饱和点，所以限制因素主要是CO2浓度。在最适温度的基础上温度上升，酶的活性会降低，净光合速率降低，E点向左上移动。光照强度降低，产生的ATP和[H]减少，C3的还原减弱，C3含量上升。(2)主动运输所需的能量由细胞呼吸提供，细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。Pi分子和ADP从叶绿体基质移动到类囊体薄膜，参与ATP的形成。(3)叶绿体片层结构(即基粒)被破坏，影响光反应阶段。为验证上述观点，应在低土壤含水量条件下培养番茄幼苗，然后实验组番茄幼苗进行补水处理，对照组继续缺水状态。假设观点一成立、观点二不成立，实验组番茄幼苗光合速率能恢复；假设观点一不成立、观点二成立，实验组番茄幼苗光合速率不能恢复。
答案：(1)CO2浓度 左上 B (2)细胞质基质、线粒体 从叶绿体基质到类囊体薄膜
(3)光 低土壤含水量 正常供水 不能恢复(或与对照组基本相同)
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