(新高考)2023年高考生物一轮复习讲义第3单元微专题二光合作用和细胞呼吸的综合分析(含解析)

微专题二　光合作用和细胞呼吸的综合分析

题型一　光合作用与细胞呼吸过程中的物质能量关系

1．光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向

(1)C：CO2有机物丙酮酸CO2。

(2)H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O。

(3)O：H2OO2H2OCO2(CH2O)。

2．光合作用与有氧呼吸中的能量转化

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1．如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法，错误的是(　　)

A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP

B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④

C．②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定

D．光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外

答案　B

解析　据图可知，物质X是CO2固定的产物，所以X表示C3。物质Y是葡萄糖氧化分解成CO2的中间产物，所以Y表示丙酮酸。物质Z是光反应产生用于暗反应的ATP，A项正确；图中①过程表示光反应，能产生ATP。②过程表示暗反应中C3的还原，消耗ATP而不能产生ATP。③过程表示有氧呼吸的第一阶段，能产生ATP。④过程表示有氧呼吸第二阶段(或第二、三阶段)，能产生ATP。⑤过程表示暗反应中CO2的固定，不能产生ATP，B项错误、C项正确；光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2要比⑤过程消耗的CO2多，所以会有一部分CO2释放到细胞外，D项正确。

2．下图表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径，下列相关叙述不正确的是(　　)

A．过程①④在生物膜上进行

B．光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①②③④转移到细胞呼吸的产物H2O中

C．植物体光补偿点时，叶肉细胞内的过程③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP

D．过程①②③④都有能量的转化

答案　B

解析　过程①光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行，④有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上进行，A正确；光合作用的原料H2O中的氧可以依次经过①光反应释放到环境中，环境中的氧可通过④有氧呼吸第三阶段转移到细胞呼吸的产物H2O中，中间不经过②③，B错误；植物体光补偿点时，整体植株的光合作用等于呼吸作用，但植物的非绿色组织只能进行呼吸作用不能进行光合作用，故叶肉细胞的光合作用应大于自身的呼吸作用，即③④中合成的ATP少于过程①合成的ATP，C正确；过程①②③④不仅有物质的变化过程也伴有能量的转化，D正确。

题型二　光合作用与呼吸作用的相关计算

1．根据关键词判定真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率

2.真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的内在关系

(1)植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。

(2)植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。

(3)真正光合速率＝呼吸速率＋净光合速率。

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3．将某植物放在透明且密闭的容器内，并在适宜条件下培养。测得植物吸收和产生的CO2的速率如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)

A．T1时刻，该植物固定CO2的速率是10 mg·h－1

B．T2时刻，该植物能进行光合作用但无有机物积累

C．T1～T3时间段内，该植物的净光合速率逐渐下降

D．T3时刻后，密闭容器中的CO2浓度不断升高

答案　C

解析　T1时刻，该植物固定CO2的速率为总光合速率，即总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝10＋2＝12 (mg·h－1)，A错误；T2时刻，该植物净光合速率大于0，有有机物的积累，B错误；密闭容器内二氧化碳的含量一定，随着光合作用的进行，二氧化碳浓度逐渐降低，所以T1～T3时间段，该植物的净光合速率逐渐下降，C正确；T3时刻之后，该植物的光合速率等于呼吸速率，容器中CO2浓度保持不变，D错误。

4．植物光合速率目前主要使用CO2红外分析仪进行测定，一般用单位时间内同化CO2的微摩尔数表示。将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测定分析仪密闭气路中CO2的浓度，转换得到如图数据。下列分析正确的是(　　)

A．该植物在29 ℃和30 ℃时依然表现生长现象

B．该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29 ℃和28 ℃

C．在27 ℃、28 ℃和29 ℃时，光合作用制造的有机物的量相等

D．30 ℃时光合作用速率等于细胞呼吸速率，CO2变化都是20微摩尔/小时

答案　A

解析　暗处理后CO2浓度的增加量表示呼吸作用强度，光照后与暗处理前CO2浓度的减少量表示光合作用进行了1 h和细胞呼吸进行了2 h后的重量变化。四组温度下，该植物都表现为生长现象，A正确；植物细胞呼吸和光合作用的最适温度都是29 ℃，因为光合作用强度即：CO2浓度的减少量＋2×CO2浓度的增加量，29 ℃最大；呼吸作用强度也是在29 ℃最大，B错误；27 ℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋20×2＝100(微摩尔/小时)；28 ℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋40×2＝140(微摩尔/小时)；29 ℃时，光合作用制造的有机物的量等于60＋60×2＝180(微摩尔/小时)，光合作用制造的有机物的量不相等，C错误；30 ℃时，光合作用速率大于细胞呼吸速率，呼吸作用：CO2变化是20微摩尔/小时；光合作用：CO2变化是60微摩尔/小时，D错误。

题型三　植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析

1．图1的B点、图2的B′C′段形成的原因：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。

2．图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。

3．图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于呼吸作用强度。

4．图1的E点、图2的F′G′段形成的原因：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足，出现“午休”现象。

5．图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于呼吸作用强度，之后光合作用强度小于呼吸作用强度。

6．图1的G点、图2的I′点：此时光照强度降为0，光合作用停止。

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5．如图是大棚番茄在24小时测得CO2含量和CO2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，C5生成减少

D．植物干重最大的时刻是e点

答案　B

解析　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时气温高，蒸腾作用过强导致气孔关闭，CO2供应不足，光合速率减慢，C5生成减少，C正确；c～e段光合作用大于呼吸作用，有机物积累，e点之后光合作用小于呼吸作用，故有机物积累最多的时刻是e点，D正确。

6．图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中，(不同时间内光照强度不同)测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况。下列叙述错误的是(　　)

A．图甲中，当光照强度相对值为2时，黑藻的氧气产生速率相对值为2

B．图甲中，当光照强度相对值为7时，若要提高黑藻光合速率，可适当增加CO2浓度

C．图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6 h、8～10 h

D．由图乙分析，黑藻在该密闭环境中经过12 h后有机物的含量下降

答案　D

解析　由图甲可知，黑藻呼吸作用消耗氧气的速率为2，当光照强度相对值为2时，因黑藻的氧气释放速率为0，则其产生氧气的速率与呼吸作用消耗氧气的速率相同，也为2，A正确；图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不能提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；图乙中，黑藻在4～6 h、8～10 h内，密闭环境中CO2浓度不变，说明光合作用吸收CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等，即光合速率等于呼吸速率，C正确；据图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12 h后，密闭玻璃容器中的二氧化碳浓度比起始时的浓度低，减少的二氧化碳用于有机物的积累储存，有机物含量上升，D错误。

题型四　光合速率的测定方法

1．“液滴移动法”

(1)测定呼吸速率

①装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。

②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。

③置于适宜温度环境中。

④红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。

(2)测定净光合速率

①装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。

②必须给予足够光照处理，且温度适宜。

③红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。

(3)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。

2．“黑白瓶法”：黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。

3．“称重法”：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光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。

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7．(2022·辽宁实验中学高三质检)某生物科研小组从池塘某一深度取水样，分装到六对黑白瓶中(白瓶为透光瓶，黑瓶为不透光瓶)。剩余水样立即测定初始溶解氧为10 mg/L。将瓶密封后有五对置于五种不同强度的光照条件下(温度相同)，一对放回原水层，24小时后，测定瓶中溶解氧量。请根据记录数据(如表)判断，下列说法正确的是(　　)

A.光照强度为a时，白瓶和黑瓶的溶解氧量相同，说明a为黑暗条件

B．光照强度为b时，植物不能发生光合作用

C．原水层与c的白瓶溶解氧含量相同，可以推测原水层的光照强度为c

D．当光照强度大于d时，白瓶中的植物产生的氧气量都是30 mg/L

答案　A

解析　光照强度为b时，白瓶溶解氧量与初始溶解氧量相等，说明净光合速率为零，植物能发生光合作用，B错误；原水层与c的白瓶溶解氧含量虽相同，但呼吸速率不同[原水层的呼吸速率＝10－2＝8 (mg/L)，c的白瓶呼吸速率＝10－3＝7 (mg/L)]，所以两者的总光合速率不同，光照强度不同，C错误；当光照强度大于d时，白瓶中的植物产生的氧气量即为总光合量＝表观光合量＋呼吸消耗量＝30－10＋10－3＝27(mg/L)，D错误。

8．某半干旱地区春季多风，干旱少雨；夏季酷热，降水相对较多；秋季凉爽，昼夜温差较大。某科研小组对当地甲、乙、丙三种植物在不同季节的生长情况进行研究，结果如下图所示。

(1)植物的叶肉细胞中ATP的生成场所是____________________________，秋季光照下ATP生成速率最慢的植物是__________________。

(2)夏季三种植物中生长最快的是____________，判断依据是____________________。

(3)与其他两季相比，秋季三种植物的呼吸速率_____________(填“升高”“不变”或“降低”)，原因是___________________________________________________________。

(4)研究发现，三种植物都可以通过调节根的吸水能力以适应春季干旱的环境，据图可知适应能力最强的是________，理由是_________________________________________________。

(5)将一株生长正常的甲植物对称叶片的一部分(a)遮光，另一部分(b)不做处理(如图所示)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量的转移。在适宜光照下照射4 h后，在a、b的对应部位截取相等面积的叶片，烘干称重，分别记为Ma、Mb。若M＝Mb－Ma，则M的确切含义可以描述为______________________________________________________________。

答案　(1)细胞质基质、线粒体和叶绿体　乙　(2)丙　夏季光照下丙吸收CO2速率最高，净光合作用积累有机物更多　(3)降低　秋季温度低，酶活性低　(4)丙　春季丙呼吸作用速率较高，促进根通过主动运输吸收无机盐离子，提高根部细胞渗透压，增强植物的吸水能力　(5)b叶片被截取部分在4小时内(或实验过程中)光合作用合成的有机物总量