备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第15讲光合作用细胞呼吸的联系与综合运用课件

这是一份备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第15讲光合作用细胞呼吸的联系与综合运用课件，共51页。PPT课件主要包含了素养目标，光反应，叶绿体基质，细胞质基质，线粒体内膜，C3H4O3，有氧呼吸Ⅲ，有机物，ATP，NADPH等内容，欢迎下载使用。

考点一　细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化
1.光合作用与细胞呼吸的物质转化过程
(1)生理过程及场所
(2)完善光合作用与细胞呼吸的物质联系
2.光合作用与细胞呼吸的能量转化
3.NADPH、NADH([H])、ATP的来源与去路
教材深挖[必修1第106页“拓展应用2”]给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照、温度等条件,幼苗的生存时间一般不会太长,请分析可能的原因是     　。 提示 随着植物生长,土壤中的水分会减少,土壤中的无机盐含量会下降,玻璃瓶中CO2含量减少等
考向一 建构模式图,考查物质和能量转化1.(2023·山东临沂一模)光合作用与细胞呼吸相互依存、密不可分,各自又具有相对的独立性。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图,其中Ⅰ~Ⅶ代表物质,①~⑤代表过程。
下列叙述错误的是(　　)A.图中Ⅶ被相邻细胞利用至少需要穿过6层生物膜B.图中Ⅱ和Ⅴ、Ⅲ和Ⅶ分别是同一种物质,Ⅰ和Ⅳ是不同物质C.图中①~⑤均伴随着ATP的合成或水解,其中③合成的ATP可被②利用D.光合作用的产物脂肪、糖类、蛋白质的合成或分解都可通过细胞呼吸联系起来
解析 图中Ⅶ是有氧呼吸第二阶段的产物,表示CO2,产生场所是线粒体基质,在相邻细胞的叶绿体基质中被利用,至少需要穿过线粒体膜(2层)、线粒体所在细胞的细胞膜(1层)、相邻细胞的细胞膜(1层)、相邻细胞的叶绿体膜(2层),至少需要穿过6层生物膜,A项正确;图中Ⅱ是水光解产物O2,Ⅲ能与C5结合形成C3,表示CO2,Ⅴ与有氧呼吸前两个阶段产生的Ⅳ参与有氧呼吸第三阶段形成水,因此Ⅴ是O2,Ⅳ是[H],Ⅶ是CO2,Ⅱ(O2)和Ⅴ(O2)是同一种物质,Ⅲ(CO2)和Ⅶ(CO2)是同一种物质,Ⅰ是NADPH,Ⅳ是NADH,两者是不同物质,B项正确;据图可知,①表示CO2固定,②表示C3还原,③表示有氧呼吸第一阶段,④表示有氧呼吸第三阶段,⑤表示有氧呼吸第二阶段,其中②过程伴随着ATP的水解,③④⑤过程伴随着ATP的合成,③合成的ATP不能被②利用,C项错误;呼吸作用一方面能为生物体的生命活动提供能量,另一方面能为体内其他化合物的合成提供原料,光合作用的产物脂肪、糖类、蛋白质的合成或分解都可通过细胞呼吸联系起来,D项正确。
2.(2024·广东茂名统考)如下表示叶肉细胞内光合作用、细胞呼吸过程中O的转移过程。下列说法正确的是(　　)
A.过程①②④都有ATP生成B.过程③⑤都有[H]生成C.过程①②⑤都需在生物膜上进行D.过程②③可相互提供物质
解析 过程④表示光合作用暗反应阶段中CO2的固定,该阶段没有ATP的合成,A项错误;过程⑤表示暗反应阶段中C3的还原,该阶段没有[H]的生成,B项错误;过程⑤为光合作用的暗反应阶段,发生在叶绿体基质中,C项错误;过程②有氧呼吸第三阶段,可以为过程③有氧呼吸第二阶段提供水,过程③可以为过程②提供[H],D项正确。
考向二 考查NADPH、NADH、ATP的来源与去路3.(2023·安徽淮北一模)绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的能量转换如图所示,图中①~⑥代表物质,下列有关叙述错误的是(　　)A.植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能贮存在NADPH和①中B.叶绿体中的NADPH和线粒体中的NADH都具有还原性C.给植物提供H218O,短时间内生成的O2和CO2均可含18OD.物质④在叶绿体基质中合成,在线粒体基质中分解
解析 植物光反应把太阳能转变为活跃的化学能储存在NADPH和①ATP中,A项正确;叶绿体中的NADPH参与C3的还原,线粒体中的NADH与氧结合生成水,二者都具有还原性,B项正确;给植物提供H218O,H218O参与光反应生成18O2,H218O参与有氧呼吸的第二阶段生成C18O2,因此短时间内生成的O2和CO2均可含18O,C项正确;物质④为葡萄糖,在叶绿体基质中合成,在细胞质基质中分解,D项错误。
考点二　真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1.辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例)
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(1)判定方法
(2)相关计算①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)=实测植物氧气　　　　+　　　　　　　　。 ②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=实测植物　　　　　　　　+细胞呼吸CO2释放量。 ③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。
链高考·前挂后连(1)弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用。[2021·湖南卷](　　)(2)夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,可提高作物产量。(　　)(3)夏季晴天,造成植物光合作用的“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。(　　)
练思维·考教衔接1.[根据2023北京卷情境设计]图1~3是光合作用、细胞呼吸相关曲线图,据图分析下列问题。
(1)图1中,交点D对应E,此时净光合量为　　,植物生长最快的点是　　　。(2)图2中,a、b间的差值(a-b)为　　　　　　　　,交点F的含义是光合强度　　 　呼吸强度,对应图1中的　　　　　　　　　　。 (3)图3中,曲线c表示　　　　　　　,与图2中曲线a表示含义　　　　(填“相同”或“不相同”)。交点G的含义是　　　　　　　　=呼吸强度,此点植物　　　(填“能”或“不能”)生长。 
2.如图为在晴朗夏季,某植物在大田(图甲)和密闭玻璃罩(图乙)内一昼夜植物吸收、释放二氧化碳速率变化曲线(水平虚线:实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图分析下列问题。
(1)图甲中,白昼是指横坐标中的　　　段,其中一昼夜中有机物积累量达到最大值的时间是　　　点。 (2)图甲中,在ef段中CO2吸收速率下降的原因是　　　　　　　,而cd段CO2吸收速率下降的原因是　 。 (3)图甲中,一昼夜光合作用强度超过细胞呼吸强度的时间段是　　　段。
温度过高,气孔部分关闭,CO2供应不足
(4)从光合作用和细胞呼吸角度分析,在图乙中,与图甲植物在b点的整体生理状态相同的点有　　　　　　　　　。根据图乙,该植物一昼夜能否积累有机物?依据是什么?提示 能,据图乙可知,K点时玻璃罩内的CO2浓度比A点低,说明该植物经过一昼夜后,吸收了CO2,即植物细胞光合作用合成有机物的总量多于细胞呼吸消耗有机物的总量,因此能积累有机物。(5)有人提出图甲中cd段光合速率变小的原因还可能是中午温度过高,高温破坏了类囊体膜结构,使叶绿体吸收光能效率降低,光反应受抑制。实验小组尝试采用根部滴灌的方式,发现光合速率迅速恢复,试分析其原因。提示 滴灌能够补充水分,叶片蒸腾作用加强,叶片温度降低,减少了高温对叶绿体的破坏。
考向一 围绕光合速率和呼吸速率,考查科学思维1.从葡萄试管苗上分别剪取带有上位叶、中位叶和下位叶的茎段,转接到培养瓶中,在不同温度条件下培养4 h,测定不同叶位叶片的CO2吸收速率,结果如下图。由图不能得出的结论是(　　)A.随温度升高,不同叶位叶片的CO2吸收速率先升后降B.35 ℃时中位叶和下位叶的真正(总)光合速率相等C.不同叶位的叶片在上述温度下均能积累有机物D.上位叶对高温的耐受力较中、下位叶片差
解析 由图可知,随着温度升高(15~25 ℃),不同叶位叶片的CO2吸收速率升高,在25~35 ℃,不同叶位叶片的CO2吸收速率下降,A项正确;图中只能看出不同叶位叶片的CO2吸收速率,不知道不同叶位叶片的呼吸速率,无法计算总光合速率,B项错误;分析题图可知,不同叶位的叶片在上述温度下CO2吸收速率始终大于零,说明净光合作用大于零,均能积累有机物,C项正确;分析题图可知,上位叶在高温条件下CO2吸收速率下降显著,说明上位叶对高温的耐受力较中、下位叶片差,D项正确。
2.(2024·广东东莞模拟)为探究不同条件对植物光合速率和呼吸速率的影响,用8株各有20片叶片、大小长势相似的某盆栽植株,分别放在密闭的玻璃容器中,在不同条件下利用传感器定时测定密闭容器中CO2的含量。实验结果统计如下表,下列叙述正确的是(　　)
A.由表判定,该植株细胞呼吸的最适温度是30 ℃B.由表判定,植物积累有机物最多的是第6组实验C.40 ℃时植物光合作用速率可用CO2变化量表示为3.8 g/hD.30 ℃时植物光合作用产生的NADPH最多
解析 细胞呼吸最适温度的判断应该在黑暗条件下,表格中2、4、6、8组都是测呼吸速率的组,其中CO2增加最多的6组,即30 ℃呼吸速率最大,但该温度不一定是该植株细胞呼吸的最适温度,A项错误;植物积累有机物最多也就是净光合速率最大的组12 h后CO2量最少,故植物积累有机物最多的是第7组实验,B项错误;40 ℃时植物光合作用速率可用CO2变化量表示为(3.3+0.5)÷12≈0.32(g/h),C项错误;光合速率=呼吸速率(光照为0时,CO2增加量)+净光合速率(光照时,CO2减少量),据表格可知,10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃条件下,12 h CO2总消耗量(可表示光合速率大小)分别为0.6 g、1.9 g、4.4 g、3.8 g,因此30 ℃时植物光合作用产生的NADPH最多,光反应最强,D项正确。
考向二 围绕不同环境中一昼夜内光合速率曲线分析,考查科学思维3.(2024·湖南岳阳模拟)长叶刺葵是一种棕榈科植物,下图为某研究小组在水分充足的条件下测得长叶刺葵24 h内光合作用强度的曲线,下列有关曲线的描述,错误的是(　　)A.大约18:00有机物积累量最多B.14:00以后a、b均下降的原因是光照强度减弱C.曲线a表示总光合作用强度,曲线b表示净光合作用强度D.10:00以后曲线b下降的原因是温度高,叶片的部分气孔关闭,CO2供应不足
解析 由图可知,大约18:00 CO2吸收速率为0,即总光合速率等于呼吸速率,此后细胞呼吸速率大于光合速率,消耗有机物,故大约18:00有机物积累量最多,A项正确;14:00以后a、b均下降的原因是随着时间推移,光照强度减弱导致光反应减弱,进而影响暗反应中CO2的利用,B项正确;曲线a为CO2的消耗速率,代表总光合作用强度, 曲线b为CO2吸收速率,CO2吸收速率=光合作用消耗CO2速率-细胞呼吸产生CO2速率,故曲线b代表的是净光合作用强度,C项正确;10:00以后图中曲线b下降,CO2吸收速率下降,净光合速率下降,但是CO2的消耗速率增加,总光合速率增大(故叶片的气孔没有关闭,CO2供应还是比较充足),说明呼吸速率加快,D项错误。
考点三　细胞呼吸和光合作用的相关实验设计与分析
光合速率与呼吸速率的探究方法(1)“液滴移动”法
①将某植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到总光合速率。
(2)黑白瓶法“黑白瓶”法可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。其中“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。规律1:有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。规律2:没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。
(3)半叶法将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后,在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB,开始时二者相应的有机物含量应视为相等,照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量,超过部分即为光合作用产物的量,再通过计算可得出光合速率。
1.为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响,设计图甲实验装置若干组(密闭小室内的CO2充足,光照不影响温度变化),在相同温度下进行一段时间后,测量每个小室中的气体释放量,绘制曲线图乙。下列说法正确的是(　　)A.当距离小于a时,限制光合作用的主要因素是光照强度B.当距离为b、d时,光合速率相等C.当距离为c时,该植物叶肉细胞的光合速率小于呼吸速率D.当距离由a突然变为c时,短时间内叶绿体中C3的含量增加
解析 由曲线图可知,Oa段气体释放量不变,因此当距离小于a时,限制光合作用的因素不是光照强度,A项错误;当距离为b时,光合速率大于呼吸速率,当距离为d时,光合速率小于呼吸速率,两者的光合速率不相等,B项错误;该实验测量的是整个植株的气体释放速率,当距离为c时,整个植株的光合速率等于呼吸速率,而有一部分植物细胞不能进行光合作用只可以进行细胞呼吸,所以叶肉细胞中的光合速率大于呼吸速率,C项错误;当距离由a突然变为c时,光照强度减弱,NADPH和ATP的生成速率减慢,C3的还原速率减小,而C3的生成速率不变,故短时间内叶绿体中C3的含量增加,D项正确。
2.研究者将对称叶片一半遮光,另一半照光处理。经过一段时间后,在对称部位截取同等面积(实验处理前干重相同)的叶片,烘干称重,用于相关速率的计算。不考虑光照条件对叶片呼吸速率的影响,下列说法正确的是(　　)A.遮光处理后叶绿体基质中C3的含量比照光处理后低B.照光处理时类囊体薄膜上可发生NADP+与电子和H+结合C.照光处理与遮光处理后叶片的干重差是细胞呼吸引起的D.要计算光合作用速率还需测定同等面积叶片的初始干重
解析 遮光后,光反应停止,短时间内C3被还原成C5的过程减弱直至停止,而C5固定CO2的过程仍能继续,故遮光后C3含量会比照光时的C3含量高,A项错误;照光处理时类囊体薄膜上可产生NADPH,故可发生NADP+与电子和H+结合,B项正确;照光处理后与遮光处理后叶片的干重差(单位时间内)是真正光合作用速率,因此不需要测定同等面积叶片的初始干重,C、D两项错误。
3.下表是采用黑、白瓶(不透光瓶、可透光瓶)测定夏季某池塘不同深度水体中初始平均氧浓度与24小时后平均氧浓度,并比较计算后的数据。下列有关分析正确的是(　　)
A.水深1 m处,白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为3 g/m3B.水深2 m处,白瓶中植物光合速率等于呼吸速率C.水深3 m处,白瓶中产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体D.水深4 m处,白瓶和黑瓶中的水生植物均不进行光合作用
解析 在水深1 m处,白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为3+1.5=4.5(g/m3),A项错误;水深2 m处,白瓶中植物净光合速率为1.5 g/m3,光合速率大于呼吸速率,B项错误;水深3 m处,白瓶中水生植物光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等,即植物的光合速率等于呼吸速率,因此产生ATP的细胞器是叶绿体和线粒体,C项正确;在水深4 m处,白瓶中水生植物24小时制造的氧气量为-1+1.5=0.5(g/m3),白瓶中的水生植物能进行光合作用,D项错误。
1.(2021·辽宁卷)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统,常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　　)A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
解析 不同植物对光的波长和光照强度的需求不同,可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度,A项正确;为保证植物的根能够正常吸收水分,该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度,B项错误;适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行,让植物合成更多的有机物,而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用,使有机物分解减少,有利于提高作物产量,C项正确;适时通风可提高生产系统内的CO2浓度,进而提高光合作用的速率,D项正确。
2.(2022·广东卷)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 d后(图1),测定相关指标(图2),探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题。(1)结果显示,与A组相比,C组叶片叶绿素含量　　　　　,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)比较图2中B1与A组指标的差异,并结合B2相关数据,推测B组的玉米植株可能会积累更多的　　　　　　　　,因而生长更快。 
遮阴条件下可合成较多的叶绿素
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果,作出该条件可能会提高作物产量的推测,由此设计了初步实验方案进行探究。实验材料:选择前期　　　　　一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法:按图1所示的条件,分A、B、C三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以　　　　为对照,并保证除　　　　 　外其他环境条件一致。收获后分别记录各组玉米的籽粒质量。 结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论:如果提高玉米产量的结论成立,下一步探究实验的思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
探究能提高作物产量的最适遮阴比例
解析 由图1可知,A组未遮阴,B组植株一半遮阴(50%遮阴),C 组全遮阴(100%遮阴)。(1)由图2可知,培养10 d后,A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2,C组叶绿素含量为4.7 mg/dm2,原因可能是遮阴条件下,植物合成较多的叶绿素,从而吸收较多的光能。(2)由图2中B 1组叶绿素含量为5.3 mg/dm2,B2组叶绿素含量为3.9 mg/dm2, A组叶绿素含量为4.2 mg/dm2;B1组净光合速率为20.5 μml CO2/(m2·s),B2组净光合速率为7.0 μml CO2/(m2·s),A 组净光合速率为 11.8 μml CO2/(m2·s),可推测B组玉米植株的总叶绿素含量为(5.3+3.9)/2=4.6 (mg/dm2),净光合速率为(20.5+7.0)/2=13.75 (μml CO2·m-2·s-1),两项数据显示B组均高于A组,推测B组可能会积累更多的糖类等有机物,因而生长更快。
(3)分析题意可知,该实验的目的是探究B组条件下是否会提高作物产量。该实验的自变量为玉米遮阴程度,因变量为作物产量,可用籽粒质量表示。由于实验中无关变量应保持相同且适宜,故实验设计如下。实验材料:选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90 株。实验方法:按图1所示条件,分为 A、B、C 三组培养玉米幼苗,每组30株;其中以A组为对照,并保证除遮阴条件外其他环境条件一致,收获后分别记录各组玉米的籽粒质量。结果统计:比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论:如果B组遮阴条件下能提高作物产量,则下一步需要探究能提高作物产量的最适遮阴比例。