2020新课标高考生物二轮教师用书：第1部分专题3　光合作用和细胞呼吸


专题三 　 光合作用和细胞呼吸
构建知识体系·串联主干知识

■核心要点清误····························································
光合作用和细胞呼吸的过程和联系
1．线粒体将葡萄糖氧化分解产生二氧化碳和水。(×)
提示：葡萄糖分解发生在细胞质基质中。
2．有氧呼吸、无氧呼吸各阶段都产生[H]和ATP。(×)
提示：有氧呼吸第一、二阶段产生[H]，第三阶段消耗[H]，三个阶段都产生ATP；无氧呼吸只在第一阶段产生[H]和ATP。
3．无氧呼吸不需要O2参与，最终有[H]的积累。(×)
提示：无氧呼吸第二阶段消耗[H]，无[H]的积累。
4．人在剧烈运动时产生的CO2全部来自有氧呼吸。(√)
5．无氧呼吸产生的ATP少，是因为大部分能量以热能的形式散失。(×)
提示：无氧呼吸产生的ATP少的原因是有机物的氧化分解不彻底，其中很多能量储存在乳酸或酒精等有机物中而没有释放出来。
6．水是有氧呼吸的产物，也是有氧呼吸的反应物。(√)
7．各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体。(×)
提示：原核细胞无线粒体。
8．细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸。(√)
9．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光。(√)
10．无水乙醇在色素的提取和分离实验中起分离色素的作用。(×)
提示：无水乙醇在色素的提取和分离实验中起提取色素的作用，层析液起分离色素的作用。
11．暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→C5―→(CH2O)。(×)
提示：暗反应中C原子的转移途径是CO2―→C3―→(CH2O)。
12．真核生物中，光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，暗反应是在叶绿体基质中进行的。(√)
13．适宜条件下光合作用过程中C5/C3的比值，停止供应CO2后比停止前高。(√)
14．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为热能和ATP。(×)
提示：ATP是直接能源物质，而不是能量。
15．ATP和[H]在叶绿体中随水的分解而产生，在线粒体中随水的生成而产生。(×)
提示：在线粒体中随水的生成，消耗[H]，产生ATP。
16．CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在线粒体中。(×)
提示：C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在细胞质基质中。
光合作用和细胞呼吸的影响因素及应用
1．及时排涝，能防止根细胞受酒精毒害。(√)
2．降低光照将直接影响光反应的进行，从而影响暗反应；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行。(√)
3．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，光反应强度降低，暗反应强度也降低。(√)
4．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。(√)
5．净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。(√)
6．将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，随培养时间的延长，玻璃容器内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。(√)
考点1　光合作用和细胞呼吸的过程及联系
(对应学生用书第17页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．有氧呼吸
(1)第一阶段——细胞质基质：消耗葡萄糖，产生[H]和丙酮酸，释放少量能量。
(2)第二阶段——线粒体基质：分解丙酮酸，产生[H]和CO2，释放少量能量。
(3)第三阶段——线粒体内膜：[H]与O2结合产生H2O，释放大量能量。
2．无氧呼吸
(1)产物不同的原因
①直接原因是参与催化的酶不同。
②根本原因是控制酶合成的基因不同。
(2)释放少量能量的原因：大部分能量储存在酒精或乳酸中。
(3)水稻等植物长期水淹后烂根的原因：无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。
3．色素的作用、提取和分离
(1)色素提取和分离的原理
①色素提取：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂——无水乙醇中，因此，可以用无水乙醇提取色素。
②色素分离：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，这样，叶绿体中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)色素的作用
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(3)光合色素吸收的光能有两大重要用途
①分解H2O产生O2和[H]；
②使ADP＋Pi合成ATP。
4．光合作用与有氧呼吸过程图解

(1)物质名称：b氧气，c ATP，d ADP，e[H]，f C5，g二氧化碳，h C3。
(2)填写生理过程及场所

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
5.光合作用与细胞呼吸的物质转化与能量转换关系
(1)物质转化关系
①元素转移途径
C：CO2C3(CH2O)丙酮酸CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H](CH2O)[H]
②[H]的来源和去路比较

(注：光合作用中[H]为NADPH，即还原型辅酶Ⅱ，细胞呼吸中[H]为NADH，即还原型辅酶 Ⅰ，二者不是同种物质)
(2)能量转化关系
光能―→[H]和ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能和热能
■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转化途径是什么？
提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO，有氧呼吸第二阶段利用HO生成二氧化碳C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CHO)。
2．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，请解释原因。
提示：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。

3．为验证酵母菌细胞中线粒体对相关物质的利用情况，现从酵母菌细胞中分离得到的具有活性的线粒体为实验材料进行如下实验。
组别
步骤一
步骤二
步骤三
1
加入线粒体
加入葡萄糖
加入溴麝香草酚蓝水溶液，一段时间后观察溶液颜色的变化情况
2
加入线粒体
加入丙酮酸
(1)从酵母菌细胞中分离得到线粒体常用的实验方法是什么？
(2) 请预期两组实验的实验结果，并简述判断理由。
提示：(1)差速离心法。
(2)第1组溶液为蓝色，第2组溶液颜色由蓝变绿再变黄。第1组中由于葡萄糖不能进入线粒体被利用，所以无CO2生成，第2组丙酮酸可进入线粒体被利用，生成CO2。
4．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别
加入物质
条件
实验现象
A组
DCPIP溶液
适宜温度和光照等条件
产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组
适量磷酸、NaHCO3
(CH2O)/C3比值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色)
(1)A组气泡中的成分是什么？DCPIP溶液由蓝紫色变为无色的原因是什么？
(2)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是什么？
提示：(1)O2。光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。
(2)适量磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原，形成(CH2O)。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1.(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞口的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
D　[研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素，A错误；层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成，也可以用92号汽油代替，B错误；层析时，为了防止层析液挥发，需要用培养皿盖住小烧杯，C错误；由图可知，蓝藻只有两条色素带，不含有叶黄素和叶绿素b，D正确。故选D。]
2．(2019·全国卷Ⅲ)若将n粒玉米种子置于黑暗中使其萌发，得到n株黄化苗。那么，与萌发前的这n粒干种子相比，这些黄化苗的有机物总量和呼吸强度表现为(　　)
A．有机物总量减少，呼吸强度增强
B．有机物总量增加，呼吸强度增强
C．有机物总量减少，呼吸强度减弱
D．有机物总量增加，呼吸强度减弱
A　[种子在黑暗中萌发得到黄化苗，该过程中细胞代谢增强，呼吸强度增加，由于整个过程中不能进行光合作用，而且细胞呼吸需要消耗有机物，所以有机物总量减少，A正确，B、C、D错误。]
3．(2019·全国卷Ⅱ)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是(　　)
A．马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C．马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D．马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生
B　[在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮酸，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸转化为乳酸，B选项正确；马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不是产物，A选项错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，并且释放出少量能量，C选项错误；一般来说，氧气浓度的升高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸味的产生，D选项错误。]
4．(2019·海南高考)下列关于绿色植物的叙述，错误的是(　　)
A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B．植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用
B　[有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，A正确；植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的，如细胞质基质和线粒体基质也可以合成ATP，B错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，会导致叶肉细胞的叶绿素含量下降，C正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用，D正确。故选B。]
5．(2018·全国卷Ⅲ)下列关于生物体中细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)
A．植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸
B．食物链上传递的能量有一部分通过细胞呼吸散失
C．有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是葡萄糖和乳酸
D．植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP
C　[对于以糖类为底物的呼吸作用来说，有氧呼吸的产物是CO2和H2O，无氧呼吸的产物为乳酸或酒精和CO2。]
6．(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
B　[光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。故选B。]
7．(2014·山东高考)某经济植物光合作用的研究结果如图。

(1)图甲表示全光照和不同程度遮光对该植物叶片中叶绿素含量的影响。叶绿素存在于叶绿体中的________上。需先用________(填溶剂名称)提取叶片中的色素，再测定叶绿素含量。用纸层析法进一步分离色素时，叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是_____。据图分析，该植物可通过______以增强对弱光的适应能力。
(2)图乙表示初夏某天在遮光50%条件下，温度、光照强度、该植物净光合速率和气孔导度(气孔张开的程度)的日变化趋势。8：00到12：00光照强度增强而净光合速率降低，主要原因是_________。18：00时叶肉细胞内产生ATP的细胞器是________。
(3)实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3含量________。
解析：(1)叶绿素存在于叶绿体中的类囊体膜上。常用无水乙醇或丙酮提取叶片中的色素。用纸层析法分离色素时，在层析液中溶解度越高的色素在滤纸上扩散的速度越大，叶绿素a比叶绿素b扩散得快，说明叶绿素a在层析液中溶解度较大。通过图甲可以看出，在一定范围内，随着遮光率的增加，叶片中叶绿素的含量增大，植物通过增加叶绿素含量，以吸收更多的光，进行光合作用，合成有机物。
(2)通过曲线可知，8：00到12：00时间段内，温度升高，细胞呼吸速率会增大，分解有机物增多，另外气孔导度下降，影响二氧化碳进入细胞，尽管光照强度增强，但光合速率与呼吸速率的差值减小，净光合速率降低。18：00净光合速率为零，此时光合速率等于呼吸速率，叶肉细胞内产生ATP的细胞器是线粒体与叶绿体。
(3)去除遮光物后，光照增强，短时间内叶绿体中光反应的产物增多，C3的还原增强，由于二氧化碳固定产生的C3仍是一定量，C3含量减少。
答案：(1)类囊体膜(或类囊体、基粒)　 无水乙醇(或丙酮)　叶绿素a　增加叶绿素含量　(2)呼吸作用增强，光合速率与呼吸速率的差值减小　线粒体、叶绿体
(3)减少
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　考查细胞呼吸的类型和过程
1．(2019·衡水中学四调)如图表示人体中细胞呼吸的过程，数字代表反应过程。下列叙述正确的是(　　)

A．过程①代表人体细胞中糖原或淀粉的水解
B．过程②后，葡萄糖分子中少部分化学能存在于丙酮酸中
C．过程③只发生在线粒体中
D．过程④产生的乳酸可在原细胞中再生成葡萄糖
C　[人体细胞没有淀粉的水解过程，A项错误；过程②后，葡萄糖分子中大部分化学能存在于丙酮酸中，B项错误；人体细胞中过程③只发生在线粒体中，C项正确；肌肉细胞中产生的乳酸能在肝脏细胞中再生成葡萄糖，不能在肌肉细胞中再生成葡萄糖，D项错误。]
2．(2019·唐山期末)将酵母菌置于下列条件下培养一段时间后，测得细胞呼吸产生的CO2量如图所示。下列有关分析错误的是(　　)

A．在一定条件下，酵母菌的细胞质基质和线粒体能同时产生CO2
B．在一定范围内，随温度升高细胞呼吸速率加快
C．20 ℃条件下，酵母菌在前6 h消耗的葡萄糖的量一定比后6小时消耗的多
D．40 ℃条件下，培养酵母菌6 h，培养液中葡萄糖可能已经被消耗完
C　[在一定条件下，酵母菌既能进行无氧呼吸，也能进行有氧呼吸，CO2产生的场所分别为细胞质基质和线粒体，A正确；在一定温度范围内，呼吸酶的活性随着温度升高而升高，细胞呼吸速率随之加快，B正确；20 ℃下，随着CO2产生量的增多，酵母菌无氧呼吸速率增大，但不知道无氧呼吸和有氧呼吸的比率，因而无法确定消耗的葡萄糖量，C错误；40 ℃条件下，6 h和12 h产生的CO2量相同，所以可能是葡萄糖已经被消耗完，D正确。]
　“三看法”判断细胞呼吸的类型


　考查捕获光能的色素及光合作用的过程
1．(2019·烟台期末)秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而一些光合色素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，有关推断合理的是(　　)
A．低温类胡萝卜素容易被破坏
B．变窄的是叶黄素和叶绿素a
C．叶绿素难溶于无水乙醇
D．滤纸条未显现花青素的原因可能是其为水溶性色素
D　[叶绿体中色素分离实验中色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b，A、B错误；提取色素的依据是相关色素易溶于有机溶剂——无水乙醇，C错误；提取光合色素用的有机溶剂，如果花青素溶于有机溶剂，则滤纸条上会有花青素，所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素，D正确。]
2．(2019·日照期末)右图表示将某植物叶片置于适宜条件下，不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。以下推测不合理的是(　　)
A．a→b，暗反应消耗ATP的速率增加
B．a→b，CO2固定速率比C3的还原速率快
C．b→c，光合作用速率等于呼吸作用速率
D．b→c，可能是光反应限制了光合速率
C　[a→b，随着细胞间隙CO2浓度的增加，C5的含量减少，暗反应加快，消耗ATP的速率增加，A项推测是合理的；a→b，C5的含量减少，说明C5的生成速率小于C5的利用速率，故CO2固定速率比C3的还原速率快，B项推测合理；b→c，C5的含量不变，说明C5的生成速率等于C5的利用速率，即CO2固定速率等于C3的还原速率，C项推测不合理；b→c，C5的含量保持不变，暗反应速率不再增加，可能是光反应限制了光合速率，D项推测合理。]
3. (2019·衡水中学月考)光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。请回答下列问题：

(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应怎样处理？
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是________________，作出此判断的依据是___________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是___________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)据题意可知：欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质。(2)分析图示可知：当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关，据此可判断：暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。(3)若其他条件不变，突然降低光照条件下CO2的浓度，导致CO2固定过程减弱，新生成的C3减少，而原有的C3继续被还原为C5和糖类，所以短时间内细胞中C3含量降低，C5含量升高。
答案：(1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质
(2)C3经一系列变化生成糖类和C5　当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关
(3)C3含量降低，C5含量升高
　C3和C5含量变化的分析方法
当光照强度或CO2浓度改变后，短时间内C3和C5的含量均可发生变化。无论分析哪种物质的含量变化，都要从生成和消耗两个角度分析。C3产生于CO2的固定过程，消耗于C3的还原过程，C5产生于C3的还原过程而消耗于CO2的固定过程。

光照
二氧化碳
较强→弱(黑暗)
弱→较强
较高→低
低→较高
C3
增加
减少
减少
增加
C5
减少
增加
增加
减少
ATP、[H]
减少
增加
增加
减少

　综合考查光合作用和细胞呼吸的过程
1.(2019·潍坊期中)右图表示某植物叶肉细胞内部分物质的代谢途径，其中①～⑥表示过程。下列相关分析错误的是(　　)
A．①②产生的[H]与④产生的[H]不是同一种物质
B．③与④都发生在细胞器的膜结构上
C．只要⑤生成(CH2O)的量大于①消耗的(CH2O)的量，植株就能正常生长
D．对生物界来说，④产生ATP的量远远大于①②③
C　[①②产生的[H]是NADH，④产生的[H]是NADPH，A项正确；③表示有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体的内膜上，④表示光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体类囊体膜上，B项正确；该图表示某植物叶肉细胞内部分物质的代谢途径，仅叶肉细胞中⑤生成(CH2O)的量大于①消耗的(CH2O)的量，植株不一定能正常生长，因为植物的非绿色部分还要进行细胞呼吸，C项错误；对生物界的生物来说，光合作用产生的ATP的量大于细胞呼吸产生的ATP的量，D项正确。]
2.(2019·日照期中)研究小组将某亚热带绿色植物置于15 ℃的密闭透明玻璃容器内，测定装置中的氧气含量，结果如右图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．ab段叶肉细胞吸收的氧气可参与水的生成
B．开始光照的b时刻，叶肉细胞中C5会减少
C．由b到c，植物的光合速率逐渐降低
D．适当提高温度，可缩短达到c点的时间
B　[ab段叶肉细胞在黑暗环境中进行有氧呼吸，在有氧呼吸过程中氧气与[H]结合生成水，A项正确；b时刻开始光照，叶绿体中产生ATP和[H]，ATP和[H]还原C3生成C5，叶肉细胞中C3减少，C5增多，B项错误；由b到c曲线斜率变小，植物的光合速率逐渐降低，C项正确；该植物是亚热带植物，在环境温度为15 ℃的条件下，适当提高温度，光合速率加快，达到c点的时间缩短，D项正确。]
考点2　光合作用和细胞呼吸的影响因素及应用
(对应学生用书第20页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．影响细胞呼吸曲线分析

(1)甲图：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。
(2)乙图：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。
2．影响光合作用的因素
影响因素
原理
图像
图像解读
光照强度
影响光反应阶段ATP、[H]的产生

P点的限制因素
①外因：温度、CO2浓度等
②内因：色素含量、酶的数量和活性、C5的含量等
CO2浓度
影响暗反应阶段C3的生成

P点的限制因素
①外因：温度、光照强度等
②内因：酶的数量和活性、色素含量、C5的含量等
温度
通过影响酶的活性来影响光合作用

P点对应的温度为进行光合作用的最适温度
3.光合作用曲线中特殊点含义及移动情况分析

(1)曲线中特殊点含义分析
①A点：只进行细胞呼吸。AB段：光合速率小于呼吸速率。B点以后：光合速率大于呼吸速率。
②B点：光补偿点(光合速率等于呼吸速率时的光照强度)，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用。
③C点：光饱和点(光合速率达到最大时的最低光照强度)，继续增加光照强度，光合作用强度不再增加。
④D点的含义：光照强度为C时该植物吸收CO2的速率。
(2)曲线中的“关键点”移动
①细胞呼吸对应点(图中A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
②光补偿点(图中B点)的移动
细胞呼吸速率提高，其他条件不变时，光补偿点右移，反之左移。
细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点右移，反之左移。
③光饱和点(图中C点)和D点的移动：其他相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．在光照较强的夏季中午，绿色植物的光合作用强度会降低，原因是什么？
提示：夏季中午，光照过强、温度过高，导致气孔部分关闭，叶肉细胞吸收CO2减少，C3生成减少，故光合作用强度会降低。
2．在温室大棚生产中，大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，道理是什么？
提示：农家肥中的有机物被微生物分解产生无机盐和CO2，CO2和无机盐被作物利用，提高大棚作物的产量。
3．若植物长期处于光照强度为光补偿点(植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照强度值)的自然环境中，植物能否正常生长？原因是什么？
提示：不能。因为光照强度为光补偿点时，植物在白天没有有机物的积累，而且植物在夜间又进行细胞呼吸消耗有机物，植物体内的有机物减少，因此植物将不能正常生长。
4．生长环境中的CO2浓度由1%降低到0.03%时，植物的光饱和点和光补偿点如何变化，原因是什么？
提示：光饱和点降低，因为CO2浓度降低时，暗反应的强度低，所需要的ATP和[H]少。光补偿点升高，因为在合成有机物的量不变时，CO2浓度降低，所需要的光照强度增大。

5．科学家用绿藻作为实验材料，研究不同波长的光对植物光合速率的影响。下图为部分实验结果，由该实验结果得出的实验结论是什么？

备注：A表示单独照射660 nm(红光)时的光合速率
B表示单独照射710 nm(远红光)时的光合速率
C表示同时照射红光和远红光时的光合速率
箭头向上和向下分别表示光照的有和无。
提示：用红光(或波长为660 nm的光)和远红光(或波长为710 nm的光)单独照射时，植物的光合速率基本相同，两种光同时照射时，植物的光合速率增加，且大于单独照射的总和。
6．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的CO2进行光合作用，然后检测并比较14C 标记的有机化合物的量。
(1)该实验的目的是什么？
(2)B组14C标记的(CH2O)的量比A组低，原因是什么？
提示：(1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响。
(2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。
7．为了探究弱光和强光对某种绿色植物的叶片内各种光合色素含量的影响，请简要写出实验设计思路并利用所学知识进行检测。
提示：将某种生理状态、大小等相同的绿色植株平均分为甲、乙、丙3组，甲组给予弱光照、乙组给予自然光照，丙组给予强光照，其他条件相同且适宜，一段时间后取每组相同部位的等量叶片进行色素的提取和分离，比较滤纸条上各种色素带的宽度。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1．(2015·海南高考)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)

A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能
B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为0
D　[A.植物光合作用的最终能量来源于太阳能，A正确；B.据图分析，在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率曲线比植物乙的曲线高，故植物甲的净光合速率比植物乙的高，B正确；C.真正的光合作用速率＝呼吸作用速率＋净光合作用速率，叶温为25 ℃时，植物甲的光合与呼吸作用强度的差值即甲的净光合作用速率低于植物乙的净光合作用速率，C正确；D.真正的光合作用速率＝呼吸作用速率＋净光合作用速率，叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值表示净光合速率，均大于0且相等，D错误。故选D。]
2．(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是____________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
解析：(1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度差增大，植物的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO2供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的。
答案：(1)增强　(2)降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少　(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。　预期结果：干旱处理前后气孔开度不变。　将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。　预期结果：ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
3．(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。

回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析：(1)由题图可知，乙的光饱和点及光补偿点都比甲低，因此甲、乙两种植物在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时，甲种植物光合作用强度高于乙种植物，因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低，所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高，气孔部分关闭，因此进入叶肉细胞的CO2不足，叶片的光合速率明显下降。
答案：(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　(3)乙　(4)CO2
4．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：

(1)从图可知，A叶片是树冠________(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是__________________________________________。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
解析：(1)树冠下层叶片达到最大净光合速率时所需的光照强度会低于上层叶片，故由图中曲线可得出A叶片是树冠下层叶片。(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，说明CO2的吸收量减少，但测得放氧速率不变，由此可知，光反应速率基本不变，因此，净光合速率下降的主要原因是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用有机溶剂无水乙醇对叶绿素进行提取。
答案：(1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗　(3)无水乙醇
5．(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”)。
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在增加；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，即达到此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
6．(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
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：本题考查影响光合作用与呼吸作用的因素。(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，因此当甲种植物的光合速率为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，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增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加。
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增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　环境因素对细胞呼吸的影响及应用
1．(2019·烟台期末)下列关于细胞呼吸原理的应用的叙述，正确的是(　　)
A．破伤风杆菌可进行有氧呼吸和无氧呼吸，为避免其在有氧时大量繁殖需要及时处理伤口
B．利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以产生各种酒
C．马拉松比赛时，因细胞无氧呼吸产生大量的乳酸和CO2，会使肌肉酸胀乏力
D．种子、果蔬储存在完全无氧的环境中，可将损失减小到最小
B　[破伤风杆菌属于厌氧菌，只能进行无氧呼吸，A错误；马拉松比赛时，因细胞无氧呼吸产生大量的乳酸，会使肌肉酸胀乏力，但不产生二氧化碳，C错误；完全无氧的环境中，细胞进行无氧呼吸，消耗的有机物较多，D错误。]
2．(2019·郑州模拟)研究发现，冬小麦在秋冬受低温袭击时，呼吸速率先升高后降低。持续的冷害使根生长迟缓，吸收能力下降，但细胞内可溶性糖的含量有明显的提高。下列推断错误的是(　　)
A．冷害初期呼吸作用增强，有利于抵御寒冷
B．持续低温使根细胞呼吸减弱，吸收矿质营养能力下降
C．低温时细胞内结合水的比例上升，有利于适应低温环境
D．持续低温使线粒体内氧化酶活性增强，促进淀粉分解为可溶性糖
D　[持续低温使线粒体内氧化酶活性减弱，使细胞呼吸减弱，氧化酶与淀粉分解无关，D错误。]
　
(1)解答此类试题的关键是理解不同因素对细胞呼吸的影响。O2促进有氧呼吸、抑制无氧呼吸；温度影响与细胞呼吸有关的酶的活性；水分主要通过自由水含量影响代谢过程，进而影响细胞呼吸。
(2)要学会在不同的情境中找出影响细胞呼吸的主要因素。如中耕松土和防止水淹导致的作物根系腐烂都是从O2影响植物根系细胞呼吸入手；晒干后保存作物种子是从自由水含量影响种子代谢入手；冷藏保鲜则是从温度影响酶的活性入手。
　考查环境因素对光合作用的影响
1.(2019·衡水中学检测)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列叙述，错误的是(　　)
A．此实验有两个自变量
B．D点比B点CO2吸收量高的原因是光照强度大
C．实验结果表明，在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
D．制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
A　[影响该实验中光合作用的因素有光照强度、二氧化碳浓度、温度、矿质元素、水等，由题意可知本实验探究的自变量有光照强度、矿质元素、水，A错误；由图示曲线可知：与D点相比，B点的光照强度较弱，光合作用强度也较弱，因此D点比B点CO2吸收量高的主要因素是光照强度大，B正确；根据图示，同一光照条件下，当土壤含水量在40%～60%之间时，施肥的效果明显，C正确；C点土壤含水量较少，光合作用强度较低，因此制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量，D正确。故选A。]
2．(2019·石家庄一模)甲、乙两种植物在温度适宜的情况下，环境中CO2浓度对光合速率影响如图所示。请回答下列问题：

(1)CO2浓度为B时，限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别为________、________。Q点甲植物和乙植物制造O2的速率________(填“相同”或“不同”)。
(2)对甲植物来说，CO2浓度由A变为B时，短时间内C3含量的变化为________。
(3)光照强度、温度等其他条件适宜的情况下，将上述两种植物幼苗置于同一密闭的容器中，一段时间内，生长首先受影响的植物是________。该密闭容器中CO2浓度的变化趋势是_______________，原因是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(3)光照强度、温度等其他条件适宜的情况下，将上述两种植物幼苗置于同一密闭的容器中，由于植物正常生长，即净光合速率大于0，植物需从装置中吸收二氧化碳，使装置中二氧化碳不断减少，由图可知，当环境中二氧化碳浓度降低时，甲植物的光合速率最先降低，所以一段时间内，生长首先受影响的是甲植物。由于在适宜的条件下，密闭容器内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，CO2浓度降低会使植物的光合速率降低，当CO2浓度降低到一定水平时，植物的光合作用和呼吸作用强度相等，这时装置内CO2浓度就保持相对稳定，所以使该密闭容器中CO2浓度先降低，降低至一定水平时保持相对稳定。
答案：(1)CO2浓度　光照强度　不同　(2)升高　 (3)甲植物　降低至一定水平时保持相对稳定　适宜的条件下， 密闭容器内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，CO2浓度降低到一定水平时，植物的光合作用和呼吸作用强度相等，这时装置内CO2浓度就保持相对稳定
　
“咬文嚼字”确定光合速率的“总”与“净”
项目
表示方法
净光合速率
单位时间内植物CO2吸收量或小室中CO2减少量、植物O2释放量或小室中O2增加量、有机物积累量
总光合速率
单位时间内CO2固定量、O2产生量或叶绿体CO2吸收量或叶绿体O2释放量、有机物制造量
呼吸速率(遮光条件下测得)
单位时间内CO2释放量、O2吸收量或线粒体CO2释放量或线粒体O2吸收量、有机物消耗量

　考查光补偿点、饱和点及其移动
1.(2019·合肥检测)科学家研究小麦在适宜温度时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图曲线，下列有关叙述，错误的是 (　　)
A．当环境温度升髙时，cd段位置上移
B．a点时叶肉细胞中产生ATP的细胞器只有线粒体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动
D．c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与光合色素的量有关
A　[当温度逐渐升高至最适范围时，cd段位置会上移，但当环境温度超过最适温度之后，光合速率降低，cd段位置会下移，A错误。a点时，叶肉细胞只能进行呼吸作用，因此产生ATP的细胞器只有线粒体，B正确。Mg是植物合成叶绿素的必需元素，当缺少Mg时，叶绿素的合成受阻，导致光合作用强度降低。b点表示光合速率等于呼吸速率，因此当植物缺Mg时，要让光合作用和呼吸作用强度相等，就必须要增加光照强度以提高光合作用强度，所以b点将向右移，C正确。c点对应的光照强度是光饱和点，该点之后光合作用强度不再随光照强度增大而增大，此时影响因素可能是叶绿体中色素含量、酶的浓度等，D正确。]
2．(2019·潍坊市一模)光补偿点与光饱和点是研究光照强度对植物光合作用影响的两个重要指标。光补偿点是指植物光合速率与呼吸速率相等时环境中的光照强度；光饱和点是指植物光合速率达到最大值时环境中的最低光照强度。请回答相关问题：
(1)在适宜温度下，大田中光照强度处于光补偿点与光饱和点之间时，________是限制光合作用的主要因素；光照强度高于光饱和点后农作物的光合作用不再增强的原因主要是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)早春采用密闭玻璃温室育苗时，一段时间后植物光饱和点对应的光合速率往往________(填“降低”或“升高”), 植物的光补偿点会________(填“降低”或“升高”), 因此要提高育苗质量应当采取____________________________________________________
____________________________________________________(至少答出两点)等措施。
(3)如果两种农作物的光补偿点相同，则它们在光补偿点时实际光合作用速率____________(填“相同”“不同”或“不一定相同”)，原因是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)达到光饱和点之前，限制光合作用速率的因素是光照强度，达到光饱和点之后限制光合速率的环境因素主要是环境中的CO2浓度。(2)早春采用密闭的玻璃温室育苗时，由于光合速率大于呼吸速率，温室内CO2浓度会降低，因此光饱和点对应的光合速率会降低，光补偿点会升高。(3)不同的植物呼吸速率不同，因此净光合速率相等时，总光合速率不一定相同。
答案：(1)光照强度　环境中的CO2浓度较低(C5和光合作用有关酶的含量也是有限的)，导致暗反应限制了光反应　(2)降低　升高　增施有机肥、利用CO2发生器、适当通风、施用碳酸氢铵肥料(答出两点即可，其他答案合理即可)　(3)不一定相同　它们的呼吸速率不一定相同
　自然环境和密闭环境中一昼夜植物的生长情况
1．某小组为探究光照强度、气温和相对湿度对植物光合“午休”的影响，测定了某植物幼苗在8：00～18：00之间不同时刻的光照强度和净光合速率(Pn)的关系，测得的结果如图甲所示；图乙是测得的图甲所示结果对应时刻的气温、相对湿度。请回答下列问题：

甲

乙
(1)在8：00～10：00时间段，该植物的光合速率主要受限于________(填“光反应”或“暗反应”)阶段。此时间段内，胞间二氧化碳浓度会________(填“升高”或“降低”)。
(2)结合图甲分析，一天中最大光照强度出现在________________，该植物幼苗出现光合“午休”峰值的时刻大约是________，光合“午休”达到峰值的时刻相对于光照强度最大时刻有延迟，说明______________________________
____________________________________________________。
(3)结合图甲、乙分析，该植物出现光合“午休”现象的原因最可能是
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)在8：00～10：00时间段，环境中的光照逐渐增强，净光合速率逐渐加快，因此胞间CO2浓度降低。(2)一天中的最大光照强度时刻比光合“午休”峰值的时刻出现的早，说明光合“午休”的直接原因不是光照强度。(3)结合图甲、乙分析，空气相对湿度的最低值与光合“午休”峰值的最低值的时刻一致。
答案：(1)光反应　降低　(2)13：00　14：00　光照强度不是导致植物出现光合“午休”现象的直接原因　(3)空气相对湿度低，导致植物气孔关闭，CO2吸收量减少，光合作用减弱
2．(2019·河南九校联考)如图为某高等绿色植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养时，一昼夜中CO2浓度的变化曲线。回答下列问题：
(1)图中光合速率与呼吸速率相等的点是________。D点时植物叶肉细胞内能生成ATP的具体场所有___________________。
(2)曲线DE段密闭容器内CO2浓度下降较缓慢的原因可能是____________________________________________________。
(3)若C点时突然降低光照强度，短时间内植物叶肉细胞中C3含量的变化趋势是________________。
(4)若给植物提供HO，则一段时间后植物体内的有机物也含有18O，写出18O的转移途径：_______________________________。
解析：(1)据图分析可知，图中光合速率与呼吸速率相等的点是C点和G点。D点时植物既进行光合作用，也进行呼吸作用，因此，D点时植物叶肉细胞内能生成ATP的具体场所有叶绿体类囊体薄膜、线粒体基质和内膜、细胞质基质。(2)据图分析可知，曲线DE段密闭容器内CO2浓度下降较缓慢的原因可能是部分气孔关闭，CO2吸收减少，叶肉细胞固定的CO2减少。(3)若C点时突然降低光照强度，则生成的ATP和[H]减少，被还原的C3减少，但C3还在继续生成，因此，短时间内植物叶肉细胞中C3含量的变化趋势是增多。(4)若给植物提供HO，则一段时间后植物体内的有机物也含有18O，水通过有氧呼吸第二阶段生成二氧化碳，二氧化碳再经过暗反应进入有机物中，则18O的转移途径为HO→C18O2→C3→(CHO)。
答案：(1)C、G　叶绿体类囊体薄膜、线粒体基质和内膜、细胞质基质　(2)部分气孔关闭，CO2吸收减少，叶肉细胞固定的CO2减少　(3)增多　(4)HO→C18O2→C3→(CHO)
　
(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点，结束光合作用的点：m点。
③光合速率与呼吸速率相等的点：c点；h点有机物积累量最大的点：h点。
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。
　恒定光照下密闭环境中植物生长问题
(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：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。
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
考点3　光合作用和细胞呼吸的相关实验
(对应学生用书第25页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．光合作用与呼吸作用实验设计中实验条件的控制方法
(1)增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
(2)减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖。
(3)除去容器中的二氧化碳——氢氧化钠溶液。
(4)保持容器中二氧化碳浓度不变——NaHCO3溶液。
(5)除去叶片中原有的淀粉——置于黑暗环境中一段时间。
(6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光。
(7)消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。
(8)探究酵母菌的呼吸方式，检测产生的CO2情况——用澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液。
(9)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热。
(10)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。
2．“装置图法”测定光合速率与呼吸速率
(1)测定装置

(2)测定方法及解读
①测定呼吸速率(装置甲)
a．装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动(装置甲单位时间内向左移动距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率(装置乙)
a．装置乙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。
b．必须给予较强光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动(装置乙单位时间内向右移动距离代表净光合速率)。
③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
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。
3．“叶片上浮法”探究影响光合作用的因素
利用“真空渗入法”排出叶肉细胞间隙的空气，充以水分使叶片沉于水中。在光合作用过程中植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
4．“黑白瓶法”测定光合速率与呼吸速率
将装有水和水生植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
5.“半叶法”测定光合作用有机物的产生量
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。即M＝MB－MA，M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
■素养提升——规范表述　严谨准确··································

1．某兴趣小组设计如图所示实验装置探究“光照强度对黑藻光合速率的影响”。

(1)单位时间内有色小液滴的移动距离代表一定量的黑藻单位时间内什么的量？
(2)如果利用该装置测定在一定光照强度下黑藻叶绿体实际光合作用的速率，可采取的方法是什么？(写出具体的实验思路)
提示：(1)释放氧气的量。
(2)首先不给予光照，测出黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)；再给予一定光照条件，其他条件不变，测出黑藻单位时间内氧气释放量(净光合作用速率)；然后将光照条件下黑藻单位时间氧气释放量(净光合作用速率)加上黑暗条件下黑藻单位时间内的氧气吸收量(呼吸作用速率)，就是该光照条件下黑藻叶绿体实际光合作用的速率。
2．研究表明，钙(CaCl2)与脱落酸(ABA)都能提高棉花的抗旱能力，并且混合使用效果更佳，请简要写出证明该观点的实验设计思路。
提示：在干旱条件下分别用清水、CaCl2、ABA及CaCl2和ABA的混合物处理棉花，测量并比较四种情况下的净光合速率大小。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1．(2019·全国卷Ⅱ节选)通常，对于一个水生生态系统来说，可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量，可在该水生生态系统中的某一水深处取水样，将水样分成三等份，一份直接测定O2含量(A)；另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中，密闭后放回取样处，若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下，本实验中C与A的差值表示这段时间内___________________；C与B的差值表示这段时间内______________；A与B的差值表示这段时间内_______________。
解析：若干小时后，透光的乙瓶中的氧气含量(C)与水样中氧气的初始含量(A)的差值表示这一时间段内生产者净光合作用的放氧量；水样中氧气的初始含量(A)与不透光的甲瓶中的氧气含量(B)的差值表示这一时间段内生产者呼吸作用的耗氧量；C与B的差值表示这一时间段内生产者光合作用的总产氧量。
答案：生产者净光合作用的放氧量　生产者光合作用的总放氧量　生产者呼吸作用的耗氧量
2．(2016·全国卷Ⅱ)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见下表。
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
水草
无
有
有
有
有
有
有
距日光
灯的距
离(cm)
20
遮光*
100
80
60
40
20
50 min后
试管中溶
液的颜色
浅
绿
色
X
浅
黄
色
黄
绿
色
浅
绿
色
浅
蓝
色
蓝
色
*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100 cm的地方。
若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：
(1)本实验中，50 min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由______________________________________
____________________________________________________
引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是________(填“可靠的”或“不可靠的”)。
(2)表中X代表的颜色应为________(填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”)，判断依据是_______________________________。
(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)1号试管中没有加水草，50 min后1号试管的溶液颜色仍为浅绿色，说明无关变量不会引起溶液颜色的变化，2至7号试管的实验结果应是由水草的光合作用和呼吸作用引起的；若1号试管的溶液是蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量减少了，无关变量对实验结果有影响，则说明2至7号试管的实验结果是不可靠的。(2)2号试管进行了遮光，水草不能进行光合作用，只能进行呼吸作用产生CO2，而且与3号试管(光合作用强度小于呼吸作用强度)相比，2号试管溶液中的CO2含量更多，颜色应为黄色。(3)5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下溶液中CO2含量没有变化，水草的光合作用强度与呼吸作用强度相等，吸收与释放的CO2量相等。
答案：(1)不同光强下水草的光合作用和呼吸作用(合理即可)　不可靠的　(2)黄色　水草在遮光条件下不进行光合作用，只进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3号试管　(3)光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等
3．(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：

对照
组
实验
组一
实验
组二
实验
组三
实验
组四
实验处理
温度/℃
36
36
36
31
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验结果
光合速率/mgCO2·dm－2·h－1
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是________，其依据是________________；并可推测，________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是_______________________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
解析：(1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同相对的湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大。因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是相对湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，不需要消耗ATP。
答案：(1)湿度(或相对湿度)　在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大(合理即可)　增加　(2)四　该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度(合理即可)　(3)不需要　不需要
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　细胞呼吸的相关实验
1．(2019·潍坊期末)某研究小组为了探究酵母菌的细胞呼吸方式，设计了如图所示的实验装置(不考虑其他因素的影响)。以下说法错误的是(　　)

A．甲装置有色液滴不动，说明酵母菌只进行无氧呼吸
B．甲装置有色液滴左移，说明酵母菌只进行有氧呼吸
C．乙装置有色液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
D．乙装置有色液滴右移，说明酵母菌中一定存在无氧呼吸
B　[甲装置中放入的是NaOH溶液和酵母菌葡萄糖培养液，NaOH溶液能吸收CO2，有色液滴的移动量代表O2的吸收量。乙装置放入的是清水和酵母菌葡萄糖培养液，清水不能吸收CO2，乙装置中酵母菌进行有氧呼吸，吸收的O2和释放的CO2量相等，液滴不移动，乙装置中酵母菌进行无氧呼吸，释放CO2会造成液滴右移。]
2．为探究酵母菌的细胞呼吸，将酵母菌破碎并进行差速离心处理，得到细胞质基质和线粒体，与酵母菌分别装入①～⑥试管中，加入不同的物质，进行了如下表的实验。
类别
细胞质基质
线粒体
酵母菌
①
②
③
④
⑤
⑥
葡萄糖
－
＋
－
＋
＋
＋
丙酮酸
＋
－
＋
－
－
－
氧气
＋
－
＋
－
＋
－
注：“＋”表示加入了适量的相关物质，“－”表示未加入相关物质。
下列有关叙述中，不正确的是(　　)
A．会产生酒精的试管有②⑥
B．会产生CO2和H2O的试管有③⑤
C．试管①③⑤的实验结果，可以判断酵母菌进行有氧呼吸的场所
D．试管②④⑥的实验结果，可以判断酵母菌进行无氧呼吸的场所
C　[由表格可知，①试管在细胞质基质中，提供丙酮酸和氧气，不能进行呼吸作用，②试管在细胞质基质中，提供葡萄糖，进行了无氧呼吸，能够产生酒精和CO2，③试管在线粒体中，提供丙酮酸和氧气，能够进行呼吸作用的第二、三阶段，能产生水和CO2，④试管在线粒体中，提供葡萄糖，不能进行呼吸作用，⑤试管中有酵母菌、葡萄糖和氧气，能进行有氧呼吸，⑥试管中有酵母菌、葡萄糖，能进行无氧呼吸，产生酒精和CO2。酒精是在无氧情况下，在细胞质基质中产生的，会产生酒精的是②⑥，A正确；有氧情况下丙酮酸在线粒体中进行有氧呼吸的第二、三阶段，能产生CO2和H2O，会产生CO2和H2O的试管只有③⑤，B正确；根据试管①③⑤的实验结果，不能判断酵母菌进行有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，C错误；根据试管②④⑥的实验结果，可以判断酵母菌进行无氧呼吸的场所是细胞质基质，D正确。]
　光合作用的相关实验
1．(2019·衡水中学二调)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vmol/瓶
A　[实验中测定的c瓶中水的溶氧量为湖中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和k，因此，w－v为24 h内X深度瓶中生物有氧呼吸消耗的氧气量。k－w为24 h内X深度水瓶中生物的净光合作用释放的氧气量。24 h内X深度水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，为k－v。]
2．(2019·博雅闻道大联考)为研究补光对温室内番茄不同部位叶片光合作用的影响，某课题小组在自然光照的基础上利用LED灯进行了植株的补光实验，并设置一对照组(CK组)，实验结果如图所示。请回答下列问题：

(1)对照组所用光源为________。据图分析，LED补光对于________的作用效果最为明显，其原因可能是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)LED中叶组的光合速率达到最大时所需要的CO2浓度明显高于CK中叶组，其原因是_________________________________。
(3)本实验采用LED灯(冷光源)而非普通白炽灯，目的是排除________对实验结果的影响。测定各组数据时，往往采取________________，保证了实验数据的可信度。
解析：(1)由题意可知，补光实验是在自然光照的基础上利用LED灯进行的，即对照组所用光源为自然光照，据图可知，在相同二氧化碳浓度下，LED组下叶的净光合速率与CK组下叶净光合速率的增幅(差值)超过其他两组的增幅，可见LED补光对下叶的作用效果最为明显。番茄植株自然生长时，由于上、中部叶片的彼此交叠遮挡，导致下叶接受的光照相对最弱，影响了其光合速率，因此对下叶进行补光效果最明显。(2)据图可知，对于中叶而言，CK组的光合速率达到最大时所需要的CO2浓度约为800 μmol·mol－1，而LED组光合速率达到最大时所需要的CO2浓度则至少大于1 500 μmol·mol－1。LED组在自然光照基础上进行补光，光照比CK组更强，相同条件下光反应产生的ATP和NADPH更多，需要更多CO2参与暗反应。(3)本实验研究的是补光对光合速率的影响，温度属于无关变量，应尽可能控制使各组相等。LED属冷光源，产热比普通白炽灯少，更利于对温度进行控制。为提高数据的可信度，测定下叶组光合速率实验数据时应随机取样、重复测定、取平均值。
答案：(1)自然光照　下叶　自然状况下，上、中部叶片遮挡，使下叶接受的光照最弱　(2)LED组光照更强，光反应产生的ATP和NADPH([H])更多，还原的C3更多，故需要更多CO2参与暗反应　(3)温度　随机取样、重复取样测定、取平均值