高中生物高考2022年高考生物一轮复习 第3单元 第10讲　光合作用与细胞呼吸的综合应用

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第10讲　光合作用与细胞呼吸的综合应用
[目标要求]　光合作用与细胞呼吸的综合应用。
考点一　光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系


1．物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。
2．生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
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

3.物质和能量的联系
(1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
C：CO2有机物丙酮酸CO2
H：H2O[H](CH2O)[H]H2O
O：H2OO2H2OCO2有机物
(2)光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路
比较项目
来源
去路
[H]
光合作用
水的光解
C3的还原
有氧呼吸
第一、二阶段
第三阶段
ATP
光合作用
光反应
主要用于C3的还原
有氧呼吸
三个阶段均能产生，但第三阶段相对较多
用于各项生命活动

(3)光合作用与有氧呼吸中的能量转化


考向一　光合作用与细胞呼吸基本过程的判断
1．下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过程。下列叙述错误的是(　　)

A．过程①、②、③不在生物膜上进行
B．参与过程②、③、⑤的酶种类不同
C．过程②、③、④、⑤都有ATP产生
D．过程③产生的[H]全部来自丙酮酸
答案　D
解析　过程①表示光合作用暗反应，发生的场所是叶绿体基质；过程②表示有氧呼吸的第一阶段，发生的场所是细胞质基质；过程③表示有氧呼吸第二阶段，发生的场所是线粒体基质，都不在生物膜上进行，A正确；②、③为有氧呼吸的过程，其催化酶都为呼吸酶，⑤为光合作用光反应过程，参与的酶种类不相同，B正确；过程②、③、④为有氧呼吸的三个阶段，都有ATP产生，⑤为水的光解，有ATP产生，C正确；过程③为有氧呼吸第二阶段，是丙酮酸和水反应产生CO2和[H]，释放少量能量，产生的[H]部分来自丙酮酸，部分来自水，D错误。
2．(2020·河北石家庄辛集中学期末)如图表示某高等绿色植物体内的生理过程，下列有关分析不正确的是(　　)

A．阶段Ⅰ生成的[H]可作为还原剂用于⑥过程生成水
B．Ⅲ的某些反应阶段能够在生物膜上进行
C．过程③进行的场所是叶绿体基质
D．影响过程Ⅱ的外界因素主要是CO2浓度和温度
答案　A
解析　光合作用中阶段Ⅰ生成的[H]只能用于暗反应，不能用于⑥有氧呼吸的过程，A错误；Ⅲ中的有氧呼吸第三阶段是在线粒体内膜上进行的，B正确；过程③是CO2的固定，进行的场所是叶绿体基质，C正确；影响过程Ⅱ暗反应的外界因素主要是CO2浓度和温度，D正确。
考向二　光合作用和细胞呼吸在物质和能量代谢上的联系
3．下图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。下列叙述错误的是(　　)

A．若植物缺镁，则首先会受到显著影响的是③
B．②的进行与⑤⑥密切相关
C．蓝藻细胞中④发生在叶绿体基质中
D．叶肉细胞③中O2的产生量小于⑥中O2的吸收量，则该细胞内有机物的总量将减少
答案　C
解析　若植物缺镁则叶绿素的合成受到影响，首先会受到显著影响的生理过程是③光反应过程，A项正确；②是植物细胞通过主动运输吸收无机盐离子的过程，需要消耗能量，故与⑤⑥过程密切相关，B项正确；蓝藻细胞是原核细胞，没有叶绿体，C项错误；③光反应中O2的产生量小于⑥有氧呼吸中O2的吸收量，则净光合作用量小于0，该植物体内有机物的量将减少，D项正确。
4．某绿色植物细胞内部分代谢过程如图所示，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过程中产生的物质。下列叙述正确的是(　　)

A．图中属于细胞呼吸过程的是③④⑤，E是NADPH，F是丙酮酸
B．若在代谢过程中物质D含量下降，则物质A在短时间内含量上升
C．若给绿色植物提供H218O，图中能检测到含18O的物质只有C和D
D．光照等条件适宜时，④过程产生的D能够满足细胞②过程的需求
答案　B
解析　分析题图可知，属于细胞呼吸过程的是③④⑤，E代表的物质是有氧呼吸第一阶段和第二阶段产生的[H](NADH)，A错误；若在代谢过程中物质D即二氧化碳的含量下降，使C3合成量减少，[H]和ATP消耗量减少，光反应产生的[H]和ATP几乎不变，导致[H]和ATP(A物质)在短时间内含量上升，B正确；若给绿色植物提供H218O，可参与有氧呼吸的第二阶段，产生含18O的CO2，CO2又可参与暗反应，产生含18O的C6H12O6等物质；此外含18O标记的水可以参与光合作用的光反应阶段，产生含18O的O2，即含标记的物质不只是C(O2)和D(CO2)，C错误；光照条件适宜，则光合作用应大于细胞呼吸，故④有氧呼吸的第二阶段产生的物质D(CO2)不能满足过程②(暗反应)的需求，需要从外界补充，D错误。
考点二　真正光合作用和净光合作用的关系及其速率测定

1．不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点


曲线
光合作用强度与细胞呼吸强度的关系
气体代谢特点
图示
A点
只进行细胞呼吸
吸收O2，释放CO2

AB段
细胞呼吸强度大于光合作用强度
吸收O2，释放CO2

B点
细胞呼吸强度等于光合作用强度
不与外界发生气体交换

B点后
光合作用强度大于细胞呼吸强度
吸收CO2，释放O2



2．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)根据关键词判定
检测指标
细胞呼吸速率
净光合速率
真正光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量(植物)、减少量(环境)
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)、
消耗量(黑暗)
释放量(植物)、增加量(环境)
产生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖
消耗量(黑暗)
积累量、增加量
产生量、生成量、制造量、合成量

3.光合速率的测定方法
(1)“液滴移动法”

①测定呼吸速率
a．装置烧杯中放入适宜浓度的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(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率
a．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。
b．必须给予足够光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。
(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，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(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。

考向一　真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析
5．在CO2浓度为0.03%和适宜的恒定温度条件下，测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率，结果如图。下列有关分析正确的是(　　)

A．a点时，植物甲不进行光合作用
B．c点时，植物甲和植物乙制造的有机物一样多
C．b点时，植物乙的叶肉细胞中只有细胞质基质和线粒体能产生ATP
D．d点时，主要是CO2浓度限制了植物乙光合速率的增大
答案　D
解析　a点时的光照强度为植物甲的光补偿点，此时植物甲的光合作用强度等于细胞呼吸强度，A错误；c点时，植物甲和植物乙的净光合作用强度相同，但细胞呼吸强度不同，因此植物甲和植物乙制造的有机物不一样，B错误；b点时同时进行光合作用和细胞呼吸，因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C错误；d点时植物乙达到光饱和点，因此光照强度不再是限制因素，而题中又提出“适宜的恒定温度条件”，因此此时限制植物乙光合速率增大的主要环境因素是CO2浓度，D正确。
6．如图表示在适宜温度和CO2浓度下的大棚中，光照强度对某植物体光合作用的影响。下列有关说法正确的是(　　)

A．光照强度为D时，光反应最强，细胞中的ATP大量积累
B．B点时叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度
C．植物细胞呼吸产生的CO2总量＝S2＋S4
D．大棚用红色或蓝紫色薄膜对提高棚内植物的产量最有效
答案　B
解析　细胞中的ATP不能大量积累，A错误；B点时，整个植物体的光合作用强度等于细胞呼吸强度，但是叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，B正确；植物细胞呼吸产生的CO2总量＝S1＋S2＋S4，C错误；大棚用无色透明的薄膜对提高棚内植物的产量最有效，D错误。
考向二　光合速率的测定
7．为探究光照强度对光合作用的影响，某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在25 ℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是(　　)

A．在无光条件下，液滴向左移动
B．在有光条件下，液滴向右移动
C．在有光条件下，液滴向右移动的距离代表总光合速率
D．随着光照强度的增强，液滴向右移动的距离逐渐增大
答案　A
解析　由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不变，所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。在无光条件下，绿色植物只进行细胞呼吸，消耗O2，液滴左移，A项正确；在有光条件下，绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2，又进行光合作用产生O2，若光合作用＞细胞呼吸，液滴右移，若光合作用＝细胞呼吸，液滴不移动，若光合作用＜细胞呼吸，液滴左移，B项错误；在有光条件下，液滴向右移动的距离代表净光合速率，C项错误；在达到光饱和点之前随着光照强度的增强，液滴向右移动的距离逐渐增大，D项错误。
8．用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5 m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下(不考虑化能合成作用)。下列有关分析合理的是(　　)
透光玻璃瓶甲
透光玻璃瓶乙
不透光玻璃瓶丙
4.9 mg
5.6 mg
3.8 mg

A.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜
B．在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1 mg
C．在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D．在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1 mg
答案　B
解析　丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质，A项错误；本实验中氧气含量甲瓶－丙瓶＝4.9－3.8＝1.1(mg)，可表示一昼夜丙瓶中生物细胞呼吸消耗的氧气量，乙瓶－甲瓶＝5.6－4.9＝0.7(mg)，可表示一昼夜乙瓶中生物产生的净氧气量，因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量＝1.1＋0.7＝1.8(mg)，B项正确、D项错误；一昼夜后，乙瓶水样中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中只进行细胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C项错误。
9．(2021·四川省达州市高三二诊)将只含有小球藻的培养液置于密闭恒温箱中，8：00至24：00给予恒定光照强度，24：00至次日8：00为黑暗条件，每隔1小时检测恒温箱中CO2浓度。下列分析不正确的是(　　)
培养
条件
光照阶段
黑暗阶段
测定
时间
8：00
9：00
10：00
11：00
12：00
～
24：00
1：00
2：00
3：00
4：00
5：00
6：00
7：00
8：00
CO2
浓度
(μL/L)
570
420
290
220
180
270
360
450
540
600
645
680
695

A.12：00～24：00小球藻的光合速率等于呼吸速率
B．在黑暗阶段，小球藻的呼吸速率逐渐增强
C．24小时的实验结束后，小球藻的总干重减少
D．给小球藻提供C18O2，一段时间后可能检测到18O2
答案　B
解析　据表分析，12：00～24：00时间段，CO2浓度始终维持在180 μL/L，说明该时间段内光合作用消耗的二氧化碳总量等于细胞呼吸产生的二氧化碳总量，A正确；小球藻置于密闭的恒温箱中，整个黑暗培养阶段每个小时的二氧化碳变化量在1：00～4：00为90 μL/L，随着细胞呼吸的进行二氧化碳变化量逐渐减小，故呼吸速率开始不变，然后逐渐降低，B错误；24小时的实验结束后，CO2浓度有所增加，故小球藻的总干重减少，C正确；给小球藻提供C18O2，则产生的18O首先出现在光合作用产生的有机物和水中，而产生的H218O参与光反应，产生的18O2能释放到植物周围空气中，D正确。
考点三　光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析

1．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动

(1)细胞呼吸对应点(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)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②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，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大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。
2．植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析

图1的B点，图2的B′C′段形成的原因是：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。
图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。
图1的E点、图2的F′G′段形成的原因是：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后光合小于呼吸。
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。
3．温度对光合作用和细胞呼吸的影响

图中，细胞呼吸速率(黑暗中CO2的释放量)的最适温度为30 ℃，真正光合速率(CO2的消耗量)的最适温度为25 ℃，净光合速率(CO2的吸收量)的最适温度为20 ℃。

考向一　不同条件下光合作用和细胞呼吸速率曲线的分析
10．已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是(　　)

A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
答案　C
解析　由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点时吸收的CO2增多，d点上移；b点光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使光合作用强度仍然与细胞呼吸强度相等，则需降低光照强度，即b点左移，C正确。
11．(2020·江西省高三第二次大联考)RuBP羧化酶催化C5与CO2结合生成C3。将某种植物置于适宜的光照和温度条件下，测定叶片不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量，得到如下图所示的结果。据图作出的推测合理的是(　　)

A．b→a，叶肉细胞吸收CO2的速率增加
B．b→c，RuBP羧化酶量限制了光合速率
C．b→a，光反应产生ATP的速率增加
D．b→c，叶片的光合速率等于呼吸速率
答案　B
解析　b→a，叶肉细胞中C5的含量增加，细胞间隙CO2浓度较低，则叶肉细胞吸收CO2的速率降低，A项错误；b→c，C5的含量相对稳定，则叶肉细胞的光合速率相对稳定，此时，RuBP羧化酶量限制了光合速率，B项正确；由于该种植物置于适宜的光照和温度条件下，所以其光反应速率不变，C项错误；b→c在适宜的光照和温度条件下，叶片的光合速率大于呼吸速率，D项错误。
考向二　光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
12．将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后
B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点
D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加
答案　C
解析　图甲中的C、F点表明光合作用速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d点，F点对应h点，故C错误。
13．下面甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO2的吸收与释放(m、N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．若SB－SA＞0，则多余的水分用于光合作用等生理过程
B．若SB－SA＞0，且Sm－SN－SL＞0，则丛林中树木的净光合作用大于0
C．从暗反应的角度考虑，若在一昼夜内SN＋SL＜Sm，植物就能正常生长
D．若SB－SA＜0，仅从环境推测，当日气温可能偏高或土壤溶液浓度偏低
答案　D
解析　分析题图可知，SB是植物细胞吸收的水分，SA是植物通过蒸腾作用散失的水分，SB－SA＞0，多余的水分用于光合作用等生理过程，A正确；SB－SA＞0，代表植物细胞吸收的水分大于蒸腾作用散失的水分，Sm－SN－SL＞0，代表有机物的积累量大于0，B正确；若在一昼夜内SN＋SL＜Sm，说明有机物的积累量大于0，该植物能正常生长，C正确；SB－SA＜0，代表植物细胞吸收的水分小于蒸腾作用散失的水分，从环境推测，可能的原因是当日气温可能偏高，蒸腾作用强，或者土壤溶液浓度高，细胞不能吸水，甚至失水，D错误。
规律方法　提高大棚内农作物产量的途径
途径
具体方法和注意事项
延长光照时间
夜间适当补充光照：最好选择日光灯，时间不能太长，保证经济效益
增大光合面积
合理密植：要适度，避免相互遮光造成减产
间作、套种：要选择合适的两种作物，减少竞争导致的减产
提高光合作用强度　
提高CO2浓度：如适当通风、焚烧秸秆、施用农家肥
合理施肥：如农家肥和化肥配合使用，还要避免施肥过度造成“烧苗”
提高净光合作用速率
适当增大昼夜温差：白天适当升温，夜间适当降温，增加有机物的积累量









教材结论性语句
1．绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。
2．绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。
3．真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
(1)光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。
(2)光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。
(3)光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。

1．(2018·海南，4)高等植物细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是(　　)
A．光合作用中的光反应
B．光合作用中CO2的固定
C．葡萄糖分解产生丙酮酸
D．以DNA为模板合成RNA
答案　A
解析　高等植物细胞中，光合作用中的光反应只能发生在类囊体薄膜上，A正确；光合作用中CO2的固定发生在叶绿体基质中，B错误；葡萄糖分解产生丙酮酸发生在细胞质基质中，C错误；以DNA为模板合成RNA，即转录过程，发生在细胞核和叶绿体、线粒体基质中，D错误。
2．(2017·北京，2)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如下图。据此，对该植物生理特性理解错误的是(　　)

A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25 ℃
C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃
答案　D
解析　由图可知，呼吸作用的最适温度为50 ℃左右，光合作用的最适温度为30 ℃左右，A项正确；由题图可知，植物体净光合作用的最适温度约为25 ℃，B项正确；在0～25 ℃范围内，随温度升高，总光合速率曲线的上升幅度比呼吸速率曲线上升幅度大，说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的影响大，C项正确；由图可以看出，当温度超过45 ℃时，净光合速率小于0，植物不能正常生长，D项错误。
3．(2020·海南，21)在晴朗无云的夏日，某生物兴趣小组测定了一种蔬菜叶片光合作用强度的日变化，结果如图。请回答下列问题：

(1)据图分析，与10时相比，7时蔬菜的光合作用强度低，此时，主要的外界限制因素是______________________；从10时到12时，该蔬菜的光合作用强度________。
(2)为探究如何提高该蔬菜光合作用强度，小组成员将菜地分成A、B两块，10～14时在A菜地上方遮阳，B菜地不遮阳，其他条件相同。测得该时段A菜地蔬菜的光合作用强度比B菜地的高，主要原因是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)小组成员又将相同条件的C菜地的上方和四周用遮阳网全部覆盖，测得棚内温度比B菜地高，一段时间后比较B、C两块菜地的蔬菜产量。与B菜地相比，C菜地蔬菜产量低，从光合作用和呼吸作用的原理分析，原因是__________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)光照强度　降低　(2)B菜地光照强度过高，同时温度上升，导致蔬菜部分气孔关闭，二氧化碳吸收受阻，光合作用速率降低　(3)C菜地的温度上升，光合作用有关酶活性下降，细胞呼吸有关酶活性增加，C菜地的净光合作用降低，产量下降，因此C菜地的蔬菜产量低于B菜地
解析　(1)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加，与10时相比，7时的光照强度弱，此时，影响光合作用的主要因素是光照强度，10时到12时，从图中分析可知，蔬菜的光合作用强度降低。(2)光合作用在一定范围内随光照强度的增加而增加，当光照强度持续增加同时温度上升，部分气孔会关闭，导致植物从外界吸收二氧化碳受阻，植物暗反应受到限制，光合作用强度降低。(3)当温度升高后，与光合作用有关的酶会由于温度过高而活性降低，光合作用强度降低，细胞呼吸有关酶的最适温度高于光合作用有关酶的最适温度，呼吸速率上升，最终导致净光合速率降低，蔬菜的有机物积累减少，产量降低。
4．(2018·全国Ⅱ，30)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________。
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
解析　(1)根据题图中的曲线可知，A叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为1 200 μmol·m－2·s－1，B叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为2 000 μmol·m－2·s－1，即A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片，因此A叶片位于树冠下层。(2)当光照强度达到一定数值时，A叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，原因可能是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。
课时精练
一、选择题
1．(2021·广东省惠州市高三调研)下列有关光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是(　　)
A．无氧呼吸的第一、二阶段均可产生[H]
B．马拉松比赛中人体主要通过无氧呼吸获得能量
C．CO2固定不需要光照，但需要酶的催化
D．光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧一部分来自H2O，一部分来自CO2
答案　C
解析　无氧呼吸第一阶段产生[H]，并用于第二阶段将丙酮酸还原为酒精和CO2或者乳酸，A错误；马拉松比赛中人体主要是从分解有机物产生二氧化碳和水的过程中获得能量，也能从产生乳酸的过程中获得少量能量，B错误；暗反应中CO2的固定过程需要酶的催化且不消耗ATP，C正确；光合作用产生的(CH2O)中的氧全部来自CO2，D错误。
2．如图表示细胞内部分物质转变过程，下列相关描述正确的是(　　)

A．能够在生物膜上完成的过程是2、5、6、7、8
B．过程3、4的进行需要同种酶的催化
C．图中过程7需要过程1的参与，而过程8中同时进行了过程2
D．在绿色植物的叶肉细胞内，线粒体通过过程2合成的ATP比叶绿体通过过程2合成的ATP用途单一
答案　C
解析　图中2表示ATP的合成，可发生在线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上；5表示发生在线粒体内膜上的有氧呼吸的第三阶段；6表示发生在叶绿体类囊体薄膜上的光反应过程中的水的光解；7表示发生在叶绿体基质中的光合作用的暗反应阶段；8表示无氧呼吸或有氧呼吸的第一、第二阶段，无氧呼吸的场所是细胞质基质，有氧呼吸的第一、二阶段分别发生在细胞质基质和线粒体基质中，A项错误；过程3表示转录，需要RNA聚合酶催化，过程4表示逆转录，需要逆转录酶催化，B项错误；图中过程7需要ATP水解供能，即过程1的参与，过程8(细胞呼吸)中，有机物分解释放的能量部分用于合成ATP，所以过程8中同时进行了过程2，C项正确；在绿色植物的叶肉细胞内，线粒体通过过程2合成的ATP可用于除了暗反应以外的细胞各项生命活动，叶绿体通过过程2合成的ATP只能用于C3的还原，D项错误。
3．(2020·福建省莆田市高三教学质量检测)下列关于同位素标记法应用的描述，不恰当的是(　　)
A．可用18O2探究有氧呼吸的整个过程
B．可用l4CO2探究光合作用中碳的转移途径
C．可用3H标记的亮氨酸研究分泌蛋白合成和分泌过程
D．可用131I研究甲状腺吸收碘量与甲状腺激素合成的关系
答案　A
4．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析，错误的是(　　)

A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
答案　A
解析　在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖，A错误；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质，B正确；由图可知，CO2与PEP、C5结合分别形成OAA和PGA，C正确；液泡内的液体称为细胞液，夜间时苹果酸进入细胞液中，使细胞液pH下降，D正确。
5．将长势相似的甲、乙两株同种植物分别置于两个同样大小密闭的透明玻璃罩a、b中，甲给予适宜强度的光照，乙遮光(黑暗)处理，其他条件相同。下列分析正确的是(　　)
A．a玻璃罩中的CO2含量将持续降低
B．b玻璃罩中植株的干重将持续降低
C．甲、乙两植株的叶肉细胞中形成ATP的场所均不同
D．甲植株的光合作用强度不会等于乙植株的细胞呼吸强度
答案　B
解析　在适宜强度的光照下，a玻璃罩中的植物甲，初始时光合作用强度大于细胞呼吸强度，导致CO2含量逐渐降低，当CO2含量降低到一定程度时，光合作用强度与细胞呼吸强度相等，a玻璃罩中CO2含量维持在较低水平，A错误；b玻璃罩中的乙植株进行遮光(黑暗)处理，不能进行光合作用，但可通过细胞呼吸消耗有机物，因此b玻璃罩中植株的干重将持续降低，B正确；甲植株的叶肉细胞中形成ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体，乙植株的叶肉细胞中形成ATP的场所是细胞质基质和线粒体，因此二者形成ATP的场所不完全相同，C错误；在某一时刻，甲植株的光合作用强度会等于乙植株的细胞呼吸强度，D错误。
6.如图中纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化(注：不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相同)。下列说法正确的是(　　)

A．若f点以后进一步提高光照强度，光合作用强度会一直不变
B．若a代表O2吸收量，d点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C．c点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D．若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，e点可能向右下方移动
答案　D
解析　e点时已经达到光饱和点，其他条件不变，f点以后提高光照强度可能会伤害叶片中的叶绿体，光合作用强度可能会发生变化；若a代表O2吸收量，d点时，整个植株既不吸收O2也不释放O2，但对于叶肉细胞来说有氧气的净释放；图中c点时，叶肉细胞只能进行细胞呼吸，故产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体；若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，光饱和点增大，e点将向右下方移动。
7．(2020·湖南省五市十校高三第二次联考)下列关于细胞代谢的叙述，正确的是(　　)
A．同一细胞中同时存在催化丙酮酸生成乳酸或酒精的酶
B．白天用含18O的水浇灌黄瓜植株，则黄瓜植株周围空气中含18O的物质可能有H218O、18O2、C18O2
C．人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D．黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中有机物总量先减少后增加
答案　B
解析　同一细胞中不可能同时存在催化丙酮酸生成乳酸或酒精的酶，A错误；如果白天用含18O的水浇黄瓜植株，含有18O的水通过蒸腾作用进入周围空气，再通过光合作用过程中水的光解形成氧气进入空气，含有18O的水参与有氧呼吸的第二阶段形成含18O的二氧化碳进入空气，因此周围空气中可能检测出H218O、18O2、C18O2，B正确；人体在剧烈运动时所需要的能量由葡萄糖分解提供，此时肌肉细胞会进行无氧呼吸产生乳酸，而乳酸不能再分解供能，C错误；黑暗条件下绿豆萌发成豆芽的过程中不断消耗有机物，而又不能进行光合作用合成有机物，因此有机物总量将减少，D错误。
8．科研人员探究温度对密闭罐中水蜜桃果肉细胞呼吸速率的影响，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．20 h内，果肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
B．50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，密闭罐中CO2浓度会增加
C．50 h后，30 ℃的有氧呼吸速率比2 ℃和15 ℃慢，是因为温度高使酶活性降低
D．实验结果说明温度越高，果肉细胞有氧呼吸速率越大
答案　B
解析　果肉细胞不能进行光合作用，其产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，A项错误；50 h后，30 ℃条件下果肉细胞没有消耗O2，是由于此温度条件下酶的活性较高，有氧呼吸已将O2消耗殆尽，以后仅进行无氧呼吸，故密闭罐中CO2浓度会增加，B项正确、C项错误；由于酶具有最适温度，超过最适温度，有氧呼吸速率会降低，D项错误。
9．某实验小组研究温度对水绵光合作用和细胞呼吸的影响，实验结果如图所示。据图分析，下列有关说法正确的是(　　)

A．依图可知，水绵细胞呼吸的最适温度为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小时，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
答案　B
解析　图中纵坐标表示光照下吸收CO2的量(即净光合速率)或黑暗中释放CO2的量(即呼吸速率)。由于没有对高于35 ℃条件下水绵细胞的细胞呼吸进行研究，因此，不能说明水绵细胞呼吸的最适温度为35 ℃，A错误；水绵细胞积累有机物的速率是指净光合速率，从图中可以看出，在25 ℃时水绵细胞在光照下吸收CO2的量最高，即积累有机物的速率最大，B正确；通过计算，在20 ℃时，每天光照10小时，一昼夜(24小时)水绵积累的有机物最多，即3.25×10－1.5×14＝11.5(mg)(用CO2吸收量表示)，C错误；在5 ℃时，水绵细胞产生氧气的速率是1.5 mg/h(用CO2量表示)，消耗氧气的速率是0.5 mg/h(用CO2量表示)，可知水绵细胞产生氧气的速率是消耗氧气速率的3倍，D错误。
10．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化，图乙表示水稻CO2吸收速率与光照强度的关系。下列有关说法正确的是(　　)

A．图甲中，光照强度为b时，光合速率等于呼吸速率
B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C．图甲中的c点和图乙中的h点对应
D．图乙中，限制e、f、g点光合速率的因素主要是光照强度
答案　B
解析　图甲中：光照强度为a时，O2产生总量为0，只进行细胞呼吸，据此可知，呼吸强度为6；光照强度为b时，CO2释放量大于0，说明光合作用速率小于细胞呼吸速率，A错误；光照强度为d时，O2产生总量为8，则光合作用总吸收二氧化碳为8，因而单位时间内细胞从周围吸收8－6＝2个单位的CO2，B正确；图甲中的c点O2产生总量为6，与细胞呼吸产生的CO2相等，所以和图乙中的f点对应，C错误；限制g点光合作用速率的因素是温度、CO2浓度等，而限制e、f点光合作用速率的因素主要是光照强度，D错误。
二、非选择题
11．小球藻细胞中的叶绿体和线粒体采用一定方法分离后，进行了如下实验：将叶绿体和线粒体分别加入甲、乙两支试管中，甲中盛有适宜浓度的NaHCO3溶液，乙中盛有适宜浓度的丙酮酸溶液，当处于充足光照且其他条件适宜的环境中，两支试管内都会产生气泡。请分析回答：
(1)提取小球藻叶绿体中色素并分离的过程中，在滤纸条上扩散速度最快的色素是_________，其中叶绿素主要吸收_________光，其分子中含有_______(填“Fe2＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(2)从小球藻细胞中分离得到叶绿体和线粒体的常用方法是__________________。
(3)甲中的气泡产生于光合作用的________阶段，该阶段同时产生的NADPH转移途径是__________________；乙中的气体可使________________水溶液由蓝变绿再变黄。
(4)若原实验在黑暗且其他条件相同的环境中进行，则甲、乙两支试管内的实验现象分别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)胡萝卜素　红光和蓝紫　Mg2＋　(2)差速离心法　(3)光反应　类囊体薄膜→叶绿体基质　溴麝香草酚蓝　(4)甲试管中无气泡产生，乙试管中有气泡产生　黑暗条件下甲试管中光合作用(光反应阶段)不能进行，乙试管通过细胞呼吸产生CO2
解析　(3)甲试管在光下能够在类囊体薄膜上进行光合作用的光反应，该反应能生成氧气和NADPH，氧气以气泡的形式释放出去。NADPH在类囊体薄膜上生成后会进入叶绿体基质中参与暗反应。乙试管无法进行光合作用，没有氧气生成，乙试管中的丙酮酸能够进入小球藻细胞的线粒体中参与有氧呼吸的第二阶段，生成CO2，CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。
12．植物A有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中(如图一所示)；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用(如图二所示)。植物B的CO2同化过程如图三所示，请回答下列问题：


(1)植物A气孔开闭的特点与其生活环境是相适应的，推测植物A的生活环境可能是__________________。植物A夜晚能吸收CO2，却不能合成(CH2O)的原因是缺乏暗反应必需的____________________；白天植物A进行光合作用所需的CO2是由________和________释放的。
(2)在上午10：30时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，植物A和植物B细胞中C3含量的变化分别是______________、______________。
(3)将植物B放入密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情况，绘成下图的曲线。

在一天当中，植物B有机物积累量最多是在曲线的________点。据图分析，一昼夜后玻璃罩内植物B体内有机物的含量将会________。
答案　(1)炎热干旱　ATP、NADPH　苹果酸(脱羧作用)　细胞呼吸　(2)基本不变　降低　(3)F　增加
解析　(1)植物A的气孔在白天关闭，晚上开放，而气孔的开闭与蒸腾作用有关，据此推测植物A可能生活在炎热干旱的环境中；植物A夜晚不能进行光反应，不能为暗反应提供ATP、NADPH，所以吸收的CO2不能合成(CH2O)；白天植物A进行光合作用所需要的CO2由苹果酸经脱羧作用释放和细胞呼吸产生。(2)在上午10：30时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，植物A由于气孔关闭，不吸收CO2，C3的含量基本不变；而植物B吸收的CO2减少，CO2的固定减弱，细胞中C3的含量降低。(3)据图分析，F点CO2浓度最低，说明此时玻璃罩内CO2被吸收得最多，植物积累有机物最多；由于G点的CO2浓度比A点低，说明一昼夜后玻璃罩内植物B体内有机物的含量增加。
13．(2020·海南省高三下学期新高考线上诊断性测试)请回答下列问题：
(1)某研究小组对甲、乙两种植物的叶肉细胞在不同光照强度下的相关生理过程进行了测定，得到了下表所示数据(光照强度的单位为千勒克斯，CO2的吸收和释放速率的单位不作要求)：
项目
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度
光饱和时的
光照强度
光饱和时植物吸收CO2的速率
黑暗条件下CO2释放的速率
甲
1
3
18
10
乙
3
8
30
15

当光照强度为2千勒克斯时，甲植物光合作用产生的O2的去向是_____________________，
乙植物光合作用产生的O2的去向是________________________。当光照强度为8千勒克斯时，乙植物的总光合速率是________。
(2)如图所示装置可以测定一些生理活动强度(仅考虑以葡萄糖为呼吸作用底物)：

①若甲烧杯中为酵母菌培养液，乙烧杯中为NaOH溶液，液滴向左移动，则单位时间内移动的距离可代表____________________。
②若甲烧杯中为小球藻培养液，乙烧杯中为______________，装置置于适宜光照强度条件下，液滴向________移动，则单位时间内移动的距离可以代表小球藻净光合作用强度。
答案　(1)一部分供线粒体有氧呼吸消耗，一部分释放到体外　全部供线粒体有氧呼吸消耗　45　(2)①酵母菌有氧呼吸的强度　②NaHCO3溶液(或CO2缓冲液)　右
解析　(1)光照强度为2千勒克斯时，甲光合作用＞呼吸作用，甲叶片释放的O2一部分供线粒体有氧呼吸消耗，一部分释放到体外；同理乙植物在此时光合作用＜呼吸作用，乙叶片释放的O2全部供线粒体有氧呼吸消耗。乙植物在光照强度为8千勒克斯时已经达到光饱和点，乙叶绿体产生的氧气量为45。(2)①酵母菌有氧呼吸消耗氧气，NaOH溶液将呼吸作用释放的二氧化碳吸收使内部体积变小，液滴左移，单位时间内移动的距离可代表酵母菌有氧呼吸的强度。②若甲烧杯中为小球藻培养液，乙烧杯中为CO2缓冲液，装置置于一定的光照强度下，若液滴向右移动，单位时间内移动的距离可以代表小球藻净光合作用强度。