2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第三单元第04讲光合作用


第04讲　光合作用、细胞呼吸在生命体系中的关系及应用
最新考纲
高频考点
核心素养
光合作用与细胞呼吸在植物代谢中的综合性考查(Ⅱ)
光合作用与呼吸作用在作物增产中的实际应用
科学探究与社会责任——灵活运用所学的生物知识，尝试解释当今生产实践中有关增产增收问题

考点一　光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用

1．光合作用与有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物合成有机物
有机物被分解成无机物
能量变化
光能→稳定的化学能
稳定的化学能→热能、ATP中活跃的化学能
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物、释放能量，供细胞利用
场所
主要是叶绿体
细胞质基质和线粒体
条件
只在光下进行
时刻都能进行
2.光合作用与有氧呼吸的联系

(1)物质方面
C：CO2C6H12O6C3H4O3CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6
[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃的化学能C6H12O6中稳定的化学能
3．在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的计算

(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。
　热图解读
有关光合速率(真光合)、净光合速率与呼吸速率的曲线总结
相关曲线分析


以测定的CO2吸收量与释放量为指标


【真题考情】　(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”)。
教材命题
本题主要考查光合色素、影响光合作用的因素以及光合作用与呼吸作用的关系等知识，意在考查考生的识图析图能力以及运用所学知识进行分析判断的能力。要求考生须具备一定的科学思维能力，及社会责任意识。阴生植物光合作用“吸收”的CO2量应该是指“固定”的CO2量，考生不可因惯性思维而错答
微解导思　由图中植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率三者之间的关系可知，图中植物群体光合速率其实代表总光合速率，阴生植物光合作用“吸收”的CO2量应该是指“固定”的CO2量。(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，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作用释放的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)类囊体薄膜　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
考向一 光合作用与呼吸作用基本过程的联系
1．如图表示光合作用与细胞呼吸过程中物质变化的关系，下列相关说法正确的是(　　)

A．1、5过程都能为绿色植物的各种生命活动提供能量
B．有氧呼吸和无氧呼吸都能进行的是3过程
C．1过程产生的[H]不能与氧结合生成水
D．某植物细胞内1过程产生的O2若参与到5过程中需至少穿越4层磷脂分子
解析　图中1过程为光合作用的光反应阶段、2过程为光合作用的暗反应阶段、3过程为有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段、4过程为有氧呼吸的第二阶段、5过程为有氧呼吸的第三阶段。1过程产生的ATP只能用于叶绿体内的生命活动。有氧呼吸和无氧呼吸相同的过程是细胞呼吸的第一阶段，即3过程。1过程产生的[H]主要用于暗反应，也能与氧结合。植物细胞内1过程产生的O2若参与到5过程中至少需穿越叶绿体的2层膜和线粒体的2层膜，即8层磷脂分子。故选B。
答案　B
2．如图为某植物叶肉细胞内生理活动的示意图，其中a、b代表细胞结构，①～⑤代表物质，下列说法正确的是(　　)

A．色素只存在于结构a中，可以用无水乙醇进行提取
B．图中a实现的能量转换为光能直接转换为稳定的化学能
C．①②分别为H2O和CO2，该细胞的光合速率小于呼吸速率
D．⑤代表的物质为ATP，图中细胞外K＋运输到细胞内的方式是主动运输
解析　分析题图可知，图中结构a代表叶绿体、b代表线粒体，叶肉细胞中叶绿体中含有色素，液泡中也可能含有色素，A项错误；a代表叶绿体，叶绿体是植物细胞进行光合作用的场所，光合作用过程中发生的能量变化是光能先转换成ATP中活跃的化学能，ATP中活跃的化学能再转换成(CH2O)中稳定的化学能，B项错误；①可用于光合作用和细胞呼吸，且细胞呼吸也可产生①，所以①为H2O，②可来自细胞外和线粒体，推知其为CO2，该细胞需要从外界吸收CO2，所以光合速率大于呼吸速率，C项错误；⑤代表的物质为ATP，由此可以判定K＋由细胞外运输到细胞内的方式为主动运输，D项正确。
答案　D
考向二 光合作用与呼吸作用在生产实践中的应用
3.(2019·山东联考)如图是温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用影响的研究结果，有关说法不正确的是(　　)

A．光合酶和呼吸酶的最适温度不同，光合作用速率最大时的温度为30 ℃
B．在15 ℃时，光合作用速率为呼吸作用速率的3.5倍
C．每天光照12 h，最有利于植物生长的温度是25 ℃
D．持续光照，最有利于植物生长的温度是25 ℃
解析　本题借助柱状图考查光合作用和呼吸作用的关系及其影响因素。光照下CO2吸收量表示净光合速率，黑暗中CO2释放量表示呼吸速率，从图中分析可知，当温度超过25 ℃时，该植物的净光合速率下降，而呼吸速率上升，说明光合酶和呼吸酶的最适反应温度不同，真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图中该值最大是在30 ℃，为3.5＋3＝6.5(mg/h)，A项正确；15℃时，光合作用速率＝2.5＋1＝3.5(mg/h)，呼吸速率为1 mg/h，前者是后者的3.5倍，B项正确；每天光照12 h，则黑暗12 h，有利于植物生长的应是24 h积累有机物最多的温度，25 ℃时有机物的积累值用CO2吸收值表示约为(3.8－2.3)×12＝18(mg)，而20 ℃时该值约为(3.2－1.5)×12＝20.4(mg)，因此，最有利于植物生长的温度在20 ℃左右，C项错误；持续光照，净光合速率最大的是25 ℃，该温度下积累有机物最多，因此最有利于植物生长，D项正确。
答案　C
4．科研人员进行植物叶面积指数与细胞呼吸、总光合作用量、干物质积累量关系的实验，所获有关数据如下表所示。请据表判断下列叙述正确的是(　　)
叶面积指数/(cm2/cm2)
1
2
3
4
5
6
7
8
总光合作用量/
(μmol CO2·cm－2·h－1)
12
35
58
76
85
92
93
93
呼吸量/
(μmol CO2·cm－2·h－1)
8
25
30
45
50
68
93
97
注　叶面积指数指单位地表面积上植物叶片的面积。
A．随着叶面积指数的增加，植物的干物质积累量增加
B．叶面积指数为5时，植物的干物质积累量一定最大
C．叶面积指数>6时，限制植物总光合作用量增加的因素是含水量和温度
D．从能量流动的角度看，植物的干物质积累量≥0
解析　干物质积累量＝总光合作用量－呼吸量，由表可知，植物的干物质积累量随叶面积指数的增加而先增加后减少，A项错误；由表中数据只能得出，植物的干物质积累量最大值对应的叶面积指数在5左右，B项错误；植物的叶面积指数大于6时，由于叶片重叠较多，限制植物总光合作用量增加的因素主要是光照强度，C项错误；在生态系统中，植物要维持生命，其干物质积累量应该大于等于0，D项正确。
答案　D
5．将同一菠菜叶片用打孔器打成叶圆片若干，分组进行如下实验。已知叶片实验前，在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即再光照1 h(光照强度相同)，再测其质量变化，得到如下结果：
组别
甲
乙
丙
丁
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后质量变化/mg
－1
－2
－3
－1
光照后与暗处理前质量变化/mg
＋3
＋3
＋3
＋1
请计算：光合作用最适温度和30 ℃总光合速率各是多少？
解析　解答本题的关键是知道光照后的净光合作用量是从暗处理之后开始积累的，而题目已知的条件是光照后与暗处理前质量的变化，直接计算总光合速率时很容易错把净光合作用量当成总光合作用量。
假设暗处理1 h 后的质量变化为M，即呼吸速率；再给1 h光照，叶圆片积累的总量是N，即净光合速率，则光照后与暗处理前的质量变化为X＝N－M，所以净光合速率(N)＝X＋M，总光合速率＝X＋2M。题表可以转换成：
组别
甲
乙
丙
丁
温度/℃
27
28
29
30
净光合速率/(mg/h)
4
5
6
2
总光合速率/(mg/h)
5
7
9
3
因此，光合作用的最适温度约为29 ℃；温度为30 ℃时叶片总光合速率为3 mg/h。
答案　29℃　3 mg/h
考点二　解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线


[图例分析]
1．图甲中各点含义及形成原因分析
a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段：光合作用大于呼吸作用。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
2．图乙中各点含义及形成原因分析
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度