光合作用与呼吸作用的关系.docx
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光合作用与呼吸作用的关系
重点题型1 光合作用与呼吸作用的关系
1.光合作用与细胞呼吸四层面区别
项目
光合作用
细胞呼吸
发生范围
含叶绿体的植物细胞；蓝藻、光合细菌等
所有活细胞
发生场所
叶绿体（真核生物）；细胞质（原核生物）
细胞质基质、线粒体
发生条件
光下
时时刻刻进行
实质
无机物
有机物；储存能量
有机物
无机物；释放能量
2.光合作用与细胞呼吸三层面联系
（1）过程联系
（2）物质联系
①C元素：
CO2
（CH2O）
丙酮酸
CO2
②O元素：
H2O
O2
H2O
③H元素：
H2O
[H]
（CH2O）
[H]
H2O
（3）能量联系
点悟 光合作用和细胞呼吸中H2O的产生与消耗不同：
光合作用过程中在叶绿体类囊体薄膜上消耗H2O，在叶绿体基质中产生H2O；有氧呼吸过程中在线粒体基质中（第二阶段）消耗H2O，在线粒体内膜上（第三阶段）产生H2O。
3．光合作用与有氧呼吸中[H]、ATP来源与去路
【例证1】（2017·全国卷Ⅱ，29）下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
（1）图中①②③④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是______________________________________。
（2）B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________（填“B和C”“C和D”或“B和D”）。
（3）C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是___________________
__________________________________________________________________。
解析
（1）光合作用光反应阶段，水光解形成NADPH和氧气，因此图中①是O2；②可形成NADPH，应为NADP＋；③可形成ATP，应为ADP＋Pi；三碳化合物还原可形成有机物和五碳化合物，因此④表示C5。
细胞呼吸过程中产生的[H]代表的物质主要是NADH。
（2）图中A表示光反应阶段，B表示暗反应阶段，C代表细胞质基质（可发生细胞呼吸的第一阶段），D代表线粒体（可发生有氧呼吸的第二阶段和第三阶段），其中光反应阶段、有氧呼吸的三个阶段都能合成ATP，而暗反应阶段不但不能合成ATP还会消耗ATP。
因此，ATP合成发生在A过程，还发生在C和D。
（3）植物叶肉细胞中，有氧条件下，丙酮酸进入线粒体最终分解形成二氧化碳和水；在缺氧条件下，转化成酒精和二氧化碳。
答案
（1）O2 NADP＋ ADP和Pi C5 NADH
（2）C和D
（3）在缺氧条件下进行无氧呼吸
【例证2】（2018·经典高考）如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图（NADPH指[H]），请回答下列问题：
（1）甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为________，其中大多数高等植物的________需在光照条件下合成。
（2）在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在________（填场所）组装；核编码的Rubisco（催化CO2固定的酶）小亚基转运到甲内，在________（填场所）组装。
（3）甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为________后进入乙，继而在乙的________（填场所）彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的________（填场所）转移到ATP中。
（4）乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括________（填序号）。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2 ④酶的合成
解析
（1）由题图可知甲为叶绿体，乙为线粒体。
植物通过光合作用将光能转变为化学能，参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物的叶绿素需在光照条件下合成。
（2）光反应的场所为类囊体膜，参与光反应中心的蛋白在类囊体膜上组装；Rubisco（催化CO2固定的酶）是参与暗反应的相关酶，在叶绿体基质中组装。
（3）叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2；NADPH可被线粒体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用，NADPH中的能量最终被转移到ATP中。
（4）线粒体产生的ATP被叶绿体利用时，可参与叶绿体内C3的还原、内外物质运输、有关酶的合成等代谢过程，水裂解释放O2利用的是光能。
答案
（1）叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素
（2）类囊体膜上 基质中
（3）丙酮酸 基质中 内膜上
（4）①②④
1．（2019·河南、河北重点高中联考）下图表示某自养型生物细胞内光合作用、细胞呼吸过程中[H]的转移过程。
下列叙述错误的是（ ）
H2O
[H]
（CH2O）
[H]
H2O
A．图中过程①③④都能产生ATP
B．过程③需要H2O参与，能产生CO2
C．过程①和过程④离不开叶绿体和线粒体
D．过程①和过程③产生的[H]不是同种物质
解析 由图分析可知过程①②表示光合作用，过程③④表示有氧呼吸，蓝藻可以进行光合作用，但属于原核生物没有叶绿体；空气中的细菌可以进行有氧呼吸，但没有线粒体，故C错误。
答案 C
2.如图表示玉米体内的部分生理过程，有关分析正确的是（ ）
A.能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ、Ⅲ
B.阶段Ⅰ生成的[H]可作为还原剂用于⑤过程生成水
C.过程①④⑤可为叶肉细胞吸收Mg2＋等提供动力
D.过程③④⑤进行的场所分别是叶绿体基质、细胞质基质、线粒体
解析 图中过程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示光反应、暗反应、有氧呼吸和无氧呼吸。
叶肉细胞生物膜上可进行过程Ⅰ（光反应的场所是类囊体薄膜）、Ⅲ（有氧呼吸第三阶段线粒体内膜上），A正确；光反应产生的[H]、ATP只能用于暗反应，B、C错误；玉米细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，D错误。
答案 A
3.图甲表示在适宜的光照条件下天竺葵叶肉细胞内发生的生理反应过程，图乙表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下，天竺葵植株的净光合作用速率和呼吸作用速率随温度变化的情况。
请据图分析回答下列问题：
（1）图甲中X物质、Y物质分别是________。
①～⑤过程中，能使ADP含量减少的过程是________（填序号），同一植物细胞中①～⑤过程________（填“可以”或“不可能”）同时发生。
（2）当植株处于图乙中D点时所能进行图甲中的生理过程有________（填序号）。
当植株处于图乙中C点时，其叶肉细胞中进行图甲④⑤过程时，这两个过程中的CO2量的关系是______________________________________________________。
根据图乙分析，催化光合作用的酶和催化呼吸作用的酶对温度敏感性强的是________。
（3）图乙中AB段天竺葵植株的总光合速率变化情况是________，原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析
（1）图甲中①为光反应，②为C3的还原，③为有氧呼吸第一阶段，④为有氧呼吸第二阶段，⑤为CO2的固定。
X物质为C3，Y物质为丙酮酸。
光反应和有氧呼吸第一、二阶段都有ATP的产生，此时ADP的量减少。
（2）图乙中CO2吸收量表示净光合速率，CO2产生量表示呼吸速率。
当天竺葵植株处于图乙中D点时净光合速率为0，此时该植株既进行呼吸作用也进行光合作用，故此时能进行图甲中的所有生理过程。
当植株处于图乙中C点时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，此时光合作用固定的CO2量大于呼吸作用产生的CO2量。
分析图乙，当温度升高到B点对应的温度时，净光合速率开始下降，而此时呼吸速率仍在升高，说明催化光合作用的酶对温度的敏感性大于催化呼吸作用的酶。
（3）图乙中AB段CO2的吸收量基本不变，说明净光合速率基本不变，而这个范围内呼吸速率增加，因此说明此阶段总光合速率增加。
答案
（1）C3、丙酮酸 ①③④ 可以
（2）①②③④⑤ ④过程产生的CO2量低于⑤过程固定的CO2量 催化光合作用的酶 （3）增加 此阶段净光合速率基本不变而呼吸速率增加（合理即可）
重点题型2 开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化状况分析
1.开放环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析——特别关注24h内有机物的“制造”、“消耗”与“积累”
2.密闭环境中一昼夜CO2、O2含量的变化曲线
[易错警示]
植株≠叶肉细胞：
密闭小室中气体变化是整棵植株（绿色、非绿色部位）光合作用与呼吸作用综合影响的结果
当密闭小室中CO2（或O2）初测值与末测值相等时：
【例证1】（2016·全国卷Ⅲ，29）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/（mg·CO2·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________，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。
[审题指导]
（1）分析如下
（2）对比实验
实验组三和实验组四
因温度降低，叶片的光合速率下降，
适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。
（3）CO2为气体分子→其进入叶肉细胞的方式为自由扩散→即不需要载体蛋白，也不需要消耗ATP。
[点悟] 分析多因子变量时，一定要遵循单一变量原则，分析温度对光合速率的影响时，温度为单一变量，相对湿度为无关变量，其应该相同，同理，相对湿度为单一变量时，温度应该相同。
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 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（其他合理答案也可）
（3）不需要 不需要
【例证2】（2015·安徽卷，29Ⅰ）科研人员探究了不同温度（25℃和0.5℃）条件下密闭容器内蓝莓果实的CO2生成速率的变化，结果见图1和图2。
（1）由图可知，与25℃相比，0.5℃条件下果实的CO2生成速率较低，主要原因是_____________________________________________________________________；
随着果实储存时间的增加，密闭容器内的________浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸。
该实验还可以通过检测________浓度的变化来计算呼吸速率。
（2）某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案：
①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。
②将甲、乙瓶分别置于25℃和0.5℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。
③记录实验数据并计算CO2生成速率。
为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案（不考虑温度因素）。
a.__________________________________________________________________，
b.__________________________________________________________________。
[审题指导]
（1）由图可知，与25℃相比，0.5℃条件下的CO2生成速率较低，主要原因是温度较低，导致酶的活性较低，呼吸速率较慢，所以其主要原因是：
低温降低了细胞呼吸相关酶的活性；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的CO2浓度越来越高，抑制了果实的细胞呼吸，该实验还可以通过检测O2浓度变化来计算呼吸速率。
（2）根据单一变量原则，控制唯一变量而排除其他无关变量的干扰从而验证唯一变量的作用，所以，选取的果实成熟度也应一致；根据可重复性原则，同一处理在实验中出现的次数称为重复。
重复的作用有二：
一是降低实验误差，扩大实验的代表性；二是估计实验误差的大小，判断实验可靠程度，所以，每个温度条件下至少有3个平行重复实验。
答案
（1）低温降低了细胞呼吸相关酶的活性 CO2 O2
（2）a.选取的果实成熟度应一致 b.每个温度条件下至少有3个平行重复实验
1.（2019·东北育才学校联考）某生物小组利用图1装置在光合作用最适温度（25℃）下培养某植株幼苗，通过测定不同时段密闭玻璃罩内幼苗的O2释放速率来测量光合速率，结果如图2所示，以下说法错误的是（ ）
A.若用缺镁的完全培养液培养一段时间，光合作用的光反应减弱，暗反应也减弱
B.曲线中t1～t4时段，玻璃罩内CO2浓度最高点和最低点依次是t1和t4
C.t4时补充CO2，此时叶绿体内C3的含量将增多
D.若t4时玻璃罩内O2的量比t0时增加了128mg，则此阶段植株积累葡萄糖的量为120mg
解析 若培养液缺镁，则会影响叶绿素的合成，进而影响光反应的进行，而光反应能为暗反应提供ATP和[H]，从而又会影响暗反应的进行，A正确；在t1到t2时段，氧气释放速率为负值，此时二氧化碳浓度还会增加，即在t2时二氧化碳浓度最高，B错误；在t4时补充二氧化碳后，被固定的二氧化碳增多，使C3含量增加，C正确；在此时间段中氧气的积累量对应于葡萄糖的积累量为6molO2，对应于1mol葡萄糖，则氧气增加128mg，葡萄糖的积累量为180×128÷（6×32）＝120（mg），D正确。
答案 B
2.图1是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度和呼吸作用强度的曲线图。
图2为将该植物移入恒温密闭玻璃温室中，置于相同自然环境中连续24h测定的温室内CO2浓度以及植物CO2吸收速率的变化曲线。
请据图回答相关问题（O2充足）：
（1）夏季植物大多会出现“午休”现象，如图1所示，原因是________________，BC段与DE段光合作用强度下降的原因________（填“相同”或“不相同”）。
（2）图1中A点和E点时叶肉细胞内产生[H]的场所是________，与B点相比，C点时植株叶绿体内________（填“C3”或“C5”）的相对含量较高。
（3）图2中，一昼夜温室中O2浓度最高时对应的时间为________h，图2中6h时，叶肉细胞中叶绿体产生的O2量________（填“大于”“小于”或“等于”）其线粒体消耗的O2量。
（4）图2中，经过一昼夜该植物体内________（填“有”或“没有”）有机物的积累，原因是______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
解析
（1）图1中“午休”现象的原因是中午环境温度过高，蒸腾作用强，叶表面的气孔大量关闭，CO2吸收量减少，导致光合作用强度明显减弱，这也是图1中BC段光合作用强度下降的原因；而夏季晴朗的白天，DE段光照逐渐减弱，从而导致DE段光合作用强度下降。
（2）图1中A点和E点都是两曲线的交点，说明此时叶片光合作用强度等于呼吸作用强度，叶肉细胞能通过光反应与有氧呼吸第一、二阶段产生[H]，由此确定此时产生[H]的场所有叶绿体（类囊体薄膜）、细胞质基质和线粒体基质。
与B点相比，C点时植株吸收的CO2量减少，消耗的C5减少，C5含量较高，但C3还原的速率基本不变，C3含量较低。
（3）分析图2可知，图中的CO2吸收速率表示该植物的净光合速率，温室内CO2浓度变化可表示该植物有机物的积累量；由CO2吸收速率曲线可知，实验的前3个小时内植物只进行呼吸作用，6h与18h处曲线与横轴相交，说明此时植物呼吸速率与光合速率相等，整体看来，植物既不从外界吸收CO2也不向外界释放CO2，其呼吸作用产生的CO2正好供应给光合作用，因此一昼夜温室中O2浓度最高时对应的时间为18h。
6h时，CO2的吸收速率等于0，说明此时植株的光合作用强度等于呼吸作用强度，但由于此时植物体内还有不能进行光合作用的细胞（非叶肉细胞），它们也在进行呼吸作用，消耗O2，所以此时植株的叶肉细胞内叶绿体产生的O2量必须大于其线粒体消耗的O2量，这样才能保证非叶肉细胞的O2供应，而使整个植株的光合作用强度等于呼吸作用强度。
（4）图2CO2浓度曲线表明，一昼夜之后，温室内CO2浓度未变（a、b两点的纵坐标相同），说明24h内该植物呼吸作用消耗的有机物量等于植物光合作用制造的有机物量，没有有机物的积累。
答案
（1）中午温度过高，气孔关闭，CO2吸收量减少 不相同
（2）叶绿体类囊体薄膜、线粒体基质和细胞质基质 C5 （3）18 大于 （4）没有 一昼夜之后，CO3浓度不变，说明植物呼吸作用消耗的有机物量等于植物光合作用制造的有机物量
（时间：
30分钟）
1.（2019·四川名校联盟联考）下列关于光合作用和有氧呼吸过程的叙述，错误的是（ ）
A.有氧呼吸第三阶段的产物可为光合作用光反应阶段提供原料
B.两者产生气体的阶段都有水参与
C.两者均会产生ATP用于各项生命活动
D.光合作用光反应阶段的产物可为有氧呼吸第三阶段提供原料
解析 有氧呼吸第三阶段可产生水，可以为光合作用的光反应阶段提供原料，A正确；光合作用的光反应中水光解产生氧气，有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水反应生成CO2，B正确；光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，而有氧呼吸产生的ATP可用于其他各项生命活动，C错误；光反应阶段产生的O2可被有氧呼吸第三阶段利用，D正确。
答案 C
2.如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程。
图中序号表示相关的生理过程。
下列叙述错误的是（ ）
A.在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同
B.在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨
C.在有氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦
D.ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能而不能转变为光能
解析 ④和⑧都表示光反应中水分子在光照下的分解，⑦和⑨都表示有氧呼吸第三阶段中氧气与[H]反应生成水，A正确；小麦根尖成熟区细胞中有线粒体、没有叶绿体，因而可以发生有氧呼吸过程即②③⑥⑦⑨，但不能进行光合作用，B正确；在有氧呼吸过程中，产生能量最多的是第三阶段，即⑦或⑨，C正确；ATP中的化学能可以转变为有机物中的化学能，也可以转变为光能，如萤火虫发光由ATP供能，D错误。
答案 D
3.如图表示可在植物细胞内发生的一些生理过程，下列分析错误的是（ ）
A.不同条件下发生a过程的场所可能不同
B.a、c、d均发生在生物膜上
C.在光照充足的条件下，a＜b，c＜d
D.根尖分生区细胞内能发生a、c过程
解析 a过程表示细胞呼吸，有氧和无氧条件下发生的场所不同，A正确；图中a若为无氧呼吸，则只发生在细胞质基质中，B错误；在光照充足的条件下，光合速率大于呼吸速率，则a＜b，c＜d，C正确；根尖分生区细胞不发生光合作用，只发生呼吸作用，则可发生a、c过程，D正确。
答案 B
4.植物光合作用可受多种环境因素的影响，如图是在不同温度条件下测得的光照强度对小麦O2吸收速率的影响。
下列叙述错误的是（ ）
A.B点时小麦光合作用产生O2的速率等于有氧呼吸消耗O2的速率
B.光照强度和温度都会影响C点的变动
C.若适当提高周围环境中的CO2浓度，D点将向左下方移动
D.D点时叶绿体中产生的O2会流向线粒体和细胞外
解析 B点时小麦的O2吸收速率为0，光合速率等于呼吸速率，因此光合作用产生氧气的速率等于有氧呼吸消耗氧气的速率，A正确；根据图形可知，15℃时，C点以后光照强度增加，但光合速率不变，此时限制因素主要是温度；25℃时，C点以后一定范围内光合速率随光照强度增加而增大，此时限制因素主要是光照强度，故光照强度和温度都会影响C点的变动，B正确；提高环境中CO2浓度，植物的最大光合速率变大，达到最大光合速率的光照强度增大，因此D点向右下方移动，C错误；D点时光合速率大于呼吸速率，小麦叶绿体中产生的O2会流向线粒体和细胞外，D正确。
答案 C
5.（2019·天津和平模拟）下图所示为甘蔗叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是（ ）
A.过程①产生[H]，过程②消耗[H]，过程③既产生也消耗[H]
B.过程②只发生在叶绿体基质中，过程③只发生在线粒体基质中
C.过程①消耗CO2、释放O2，过程③消耗O2、释放CO2
D.若叶肉细胞内过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重必然增加
解析 过程①②③④分别为光反应、暗反应、细胞呼吸和ATP的水解，[H]产生于光反应，用于暗反应，细胞呼吸中，既可产生[H]也可消耗[H]，A正确；暗反应只发生在叶绿体基质，细胞呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，B错误；光反应阶段不消耗CO2，C错误；叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率，但甘蔗植株中非叶肉细胞部分的呼吸作用速率有可能大于叶肉细胞的净光合作用速率，甘蔗干重未必增加，D错误。
答案 A
6.如图为高等绿色植物光合作用和细胞有氧呼吸之间的能量转换示意图，图中①～⑥代表物质，据图判断下列说法错误的是（ ）
A.①和⑤产生后在细胞中的主要分布位置不同
B.由④生成CO2的过程不全部发生在线粒体内
C.给植物提供C18O2和H2O，则植物释放的氧气全部是18O2
D.光照突然增强，短时间内可能会导致①/②的值增大，而后该值下降并最终趋于稳定
解析 由图分析可知，左侧为光合作用过程，右侧为有氧呼吸过程，图中①～⑥依次代表ATP、ADP＋Pi、O2、（CH2O）、ATP、ADP＋Pi，因此，①产生后用于暗反应阶段C3的还原，主要分
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