人教通用版高考生物第三单元细胞的能量供应和利用第10讲光合作用与细胞呼吸的综合应用讲义.docx
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人教通用版高考生物第三单元细胞的能量供应和利用第10讲光合作用与细胞呼吸的综合应用讲义
第10讲 光合作用与细胞呼吸的综合应用
[考纲要求] 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中物质和能量的联系
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
1．光合作用与细胞呼吸中物质及能量转化
（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：
H2O
O2
H2O
CO2
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
产生于光反应中水的光解
用于暗反应中C3的还原
有氧呼吸
产生于第一、二阶段
消耗于第三阶段，与O2结合生成H2O
ATP
光合作用
产生于光反应阶段，其中的能量来自光能
用于暗反应过程中C3的还原，其中的能量转变成有机物中稳定的化学能
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（光合作用的暗反应除外）
（3）光合作用与有氧呼吸中的能量转化
2．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
命题点一 光合作用与细胞呼吸基本过程的判断
1．（2018·天津红桥区高三二模）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 镁是合成叶绿素的成分，光反应阶段需要叶绿素吸收光能，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；图中③光反应过程O2的产生量小于⑥有氧呼吸过程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。
2．（2017·全国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①、②、③、④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_____________________________。
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
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和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（可发生有氧呼吸的第一阶段），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合成除发生在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；在缺氧条件下进行无氧呼吸，转化成酒精和二氧化碳。
命题点二 以叶绿体和线粒体为载体分析光合作用与细胞呼吸的关系
3．下面是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图，下列相关叙述错误的是（ ）
A．细胞①处于黑暗环境中，该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．分析细胞④可得出，此时的光照强度较弱且N1小于M2
答案 D
解析 结合图示可知，细胞①中仅线粒体中有气体的消耗和生成，故应处在黑暗环境中，此时细胞单位时间内释放的CO2量可表示呼吸速率，A项正确；细胞②没有与外界进行气体交换，此时光合速率与呼吸速率相等，B项正确；细胞③需要从外界环境吸收CO2，并向细胞外释放O2，此时细胞所处环境的光照强度大于光补偿点，细胞所利用的CO2包括细胞呼吸产生的N2和从环境中吸收的N1，C项正确；细胞④中，线粒体利用的O2除来自叶绿体外，还要从细胞外吸收，说明此时细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞进行有氧呼吸和光合作用的过程中，O2的净消耗量（吸收量）M2与CO2的净生成量N1相等，D项错误。
4．（2018·江苏，29节选）下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。
（2）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
答案
（1）丙酮酸 基质中 内膜上
（2）①②④
解析
（1）图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。
氧气充足时，光合作用产生的三碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2，同时产生[H]和ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段，即和O2反应生成水，同时产生大量ATP。
叶绿体中产生的过多的还原能通过物质转化合成NADPH，NADPH可通过参与有氧呼吸第三阶段产生ATP。
（2）由图示可知，乙（线粒体）产生的ATP能够进入甲（叶绿体），所以在线粒体中合成的ATP可以用于C3的还原，同时还能用于内外物质的运输、酶的合成等；水的光解不需要ATP。
考点二 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的曲线辨析
（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）判定方法
①根据坐标曲线判定
a．当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
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（总）光合速率
CO2
释放量（黑暗）
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量（黑暗）
释放量
产生量
有机物
消耗量（黑暗）
积累量
制造量、产生量
2.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。
3．植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
（1）自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线
a点：
凌晨，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
b点：
有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：
光合作用强度小于细胞呼吸强度。
c点：
上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
ce段：
光合作用强度大于细胞呼吸强度。
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，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
ef段：
光合作用强度小于细胞呼吸强度。
fg段：
没有光照，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
bf段：
制造有机物的时间段。
ce段：
积累有机物的时间段。
一昼夜有机物的积累量＝S1－（S2＋S3）（S1、S2、S3分别表示曲线和横轴围成的面积）。
（2）密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线
（注意：
分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。
）
AB段：
无光照，植物只进行细胞呼吸。
BC段：
温度降低，细胞呼吸减弱（曲线斜率下降）。
CD段：
4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。
D点：
随光照增强，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
DH段：
光合作用强度大于细胞呼吸强度。
其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：
随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
HI段：
光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。
I点低于A点：
一昼夜后，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长（若I点高于A点，植物不能正常生长）。
命题点一 真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率曲线的分析
1．（2018·郑州一中质检）如图表示20℃时玉米光合速率与光照强度的关系，Sa、Sb、Sc依次表示有关物质量的相对值，下列说法中不正确的是（ ）
A．Sa＋Sb＋Sc表示光合作用总量
B．Sc－Sa表示净光合作用量
C．光照强度从B点到D点变化过程中，C3逐渐减少
D．若提高CO2浓度，则B点左移
答案 A
解析 由图可知，Sc－Sa表示净光合作用量，Sa＋Sb表示呼吸消耗的总量，玉米光合作用总量＝呼吸消耗量＋净光合量＝Sb＋Sc；光照强度从B点到D点变化过程中，光照强度增加，光反应产生的[H]和ATP增加，被还原的C3增多，所以细胞中的C3逐渐减少；若提高CO2浓度，光补偿点减小，B点左移。
2．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。
图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系，下列说法正确的是（ ）
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．图乙中，当光照强度为x时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．图乙中，限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度
答案 B
解析 分析甲图可知，光照强度为b时，CO2释放量和O2产生总量相等，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，则此时细胞呼吸速率大于光合速率，A项错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞的光合速率大于细胞呼吸速率，光照强度为a时，CO2释放量即为细胞呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8个单位，需要消耗的CO2也为8个单位，所以单位时间内需从外界吸收CO2为2个单位，B项正确；图乙中所示生物为蓝藻，蓝藻不含线粒体和叶绿体，C项错误；图乙中，限制g点光合作用速率的因素不是光照强度，可能是二氧化碳浓度及温度等，D项错误。
命题点二 光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”移动方向的分析
3．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 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。
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（d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，需降低光照强度，即b点左移。
4．（2018·长沙明德中学质检）如图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．曲线中a点转向b点时，叶绿体中C3浓度降低
B．曲线中d点转向b点时，叶绿体中C5浓度升高
C．ab段影响光合速率的主要因素是光照强度
D．bc段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件
答案 B
解析 a点转向b点时，光反应增强能提供更多的还原氢和ATP用于C3的还原，故C3浓度会下降；d点转向b点时CO2浓度增加，会有更多的C5用于CO2的固定，故C5浓度会下降；ab段表示随光照强度的增大，光合速率增加，故光照是影响光合速率的主要因素；bc段光照强度已经饱和，温度等成为光合速率的影响因素。
命题点三 光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
5．科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率（Pn）日变化情况，并将检测结果绘制成下图。
下列相关说法错误的是（ ）
A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
答案 B
解析 早晨太阳出来后光照强度不断增大，使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，A项正确；大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是太阳出来后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降，而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，吸收CO2减少，B项错误；15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，C项正确；适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大田作物产量的重要措施，D项正确。
社会责任
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
6.（2019·青岛高三质检）如图是北方某干旱地区夏日晴朗天气，黄瓜叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线。
请回答下列问题：
（1）据图推测13：
00时，________（填“增加”或“降低”）环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度，原因是_______________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
（2）有同学认为，17：
00～18：
00胞间CO2浓度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你认为是否正确？
________（填“是”或“否”），理由是_____________________________
______________________________________________________________________________。
（3）玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，保证暗反应顺利进行。
在干旱缺水地区，与11：
00时相比，13：
00时该类植物光合作用速率反而有所升高，除光照、温度等因素外，主要原因是________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）增加 避免因气孔关闭导致胞间CO2浓度较低，进而影响暗反应速率
（2）否 由图中实验结果可知该时间段净光合速率大于零 （3）该类植物能利用较低浓度的CO2
解析
（1）图中显示，13：
00时黄瓜光合作用出现了“午休”现象，是气孔关闭导致CO2吸收不足，进而影响光合作用暗反应，因此适当增加环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度。
（2）据图中实验结果可知，17：
00～18：
00之间黄瓜的净光合速率大于零，说明其光合速率大于呼吸速率。
（3）根据题意分析可知，玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，即玉米、甘蔗等植物能利用较低浓度的CO2，所以在干旱缺水地区，与11：
00时相比，13：
00时该类植物光合作用速率反而有所升高。
重温高考 演练模拟
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、细胞呼吸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．细胞呼吸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，细胞呼吸的最适温度为50℃左右，光合作用的最适温度为30℃左右，A项正确；由最上图可知，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，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．（2017·海南，5）关于生物体内能量代谢的叙述，正确的是（ ）
A．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成
B．人体大脑活动的能量主要来自脂肪的有氧氧化
C．叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程
D．硝化细菌主要从硝酸还原成氨的过程中获取能量
答案 C
解析 淀粉是在淀粉酶的作用下被水解成葡萄糖的，该过程没有ATP的生成，A项错误；人体大脑活动的能量主要来自葡萄糖的有氧氧化，B项错误；暗反应产生葡萄糖的过程需要光反应提供的能量，C项正确；硝化细菌生成有机物的能量来自其将NH3和HNO2氧化的过程，D项错误。
4．（2016·四川，1）叶肉细胞内的下列生理过程，一定在生物膜上进行的是（ ）
A．O2的产生B．H2O的生成
C．[H]的消耗D．ATP的合成
答案 A
解析 O2产生于光反应中，场所是叶绿体类囊体薄膜，A项正确；生成H2O的生理过程较多，未必都在生物膜上进行，如蛋白质合成过程产生水，其场所是核糖体，B项错误；消耗[H]的过程有有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段和光合作用暗反应，场所不一定有膜结构，如细胞质基质、叶绿体基质，C项错误；ATP的合成场所有细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜，不一定有膜结构，D项错误。
5．（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）由图可知，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的光照强度低于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1200μmol·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2000μmol·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。
一、选择题
1．关于在一定条件下某叶肉细胞内叶绿体和线粒体有关生理活动的叙述，正确的是（ ）
A．含有的DNA都能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
B．光照下线粒体可以直接利用叶绿体产生的O2和葡萄糖
C．光照下两者产生的ATP都能用于各项生命活动
D．若突然增加光照强度，则短时间内叶绿体中化合物C5比ADP先减少
答案 A
解析 叶肉细胞内叶绿体和线粒体中都含有少量的DNA，因此都能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成，A正确；葡萄糖氧化分解发生在细胞质基质中，线粒体不能利用葡萄糖，B错误；叶绿体光合作用产生的ATP只能用于光合作用暗反应过程，C错误；若突然增加光照强度，光合作用产生的ATP和[H]增多，则AD
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