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(共45张PPT)
3-2 光合作用和细胞呼吸的过程
高考二轮复习专题突破
1.光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
2.光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系
(4)能量变化
3.改变条件后，C3、C5、NADPH、ATP的含量及(CH2O)合成量变化
分析光照强度和CO2浓度突然改变后，C3、C5、NADPH、ATP、ADP、NADP＋的含量及(CH2O)合成量的动态变化时，要将光反应和暗反应过程结合起来分析，从具体的反应过程提炼出模型：“来路→某物质→去路”，通过分析其来路和去路的变化来确定含量变化。
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原。当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
1.(2022·山东，16改编)在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合酶。下列相关说法不正确的是
A.4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多
C.与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少
√
与25 ℃相比，4 ℃耗氧量增加，根据题意，电
子经线粒体内膜最终传递给O2，说明4 ℃时线
粒体内膜上电子传递未受阻，A错误；
与25 ℃相比，短时间低温4 ℃处理，ATP合成量较少，耗氧量较多，说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多地用于产热，消耗的葡萄糖量多，B、C正确；
DNP使H＋不经ATP合酶返回线粒体基质中，会使线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，导致ATP合成减少，D正确。
2.(2021·江苏，20节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题：
(1)叶绿体在____________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是____________________。
类囊体薄膜
叶绿素、类胡萝卜素
光合作用光反应场所为类囊体薄膜，将光能转变成化学能，参与该反应的光和色素是叶绿素、类胡萝卜素。
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生_____；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了_____个CO2分子。
C5
12
据题意在暗反应进行中为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用；一分子蔗糖含12个C原子，C5含有5个碳原子，据图固定1个CO2合成1个C3，因为还要再生出C5，故需要12个CO2合成一分子蔗糖。
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。
NADPH
ATP
NADPH起还原剂的作用，含有还原能，呼吸作用过程中释放的能量用于合成ATP中的化学能和热能。
3.(2020·江苏，27节选)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径。请据图回答下列问题：
(1)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在____________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于___________。
叶绿体基质
细胞质基质
CO2的固定发生在暗反应过程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶应存在于暗反应的场所——叶绿体基质中。PGA还原成TP运出叶绿体后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。
(2)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白质时，通过脱水缩合形成____键。
肽
氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键的方式合成蛋白质。
(3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自______；根瘤中合成ATP的能量主要来自_______的分解。
光能
叶绿体中光反应合成ATP的能量来自光能。根瘤中合成ATP的能量主要来源于呼吸作用中糖类的分解。
糖类
(4)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是___________________________________________
______________。
与葡萄糖相比，蔗糖为二糖，对渗透压的影响相对较小，而且为非还原糖，性质较稳定，所以蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物。
非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压
的影响相对小)
4.(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
模块1和模块2
五碳化合物(或C5)
分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。
根据上面的分析可知，该系统
中执行相当于叶绿体中光反应
功能的模块是模块1和模块2。
光合作用的暗反应包括两步反
应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在有关酶的作用下，最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将_______(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是________________________________________。
减少
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
若正常运转过程中气泵突然
停转，相当于光合作用过程
中突然停止供应CO2，CO2的
固定受阻，进而导致乙(C3)
的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量______(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_______________
_______________________________________________。
高于
人工光合作用系
统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)
植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是____________
_____________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
放程度降低，CO2的吸收量减少
叶片气孔开
干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。
(1)无氧条件培养酵母菌时向酵母菌培养液中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成(2021·广东，9)(　　)
(2)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a(2019·海南，9)
(　　)
(3)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)
(　　)
(4)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用(2021·湖南，7)
(　　)
判断与填充
×
×
×
×
(5)植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物可进一步生成氨基酸和核苷酸等。则与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少(2022·山东，4)(　　)
(6)(2022·全国甲，29)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 (答出1点即可)。
判断与填充
√
自身呼吸消耗或建造植物体结构
题组一　光合作用与细胞呼吸的过程辨析
1.光合作用光反应的过程如图甲所示。为研究叶绿体膜的完整性与光反应的关系，研究人员制备4种叶绿体(a.双层膜结构完整；b.双层膜局部受损，类囊体略有损伤；c.双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂；d.所有膜结构解体破裂)，在离体条件下进行实验。用DICP替代NADP＋作为电子受体，测定相对放氧量及ATP产生效率的相对值，结果如图乙。
1
2
3
4
5
下列相关叙述错误的是
A.图甲的膜结构是类囊体膜，膜上的①和②上存在光合色素
B.根据信息可知，ATP的合成依赖于H＋逆浓度梯度从膜内运输到膜外
C.实验表明无双层膜阻碍、类囊体松散时更有利于色素吸收光能
D.a～d 4种叶绿体的ATP产生效率逐渐降低，原因是类囊体薄膜受损程度
依次增大
√
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图甲的膜结构上发生了水的分解和光能的吸收、转化，故该膜结构是类囊体膜，膜上的①和②能吸收、转化、传递光能，其上存在光合色素，A正确；
通过图示可知，电子经图甲膜上的蛋白质传递时释放的能量用于将H＋跨膜运输到膜间隙，使膜两侧形成H＋浓度差，伴随着H＋顺浓度梯度转运到膜外合成ATP，B错误；
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由题意可知，c种叶绿体结构的双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂，由图乙实验结果可知，c的相对放氧量最高，说明无双层膜阻碍、类囊体松散的条件更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，C正确；
由题意可知，a～d 4种叶绿体的处理方法使叶绿体中类囊体薄膜从完整到所有膜结构解体破裂，类囊体薄膜受损程度依次增大，导致叶绿体的ATP产生效率逐渐降低，D正确。
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2.如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，在CO2与C5反应过程中，O2能与CO2竞争相关酶的活性部位。下列相关叙述不正确的是
A.在高O2环境中植物不能进行光合作用
B.光呼吸的存在会降低糖的合成效率
C.可以通过适当增大CO2的浓度来抑制
光呼吸
D.在特殊环境下，光呼吸可以为暗反应提供原料
√
1
2
3
4
5
在高O2环境中，O2能与CO2竞争相
关酶的活性部位，使CO2与C5固定
生成C3的速率减小，植物光合作用
减弱，A错误；
光呼吸的存在会使CO2与C5固定生成C3的速率减小，从而降低糖的合成效率，B正确；
O2能与CO2竞争相关酶的活性部位，适当增大CO2浓度可抑制O2与C5结合，从而抑制光呼吸，C正确；
由图可知，光呼吸可产生C2，生成的C2可在线粒体内生成CO2，为暗反应提供原料，D正确。
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3.(2022·辽宁沈阳二中高三二模)在光照等条件下，番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸以及细胞内外交换的示意图如下(数字表示结构，小写字母代号表示物质的移动情况)。下列有关说法正确的是
A.图中线粒体中2处释放的能量远多于3处
B.叶绿体产生的O2被线粒体利用，至少需
穿过3层生物膜
C.物质A进入线粒体后彻底分解不需要水
的参与
D.h＝c、d＝g时的光照强度是满足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光
照强度
√
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2
3
4
5
根据题图分析可知，2代表线粒体内
膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，
而3代表线粒体基质，发生有氧呼吸
第二阶段的反应，因为有氧呼吸第三
阶段产生的能量最多，所以2处释放的能量远多于3处，A正确；
O2在叶绿体的类囊体薄膜上产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，B错误；
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2
3
4
5
根据题图分析可知，物质A是丙酮酸，
进入线粒体后彻底分解需要水的参与，
C错误；
若h＝c、d＝g时，说明净光合作用速
率为零，但题图是表示番茄叶片叶肉细胞，所以h＝c、d＝g时只是叶肉细胞中的光合速率等于呼吸速率，而番茄植株还有根尖等部位不能进行光合作用，只进行呼吸作用，所以整个番茄植株呼吸作用速率应该大于光合作用速率，D错误。
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题组二　辨析条件骤变引起代谢过程中物质含量的变化
4.阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。如图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子在“光斑”照耀前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的情况。虚线代表O2的释放速率，实线代表CO2的吸收速率，以下判断错误的是
A.A点细胞中ATP的产量增加
B.A点后O2释放速率下降与ADP和
NADP＋供应不足有关
C.C与D的面积可能相等
D.B点细胞中C5含量增加
√
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2
3
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5
A点时，由于光照突然增强，光反应速率加快，产生的O2、ATP、NADPH增加，但A点后暗反应速率较慢，从而限制了光合速率，光反应减弱，O2释放速率下降，A、B正确；
在较理想的情境中，整个光合作用过程中O2的释放量和CO2的吸收量相等，C、D的面积分别代表二者之间的差值的绝对值，理论上应该相等，故在具体情境中C、D的面积有可能相等，C正确；
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B点光照强度突然减弱，ATP、NADPH产量减少，C3还原速率下降，C5的合成减少，短时间内C5的消耗量不变，故B点时细胞中C5含量会减少，D错误。
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5.研究人员利用图1装置研究植物叶片在不同光照强度下对密闭水浴箱内的CO2浓度变化速率的影响，测得实验结果如图2曲线所示。实验过程中的叶片呼吸强度不变，其他条件适宜，A～E时间段光源逐渐向左移动。
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下列叙述正确的是
A.植物叶片叶肉细胞的呼吸速率为M，提高水浴温度可使M增大
B.A时刻开始光照，在AB时间段内小室中CO2浓度逐渐减小
C.D时刻叶片光合作用消耗CO2的速率为2M，且此速率在DE时间段内逐
渐减小
D.叶片光合作用在E时刻暂停，光照强度是F时刻叶片光合速率的限制因素
√
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植物叶片叶肉细胞的呼吸速率为M，题中温度适宜，提高水浴温度，酶的活性会降低，故可使M减小，A错误；
AB时间段，由于光照强度逐渐增强(光源向左移动)，光合作用逐渐增强，光合作用消耗的CO2逐渐增多，而呼吸速率不变，导致叶片释放CO2的速率逐渐减慢，但AB时间段内小室中CO2浓度在逐渐增大，B错误；
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D时刻叶片光合作用消耗CO2的速率为净光合速率＋呼吸速率＝2M，且此速率在DE时间段内逐渐减小，C正确；
实验进行到E时刻，持续充入CO2，密闭水浴箱内的CO2浓度变化速率为0，说明E时刻光合速率等于呼吸速率。随着CO2浓度不断增大，EF时间段内光合速率不断增大，F时刻不再变化，说明已达到CO2的饱和点，此时限制叶片光合速率的主要因素是光照强度，D错误。
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