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光合作用与细胞呼吸的综合分析
高考生物重难点强化专练1
1.光合作用与细胞呼吸过程中的物质能量关系
强化1　多角度比较光合作用与细胞呼吸的过程
（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：H2ONADPH（CH2O） [H]H2O。
O：H2OO2H2OCO2（CH2O）。
（2）光合作用与有氧呼吸中的能量转化
2.光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路
题型1　光合作用与细胞呼吸过程中的物质能量关系
1.（2022·东莞模拟）如图表示植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的相关过程，字母代表有关物质，数字代表代谢过程。下列叙述正确的是（　B　）
A.a、e和f中含有相同的物质
B.能合成ATP的过程包括①③④⑤
C.①中的产物只有ATP能为②中反应提供能量
D.①和④过程分别发生在类囊体薄膜和线粒体内膜
B
解析：a表示NADPH和ATP，e表示[H]（NADH），f表示[H]（NADH），A错误。①表示光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上；②表示暗反应，发生在叶绿体基质；③表示有氧呼吸第一阶段，发生在细胞质基质；④表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质；⑤表示有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上；其中可以合成ATP的过程有光反应、有氧呼吸整个过程，即①③④⑤，B正确，D错误。光反应产生的ATP能为②光合作用暗反应阶段提供能量，产生的NADPH也储存部分能量供暗反应阶段利用，C错误。
2. （2022·中山测试）如图表示植物光合作用、细胞呼吸中氧的转移过程。下列叙述正确的是（　A　）
H2OO2H2OCO2C3（CH2O）
A.过程①②都有ATP生成
B.过程②③进行的场所相同
C.过程②⑤所需还原氢全部来源于过程①
D.过程①③⑤都需在生物膜上进行
A
题型2　光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路
解析：①是光反应阶段，②有氧呼吸的第三阶段，两个阶段均有ATP生成，A正确。有氧呼吸的第三阶段在线粒体内膜上进行；③是有氧呼吸第二阶段，在线粒体基质中进行，B错误。过程②所需[H]（NADH）来自有氧呼吸的第一、二阶段，而①光合作用光反应阶段产生的是NADPH，C错误；光反应阶段发生在叶绿体类囊体膜上，⑤是暗反应阶段三碳化合物的还原阶段，发生在叶绿体基质中，D错误。
1.通过气体交换图示理解三种速率的关系
（1）叶肉细胞的两种细胞器之间气体交换关系
有光时，叶绿体所需CO2首先来自线粒体，只有当线粒体所提供的CO2不能满足叶绿体的需求时，叶绿体才从外界吸收CO2，此CO2量即“净光合量”。气体交换情况具体如图：
强化2　光合作用与细胞呼吸相关曲线分析
（2）辨析光合作用速率与细胞呼吸速率
检测指标 O2 CO2 有机物
总光合速率 O2产生（或制造）速率 CO2固定（或消耗）速率 有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C'C段对应CO2量，也称为表观光合速率。
③总（实际）光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。
2.总光合速率、净光合速率与呼吸速率的判断及相关计算
（1）“三率”的表示方法
图1
（2）图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
图2
（3）图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
图3
3.学会分析曲线图中的光补偿点和光饱和点
（1）光补偿点的两种生理状态
①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。
②叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。
（2）环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系
①光补偿点的移动
a.呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应
右移，反之左移。
b.呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左移。
②光饱和点的移动：相关条件的改变（如增大CO2浓度）使光合速率增大时，光饱和点C应右移（C'点右上移），反之左移（C'点左下移）。
（1）夏季的一天中CO2吸收量和释放量变化曲线分析（如图1所示）
图1
①a点：凌晨3时到4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
②b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③b～c段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
4.分析光合作用和细胞呼吸的日变化曲线
⑤c～e段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
⑧e～f段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
⑨f～g段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。
图1
（2）有关有机物情况的曲线分析（如图2所示）
图2
①积累有机物的时间段：c～e段。
②制造有机物的时间段：b～f段。
③消耗有机物的时间段：O～g段。
④一天中有机物积累最多的时间点：e点。
⑤一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。
（3）在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线分析（如图3所示）
图3
①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加。
②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
④CO2含量最高点为c点对应时刻，CO2含量最低点为e点对应时刻。
（4）在相对密闭的环境中，一昼夜O2含量的变化曲线分析（如图4所示）
图4
①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加。
③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
④O2含量最高点为e点对应时刻，O2含量最低点为c点对应时刻。
题型1　光合速率与呼吸速率变化曲线
1.（2022·揭阳一模）如图是在适宜条件下，使用不同浓度的异丙草胺培养24 h后，测定的玉米氧气释放速率和氧气消耗速率。下列有关叙述错误的是（　B　）
A.图中氧气释放速率曲线可在光照条件下通过实验直接获得
B.当异丙草胺质量浓度为50 mg·L－1时，光合速率小于呼吸速率
C.异丙草胺对玉米光合作用的影响比呼吸作用大
D.与异丙草胺质量浓度为50 mg·L－1相比，处于30 mg·L－1的玉米长势更好
B
解析：O2是光反应的产物，光反应的进行需要光，因此，图中的O2释放速率曲线是在光照条件下测得的，代表的是净光合速率的变化，A正确；根据曲线图可知，当异丙草胺浓度为50 mg·L－1时，玉米的O2释放速率大于零，即净光合速率大于零，则玉米的光合速率大于呼吸速率，B错误；根据图中的曲线变化可知，在实验中的异丙草胺浓度范围内，对玉米净光合速率的影响大于呼吸速率的影响，同时也表示对玉米光合作用的影响比呼吸作用大，C正确；玉米的长势取决于净光合速率，净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，与异丙草胺浓度为50 mg·L－1相比，处于30 mg·L－1的玉米的净光合速率较大，故长势更好，D正确。
2.（2022·普宁华侨中学）光合作用是自然界最重要的化学反应之一，影响光合作用的外因主要包括温度、CO2浓度和光照强度，如图是实验人员测得的光吸收对单个叶片的光合速率的影响。下列叙述错误的是（　C　）
A.大田作物群体对光能的利用与单个叶片不同，对应的光极限范围应该更大
B.CO2极限时，限制光合作用增加的因素可能是CO2浓度或温度
C.在光合作用最适温度条件下适当升温，呼吸速率可能增大，补偿点可能左移
D.实际生产中施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率
C
题型2　曲线图中的光补偿点和光饱和点
解析：群体对光能的利用更充分，光饱和点较单个叶片更大，所以光极限范围会增大，A正确；CO2极限时，曲线趋于水平，说明限制因素不再是光吸收（光照强度），可能是其他外界因素，如温度和CO2浓度，B正确；在光合作用最适温度的基础上升高温度，会导致光合速率下降，而呼吸速率可能增大，光补偿点应该右移，C错误；实际生产中施肥过多会影响植物吸水，施肥不足可能影响叶绿素和相关酶的合成，故施肥过多或过少都可能影响到光合作用速率，D正确。
3.（2022·汕头模拟）如图是夏季晴朗的白天，某地甲、乙两种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。下列叙述错误的是（　B　）
A.若甲、乙两植物中有一种为水生植物，则应该是甲
B.11时，乙植物叶片不再向外界释放氧气
C.乙植物b～c段与d～e段光合作用强度下降的原因不同
D.16时，甲植物叶肉细胞能合成ATP的细胞器有线粒体、叶绿体
B
考向3　光合速率与呼吸速率日变化曲线
解析：从图中可知，甲植物没有出现光合午休，乙植物出现光合午休，则甲为水生植物，水分充足，不需要关闭气孔来减少水分的散失，A正确；11时，乙植物虽然出现光合午休，但光合作用强度依然大于0，光合速率大于呼吸速率，植物叶片依然向外界释放氧气，B错误；乙植物b～c段下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，d～e段光合作用强度下降的原因是光照强度减弱，C正确；16时，甲植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，则叶肉细胞产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体，D正确。
1.液滴移动法——测光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积
实验原理：
（1）甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
　
甲
强化3　光合速率与呼吸速率的测定
（2）乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
乙
2.半叶法——测定光合作用有机物的产生量
实验原理：将植物对称叶片的一部分（A）遮光或取下置于暗处，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，光照后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
3.黑白瓶法——测溶氧量的变化
实验原理：将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行细胞呼吸；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和细胞呼吸。因此，真光合作用量（光合作用总量）＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
4.叶圆片称重法——测有机物的变化量
实验原理：本方法通过测定单位时间、单位叶面积叶片中淀粉的生成量来测定光合速率，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）。
净光合速率＝（z－y）/（2S）；呼吸速率＝（x－y）/（2S）；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/（2S）。
考向　光合速率与呼吸速率的常用测定方法
1.（2022·湛江检测）取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器将叶片打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组。甲组立即烘干处理并测得圆片干重为A，乙组保持湿润且置于一个黑暗密闭装置内，丙组保持湿润且置于一个密闭装置内并给予适宜强度的光照，乙组和丙组其他条件一致，一小时后，测得乙装置内圆片干重为B，丙装置内圆片干重为C。下列叙述正确的是（　C　）
A.C减A的干重差为圆片叶肉细胞一小时内的真光合速率
B.C减B的干重差为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率
C.A减B的干重差为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率
D.实验过程中，乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定
C
解析：由题意可知，丙即进行光合作用也进行呼吸作用，甲既不进行光合作用也不进行呼吸作用，C减A的干重差为圆片叶肉细胞一小时内有机物的积累，即净光合作用的速率，不是真的光合速率，A错误；由题意可知，乙只进行呼吸作用，C－B＝（C－A）＋（A－B），所以C减B的干重差是圆片叶肉细胞一小时内的实际光合速率，B错误；细胞呼吸产生热量，由于是密闭容器，容器内温度会升高，呼吸作用也会因温度升高而加强，D错误。
2.（2022·惠州模拟）某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25 ℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是（　D　）
　注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。
A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度大小
B.若要测真正光合强度，需另加设一装置遮光处理，X溶液为NaOH溶液
C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴不移动
D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴右移
D
解析：若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，光合作用将吸收CO2、释放O2，导致液滴向右移动，液滴移动的距离是释放O2的总量，可表示净光合作用强度大小，A正确；真光合强度＝净光合作用强度（释放的O2量）＋呼吸消耗强度（吸收的O2量），X溶液为CO2缓冲液并给予光照，可表示净光合作用强度大小，若X溶液为NaOH溶液并遮光处理，在有氧呼吸中吸收的O2量等于产生的CO2量并被NaOH吸收，导致密闭小室中气体体积减小，液滴向左移动，可表示的是呼吸消耗O2量，B正确；清水既不吸收和释放O2，也不吸收和释放CO2，X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，呼吸作用产生的CO2全部被光合作用所用，光合作用产生的O2除满足呼吸作用外，又释放到细胞外，同时从细胞外吸收CO2，但是密闭小室中的CO2量有限，导致释放的O2量受到限制，最终使释放的O2量和吸收的CO2量相等，液滴不移动，C正确；若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，由于脂肪中H含量比糖中高，有氧呼吸时消耗的O2量多，产生的CO2量相对减少，导致密闭小室中气体体积减小，液滴左移，D错误。

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