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第5章
细胞的能量供应和利用
章末总结
2025年高考生物一轮基础知识复习
专题 测定光合速率与呼吸速率的方法
例1 (2024·河北衡水开学考)图甲为光合作用
最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，
图乙中、 为测定过程中某些生理指标相对
值的变化。下列说法错误的是( )
B
A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，
再放到黑暗环境中有色液滴向左移动
B.若将图甲中的 缓冲液换成质量分数为
的 溶液，其他条件不变，则植物幼
苗叶绿体产生 的速率将不变
C.一定光照条件下，如果继续升高温度，图
甲中植物光合速率会发生图乙中由到 的变
化
D.若图乙表示图甲中植物光合速率由到 的
变化，可能是适当提高了 缓冲液的浓度
【解析】列表分析逐项解疑惑
关键信息 分析 判断
在较强光照下 光合速率大于呼吸速率，图甲装置中有色液滴向 右移动，再放到黑暗环境中，植物只进行呼吸作 用消耗 ，有色液滴向左移动 A正确
将图甲中的 缓冲液换 成质量分数为的 溶液，其他条件不变 减少，光合速率下降，植物幼苗叶绿体产生 的速率将减慢 B错误
关键信息 分析 判断
该实验是在最适温度下进 行的，若继续升高温度 会影响与光合作用相关酶的活性，进而使光合速 率下降，则图甲中植物光合速率会发生图乙中由 到 的变化 C正确
图乙表示图甲中植物光合 速率由到 的变化 可能是适当提高了 缓冲液的浓度，使光合速 率增大 D正确
续表
例2 (2024·安徽黄山模拟)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分（A）遮光，
另一部分（B）不作处理，设法阻止两部分之间的物质运输。将该叶片置于适宜光照
下4小时，分别从A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为、 。下列说法错
误的是( )
C
A.若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前截取同等面积的叶片烘干称重
B.选择叶片时需注意叶龄、着生部位、叶片对称性及受光条件等的一致性
C.分析实验数据可知，该叶片的净光合作用速率的值为
D.若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前需对植物进行饥饿处理
【解析】列表分析逐项解疑惑
关键信息 分析 判断
测定叶片的呼 吸速率 黑暗条件下植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此 对称叶片的遮光部分在单位时间内干重的减少量可表示细 胞的呼吸速率。若要测定叶片的呼吸速率，需要在光照前 截取同等面积的叶片烘干称重，作为起始干重 A正确
选择叶片 本实验的自变量为是否光照，叶龄、着生部位、叶片对称 性及受光条件等属于无关变量，各组应保持无关变量相同 且适宜，否则会导致实验结果不准确 B正确
关键信息 分析 判断
净光合速率 该叶片的净光合速率（初始干重），呼吸速率 （初始干重） ，由于初始干重和呼吸速率都是未知 的，因此不能确定该叶片的净光合速率 C错误
探究光合作用 产物是否为淀 粉 若用“半叶法”探究光合作用的产物是否为淀粉，则实验前 需要对植物进行饥饿处理，以排除自身储存的淀粉对实验 结果的影响 D正确
续表
例3 (2024·江苏扬州期中)某生物科研小组从池塘的某一深度取得一桶水样,等量分装
于六对黑白瓶中并密封,立即测得瓶中初始溶解氧的含量为 ，白瓶为透明玻
璃瓶，黑瓶为用黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照、适宜温度条
件下 后，测定六对黑白瓶中溶解氧的含量，请根据如表所示的记录数据分析判断，
下列说法错误的是( )
组别
光照强度 0（黑暗） 2 4 6 8 10
白瓶溶氧量 5 10 20 29 35 35
黑瓶溶氧量 5 5 5 5 5 5
A.由表中数据可知，光照强度越大，光合作用越强
B.黑瓶中的生物存在有氧呼吸，不存在光合作用
C.组白瓶中植物产生的速率为
D.若向组白瓶中补充 ，则白瓶溶氧量可能会增加
A
【解析】白瓶溶氧量的增加量净光合作用量，黑瓶溶氧量的减少量 呼吸作用消耗
量，由表中数据可知，光照强度达到 后，光合作用强度不再增加，A错误。根
据“规律1”和黑瓶溶氧量 初始溶氧量可知，黑瓶中的生物存在有氧呼吸，不进行光
合作用，B正确。分析题干信息可知，组中白瓶的光照强度为0,故 组中的白瓶相当
于黑瓶，其余五个组的白瓶中既能进行光合作用也能进行呼吸作用。产生 的速率
可用于表示总光合速率，结合题干信息及“规律1”进行判断:组呼吸速率 单位时间
内黑瓶中的减少量，组净光合速率 单位时间
内白瓶中的增加量,故组白瓶中植物产生
的速率为，C正确。组与 组相比,光照强度增加,光合作用
强度不再增加，限制因素可能是浓度，故若向组白瓶中补充 ，其中的溶氧量
可能会增加，D正确。
例4 某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合
作用速率，做了如图所示的实验。在叶柄
基部进行环剥处理（仅限制叶片有机物的
输入和输出），在不同时间分别在同一叶
片上陆续取下面积为 的叶圆片，烘
A
A.下午4时后将整个实验装置遮光 B.下午4时后将整个实验装置遮光
C.下午4时后在阳光下照射 D.晚上8时后在无光下放置
干后称其质量，测得叶片的光合作用速率 （不考虑取
叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响）。则 处的实
验条件是( )
【解析】起始干重为上午10时移走的叶圆片干重 ，从上午10时到下午4时，叶
片在这 内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重
上午10时移走的叶圆片干重 该叶圆片净光合作用产生干物质的量
。若要求呼吸作用消耗的干物质的量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮
光处理后干重为，下午4时移走的叶圆片干重叶片遮光处理 后的干重
呼吸作用消耗的干物质的量 ，已知测得的叶片叶绿体的光合作用
速率据真正光合速率净光合速率 呼吸速率，即
,计算出 ，A正确。
例5 (2024·黑龙江哈尔滨九中月考)在光照恒定、
温度最适条件下，某研究小组用甲图所示实验装
置测量内密闭容器中 的变化量，绘成
曲线如乙图所示。下列叙述错误的是( )
B
A.段，叶绿体中 从基质向类囊体薄膜运
输
B.容器中绿色植物前 平均真正光合速率为
C.提高实验温度，容器中绿色植物的光饱和点将
下降
D.若第 时突然将容器中绿色植物转入黑暗
环境中，短时间内叶绿体基质中 的含量将增加
【解析】列表分析逐项解疑惑
关键信息 分析 判断
段有光照， 容器中绿色植物能 进行光合作用 在类囊体薄膜上进行的光反应消耗产生 ，在叶 绿体基质中进行的暗反应消耗产生 ，因此叶绿 体中 从基质向类囊体薄膜运输 A正确
容器中绿色植物前 平均真正光 合速率 平均净光 合速率 平均呼吸 速率 由乙图可知，前 平均净光合速率是 ，平均呼吸速 率是 ，因此，容 器中绿色植物前 平均真正光合速率为 B错误
关键信息 分析 判断
该实验是在最适温 度条件下进行的 提高实验温度，容器中绿色植物的光合速率将下降，其 光饱和点也将下降 C正确
第 时突然将 容器中绿色植物转 入黑暗环境中 光反应立即停止，不再有和 的生成，导致暗 反应中的还原受阻，而短时间内 的固定仍正常进 行，所以短时间内叶绿体基质中 的含量将增加 D正确
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续表
命题情境1 有氧呼吸与电子传递链
例6 (2024·天津河西区模拟)在线粒体内膜上存在电子传递链，在电子传递过程中，
转运至线粒体内、外膜之间的膜间隙中，形成浓度梯度。顺浓度梯度沿
合酶的质子通道进入线粒体基质，驱动和合成 。有关过程如图所示。下列
相关叙述错误的是( )
D
A.图示过程是有氧呼吸的第三阶段
B.硝化细菌能进行有氧呼吸，推测其细胞
膜上可能存在电子传递链
C. 合酶具有催化和运输功能
D. 从线粒体基质进入膜间隙属于被动运
输
【解析】图示过程发生在线粒体内膜上，包括水的生成、 的生成等过程，属于
有氧呼吸第三阶段，A正确；硝化细菌没有线粒体，其能进行有氧呼吸，电子传递
链发生在膜结构上，推测它的细胞膜上可能存在电子传递链，B正确； 顺浓度梯
度沿合酶复合体的质子通道进入线粒体基质，说明 合酶具有运输的功能，还
能催化和合成，C正确；通过 合酶复合体进入线粒体基质，是顺浓
度梯度，属于协助扩散，D错误。
命题情境2 光系统及电子传递链
例7 (2021·重庆卷·T6)如图为类囊体膜蛋
白排列和光反应产物形成的示意图。据图
分析,下列叙述错误的是( )
A
A.水光解产生的 若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜
B.与电子和质子结合形成
C.产生的 可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子 的有序传递是完成光能转换的重要环节
【解析】水光解时，在类囊体腔中产生，若该 被有氧呼吸利用，至少需穿过类
囊体膜、叶绿体的内膜和外膜、线粒体外膜和内膜，共5层膜，A错误；据图可以看
出， 与电子和质子结合形成产生的 可用于暗反应及色
素合成、核酸代谢等其他消耗能量的反应，B、C正确；图中水光解后形成的电子
经过一些传递体的传递后，与等结合形成伴随形成类囊体腔内
外的 的浓度差，利用的跨膜运输产生的能量来合成从而将光能转化为
和 中活跃的化学能，D正确。
命题情境3 光呼吸
图1
例8 (2022·江苏卷·T20节选)图1所示为光合作
用过程中部分物质的代谢关系（①~⑦表示
代谢途径）。 是光合作用的关键酶之
一，和竞争与其结合，分别催化 的
羧化与氧化。羧化固定合成糖； 氧
化则产生乙醇酸, 在过氧化物酶体和线
粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据
图回答下列问题。
（1）图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有______（从①~⑦中选填），在红光照
射条件下，参与这些途径的主要色素是____________________________。
①⑥
叶绿素（叶绿素和叶绿素）
【解析】图1中，类囊体薄膜上发生的反应有水的光解以及的形成 。叶
绿素（叶绿素和叶绿素 ）主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
在红光照射下，参与①⑥反应的主要色素是叶绿素和叶绿素 。
（2）在 循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的________
__在过氧化氢酶催化下迅速分解为和 。
过氧化氢
【解析】过氧化氢酶能将过氧化氢分解为和，故在 循环途径中，乙醇酸进
入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为
和 。
图2
（3）将叶片置于一个密闭小室内，分别在 浓度为0
和的条件下测定小室内 浓度的变化，获得曲
线、 （图2）。
【解析】分析图2可知，曲线中 时段有光照，所
以源于细胞呼吸和光呼吸。曲线中后室内 浓
度不再改变，说明呼吸作用和光合作用达到了平衡。
①曲线，时段（没有光照，只进行呼吸作用）释放的 源于细胞呼吸；
时段,的释放速度有所增加,此阶段的 源于__________________。
②曲线,当时间到达后，室内 浓度不再改变，其原因是____________________
__________。
光呼吸和细胞呼吸
光合作用强度等于呼吸作用强度
（4）光呼吸可使光合效率下降 ,科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻
的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过________________
______降低了光呼吸，提高了植株生物量。
将乙醇酸转化为苹果酸
【解析】光呼吸可使光合速率有所下降，而图3所示代谢途径中，将乙醇酸转化为苹
果酸，降低了光呼吸，提高了植株生物量。
命题情境4 光合作用的途径、途径和 途径
例9 ［新图像|景天酸代谢模式图］(2024·湖南长
沙模拟)某些植物可通过特有的景天酸代谢
途径固定 。在夜晚，叶片的气孔开放，通过一
系列反应将 固定成苹果酸储存在液泡中（甲）；
在白天，叶片气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出
，供叶绿体进行暗反应（乙）。下列关于
植物的叙述错误的是( )
D
A.在白天，叶肉细胞产生 的部位是叶绿体、线粒体和细胞质基质
B.该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物
C. 途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
D.若下午突然降低外界浓度， 的含量突然减少
【解析】在白天，叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，故能产生 的部位是叶
绿体、线粒体和细胞质基质，A正确；夜晚没有光照，光反应不能进行，无法为暗
反应提供和 ，故该植物细胞在夜晚不能持续进行光合作用合成有机物，
正确； 途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关，干旱条件下气温较高，
气孔开放程度较低，因此植物白天能从外界吸收的 较少，而该途径可以弥补上述
缺陷，C正确；植物在白天气孔关闭，突然降低外界 浓度，不会影响细胞间
浓度， 的含量不会突然减少，D错误。
例10 (2023·湖南卷·T17)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示
意图。卡尔文循环的酶对的为
（越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化 与
反应，进行卡尔文循环，又可催化与 反应，进行光
呼吸（绿色植物在光照下消耗并释放 的反应）。该酶的
酶促反应方向受和 相对浓度的影响。与水稻相比，玉米
叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的
主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与 生成有关。玉米
的暗反应先在叶肉细胞中利用酶对的 为
催化磷酸烯醇式丙酮酸与反应生成，固定产物 转运到维
管束鞘细胞后释放 ，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是_______________（填具体名称），
该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，
再通过________长距离运输到其他组织器官。
磷酸甘油醛
蔗糖
韧皮部
【解析】玉米的光合作用过程与水稻相比,虽然 的固定过程不同,但其卡尔文循环
的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出固定的直接产物是
磷酸甘油酸（［链接教材P104相关信息］是指三碳化合物 磷酸甘油酸），
然后直接被还原成磷酸甘油醛。 磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶
绿体外被转化成蔗糖，蔗糖通过韧皮部长距离运输到植株各处。（［链接教材P104
相关信息］光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛
管，再通过韧皮部运输到植株各处）
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度______（填“高于”或“低于”）
水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
____________________ （答出三点即可）。
高于
【解析】干旱、高光强环境会导致植物部分气孔关闭，吸收的 减少，光合作用减
弱，而玉米的酶对的亲和力比水稻的酶更高，在 浓度较低时能
固定较多的，有利于光合作用; 玉米能通过酶生成,使维管束鞘内的 浓
度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸过程；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维
管束鞘及时转移，从而提高光合速率。因此在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合
作用强度高于水稻。
高光强条件下玉米可以将光合产物
及时转移，从而提高光合速率；玉米的酶对的亲和力比水稻的 酶
对的亲和力高；玉米能通过酶生成,使维管束鞘内的 浓度高于外界环
境，抑制玉米的光呼吸
（3）某研究将蓝细菌的浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中 浓度大幅提升，
其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原
因可能是_________________________________________________________________
________________________________________________________________________
（答出三点即可）。
相关酶的活性达到最大或相关酶数量不足,对的利用率不再提高；受到以及等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
【解析】由关键词“蓝细菌”“光饱和”可联想到蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，
二者的光合作用机制有所不同； 浓度（暗反应）改变，总光合作用强度不变，则
可能是因为光反应提供的、 不足或水稻体内光合色素的量有限等；另外，
由化学反应可联想到相关酶活性达到最大或相关酶数量不足，对 的利用率不再提
高。
命题情境5 光合产物的分配问题
例11 叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。现以某
植物为材料研究不同库源比（以果实数量与叶片数量比值表示）对叶片光合作用和
光合产物分配的影响，实验结果见表1。
表1
项目 甲组 乙组 丙组
处理 ______________________ _______________________ _______________________
库源比
单位叶面积叶绿素相对含量 78.7 75.5 75.0
净光合速率 9.31 8.99 8.75
果实中含光合产物量 21.96 37.38 66.06
单果重 11.81 12.21 19.59
注：①甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片
成熟叶，用 供应给各组保留的叶片进行光合作用。②净光合速率：单位时间单
位叶面积从外界环境吸收的 量。
回答下列问题：
（1）叶片叶绿素含量测定时，可先提取叶绿体色素，再进行测定。提取叶绿体色素
时，选择乙醇作为提取液的依据是____________________________________。
叶绿体色素为脂溶性物质，易溶于乙醇
【解析】叶绿体中的色素为脂溶性物质，易溶于乙醇，因此用乙醇作为提取液。
（2）研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应， 先与叶绿体内的
_____________结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的__________
________中的化学能。合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，选用 的
原因有_____________________________________（答出2点即可）。
五碳糖
和
是光合作用的原料,可被仪器检测
【解析】研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应， 先与叶绿体内的
五碳糖 结合而被固定，形成的产物（三碳酸）还原为糖（三碳糖）需接受光反
应合成的和 中的化学能，合成的糖分子运输到果实等库中。在本实验中，
选用的原因是是光合作用的原料，且 可被仪器检测。
（3）分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率
______（填“升高”或“降低”）、果实中含 光合产物的量______（填“增加”或“减
少”）。库源比升高导致果实单果重变化的原因是______________________________
_____________________________。
降低
增加
光合产物合成的有机物总量少，可提供给果实的有机物相应减少
【解析】分析实验甲、乙、丙组结果可知，随着该植物库源比降低，叶净光合速率
降低；果实中含 光合产物的量增多；库源比升高导致果实单果重变化的原因是植
株叶片光合作用制造的有机物总量减少，运输到单个果实的有机物量相应减少，因
此单果重量减少。
（4）为进一步研究叶片光合产物的分配原则进行了实验，
库源处理如图所示，用 供应给保留的叶片进行光合
作用，结果见表2。
表2
果实位置 果实中含光合产物量 单果重
第1果 26.91 12.31
第2果 18.00 10.43
第3果 2.14 8.19
根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点是______
____。
就近分配
【解析】根据表2实验结果，从库与源的距离分析，叶片光合产物分配给果实的特点
是离叶片越近的果实分配到的有机物越多，即就近分配。
（5）综合上述实验结果，从调整库源比分析，能提高单枝的合格果实产量
（单果重 以上为合格）的是______（选“除草”“遮光”“疏果”或“松土”）。
疏果
【解析】综合上述实验结果，从调整库源比分析，疏果可减小库源比，增加单果重
量，从而提高单枝的合格果实产量。
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