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核心素养测评　
第二单元　第15讲　光合作用与细胞呼吸的关系
(30分钟　38分)
【基础过关练】
1.(2分)绿色植物的光合作用和细胞呼吸在不同的场所中进行,但是彼此关联
紧密。下列叙述错误的是 (　　)
A.类囊体薄膜上生成的O2可供呼吸作用消耗
B.线粒体基质中生成的H2O可用于光反应阶段
C.线粒体基质中生成的CO2可供光合作用消耗
D.叶绿体基质中合成的有机物可供呼吸作用消耗
√
【解析】选B。类囊体薄膜上进行光反应生成O2,该O2可扩散至线粒体参与有氧呼吸第三个阶段,A正确。线粒体基质中进行的是有氧呼吸第二个阶段(丙酮酸分解),生成的是CO2和[H],而H2O在线粒体内膜(第三个阶段)生成。光反应所需H2O来自外界或细胞质基质,而非线粒体基质,B错误。线粒体基质产生的CO2可扩散至叶绿体用于暗反应(CO2固定),C正确。叶绿体基质中暗反应合成的有机物(如葡萄糖)可进入细胞质基质参与细胞呼吸,D正确。
2.(2分)(2025·重庆模拟)如图表示植物叶肉细胞内光合作用、呼吸作用中
O(氧元素)的转移过程。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.过程②③都合成ATP
B.过程①③都有NADH生成
C.过程①②⑤都需在生物膜上进行
D.过程②③都发生在该植物叶肉细胞的线粒体内膜上
√
【解析】选A。②为有氧呼吸第三个阶段,可以合成ATP,③为有氧呼吸第二个阶段,也能合成ATP,A正确;过程①为光反应,光反应产生的是NADPH,③为有氧呼吸第二个阶段,产生NADH,B错误;过程①为光反应,场所是类囊体膜,②为有氧呼吸第三个阶段,场所是线粒体内膜,⑤是暗反应,场所是叶绿体基质,不在生物膜上进行,C错误;③为有氧呼吸第二个阶段,场所是线粒体基质,D错误。
【知识纵横】线粒体和叶绿体的
比较
3.(2分)某生物兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度,并测定苦菊
幼苗光合速率的变化情况,结果如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.若b点时天气突然转阴,短时间内叶肉细胞叶绿体中
C3含量降低
B.一天中不同时间的不同光照强度下,苦菊幼苗的光合
速率可能相同
C.一天中不同时间的相同光照强度下,苦菊幼苗的光合速率一定不同
D.若a点时叶片的净光合速率为0,则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变
√
【解析】选B。若b点时天气突然转阴,则光反应速率下降,光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少,暗反应中C3的还原速率下降、合成速率不变,短时间内叶肉细胞叶绿体中C3含量升高,A错误;图中a、b、c中的b点是上午某个时间点,d、e、b中的b点是下午某个时间点,b点是一天中不同时间的相同光照强度,此时苦菊幼苗的光合速率相同,C错误;若a点时叶片的净光合速率为0,则此时叶片的真正光合速率等于呼吸速率,而幼苗的根、茎等器官只进行细胞呼吸分解有机物,则此状态下苦菊幼苗的干重下降,D错误。
4.(2分)研究发现,正在进行光合作用的叶片突然停止光照后,短时间内会释
放出大量的 CO2(这一现象被称为 “CO2的猝发”)。如图为适宜条件下某植
物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后 CO2释放速率随时间变化的曲线,单
位:μmol·m-2·s-1。下列叙述正确的是 (　　)
A.突然遮光以后,短时间内叶绿体中 C5的含量会上升
B.除细胞呼吸外,叶肉细胞可能还有其他途径产生 CO2
C.遮光之前,该植物固定 CO2的速率为 7 μmol·m-2·s-1
D.若降低光照强度,则图中A、B区域的面积均会变小
√
【解析】选B。突然遮光,光照强度降低,光反应减弱,光反应产生的NADPH和ATP
减少,C3的还原减弱,C5的生成减少,而CO2的固定依旧在进行,C5的消耗暂时不变,
故C5减少,A错误;停止光照后,光反应立即停止,短时间内会释放出大量的CO2,这一
现象被称为“CO2的猝发”,并且超过了黑暗条件下的呼吸作用,说明光照条件下该
植物产生CO2的途径不只有细胞呼吸,B正确;据题可知,该植物的呼吸速率为
3 μmol·m-2·s-1,光下CO2吸收速率为7 μmol·m-2·s-1,遮光前该植物在光照下固定CO2
的速率为7+3=10 μmol·m-2·s-1,C错误;由于遮光后植物不能进行光合作用只能进行
呼吸作用,所以B区域就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳的量,降低光照强度,
光合作用降低,图中A区域面积变小,图中B区域代表的是呼吸作用,其面积不会变
小,D错误。
5.(2分)(2026·哈尔滨模拟)在不同温度下,测得某绿色植物相关指标的变化曲
线,如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
A.给该植物浇灌含18O的H2O,一段时间后可在O2、
CO2和糖类中检测到18O
B.30 ℃时,该植物固定CO2的速率为10 mmol·cm-2·h-1
C.40 ℃条件下,若黑暗和光照时间相等,该植物能正常
生长
D.与植物呼吸作用相比,与光合作用有关的酶对温度反应更为敏感
√
【解析】选C。给该植物浇灌含18O的H2O,光反应水的光解,生成18O2,18O标记的H2O参与有氧呼吸第二个阶段,可生成C18O2,C18O2参与光合作用暗反应合成(CO),A正确;实线表示吸收二氧化碳速率,为净光合速率,虚线为CO2产生速率,表示呼吸速率,30 ℃时,该植物固定CO2的速率为8+2=10 mmol·cm-2·h-1,B正确;40 ℃条件下,净光合速率和呼吸速率相等,若黑暗和光照时间相等,则有机物不会积累,植物不能正常生长,C错误;从图中可以看出,与光合作用有关酶的最适温度在30 ℃左右,与呼吸作用有关酶的最适温度在40 ℃左右,且温度对光合速率的影响比温度对呼吸速率的影响更明显,因此,与光合作用有关的酶对温度反应更为敏感,D正确。
6.(2分) 【不定项】生物兴趣小组在密封容器的左、右两侧分别放置长势相
同的健康植株甲、乙,甲植株左上角有适宜光源,乙植株无光源,中间用挡板隔
开(挡板既能遮光又能隔绝气体交换),然后在适宜条件下培养,一段时间后,撤
去挡板继续培养。测定培养过程中甲植株的光合速率与呼吸速率,得到曲线
LⅠ。不考虑温度、水分等因素的影响,下列说法错误的是 (　　)
A.ab段限制光合速率的因素为CO2浓度
B.b点对应挡板打开,此时甲植株光合速率大于呼吸速率
C.撤去挡板后,短时间内甲植株细胞叶绿体中C3含量增加
D.c点时甲植株光合速率小于乙植株
√
√
【解析】选B、D。ab段挡板存在,甲植株的光合作用消耗CO2,导致容器内CO2浓度逐渐降低,限制光合速率,即ab段限制光合速率的因素为CO2浓度,A正确;b点挡板打开前,随着容器内CO2浓度逐渐降低,甲植株光合速率逐渐降低,在撤去挡板(即b点)后,光合速率又逐渐上升,说明挡板打开时甲植株光合速率等于呼吸速率,B错误;撤去挡板后,甲植株和乙植株可以共享CO2,对于甲植株而言会增加CO2的供应,短时间内促进C3的生成,C正确;挡板打开后,乙植株有光照,但因为距离远,光照强度小于甲植株,所以c点时甲植株光合速率大于乙植株,D错误。
【思维进阶练】
7.(3分) 【不定项】如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程,下
列说法错误的是 (　　)
A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③
B.过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和
线粒体基质
C.过程①中光能转变为化学能储存在ATP和
NADPH中
D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
√
【解析】选B。过程①表示光反应中水的光解,过程③表示暗反应,则①和③是光合作用过程,光反应中需要色素吸收、传递、转化光能,其中叶绿素是转化光能必不可少的色素,A正确;过程③表示暗反应,发生在叶绿体基质中,过程④包括有氧呼吸的第一、二阶段,第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,B错误;过程①光反应中,光能转变成化学能储存在ATP和NADPH中,二者可被暗反应利用,C正确;由题图可知,有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段,D正确。
8.(3分)某同学欲测定植物叶片的总光合速率,做如图所示实验。在叶柄基部
做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片
上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其质量,测得叶圆片的总光合速
率=(7y-6z-x)/6(g·cm-2·h-1)。不考虑取叶圆片的机械损伤和温度微小变化对
叶片生理活动的影响,则M处的实验条件是 (　　)
A.下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
C.下午4时后将整个实验装置遮光1小时
D.下午4时后在阳光下照射3小时
√
【解析】选C。上午10时叶圆片干重为x克,下午4时叶圆片干重为y克,这段时间内叶圆片既进行了光合作用,又进行了细胞呼吸,因此(y-x)/6(g·cm-2·h-1)可表示这段时间内叶圆片的净光合速率;已测得叶圆片的总光合速率,因此叶圆片的呼吸速率为(7y-6z-x)/6-(y-x)/6=(y-z)(g·cm-2·h-1),因此M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光1小时,C符合题意。
【加固训练】
【不定项】(2026·青岛模拟)长叶刺葵是一种棕榈科植物,下图为某研究小组在水
分充足的条件下测得长叶刺葵24小时内光合作用强度的曲线。下列有关曲线的
描述正确的是 (　　)
A.大约18:00时有机物积累量最大
B.14:00以后a、b均下降的原因是光照强度减弱
C.曲线a表示总光合作用强度,曲线b表示净光合
作用强度
D.10:00以后曲线b下降的原因是温度高,叶片的部分气孔关闭,二氧化碳供应不足
√
√
√
【解析】选A、B、C。由图分析可知,到大约18:00时CO2吸收量为0,即总光合速率等于呼吸速率,此后细胞呼吸速率大于光合速率,消耗有机物,故大约18:00时有机物积累量最大,A正确;14:00以后a、b均下降的原因是随着时间推移,光照强度减弱导致光反应减弱,进而影响暗反应中二氧化碳的利用,B正确;曲线a为二氧化碳的消耗量,光合作用消耗二氧化碳,故曲线a代表总光合作用强度;曲线b为二氧化碳吸收量,吸收量=光合作用消耗二氧化碳量-呼吸作用产生的二氧化碳量,故曲线b代表的是净光合作用强度,C正确;10:00以后图中曲线b二氧化碳吸收量下降,净光合速率下降,但是二氧化碳的消耗量增加,总光合速率增强(故叶片的气孔没有关闭,二氧化碳供应还是比较充足),说明此时曲线b下降是呼吸速率加快引起的,D错误。
9.(9分)(2025·四川卷)在温室中种植番茄,光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。
某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1,CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提
高温室番茄产量,有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标,结果见下表。回
答下列问题。
组别 光照强度/ (μmol·m-2·s-1) CO2浓度/ (μmol·mol-1) 净光合速率/ (μmol·m-2·s-1) 气孔导度/ (mol·m-2·s-1) 叶绿素含量/
(mg·g-1)
对照 200 400 7.5 0.08 42.8
甲 400 400 14.0 0.15 59.1
乙 200 800 10.0 0.08 55.3
丙 400 800 17.5 0.13 65.0
注:气孔导度和气孔开放程度呈正相关。
(1)(2分)为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用__________________________
____________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,
为减少类胡萝卜素的干扰,应选择_________(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶
绿素含量。
【解析】(1)叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中,故为测定番茄叶片的叶
绿素含量,可用无水乙醇或丙酮提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可
反映色素的含量,光合作用中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。为减少类胡萝卜素的干扰,应选择红光来测定叶绿素含量。
　无水乙醇(或无水酒精/丙酮
/C2H5OH)　
　红光　
(2)(4分)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的_______
_________________________,从而提高了净光合速率。与甲组相比,丙组的净
光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,
可能的原因是______________________________________。
【解析】(2)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP
和NADPH(还原型辅酶Ⅱ),从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度
相同,丙组的二氧化碳浓度是甲的2倍,与甲组相比,丙组的净光合速率更高,
气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是
环境补充的CO2更多(或丙比甲的CO2多)。
　ATP
和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)　
　环境补充的CO2更多或丙比甲的CO2多　
(3)(3分)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,若只能从CO2浓度
加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择___________
_______,依据是___________________________________________________
___________。
【解析】(3)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,甲>乙的净光合
速率,说明光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大,故若只能从CO2浓度加
倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择光照强度加倍。
　光照强度
加倍　
　甲>乙的光合速率,说明光照强度加倍使净光合速率提高
幅度更大　
10.(11分)(2025·安徽卷)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1。
回答下列问题。
(1)(4分)据图1分析,低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸_____
_____,原因是________________________________________________________
________________________________________。 有氧呼吸第二个阶段丙酮酸中
的化学能大部分被转化为___________中储存的能量。
【解析】(1)据图1分析,与野生型相比,NtPIP基因过量表达株(OE)组氧气浓度升高
且呼吸速率增加,故低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。
有氧呼吸第二个阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳、NADH和少量ATP,其中的
化学能大部分被转化为NADH储存的能量。
　增
强　
　NtPIP基因的过量表达通过增强根系水通道蛋白介导的水分吸
收能力,增加了氧气浓度,利于有氧呼吸进行　
　NADH　
(2)(3分)科学家早期在探索有氧呼吸第二个阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸
的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2 a);当加入F、G或H时,E
也同样累积(图2 b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二个阶段代谢路径提出假设:
_____________________________________________________________________
_______________________________________________________。
　 丙二酸的加入会导致E积累;分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过
代谢转化为E,表明有氧呼吸第二个阶段代谢路径具有循环性　
【解析】(2)在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积;当加入F、G或H时,E也同样累积,再结合图2中显示的代谢路径,可知丙二酸的加入会导致E积累;分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二个阶段代谢路径具有循环性。
(3)(2分)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合
速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是_________
__________________________________________________________________
_______________________。
【解析】(3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株,根有氧呼吸增强,可以吸收
更多的矿质元素(如N、Mg等),有利于光合作用,所以NtPIP基因过量表达株
的叶片净光合速率高于野生型。
　低氧条
件下,NtPIP基因过量表达株,根有氧呼吸增强,可吸收更多的矿质元素(如N、
Mg等),有利于光合作用　
(4)(2分)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的
物质(最终电子受体)是___________,而最终提供电子的物质(最终电子供体)
是_________。
【解析】(4)光反应中水在光下分解为H+、O2和e-,e-经传递最终与H+和
NADP+结合生成NADPH,因此,光反应中最终的电子供体是H2O,最终的电子
受体是NADP+。
　NADP+　
　H2O　核心素养测评　
第二单元　第15讲　光合作用与细胞呼吸的关系
(30分钟　38分)
【基础过关练】
1.(2分)绿色植物的光合作用和细胞呼吸在不同的场所中进行,但是彼此关联紧密。下列叙述错误的是 (　　)
A.类囊体薄膜上生成的O2可供呼吸作用消耗
B.线粒体基质中生成的H2O可用于光反应阶段
C.线粒体基质中生成的CO2可供光合作用消耗
D.叶绿体基质中合成的有机物可供呼吸作用消耗
【解析】选B。类囊体薄膜上进行光反应生成O2,该O2可扩散至线粒体参与有氧呼吸第三个阶段,A正确。线粒体基质中进行的是有氧呼吸第二个阶段(丙酮酸分解),生成的是CO2和[H],而H2O在线粒体内膜(第三个阶段)生成。光反应所需H2O来自外界或细胞质基质,而非线粒体基质,B错误。线粒体基质产生的CO2可扩散至叶绿体用于暗反应(CO2固定),C正确。叶绿体基质中暗反应合成的有机物(如葡萄糖)可进入细胞质基质参与细胞呼吸,D正确。
2.(2分)(2025·重庆模拟)如图表示植物叶肉细胞内光合作用、呼吸作用中O(氧元素)的转移过程。下列相关叙述正确的是 (　　)
A.过程②③都合成ATP
B.过程①③都有NADH生成
C.过程①②⑤都需在生物膜上进行
D.过程②③都发生在该植物叶肉细胞的线粒体内膜上
【解析】选A。②为有氧呼吸第三个阶段,可以合成ATP,③为有氧呼吸第二个阶段,也能合成ATP,A正确;过程①为光反应,光反应产生的是NADPH,③为有氧呼吸第二个阶段,产生NADH,B错误;过程①为光反应,场所是类囊体膜,②为有氧呼吸第三个阶段,场所是线粒体内膜,⑤是暗反应,场所是叶绿体基质,不在生物膜上进行,C错误;③为有氧呼吸第二个阶段,场所是线粒体基质,D错误。
【知识纵横】线粒体和叶绿体的比较
3.(2分)某生物兴趣小组在实验室中模拟夏季一天中的光照强度,并测定苦菊幼苗光合速率的变化情况,结果如图所示。下列叙述正确的是 (　　)
A.若b点时天气突然转阴,短时间内叶肉细胞叶绿体中C3含量降低
B.一天中不同时间的不同光照强度下,苦菊幼苗的光合速率可能相同
C.一天中不同时间的相同光照强度下,苦菊幼苗的光合速率一定不同
D.若a点时叶片的净光合速率为0,则此状态下苦菊幼苗的干重保持不变
【解析】选B。若b点时天气突然转阴,则光反应速率下降,光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少,暗反应中C3的还原速率下降、合成速率不变,短时间内叶肉细胞叶绿体中C3含量升高,A错误;图中a、b、c中的b点是上午某个时间点,d、e、b中的b点是下午某个时间点,b点是一天中不同时间的相同光照强度,此时苦菊幼苗的光合速率相同,C错误;若a点时叶片的净光合速率为0,则此时叶片的真正光合速率等于呼吸速率,而幼苗的根、茎等器官只进行细胞呼吸分解有机物,则此状态下苦菊幼苗的干重下降,D错误。
4.(2分)研究发现,正在进行光合作用的叶片突然停止光照后,短时间内会释放出大量的 CO2(这一现象被称为 “CO2的猝发”)。如图为适宜条件下某植物叶片遮光前CO2吸收速率和遮光后 CO2释放速率随时间变化的曲线,单位:μmol·m-2·s-1。下列叙述正确的是 (　　)
A.突然遮光以后,短时间内叶绿体中 C5的含量会上升
B.除细胞呼吸外,叶肉细胞可能还有其他途径产生 CO2
C.遮光之前,该植物固定 CO2的速率为 7 μmol·m-2·s-1
D.若降低光照强度,则图中A、B区域的面积均会变小
【解析】选B。突然遮光,光照强度降低,光反应减弱,光反应产生的NADPH和ATP减少,C3的还原减弱,C5的生成减少,而CO2的固定依旧在进行,C5的消耗暂时不变,故C5减少,A错误;停止光照后,光反应立即停止,短时间内会释放出大量的CO2,这一现象被称为“CO2的猝发”,并且超过了黑暗条件下的呼吸作用,说明光照条件下该植物产生CO2的途径不只有细胞呼吸,B正确;据题可知,该植物的呼吸速率为3 μmol·m-2·s-1,光下CO2吸收速率为7 μmol·m-2·s-1,遮光前该植物在光照下固定CO2的速率为7+3=10 μmol·m-2·s-1,C错误;由于遮光后植物不能进行光合作用只能进行呼吸作用,所以B区域就应代表该植物呼吸作用释放二氧化碳的量,降低光照强度,光合作用降低,图中A区域面积变小,图中B区域代表的是呼吸作用,其面积不会变小,D错误。
5.(2分)(2026·哈尔滨模拟)在不同温度下,测得某绿色植物相关指标的变化曲线,如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
A.给该植物浇灌含18O的H2O,一段时间后可在O2、CO2和糖类中检测到18O
B.30 ℃时,该植物固定CO2的速率为10 mmol·cm-2·h-1
C.40 ℃条件下,若黑暗和光照时间相等,该植物能正常生长
D.与植物呼吸作用相比,与光合作用有关的酶对温度反应更为敏感
【解析】选C。给该植物浇灌含18O的H2O,光反应水的光解,生成18O2,18O标记的H2O参与有氧呼吸第二个阶段,可生成C18O2,C18O2参与光合作用暗反应合成(CO),A正确;实线表示吸收二氧化碳速率,为净光合速率,虚线为CO2产生速率,表示呼吸速率,30 ℃时,该植物固定CO2的速率为8+2=10 mmol·cm-2·h-1,B正确;40 ℃条件下,净光合速率和呼吸速率相等,若黑暗和光照时间相等,则有机物不会积累,植物不能正常生长,C错误;从图中可以看出,与光合作用有关酶的最适温度在30 ℃左右,与呼吸作用有关酶的最适温度在40 ℃左右,且温度对光合速率的影响比温度对呼吸速率的影响更明显,因此,与光合作用有关的酶对温度反应更为敏感,D正确。
6.(2分) 【不定项】生物兴趣小组在密封容器的左、右两侧分别放置长势相同的健康植株甲、乙,甲植株左上角有适宜光源,乙植株无光源,中间用挡板隔开(挡板既能遮光又能隔绝气体交换),然后在适宜条件下培养,一段时间后,撤去挡板继续培养。测定培养过程中甲植株的光合速率与呼吸速率,得到曲线LⅠ。不考虑温度、水分等因素的影响,下列说法错误的是 (　　)
A.ab段限制光合速率的因素为CO2浓度
B.b点对应挡板打开,此时甲植株光合速率大于呼吸速率
C.撤去挡板后,短时间内甲植株细胞叶绿体中C3含量增加
D.c点时甲植株光合速率小于乙植株
【解析】选B、D。ab段挡板存在,甲植株的光合作用消耗CO2,导致容器内CO2浓度逐渐降低,限制光合速率,即ab段限制光合速率的因素为CO2浓度,A正确;b点挡板打开前,随着容器内CO2浓度逐渐降低,甲植株光合速率逐渐降低,在撤去挡板(即b点)后,光合速率又逐渐上升,说明挡板打开时甲植株光合速率等于呼吸速率,B错误;撤去挡板后,甲植株和乙植株可以共享CO2,对于甲植株而言会增加CO2的供应,短时间内促进C3的生成,C正确;挡板打开后,乙植株有光照,但因为距离远,光照强度小于甲植株,所以c点时甲植株光合速率大于乙植株,D错误。
【思维进阶练】
7.(3分) 【不定项】如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程,下列说法错误的是 (　　)
A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③
B.过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质
C.过程①中光能转变为化学能储存在ATP和NADPH中
D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
【解析】选B。过程①表示光反应中水的光解,过程③表示暗反应,则①和③是光合作用过程,光反应中需要色素吸收、传递、转化光能,其中叶绿素是转化光能必不可少的色素,A正确;过程③表示暗反应,发生在叶绿体基质中,过程④包括有氧呼吸的第一、二阶段,第一阶段发生在细胞质基质中,第二阶段发生在线粒体基质中,B错误;过程①光反应中,光能转变成化学能储存在ATP和NADPH中,二者可被暗反应利用,C正确;由题图可知,有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段,D正确。
8.(3分)某同学欲测定植物叶片的总光合速率,做如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其质量,测得叶圆片的总光合速率=(7y-6z-x)/6(g·cm-2·h-1)。不考虑取叶圆片的机械损伤和温度微小变化对叶片生理活动的影响,则M处的实验条件是 (　　)
A.下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
C.下午4时后将整个实验装置遮光1小时
D.下午4时后在阳光下照射3小时
【解析】选C。上午10时叶圆片干重为x克,下午4时叶圆片干重为y克,这段时间内叶圆片既进行了光合作用,又进行了细胞呼吸,因此(y-x)/6(g·cm-2·h-1)可表示这段时间内叶圆片的净光合速率;已测得叶圆片的总光合速率,因此叶圆片的呼吸速率为(7y-6z-x)/6-(y-x)/6=(y-z)(g·cm-2·h-1),因此M处的实验条件是下午4时后将整个实验装置遮光1小时,C符合题意。
【加固训练】
【不定项】(2026·青岛模拟)长叶刺葵是一种棕榈科植物,下图为某研究小组在水分充足的条件下测得长叶刺葵24小时内光合作用强度的曲线。下列有关曲线的描述正确的是 (　　)
A.大约18:00时有机物积累量最大
B.14:00以后a、b均下降的原因是光照强度减弱
C.曲线a表示总光合作用强度,曲线b表示净光合作用强度
D.10:00以后曲线b下降的原因是温度高,叶片的部分气孔关闭,二氧化碳供应不足
【解析】选A、B、C。由图分析可知,到大约18:00时CO2吸收量为0,即总光合速率等于呼吸速率,此后细胞呼吸速率大于光合速率,消耗有机物,故大约18:00时有机物积累量最大,A正确;14:00以后a、b均下降的原因是随着时间推移,光照强度减弱导致光反应减弱,进而影响暗反应中二氧化碳的利用,B正确;曲线a为二氧化碳的消耗量,光合作用消耗二氧化碳,故曲线a代表总光合作用强度;曲线b为二氧化碳吸收量,吸收量=光合作用消耗二氧化碳量-呼吸作用产生的二氧化碳量,故曲线b代表的是净光合作用强度,C正确;10:00以后图中曲线b二氧化碳吸收量下降,净光合速率下降,但是二氧化碳的消耗量增加,总光合速率增强(故叶片的气孔没有关闭,二氧化碳供应还是比较充足),说明此时曲线b下降是呼吸速率加快引起的,D错误。
9.(9分)(2025·四川卷)在温室中种植番茄,光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m-2·s-1,CO2浓度约为400 μmol·mol-1。为提高温室番茄产量,有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标,结果见下表。回答下列问题。
组别 光照强度/ (μmol· m-2·s-1) CO2浓度/ (μmol· mol-1) 净光合速 率/(μmol· m-2·s-1) 气孔导 度/(mol· m-2·s-1) 叶绿素 含量/ (mg·g-1)
对照 200 400 7.5 0.08 42.8
甲 400 400 14.0 0.15 59.1
乙 200 800 10.0 0.08 55.3
丙 400 800 17.5 0.13 65.0
注:气孔导度和气孔开放程度呈正相关。
(1)(2分)为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用　无水乙醇(或无水酒精/丙酮/C2H5OH)　提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,为减少类胡萝卜素的干扰,应选择　红光　(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。
【解析】(1)叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中,故为测定番茄叶片的叶绿素含量,可用无水乙醇或丙酮提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量,光合作用中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。为减少类胡萝卜素的干扰,应选择红光来测定叶绿素含量。
(2)(4分)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的　ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)　,从而提高了净光合速率。与甲组相比,丙组的净光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是　环境补充的CO2更多或丙比甲的CO2多　。
【解析】(2)与对照组相比,甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ),从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同,丙组的二氧化碳浓度是甲的2倍,与甲组相比,丙组的净光合速率更高,气孔导度略低,但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高,可能的原因是环境补充的CO2更多(或丙比甲的CO2多)。
(3)(3分)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择　光照强度加倍　,依据是　甲>乙的光合速率,说明光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大　。
【解析】(3)根据本研究结果,在冬季温室种植番茄的过程中,甲>乙的净光合速率,说明光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大,故若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量,应选择光照强度加倍。
10.(11分)(2025·安徽卷)为探究水通道蛋白NtPIP对作物耐涝性的影响,科研小组测定了油菜的野生型(WT)及NtPIP基因过量表达株(OE)在正常供氧(AT)和低氧(HT,模拟涝渍)条件下的根细胞呼吸速率和氧浓度,结果见图1。
回答下列问题。
(1)(4分)据图1分析,低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸　增强　,原因是　NtPIP基因的过量表达通过增强根系水通道蛋白介导的水分吸收能力,增加了氧气浓度,利于有氧呼吸进行　。
有氧呼吸第二个阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为　NADH　中储存的能量。
【解析】(1)据图1分析,与野生型相比,NtPIP基因过量表达株(OE)组氧气浓度升高且呼吸速率增加,故低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。有氧呼吸第二个阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳、NADH和少量ATP,其中的化学能大部分被转化为NADH储存的能量。
(2)(3分)科学家早期在探索有氧呼吸第二个阶段代谢路径时发现,在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积(图2 a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2 b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二个阶段代谢路径提出假设:　 丙二酸的加入会导致E积累;分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二个阶段代谢路径具有循环性　。
【解析】(2)在添加丙二酸的组织悬浮液中加入分子A、B或C时,E增多并累积;当加入F、G或H时,E也同样累积,再结合图2中显示的代谢路径,可知丙二酸的加入会导致E积累;分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二个阶段代谢路径具有循环性。
(3)(2分)科研小组还发现,低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。结合根细胞呼吸速率的变化分析,其原因是　低氧条件下,NtPIP基因过量表达株,根有氧呼吸增强,可吸收更多的矿质元素(如N、Mg等),有利于光合作用　。
【解析】(3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株,根有氧呼吸增强,可以吸收更多的矿质元素(如N、Mg等),有利于光合作用,所以NtPIP基因过量表达株的叶片净光合速率高于野生型。
(4)(2分)光合作用光反应实质是光能引起的氧化还原反应,最终接受电子的物质(最终电子受体)是　NADP+　,而最终提供电子的物质(最终电子供体)是　H2O　。
【解析】(4)光反应中水在光下分解为H+、O2和e-,e-经传递最终与H+和NADP+结合生成NADPH,因此,光反应中最终的电子供体是H2O,最终的电子受体是NADP+。第15讲　光合作用与细胞呼吸的关系
【课标要求】
1.阐明光合作用和细胞呼吸的关系。
2.应用光合作用和细胞呼吸的原理解决生产实践中的问题。
考点一　光合作用与细胞呼吸过程的关系
【精研强思维】
【思维探究】
　下图为某植物的叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意图,其中a、b、c表示物质,①~④表示生理过程。
(1)(生命观念)②处发生的反应称为______________, 在____________中进行,需要①处反应提供__________________才能使C3转变成糖类等有机物。
提示:暗反应　叶绿体基质　ATP和NADPH
(2)(科学思维)图中过程①、③发生的场所分别是____________、____________,物质a是________, 物质b是__________。
提示:类囊体薄膜　细胞质基质　O2　CO2
(3)(社会责任)若用18O标记H2O,在图中过程④的最终产物中,可能检测到18O的物质有哪些
提示:二氧化碳、水。
【思维建构】
模型法分析细胞呼吸与光合作用
1.细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系:
(1)物质方面
(2)能量方面
2.有关物质的来源与去路:
【精练提素养】
1.(2025·河北卷)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是(　　)
A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O
B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2
C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2
D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物
【解析】选A。类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三个阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段不生成H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2进行CO2的固定,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段,涉及丙酮酸和水反应生成CO2,B正确;类囊体膜上进行水的光解生成O2,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三个阶段,消耗O2和NADH生成H2O,C正确;叶绿体基质中进行暗反应,合成葡萄糖等有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。
【加固训练】
【不定项】(2026·泰安模拟)如图表示某植物的两种生理过程,下列有关叙述正确的是(　　)
A.①过程表示光合作用
B.②过程表示呼吸作用
C.白天可同时进行①和②生理活动
D.晚上①和②生理活动均停止
【解析】选A、B、C。光合作用吸收二氧化碳和水,合成有机物,释放氧气,①过程表示光合作用,A正确;呼吸作用吸收氧气,分解有机物,释放能量,②过程表示呼吸作用,B正确;光合作用需要光,因此①光合作用只有在白天进行,呼吸作用不需要光,因此②呼吸作用白天、晚上都能进行,C正确,D错误。
2.(2024·新课标全国卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中 M 为初始O2浓度,c、d组O2 浓度相同。回答下列问题:
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是________________________,原因是___________________________。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是______组,判断依据是__________________________________。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。
【解析】本题考查影响光合作用的因素、光合作用和呼吸作用的关系。
(1)植物叶片中的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素主要吸收太阳光中的红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收太阳光中的蓝紫光,所以植物光合作用主要利用红光和蓝紫光。
(2)b组O2浓度高于a组,说明b组的光合速率大于呼吸速率,表现为吸收CO2、释放O2,所以a组CO2浓度大于b组。
(3)c、d组的O2浓度不再增加,说明此时幼苗的光合速率等于呼吸速率,这主要是由于CO2供应不足;a组O2浓度等于初始浓度,说明幼苗的光合速率等于呼吸速率;b组此时的O2浓度增加,说明幼苗的光合速率大于呼吸速率;综合分析,b组的光合速率最大。
(4)d组O2浓度不再增加,说明此时幼苗的光合速率等于呼吸速率,密闭容器中CO2的供应不足导致幼苗的光合速率下降;打开容器后,CO2供应不足的状况得到改善,以c组的光照强度继续照光,幼苗的光合速率会升高,从而大于呼吸速率。
答案:(1)红光和蓝紫光　光合色素中的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
(2)大于
(3)b　密闭装置中的O2浓度不再增加时,幼苗的光合速率等于呼吸速率,b组的O2浓度增加,幼苗的光合速率大于呼吸速率　
(4)升高
考点二　光合速率与呼吸速率的关系
【精研强思维】
【思维探究】
　科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:
(1)(生命观念)图1中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合成酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是什么 ______________________。
暗反应中C3在____________________的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的______________中。
提示:选择透过性　ATP、NADPH和酶　细胞质基质
(2)(科学思维)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是______(填“甲”或“乙”)。据图判断,总光合速率最高时对应的温度是______(填“20 ℃”“25 ℃”或“30 ℃”),理由为________________________。
提示:乙　30 ℃　30 ℃蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高
(3)(生命观念)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
测定样液蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血细胞计数板计数,取样前需①______
浓缩蓝细菌 ②____________
③________________________ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④____________ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放
建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算
提示:①摇匀　②将稀释样液离心,取下层沉淀物　③提取叶绿素(溶解蓝细菌)　④防止叶绿素降解
【思维建构】
模型法分析“三率”
1.光合速率与呼吸速率的常用表示方法:
总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2量 黑暗中释放的CO2量
“产生”或“制造”的O2量 “释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2量 黑暗中吸收的O2量　
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量
2.曲线模型及分析:
(1)植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
(2)植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为净光合速率。
(3)真正光合速率=呼吸速率+净光合速率。
提醒:植物光合速率等于呼吸速率时,叶肉细胞中光合速率大于呼吸速率。
3.植物“三率”的含义、关系及判定:
(1)辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
即:m3=m1+m2　n3=n1+n2
(2)常考曲线分析
①叶面积指数与相应物质的量的曲线
②温度影响光合作用和细胞呼吸的曲线
③以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标的曲线
4.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较:
(1)开放环境中CO2的昼夜变化曲线
注:一昼夜有机物的积累量=S2-(S1+S3)。
(2)密闭玻璃罩中CO2的昼夜变化曲线
5.光合速率与呼吸速率的探究方法:
(1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化
①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和,即“真正光合速率”。
②物理误差的校正:为使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置。与图示两装置相比,对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”,其余均相同。
(2)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
将叶片一半遮光、一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值,最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。
(3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
a.“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。
b.在有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为真正光合作用量。
c.在没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=真正光合作用量。
(4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量
本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,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;真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
【精练提素养】
1.(2025·新课标全国卷)在一定温度下,生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.光照强度为a时,该植物的干重不会增加
B.光照强度从a逐渐增加到b时,该植物生长速率逐渐增大
C.光照强度小于b时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率会增大
D.光照强度为b时,适当降低光反应速率,CO2固定速率会降低
【解析】选C。光照强度为a时,光合速率等于呼吸速率,即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合速率积累有机物,净光合速率=光合速率-呼吸速率,由于此时净光合速率为0,该植物的干重不会增加,A正确。光照强度从a逐渐增加到b时,光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大,植物积累有机物越多,生长速率逐渐增大,B正确。光照强度小于b时,光照强度未达到饱和的阶段,当光照强度为主要限制因素时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率不会增大(因为光照不足,光反应提供的ATP和NADPH有限,限制暗反应);只有当光照强度达到饱和后,适当提高CO2浓度,CO2固定速率才会增大,C错误。光照强度为b时,光反应为暗反应提供ATP和NADPH。适当降低光反应速率,光反应提供的ATP和NADPH减少,会使暗反应中CO2固定速率降低,D正确。
2. 【不定项】(2026·包头模拟)某科研小组在不同环境条件下,针对某植物的氧气吸收量和释放量进行测定后,所得结果如表所示。下列叙述正确的是(　　)
温度 光照强度(klx)
0 5 10
10 ℃ -0.5 (mg/h) +3.0 (mg/h) +4.0 (mg/h)
20 ℃ -1 (mg/h) +2.0 (mg/h) +5.0 (mg/h)
A.该植物在20 ℃的呼吸速率小于10 ℃的呼吸速率
B.在10 klx、10 ℃时,该植物5小时O2的产生量为22.5 mg
C.20 ℃条件下,10 klx光照10小时,一昼夜该植物O2的释放量为36 mg
D.光照强度为5 klx时,该植物细胞内能产生ATP的场所是线粒体、叶绿体
【解析】选B、C。在黑暗条件下(0 klx),植物只进行呼吸作用,10 ℃时O2变化量为-0.5 mg/h,20 ℃时为-1 mg/h。呼吸速率绝对值越大,说明呼吸作用越强,因此,20 ℃的呼吸速率大于10 ℃,A错误。在10 klx、10 ℃时,O2变化量(净光合速率)为+4.0 mg/h。总光合速率=净光合速率+呼吸速率=4.0+0.5=4.5(mg/h)。5小时O2总产生量为4.5×5=22.5 mg,B正确。20 ℃、10 klx时,净光合速率为+5.0 mg/h,光照10小时积累O2量为5.0×10=50(mg)。黑暗14小时呼吸消耗O2量为1×14=14(mg)。一昼夜O2净释放量为50-14=36(mg),C正确。光照强度为5klx时,植物同时进行光合作用和呼吸作用。ATP产生的场所包括叶绿体(光反应)、线粒体(细胞呼吸第二阶段和第三阶段)和细胞质基质(细胞呼吸第一阶段),D错误。
【加固训练】
【不定项】(2025·佳木斯模拟)黑白瓶法多用于研究浮游植物生产量,所用白瓶完全透光,黑瓶不透光。用若干个黑白瓶,装入某湖泊一定水层的1 L湖水后密闭,进行实验测试,结果如图所示。下列相关说法正确的是(　　)
A.白瓶中的生物白天只进行光合作用
B.瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7 mg
C.a光照强度下,不能满足瓶中生物对氧气的需求量
D.a光照强度下,白瓶中植物24小时氧气净释放量为7 mg
【解析】选B。白瓶中的生物白天既可以进行光合作用,也能进行呼吸作用,A错误;黑瓶中生物只进行呼吸作用,所以瓶中生物呼吸消耗氧气量只看黑瓶即可,所以瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为10-3=7(mg),B正确;a光照强度下,瓶中生物24小时后溶解氧的含量还是10 mg,说明净光合作用等于0,即a光照强度下,刚好满足瓶中生物对氧气的需求量,瓶中生物光合作用释放氧气量为0,C、D错误。
【体验高考真题溯源】
1.(2025·晋陕青宁卷)→(必修1 P108非选择题T2)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的____________,产物C3在光反应生成的________________参与下合成糖类等有机物。
【解析】(1)叶绿体中R酶催化CO2固定,CO2固定属于暗反应过程,发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物,其中ATP可以提供能量,NADPH作为还原剂并提供能量。
(2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是___________
_________________________________________________________。
【解析】(2)结合图示和题干信息分析,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放CO2用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收加快,暗反应速率加快,从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。
(3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度____________(填“大”“小”或“无法判断”)。
【解析】(3)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点,保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,CO2竞争R酶的能力减弱,暗反应速率减小,因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W,植株S在相同条件下气孔开度相对较大,有利于CO2的吸收,因此植株S的净光合速率变化幅度较小。
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果: ______________________________________________。
【解析】(4)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,还需要补充的一个实验组是构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T),实验思路是以野生型植株W为参照,构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析,G酶有利于光合作用的进行,因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W。
【教考融通】本题源于教材中CO2对光合作用的影响,结合示意图和坐标曲线图主要考查酶及环境因素对光合速率的影响。
答案:(1)基质　ATP、NADPH
(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放CO2用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收加快,暗反应速率加快
(3)减小　小
(4)实验思路:以野生型植株W为参照,构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。
预期结果:植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W
【深研教材预测高考】
2.(必修1 P106拓展应用T1【改编】)如图是夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片净光合速率(实际光合速率-呼吸速率)变化曲线图。下列相关分析错误的是(　　)
A.净光合速率可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示
B.BC段和DE段净光合速率下降的原因不同
C.A点与E点相比,叶绿体产生O2的速率不一定相同
D.E点后植物体内积累有机物的量开始减少
【解析】选D。净光合速率是实际光合速率与呼吸速率的差值,可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示,也可用单位时间内叶片释放O2的量表示,A正确;图中曲线BC段净光合速率下降的原因是光照过强、温度过高引起部分气孔关闭,暗反应受阻,而DE段净光合速率下降的原因是光照强度减弱,B正确;A点与E点的净光合速率相等,即叶片释放O2的速率相等,由于呼吸速率不一定相同,故叶绿体产生O2的速率不一定相同,C正确;E点后该植物的净光合速率虽然在下降,但其数值大于0,仍存在有机物的积累,故植物体内积累有机物的量仍在增加,D错误。
3.(必修1 P108选择题T6【改编】)光合作用和细胞呼吸是植物体的两个重要生理活动,下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述,错误的是(　　)
A.适宜的光照下,叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
B.细胞呼吸过程中有机物中稳定的化学能主要转变为ATP中活跃的化学能
C.用O培养小球藻,一段时间后可在其产生的糖类和氧气中检测到18O
D.夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,有利于提高作物产量
【解析】选B。光合作用的光反应阶段产生ATP,光反应的场所是叶绿体,有氧呼吸的三个阶段都能合成ATP,有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体,A正确;细胞呼吸过程中,有机物中的化学能大部分以热能的形式散失,少部分转变为ATP中活跃的化学能,B错误;用O培养小球藻,在叶绿体中进行光合作用,光反应中水的光解形成氧气和NADPH,则最先检测到含有放射性的产物是氧气;O可参与有氧呼吸的第二个阶段,在CO2中可检测到被标记的18O,再通过光合作用的暗反应阶段,转移到糖类等有机物中,C正确;夏季连续阴天,光照强度减弱,光合作用合成的有机物减少,夏季的气温较高,细胞呼吸作用较强,细胞呼吸分解的有机物较多,不利于植物生长,所以大棚中白天适当增加光照,提高光合作用强度,夜晚适当降低温度,降低细胞呼吸强度,从而增加净光合作用强度,可提高作物产量,D正确。(共59张PPT)
第15讲　光合作用与细胞呼吸的关系
考点一　光合作用与细胞呼吸过程的关系
考点二　光合速率与呼吸速率的关系
从教材走向高考
【课标要求】
1.阐明光合作用和细胞呼吸的关系。
2.应用光合作用和细胞呼吸的原理解决生产实践中的问题。
考点一　光合作用与细胞呼吸过程的关系
【精研强思维】
【思维探究】
下图为某植物的叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意图,其中a、b、c表示物质,①~④表示生理过程。
(1)(生命观念)②处发生的反应称为______________, 在____________中进行,需要①处反应提供__________________才能使C3转变成糖类等有机物。
提示:暗反应　叶绿体基质　ATP和NADPH
(2)(科学思维)图中过程①、③发生的场所分别是____________、____________,物质a是________, 物质b是__________。
提示:类囊体薄膜　细胞质基质　O2　CO2
(3)(社会责任)若用18O标记H2O,在图中过程④的最终产物中,可能检测到18O的物质有哪些
提示:二氧化碳、水。
【思维建构】 模型法分析细胞呼吸与光合作用
1.细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系:
(1)物质方面
(2)能量方面
2.有关物质的来源与去路:
【精练提素养】
1.(2025·河北卷)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较,下列叙述错误的是(　　)
A.类囊体膜上消耗H2O,而线粒体基质中生成H2O
B.叶绿体基质中消耗CO2,而线粒体基质中生成CO2
C.类囊体膜上生成O2,而线粒体内膜上消耗O2
D.叶绿体基质中合成有机物,而线粒体基质中分解有机物
√
【解析】选A。类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三个阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段不生成H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2进行CO2的固定,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段,涉及丙酮酸和水反应生成CO2,B正确;类囊体膜上进行水的光解生成O2,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三个阶段,消耗O2和NADH生成H2O,C正确;叶绿体基质中进行暗反应,合成葡萄糖等有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二个阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。
【加固训练】
【不定项】(2026·泰安模拟)如图表示某植物的两种生理过程,下列有关叙述正确的是(　　)
A.①过程表示光合作用
B.②过程表示呼吸作用
C.白天可同时进行①和②生理活动
D.晚上①和②生理活动均停止
√
√
√
【解析】选A、B、C。光合作用吸收二氧化碳和水,合成有机物,释放氧气,①过程表示光合作用,A正确;呼吸作用吸收氧气,分解有机物,释放能量,②过程表示呼吸作用,B正确;光合作用需要光,因此①光合作用只有在白天进行,呼吸作用不需要光,因此②呼吸作用白天、晚上都能进行,C正确,D错误。
2.(2024·新课标全国卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中 M 为初始O2浓度,c、d组O2 浓度相同。回答下列问题:
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的
光主要是_________________,原因是_______________________________
____________________________________________。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合
速率最大的是______组,判断依据是__________________________________
_________________________________________________________________。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光
合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。
红光和蓝紫光
光合色素中的叶绿素主要吸收红
光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
大于
b
密闭装置中的O2浓度不再增加时,幼苗
的光合速率等于呼吸速率,b组的O2浓度增加,幼苗的光合速率大于呼吸速率
升高
【解析】本题考查影响光合作用的因素、光合作用和呼吸作用的关系。
(1)植物叶片中的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素主要吸收太阳光中的红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收太阳光中的蓝紫光,所以植物光合作用主要利用红光和蓝紫光。
(2)b组O2浓度高于a组,说明b组的光合速率大于呼吸速率,表现为吸收CO2、释放O2,所以a组CO2浓度大于b组。
(3)c、d组的O2浓度不再增加,说明此时幼苗的光合速率等于呼吸速率,这主要是由于CO2供应不足;a组O2浓度等于初始浓度,说明幼苗的光合速率等于呼吸速率;b组此时的O2浓度增加,说明幼苗的光合速率大于呼吸速率;综合分析,b组的光合速率最大。
(4)d组O2浓度不再增加,说明此时幼苗的光合速率等于呼吸速率,密闭容器中CO2的供应不足导致幼苗的光合速率下降;打开容器后,CO2供应不足的状况得到改善,以c组的光照强度继续照光,幼苗的光合速率会升高,从而大于呼吸速率。
考点二　光合速率与呼吸速率的关系
【精研强思维】
【思维探究】
科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图,图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题:
(1)(生命观念)图1中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合成酶,而O2能自由通过类囊体膜,说明类囊体膜具有的特性是什么 ________________。
暗反应中C3在____________________的作用下转变为(CH2O),此过程发生的区域位于蓝细菌的______________中。
提示:选择透过性　ATP、NADPH和酶　细胞质基质
(2)(科学思维)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是______(填“甲”或“乙”)。据图判断,总光合速率最高时对应的温度是______(填“20 ℃”“25 ℃”或“30 ℃”),理由为________________________。
提示:乙　30 ℃　30 ℃蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高
(3)(生命观念)在一定条件下,测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量,建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线,用于估算水体中蓝细菌密度。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
测定样液蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液,分别用血细胞计数板计数,取样前需①______
浓缩蓝细菌 ②____________
③___________________ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④____________ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管,避光存放
建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量,计算
提示:①摇匀　②将稀释样液离心,取下层沉淀物　③提取叶绿素(溶解蓝细菌)　④防止叶绿素降解
【思维建构】模型法分析“三率”
1.光合速率与呼吸速率的常用表示方法:
总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率
“同化”“固定”或“消耗”的CO2量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2量 黑暗中释放的CO2量
“产生”或“制造”的O2量 “释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2量 黑暗中吸收的O2量　
“产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量
2.曲线模型及分析:
(1)植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
(2)植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据
为净光合速率。
(3)真正光合速率=呼吸速率+净光合速率。
提醒:植物光合速率等于呼吸速率时,叶肉细胞中光合速率大于呼吸速率。
3.植物“三率”的含义、关系及判定:
(1)辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
即:m3=m1+m2　n3=n1+n2
(2)常考曲线分析
①叶面积指数与相应物质的量的曲线
②温度影响光合作用和细胞呼吸的曲线
③以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标的曲线
4.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较:
(1)开放环境中CO2的昼夜变化曲线
注:一昼夜有机物的积累量=S2-(S1+S3)。
(2)密闭玻璃罩中CO2的昼夜变化曲线
5.光合速率与呼吸速率的探究方法:
(1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化
①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和,即“真正光合速率”。
②物理误差的校正:为使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置。与图示两装置相比,对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”,其余均相同。
(2)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
将叶片一半遮光、一半曝光,遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值,最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。
(3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
a.“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。
b.在有初始值的情况下,黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量;二者之和为真正光合作用量。
c.在没有初始值的情况下,白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量=真正光合作用量。
(4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量
本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量,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;真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
【精练提素养】
1.(2025·新课标全国卷)在一定温度下,生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.光照强度为a时,该植物的干重不会增加
B.光照强度从a逐渐增加到b时,该植物生长速率逐渐增大
C.光照强度小于b时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率会增大
D.光照强度为b时,适当降低光反应速率,CO2固定速率会降低
√
【解析】选C。光照强度为a时,光合速率等于呼吸速率,即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合速率积累有机物,净光合速率=光合速率-呼吸速率,由于此时净光合速率为0,该植物的干重不会增加,A正确。光照强度从a逐渐增加到b时,光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大,植物积累有机物越多,生长速率逐渐增大,B正确。光照强度小于b时,光照强度未达到饱和的阶段,当光照强度为主要限制因素时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率不会增大(因为光照不足,光反应提供的ATP和NADPH有限,限制暗反应);只有当光照强度达到饱和后,适当提高CO2浓度,CO2固定速率才会增大,C错误。光照强度为b时,光反应为暗反应提供ATP和NADPH。适当降低光反应速率,光反应提供的ATP和NADPH减少,会使暗反应中CO2固定速率降低,D正确。
2. 【不定项】(2026·包头模拟)某科研小组在不同环境条件下,针对某植物的氧气吸收量和释放量进行测定后,所得结果如表所示。下列叙述正确的是(　　)
温度 光照强度(klx)
0 5 10
10 ℃ -0.5 (mg/h) +3.0 (mg/h) +4.0
(mg/h)
20 ℃ -1 (mg/h) +2.0 (mg/h) +5.0
(mg/h)
A.该植物在20 ℃的呼吸速率小于10 ℃的呼吸速率
B.在10 klx、10 ℃时,该植物5小时O2的产生量为22.5 mg
C.20 ℃条件下,10 klx光照10小时,一昼夜该植物O2的释放量为36 mg
D.光照强度为5 klx时,该植物细胞内能产生ATP的场所是线粒体、叶绿体
√
√
【解析】选B、C。在黑暗条件下(0 klx),植物只进行呼吸作用,10 ℃时O2变化量为-0.5 mg/h,20 ℃时为-1 mg/h。呼吸速率绝对值越大,说明呼吸作用越强,因此,
20 ℃的呼吸速率大于10 ℃,A错误。在10 klx、10 ℃时,O2变化量(净光合速率)为+4.0 mg/h。总光合速率=净光合速率+呼吸速率=4.0+0.5=4.5(mg/h)。5小时O2总产生量为4.5×5=22.5 mg,B正确。20 ℃、10 klx时,净光合速率为+5.0 mg/h,光照10小时积累O2量为5.0×10=50(mg)。黑暗14小时呼吸消耗O2量为1×14=14(mg)。一昼夜O2净释放量为50-14=36(mg),C正确。光照强度为5klx时,植物同时进行光合作用和呼吸作用。ATP产生的场所包括叶绿体(光反应)、线粒体(细胞呼吸第二阶段和第三阶段)和细胞质基质(细胞呼吸第一阶段),D错误。
【加固训练】
【不定项】(2025·佳木斯模拟)黑白瓶法多用于研究浮游植物生产量,所用白瓶完全透光,黑瓶不透光。用若干个黑白瓶,装入某湖泊一定水层的1 L湖水后密闭,进行实验测试,结果如图所示。下列相关说法正确的是(　　)
A.白瓶中的生物白天只进行光合作用
B.瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7 mg
C.a光照强度下,不能满足瓶中生物对氧气的需求量
D.a光照强度下,白瓶中植物24小时氧气净释放量为7 mg
√
【解析】选B。白瓶中的生物白天既可以进行光合作用,也能进行呼吸作用,A错误;黑瓶中生物只进行呼吸作用,所以瓶中生物呼吸消耗氧气量只看黑瓶即可,所以瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为10-3=7(mg),B正确;a光照强度下,瓶中生物24小时后溶解氧的含量还是10 mg,说明净光合作用等于0,即a光照强度下,刚好满足瓶中生物对氧气的需求量,瓶中生物光合作用释放氧气量为0,C、D错误。
从教材走向高考
【体验高考真题溯源】
1.(2025·晋陕青宁卷)→(必修1 P108非选择题T2)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。
(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的____________,产物C3在光反应生成的________________参与下合成糖类等有机物。
基质　
ATP、NADPH
【解析】(1)叶绿体中R酶催化CO2固定,CO2固定属于暗反应过程,发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物,其中ATP可以提供能量,NADPH作为还原剂并提供能量。
(2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株
S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是_______
________________________________________________________________
________________________________________________________________
__________________________________________________。
植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放CO2用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收加快,暗反应速率加快
【解析】(2)结合图示和题干信息分析,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,促进甘氨酸转化为丝氨酸,释放CO2用于光合作用,从而生成更多的可溶性糖,提高了保卫细胞的细胞液浓度,植物保卫细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收加快,暗反应速率加快,从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。
(3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”);相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度____________(填“大”“小”或“无法判断”)。
【解析】(3)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点,保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,CO2竞争R酶的能力减弱,暗反应速率减小,因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W,植株S在相同条件下气孔开度相对较大,有利于CO2的吸收,因此植株S的净光合速率变化幅度较小。
减小　
　小
(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,还需补充一个实验组。
写出实验思路及预期结果: __________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________
________________________________________________________________。
实验思路:以野生型植株W为参照,构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。
预期结果:植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W
【解析】(4)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,还需要补充的一个实验组是构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T),实验思路是以野生型植株W为参照,构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组,在相同且适宜条件下培养,测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析,G酶有利于光合作用的进行,因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W,植株S净光合速率大于植株W。
【教考融通】本题源于教材中CO2对光合作用的影响,结合示意图和坐标曲线图主要考查酶及环境因素对光合速率的影响。
【深研教材预测高考】
2.(必修1 P106拓展应用T1【改编】)如图是夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片净光合速率(实际光合速率-呼吸速率)变化曲线图。下列相关分析错误的是(　　)
A.净光合速率可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示
B.BC段和DE段净光合速率下降的原因不同
C.A点与E点相比,叶绿体产生O2的速率不一定相同
D.E点后植物体内积累有机物的量开始减少
√
【解析】选D。净光合速率是实际光合速率与呼吸速率的差值,可用单位时间内叶片吸收CO2的量表示,也可用单位时间内叶片释放O2的量表示,A正确;图中曲线BC段净光合速率下降的原因是光照过强、温度过高引起部分气孔关闭,暗反应受阻,而DE段净光合速率下降的原因是光照强度减弱,B正确;A点与E点的净光合速率相等,即叶片释放O2的速率相等,由于呼吸速率不一定相同,故叶绿体产生O2的速率不一定相同,C正确;E点后该植物的净光合速率虽然在下降,但其数值大于0,仍存在有机物的积累,故植物体内积累有机物的量仍在增加,D错误。
3.(必修1 P108选择题T6【改编】)光合作用和细胞呼吸是植物体的两个重要生理活动,下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述,错误的是(　　)
A.适宜的光照下,叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
B.细胞呼吸过程中有机物中稳定的化学能主要转变为ATP中活跃的化学能
C.用O培养小球藻,一段时间后可在其产生的糖类和氧气中检测到18O
D.夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降低温度,有利于提高作物产量
√
【解析】选B。光合作用的光反应阶段产生ATP,光反应的场所是叶绿体,有氧呼吸的三个阶段都能合成ATP,有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体,A正确;细胞呼吸过程中,有机物中的化学能大部分以热能的形式散失,少部分转变为ATP中活跃的化学能,B错误;用O培养小球藻,在叶绿体中进行光合作用,光反应中水的光解形成氧气和NADPH,则最先检测到含有放射性的产物是氧气;O可参与有氧呼吸的第二个阶段,在CO2中可检测到被标记的18O,再通过光合作用的暗反应阶段,转移到糖类等有机物中,C正确;夏季连续阴天,光照强度减弱,光合作用合成的有机物减少,夏季的气温较高,细胞呼吸作用较强,细胞呼吸分解的有机物较多,不利于植物生长,所以大棚中白天适当增加光照,提高光合作用强度,夜晚适当降低温度,降低细胞呼吸强度,从而增加净光合作用强度,可提高作物产量,D正确。

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