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(共37张PPT)
第14讲光合作用与细胞呼吸的综合应用
内容索引
NEIRONGSUOYIN
考点二
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
光合作用和细胞呼吸的联系
考点一
光合作用和细胞呼吸的联系
考点一
梳理 必备知识
1.光合作用与细胞呼吸的联系
(1)物质方面
(2)能量方面
2.光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路
光反应水的光解
精练 迁移应用
考向　光合作用与细胞呼吸在场所、物质与能量转化的比较
1.(2025·河北卷,4)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
A
解析:类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段消耗H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,丙酮酸和H2O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,合成有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。
2.(2026·河北秦皇岛模拟)如图为植物细胞代谢的部分过程简图,①~⑦为相关生理过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A.若植物缺Mg,则首先会受到显著影响的是③
B.从能量角度考虑,②的进行与⑤⑥密切相关,与③无直接关系
C.蓝细菌细胞中③发生在类囊体薄膜上,④发生在叶绿体基质中
D.叶肉细胞内③中O2的产生量小于⑥中O2的消耗量,则该细胞内有机物总量将减少
C
解析:Mg是构成叶绿素的元素,光合作用光反应阶段需要叶绿素吸收、传递、转化光能,若植物缺Mg则叶绿素的合成受阻,首先会受到显著影响的生理过程是③(光反应过程),A正确;一般情况下,植物细胞吸收无机盐的方式②是主动运输,需要消耗能量,故与⑤⑥(细胞呼吸过程)密切相关,与③(光反应过程)无直接关系,B正确;蓝细菌细胞是原核细胞,没有叶绿体,因此也没有类囊体,C错误;若光反应过程③中O2的产生量小于有氧呼吸过程⑥中O2的消耗量,则该叶肉细胞净光合作用量<0,该细胞内有机物总量将减少,D正确。
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
考点二
梳理 必备知识
1.总光合速率、净光合速率与呼吸速率
(1)总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)总光合速率、净光合速率和呼吸速率的文字表述
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.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
(1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化
有氧呼吸消
耗O2
呼吸
释放O2
净光合
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
强度值,曝光的一半测得的数据变化值代表 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。
细胞呼吸
净光合作用
(3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
①“黑瓶”不透光,测定的是 ;“白瓶”给予光照,测定的是
。
②在有初始值的情况下,黑瓶中 为有氧呼吸量;白瓶中 为净光合作用量;二者之和为
。
③在没有初始值的情况下, =真正光合作用量。
有氧呼吸量
净光合作用量
O2的减少量(或CO2的增加量)
O2的增加量(或CO2的减少量)
真正光合作用量
白瓶中测得的现有量-黑瓶中测得的现有量
(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= ;真正光合速率=净光合速率+呼吸速率= 。
(x-y)/2S
(x+z-2y)/2S
精练 迁移应用
考向1　总光合速率、净光合速率与呼吸速率的辨析
1.(2025·新课标卷,2)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
C
解析: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积累有机物,故此时植物干重不会增加,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,净光合速率逐渐增大,植物积累有机物逐渐增多,生长速率逐渐增大,B正确;光照强度小于b时,光照强度为限制光合速率的因素,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),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,ATP和NADPH减少,
C3的还原速率降低,间接导致暗反应中CO2固定速率
降低,D正确。
考向2　自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化分析
2.(2026·广东东莞模拟)如图是大棚番茄在24小时测得的CO2的含量和CO2的吸收速率的变化曲线图,下列有关叙述错误的是(　　)
A.a点CO2释放量减少可能是因为温度降低导致细胞呼吸强度减弱
B.番茄通过光合作用合成有机物的时间是c~e段
C.由P点条件变为d点,C3生成减少
D.植物干重最大的时刻是e点
B
解析:a点温度降低导致细胞呼吸减弱,CO2释放量减少,A正确;番茄通过光合作用制造有机物的时间是b~f段,B错误;d点时气温高,蒸腾作用过强,导致部分气孔关闭,CO2供应不足,光合速率减慢,C3生成减少,C正确;c~e段光合作用强度大于细胞呼吸强度,有机物积累,e点之后光合作用强度小于细胞呼吸强度,故有机物积累最多的时刻是e点,D正确。
考向3　光合速率的测定方法
3.某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样,分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10(mg·L-1),白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a光照强度/klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3
A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧气
B.光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等,说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
C.当光照强度为c时,白瓶中植物产生的氧气量为21(mg·L-1)
D.当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中植物的光合速率不再增加
答案:B
解析:黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧,A正确;光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等,说明植物光合作用产生的氧气刚好用于细胞呼吸消耗,B错误;当光照强度为c时,白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量=净光合作用量+细胞呼吸消耗量=(24-10)+7=21(mg·L-1),C正确;由d、e两组数据可知,当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中溶解氧的含量也不再增加,即白瓶中植物的光合速率不再增加,D正确。
4.(2026·湖南怀化模拟)某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃罩构成的小室,如图甲所示。将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜(零点开始)小室内植物O2释放速率的变化,得到如图乙所示曲线。据图回答下列问题。
(1)影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是_____________
　　　 (答出2点即可),甲装置中NaHCO3溶液的作用是_______________
　 。
解析:影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是光照强度、温度。甲装置中NaHCO3溶液的主要作用是维持小室内CO2的恒定。
光照强度、
温度
维持小室内CO2
的恒定
(2)观察装置中液滴的位置,c点时刻的液滴位于起始位置(零点)的　　侧,装置刻度管中液滴右移最远是在一天中的　　　点(填字母)。
左
g
解析:图甲是密闭装置,装置中有NaHCO3溶液,实验过程中CO2浓度始终不变,图乙曲线中的c点时刻光合作用强度与呼吸作用强度相等,在此点之前,光合作用强度小于呼吸作用强度,小室内O2浓度降低,液滴会向左移动,因此c点时刻的液滴位于起始位置(0点)的左侧。装置刻度管中液滴移动是O2的增减造成的,液滴右移是O2释放造成的,c、g两点表示光合作用强度=呼吸作用强度,cg之间,光合作用强度一直大于呼吸作用强度,一直有O2释放,大于g点后,光合作用强度小于呼吸作用强度,O2被吸收,所以液滴右移最远是在一天中的g点。
(3)乙图中a点比b点高,最可能的原因是_____________________________
　 。
解析:图乙中a点至b点时装置处于黑暗状态,且a点温度比b点低,呼吸作用弱,消耗的O2少,即a点时O2吸收速率小于b点,因此a点比b点高。
在黑暗状态下,a点温度比b点低,
呼吸作用弱,消耗的氧气少
(4)在实验过程中的某段光照时间内,记录液滴的移动情况,获得以下数
据。
该组数据是在图乙曲线的　　　　　段获得的。
每隔20分钟记录一次刻度数据
…… 24 29 32 34 ……
de或fg
解析:表格中数据表明,液滴一直右移,但移动距离越来越小,说明O2释放速率减慢,但光合作用强度大于呼吸作用强度,因此该组数据是在图乙曲线的de或fg段获得的。
(5)科研小组想要测定该植物某时间段O2的产生速率,应如何设置对照实验(不考虑实验误差) 如何处理实验数据
①简要写出对照实验设计思路:___________________________________
______________________________________________________________
。
②数据处理:若在单位时间内,实验组读数为M,对照组读数绝对值为N,该植物的真正光合速率为　　　　　。
设置与甲相同的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数
M+N
解析:①图乙曲线表示O2释放速率,为净光合速率,O2的产生速率=净光合速率+呼吸速率,因此只需测得呼吸作用速率就可以计算该植物某时间段O2的产生速率。设置对照实验如下:设置与甲相同的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数。
②测得单位时间内,实验组读数为M(净光合作用速率,读数为正值),对照组读数绝对值为N(呼吸作用速率,读数的绝对值为正值),该植物真正光合速率=净光合速率+呼吸作用速率=M+N。(共31张PPT)
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1.载体是指某些能传递能量或运载其他物质的分子。有些分子既能传递能量,又能运载其他物质,以下分子中,不符合该特点的是(　　)
A.ATP　　　　　　　　　 B.NADH
C.NADPH D.葡萄糖
D
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解析:ATP是直接能源物质,水解时释放能量,同时其特殊化学键断裂可将磷酸基团转移给其他分子(如酶的磷酸化),因此ATP既能传递能量又能运载磷酸基团,A正确;NADH在细胞呼吸中携带氢和电子,参与线粒体内膜的电子传递链,驱动ATP合成,既传递能量又运载氢和电子,B正确;NADPH在光合作用中携带氢和电子,为暗反应提供能量和作为还原剂,同时传递能量并运载物质,C正确;葡萄糖是主要能源物质,通过分解产生ATP,但其本身仅储存和运输化学能,并不直接运载其他物质(如氢、电子或磷酸基团),D错误。
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2.(2026·山东泰安模拟)发菜是一种陆生蓝细菌,常以丝状细胞群体的形式存在。科研人员发现了不同pH对发菜细胞光合放氧速率和呼吸耗氧速率存在影响,如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.发菜细胞的叶绿体和线粒体可以交换O2和CO2
B.pH为4时,发菜细胞的光合速率小于呼吸速率
C.发菜细胞光合作用与呼吸作用的最适pH可能不同
D.发菜细胞对酸性环境的适应能力强于碱性环境
C
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解析:发菜是原核生物,没有叶绿体和线粒体,其光合作用和呼吸作用的相关酶分布在细胞质和细胞膜上,所以不存在叶绿体和线粒体交换O2和CO2的情况,A错误;由题图可知,pH为4时光合放氧速率(净光合速率)为0,说明呼吸速率等于总光合速率,B错误;从题图中可以看出,光合放氧速率和呼吸耗氧速率随pH变化的曲线峰值对应的pH不同,说明发菜细胞光合作用与呼吸作用的最适pH可能不同,C正确;从图中可以看出,pH约为4时净光合速率为0,而呼吸速率在pH约为3时为0,而pH为
12时呼吸速率为0,但光合放氧速率直到pH等于13时
才为0,说明发菜对碱性环境有较强的适应能力,D错误。
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3.(2026·广东广州模拟)如图表示某植物在不同温度下,测得相关指标的变化曲线。下列叙述错误的是(　　)
A.光下叶肉细胞的线粒体基质中有CO2生成,
叶绿体基质消耗CO2
B.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
C.30 ℃时,该植物固定CO2速率为10 mmol·cm-2·h-1
D.40 ℃条件下,若黑暗和光照时间相等,该植物能正常生长
D
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解析:光下叶肉细胞会进行光合作用和细胞呼吸,光合作用叶绿体基质中消耗CO2,细胞呼吸在线粒体基质中有CO2生成,A正确;给该植物浇灌含18O的H2O,光反应过程中发生H2O的光解,生成18O2,O参与有氧呼吸第二阶段,可生成C18O2,C18O2参与光合作用暗反应合成(CO),B正确;实线表示CO2吸收速率,为净光合作用速率,虚线表示CO2产生速率,表示呼吸速率,题图中30 ℃时,该植物固定CO2的速率为8+2=10 mmol
·cm-2·h-1,C正确;40 ℃条件下,净光合速率和
呼吸速率相等,若白天和黑夜时间相等,则有机物
不会积累,植物不能生长,D错误。
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4.(2026·重庆万州模拟)某生物兴趣小组研究水培绿萝在不同光照条件下的气体交换情况,实验数据如表所示,不同条件下呼吸速率相同。下列说法错误的是(　　)
A.强光条件下绿萝可以正常生长,而弱光条件下则不能
B.强光条件下绿萝的总光合速率为15.5 μmol·m-2·s-1
C.黑暗条件下绿萝叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体
D.弱光条件下绿萝进行光合作用所需要的CO2来自线粒体和外界环境
光照条件 强光 弱光 黑暗
O2释放速率/(μmol·m-2·s-1) 12.5 5.0 -3.0
A
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解析:强光下净光合速率为12.5(μmol·m-2·s-1),弱光下为5.0(μmol·m-2·s-1),净光合速率在两种情况下均大于0,说明两种光照条件下的绿萝均可积累有机物,正常生长,A错误;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,强光下总光合速率为12.5+3.0=15.5(μmol·m-2·s-1),B正确;黑暗条件下绿萝仅进行呼吸作用,叶肉细胞中ATP的生成场所为细胞质基质(有氧呼吸第一阶段)和线粒体(有氧呼吸第二、三阶段),C正确;弱光下净光合速率>0,说明光合速率>呼吸速率,此时光合作用所需的CO2来自线粒体和外界环境,D正确。
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5.研究小组将生长发育状况相同的大豆植株分为两组,Ⅰ组用遮光网处理以降低光照强度,Ⅱ组不作处理,分别测定净光合速率的日变化情况,结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.c点时叶肉细胞产生ATP的场所是线粒
体和叶绿体
B.d和g点表示Ⅰ组、Ⅱ组植物的光合作
用速率相同
C.由图可知,适时适当遮光有利于大豆积累有机物
D.ef段下降是因为光照过强导致大豆细胞叶绿体受损
C
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解析:由题图可知,Ⅰ组的c点为光补偿点,此时光合作用等于呼吸作用,叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,A错误;Ⅰ组大豆和Ⅱ组大豆的d点和g点重合,代表两组植物的净光合速率相同,但两者的呼吸速率未知,所以d和g点表示的Ⅰ组、Ⅱ组植物的光合作用强度不一定相同,B错误;在dg段对应的时间段(约1:30~3:30)用遮光网处理,可减缓净光合速率的下降,提高大棚栽种该作物的产量,有利于大豆有机物的积累,C正确;12点到14点左右为全天光照最强烈的时段,
此时温度高,由题图可知,曲线下降是因为气孔
关闭,不利于光合作用进行,若为细胞叶绿体受
损,则f点之后净光合速率不会升高,D错误。
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6.环境因素对两种植物(1和2)光合作用的影响如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.植物2的呼吸速率、光补偿点和光饱和点均低于植物1
B.光照强度为r时,两种植物单位时间内固定的CO2量不相同
C.适当提高温度,则图1中a、b之间的差值会变小
D.光照强度大于p时,两种植物均能正常生长
D
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解析:由题图1可知,植物2的呼吸速率、光补偿点和光饱和点均低于植物1,植物2是阴生植物,植物1是阳生植物,A正确;光照强度为r时,两种植物的净光合速率相等,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,由于两种植物的呼吸速率不同(由图1中与纵轴交点可知,植物1呼吸速率大于植物2),所以总光合速率(单位时间固定的CO2量)不相同,B正确;图1中a、b之间的差值代表植物1和植物2在相同光照强度下的净光合速率差值,由图2可知,在温度为M时,植物1的净光合速率相对较高,适当提高温度,植物1净光合速率下降幅度可能比植物2大,则a、b之间的差值会变小,C正确;在图1中,光照强度大于p时,植物2的净光合速率大于0,
能正常生长,但植物1的净光合速率在光照强度
大于p后有一段小于0,不能正常生长,D错误。
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7.(2026·北京海淀模拟)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是(　　)
A.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
B.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
A
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解析:CO2吸收速率代表净光合速率,总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由题图可知,35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,A错误。CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,B正确。50 ℃时HT植株的净光合速率大于零,说明能积累有机物,而CT植株的净光合速率等于零,说明不能积累有机物,C正确。在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零,能积累有机物进行生长发育,体现了HT植株对高温环境较适应,D正确。
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8.(2026·河北廊坊模拟)研究者将某种高等植物幼苗均分为a、b、c三组,分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c三组的光照强度依次增大,实验中保持温度和初始CO2浓度相同且适宜。t时间后测定装置内O2浓度,结果如图,其中M为初始O2浓度。下列叙述错误的是(　　)
A.实验初始,各组幼苗光合速率大小为aB.实验过程中,a组幼苗光合速率等于呼吸速率
C.光照t时间后,c组装置内CO2浓度最大,a组最小
D.b、c组幼苗光合速率可能受装置中CO2浓度的影响
C
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解析:a、b、c三组的光照强度依次增大,因此实验初始,各组幼苗光合速率大小为a反应,进而影响光合速率,所以bc组幼苗光合速率可能受装置
中CO2浓度的影响,D正确。
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9.(2025·安徽卷,16)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。
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回答下列问题。
(1)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______________________________________________
　 　 。
有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为　　　　中储存的能量。
增强
在低氧胁迫下,NtPIP基因的过量表达株(OE)的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT组
NADH
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解析:据图1分析,低氧条件下,与野生型(WT)组相比,NtPIP基因过量表达株(OE)组氧浓度高且呼吸速率快,故低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水反应生成二氧化碳(无机物)、NADH(储存大量能量)并释放出少量的能量(绝大部分以热能形式散失,少量用于合成ATP),其中的化学能大部分被转化为NADH中储存的能量。
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(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二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2a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设: 　 。
假设物质H能转化为A
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解析: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累积,说明分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性,即H→A,故提出:假设物质H能转化为A。
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(3)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,原因是____________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
　 。
解析:由(1)可知,低氧条件下,与野生型相比,NtPIP基因过量表达株的根呼吸速率高于野生型,因而主动运输吸收更多的无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料,因而提高了净光合速率。
低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的根呼吸速率高于野生型,因而主动运输吸收更多的无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料,因而提高了净光合速率
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(4)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:光反应中H2O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
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10.(2026·广东深圳模拟)Rubisco羧化酶/加氧酶是一种双功能酶,既能催化C5与CO2的结合,参与光合作用;同时也能催化C5与O2结合,参与光呼吸。科研团队发现某转基因水稻品系(OE)中,光反应关键基因OsFTR的过表达显著提升了光能转化效率。为探究其对光合作用与呼吸作用的影响,研究人员在自然光照条件下测定野生型(WT)与OE植株的生理指标(光合作用速率、呼吸作用速率和光呼吸速率均以O2的释放或利用来衡量),部分数据如表。
测量指标 WT OE
净光合速率/(μmol·m-2·s-1) 22.3±1.2 28.7±1.5
呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) 3.1±0.3 4.8±0.4
叶绿素a/b的值 3.2 2.6
光呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) 1.8±0.2 0.9±0.1
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已知:光呼吸会消耗ATP和NADPH,且与CO2浓度密切相关;OE植株的Rubisco酶羧化效率提高20%。
(1)结合表格分析,OE植株净光合速率显著高于WT的原因可能包括:①叶绿素a/b的值降低,表明叶绿素　　　(填“a”或“b”)比例增加,增强了对
　　　 光的吸收能力。②光呼吸速率降低,减少　 　　　 　　的浪费,同时Rubisco酶羧化效率提升促进　　　　　　。
b
蓝紫和红
ATP和NADPH
暗反应
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解析:叶绿素a/b的值降低,表明叶绿素b比例增加。叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,因此增强了对蓝紫光和红光的吸收能力。光呼吸会消耗ATP和NADPH,OE植株光呼吸速率降低减少了这两种物质的浪费。同时,Rubisco酶羧化效率提升促进了暗反应中CO2的固定,从而提高净光合速率。
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(2)若将WT和OE植株分别置于密闭玻璃罩内24小时,其中12小时光照和12小时黑暗,OE植株的O2净释放量比WT高　　　　%(小数点后保留1位)。
24.5
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解析:植物在光照下同时进行细胞呼吸、光合作用和光呼吸,黑暗处不进行光合作用和光呼吸,WT植株光照下的净光合速率为22.3 μmol·
m-2·s-1,黑暗处的呼吸速率为3.1 μmol·m-2·s-1,总净释放量=(22.3×12×
3 600)-(3.1×12×3 600)=19.2×12×3 600 μmol·m-2;OE植株光照下的净光合速率为28.7 μmol·m-2·s-1,黑暗处的呼吸速率为4.8 μmol·m-2·s-1,总净释放量=(28.7×12×3 600)-(4.8×12×3 600)=23.9×12×3 600 μmol·
m-2。故OE植株的O2净释放量比WT高(23.9-19.2)/19.2×100%≈24.5%。
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(3)科研团队又计划利用酶的专一性原理,设计实验测定水稻的光呼吸强度。已知光呼吸的关键酶(如Rubisco加氧酶或乙醇酸氧化酶)在特定条件下催化专一反应,而细胞呼吸(线粒体呼吸)在光照和黑暗条件下均可进行。请补充以下实验思路:
①取生长状况相同的水稻叶片均分为两组,A组用__________________
(填“乙醇酸氧化酶抑制剂”或“Rubisco加氧酶抑制剂”)处理,B组用等量蒸馏水处理。
乙醇酸氧化酶抑制剂
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②将两组叶片置于　　 　(填“光照”或“黑暗”)条件下,其他环境条件(温度、湿度等)保持适宜且相同。
③一段时间后,分别测定两组叶片单位时间内O2的　　 　(填“释放量”或“吸收量”)分别为A和B μmol·m-2·s-1。
④通过A与B的关系式　　　即可计算出水稻在该条件下的光呼吸速率。
光照
释放量
A-B
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解析:光呼吸是在光下进行的,但光下会进行光合作用和细胞呼吸,要在光下设置两组,一组抑制其光呼吸为实验组,另一组作对照不抑制光呼吸。Rubisco酶既催化CO2的固定,参与光合作用,也催化光呼吸,为避免抑制Rubisco酶对光合作用的影响而干扰光呼吸的测定,所以不选Rubisco加氧酶抑制剂,而选乙醇酸氧化酶抑制剂。乙醇酸氧化酶也是光呼吸的关键酶,抑制后光呼吸被阻断,只进行细胞呼吸。在光照条件下,植物同时进行光合作用和呼吸作用,光合作用一般大于呼吸作用,A组光呼吸被抑制后,在光照下的O2释放量(A)中不包括光呼吸,是光合作用与细胞呼吸的差值。B组(对照组)在光照下的O2释放量(B)为光合作用与细胞呼吸和光呼吸的差值,因此光呼吸速率=A-B。第14讲 光合作用与细胞呼吸的综合应用
考点一　光合作用和细胞呼吸的联系
1.光合作用与细胞呼吸的联系
(1)物质方面
(2)能量方面
2.光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路
考向　光合作用与细胞呼吸在场所、物质与能量转化的比较
1.(2025·河北卷,4)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
答案:A
解析:类囊体膜上进行水的光解消耗H2O,线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段消耗H2O,A错误;叶绿体基质中进行暗反应,消耗CO2,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,丙酮酸和H2O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,合成有机物,线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段,分解有机物(丙酮酸),生成CO2和NADH,D正确。
2.(2026·河北秦皇岛模拟)如图为植物细胞代谢的部分过程简图,①~⑦为相关生理过程。下列有关叙述错误的是(　　)
A.若植物缺Mg,则首先会受到显著影响的是③
B.从能量角度考虑,②的进行与⑤⑥密切相关,与③无直接关系
C.蓝细菌细胞中③发生在类囊体薄膜上,④发生在叶绿体基质中
D.叶肉细胞内③中O2的产生量小于⑥中O2的消耗量,则该细胞内有机物总量将减少
答案:C
解析:Mg是构成叶绿素的元素,光合作用光反应阶段需要叶绿素吸收、传递、转化光能,若植物缺Mg则叶绿素的合成受阻,首先会受到显著影响的生理过程是③(光反应过程),A正确;一般情况下,植物细胞吸收无机盐的方式②是主动运输,需要消耗能量,故与⑤⑥(细胞呼吸过程)密切相关,与③(光反应过程)无直接关系,B正确;蓝细菌细胞是原核细胞,没有叶绿体,因此也没有类囊体,C错误;若光反应过程③中O2的产生量小于有氧呼吸过程⑥中O2的消耗量,则该叶肉细胞净光合作用量<0,该细胞内有机物总量将减少,D正确。
考点二　总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
1.总光合速率、净光合速率与呼吸速率
(1)总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)总光合速率、净光合速率和呼吸速率的文字表述
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.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
(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
①“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。
②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。
③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。
考向1　总光合速率、净光合速率与呼吸速率的辨析
1.(2025·新课标卷,2)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
答案:C
解析: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积累有机物,故此时植物干重不会增加,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,净光合速率逐渐增大,植物积累有机物逐渐增多,生长速率逐渐增大,B正确;光照强度小于b时,光照强度为限制光合速率的因素,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),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,ATP和NADPH减少,C3的还原速率降低,间接导致暗反应中CO2固定速率降低,D正确。
考向2　自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化分析
2.(2026·广东东莞模拟)如图是大棚番茄在24小时测得的CO2的含量和CO2的吸收速率的变化曲线图,下列有关叙述错误的是(　　)
A.a点CO2释放量减少可能是因为温度降低导致细胞呼吸强度减弱
B.番茄通过光合作用合成有机物的时间是c~e段
C.由P点条件变为d点,C3生成减少
D.植物干重最大的时刻是e点
答案:B
解析:a点温度降低导致细胞呼吸减弱,CO2释放量减少,A正确;番茄通过光合作用制造有机物的时间是b~f段,B错误;d点时气温高,蒸腾作用过强,导致部分气孔关闭,CO2供应不足,光合速率减慢,C3生成减少,C正确;c~e段光合作用强度大于细胞呼吸强度,有机物积累,e点之后光合作用强度小于细胞呼吸强度,故有机物积累最多的时刻是e点,D正确。
考向3　光合速率的测定方法
3.某生物科研小组从鸭绿江的某一深度取得一桶水样,分装于六对黑白瓶中,剩余的水样测得初始溶解氧的含量为10(mg·L-1),白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下(a光照强度/klx 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量/(mg·L-1) 3 3 3 3 3 3
A.黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧气
B.光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧量相等,说明此光照强度下植物仍然不能进行光合作用
C.当光照强度为c时,白瓶中植物产生的氧气量为21(mg·L-1)
D.当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中植物的光合速率不再增加
答案:B
解析:黑瓶中的生物呼吸消耗氧气,但没有光照,植物不能进行光合作用产生氧,A正确;光照强度为a时,白瓶中溶解氧的含量与初始溶解氧的含量相等,说明植物光合作用产生的氧气刚好用于细胞呼吸消耗,B错误;当光照强度为c时,白瓶中植物光合作用产生的氧气量即为总光合作用量=净光合作用量+细胞呼吸消耗量=(24-10)+7=21(mg·L-1),C正确;由d、e两组数据可知,当光照强度为d时,再增加光照强度,白瓶中溶解氧的含量也不再增加,即白瓶中植物的光合速率不再增加,D正确。
4.(2026·湖南怀化模拟)某科研小组为探究植物光合作用速率的变化情况,设计了由透明的玻璃罩构成的小室,如图甲所示。将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜(零点开始)小室内植物O2释放速率的变化,得到如图乙所示曲线。据图回答下列问题。
(1)影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是　　　　　　　(答出2点即可),甲装置中NaHCO3溶液的作用是　 。
(2)观察装置中液滴的位置,c点时刻的液滴位于起始位置(零点)的　　　　　侧,装置刻度管中液滴右移最远是在一天中的　　　　　点(填字母)。
(3)乙图中a点比b点高,最可能的原因是 　 。
(4)在实验过程中的某段光照时间内,记录液滴的移动情况,获得以下数据。
每隔20分钟记录一次刻度数据
…… 24 29 32 34 ……
该组数据是在图乙曲线的　　　　　段获得的。
(5)科研小组想要测定该植物某时间段O2的产生速率,应如何设置对照实验(不考虑实验误差) 如何处理实验数据
①简要写出对照实验设计思路: 　 。
②数据处理:若在单位时间内,实验组读数为M,对照组读数绝对值为N,该植物的真正光合速率为　　　　　。
答案:(1)光照强度、温度　维持小室内CO2的恒定
(2)左　g
(3)在黑暗状态下,a点温度比b点低,呼吸作用弱,消耗的氧气少
(4)de或fg
(5)①设置与甲相同的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数　②M+N
解析:(1)影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是光照强度、温度。甲装置中NaHCO3溶液的主要作用是维持小室内CO2的恒定。
(2)图甲是密闭装置,装置中有NaHCO3溶液,实验过程中CO2浓度始终不变,图乙曲线中的c点时刻光合作用强度与呼吸作用强度相等,在此点之前,光合作用强度小于呼吸作用强度,小室内O2浓度降低,液滴会向左移动,因此c点时刻的液滴位于起始位置(0点)的左侧。装置刻度管中液滴移动是O2的增减造成的,液滴右移是O2释放造成的,c、g两点表示光合作用强度=呼吸作用强度,cg之间,光合作用强度一直大于呼吸作用强度,一直有O2释放,大于g点后,光合作用强度小于呼吸作用强度,O2被吸收,所以液滴右移最远是在一天中的g点。
(3)图乙中a点至b点时装置处于黑暗状态,且a点温度比b点低,呼吸作用弱,消耗的O2少,即a点时O2吸收速率小于b点,因此a点比b点高。
(4)表格中数据表明,液滴一直右移,但移动距离越来越小,说明O2释放速率减慢,但光合作用强度大于呼吸作用强度,因此该组数据是在图乙曲线的de或fg段获得的。
(5)①图乙曲线表示O2释放速率,为净光合速率,O2的产生速率=净光合速率+呼吸速率,因此只需测得呼吸作用速率就可以计算该植物某时间段O2的产生速率。设置对照实验如下:设置与甲相同的装置丙,将装置丙置于黑暗条件下,其他条件与甲相同,测单位时间(或相同时间)内甲与丙的读数。
②测得单位时间内,实验组读数为M(净光合作用速率,读数为正值),对照组读数绝对值为N(呼吸作用速率,读数的绝对值为正值),该植物真正光合速率=净光合速率+呼吸作用速率=M+N。
1.载体是指某些能传递能量或运载其他物质的分子。有些分子既能传递能量,又能运载其他物质,以下分子中,不符合该特点的是(　　)
A.ATP　　　　　　　　　 B.NADH
C.NADPH D.葡萄糖
答案:D
解析:ATP是直接能源物质,水解时释放能量,同时其特殊化学键断裂可将磷酸基团转移给其他分子(如酶的磷酸化),因此ATP既能传递能量又能运载磷酸基团,A正确;NADH在细胞呼吸中携带氢和电子,参与线粒体内膜的电子传递链,驱动ATP合成,既传递能量又运载氢和电子,B正确;NADPH在光合作用中携带氢和电子,为暗反应提供能量和作为还原剂,同时传递能量并运载物质,C正确;葡萄糖是主要能源物质,通过分解产生ATP,但其本身仅储存和运输化学能,并不直接运载其他物质(如氢、电子或磷酸基团),D错误。
2.(2026·山东泰安模拟)发菜是一种陆生蓝细菌,常以丝状细胞群体的形式存在。科研人员发现了不同pH对发菜细胞光合放氧速率和呼吸耗氧速率存在影响,如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.发菜细胞的叶绿体和线粒体可以交换O2和CO2
B.pH为4时,发菜细胞的光合速率小于呼吸速率
C.发菜细胞光合作用与呼吸作用的最适pH可能不同
D.发菜细胞对酸性环境的适应能力强于碱性环境
答案:C
解析:发菜是原核生物,没有叶绿体和线粒体,其光合作用和呼吸作用的相关酶分布在细胞质和细胞膜上,所以不存在叶绿体和线粒体交换O2和CO2的情况,A错误;由题图可知,pH为4时光合放氧速率(净光合速率)为0,说明呼吸速率等于总光合速率,B错误;从题图中可以看出,光合放氧速率和呼吸耗氧速率随pH变化的曲线峰值对应的pH不同,说明发菜细胞光合作用与呼吸作用的最适pH可能不同,C正确;从图中可以看出,pH约为4时净光合速率为0,而呼吸速率在pH约为3时为0,而pH为12时呼吸速率为0,但光合放氧速率直到pH等于13时才为0,说明发菜对碱性环境有较强的适应能力,D错误。
3.(2026·广东广州模拟)如图表示某植物在不同温度下,测得相关指标的变化曲线。下列叙述错误的是(　　)
A.光下叶肉细胞的线粒体基质中有CO2生成,叶绿体基质消耗CO2
B.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
C.30 ℃时,该植物固定CO2速率为10 mmol·cm-2·h-1
D.40 ℃条件下,若黑暗和光照时间相等,该植物能正常生长
答案:D
解析:光下叶肉细胞会进行光合作用和细胞呼吸,光合作用叶绿体基质中消耗CO2,细胞呼吸在线粒体基质中有CO2生成,A正确;给该植物浇灌含18O的H2O,光反应过程中发生H2O的光解,生成18O2,O参与有氧呼吸第二阶段,可生成C18O2,C18O2参与光合作用暗反应合成(CO),B正确;实线表示CO2吸收速率,为净光合作用速率,虚线表示CO2产生速率,表示呼吸速率,题图中30 ℃时,该植物固定CO2的速率为8+2=10 mmol·cm-2·h-1,C正确;40 ℃条件下,净光合速率和呼吸速率相等,若白天和黑夜时间相等,则有机物不会积累,植物不能生长,D错误。
4.(2026·重庆万州模拟)某生物兴趣小组研究水培绿萝在不同光照条件下的气体交换情况,实验数据如表所示,不同条件下呼吸速率相同。下列说法错误的是(　　)
光照条件 强光 弱光 黑暗
O2释放速率/(μmol·m-2·s-1) 12.5 5.0 -3.0
A.强光条件下绿萝可以正常生长,而弱光条件下则不能
B.强光条件下绿萝的总光合速率为15.5 μmol·m-2·s-1
C.黑暗条件下绿萝叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体
D.弱光条件下绿萝进行光合作用所需要的CO2来自线粒体和外界环境
答案:A
解析:强光下净光合速率为12.5(μmol·m-2·s-1),弱光下为5.0(μmol·m-2·s-1),净光合速率在两种情况下均大于0,说明两种光照条件下的绿萝均可积累有机物,正常生长,A错误;总光合速率=净光合速率+呼吸速率,强光下总光合速率为12.5+3.0=15.5(μmol·m-2·s-1),B正确;黑暗条件下绿萝仅进行呼吸作用,叶肉细胞中ATP的生成场所为细胞质基质(有氧呼吸第一阶段)和线粒体(有氧呼吸第二、三阶段),C正确;弱光下净光合速率>0,说明光合速率>呼吸速率,此时光合作用所需的CO2来自线粒体和外界环境,D正确。
5.研究小组将生长发育状况相同的大豆植株分为两组,Ⅰ组用遮光网处理以降低光照强度,Ⅱ组不作处理,分别测定净光合速率的日变化情况,结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.c点时叶肉细胞产生ATP的场所是线粒体和叶绿体
B.d和g点表示Ⅰ组、Ⅱ组植物的光合作用速率相同
C.由图可知,适时适当遮光有利于大豆积累有机物
D.ef段下降是因为光照过强导致大豆细胞叶绿体受损
答案:C
解析:由题图可知,Ⅰ组的c点为光补偿点,此时光合作用等于呼吸作用,叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,A错误;Ⅰ组大豆和Ⅱ组大豆的d点和g点重合,代表两组植物的净光合速率相同,但两者的呼吸速率未知,所以d和g点表示的Ⅰ组、Ⅱ组植物的光合作用强度不一定相同,B错误;在dg段对应的时间段(约1:30~3:30)用遮光网处理,可减缓净光合速率的下降,提高大棚栽种该作物的产量,有利于大豆有机物的积累,C正确;12点到14点左右为全天光照最强烈的时段,此时温度高,由题图可知,曲线下降是因为气孔关闭,不利于光合作用进行,若为细胞叶绿体受损,则f点之后净光合速率不会升高,D错误。
6.环境因素对两种植物(1和2)光合作用的影响如图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
A.植物2的呼吸速率、光补偿点和光饱和点均低于植物1
B.光照强度为r时,两种植物单位时间内固定的CO2量不相同
C.适当提高温度,则图1中a、b之间的差值会变小
D.光照强度大于p时,两种植物均能正常生长
答案:D
解析:由题图1可知,植物2的呼吸速率、光补偿点和光饱和点均低于植物1,植物2是阴生植物,植物1是阳生植物,A正确;光照强度为r时,两种植物的净光合速率相等,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,由于两种植物的呼吸速率不同(由图1中与纵轴交点可知,植物1呼吸速率大于植物2),所以总光合速率(单位时间固定的CO2量)不相同,B正确;图1中a、b之间的差值代表植物1和植物2在相同光照强度下的净光合速率差值,由图2可知,在温度为M时,植物1的净光合速率相对较高,适当提高温度,植物1净光合速率下降幅度可能比植物2大,则a、b之间的差值会变小,C正确;在图1中,光照强度大于p时,植物2的净光合速率大于0,能正常生长,但植物1的净光合速率在光照强度大于p后有一段小于0,不能正常生长,D错误。
7.(2026·北京海淀模拟)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是(　　)
A.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
B.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
答案:A
解析:CO2吸收速率代表净光合速率,总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由题图可知,35 ℃时两组植株的净光合速率相等,但呼吸速率未知,故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较,A错误。CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致,B正确。50 ℃时HT植株的净光合速率大于零,说明能积累有机物,而CT植株的净光合速率等于零,说明不能积累有机物,C正确。在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零,能积累有机物进行生长发育,体现了HT植株对高温环境较适应,D正确。
8.(2026·河北廊坊模拟)研究者将某种高等植物幼苗均分为a、b、c三组,分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c三组的光照强度依次增大,实验中保持温度和初始CO2浓度相同且适宜。t时间后测定装置内O2浓度,结果如图,其中M为初始O2浓度。下列叙述错误的是(　　)
A.实验初始,各组幼苗光合速率大小为aB.实验过程中,a组幼苗光合速率等于呼吸速率
C.光照t时间后,c组装置内CO2浓度最大,a组最小
D.b、c组幼苗光合速率可能受装置中CO2浓度的影响
答案:C
解析:a、b、c三组的光照强度依次增大,因此实验初始,各组幼苗光合速率大小为a9.(2025·安徽卷,16)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)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　 　 。
有氧呼吸第二阶段丙酮酸中的化学能大部分被转化为　　　　中储存的能量。
(2)科学家早期在探索有氧呼吸第二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2a);当加入F、G或H时,E也同样累积(图2b)。根据此结果,针对有氧呼吸第二阶段代谢路径提出假设: 　 。
(3)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,原因是 　 。
(4)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　　　　　。
答案:(1)增强　在低氧胁迫下,NtPIP基因的过量表达株(OE)的根细胞呼吸速率和氧浓度均明显高于WT组　NADH
(2)假设物质H能转化为A
(3)低氧条件下,NtPIP基因过量表达株的根呼吸速率高于野生型,因而主动运输吸收更多的无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料,因而提高了净光合速率
(4)NADP+　H2O
解析:(1)据图1分析,低氧条件下,与野生型(WT)组相比,NtPIP基因过量表达株(OE)组氧浓度高且呼吸速率快,故低氧胁迫下,NtPIP基因过量表达会使根细胞有氧呼吸增强。有氧呼吸第二阶段丙酮酸和水反应生成二氧化碳(无机物)、NADH(储存大量能量)并释放出少量的能量(绝大部分以热能形式散失,少量用于合成ATP),其中的化学能大部分被转化为NADH中储存的能量。
(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累积,说明分子A、B、C和F、G、H均为E的前体或可通过代谢转化为E,表明有氧呼吸第二阶段代谢路径存在循环特性,即H→A,故提出:假设物质H能转化为A。
(3)由(1)可知,低氧条件下,与野生型相比,NtPIP基因过量表达株的根呼吸速率高于野生型,因而主动运输吸收更多的无机盐,为叶绿体的物质和结构合成提供了更多原料,因而提高了净光合速率。
(4)光反应中H2O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+。
10.(2026·广东深圳模拟)Rubisco羧化酶/加氧酶是一种双功能酶,既能催化C5与CO2的结合,参与光合作用;同时也能催化C5与O2结合,参与光呼吸。科研团队发现某转基因水稻品系(OE)中,光反应关键基因OsFTR的过表达显著提升了光能转化效率。为探究其对光合作用与呼吸作用的影响,研究人员在自然光照条件下测定野生型(WT)与OE植株的生理指标(光合作用速率、呼吸作用速率和光呼吸速率均以O2的释放或利用来衡量),部分数据如表。
测量指标 WT OE
净光合速率/(μmol·m-2·s-1) 22.3±1.2 28.7±1.5
呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) 3.1±0.3 4.8±0.4
叶绿素a/b的值 3.2 2.6
光呼吸速率/(μmol·m-2·s-1) 1.8±0.2 0.9±0.1
已知:光呼吸会消耗ATP和NADPH,且与CO2浓度密切相关;OE植株的Rubisco酶羧化效率提高20%。
(1)结合表格分析,OE植株净光合速率显著高于WT的原因可能包括:①叶绿素a/b的值降低,表明叶绿素　　　　(填“a”或“b”)比例增加,增强了对　　　光的吸收能力。②光呼吸速率降低,减少　　　　　　　的浪费,同时Rubisco酶羧化效率提升促进　　　　　　。
(2)若将WT和OE植株分别置于密闭玻璃罩内24小时,其中12小时光照和12小时黑暗,OE植株的O2净释放量比WT高　　　　%(小数点后保留1位)。
(3)科研团队又计划利用酶的专一性原理,设计实验测定水稻的光呼吸强度。已知光呼吸的关键酶(如Rubisco加氧酶或乙醇酸氧化酶)在特定条件下催化专一反应,而细胞呼吸(线粒体呼吸)在光照和黑暗条件下均可进行。请补充以下实验思路:
①取生长状况相同的水稻叶片均分为两组,A组用　　　　　　　　　(填“乙醇酸氧化酶抑制剂”或“Rubisco加氧酶抑制剂”)处理,B组用等量蒸馏水处理。
②将两组叶片置于　　　(填“光照”或“黑暗”)条件下,其他环境条件(温度、湿度等)保持适宜且相同。
③一段时间后,分别测定两组叶片单位时间内O2的　　　(填“释放量”或“吸收量”)分别为A和B μmol·m-2·s-1。
④通过A与B的关系式　　　即可计算出水稻在该条件下的光呼吸速率。
答案:(1)b　蓝紫和红　ATP和NADPH　暗反应
(2)24.5
(3)①乙醇酸氧化酶抑制剂　②光照　③释放量　④A-B
解析:(1)叶绿素a/b的值降低,表明叶绿素b比例增加。叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,因此增强了对蓝紫光和红光的吸收能力。光呼吸会消耗ATP和NADPH,OE植株光呼吸速率降低减少了这两种物质的浪费。同时,Rubisco酶羧化效率提升促进了暗反应中CO2的固定,从而提高净光合速率。
(2)植物在光照下同时进行细胞呼吸、光合作用和光呼吸,黑暗处不进行光合作用和光呼吸,WT植株光照下的净光合速率为22.3 μmol·m-2·s-1,黑暗处的呼吸速率为3.1 μmol·m-2·s-1,总净释放量=(22.3×12×3 600)-(3.1×12×3 600)=19.2×12×3 600 μmol·m-2;OE植株光照下的净光合速率为28.7 μmol·m-2·s-1,黑暗处的呼吸速率为4.8 μmol·m-2·s-1,总净释放量=(28.7×12×3 600)-(4.8×12×3 600)=23.9×12×3 600 μmol·m-2。故OE植株的O2净释放量比WT高(23.9-19.2)/19.2×100%≈24.5%。
(3)光呼吸是在光下进行的,但光下会进行光合作用和细胞呼吸,要在光下设置两组,一组抑制其光呼吸为实验组,另一组作对照不抑制光呼吸。Rubisco酶既催化CO2的固定,参与光合作用,也催化光呼吸,为避免抑制Rubisco酶对光合作用的影响而干扰光呼吸的测定,所以不选Rubisco加氧酶抑制剂,而选乙醇酸氧化酶抑制剂。乙醇酸氧化酶也是光呼吸的关键酶,抑制后光呼吸被阻断,只进行细胞呼吸。在光照条件下,植物同时进行光合作用和呼吸作用,光合作用一般大于呼吸作用,A组光呼吸被抑制后,在光照下的O2释放量(A)中不包括光呼吸,是光合作用与细胞呼吸的差值。B组(对照组)在光照下的O2释放量(B)为光合作用与细胞呼吸和光呼吸的差值,因此光呼吸速率=A-B。

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