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第13讲　光合作用和细胞呼吸的综合应用
　说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并存为糖分子中的化学能。
考点1　光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
一、光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化过程
1．生理过程及场所
生理过程 ________ 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段
场所 叶绿体类 囊体薄膜 ______ ______ ______ ______ 线粒体 基质 ________
2．光合作用与细胞呼吸的物质联系
二、光合作用与细胞呼吸的能量转化
三、NADH([H])、NADPH、ATP的来源与去路
(人教版必修1 P103图5-14，P93图5-9)下图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，思考回答：
(1)过程①发生在________________________上，过程②发生在__________________中，过程③发生在________________________中。
(2)过程③属于________(填“放能”或“吸能”)反应，过程④与________(填“放能”或“吸能”)反应相联系。
(3)在植物的整个生长过程中，过程①产生ATP的量远大于过程③产生的ATP的量，请解释原因。
_____________________________________________________________________。
物质和能量转化
1．如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图，下列关于此图说法错误的是(　　)
经主动运输进入细胞质基质
通过通道蛋白进入叶绿体基质
C．光反应生成的H＋促进了进入类囊体
D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
NADH、NADPH和ATP的来源和去路
2．(2025·山东威海期末)NADH和NADPH是两种重要的还原型辅酶，分别在细胞呼吸和光合作用等反应中发挥重要作用。下列说法正确的是(　　)
A．细胞呼吸和光合作用过程中均能产生NADH和NADPH
B．光合作用暗反应过程中所需的能量由NADH和ATP提供
C．有氧呼吸过程中只有前两个阶段有NADPH生成
D．NADH与氧结合发生在线粒体内膜上
考点2　真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系及测定
一、真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系
1．辨析净光合速率与总光合速率
(1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例)
(2)结合曲线辨析
2．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和呼吸速率的关系
(1)判定方法
(2)相关计算
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气________＋__________________。
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物____________＋细胞呼吸CO2释放量。
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
二、光合速率的测定方法
1．气体体积变化法——测定气体的变化量
注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。
(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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。
(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，因此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。
(3)总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2．黑白瓶法——测水中溶氧量的变化
注：瓶中O2充足，不考虑无氧呼吸。
3．叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
(1)操作图示
(2)结果分析
①净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。
②呼吸速率＝(x－y)/2S。
③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
4．半叶法——测定光合作用有机物的制造量
(1)测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。
(2)计算：设被截取部分初始干重为M。
①被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。
②被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。
③被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。
(人教版必修1 P106拓展应用T1、T2)如图为在晴朗夏季，某植物在大田(图甲)和密闭玻璃罩(图乙)内一昼夜植物吸收、释放二氧化碳速率变化曲线(水平虚线：实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图分析下列问题。
(1)图甲中，白昼是指横坐标中的________段，其中一昼夜中有机物积累量达到最大值的时间是________点。
(2)图甲中，在ef段中CO2吸收速率下降的原因是________________，而cd段CO2吸收速率下降的原因是
_____________________________________________________________________。
(3)图甲中，一昼夜光合作用强度超过细胞呼吸强度的时间段是________段。
(4)从光合作用和细胞呼吸角度分析，在图乙中，与图甲植物在b点的整体生理状态相同的点有________________。根据图乙，该植物一昼夜能否积累有机物？依据是什么？
_____________________________________________________________________。
(5)有人提出图甲中cd段光合速率变小的原因还可能是中午温度过高，高温破坏了类囊体膜结构，使叶绿体吸收光能效率降低，光反应受抑制。实验小组尝试采用根部滴灌的方式，发现光合速率迅速恢复，试分析其原因：
_____________________________________________________________________。
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系及测定
1．(2025·河北石家庄模拟)某生物兴趣小组测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗速率以及光照条件下单位时间内O2的释放速率，结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质
B．20 ℃时棉花植株的总光合速率最大
C．30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的两倍
D．40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失，光合作用停止
2．(2025·广东实验中学检测)黑白瓶法可用于研究赛里木湖中浮游植物生产量，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．a光照强度下白瓶24小时后的溶解氧为浮游植物的总生产量
B．瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7 mg
C．a光照下不能满足瓶中生物对氧气所需量
D．a光照下白瓶中生物光合作用释放氧气7 mg
自然环境和密闭环境中植物生长问题
3．(2025·江苏南京模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图，下列关于该图的叙述，错误的是(　　)
A．a点产生的原因是夜间温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少
B．开始进行光合作用的点是b点，结束光合作用的点是m点
C．光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点，有机物积累量最大的点是m点
D．de段下降的原因是部分气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱
4．(2024·全国新课标卷)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”)。
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
2．(2025·全国新课标卷)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
3．(2025·河南卷)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。
回答下列问题：
(1)光对植物生长发育的作用有__________________________________________
和________________________________两个方面。
(2)上述实验需控制变量，为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，至少应选用上述________组(填组别)进行对比分析，该实验中的无关变量有______________________(答出2点即可)。
(3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系)，④组的总光合速率________(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率，判断依据是______________________________
_____________________________________________________________________。第13讲　光合作用和细胞呼吸的综合应用
　说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并存为糖分子中的化学能。
考点1　光合作用和细胞呼吸过程中物质和能量的联系
一、光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化过程
1．生理过程及场所
生理过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段
场所 叶绿体类 囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体 基质 线粒体内膜
2．光合作用与细胞呼吸的物质联系
二、光合作用与细胞呼吸的能量转化
三、NADH([H])、NADPH、ATP的来源与去路
(人教版必修1 P103图5-14，P93图5-9)下图为绿色植物部分物质和能量转换过程的示意图，思考回答：
(1)过程①发生在________________________上，过程②发生在__________________中，过程③发生在________________________中。
(2)过程③属于________(填“放能”或“吸能”)反应，过程④与________(填“放能”或“吸能”)反应相联系。
(3)在植物的整个生长过程中，过程①产生ATP的量远大于过程③产生的ATP的量，请解释原因。
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：(1)叶绿体的类囊体薄膜　叶绿体的基质　细胞质基质和线粒体
(2)放能　吸能
(3)植物在生长过程中，光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中，植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也只有部分转移到ATP中
物质和能量转化
1．如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图，下列关于此图说法错误的是(　　)
经主动运输进入细胞质基质
通过通道蛋白进入叶绿体基质
C．光反应生成的H＋促进了进入类囊体
D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
B　[据图分析可知进入细胞质基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，A项正确；进入叶绿体基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，通道蛋白介导的运输方式为协助扩散，B项错误；据图可知，光反应阶段水光解产生的H＋促进了进入类囊体，C项正确；据图可知，光反应阶段生成的物质X为O2，O2浓度增大会使有氧呼吸增强，产生的ATP增多，有利于进入叶绿体基质分解可产生CO2，从而保障暗反应的CO2供应，D项正确。]
NADH、NADPH和ATP的来源和去路
2．(2025·山东威海期末)NADH和NADPH是两种重要的还原型辅酶，分别在细胞呼吸和光合作用等反应中发挥重要作用。下列说法正确的是(　　)
A．细胞呼吸和光合作用过程中均能产生NADH和NADPH
B．光合作用暗反应过程中所需的能量由NADH和ATP提供
C．有氧呼吸过程中只有前两个阶段有NADPH生成
D．NADH与氧结合发生在线粒体内膜上
D　[细胞呼吸过程产生的是NADH，而光合作用的光反应阶段产生的是NADPH，A项错误；光合作用暗反应所需的能量由NADPH和ATP提供，B项错误；有氧呼吸过程前两个阶段有NADH生成，C项错误；NADH与氧结合发生在线粒体内膜上，D项正确。]
考点2　真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系及测定
一、真正(总)光合速率和表观(净)光合速率的关系
1．辨析净光合速率与总光合速率
(1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例)
(2)结合曲线辨析
2．真正(总)光合速率、表观(净)光合速率和呼吸速率的关系
(1)判定方法
(2)相关计算
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
二、光合速率的测定方法
1．气体体积变化法——测定气体的变化量
注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。
(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，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。
(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，因此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。
(3)总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2．黑白瓶法——测水中溶氧量的变化
注：瓶中O2充足，不考虑无氧呼吸。
3．叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量
(1)操作图示
(2)结果分析
①净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。
②呼吸速率＝(x－y)/2S。
③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
4．半叶法——测定光合作用有机物的制造量
(1)测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。
(2)计算：设被截取部分初始干重为M。
①被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。
②被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。
③被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。
(人教版必修1 P106拓展应用T1、T2)如图为在晴朗夏季，某植物在大田(图甲)和密闭玻璃罩(图乙)内一昼夜植物吸收、释放二氧化碳速率变化曲线(水平虚线：实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图分析下列问题。
(1)图甲中，白昼是指横坐标中的________段，其中一昼夜中有机物积累量达到最大值的时间是____________点。
(2)图甲中，在ef段中CO2吸收速率下降的原因是________________，而cd段CO2吸收速率下降的原因是_____________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)图甲中，一昼夜光合作用强度超过细胞呼吸强度的时间段是________段。
(4)从光合作用和细胞呼吸角度分析，在图乙中，与图甲植物在b点的整体生理状态相同的点有________________。根据图乙，该植物一昼夜能否积累有机物？依据是什么？_________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(5)有人提出图甲中cd段光合速率变小的原因还可能是中午温度过高，高温破坏了类囊体膜结构，使叶绿体吸收光能效率降低，光反应受抑制。实验小组尝试采用根部滴灌的方式，发现光合速率迅速恢复，试分析其原因：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示：(1)ag　f
(2)光照减弱　温度过高，气孔部分关闭，CO2供应不足
(3)bf
(4)D、H　能，据图乙可知，K点时玻璃罩内的CO2浓度比A点低，说明该植物经过一昼夜后，吸收了CO2，即植物细胞光合作用合成有机物的总量多于细胞呼吸消耗有机物的总量，因此能积累有机物
(5)滴灌能够补充水分，叶片蒸腾作用加强，叶片温度降低，减少了高温对叶绿体的破坏
总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系及测定
1．(2025·河北石家庄模拟)某生物兴趣小组测定了不同温度条件下，棉花植株在黑暗中单位时间内O2的消耗速率以及光照条件下单位时间内O2的释放速率，结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体基质
B．20 ℃时棉花植株的总光合速率最大
C．30 ℃时棉花植株固定CO2的量是其产生CO2量的两倍
D．40 ℃时棉花叶肉细胞光合作用酶的活性丧失，光合作用停止
C　[O2产生的场所是叶肉细胞的类囊体薄膜，消耗的场所是线粒体内膜，A项错误；由曲线图可知，20 ℃时棉花植株的净光合速率最大，但呼吸速率较低，此时棉花植株的总光合速率不是最大(25 ℃时棉花植株的总光合速率大于20 ℃时)，B项错误；图中O2的消耗速率表示呼吸速率，O2的释放速率表示净光合速率，两条曲线的交点表示净光合速率等于呼吸速率，故30 ℃时，棉花植株的总光合速率是呼吸速率的两倍，此时棉花植株固定CO2的量(总光合速率)是其产生CO2量(呼吸速率)的两倍，C项正确；40 ℃时棉花净光合速率为0，但光合作用并未停止，D项错误。]
2．(2025·广东实验中学检测)黑白瓶法可用于研究赛里木湖中浮游植物生产量，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．a光照强度下白瓶24小时后的溶解氧为浮游植物的总生产量
B．瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7 mg
C．a光照下不能满足瓶中生物对氧气所需量
D．a光照下白瓶中生物光合作用释放氧气7 mg
B　[白瓶中24小时后的溶解氧是浮游植物总生产量与所有生物呼吸量的差值与原初溶解氧之和，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为10－3＝7 mg，B正确；a光照下，24小时后，瓶中溶解氧的含量还是10 mg，即a光照下，刚好满足瓶中生物对氧气所需量，C错误；a光照下，24小时后瓶中溶解氧的含量还是10 mg，即a光照下，瓶中生物光合作用释放氧气0 mg，D错误。]
自然环境和密闭环境中植物生长问题
3．(2025·江苏南京模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图，下列关于该图的叙述，错误的是(　　)
A．a点产生的原因是夜间温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少
B．开始进行光合作用的点是b点，结束光合作用的点是m点
C．光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点，有机物积累量最大的点是m点
D．de段下降的原因是部分气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱
C　[a点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸速率降低，CO2释放减少，A项正确；由图可知，b点是光合作用开始的点，m点之后，CO2释放速率不变，说明m点之后不再进行光合作用，B项正确；h点之后，光合速率小于呼吸速率，有机物减少，因此有机物积累量最大的点是h点，C项错误；de段光照较强、温度较高，致使部分气孔关闭，CO2通过气孔进入叶肉细胞的量减少，光合速率降低，fh段光合速率下降的原因是光照减弱，D项正确。]
4．(2024·全国新课标卷)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”)。
[答案]　(1)红光和蓝紫光　光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，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O2浓度不再增加时，光合速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率　(4)升高
[解析]　(1)光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素两大类，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，红光和蓝紫光属于可见光。(2)植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2产生O2，呼吸作用消耗O2产生CO2。分析题图可知，光照t时间时，a组中的O2浓度小于b组，说明b组产生的O2更多，光合速率更大，消耗的CO2更多，即a组CO2浓度大于b组。(3)再延长光照时长，c、d组O2的浓度不再增加，说明此时光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，a、c两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。(4)光照t时间后，c、d组O2浓度相同，即c、d组光合速率不再变化。将d组密闭装置打开，会增加CO2浓度，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。
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
A　[光反应发生在类囊体膜上，水分解产生氧和H＋；暗反应发生在叶绿体基质，该过程发生CO2的固定和C3的还原，生成有机物；有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质，该阶段丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量；有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜，[H]和氧气结合形成水。A错误，B、C、D正确。]
2．(2025·全国新课标卷)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
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积累有机物，净光合速率＝光合速率－呼吸速率，此时净光合速率为0，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，所以光照强度从a增加到b时，该植物生长速率逐渐增大，B正确。光照强度小于b时，光照强度未达饱和的阶段，在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)；只有当光照强度饱和后，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，提供的ATP和NADPH减少，会使暗反应中CO2固定速率降低，D正确。]
3．(2025·河南卷)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。
回答下列问题：
(1)光对植物生长发育的作用有__________________________________________
和________________________________两个方面。
(2)上述实验需控制变量，为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，至少应选用上述________组(填组别)进行对比分析，该实验中的无关变量有______________________(答出2点即可)。
(3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系)，④组的总光合速率______(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率，判断依据是_____________________________________________________________________
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[答案]　(1)为光合作用提供能量　作为一种信号调节植物生长发育　(2)①③④　温度和二氧化碳浓度　(3)始终大于　④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组
[解析]　(1)光可以为植物光合作用提供光能；同时光可以作为一种光信号调节植物生长发育，故光对植物生长发育的作用有为光合作用提供能量和作为一种信号调节植物生长发育两个方面。(2)探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，实验的自变量是光(正常光和实验光)以及有无盐胁迫，因变量是作物生长情况，故该实验至少应选用①③④组进行对比分析(①和③对照，自变量为有无盐胁迫，③和④对照，自变量为光处理不同)。实验中除了自变量和因变量，其余变量称为无关变量，该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。(3)由于④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组。
课时数智作业(十三)　光合作用和细胞呼吸的综合应用
1．高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1 ℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是(　　)
A．呼吸作用变强，消耗大量养分
B．光合作用强度减弱，有机物合成减少
C．蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D．叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少
D　[高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A正确；高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B正确；高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C正确；高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADPH和ATP减少，D错误。]
2．某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　　)
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
D　[在适宜且恒定的温度和光照条件下，密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用，初期光合速率大于呼吸速率，导致容器内CO2含量逐渐降低；由于密闭容器内的CO2含量有限，随着光合作用的持续进行，CO2逐渐被消耗，其含量降低，进而光合作用强度减小；当CO2含量降低到一定水平时，小麦的光合速率和呼吸速率相等，此时净光合速率为0，容器内的CO2含量保持相对稳定。]
3．在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　　)
A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用
D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
C　[如图表示两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响，植物CO2吸收速率为净光合速率，图中两个CP点处，植物的净光合速率为0，植物的总光合速率和呼吸速率相等。]
4．(2025·湖北武汉调研)甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2浓度为200 μL/L时，限制两种植物光合速率的主要因素均为光照强度或温度
B．CO2浓度为400 μL/L时，甲、乙植物的光合速率相等
C．CO2浓度为500 μL/L时，甲植物水的光解能力强于乙
D．与甲植物相比，乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存
C　[甲植物在CO2浓度为200 μL/L时，光合作用强度还未达到饱和，所以限制因素主要是CO2浓度，A错误；CO2浓度为400 μL/L时，甲、乙植物的净光合速率相等，但由于呼吸速率不相等，所以光合速率(总光合速率)不相等，B错误；CO2浓度为500 μL/L时，甲植物的净光合速率大于乙，且甲植物的呼吸速率也大于乙，所以甲植物水的光解能力强于乙，C正确；甲植物在高CO2浓度情况下光合作用速率更高，所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存，D错误。]
5．(2025·湖南省大联考)农业谚语往往蕴含生物学原理。下列有关农业谚语的解释，错误的是(　　)
A．“千担粪下地，万担粮归仓”——有机肥分解后为植物提供无机盐和CO2，增强光合作用
B．“霜前霜米如糠﹐霜后霜谷满仓”——霜降后降温可减弱细胞呼吸，实现作物的增产
C．“正其行，通其风”——保证空气流通，能为植物提供更多的CO2，提高光合速率
D．“春雨漫了垄，麦子豌豆丢了种”——雨水过多会减弱种子光合作用，不利于收获
D　[有机肥中的有机物被微生物分解后能为植物提供无机盐和CO2等物质，增强作物的光合作用，A正确；霜降前的降温若过早，会导致稻谷等农作物收成不好，而霜降后的降温可减弱细胞呼吸，则对农作物有利，B正确；“正其行，通其风”，可以增加植物间的气体(如O2和CO2)流通，为植物提供更多的CO2，有利于植物提高光合速率，C正确；春天雨水过多会减少土壤中的O2含量，从而限制了种子有氧呼吸的进行，降低种子的萌发率，D错误。]
6．(2025·山东济南开学联考)下图为某绿色植物在CO2充足的密闭容器内的呼吸速率和光合速率变化曲线，以下说法正确的是(　　)
A．5～8 h间，呼吸速率明显加快的主要原因是密闭容器内氧气增多
B．图中，9～10 h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度
C．4～8 h间该植株有机物的量保持不变
D．图中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2
A　[由图示知，5～8 h间，光合速率大于呼吸速率，光合作用吸收CO2呼出O2，容器内O2含量逐渐上升，CO2含量逐渐下降，植株积累有机物，干重增加，即5～8 h间，呼吸速率明显加快的主要原因是密闭容器内氧气增多，A正确；影响光合作用的环境因素包括：光照强度、温度和二氧化碳浓度等，9～10 h间，光合速率迅速下降，而呼吸速率未有明显变化，因此可以排除温度变化的原因；呼吸作用可以不断释放二氧化碳，题干中“CO2充足”，因此二氧化碳不可能导致光合速率急速下降，所以推测最可能发生变化的环境因素是光照，B错误；由图示知，4～8 h时，光合速率大于呼吸速率，光合作用吸收CO2呼出O2，容器内O2含量逐渐上升，CO2含量逐渐下降，植株积累有机物，干重增加，即4～8 h间该植株有机物的量增加，C错误；题图表示的是植株的光合速率与呼吸速率，图中两曲线的交点时，光合速率与呼吸速率相等，因为植物只有叶肉细胞能进行光合作用，所以叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，因此叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。]
7．(不定项)(2025·山东烟台二模)光合作用产物的积累会影响反应的进行。下图表示某植物在夏季晴朗的一天不同时刻光合速率的变化。下列说法正确的是(　　)
A．AB段限制光合速率的环境因素主要是光照强度
B．CD段光合速率下降的原因是气孔部分关闭，植物从外界获得的CO2减少
C．C点和E点时叶绿体内ATP的合成速率相等
D．EB段的光合速率低于BC段可能是叶片中光合产物积累所致
ABD　[AB段随着光照强度的增加，光合速率逐渐增大，因此限制光合速率的环境因素主要是光照强度，A正确；CD段光照强度过大，光合速率下降的原因是气孔部分关闭，植物从外界获得的CO2减少，B正确；C点和E点时光合速率不同，C点大于E点，叶绿体内ATP的合成速率不相等，C错误；EB段的光合速率低于BC段可能是叶片中光合产物积累抑制光合速率所致，D正确。]
8．(不定项)(2025·湖南长郡中学模拟)强光照射时，光反应产生的NADPH大量积累进而造成叶绿体损伤。细胞可通过草酰乙酸—苹果酸循环及AOX(交替氧化酶)途径消耗掉叶绿体中过剩的NADPH，相关过程如图所示。AOX能促进NADH与O2反应生成H2O，此过程产生极少量ATP。下列说法正确的是(　　)
A．NADPH和NADH均为还原剂，其消耗场所均在膜上
B．AOX途径生成的ATP主要为细胞内外的生命活动供能
C．强光照射时阻断草酰乙酸—苹果酸循环，细胞产热减少
D．强光时增大CO2浓度可导致AOX途径生成的H2O减少
CD　[NADPH是光合作用光反应产生的还原剂，在叶绿体基质中参与暗反应，其消耗场所不在膜上；NADH是细胞呼吸过程中产生的还原剂，有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上与氧气反应，消耗场所在膜上，A错误。由题可知，AOX途径生成的ATP作为信号分子参与信号转导，而不是为细胞内外的生命活动供能，B错误。从图中能看到草酰乙酸—苹果酸循环及AOX途径伴随热能产生。若强光照射时阻断此循环，该产热途径被切断，细胞产热就会减少，C正确。强光时增大CO2浓度，会促进卡尔文循环(暗反应)，更多地消耗NADPH，使得叶绿体中过剩的NADPH减少，通过草酰乙酸—苹果酸循环转运到线粒体的NADH减少，进而AOX途径消耗的NADH减少，AOX途径生成的H2O也会减少，D正确。]
9．(10分)(2025·陕晋青宁适应性测试)温度是影响植物生长发育的重要环境因素之一，科研人员研究了不同温度对甲、乙两种植物光合作用和呼吸作用的影响。实验步骤如下：将实验对象置于不同温度处理15分钟，再置于生境温度(30 ℃)下测定相关数据，并以30 ℃处理组的测定值为参照，结果如图(a)、图(b)所示。回答下列问题。
(1)温度变化会影响光合作用相关酶的活性，光合作用暗反应所需的酶位于叶绿体的________。
(2)实验步骤中“再置于生境温度(30 ℃)下测定相关数据”的目的是_____________________________________________________________________
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(3)据图(a)、图(b)判断，植物甲中与光合作用相关的物质和结构在________温度范围内未发生不可逆损伤，判断依据是_____________________________________________________________________
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两种植物中，植物________更适合用于炎热地区的绿化种植。
(4)其他环境因素适宜时，温度对某植物光合速率和呼吸速率影响结果如图(c)，T点表示高温温度补偿点。若降低光照强度，该植物的T点将________(填“左移”“右移”或“不变”)，原因是________________________________________
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[答案]　(除标注外，每空1分，共10分)(1)基质　(2)排除其他因素的干扰，使实验结果更具可比性(2分)　(3)30～40 ℃　该温度范围内处理后，光照下CO2吸收速率相对值和黑暗下CO2释放速率相对值都变化较小(2分)　乙　(4)左移　光照强度仅影响光合作用，而不影响呼吸作用，当降低光照强度时，光合作用曲线下降，则与呼吸作用的交点左移，即降低光照强度，该植物的T点左移(2分)
[解析]　(1)光合作用暗反应的场所在叶绿体基质，因此其所需的酶位于叶绿体的基质。(2)再置于生境温度(30 ℃)下测定相关数据的目的是排除其他因素的干扰，使实验结果更具可比性。(3)植物甲中与光合作用相关的物质和结构在30～40 ℃温度范围内未发生不可逆损伤，因为在此温度内植物甲的光合作用和呼吸作用在生境温度(30 ℃)下能够恢复，但是乙可在更高的温度处理后进行正常生命活动，因此乙更适合用于炎热地区的绿化种植。(4)光照强度仅影响光合作用，而不影响呼吸作用，当降低光照强度时，光合作用曲线下降，则与呼吸作用的交点左移，即降低光照强度，该植物的T点左移。
(教师用书独具)
1．在华南地区秋冬种植的白菜、油菜等蔬菜，引种到西北高原地区夏季种植，常会生长得更加旺盛，导致这种现象的原因不包括(　　)
A．光照时间长让植物有更多的光合作用时长
B．光照强度大使植物具有更高的光合作用速率
C．紫外线吸收增加使植物光合作用强度增大
D．昼夜温差更大有利于光合作用产物的积累
C　[西北高原地区夏季种植，光照时间长，植物有更多的光合作用时长，A不符合题意；西北高原地区夏季种植，光照强度大，植物具有更高的光合作用速率，B不符合题意；一般情况下，光合色素吸收的是可见光，而紫外线是不可见光，植物不吸收，C符合题意；西北高原地区夏季种植，昼夜温差大，白天温度高，光合作用强，夜间温度低，呼吸作用弱，有利于有机物的积累，D不符合题意。]
2．拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题。
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在__________________________合成，经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP和__________中的化学能，这些化学能经__________________________阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显________。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被__________(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗，细胞有氧呼吸强度________。
(4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调______________________________阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体______________________________________，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
[答案]　(1)线粒体(内膜)　(2)NADPH(或还原型辅酶Ⅱ)　暗反应(或卡尔文循环)　(3)降低　叶绿体　升高　(4)H基因表达(或H蛋白数量)　过多消耗光合产物(或有氧呼吸增强)
[解析]　(1)由题干可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育时，消耗的ATP主要来自自身线粒体。线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上进行。(2)在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素捕获后，转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化、固定到糖类等有机物中。(3)由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中，细胞质基质ATP浓度远高于叶绿体基质。H基因过量表达后，细胞质基质中ATP含量下降，且叶绿体基质中ATP含量未显著升高，表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H基因过量表达后，大量的ATP转运至叶绿体中被消耗，细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。(4)由题分析可知，ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调，H转运蛋白的数量减少，进而ATP向叶绿体的流入被有效阻止，细胞质基质ATP可保持正常生理水平，从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强，过多消耗光合产物，以保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
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