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2022版高考生物一轮复习 第3单元 细胞的能量供应和利用 素养加强课2 光合作用与细胞呼吸的综合教案 苏教版必修1

2022版高考生物一轮复习 第3单元 细胞的能量供应和利用 素养加强课2 光合作用与细胞呼吸的综合教案 苏教版必修1

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- 12 -

素养加强课2 光合作用与细胞呼吸的综合
类型一　光合作用和细胞呼吸过程的联系

(2017·全国卷Ⅱ)如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。

据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是________、________、________、________，[H]代表的物质主要是____________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是______________。
[审题指导]　(1)题目给出了叶肉细胞光合作用和呼吸作用的过程图解，首先根据光合作用和呼吸作用的过程判断A、B、C、D表示的过程，然后判断①②③④代表的物质。(2)光合作用和呼吸作用中产生ATP的过程和结构。(3)丙酮酸转化成酒精发生在无氧呼吸过程，无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的。
[解析]　本题考查光合作用的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的过程。(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的O2；由②和H2O产生①与NADPH([H]，即还原型辅酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③转化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④与CO2结合生成C3可知，④为C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是NADH(还原型辅酶Ⅰ)。(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质(C)中进行有氧呼吸的第一阶段，线粒体(D)中进行有氧呼吸的第二和第三阶段。(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精和CO2。
[答案]　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸

1．光合作用与细胞呼吸过程的联系

(1)物质名称：b.O2，c.ATP，d.ADP，e.NADPH([H])，f.C5，g.CO2，h.C3。
(2)生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
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
(3)物质方面
C：CO2C6H12O6丙酮酸CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(4)能量方面
光能ATP中活跃的化学能C6H12O6中稳定的化学能
2．光合作用和有氧呼吸中[H]、ATP的来源和去路
比较项目
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为暗反应阶段的还原剂，用于还原C3合成有机物等
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段与氧气结合产生水，同时释放大量能量
ATP
光合作用
在光反应阶段合成ATP，其合成所需能量来自色素吸收、转换的太阳能
用于暗反应阶段C3还原时的能量之需，以稳定的化学能形式储存在有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均产生，其中第三阶段产生最多，能量来自有机物的分解
作为直接能源物质用于各项生命活动

1．(2020·廊坊联考)如图表示某植物叶肉细胞进行光合作用和有氧呼吸的过程，其中甲～丁表示场所，a～d表示相关物质。下列叙述正确的是(　　)

A．a表示[H]，该物质和呼吸作用产生的[H]是同一物质
B．乙为叶绿体基质，该处主要发生CO2固定和C3还原过程
C．d表示O2，在线粒体内膜上和d结合的[H]都来自葡萄糖
D．该叶肉细胞在夜间合成ATP数量最多的场所是丙
B　[a表示[H]，该物质是NADPH，呼吸作用产生的是NADH，不是同一物质，A错误；乙为叶绿体基质，该处主要发生暗反应，CO2固定和C3还原过程，B正确；d表示O2，在线粒体内膜上和d结合的[H]一半来自葡萄糖，一半来自水，C错误；该叶肉细胞在夜间合成ATP数量最多的场所是线粒体丁，D错误。]
2．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。据图回答问题：

(1)图中C3的名称是________________，可为②提供能量的生理过程是__________________(填图中序号)。
(2)在适宜光照下，若用HO浇灌植物，则放射性的18O________(填“会”或“不会”)出现在葡萄糖中，原因是_____。
(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是__________________________
________________________________________________________________。
(4)过程⑥发生的具体部位是_______________________________________
________________________________________________________________。
(5)一棵植物在生长过程中，光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量，原因是_________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]　(1)为植物细胞吸收无机盐提供能量的是细胞呼吸产生的ATP。(2)在有氧呼吸过程中，水中的氧能够转移到CO2中。(3)图中⑤⑦过程中，葡萄糖中能量的去向是包括热能的形式散失、转移到ATP中、储存在酒精中。
[答案]　(1)丙酮酸　⑤⑥　(2)会　用HO浇灌植物时，水中的18O通过有氧呼吸的第二阶段形成C18O2，进而被光合作用的暗反应阶段利用，形成葡萄糖(或用HO浇灌植物时，水中的18O通过过程⑥形成C18O2，进而被④过程利用，形成葡萄糖)　(3)以化学能的形式储存在酒精和ATP中及以热能的形式散失　(4)线粒体基质和线粒体内膜　(5)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
类型二　总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系

(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的________上，该物质主要捕获可见光中的________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是______________。

(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度________(填“高”或“低”)。
[审题指导]　(1)第二问第一空考查识图。第二空考查群体干物质积累速率(净光合速率)与群体总光合速率和群体呼吸速率的关系。即：净光合速率＝总光合速率一呼吸速率。(2)第三问明确阴生植物的特点：阴生植物适宜在弱光下生长，注意关键语句：“光合作用吸收和呼吸作用放出的CO2量相等时”的理解，明确问的是“光照强度的高低”。
[解析]　 (1)高等植物光合作用中捕获光能的物质为叶绿体中的色素，分布于类囊体膜上，主要吸收蓝紫光和红光。(2)由图可知，叶面积系数小于a时，群体干物质积累速率和群体光合速率都增加；叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，因此群体净光合速率降低，干物质积累速率降低。(3)植物光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等时所需要的光照强度即光补偿点。通常，与阳生植物相比，阴生植物的光饱和点及光补偿点都比较低，即达到光补偿点需要的光照强度低。
[答案]　(1)类囊体膜　蓝紫光和红光　(2)增加　群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低　(3)低

光合作用和细胞呼吸的曲线分析
(1)植物生长速率取决于净光合量而不是“总光合量”，如图中n值为净光合速率(虚线表示)，n值＝总光合速率－呼吸速率。
(2)解答与呼吸作用、光合作用曲线综合题应特别关注的信息
①光照强度为“0”意味着光合作用不能进行，此时气体变化量全由细胞呼吸引起，可作为呼吸强度指标。
②光照下吸收CO2量应为净光合量。
③光照培养阶段，密闭装置中CO2浓度变化量应为光合作用消耗CO2的量与呼吸作用产生CO2量间的“差值”，切不可仅答成“光合作用消耗”导致装置中CO2浓度下降。

1．(2017·北京高考)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是(　　)

A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25 ℃
C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃
D　[A对、B对：据图可知，总光合作用的最适温度约为30 ℃，呼吸作用的最适温度要高于50 ℃，净光合作用的最适温度约为25 ℃。C对：在0～25 ℃范围内，随着温度升高，光合速率曲线的升高幅度要远大于呼吸速率，这说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大。D错：净光合作用是指一定时间内光合作用合成量与呼吸作用消耗量的差值，也称为净积累量。只有净积累量为正值时，植物才能生长。在45～50 ℃范围内，呼吸速率比光合速率大，净积累量为负值，植物不能生长。]
2．(2020·山东等级考模拟)茶树是一年内多轮采摘的叶用植物，对氮元素需求较大，因此生产中施氮量往往偏多，造成了资源浪费和环境污染。为了科学施氮肥，科研小组测定了某品种茶树在不同施氮量情况下净光合速率等指标，结果见下表。表中氮肥农学效率＝(施氮肥的产量－不施氮肥的产量)/施氮肥的量，在茶叶收获后可通过计算得出；叶绿素含量、净光合速率能直接用仪器快速检测。下列说法错误的是(　　)
施氮量
(g·m－2)
叶绿素含量
(mg·g－1)
净光合速率
(μmol·m－2·s－1)
氮肥农学效率
(g·g－1)
0
1.28
9.96
－
25
1.45
10.41
1.51
40
1.52
12.54
2.42
55(生产中常
用施氮量)
1.50
10.68
1.72
A.氮元素与茶树体内叶绿素合成有关，科学施氮肥能够促进光反应
B．在茶树体内，氮元素不参与二氧化碳转化为有机物的过程
C．净光合速率能够反映氮肥农学效率，生产过程中可依此指导科学施氮肥
D．40 g·m－2不一定是最佳施氮量，最佳施氮量还需进一步测定
B　[在茶树体内，氮元素参与合成了催化二氧化碳转化为有机物的过程的酶，因此氮元素参与二氧化碳转化为有机物的过程。作物的产量代表了作物的净光合速率，因此净光合速率能够反映氮肥农学效率，C项正确；最佳施氮量在25 g·m－2与55 g·m－2之间，40 g·m－2不一定是最佳施氮量，进一步测定最佳施氮量，应在25 g·m－2与55 g·m－2之间设置较小梯度的施氮量，进一步测定，D项正确。]
3．如图表示在适宜的条件下，两种植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率随光照强度的变化情况。下列相关叙述正确的是(　　)

A．当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率相等
B．若白天光照时间为12 h，则平均光照强度需大于N，植物Ⅰ才能正常生长
C．当光照强度为Q时，限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素均为光照强度
D．当光照强度为Q时，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量为92 mg
B　[当光照强度为P时，植物Ⅰ、Ⅱ的净光合速率相等，但由于两者呼吸速率不同，因此植物Ⅰ、Ⅱ的O2产生速率即总光合速率不相等，A错误；若要植物Ⅰ能正常生长，且白天光照时间为12 h，则白天12 h有机物的积累量必须至少等于晚上12 h有机物的消耗量，因此平均光照强度需大于N，B正确； 当光照强度为Q时，光照强度已经不是限制植物Ⅰ、Ⅱ的光合速率的因素，C错误； 当光照强度为Q时，植物Ⅰ净光合速率为8 mg·h－1，光照14 h，黑暗10 h，植物Ⅰ固定的CO2量即总光合作用强度为14×(8＋2)＝140(mg)，D错误。]
类型三　自然和密闭环境中植物生长问题

(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是____________________。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_____________________________。
[审题指导]　(1)题干给出了“CO2补偿点”的概念，即光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。题干还给出了“甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的”。(2)第(1)问给出的问题情景是“甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养”，问培养后发现两种植物光合速率都下降的原因是什么？植物在培养过程中，光合速率大于呼吸速率，密闭环境中CO2浓度降低。甲植物的净光合速率为0时，光合速率等于呼吸速率，根据题干信息，推出此时，乙种植物的净光合速率。(3)第(2)问的问题情景是“甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中”，问题是“照光培养一段时间后，植物的有氧呼吸增加的原因是什么？”有氧呼吸增加一定是O2含量增加了，O2含量增加的原因是植物光合作用产生了O2。
[解析]　(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，刚开始时小室内CO2浓度较高，光合作用强度大于呼吸作用强度，一段时间后，CO2浓度降低，暗反应受阻，进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，因此当甲种植物的净光合速率为0时，CO2浓度达到甲种植物的CO2补偿点，此时乙种植物光合作用强度仍大于呼吸作用强度，净光合速率大于0。(2)将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中照光培养一段时间，该小室内是有CO2的，植物可以进行光合作用，甲种植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强。
[答案]　(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低　大于0　(2)甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2含量增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2含量增加时，有氧呼吸会增强

1．自然环境中一昼夜植物的生长问题
如图表示自然环境中一昼夜植物吸收CO2的速率

(1)a点：夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
(2)开始进行光合作用的点：b；结束光合作用的点：m。
(3)光合速率与呼吸速率相等的点：c、h；有机物积累量最大的点：h。
(4)de段下降的原因是气孔关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱。
2．自然光照下，密闭环境中植物生长问题
下面两图表示自然光照下，密闭环境中植物生长引起的密闭环境中CO2含量和O2含量的变化。

(一)　　　　　　　　　(二)
(1)光合速率等于呼吸速率的点：A、C。
(2)图(一)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜表现为生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物生长。
(3)图(二)中若N点低于虚线，则该植物一昼夜不能生长，其原因是N点低于M点，说明一昼夜密闭容器中O2浓度减少，即总光合量小于总呼吸量，植物不能生长。
3．恒定光照下，密闭环境中植物生长问题
生长发育状况相同的甲、乙两种植物，分别放在两个完全相同的密闭无色玻璃罩内，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量培养过程中玻璃罩内CO2浓度的变化如图所示。
(1)开始时，容器内CO2浓度逐渐降低，表明光合速率大于呼吸速率。后来，容器内CO2浓度不再降低，维持稳定，表明光合速率与呼吸速率相等。
(2)t1之前，甲植物固定CO2的能力大于乙植物；t1之后，乙植物固定CO2的能力大于甲植物。
(3)若将甲、乙两种植物放在同一密闭玻璃罩内，一段时间后，甲植物的生长最先受到严重影响，因为甲植物的CO2补偿点比乙植物的高，光合作用最先受到CO2浓度限制。

1．(2020·湖北重点中学联考)甲图表示某自然环境中一昼夜植物CO2吸收和释放的变化曲线(S1、S2、S3分别表示曲线和坐标轴围成的面积)，图乙表示植物生长的密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线。回答下列相关问题：

甲

乙
(1)甲、乙两图中植物光合速率和呼吸速率相等的点分别有____。
(2)图甲d时刻现象出现的原因最可能是__________________，同样的原因导致的光合速率下降在图乙的________(填图中字母)有所体现。
(3)图甲中植物一昼夜有机物的积累量为________________。(用S1、S2、S3表示)
(4)图乙中的植物体一昼夜有没有有机物积累_______。理由是_______。
[解析]　(1)甲图中光合速率和呼吸速率相等时，植物光合作用吸收的CO2量与细胞呼吸释放的CO2量相等，植物不吸收CO2，也不释放CO2。乙图中，密闭容器中CO2浓度上升时，植物细胞呼吸的速率大于光合速率，CO2浓度下降时，植物的光合速率大于细胞呼吸速率，曲线处于拐点时，植物光合速率和呼吸速率相等。(2)d时刻现象出现的原因是植物的午休现象，对应乙图为CO2浓度下降速率降低的时段FG段。(3)S1表示植物白天的净光合作用积累有机物的量。S2和S3表示夜间植物细胞呼吸消耗有机物的量，因此植物一昼夜有机物的量为S1－(S2＋S3)。(4)图乙表示植物生长的密闭容器中一昼夜CO2浓度减少，说明一昼夜植物的光合作用量大于细胞呼吸量，有有机物积累。
[答案]　(1)c、e和D、H　(2)光照过强，温度过高，使叶片气孔关闭，导致细胞间二氧化碳浓度降低，光合速率下降　FG　(3)S1－(S2＋S3)　(4)有有机物积累　一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，说明光合作用制造的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物量增加
2．(2020·绵阳检测)为了探究影响小麦光合作用强度的因素，某科研小组将小麦幼苗置于密闭玻璃钟罩内并持续给予10 klx光照，钟罩内CO2浓度的变化如图所示(假定实验过程中小麦幼苗的细胞呼吸强度不变)。回答下列问题：
(1)CO2被吸收后与植物体内的________化合物结合而被固定，A点处产生NADPH的具体场所是________________________。
(2)B点处叶肉细胞的光合作用强度________(填“大于”“小于”或“等于”)其细胞呼吸强度。
(3)在B点处突然停止光照，小麦幼苗的光合速率却不为0，原因是____________________________________。
(4)若降低钟罩内CO2的起始浓度，B点位置将会__________(填“左移”“右移”或“不变”)。
[解析]　(1)CO2被吸收后与植物体内的C5化合物结合而被固定形成C3，NADPH是光反应的产物，所以A点处产生NADPH的具体场所是叶绿体类囊体的薄膜上。(2)B点处钟罩内二氧化碳浓度不再变化，说明植物的光合速率等于呼吸速率，但植物体内存在不进行光合作用的细胞，所以叶肉细胞的光合作用强度应大于其细胞呼吸强度。(3)在B点处突然停止光照，由于叶绿体可利用光照条件下积累的ATP和[H]继续还原C3，故小麦幼苗的光合速率并不为0。(4)若降低钟罩内CO2的起始浓度，则钟罩内的植物达到光合速率与呼吸速率相等时所需要的时间缩短，即B点位置将会左移。
[答案]　(1)C5　叶绿体类囊体的薄膜上　(2)大于　(3)叶绿体可利用光照条件下积累的ATP和[H]继续还原C3　(4)左移