2022年高三生物(人教版)一轮复习-补上一课1-光合作用及光合作用与细胞呼吸综合辨析.docx

补上一课1　光合作用及光合作用与细胞呼吸综合辨析
重点1　光合作用与细胞呼吸的关系
[疑难讲解]
1．光合作用和细胞呼吸关系图解

2．光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量的转化关系

[典例透析]
【典例】 (2022·天津卷，2)下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是(　　)

A．过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行
B．过程①产生的能量全部储存在ATP中
C．过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自H2O
D．过程①和②中均能产生[H]，二者还原的物质不同
审题指导

解析　过程①为有氧呼吸过程，反应场所是细胞质基质和线粒体，过程②是光合作用，真核生物在叶绿体中进行，原核生物在细胞质基质中进行，A错误；有氧呼吸产生的能量大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中，B错误；光合作用产物－糖类中的氧来自CO2，C错误；过程①和②都能产生[H]，前者主要与氧结合产生水并释放大量能量，后者主要用于C3还原，D正确。
答案　D
深度思考
(1)用于主动运输的ATP来自过程①，还是②，还是二者均可？
(2)过程②产生的能量是否全部储存在ATP中？
提示　(1)光合作用光反应中产生的ATP只能用于暗反应中还原C3化合物，主动运输、物质合成等生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸所产生。
(2)光合作用光反应中产生的能量不仅储存于ATP中，还储存于NADPH中。

光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去向

光合作用
有氧呼吸
[H]
来源
H2O光解产生
有氧呼吸第一、二阶段
去向
还原C3
用于第三阶段还原O2
ATP
来源
光反应阶段产生
三个阶段都产生
去向
用于C3还原供能
用于各项生命活动(植物的C3还原除外)

[专项集训]
1．如图为植物细胞代谢的过程图，有关叙述正确的是(　　)

A.植物因失水过多导致叶片气孔关闭，此时叶肉细胞中的C3含量下降，有机物合成速率明显下降
B．蓝藻细胞中，水的光解发生在叶绿体的类囊体薄膜上，①②过程发生在细胞质基质，④⑤过程发生在线粒体中
C．光合作用中产生的[H]通过主动运输进入线粒体参与H2O的生成
D．光合作用和呼吸作用都可以产生ATP，且均用于生物体的多种生命活动
解析　选项A，气孔关闭，叶肉细胞中CO2浓度降低，CO2固定量削减，C3含量下降，有机物合成速率明显下降。选项B，蓝藻为原核生物，不含叶绿体。选项C，光合作用和呼吸作用过程中产生的[H]不是同一种物质，其功能也不同，光合作用产生的[H]不能参与线粒体中水的生成。选项D，光合作用产生的ATP只能用于暗反应中C3的还原，生物体生命活动所需能量主要由呼吸作用供应。
答案　A
2．(2022·人大附中月考，10)下图是绿色植物体内能量供应及利用的示意图，下列说法正确的是(　　)

A．乙过程利用的ATP是由甲和丙过程共同供应的
B．乙中的ATP用于固定二氧化碳和还原三碳化合物
C．甲、丙中合成ATP所需的能量来源不相同
D．丁中的能量可用于肌肉收缩、人的红细胞吸取葡萄糖、兴奋传导等
解析　从图中发生的变化可推断，甲是光反应，乙是暗反应，丙是有氧呼吸，丁是ATP的水解。有氧呼吸产生的ATP不能用于光合作用的暗反应，A项错误；光反应过程中产生的ATP用于还原三碳化合物，B项错误；光反应合成ATP所需的能量来源于光能，而丙过程合成ATP所需的能量来自有机物中的化学能，C项正确；红细胞吸取葡萄糖的方式是帮忙集中，帮忙集中需要载体但不消耗ATP，D项错误。
答案　C
3．下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化，相关叙述正确的是(　　)

A．过程①发生在叶绿体类囊体的薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上
B．过程⑦发生在线粒体中
C．过程⑤⑥均需要[H]和ATP供应还原剂和能量
D．过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行
解析　过程①为水的光解，发生在叶绿体类囊体的薄膜上，过程④为[H]与O2反应生成水的过程，属于有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，A项正确；过程⑦为细胞呼吸的第一阶段，葡萄糖分解为丙酮酸的过程，发生在细胞质基质中，B项错误；过程⑤为暗反应阶段中CO2的固定，过程⑥为C3化合物的还原，C3化合物的还原需要[H]和ATP供应还原剂和能量，过程⑤不需要，C项错误；过程③为葡萄糖氧化分解产生[H]，与光合作用光反应过程产生的[H]不是同一种物质，D项错误。
答案　A
4．光合作用和有氧呼吸过程中都有[H]的生成利用，下列分析中合理的是(　　)
A．从本质上讲，二者都具有还原性，肯定是同一种物质
B．从来源上看，前者来源于水的光解，后者可来源于葡萄糖、H2O和丙酮酸
C．从去路上看，前者产生的[H]用于还原C5，后者与O2结合生成H2O
D．二者产生的[H]在还原底物时，都释放出大量的能量，供应生物体生命活动所需
解析　光合作用和有氧呼吸过程中产生的[H]不是同一种物质，故A错误；光合作用产生的[H]来自H2O的光解，用于还原C3，有氧呼吸过程中的[H]来自葡萄糖、水和丙酮酸，与O2结合释放出大量的能量供应生物体生命活动所需。
答案　B
5．下图表示某高等绿色植物体内的部分生理过程，有关分析正确的是(　　)

A．能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ、Ⅲ
B．阶段Ⅰ生成的[H]可作为还原剂用于⑤过程生成水
C．过程①④⑤可为叶肉细胞吸取Mg2＋等供应动力
D．过程③④⑤进行的场所分别是叶绿体基质、细胞质基质、线粒体
解析　据图可知，阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表光反应、暗反应、细胞呼吸，①表示光反应产生ATP，②表示C3的还原，③④⑤分别表示二氧化碳的固定、无氧呼吸、有氧呼吸。能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ(光反应发生于类囊体薄膜)、Ⅲ中的⑤(有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上)，故A正确。
答案　A
重点2　辨析总光合速率、净光合速率与呼吸速率　
[疑难讲解]
1．理清净光合速率和真正光合速率
在有光条件下，植物同时进行光合作用和细胞呼吸，试验容器中O2增加量、CO2削减量或有机物的增加量，用于表示净光合速率，而真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
常用表示方法

项目
表示方法
净光合速率
CO2吸取量、O2释放量、C6H12O6积累量或小室中CO2削减量(O2增加量)
真正光合速率
CO2固定量、O2产生量、C6H12O6制造量
呼吸速率(遮光条件下测得)
CO2释放量、O2吸取量、C6H12O6消耗量
2.曲线分析
(1)绿色植物在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率，相当于图1中A点。

图1
(2)绿色植物组织在光下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净(表观)光合速率。
(3)真正光合速率、表观(净)光合速率和呼吸速率三者之间的关系(公式)如下。
真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
(4)相关曲线分析

以测定的CO2吸取量与释放量为指标

植物生长速率取决于总光合速率与呼吸速率之差即“净光合速率”，切不行盲目地认为总光合速率越高时，植物生长越快。
光合速率的测定

(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸取容器中细胞呼吸产生的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可供应CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理：①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸取了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离为细胞呼吸的O2吸取速率，可代表呼吸速率；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，所以单位时间内红色液滴右移的距离为植物的O2释放速率，可代表净光合速率；③真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中肯定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。②将同一植物(乙装置)置于光下肯定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。③依据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对比试验，即用死亡的相同植物分别进行上述试验，依据红色液滴的移动距离对原试验结果进行校正。　　　
[典例透析]
【典例】 (2022·天津理综，5)设置不同CO2浓度，分组光照培育蓝藻，测定净光合速率和呼吸速率(光合速率＝净光合速率＋呼吸速率)，结果见图。据图推断，下列叙述正确的是(　　)

A．与d3浓度相比，d1浓度下单位时间内蓝藻细胞光反应生成的[H]多
B．与d2浓度相比，d3浓度下单位时间内蓝藻细胞呼吸过程产生的ATP多
C．若d1、d2、d3浓度下蓝藻种群的K值分别为K1、K2、K3，则K1>K2>K3
D．密闭光照培育蓝藻，测定种群密度及代谢产物即可推断其是否为兼性厌氧生物
审题指导

解析　由题图呼吸速率曲线可知，d3浓度下细胞呼吸速率小于d2浓度下的细胞呼吸速率，所以d3浓度下单位时间内细胞呼吸过程产生ATP少，故B项错误。三个不同浓度下种群的K值大小比较可依据净光合速率曲线推断，净光合速率越大时，积累有机物就越多，种群K值就越大，所以K2最大，而K1和K3相同，故C项错误。推断蓝藻的呼吸方式应在黑暗条件下进行，故D项错误。光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由于d1和d3的净光合速率相等，但d1细胞呼吸速率大于d3，所以光合速率为d1＞d3，与d3浓度相比，d1浓度下单位时间内蓝藻光反应生成的[H]多，故A项正确。
答案　A

净(表观)光合速率与实际(总)光合速率宏观与微观水平分析

注　m表示CO2　n表示O2

(1)呼吸速率
a．用产物CO2表示：m1即线粒体释放CO2量或“黑暗”条件下细胞或植物体释放CO2量(如图3中①)。
b．用底物O2表示：n1即线粒体吸取O2总量或“黑暗”条件下细胞或植物体从外界吸取的O2量。
(2)总光合速率
a．用CO2表示：m1＋m2即“叶绿体”利用CO2或固定CO2总量(此为呼吸量与净光合量之和)。
b．用O2表示：n1＋n2即叶绿体产生或释放O2总量(此为呼吸耗O2量与净光合量之和)。
(3)净光合速率(v净＝v总－v呼)
a．可用底物CO2表示：m2即植物或细胞从外界吸取的
CO2量。
b.可用产物O2表示：n2即植物或细胞向外界释放的O2量。
其中图3中①、②v净<0；③v净＝0；④v净>0只有在此状态下植株才能生长。　　　
[专项集训]
1.农科所技术员争辩温度对某蔬菜新品种产量的影响，将试验结果绘制成如图所示的曲线。据此得出以下结论，你认为合理的是(　　)

A．光合酶的最适温度高于呼吸酶的最适温度
B．该图显示温度高于27.5 ℃时，植株将呈现“负增长”
C．光照越强，该蔬菜新品种的产量越高
D．温室栽培该蔬菜时温度最好把握在25～30 ℃
解析　图示虚线为细胞呼吸强度，实线为“总光合量”而不是“净光合量”，故光合酶的最适温度为27.5 ℃，应低于呼吸酶的最适温度；该图显示温度为35 ℃时间合速率与呼吸速率相等，净光合量为0，高于35 ℃时植物方可呈现“负”增长，27.5 ℃之后净光合量有所下降，蔬菜产量将降低，栽培温度宜把握在25～
30 ℃之间。
答案　D
2．以测定的CO2吸取量与释放量为指标，争辩温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。下列分析正确的是(　　)

A．光照相同时间，35 ℃时间合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物开头削减
D．两曲线的交点表示光合作用制造的与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
解析　在光照条件下绿色植物同时进行光合作用与细胞呼吸。解题的关键在于明确“测定的CO2吸取量”的含义，是指光合作用减去细胞呼吸的差值，是净光合速率或表观光合速率。真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。从图中可以看出：光照相同时间，35 ℃时间合作用制造的有机物(光合作用＋细胞呼吸)的相对值是(3.00＋3.50)＝6.50,30 ℃时是(3.50＋3.00＝6.50)，二者相等，A项正确；光照相同时间，在25 ℃条件下植物积累的有机物的量最多，B项不正确；温度高于25 ℃时，光合作用积累有机物的速率减慢，但是光合总量不断增加，排解C项；D项中，两曲线的交点表示的含义应是该点对应温度下表观光合作用速率与细胞呼吸速率相等。
答案　A
3.如图表示叶面积指数与光合产物实际量、呼吸量等的关系(叶面积指数是指植物单位面积中叶面积的数量，此数量越大，表示叶片交叉程度越大)。下列相关叙述正确的是(　　)

A．曲线1、2、3依次表示光合作用实际量、细胞呼吸量、干物质量；A点表示植物的净光合作用等于零
B．曲线1、2、3依次表示光合作用实际量、干物质量、细胞呼吸量；D点表示植物的净光合作用等于零
C．曲线1、2、3依次表示光合作用实际量、干物质量、细胞呼吸量；B点最有利于植株生长
D．曲线1、2、3依次表示光合作用实际量、细胞呼吸量、干物质量；C点最有利于植物生长
解析　曲线1为光合总量，2为干物质量，3为呼吸量，A点表示净光合量与呼吸量相等，D点为总光合量与呼吸量相等，D点时净光合量为0，C点净光合量最大，最有利于植物生长。
答案　B

4．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为A、B、C、D时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合速率与光照强度的关系，下列说法正确的是(　　)

A．图甲中，光照强度为B时，光合速率等于呼吸速率
B．图甲中，光照强度为D时，单位时间内细胞从四周吸取2个单位的CO2
C．图乙中，当光照强度为X时，细胞中产生ATP的场全部细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．图乙中，限制E、F、G点光合作用速率的因素主要是光照强度
解析　分析甲图可知，光照强度为B时，CO2释放量和O2产生总量相等，都为3单位，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时细胞呼吸大于光合作用，A错误；光照强度为D时，水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率，光照强度为A时，CO2释放量即为呼吸速率，则光照强度为D时，O2产生总量为8单位，需要消耗的CO2也为8单位，所以单位时间内需从外界吸取CO2为2单位，B正确；图乙中所示生物为蓝藻，蓝藻不含线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制G点光合作用速率的因素不是光照强度，可能是二氧化碳浓度及温度等。D错误。
答案　B
5.如图表示20 ℃时玉米光合作用强度与光照强度的关系，S1、S2、S3表示图中所示区域的面积，下列说法中错误的是(　　)

A．S1＋S3表示玉米呼吸消耗的有机物量
B．S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量
C．若土壤中缺Mg，则B点右移，D点左移
D．S2－S3表示玉米光合作用有机物的净积累量
解析　如题图所示，纵坐标CO2吸取量表示光合作用强度，CO2吸取量为负值表示呼吸强度，则S1＋S3表示玉米呼吸消耗的有机物量，S2＋S3表示玉米光合作用产生的有机物总量，玉米光合作用有机物的净积累量为(S2＋S3)－(S1＋S3)＝S2－S1。B点为光补偿点，D点为光饱和点，缺Mg条件下，植物光合作用强度低，达到最大光合强度时，光照强度较低，D点左移，B点右移。
答案　D
6．将生长状况相同的轮藻叶片分成4等份，在不同的温度下先暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测其质量变化，得到如下的数据。以下说法错误的是(　　)
组别
1
2
3
4
温度/℃
27
28
29
30
暗处理后的质量变化/mg
－1
－2
－3
－1
光照后和暗处理前的质量变化/mg
＋3
＋3
＋3
＋1
A．轮藻细胞内呼吸酶最适温度约为29 ℃
B．第三组轮藻光合作用产生的氧气量最多
C．第四组轮藻2 h合成的有机物总量为2 mg
D．四个组中的轮藻光合作用强度都大于呼吸作用强度
解析　暗处理后质量变化代表1 h呼吸消耗有机物量，光处理后和暗处理前的质量变化值加2 h的呼吸消耗有机物的量等于光处理1 h合成的有机物总量，故轮藻细胞内呼吸酶的最适温度约为29 ℃；第三组轮藻合成有机物总量最多，光合产氧量也最大；第四组轮藻2 h合成有机物总量为3 mg；四个组中的轮藻的光合作用强度都大于细胞呼吸的强度。
答案　C
7．下图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述，错误的是(　　)

A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间放出的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时间合作用速率等于呼吸作用速率
C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．对细胞④的分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量N1小于m2
解析　黑暗中叶肉细胞只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用，所以A项正确；细胞②中线粒体释放的CO2正好用于叶绿体的光合作用，而叶绿体光合作用释放的O2正好用于线粒体的有氧呼吸，此时间合作用速率等于呼吸作用速率，B项正确；细胞③需要不断从外界吸取CO2，可见光合作用速率大于呼吸作用速率，细胞光合作用利用的CO2为线粒体呼吸释放CO2与从外界吸取CO2之和，C项正确；细胞④需要不断从外界吸取O2可见其光合作用释放的O2不足以供应线粒体呼吸，所以N1等于m2，D项错误。
答案　D
8．某试验小组想利用下列装置测定某植物的光合作用强度和细胞呼吸强度(用红墨水的移动距离表示)。在两个装置中放入的试剂和材料等操作，正确的是(　　)

测定光合作用强度
测定细胞呼吸强度
甲
乙
甲
乙
A
光照，活的植物、NaOH溶液
光照，活的植物、NaOH溶液
光照，活的植物、NaHCO3溶液
遮光，活的植物、NaHCO3溶液
B
光照，活的植物、NaHCO3溶液
遮光，活的植物、NaHCO3溶液
遮光，活的植物、NaOH溶液
遮光，活的植物、NaOH溶液
C
光照，活的植物、NaOH溶液
光照，死亡的植物、NaOH溶液
遮光，活的植物、NaHCO3溶液
遮光，死亡的植物、NaHCO3溶液
D
光照、活的植物、NaHCO3溶液
遮光，活的植物、NaHCO3溶液
遮光，活的植物、NaOH溶液
遮光，死亡的植物、NaOH溶液

解析　测定光合作用强度时，必需使用活的植物。红墨水的移动是由于装置中气体变化引起的，依据装置中气体变化计算出的光合作用强度为净光合作用强度而非实际光合作用强度，实际光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度。测定呼吸作用强度时，需要排解光合作用的干扰，必需进行遮光处理。环境因素也可能引起装置中气体体积变化，为使数据更加精确     ，需要设置一放置死亡植物的对比组来校正环境引起的气体体积变化。
答案　D
9．下图是探究绿色植物光合作用速率的试验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度。该装置放在20 ℃环境中。试验开头时，针筒的读数是0.2 mL，毛细管内的水滴在位置X。30 min后，针筒的容量需要调至0.6 mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此回答下列问题。

(1)以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是________mL/h。
(2)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合作用速率数值________(填“偏高”“偏低”或“相同”)，缘由是_________。
(3)假如在该植物的叶片上涂上一层凡士林，光合作用的速率会大幅度下降，这一做法主要限制了光合作用的________反应阶段。
(4)假如在原试验中只增加光照强度，则针筒的容量仍维持在0.6 mL读数处。在另一相同试验装置中，若只将温度提升至30 ℃，针筒容量需要调至0.8 mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个试验可以得出什么结论？____________。
解析　(1)20 ℃时间合作用的速率为(0.6－0.2)mL/0.5 h＝0.8 mL/h。(2)此装置测得的光合速率为净光合速率，低于实际光合速率。(3)植物叶的下表皮涂上凡士林后，削减了二氧化碳的供应，影响到光合作用的暗反应。(4)增加光照强度，产生的氧气量不变，提升温度后产生的氧气量增加，说明上述条件下，光照已经不是限制光合作用速率的因素，而温度才是限制光合作用速率的因素。
答案　(1)0.8　(2)偏低　植物同时进行呼吸作用，消耗了部分氧气　(3)暗　(4)在上述条件下，光照已经不是限制光合作用速率的因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素(其他合理答案也可)