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考点三 光合作用、细胞呼吸的过程分析
1．光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
(1)光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向归纳
项目 光合作用 有氧呼吸
来源 HO光解 有氧呼吸第一、二阶段
2
[H]
去向 还原C 用于第三阶段还原O
3 2
来源 光反应阶段产生 有氧呼吸第一、二、三阶段
ATP 用于各项生命活动(绿色植物C 的
3
去向 用于C 还原供能
3
还原除外)
(2)光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系④能量变化
2．改变条件后，C 、C 、[H]、ATP的含量及(CHO)合成量变化
3 5 2
分析光照强度和二氧化碳浓度突然改变后，C 、C 、[H](NADPH)、ATP、ADP、NADP＋的
3 5
含量及(CHO)合成量的动态变化时要将光反应和暗反应过程结合起来分析，从具体的反应
2
过程提炼出模型：“来路→某物质→去路”，通过分析其来路和去路的变化来确定含量变化。
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO 的固定，Ⅲ表示C 的还原，当外界条件(如光照、CO)突
2 3 2
然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
1．(2022·山东，16改编)在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型辅酶脱去氢并释放电
子，电子经线粒体内膜最终传递给O ，电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质移
2
至内外膜间隙中，随后H＋经ATP合酶返回线粒体基质并促使ATP合成，然后与接受了电子
的O 结合生成水。为研究短时低温对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下
2处理，分组情况及结果如图所示。已知DNP可使H＋进入线粒体基质时不经过ATP合酶。
下列相关说法不正确的是( )
A．4 ℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B．与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸产热多
C．与25 ℃时相比，4 ℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D．DNP导致线粒体内外膜间隙中H＋浓度降低，生成的ATP减少
答案 A
解析 与25 ℃相比，4 ℃耗氧量增加，根据题意，电子经线粒体内膜最终传递给O，说明
2
4 ℃时线粒体内膜上电子传递未受阻，A错误；与25 ℃相比，短时间低温4 ℃处理，ATP
合成量较少，耗氧量较多，说明4 ℃时有氧呼吸释放的能量较多地用于产热，消耗的葡萄
糖量多，B、C正确；DNP使H＋不经ATP合酶返回线粒体基质中，会使线粒体内外膜间隙
中H＋浓度降低，导致ATP合成减少，D正确。
2．(2021·全国甲，2)某同学将酵母菌接种在马铃薯培养液中进行实验，不可能得到的结果是
( )
A．该菌在有氧条件下能够繁殖
B．该菌在无氧呼吸的过程中无丙酮酸产生
C．该菌在无氧条件下能够产生乙醇
D．该菌在有氧和无氧条件下都能产生CO
2
答案 B
解析 酵母菌有细胞核，是真核生物，其代谢类型是异养兼性厌氧型，与无氧条件相比，在
有氧条件下，产生的能量多，酵母菌的增殖速度快，A不符合题意；酵母菌无氧呼吸在细胞
质基质中进行，无氧呼吸第一阶段产生丙酮酸、[H]，并释放少量的能量，第二阶段丙酮酸
在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，B符合题意，C不符合题意；酵母菌有氧
呼吸和无氧呼吸都在第二阶段生成CO，D不符合题意。
2
3．(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，
其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________________，模块3中的甲
可与CO 结合，甲为________________。
2
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减
少”)。若气泵停转时间较长，模块 2 中的能量转换效率也会发生改变，原因是
______________
_______________________________________________________________________________
。
(3)在与植物光合作用固定的CO 量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高
2
于”“低于”或“等于”)植物，原因是____________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_____________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或C ) (2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和
5
NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖
类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO 的吸收量减少
2
解析 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还
原CO 产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用
2
的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中
执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合
作用的暗反应包括两步反应，一是CO 的固定：CO 在特定酶的作用下，与C 结合，形成
2 2 5
C 。二是C 的还原：C 接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和
3 3 3
C 。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO 反应产生乙，这一阶段为CO 的固定，
5 2 2
那么甲为C ，即五碳化合物，乙为C ，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，
5 3
相当于光合作用过程中突然停止供应CO ，CO 的固定受阻，进而导致乙(C )的合成量减少，
2 2 3
短时间内C 的还原正常进行，消耗量不变，C 含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供
3 3
ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块 2提供
ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净
光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工
光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的 CO 量(即真正光
2
合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低
蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO 的吸收，会间接影响光合
2
作用速率。
思维延伸——判断正误
(1)无氧条件培养酵母菌时向酵母菌培养液中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成(2021·广东，9)(
× )
(2)植物在黑暗中可进行有氧呼吸也可进行无氧呼吸(2018·全国Ⅲ，5)( √ )(3)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a(2019·海南，9)( × )
(4)光反应阶段中水在光下分解需ATP水解提供能量(2019·天津，2)( × )
(5)植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用(2019·海南，12)( √ )
(6)光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与(2019·海南，9)( √ )
(7)弱光条件下植物没有O 的释放，说明未进行光合作用(2021·湖南，7)( × )
2
题组一 光合作用与细胞呼吸的过程辨析
1．(2022·甘肃兰州高三二模)在光照等条件下，番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸
以及细胞内外交换的示意图如下(数字表示结构，小写字母代号表示物质的移动情况)。下列
有关说法正确的是( )
A．图中线粒体中2处释放的能量远多于3处
B．叶绿体产生的O 被线粒体利用，至少需穿过3层生物膜
2
C．物质A进入线粒体后彻底分解不需要水的参与
D．h＝c、d＝g时的光照强度是满足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照强度
答案 A
解析 根据题图分析可知，2代表线粒体内膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，而3代表线
粒体基质，发生有氧呼吸第二阶段的反应，因为有氧呼吸第三阶段产生的能量最多，所以 2
处释放的能量远多于3处，A正确；O 在叶绿体的类囊体薄膜上产生，在线粒体内膜被利用，
2
故叶绿体产生的O 被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜)和线粒体的2
2
层膜，共5层生物膜，B错误；根据题图分析可知，物质A是丙酮酸，进入线粒体后彻底分
解需要水的参与，C错误；若h＝c、d＝g时，说明净光合作用速率为零，但题图是表示番
茄叶片叶肉细胞，所以h＝c、d＝g时只是叶肉细胞中的光合速率等于呼吸速率，而番茄植
株还有根尖等部位不能进行光合作用，只进行呼吸作用，所以整个番茄植株呼吸作用速率应
该大于光合作用速率，D错误。
2．(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及
光反应过程的简化示意图。请回答下列问题：(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O 、H＋和e－，光能
2
转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO 浓度降低。暗反应速率
2
减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会______(填“加快”或“减
慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完
整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以
相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体类型 叶绿体C：
叶绿体B： 叶绿体D：
相对值 叶绿体 双层膜瓦
双层膜局部 所有膜结构
实验项目 A：双层膜 解，类囊体
受损，类囊 解体破裂成
结构完整 松散但未断
体略有损伤 颗粒或片段
裂
实验一：以Fecy为电子受
100 167.0 425.1 281.3
体时的放氧量
实验二：以DCIP为电子受
100 106.7 471.1 109.6
体时的放氧量
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析回答下列问题：
①叶绿体 A和叶绿体 B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或
“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是______________
_______________________________________________________________________________
。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，
更有利于____________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别
为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体膜 NADPH 减慢 (2)①Fecy 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以
Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体 B双层膜局部受损时，
以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy
为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②类囊体上的色素吸收光能、转化光能 ③ATP的
合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜上的 ATP合酶，叶绿体
A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
解析 (1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，
色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反
应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会
减慢。(2)①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，
以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，
以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy
为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于
类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的
是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通
过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此
ATP的产生效率逐渐降低。
题组二 辨析条件骤变引起代谢过程中物质含量的变化
3．(2022·贵州铜仁高三检测)研究人员利用图1装置研究植物叶片在不同光照强度下对密闭
水浴箱内的CO 浓度变化速率的影响，测得实验结果如图2曲线所示。实验过程中的叶片呼
2
吸强度不变，其他条件适宜，a～e时间段光源逐渐向左移动。下列叙述正确的是( )
A．植物叶片叶肉细胞的呼吸速率为m，提高水浴温度可使m增大
B．a时刻开始光照，在ab时间段内小室中CO 浓度逐渐减小
2
C．d时刻叶片光合作用消耗CO 的速率为2m，且此速率在de时间段内逐渐减小
2
D．叶片光合作用在e时刻暂停，光照强度是f时刻叶片光合速率的限制因素
答案 C
解析 植物叶片叶肉细胞的呼吸速率为m，题中温度适宜，提高水浴温度，酶的活性会降低，
故可使m减小，A错误；ab时间段，由于光照强度逐渐增强(光源向左移动)，光合作用逐渐增强，光合作用消耗的CO 逐渐增多，而呼吸速率不变，导致叶片释放CO 的速率逐渐减慢，
2 2
但ab时间段内小室中CO 浓度在逐渐增大，B错误；d时刻叶片光合作用消耗CO 的速率为
2 2
净光合速率＋呼吸速率＝2m，且此速率在de时间段内逐渐减小，C正确；实验进行到e时
刻，持续充入CO ，密闭水浴箱内的CO 浓度变化速率为0，说明e时刻光合速率等于呼吸
2 2
速率。随着CO 浓度不断增大，ef时间段内光合速率不断增大，f时刻不再变化，说明已达
2
到CO 的饱和点，此时限制叶片光合速率的主要因素是光照强度，D错误。
2
4．阳光穿过森林会在地上投下“光斑”。如图显示了生长旺盛的某植物的一片叶子在“光
斑”照耀前后的光合作用过程中吸收CO 和释放O 的情况。虚线代表O 的释放速率，实线
2 2 2
代表CO 的吸收速率，以下判断错误的是( )
2
A．a点细胞中ATP的产量增加
B．a点后O 释放速率下降与ADP和NADP＋供应不足有关
2
C．c与d的面积可能相等
D．b点细胞中C 含量增加
5
答案 D
解析 a点时，由于光照突然增强，光反应速率加快，产生的O、ATP、NADPH增加，但a
2
点后暗反应速率较慢，从而限制了光合速率，光反应减弱，O 释放速率下降，A、B正确；
2
在较理想的情境中，整个光合作用过程中O 的释放量和CO 的吸收量相等，c、d的面积分
2 2
别代表二者之间的差值的绝对值，理论上应该相等，故在具体情境中 c、d的面积有可能相
等，C正确；b点光照强度突然减弱，ATP、NADPH产量减少，C 还原速率下降，C 的合
3 5
成减少，短时间内C 的消耗量不变，故b点时细胞中C 含量会减少，D错误。
5 5
