文档内容
第 11 讲 细胞代谢综合分析
目录
01考情透视·目标导航
..................................................................................................................................1
02知识导图·思维领航
..................................................................................................................................2
03考点突破·考法探究
..................................................................................................................................2
考点一 光合作用和细胞呼吸之间的关系..............................................................................................2
知识点1 光合作用与有氧呼吸过程的联系.............................................................................................2
知识点2 光合作用与有氧呼吸过程中元素的转移途径.........................................................................5
知识点3 光合作用与有氧呼吸能量上的联系.........................................................................................6
知识点4 归纳光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路.......................6
知识点5 辨析真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率..................................................................6
知识点6 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法（常考点）.........................................................8
考向1 结合光合速率的测定，考查科学探究.......................................................................................13
考点二 光合作用与细胞呼吸综合应用................................................................................................14
知识点1 自然环境中（夏季）一昼夜植物CO 浓度变化曲线...........................................................15
2
知识点2 密闭环境中一昼夜植物CO 浓度变化曲线...........................................................................16
2
04真题练习·命题洞见
................................................................................................................................18
05长句分析·规范作答
................................................................................................................................19
一、教材知识链接...............................................................................................................................................19
二、教材深挖拓展...............................................................................................................................................20
三、长句规范作答...............................................................................................................................................20
考点 由高考知核心知识点 预测
考点一：光合作用 2023广东）综合题型
题型：解答题
（2023北京）综合题型
和细胞呼吸之间的 内容：可能在呈现现实
（2023山东）综合题型
关系 （2023全国）综合题型 中的问题情景，让学生在真
实的背景下发挥核心价值引
（2022广东）综合题型
细胞代谢综 （2022北京）综合题型 领，运用必备知识全面综合
（2022山东）综合题型 展现学科素养水平，呼吸作
合分析
考点二：光合作用 （2022河北）综合题型 用和光合作用的基础过程反
（2022天津）综合题型 应物和产物、新情境资料分
与细胞呼吸综合应
（2022浙江）综合题型
析和书本基础知识的联系。
用 （2022全国）综合题型
需要熟练掌握基础知识、综
（2022海南）综合题型
合分析能力和探究能力。
（3年59考，全国卷3年5考）
1.熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。
课标要求 2.通过阐述光合作用与细胞呼吸的相互关系，形成归纳与概括、模型与建模的科学思维方
法。考点一 光合作用和细胞呼吸之间的关系
知识点1 光合作用与有氧呼吸过程的联系
1.图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系2.光合作用和细胞呼吸的比较
比较项目 光合作用 细胞呼吸
代谢类型 合成作用(或同化作用) 分解作用(或异化作用)
发生范围 含叶绿体的植物细胞；蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞
有氧呼吸：细胞质基质、线粒体(真核生物)；
发生场所 叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物) 细胞质(原核生物)
无氧呼吸：细胞质基质
发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行
物质变化 无机物――→有机物 有机物――→无机物
能量变化 光能→化学能 化学能→热能、ATP中活跃的化学能
有机物――→无机物(或简单有机物)；释放能
实质 无机物――→有机物；储存能量
量
能量转化
的联系
C：CO――→(CHO)→丙酮酸→CO
2 2 2
元素转移
O：HO――→O→HO
2 2 2
的联系
H：HO――→H＋→NADPH――→(CHO)→[H]→HO
2 2 2
过程联系
【名师点拨】
如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有18O？如果有，写出18O的转移途径。
提示：有，HO经过光合作用的光反应转移给18O，HO经过有氧呼吸的第二阶段转移给C18O。
2 2
【考点训练】
1.下图表示植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的相关过程，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过
程中产生的物质。下列相关叙述错误的是( )A.过程①③④⑤都可以产生ATP
B.过程①和过程③在生物膜上进行
C.物质C的元素只来自水
D.物质A、B、D、E、F中都含H
【分析】分析题图可知：E可以与C结合生成HO，故③为有氧呼吸第三阶段，E为NADPH，C为O ；则⑤应
2 2
为呼吸作用的第一阶段，F为丙酮酸；④为呼吸作用第二阶段，D为CO ；①为光反应过程，A为[H]和
2
ATP；过程②生成CH O，为暗反应过程，B为ADP和Pi等。
6 12 6
【详解】
A、结合分析可知，①③④⑤都可以产生ATP，A正确；
B、①为光反应过程，场所是类囊体薄膜；③为有氧呼吸第三阶段，场所为线粒体内膜，两者均在生物膜
上进行，B正确；
C、C为氧气，在光反应过程中氧元素只来自水，C正确；
D、结合分析可知，D为二氧化碳，不含H，D错误。
故选D。
2.如图表示高等植物体内某些生理过程。据图分析，下列说法错误的是( )
A．Ⅰ阶段生成ATP和NADPH所需要的能量可以是光能也可以是化学能
B．③和④过程进行的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质
C．Ⅰ、Ⅱ阶段所示的过程是生态系统赖以维持的重要基础
D．④、⑤过程可发生在同一个体不同部位的组织细胞中
【分析】据图分析：①②表示三碳化合物的还原，③表示二氧化碳的固定，④表示无氧呼吸，⑤表示有氧
呼吸。X表示酒精和二氧化碳。I表示光反应阶段，Ⅱ表示暗反应阶段，Ⅲ表示呼吸作用过程。
【详解】A、高等植物体内，Ⅰ阶段（光反应）生成ATP和NADPH所需要的能量来自光能，A错误；
B、③过程是暗反应，④过程是无氧呼吸，进行的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质，B正确；
C、Ⅰ（光反应）、Ⅱ阶段（暗反应）所示的过程是光合作用，可以将无机物转化为有机物，是生态系统
赖以维持的重要基础，C正确；
D、④（无氧呼吸）、⑤（有氧呼吸）过程可发生在同一个体不同部位的组织细胞中，如植物某些细胞可
以进行有氧呼吸，某些细胞可以进行无氧呼吸，D正确。
故选A。知识点2 光合作用与有氧呼吸过程中元素的转移途径
1.以C元素为例，用同位素标记法标记CO 中的C，追踪C的转移途径
2
2.以H元素为例，用同位素标记法标记HO中的H，追踪H的转移途径
2
3.以O元素为例，用同位素标记法标记HO中的O，追踪O的转移途径
2
【考点训练】
3.(2016年浙江卷，30题，节选)给某植物提供C18O 和HO，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于
2 2
_ C 1 8 O 中的部分氧转移到 H 1 8 O 中 _，H18O又作为原料参与了光合作用之故。
2 2 2
4.关于细胞中的HO和O，下列说法错误的是( )
2 2
A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有HO产生
2
B．有氧呼吸第二阶段一定消耗HO
2
C．植物细胞产生的O 只能来自光合作用
2
D．光合作用产生的O 中的氧元素只能来自于HO
2 2
【分析】 有氧呼吸可以分为三个阶段：第一阶段：在细胞质的基质中：1分子葡萄糖被分解为2分子丙酮
酸和少量的还原型氢，释放少量能量；第二阶段：在线粒体基质中进行，丙酮酸和水在线粒体基质中被彻
底分解成二氧化碳和还原型氢；释放少量能量；第三阶段：在线粒体的内膜上，前两个阶段产生的还原型
氢和氧气发生反应生成水并释放大量的能量。光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水
的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO 被C 固
2 5
定形成C，C 在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
3 3
【详解】
A、葡萄糖是单糖，通过脱水缩合形成多糖的过程有水生成，A正确；
B、有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和水反应生成CO 和[H]，所以一定消耗 HO，B正确；
2 2
C、有些植物细胞含有过氧化氢酶（例如土豆），可以分解过氧化氢生成 O ，因此植物细胞产生的 O 不一
2 2定只来自光合作用，C错误；
D、光反应阶段水的分解产生氧气，故光合作用产生的O 中的氧元素只能来自于HO，D正确。故选C。
2 2
知识点3 光合作用与有氧呼吸能量上的联系
注意：叶绿体光反应产生的ATP只能用于叶绿体，如暗反应或其他吸能反应
知识点4 归纳光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路
知识点5 辨析真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
项目 含义
O CO 有机物
2 2
真 正 光 植物在光下实际合成有机 O 产生 ( 生成 ) 速率 CO 固定速率或叶绿 有机物 产生 ( 制
2 2
合速率 物的速率 或叶绿体释放O 量 体吸收CO 量 造、生成 )速率
2 2
净 光 合 植物或叶片或叶肉细 植物或叶片或叶肉
植物有机物的积累速率 有机物积累速率
速率 胞O 释放速率 细胞CO 吸收速率
2 2
呼 吸 速 单位面积的叶片在单位时
黑暗 中O 吸收速率 黑暗中CO 释放速率 有机物消耗速率
率 间内分解有机物的速率 2 2
【归纳总结】
1.植物“三率”—— 关键词判定判断法
检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
2
O 释放量(黑暗) 释放量 产生量
2O 释放量(黑暗) 积累 制造量、产生量
2
2.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(以光合速率大于呼吸速率为例)
【考点训练】
5.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CO 释放量和O 产生总量的变
2 2
化。图乙表示蓝细菌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，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的二氧化碳
C.图乙中，当光照强度为X时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中，限制a、b、c点光合速率的因素主要是光照强度
【分析】题图分析：甲图中，单位时间内O 的产生总量表示总光合速率，单位时间内O 释放量表示表示净
2 2
光合速率，当有光照时，单位时间内CO 释放量表示净光合速率为负值，说明此时光照较弱，光合速率小
2
于呼吸速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率；乙图中a表示呼吸速率；b表示光合等于呼吸速率，该
点为光的补偿点；c对应的X表示光的饱和点。
【详解】A、图甲中：光照强度为a时，O 产生总量为0，只进行细胞呼吸，据此可知，呼吸强度为6；光
2
照强度为b时，CO 释放量大于0，说明光合作用速率小于呼吸作用速率，A错误；
2
B、光照强度为d时，O 产生总量为8，则光合作用总吸收二氧化碳为8，因而单位时间内细胞从周围吸收
2
8-6=2个单位的CO，B正确；
2
C、图乙中所示生物为蓝细菌，蓝细菌为原核生物，不含线粒体和叶绿体，C错误；
D、图乙中c点时光合速率达到最大值，此时限制光合速率的因素不再是光照强度，可能是温度或CO 浓度
2
等，D错误。
故选B。问题1：如何测得植物的真光合速率呢？
①植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为 呼吸 速率(A点)。
②植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为 净光合 速率。（表观光合
速率）
③真正光合速率＝ 呼吸 速率＋ 净光合 速率。
知识点6 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法（常考点）
1.液滴移动法
（1）装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO ；在测净光合速率时
2
NaHCO 溶液可提供CO，保证了容器内CO 浓度的恒定。
3 2 2
（2）测定原理
①在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸，由于 NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO ，所以单位
2
时间内红色液滴左移的距离表示植物的O 吸收速率，可代表呼吸速率。
2
②在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸，由于 NaHCO 溶液保证了容器内CO 浓度的恒
3 2
定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O 释放速率，可代表净光合速率。
2
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
（3）测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，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)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。（4）物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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。
【考点训练】
6.下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和细胞呼吸过程中气体产生情况的实验示意图，给这两
组实验提供相同的环境条件，下列相关叙述不正确的是( )
A.装置中的碳酸氢钠溶液可使瓶内的CO 浓度维持在稳定水平
2
B.若装置甲和乙中水滴的移动方向相反，则装置甲中的绿色植物能正常生长
C.装置甲中的水滴可能不动，装置乙中的水滴左移
D.若装置甲中的水滴左移，则装置甲中绿色植物的叶绿体中不能产生NADPH和ATP
【分析】题图分析，（1）植物光合作用吸收二氧化碳，放出氧气；植物和青蛙呼吸作用吸收氧气，放出
二氧化碳；碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平，因此装置中气体量的变化表示的是氧气
的变化量；
（2）在相同的环境条件下，若甲装置中的绿色植物的光合作用大于呼吸作用时装置中水滴向右移；若甲
装置中的绿色植物的光合作用等于呼吸作用时水滴不动；若甲装置中的绿色植物光合作用小于呼吸作用时
装置中水滴向左移；乙装置中，青蛙呼吸作用消耗氧气，放出的二氧化碳又因碳酸氢钠溶液的存在而没有
变化，所以气体总量会减少，装置中水滴应向左移。
【详解】A、碳酸氢钠溶液可吸收多余的CO ，也可释放CO ，因此可维持瓶内的CO 浓度在稳定水平，A正
2 2 2
确；
B、分析题图中装置乙可知，青蛙处于正常生活状态，就需要消耗容器内的 O ，由于CO 浓度稳定，故装置
2 2
乙中的水滴会左移，若装置甲和乙中水滴的移动方向相反，则装置甲中的水滴右移，说明植物光合作用强
度大于呼吸作用强度，植物能正常生长，B正确；
C、当装置甲中的绿色植物的光合作用强度等于呼吸作用强度时，水滴可能不动，装置乙中的水滴左移，C
正确；
D、若装置甲中的水滴左移，可表示植物光合作用强度小于呼吸作用强度，但不能说明绿色植物的光合作
用不进行，在光照条件下，绿色植物叶绿体中能产生[H]和ATP，D错误。
故选D。
2.黑白瓶法法测水体中溶氧量的变化，在适宜光照下照射6 h后，测量A（黑瓶）、B（白瓶）的溶氧量，分别记为OA、
OB，获得相应数据，则可计算出该叶片的真光合速率（以产氧速率计），
（OB－OA）
M＝ mg/(dm2·h)，
6
提示：黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有细胞呼吸，而白瓶既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑
瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者
即可得到真正光合作用强度值。
【考点训练】
7.取三个玻璃瓶，两个黑布包上，并包以锡箔，记为A、B瓶，另一个玻璃瓶不做处理，记为C瓶，其中
B、C瓶中放入生长状况相同且良好的同种植物。从待测的水体深度取水并装入三个瓶中，保留 A瓶以测定
水中原来的溶氧量。将B、C瓶沉入取水深度，经过一段时间，将其取出，并进行溶氧量的测定。下列叙述
错误的是( )
A. B瓶中氧气的减少量表示呼吸作用量
B. C瓶中氧气的增加量表示净光合作用量
C. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之和表示总光合作用量
D. C瓶中测得的现有氧气量与B瓶中测得的现有氧气量之差表示总光合作用量
【分析】黑白瓶法：也是一种定量测定光合作用和呼吸作用强度的方法。原理及方法：取三只玻璃瓶，一
只用黑胶布包上，并包以锡箔，从待测的水体深度取水，保留一瓶以测定水中原来的溶氧量。将另一对黑
白瓶沉入取水深度，经过24小时或其他时间，将其取出，并进行溶氧量的测定，黑瓶中的浮游植物由于得
不到光照只能进行呼吸作用，因此黑瓶中的溶解氧就会减少；而白瓶完全被曝晒在光下，瓶中的浮游植物
可进行光合作用，因此白瓶中的溶解氧量一般会增加。所以通过黑白瓶中溶解氧量的变化，就可以估算出
水体的生产力。
【详解】A、黑瓶B中的植物只能进行呼吸作用，不能进行光合作用，因此在有初始值的情况下，黑瓶中氧
气的减少量为有氧呼吸量，A正确；
B、白瓶C中的植物就可以进行光合作用，也可以进行呼吸作用，因此在有初始值的情况下，白瓶中氧气的
增加量为净光合作用量，B正确；
CD、黑瓶中的氧气变化量为有氧呼吸的消耗量，白瓶中的氧气变化量是光合作用与有氧呼吸的差值，因此
在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差为总光合作用量，C错
误、D正确。
故选C。
【规律归纳】
①有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量为 有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量为 净光合作用量 ；二者之和为 总光合作用量 。
②没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有氧气量与黑瓶中测得的现有氧气量之差即 总光合作用量 。
3.叶圆片称重法
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；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
【考点训练】
8.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，作如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理(仅限制叶片有
机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为 1 cm2的叶圆片烘干后称其重量，测
得叶片的总光合作用速率＝(3y－2z－x)/6 g·cm－2·h－1(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微
小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是( )
A.下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射6小时
D.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
【详解】
分析实验：从上午10时叶片干重为x克，下午4时叶片干重为y克，此时的干重变化可表示这6个小时的
净光合作用量，由此可计算净光合速率；如果通过实验M测定出植物的呼吸速率，即可求出植物的总光合
速率。而要测定呼吸速率，应将装置放在暗黑条件下。
假设遮光a小时，根据实际光合作用=净光合作用+呼吸作用，总光合速率＝(3y－2z－x)÷6，净光合速率
=(y－x)÷6，呼吸速率=(y－z)÷a，因此（3y-2z-x）÷6=(y-x)÷6+(y-z)÷a，计算得出a=3小时。所以下午4时
后将整个实验装置遮光3小时，所以D选项是正确的。
故选D。
4.叶圆片上浮法——定性检测O 释放速率
2
本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，
植物吸收CO 放出O ，由于O 在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据
2 2 2
在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大小。
5.间隔光照法——比较有机物的合成量
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有
限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消
耗掉。持续光照，光反应产生的大量的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应
的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条
件下制造的有机物相对多。
6.“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，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。
考向1 结合光合速率的测定，考查科学探究
例1．利用装置甲，在相同条件下分别将绿色植物E、F的叶片制成大小相同的叶圆片，抽出空气，进行光
合作用速率测定。图乙是利用装置甲测得的数据绘制成的坐标图。下列叙述正确的是( )
A.从图乙可看出，F植物适合在较强光照下生长
B.光照强度为1 klx时，装置甲中放置植物E的叶圆片进行测定时，液滴不移动
C.光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O 的速率相等
2
D.光照强度为6 klx时，装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短
【答案】 D
【解析】 根据图乙可知，F植物叶圆片的光补偿点和光饱和点都比较低，适合在较弱光照下生长，A错
误；光照强度为1 klx时，E植物叶圆片的呼吸速率大于光合速率，装置甲中 E植物叶圆片会吸收装置中的
O ，使液滴左移，B错误；光照强度为3 klx时，E、F两种植物叶圆片的净光合强度相等，但E植物叶圆
2
片的细胞呼吸强度大于F植物叶圆片，故光照强度为3 klx时，E、F两种植物的叶圆片产生O 的速率不相
2
等，C错误；光照强度为6 klx时，E植物叶圆片净光合作用强度大于F植物叶圆片的净光合作用强度，故
此光照强度下，E植物叶圆片释放的O 多，故装置甲中E植物叶圆片比F植物叶圆片浮到液面所需时间短，
2
D正确。
【变式训练】1.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
