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第三单元 光合作用与细胞呼吸知识主线 思维串联
线粒体
细胞质基质
光照、温度、CO
2微专题1 光合作用与细胞呼吸的关系
1.光合作用与细胞呼吸的过程图解
H O
2
CO ＋H O＋能量
2 2
[H]
C H OH＋CO
2 5 2
(CH O)
22.光合作用与细胞呼吸中[H]、ATP来源与去路
NADH
NADPH
水的光解提醒：①无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不能产生ATP，[H]在
第一阶段产生，第二阶段被利用，无[H]的积累。
②无氧呼吸过程只生成少量ATP，大部分能量存留在酒精或乳酸中。3.明确3种元素的转移途径
CO CO
2 2
①
有氧呼吸
H O [H]
2
②
③4.四种状况下“光合与呼吸”的关系题型一 结合光合作用与细胞呼吸的联系，意在考查分析判断能力
1.(2019·海南卷，12)下列关于绿色植物的叙述，错误的是( )
A.植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸
B.植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的
C.遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
D.植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用解析 有氧呼吸不需要光照，植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸，A正
确；植物细胞中ATP不一定都是在膜上合成的，如细胞质基质和线粒体基质也
可以合成ATP，B错误；合成叶绿素需要光照，遮光培养会导致光照减弱，会
导致叶肉细胞的叶绿素含量下降，C正确；植物幼茎的绿色部分含有叶绿体，
能进行光合作用，所有的活细胞都能进行呼吸作用，D正确。
答案 B2.(2019·广东深圳市调研)为了探究某地冬季温室大棚内温度和CO 浓度对黄瓜光合
2
作用的影响，某研究小组将黄瓜植株分为五组(一组作为对照组，其他四组作为实
验组)，保持各组光照强度和湿度等条件相同且最为适宜，在光照培养箱中测定各
组叶片的净光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
组别
实验组
对照组
项目 一组 二组 三组 四组
温度/℃ 12 12 12 20 25
实验处理
CO 浓度/(100 μL·L－1) 6 10 15 15 15
2
净光合速率/(μmol·m－2·s－
实验结果 9.7 13.2 15.1 23.3 30.9
1)回答下列问题：
(1)黄瓜植株叶片光合作用产生的O 中的O来自于____________，O 除部分释放到外
2 2
界以外，还有部分可以参与细胞有氧呼吸，与________(填“NADH”或“NADPH”)结
合释放出大量能量。
(2)根据本实验结果，可以推测冬季温室大棚中对黄瓜净光合速率影响较大的环境因
素是________，其依据是________________________________________________；
并可以推测冬季温室大棚要提高黄瓜净光合速率的措施是______________________
___________________________________________________________________。
(3)该研究小组同时测定了33 ℃时与第四组在其他条件相同情况下的黄瓜净光合速率，
发现与第四组实验结果相同，推测其原因是______________________________
_____________________________________________________________________。解析 (1)光合作用过程中，H O光解产生O ，O 还可以参与细胞有氧呼吸的第三阶
2 2 2
段，与NADH(还原型辅酶Ⅰ)结合产生水，并释放大量能量。(2)根据表中数据，一
组和二组实验结果对比说明在相同温度条件下，CO 浓度改变产生的净光合速率差
2
值是15.1－13.2＝1.9(μmol·m－2·s－1)，而三组和四组实验结果对比说明在相同CO 浓
2
度条件下，温度改变产生的净光合速率差值是30.9－23.3＝7.6(μmol·m－2·s－1)，故
温度对温室大棚中黄瓜净光合速率影响较大。就本实验而言，适当提高温室大棚中
的温度和CO 浓度都可以提高黄瓜净光合速率。(3)经测定，在其他条件均相同的情
2
况下，33 ℃与25 ℃的净光合速率相同，根据净光合速率＝实际光合速率－呼吸速
率可知，实际光合速率与呼吸速率差值不变，而温度改变对光合作用和呼吸作用均
有影响，故推测其原因是温度改变使黄瓜植株光合速率和呼吸速率的改变量相同。答案 (1)水(或H O) NADH
2
(2)温度 相同CO 浓度条件下，温度改变时净光合速率变化较大 适当提高温
2
室大棚中的温度(和CO 浓度)
2
(3)温度改变使黄瓜植株光合速率和呼吸速率的改变量相同，即二者速率的差值
(净光合速率)保持不变(答案合理均可)题型二 借助光合作用与细胞呼吸在生活中的应用，考查社会责任
3.(2019·全国卷Ⅱ，2)马铃薯块茎储藏不当会出现酸味，这种现象与马铃薯块茎
细胞的无氧呼吸有关。下列叙述正确的是( )
A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖
B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来
C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATP
D.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生解析 马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，葡萄糖是细胞呼吸的原料而不
是产物，A错误；在马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解成丙酮
酸和[H]，第二阶段在相应酶的催化下，丙酮酸和[H]转化为乳酸，B正确；在
马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸和少量
[H]，并且释放出少量能量，形成少量ATP，C错误；一般来说，氧气浓度的升
高会抑制细胞的无氧呼吸，故马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高不会增加酸
味的产生，D错误。
答案 B4.(2019·豫南九校联考)在自然光照下，有些植物的光合速率并不能达到最大值，需
要进行适当的遮光处理。某科研人员为了探究适合某种草莓种植的遮光程度，进
行了相关实验，结果如图所示。回答下列相关问题：(1)遮光程度属于该实验的________，不遮光组的光照强度类似于夏季晴朗天气
的正午时刻，植物在该时段光合速率相比10点要偏低的原因是_______________
____________________________________________________________________ 。
(2)在遮光后的短时间内，叶肉细胞的叶绿体中C 含量会________。
3
(3)坐标曲线中的单位时间内，植株干重减去实验开始前的初始干重表示的是植
物的________，如果要测量真正光合速率，则还需要测量________，测量时需
要在________条件下进行。
(4)要进一步确定最适合的遮光程度，可以在题图中的遮光________之间进一步
实验，设置多组实验，相邻组遮光程度差更________，这样可以降低误差，更
精确地确定合适的遮光程度。解析 (1)本实验的目的是探究适合某种草莓种植的遮光程度，所以遮光程度是该
实验的自变量。夏季晴朗天气的正午时刻气温太高，植物叶片上的气孔大多关闭，
导致进入叶片的CO 量减少，从而导致光合速率降低。(2)刚遮光时，由于光反应
2
为暗反应提供的[H]和ATP减少，导致C 的还原速率降低，而CO 的固定速率短
3 2
时间内不改变，所以叶绿体中C 的含量会增加。(3)单位时间内植株干重的变化量
3
表示的是净光合速率，所以根据实验所测的数据可推测净光合速率，但真正光合
速率等于净光合速率与呼吸速率之和，所以欲测定真正光合速率还需要测定呼吸
速率。测定植物的呼吸速率需要在黑暗条件下进行。(4)要进一步确定最适合的遮
光程度，可以在题图中的遮光Ⅰ和遮光Ⅲ之间再设置几组实验，相邻组遮光程度
差在更小的遮光程度范围内进行实验时，实验的误差更小。答案 (1)自变量 气温太高，气孔大多关闭，植物从外界吸收的CO 量减少，
2
致使光合作用速率降低(其他合理答案也可)
(2)增加
(3)净光合速率 呼吸速率 黑暗
(4)Ⅰ～Ⅲ 小微专题2 影响光合作用和细胞呼吸的因素
1.掌握影响细胞呼吸的“四类”曲线
消耗提醒：①不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，
根本原因在于控制酶合成的基因不同。
②人和动物细胞呼吸产生CO 的场所是线粒体；酵母菌细胞呼吸产生CO 的场
2 2
所是线粒体和细胞质基质。2.把握影响光合作用因素的3类曲线
光反应
温度提醒：①光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与。
②叶绿体中的色素能吸收、传递、转换光能，不能制造能量。
③蓝藻没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。
④光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的[H]和ATP还可以维持
一段时间的暗反应，但在无光条件下不可以长期进行。题型一 围绕光合作用的影响因素，考查科学思维能力
1.(2019·重庆市七校联考)如图所示为研究光照强度和CO 浓度对某植物光合作用强
2
度的影响曲线。下列有关叙述中错误的是( )A.曲线A→B点，叶绿体中C 浓度降低
3
B.B→D点，叶绿体中C 浓度升高
5
C.曲线A→B点，叶绿体中C 生成速率降低
5
D.D点时，限制光合作用强度的环境因素可能有CO 浓度和温度等
2解析 A→B的过程中CO 浓度不变，C 的生成速率不变，但B点光照强度大于
2 3
A点，B点产生的[H]和ATP的量高于A点，C 还原过程增强，C 浓度降低，A正
3 3
确；B点和D点的光照强度相等，[H]和ATP产生量相同，C 的生成速率不变，
5
但B点CO 浓度大，C 消耗量增大，则D点C 浓度高于B点，B正确；曲线A→B
2 5 5
过程中CO 浓度不变，但B点光照强度大于A点，B点产生的[H]和ATP多于A点，
2
B点C 生成速率高于A点，C错误；D点后，光合作用强度不再随光照强度的增
5
加而增大，则D点时限制光合作用强度的因素可能是CO 浓度和温度等，D正确。
2
答案 C2.(2019·4月浙江选考，30改编)回答与光合作用有关的问题：
(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有
0.1%CO 的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细
2
胞中C 的含量会________。光反应为C 还原提供的物质是________。若停止
3 3
CO 供应，短期内小球藻细胞中C 的含量会________。研究发现Rubisco是光
2 5
合作用过程中的关键酶，它催化CO 被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体
2
________中。
(2)在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离
后，滤纸条自上而下前两条色素带中的色素合称为________。分析叶绿素a的
吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的________光。环境条件会影响叶绿素的
生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与________抑制叶绿素的合成有关。解析 (1)光合色素对绿光吸收最少，所以用绿光照射后短时间内C 的还原速率
3
下降，二氧化碳固定速率不变，所以C 的含量会增加。光反应产生的ATP和[H]
3
参与了暗反应中C 还原为糖的过程。若停止CO 供应，短期内C 的还原速率不
3 2 3
变，二氧化碳的固定速率下降，则C 的含量会增加。暗反应发生的场所是叶绿
5
体基质。(2)提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下前两条色
素带中的色素为胡萝卜素和叶黄素，合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收蓝紫
光和红光。秋天叶片变黄的现象主要与低温抑制叶绿素的合成有关。
答案 (1)增加 ATP和[H] 增加 基质
(2)类胡萝卜素 蓝紫光和红 低温题型二 围绕光合作用与细胞呼吸的综合应用，考查科学思维能力
3.(2019·山东潍坊市质检)龙血树在《本草纲目》中被誉为“活血圣药”，有消肿
止痛，收敛止血的功效，也常作为观赏栽培植物。下图甲、乙分别为龙血树在
不同条件下光合速率和呼吸速率的变化曲线[单位：(mmol·cm－2·h－1)]。请回答
以下问题：(1)据甲图分析，持续光照条件下，龙血树在________℃下，生长最快。40 ℃条
件下，若黑夜和白天时间相等，龙血树能否正常生长？________，判断依据是：
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________ 。
(2)若甲图数据是在光照强度充足的情况下测得的，则乙图是在________ ℃条件
下测定的。
(3)如果龙血树在图乙中E点光照强度下，一天光照10 h、黑暗处理14 h，则1 cm2
的叶片24 h内消耗环境中的CO 是________ mmol。
2解析 (1)据甲图可知，持续光照条件下龙血树在30 ℃时，净光合速率最大，生
长最快。40 ℃条件下，龙血树净光合速率和呼吸速率相等，若白天时间小于或
等于黑夜时间时，则有机物不会积累，影响植物生长。(2)乙图龙血树的呼吸速
率为2，最大净光合速率为8，对应甲图的30 ℃。(3)E点光照强度下，净光合速
率为4，呼吸速率为2，10 h光照条件下，需消耗的CO 是40 mmol，而14 h的黑
2
暗条件，呼吸作用可提供的CO 是28 mmol，故1 cm2的叶片24 h内消耗环境中的
2
CO 是12 mmol。
2
答案 (1)30 不能 40 ℃条件下净光合速率和呼吸速率相等，若白天和黑夜时
间相等，有机物不会积累，影响植物生长 (2)30 (3)124.(2019·全国卷Ⅰ，29)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处
理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔
开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化
的主要原因是__________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引
起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来
验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。解析 (1)经干旱处理后，植物根细胞的细胞液浓度增大，细胞液和外界溶液的浓度
差增大，植物根细胞的吸水能力增强。(2)干旱处理后，叶片气孔开度减小，使CO
2
供应不足，暗反应减弱，从而导致光合作用减弱。(3)本实验需先设计干旱处理与非
干旱处理的对照，证明干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的；再设计在
干旱条件下ABA处理组与非ABA处理组的对照，证明干旱条件下气孔开度减小是由
ABA引起的。
答案 (1)增强 (2)降低 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO 减少
2
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔
开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处
理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA
处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变重点题型 光合作用与细胞呼吸的实验设计
1.解读总光合速率与呼吸速率的关系
(1)图示(2)解读
①A点：__只__进__行__细__胞__呼__吸__ _。
②AB段：总光合速率＜呼吸速率。
③B点：为__光__补__偿__点__ ，总光合速率＝呼吸速率。
④B点以后：总光合速率＞呼吸速率。
⑤C点：C点对应的光照强度为光饱和点。2.呼吸速率和净光合速率的测定方法(如下图)
NaHCO
3
NaOH
黑暗 光照提醒：①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，此即
“总光合速率”。
②物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置
对照装置。对照装置与两装置相比，不同点是用“死亡的绿色植物”代替“活
的绿色植物”，其余均相同。3.光合作用与细胞呼吸实验设计中实验条件的控制方法
(1)增加水中氧气——泵入空气或放入绿色水生植物。
(2)减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖，或煮沸冷却。
(3)除去容器中的二氧化碳——氢氧化钠溶液。
(4)保持容器中二氧化碳浓度相对稳定——NaHCO 溶液。
3
(5)除去叶片中原有的淀粉——置于黑暗环境中较长时间。
(6)除去光合作用对细胞呼吸的干扰——给植株遮光。
(7)消除种子表面微生物对种子细胞呼吸速率测定的影响——消毒。
(8)除去叶片中叶绿素——酒精隔水加热(脱色)。
(9)得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光。1.(2019·西安高新一中调研)银边天竺葵叶片边缘细胞因不含叶绿体而显白色(如图
中b所示)。将整株银边天竺葵放在黑暗中两天，再进行如图所示的处理。两小时
后取该叶片经酒精脱色处理，滴加碘液显色后观察。下列实验结果分析正确的
是( )A.实验中a处和b处两部分对照证明光合作用需要光
B.实验中a处和c处两部分对照证明光合作用需要CO
2
C.实验中a处和遮光纸遮挡部分对照证明光合作用发生于叶绿体中
D.无论实验时间长短，b处始终不变蓝色解析 a、b处均接受光照，但b处无叶绿体，证明光合作用需要叶绿体，A错误；
a、c处均有叶绿体，且均接受光照，但c处无CO ，证明光合作用需要CO ，B正
2 2
确；实验中a处和遮光纸遮挡部分均有CO ，但后者无光，证明光合作用需要光
2
照，C错误；如果实验中光照时间过长，a处产生的淀粉会向未产生淀粉部分(b
处等)运输，导致滴加碘液后，b处也能变为蓝色，D错误。
答案 B2.(2019·中原名校联考)如图甲为在一定浓度CO 缓冲液、其他最适条件下培养的
2
植物，图乙的a、b为培养过程中一些量的相对值的变化，下列说法不正确的是
( )A.若图乙表示甲图中植物叶肉细胞内C 的变化，则a到b可能是突然停止光照或光
3
照减弱
B.若图乙表示甲图完全培养液中钾离子的浓度，由a到b的变化说明植物对钾离子
吸收的相对速率小于对水分吸收的相对速率
C.若图乙表示甲图植物呼吸速率的变化，则可能是由遮光改为照光
D.若图乙表示甲图植物光合速率由a到b变化，则可能是适当提高了CO 缓冲液的
2
浓度解析 若图乙表示甲图中植物叶肉细胞内C 的变化，则a到b表示C 的含量增多，
3 3
可能是突然停止光照或光照减弱，使光反应产生的ATP和[H]减少，C 化合物的
3
还原减弱所致，A正确；若图乙表示甲图完全培养液中钾离子的浓度，由a到b表
示钾离子的浓度上升，这说明植物对钾离子吸收的相对速率小于对水分吸收的
相对速率，B正确；光照强度影响光合速率，基本不影响呼吸速率，C错误；适
当提高CO 浓度即CO 缓冲液的浓度，可以加快光合速率，D正确。
2 2
答案 C3.(2019·原创预测题)为了探究光合作用中生成ATP所需要的直接能量来源，科学家
进行了如下实验：在黑暗条件下，把离体的叶绿体类囊体放在pH＝4的缓冲液中
平衡，让类囊体腔的pH稳定至4，然后转移至含有ADP和Pi的pH＝8的缓冲溶液
中，结果在溶液中生成了ATP，实验过程如图：(1)该实验得出的结论是________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)该实验的对照实验应该怎样设置？____________________________________
____________________________________________________________________。
(3)有氧呼吸第三阶段产生的ATP是在线粒体内膜的基质侧生成的，机制与光反
应中ATP的生成类似，则线粒体中pH较低的区域为_______________________。解析 (1)通过题干描述很容易得出，实验处理后类囊体腔的pH为4，而类囊体
外的pH为8，所以生成ATP的直接能量来源于类囊体膜两侧的pH梯度(H＋浓度梯
度)。(2)该实验通过制造类囊体膜两侧的H＋浓度梯度来探究光合作用过程中ATP
生成所需的直接能量来源，对照组应该让类囊体膜两侧H＋浓度相当，即让类囊
体腔的pH稳定至8，然后转移至pH＝8和含有ADP和Pi的缓冲溶液中。(3)有氧呼
吸第三阶段ATP的生成与光反应类似，即线粒体内外膜间隙与基质具有pH梯度，
即线粒体内外膜间隙pH低，基质pH高，在基质中生成ATP。答案 (1)光合作用光反应生成ATP所需要的直接能量来源于类囊体膜两侧的pH
梯度(H＋浓度梯度)
(2)在黑暗中把离体的叶绿体的类囊体放在pH＝8的弱碱性溶液中平衡，让类囊
体腔的pH稳定至8，然后转移至pH＝8和含有ADP和Pi的缓冲溶液中
(3)线粒体内膜和外膜的间隙
