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微专题1 光合作用与呼吸作用
考法1 光合作用和细胞呼吸过程的比较
1. 光合作用与细胞呼吸区别
光合作用
细胞呼吸
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
发生场所
叶绿体（真核生物）；细胞质（原核生物）
细胞质基质、线粒体
发生条件
光下
时刻进行
实质
无机物→有机物；储存能量
有机物→无机物；释放能量
能量变化
光能→ATP、NADPH 中活跃的化学能→有机
物中稳定的化学能
有机物中稳定的化学能→ATP 中活跃的化学能
及热能
2. 光合作用与有氧呼吸的联系
（1）光合作用为细胞呼吸提供物质基础，细胞呼吸为光合作用提供原料CO2。
（2）元素转移
①C：
②H：
③O：
（3）能量转换
3. 光合作用与细胞呼吸过程中[H]和ATP 的来源和去向
项目
光合作用
有氧呼吸
1
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[H]
本质
NADPH（还原型辅酶II）
NADH（还原型辅酶I）
来源
H2O 的光解产生
有氧呼吸第一、二阶段
去向
用于暗反应，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的还原供能
用于各项生命活动(植物C3的还原除外)
4. 不同光照条件下叶肉细胞的代谢活动
光照条件
CO2、O2的来源和去
向
含义
黑暗
黑暗时，只进行呼吸作用，不进行光合作用，单位时间内
O 2的吸收量
或
CO
2 的释放量代表呼吸速率。
弱光照
弱光照时，细胞呼吸作用强于光合作用，细胞呼吸所需的O2，一部分
来自光合作用，一部分从外界吸收；细胞呼吸产生的CO2，一部分供
给光合作用利用，一部分释放到外界环境中。
较强光照
光照达到一定强度时，光合作用强度与细胞呼吸强度相同，细胞呼吸
产生的CO2量与光合作用需要的CO2量相等，光合作用产生的O2与细
胞呼吸需要的O2量相等，净光合速率为零。
强光照
强光照时，光合作用强于细胞呼吸，光合作用所需的CO2，一部分由
细胞呼吸产生，一部分从外界环境吸收；光合作用产生的O2，一部分
供给细胞呼吸利用，一部分释放到外界环境中，单位时间内
CO
2的吸
收量或
O 2的释放量即为净光合速率。
如果题干给出的信息是叶绿体消耗CO2或叶绿体产生O2的量，则该数据代表总光合速率。
整株绿色植物净光合速率为0 时，叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸强度。因为植株还有非绿色部分（如根部细胞等），该
部分只能进行呼吸作用产生二氧化碳，而对于叶肉细胞来说，二氧化碳的吸收量大于释放量。
【典例1】 （2022 春•长安区校级期末）下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是（ ）
A．叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B．夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量
C．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为ATP
D．CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6的分解发生在线粒体中
【分析】1、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）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应
提供的ATP 和[H]的作用下还原生成糖类等有机物
2、细胞呼吸原理具有广泛的应用，如粮食和蔬菜的贮藏：
（1）粮食贮藏的适宜条件是：低温、低氧（CO2浓度较高）和干燥；
（2）水果贮藏的适宜条件是：低温、低氧（CO2浓度较高）和一定湿度。
2
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【解答】解：A、叶绿体中的色素分布在类囊体膜上，A 错误；
B、夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，提高光合作用合成有机物的量，夜晚适当降低温度，减
少细胞呼吸消耗有机物的量，因此可提高作物产量，B 正确；
C、细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP 中活跃的化学能，C 错误；
D、线粒体中缺少分解C6H12O6的酶，C6H12O6分解成丙酮酸的过程发生在细胞质基质中，D 错误。
故选：B。
【点评】本题考查植物光合作用和细胞呼吸的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所
学知识综合分析问题的能力。
【典例2】 （2023•大理市校级开学）如图表示某绿色植物在生长阶段体内物质的转变情况，图中a、b 为
光合作用的原料，①～④表示相关过程，有关说法不正确的是（ ）
A．图中①过程进行的场所是叶绿体基粒囊状结构薄膜
B．光合作用过程中NADPH 来源于①过程中的水在光的作用下的分解，用于③过程C3的还原
C．在有氧呼吸的第一阶段，除了产生了[H]、ATP 外，产物中还有丙酮酸
D．①②④过程中产生ATP 最多的是②过程
【分析】根据题意和图示分析可知：过程①表示水分解成氧气和[H]，是光合作用的光反应阶段；过程
②表示氧气与[H]结合生成水和ATP，是有氧呼吸的第三阶段；过程③表示二氧化碳在[H]和ATP 的作
用下合成葡萄糖，是光合作用的暗反应阶段；过程④表示葡萄糖分解成二氧化碳，生成[H]和ATP，是
有氧呼吸的第一、二阶段。
【解答】解：A、根据题干，分析图示可知，①过程是发生在叶绿体基粒的类囊体膜上的水光解过程，
A 正确；
B、光合作用产生[H]是NADPH，来自于光反应①过程中水的光解，用于暗反应③过程中C3的还原，
B 正确；
C、④过程是细胞呼吸的第一阶段，产物有[H]、ATP 和丙酮酸，C 正确；
D、②、④过程属于呼吸作用，①过程属于光合作用，产生ATP 的量不能直接比较，D 错误。
故选：D。
【点评】本题结合图解，考查细胞呼吸和光合作用，要求考生识记细胞呼吸和光合作用的具体过程、场
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所、条件及产物等基础知识，能正确分析题图，再结合所学的知识准确答题。
【典例3】 （2022 秋•宝安区期末）夏季晴朗的白天，某些植物10 时左右光合作用强度达到峰值，但在中
午12 时左右光合作用强度相对减弱，被称为“光合午休”现象。关于该现象中的变化，错误的是（ ）
A．叶片蒸腾作用过强，失水过多使气孔部分关闭，这是植物的一种自我保护
B．光合酶活性降低，但光合作用固定的CO2量仍大于呼吸作用释放的CO2量
C．叶绿体内膜上的部分光合色素会被强光破坏，吸收和传递光能的效率降低
D．该过程中光反应产物会有所积累，进而导致叶片转化光能的能力有所下降
【分析】在电子显微镜下观察，可以看到叶绿体的外表有双层膜，内部有许多基粒，基粒与基粒之间充
满了基质，每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四
种色素，就分布在类囊体的薄膜上。
【解答】解：A、夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，减少水分的散失，这是植物的
一种自我保护，A 正确；
B、夏季中午气温过高导致光合酶活性降低，呼吸酶也会受影响，光合作用强度减弱，但此时光合作用
强度仍然大于呼吸作用强度，即光合作用固定的CO2量仍大于呼吸作用释放的CO2量，B 正确；
C、光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，并不存在于叶绿体内膜上，C 错误；
D、夏季中午12 点叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，
导致光反应产物有所积累，进而导致叶片转化光能的能力有所下降，D 正确。
故选：C。
【点评】本题结合具体情境考查光合作用的相关知识，要求考生明确光合作用和呼吸作用的关系，理解
影响光合速率的环境因素，要准确分析题干信息和选项内容，运用所学知识进行分析判断。
【变式1】（2022 秋•道里区校级月考）如图表示细胞中某些结构及其生理功能，以下叙述错误的是
（ ）
A．光合速率小于呼吸速率时，乙产生的CO2一部分会释放到细胞外
B．甲、乙中都会生成还原性物质，但是还原的对象不同
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C．甲和乙中都含有将腺苷二磷酸转变成腺苷三磷酸的酶
D．甲产物O2中O 全部来自H2O，乙产物CO2中O 全部来自H2O
【分析】分析题干和题图可知，该题是对线粒体和叶绿体的结构和功能考查，图中甲细胞器是叶绿体，
乙细胞器是线粒体。
【解答】解：A、光合速率小于呼吸速率时，叶肉细胞会有二氧化碳的净释放，线粒体产生的CO2会释
放到细胞外，A 正确；
B、甲、乙中含有不相同成分的[H]，还原的对象不同，甲中还原的是C3，乙中还原的是O2，B 正确；
C、线粒体和叶绿体都能合成ATP，因此都存在将ADP 转变成ATP 的酶，C 正确；
D、光合作用释放的氧气中的O 全部来自于水的光解，线粒体产生的二氧化碳是丙酮酸和水反应产生的，
丙酮酸是葡萄糖酵解的产物，因此线粒体中的二氧化碳中的O 来自葡萄糖和水，D 错误。
故选：D。
【点评】本题考查线粒体和叶绿体的结构和功能、光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化和能量变化的
理解，把握知识点间的内在联系是解题的关键。
【变式2】（多选）（2021•山东）关于细胞中的H2O 和O2，下列说法正确的是（ ）
A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O 产生
B．有氧呼吸第二阶段一定消耗H2O
C．植物细胞产生的O2只能来自光合作用
D．光合作用产生的O2中的氧元素只能来自于H2O
【分析】1、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。
2、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）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP 和
[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【解答】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CO2和[H]，所以一定消耗H2O，B 正确；
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O2，因此植物细胞产生的O2
不一定只来自光合作用，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O2中的氧元素只能来自于H2O，D 正确。
故选：ABD。
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【点评】本题主要考查有氧呼吸和光合作用的相关知识，要求考生识记有氧呼吸和光合作用的过程，理
解产生水和消耗水的过程，再结合所学知识判断各选项。
考法2 光合作用影响因素综合分析
1. 自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化
O~b 段
夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内的有机物总量减少。
a 点
凌晨，温度降低，呼吸酶活性降低，使细胞呼吸减弱，释放的CO2减少。
b 点
开始光合作用
b~f 段
光合作用与细胞呼吸同时进行
bc 和ef 段
清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度＜呼吸作用强度；植物体内有机物的总量减少，环境中
CO2量增加，O2量减少
c 点和e 点
光合作用强度＝呼吸作用强度，CO2的吸收与释放达到动态平衡；植物体内有机物总量不
变，环境中CO2量不变，O2量不变。
其中c 点开始积累有机物，e 点有机物积累量达到最大。
c~e 段
光合作用强度＞呼吸作用强度；植物体内有机物总量增加，环境中CO2量减少，O2量增多
d 点
中午气温过高，为减少蒸腾作用的水分散失，叶片表皮气孔部分关闭，CO2吸收量减少，光
合作用强度下降。此现象被称为“光合午休”。
当植物的光合作用强度=呼吸作用强度时，叶肉细胞的光合作用强度＞呼吸作用强度。原因是植物只有含叶绿体的细胞进行
光合作用，而整个植物的所有活细胞都要进行呼吸作用，所以只有叶肉细胞的光合作用强度＞呼吸作用强度时，才可能使植
物的光合作用强度=呼吸作用强度。
经过一昼夜植物生长与否的判断——面积法（S1-（S2+S3））
当S1-（S2+S3）＞0 时，说明一昼夜内有有机物积累，植物生长；
当S1-（S2+S3）=0 时，说明一昼夜内有机物既不积累，也不消耗，植物不生长；
当S1-（S2+S3）＜0 时，说明一昼夜内有机物不积累，被消耗，植物不生长。
2. 密闭容器内一昼夜CO2浓度与时间的关系曲线
AB 段
无光照，植物只进行细胞呼吸
BC 段
温度降低，细胞呼吸减弱
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CD 段
微弱光照，开始光合作用，但光合作用强度＜呼吸作用强度
D 点
光合作用强度=呼吸作用强度
DH 段
光合作用强度＞呼吸作用强度
H 点
光合作用强度=呼吸作用强度
HI 段
光照减弱，光合作用强度＜呼吸作用强度，甚至光合作用完全停止
FG 段
“光合午休”现象
经过一昼夜植物生长与否的判断——端点比较法（A 点与I 点的大小）
当I 点＜A 点时，说明一昼夜内密闭容器中CO2减少，即光合作用强度＞呼吸作用强度，有有机物积累，植物生长；
当I 点=A 点时，说明一昼夜内密闭容器中CO2不变，即光合作用强度=呼吸作用强度，有机物既不积累，也不消耗，植
物不生长；
当I 点＞A 点时，说明一昼夜内密闭容器中CO2增多，即光合作用强度＜呼吸作用强度，有机物不积累，被消耗，植物
不生长。
密闭容器内一昼夜O2相对含量与时间的关系曲线
3. 光合速率与植物生长
（1）当净光合速率＞0 时，植物因积累有机物而生长
（2）当净光合速率=0 时，植物因无有机物积累而不能生长
（3）当净光合速率＜0 时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡
（4）白天12 消失光照，晚上12 小时黑暗，若植物正常生长，必须满足净光合速率＞呼吸速率。
【典例1】
（2021 秋•通海县校级期末）晴朗的夏季，将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，
假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。用CO2浓度测定仪测得了该玻璃罩内CO2浓度的变化情
况，绘制成如图所示的曲线，据图判断下列有关说法错误的是（ ）
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A．h 点CO2浓度最低，说明此时植物积累有机物最多
B．bc 段较ab 段CO2浓度增加减慢，是因为低温使植物细胞呼吸减弱
C．fg 段CO2浓度下降不明显，是因为中午温度过高使酶活性降低
D．从0 时开始计算，经过24 小时，植物体内的有机物量有所增加
【分析】影响罩内的二氧化碳的浓度的因素有光合作用强度和呼吸作用强度，而罩内二氧化碳浓度取决
于二者的相对大小。图中a 点时只进行呼吸作用，d 点是光合作用的光补偿点，此时光合作用和呼吸作
用速率相等；ad 段，植物的呼吸作用大于光合作用；h 点呼吸作用等于光合作用，h 点以后呼吸作用大
于光合作用。
【解答】解：A、h 点CO2浓度最低，说明此时玻璃罩内CO2被吸收得最多，所以植物积累有机物最多，
A 正确；
B、bc 段较ab 段浓度增加减慢，是因为凌晨低温使植物呼吸作用减弱，CO2释放量减少，B 正确；
C、fg 段原因是中午光照强，气温高，导致蒸腾作用强，水分散失多，气孔关闭，CO2吸收减少，光合
速率降低，C 错误；
D、由于i 点的CO2浓度低于a 点，所以从0 时开始计算，经过24 小时，植物体内的有机物量有所增加，
D 正确。
故选：C。
【点评】本题结合曲线图考查光合作用的有关知识，要求学生充分理解光合作用过程以及其中的物质、
能量变化，明确其影响因素及影响原理，在准确分析题干信息的基础上运用所学知识和方法进行分析判
断。
【典例2】
（2023•平罗县校级二模）科研人员将生长状况相似的三株天竺葵分别置于透明的密闭气室中，探
究不同光照强度对植物光合作用强度的影响，其他条件相同且适宜，定时测定气室中二氧化碳浓度，实验
结果如图。回答下列问题：
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（1）A 组天竺葵叶肉细胞内产生ATP 的场所是
。
（2）B 组天竺葵叶肉细胞的光合速率
（填“大于”、“小于”或“等于”）它的呼吸速率，
判断依据是
。
（3）在0～x1时间范围内，C 组天竺葵植株的平均净光合速率是
ppm/s（用二氧化碳浓
度变化表示）。
（4）在实验过程中发现，随着时间的推移，C 组密闭气室中二氧化碳浓度不会一直下降为零，请分析
原因：
。
【分析】分析题图：图示探究不同光照强度对密闭气室中天竺葵光合作用强度的影响，自变量为光照强
度，因变量为CO2浓度。
【解答】解：（1）分析题图可知，A 组在黑暗条件下测定，黑暗条件下天竺葵只进行呼吸作用，其叶
肉细胞内能产生ATP 的场所是细胞质基质（有氧呼吸第一阶段）和线粒体（有氧呼吸二、三阶段）。
（2）据图可知，B 组天竺葵的密闭气室内CO2浓度没有发生改变，说明该条件下植株的呼吸作用强度
与光合作用强度相同，但由于植株体内部分细胞只能进行呼吸作用，因此，B 组天竺葵叶肉细胞的光合
速率大于叶肉细胞的呼吸速率。
（3）C 组玻璃容器内CO2浓度显著下降，说明天竺葵光合速率大于呼吸速率，在0～x1时间范围内，在
0 时C 组CO2浓度为y2，x1时C 组CO2浓度为y1，故C 组净光合作用强度为
ppm/s。
（4）C 组密闭气室中CO2浓度不断下降，说明天竺葵光合速率大于呼吸速率，随着CO2浓度降低，光
合速率减小，当光合速率等于呼吸速率时，密闭气室中CO2浓度不变，因此在实验过程中C 组密闭气室
中二氧化碳浓度不会一直下降为零。
故答案为：
（1）细胞质基质和线粒体
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（2）大于 B 组密闭气室中CO2浓度不变，表明整个天竺葵植株的光合速率与呼吸速率相等，植株
中部分细胞只能进行呼吸作用，因此叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率
（3）
（4）C 组天竺葵光合速率大于呼吸速率，会不断消耗密闭气室中CO2，随着CO2浓度降低，光合速率
减小，当光合速率等于呼吸速率时，密闭气室中CO2浓度不变
【点评】本题考查光合作用与呼吸作用的相关知识，意在考查学生的识记能力和判断能力，运用所学知
识综合分析问题的能力是解答本题的关键。
【变式1】（2022 秋•岳阳期末）如图为某植物CO2消耗速率和CO2吸收速率随时间的变化曲线，下列说法
正确的是（ ）
A．该植物在7：00，能产生ATP 的细胞结构只有线粒体和细胞质基质
B．在18：00 时，该植物有机物的积累量达到最大
C．18：00 时该植物停止光合作用
D．曲线b 在10：00～12：00 之间下降的主要原因是光反应减弱
【分析】净光合作用速率＝总光合作用速率﹣呼吸作用速率。影响光合作用的主要外界因素是光照强度、
温度、CO2浓度、矿质元素、水等。
【解答】解：A、该植物在7：00，CO2消耗速率大于0，能进行光合作用和呼吸作用，能产生ATP 的
细胞结构有叶绿体、线粒体和细胞质基质，A 错误；
B、如图，CO2的吸收速率表示净光合作用，7：00 到18：00，净光合速率大于0，积累有机物，18：00
到第二天7：00，净光合速率小于0，消耗有机物，在18：00 时，该植物有机物的积累量达到最大，B
正确；
C、18：00 时CO2消耗速率大于0，该植物能进行光合作用，C 错误；
D、据图，a 曲线表示总光合速率，曲线b 在10：00～12：00 之间下降的主要原因是呼吸作用速率增大，
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导致净光合作用速率降低，D 错误。
故选：B。
【点评】本题主要考查的是影响植物光合作用的因素的相关知识，意在考查学生对基础知识的理解掌握，
难度适中。
【变式2】（2021•海南）植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂
常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。
（1）植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，目的是
。
除通气外，还需更换营养液，其主要原因是
。
（2）植物工厂选用红蓝光组合LED 灯培植生菜，选用红蓝光的依据是
。生菜成熟叶片在不同光照强度下
光合速率的变化曲线如图1，培植区的光照强度应设置在
点所对应的光照强度；为提高生菜产量，
可在培植区适当提高CO2浓度，该条件下B 点的移动方向是
。
（3）将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，
结果如图2，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度
；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24h
后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量
。
【分析】影响光合作用的主要因素有：光照强度、二氧化碳浓度、温度等；第（2）题图表示光照强度
对光合速率的影响，第（3）题图表示温度对光合速率和呼吸速率的影响。
【解答】解：（1）营养液中的生菜长期在液体的环境中，根得不到充足的氧，影响呼吸作用，从而影
响生长，培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是促进生菜根部细胞呼吸；营养液中的无机盐在
培植生菜的过程中会被大量吸收，因此更换营养液的主要原因是为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜
的正常生长。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED 灯培植生菜可以提高植物的光合作用，
从而提高生菜的产量；B 点为光饱和点对应的最大光合速率，因此培植区的光照强度应设置在B 点所对
应的光照强度，根据题干“为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度”可知：该条件下光合速率
增大，则B 点向右上方移动。
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（3）根据曲线可知：在此曲线中光合速率的最适温度为T5，而在该实验温度范围内呼吸速率的最适温
度还未出现，所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低，若将培植区的温度从T5调至T6，导致光
合速率减小而呼吸速率增大，生菜植物的有机物积累量将减少。
故答案为：
（1）促进生菜根部细胞呼吸 为生菜提供大量的无机盐，以保证生菜的正常生长
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，选用红蓝光可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量 B
右上方
（3）低 减少
【点评】本题结合曲线图，主要考查光照强度与温度对光合速率的影响，注意认真分析题图，弄清影响
呼吸作用与光合作用的因素是解题关键。
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