专题三 细胞呼吸与光合作用 高考热点专题一 光合作用与细胞呼吸的章分析
考情分析 光合作用与细胞呼吸是细胞代谢的核心知识，学考、选考都把两者结合起来考查，一般以坐标曲线图、表格和光合作用流程图为载体，选择题与非选择题均有较大几率出现。主要考查角度有以下几点：
(1)表观光合速率及其影响因素，如2015年浙江10月选考，26T等。
(2)光强度对光合速率的影响，如2015年浙江10月选考，30T；2017年浙江4月选考，30T等。
(3)光合作用与细胞呼吸的过程，如2015年浙江10月选考，30T；2016年浙江4月选考，17T等。
(4)光反应和碳反应的过程，如2016年浙江4月选考，30T。
(5)叶绿体色素的种类及提取与分离，2016年浙江4月选考，30T；2017年浙江4月选考，30T等。
1．表观(净)光合速率和真正光合速率的判定方法
(1)若为坐标曲线形式，当光强度为0时，CO2吸收值为0，则该曲线表示总(真正)光合速率，若CO2吸收值为负值，则该曲线表示净光合速率。
(2)若所给数值为有光条件下绿色植物O2释放量或CO2吸收量的测定值，则为净光合速率。
(3)有机物积累量为净光合速率，制造量为总(真正)光合速率。
2．光合作用与细胞呼吸“关键点”移动的判断技巧
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向：一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的最低CO2浓度(或光强度)，位于横轴上。
(1)呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
(2)呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移。
(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动。
3．解读密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线
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解读 (1)夏季的一天中CO2吸收量和释放量变化曲线分析(如图1所示)
①a点：凌晨3～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
②b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
③bc段：光合速率小于呼吸速率。
④c点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率。
⑤ce段：光合速率大于呼吸速率。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率。
⑧ef段：光合速率小于呼吸速率。
⑨fg段：太阳落山，停止光合作用，只进行呼吸作用。
(2)有关一天中有机物的情况的曲线分析(如图2所示)
①积累有机物的时间段：ce段。
②制造有机物的时间段：bf段。
③消耗有机物的时间段：Og段。
④一天中有机物积累最多的时间点：e点。
⑤一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。
(3)在相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线分析(如图3所示)
①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加。
②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
④CO2含量最高点为c点对应时刻，CO2含量最低点为e点对应时刻。
(4)在相对密闭的环境中，一昼夜O2含量的变化曲线分析(如图4所示)
①如果N点低于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少。
②如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加。
③如果N点等于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变。
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④O2含量最高点为e点对应时刻，O2含量最低点为c点对应时刻。
4．测定光合速率与呼吸速率的三种方法
(1)利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率
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CO2；在测净光合速率时，NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
②测定原理
a．甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
b．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表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
c．真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
③测定方法
a．将植物(甲装置)置于黑暗条件中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
b．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。
c．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。
(2)“半叶法”测定光合速率
例如：某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，如图所示。“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。若M＝MB－MA，则M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量。
(3)利用“黑白瓶”法测定光合速率
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将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
题型一 光合作用与细胞呼吸的过程判断
1．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提供的
B．乙中的ATP用于固定二氧化碳和还原三碳酸分子
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、人的红细胞吸收葡萄糖、兴奋传导等
答案 C
解析 从图中发生的变化可判断，甲是光反应，乙是碳反应，丙是需氧呼吸，丁是ATP的水解。需氧呼吸产生的ATP不能用于光合作用的碳反应，A项错误；光反应过程中产生的ATP用于三碳酸分子的还原，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；红细胞吸收葡萄糖的方式是易化扩散，易化扩散需要载体蛋白但不消耗ATP，D项错误。
2．如图为植物的某个叶肉细胞中两种膜结构及其上发生的生化反应模式图，下列有关叙述正确的是( )
A．图1、2中的两种生物膜依次存在于线粒体和叶绿体中
B．图1中的NADPH来自水，图2中的NADH来自丙酮酸
C．两种生物膜除产生上述物质外，还均可产生ATP
D．影响图1、2中两种膜上生化反应的主要外界因素分别是温度和光照
答案 C
解析 图1膜上的反应是H2O―→NADPH＋O2，可以推断图1是叶绿体类囊体膜，图2膜上的反应是NADH＋O2―→H2O，可以推断图2是线粒体内膜，A错误；图1叶绿体膜上的NADPH来自水，图2为线粒体内膜，其中的NADH最终来自葡萄糖和H2O，B错误；叶绿体光反应阶段，水光解产生ATP，呼吸作用水的生成阶段释放大量能量，一部分储存在ATP中，C
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正确；影响光合作用的外界因素主要是光照，影响呼吸作用的外界因素主要是温度，D错误。
题型二 光合作用与细胞呼吸影响因素的分析
3．蚕豆叶片表面的气孔由一对保卫细胞围绕而成。如图所示为一天中蚕豆完整叶片的气孔孔径的变化以及保卫细胞中钾离子含量和蔗糖浓度的变化情况。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．蚕豆叶片不能主动调节气孔孔径的大小
B．一天中各时段调节气孔开闭的主要物质不同
C．一天中引起气孔开闭的外界环境因素是CO2浓度
D．叶片缺水可能引起保卫细胞对钾离子的主动吸收
答案 B
解析 蚕豆叶片能根据植物代谢情况，通过改变保卫细胞代谢速率，使其细胞浓度变化，进而主动调节气孔孔径大小，A错误；由曲线可知，在8：00～11：00气孔孔径增大主要与钾离子含量有关，在17：00～21：00主要与蔗糖含量有关，B正确；一天中引起气孔开闭的外界环境因素主要是温度，C错误；叶片缺水时，一般是钾离子外流，保卫细胞渗透压下降，保卫细胞失水，导致气孔关闭，D错误。
4．选取长势相同的若干同种植株随机均分为甲、乙、丙三组进行实验，甲、乙两组培养在CO2浓度为0.05%的环境中，丙组培养在CO2浓度为0.01%的环境中，其他条件适宜。在一个无云的晴天，甲、丙两组遮光，乙组不遮光，测定得到的三组植株净光合速率的日变化曲线如图所示。请据图回答：
(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示__________________组植株净光合速率的日变化。
(2)一天内，Ⅱ曲线所示植株体内有机物总量在_______________________________
点对应时刻最少，原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在h点对应时刻，Ⅰ、Ⅱ曲线产生氧气量较多的是____________组植株，原因是
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________________________________________________________________________。
(4)Ⅰ曲线在f～g段逐渐下降的原因是_______________________________________
____________________，此时细胞叶绿体内NADPH的含量__________(填“增多”“减少”或“不变”)，C3的含量______________(填“增多”“减少”或“不变”)。
(5)在a～b段，Ⅱ曲线所示植物进行光合作用的主要限制因素是________________________。此时若提高环境中CO2浓度，则光合速率将________________________________。
(6)Ⅲ曲线d点后趋于稳定，原因是____________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)乙、甲、丙 (2)c 此刻净光合速率相对值为零，还没有进行有机物的积累 (3)乙 乙组植株由于叶温较高，呼吸速率大于甲组植株 (4)光照过强，气孔关闭，CO2供应不足 增多 减少 (5)光强度 基本不变(6)光照达到饱和，CO2浓度较低，限制光合速率的提高
解析 (1)甲、乙、丙三组的外部条件分别是：遮光、CO2浓度为0.05%，正常光照、CO2浓度为0.05%，遮光、CO2浓度为0.01%，因此可以判断Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示乙、甲、丙组植株净光合速率的日变化。(2)一天内，Ⅱ曲线所示植株在c点对应时刻净光合速率相对值为0，还没有进行有机物的积累，所以体内有机物总量最少。(3)在h点对应时刻，Ⅰ、Ⅱ曲线产生氧气量较多的是乙组植物，原因是乙组植物所处环境是正常光照，而甲组植物所处环境是遮光环境，故乙组植株由于叶温较高，呼吸速率大于甲组植株。(4)Ⅰ曲线在f～g段逐渐下降的原因是光照过强，气孔关闭，CO2供应不足，限制了光合作用的碳反应。此时细胞叶绿体内，CO2固定速率减弱，C3还原仍在继续，因此C3的含量会减少；由于C3的含量减少，对NADPH的消耗速率下降，而NADPH还在继续形成，故NADPH的含量会增多。(5)a～b段对应的时间为凌晨，光照较弱，因此在a～b段，Ⅱ曲线所示植物进行光合作用的主要限制因素是光强度。此时若提高环境中CO2浓度，则光合速率基本不变。(6)丙组植株(遮光、CO2浓度为0.01%)与甲组植株(遮光、CO2浓度为0.05%)相比，丙组植株所处外界环境中的CO2浓度较低，因此较早达到光饱和，此时限制光合速率的主要外界因素是CO2浓度。
题型三 探究环境因素对光合作用的影响
5．下图表示研究NaHCO3溶液浓度影响光合速率的实验，下列说法错误的是( )
A．将整个装置放在光下，毛细管内的红色液滴会向左移动
B
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．将整个装置置于暗室，一段时间后检查红色液滴是否移动，可以证明光是光合作用的必要条件
C．当NaHCO3溶液浓度不变时，在B内加入少量蛔虫，对红色液滴移动不产生明显影响
D．为使对照更具说服力，应将伊乐藻置于蒸馏水中(不含NaHCO3) 的烧杯中
答案 B
解析 将装置放在光下烧杯B中产生氧气，使气压升高，液滴向左移动，A正确；将整个装置置于暗室，没有以光为变量的对照实验，无法证明光是光合作用的必要条件，B错误；蛔虫是厌氧生物，厌氧呼吸的产物是乳酸，不消耗氧气，故气压不变，对红色液滴移动不产生明显影响，C正确；对照实验，因遵循单一变量原则，控制只有NaHCO3溶液浓度作为唯一变量，烧杯A中也应放置等量相同的伊乐藻，D正确。
6．如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化，下列有关叙述错误的是( )
A．该实验的目的是探究不同光强度对光合作用强度的影响
B．加入NaHCO3溶液的主要目的是为光合作用提供CO2
C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的呼吸作用强度
答案 A
解析 该实验的自变量是不同单色光，因变量是释放的O2浓度(代表光合作用强度)，故实验目的是探究不同单色光对光合作用强度的影响，A错误；加入NaHCO3溶液是为光合作用提供CO2，B正确；相同条件下，白光下比单色光下的光合作用要强，因此拆去滤光片，单位时间内，氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下的O2浓度，C正确；若将此装置放在黑暗处，则金鱼藻只能进行呼吸作用不能进行光合作用，所以可测定金鱼藻的呼吸作用强度，D正确。
题型四 密闭容器和自然环境中光合作用曲线分析
7．某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验，连续48小时测定温室内CO2浓度及植物CO2吸收速率，得到如图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定)，据图分析正确的是( )
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A．图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个
B．绿色植物吸收CO2速率达到最大的时刻是第45小时
C．实验开始的前24小时比后24小时的平均光强度弱
D．实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所是线粒体和叶绿体
答案 C
解析 图中细线是在恒温密闭环境中测得的CO2吸收速率，当吸收速率为零时，表示植物不从外界吸收CO2，此时光合作用所需的所有CO2全由呼吸作用提供，即此时呼吸速率与光合速率相等。根据图解可知，呼吸速率与光合速率相等的点有4个，分别在第6、18、30、42小时，A项错误；据曲线分析，CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时，B项错误；由曲线图看出，前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低，因此，前24小时比后24小时的平均光强度弱，C项正确；实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所包括细胞溶胶、线粒体和叶绿体，D项错误。
8．(2016·温州检测)图甲是黑藻光合作用的示意图，其中①②表示结构，③④⑤⑥表示物质；图乙是在适宜的温度条件下，研究光强度对光合速率影响的结果示意图，请据图回答：
(1)图甲中能发生光反应的结构是________，光反应能为碳反应提供__________________。
(2)碳反应过程中每3个CO2分子进入____________循环，将有1个[⑥]________________分子离开循环，生成的⑥物质大部分转变为蔗糖的场所是在细胞________(填“内”或“外”)。
(3)图乙中的A点表示________；已知大气中的CO2浓度约为0.035%，当将其浓度提高到0.8%，且其他条件保持不变且适宜，此时乙图中的B点将会向________移动。
答案 (1)①类囊体膜 NADPH、ATP (2)卡尔文 三碳糖(三碳糖磷酸) 内 (3)
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光饱和点 右上方
解析 (1)图甲表示叶绿体进行光合作用过程，其中能够进行光反应的场所是叶绿体的类囊体膜①，光反应能够为碳反应提供NADPH和ATP。(2)每3个CO2分子进入卡尔文循环，将有1个⑥三碳糖分子离开循环，碳反应生成的三碳糖大部分运至叶绿体外，转变为蔗糖，供植物体所有细胞利用。(3)图乙中的A点表示光饱和点；已知大气中的CO2浓度约为0.035%，当将其浓度提高到0.8%，且其他条件保持不变且适宜，由于CO2浓度增加，光合速率加快，此时乙图中的B点将会向右上方移动。
题型五 光合速率与呼吸速率的测定
9．某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题：
(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中都放入________________，装置乙作为对照。
②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中放入______________________________________________。
②把甲、乙装置放在__________________________________________________。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(3)实验进行30分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：
实验30分钟后红墨水滴移动情况
测定植物呼吸作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移1.5 cm
乙装置
右移0.5 cm
测定植物净光合作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移4.5 cm
乙装置
右移0.5 cm
(4)假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1 g，那么该植物的呼吸速率是________ g/h；白天光照15 h，一昼夜葡萄糖的积累量是________ g(
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不考虑昼夜温差的影响)。
答案 (1)①NaOH溶液 ②遮光 (2)①NaHCO3溶液，装置乙作为对照 ②光照充足、温度等相同且适宜的环境中 (3)左 右 (4)4 84
解析 要测定光合作用强度必须先测定呼吸作用强度，在测定呼吸作用强度时一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。用NaOH溶液除去玻璃钟罩内的CO2，植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：充足的光照、一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果。实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为1.5＋0.5＝2(g/半小时)；净光合速率为4.5－0.5＝4(g/半小时)，白天光照15 h的净光合作用量是(4÷0.5)×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量是15 h的光合作用实际生产量减去24 h的呼吸作用消耗量，等同于15 h的净光合作用量减去9 h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。
10．取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器将叶片打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组。甲组立即烘干处理并测得圆片干重为A，乙组保持湿润且置于一个黑暗密闭装置内，丙组保持湿润且置于一个密闭装置内并给予适宜强度的光照。乙组和丙组其他条件一致，一小时后，测得乙装置内圆片干重为B，丙装置内圆片干重为C。下列叙述正确的是( )
A．C－A为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率
B．C－B为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率
C．A－B为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率
D．实验过程中，乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定
答案 C
解析 C－A为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率，A项错误；C－B为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率，B项错误；A－B为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率，C项正确；乙装置随着O2浓度下降，叶肉细胞呼吸速率也下降，D项错误。
11．用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙，同时从某池塘水深0.5 m处的同一位置取满水样，立即测定甲瓶中的氧气含量，并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶，分别测定两瓶中的氧气含量，结果如下(不考虑化能合成作用)。有关分析合理的是( )
透光玻璃瓶甲
透光玻璃瓶乙
不透光玻璃瓶丙
4.9 mg
5.6 mg
3.8 mg
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A.丙瓶中浮游植物的细胞产生NADH的场所是线粒体内膜
B．在一昼夜内，丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1 mg
C．在一昼夜后，乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D．在一昼夜内，乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1 mg
答案 B
解析 本实验中氧气含量甲瓶－丙瓶＝1.1 mg，可表示一昼夜丙瓶中生物细胞呼吸量，乙瓶－甲瓶＝0.7 mg，可表示一昼夜乙瓶中生物净产生的氧气量，因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量＝1.1 mg＋0.7 mg＝1.8 mg，B正确、D错误；不透光玻璃瓶内浮游植物只进行需氧呼吸，丙瓶中浮游植物的细胞产生NADH的场所有细胞溶胶、线粒体基质，A错误；一昼夜后，乙瓶水样中的CO2含量下降，因此其pH上升，而丙瓶中只进行细胞呼吸，CO2含量上升，pH下降，乙瓶水样的pH比丙瓶的高，C错误。
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