【生物】2021届一轮复习人教版光合作用与呼吸作用的综合分析教案（湖北专用） 14页

重点题型 1　光合作用和细胞呼吸的关系 1.图解法理解光合作用与细胞呼吸的联系 2.流程法理清两个联系 (1)物质联系 ①C 元素：CO2 ― ― →暗反应 (CH2O) ― ― →有氧呼吸 C3H4O3 ― ― →有氧呼吸Ⅱ CO2 ②O 元素：H2O ― ― →光反应 O2 ― ― →有氧呼吸Ⅲ H2O ③H 元 素 ： H2O ― ― →光反应 [H] ― ― →暗反应 (CH2O) ― ― ― ― ― ― ― ― →有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ [H] ― ― ― ― ―→有氧呼吸Ⅲ H2O (2)能量联系 【例证】 (2017·全国卷Ⅱ，29)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的 示意图。 据图回答下列问题： (1)图中①②③④代表的物质依次是　　　　、　　　　、　　　　、　　　　， [H]代表的物质主要是__________________________________________________。 (2)B 代表一种反应过程，C 代表细胞质基质，D 代表线粒体，则 ATP 合成发生在 A 过程，还发生在　　　　(填“B 和 C”“C 和 D”或“B 和 D”)。 (3)C 中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是　　　　。 解析　(1)光合作用光反应阶段，水光解形成 NADPH 和氧气，因此图中①是 O2； ②可形成 NADPH，应为 NADP＋；③可形成 ATP，应为 ADP＋Pi；三碳化合物 还原可形成有机物和五碳化合物，因此④表示 C5。细胞呼吸过程中产生的[H]代 表的物质主要是 NADH。 (2)图中 A 表示光反应阶段，B 表示暗反应阶段，C 代表细胞质基质(可发生细胞 呼吸的第一阶段)，D 代表线粒体(可发生有氧呼吸的第二阶段和第三阶段)，其中 光反应阶段、有氧呼吸的三个阶段都能合成 ATP，而暗反应阶段不但不能合成 ATP 还会消耗 ATP。因此，ATP 合成发生在 A 过程，还发生在 C 和 D。 (3)植物叶肉细胞中，有氧条件下，丙酮酸进入线粒体最终分解形成二氧化碳和水； 在缺氧条件下，转化成酒精和二氧化碳。 答案　(1)O2　NADP＋　ADP 和 Pi　C5　NADH (2)C 和 D　(3)缺氧 理清光合作用与有氧呼吸中[H]、ATP 来源与去路是正确解答该题的关键 　　　 1.(2019·山师附中模拟)下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中 CO2 和 [H]的变化，相关叙述正确的是(　　) A.过程①发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上 B.过程⑦发生在线粒体中 C.过程⑤⑥均需要[H]和 ATP 的参与 D.过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行 解析　过程①表示光合作用的光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④表示 有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体的内膜上；过程⑦表示细胞呼吸的第一阶段， 发生在细胞质基质中；过程⑤是 CO2 的固定，不需要[H]和 ATP 的参与；过程①③ 产生的[H]是不同的物质，过程⑧是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体中。 答案　A 2.(2019·山东名校联盟)下列物质转化过程在绿色植物不同活细胞中都会发生的是 (　　) A.O2 中的 O 转移到 H2O 中 B.CO2 中 C 转移到 C6H12O6 中 C.H2O 中的 O 转移到 O2 D.C6H12O6 中的 H 转移到 C3H6O3(乳酸)中 解析　O2 中的 O 转移到 H2O 中，表示有氧呼吸第三阶段，绿色植物不同活细胞 都可以进行有氧呼吸，A 正确；CO2 中 C 转移到 C6H12O6 中，表示光合作用暗反 应，只有叶肉细胞等可以进行，B 错误；H2O 中的 O 转移到 O2，表示光合作用光 反应，只有叶肉细胞等可以进行，C 错误；C6H12O6 中的 H 转移到 C3H6O3(乳酸) 中，表示产生乳酸的无氧呼吸，而大多数绿色植物无氧呼吸产生的是酒精和二氧 化碳，D 错误。 答案　A 3.下图为绿色植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸的部分过程，据图回答问题。 (1)光合色素吸收的光能用于水的分解和在酶的作用下合成 ATP，该过程是光合作 用的　　　　阶段，其在叶绿体的　　　　　　　　上进行的。 (2)在有氧呼吸过程中，O2 参与有氧呼吸的第　　　　阶段反应。有氧呼吸过程中 ADP 转换成 ATP 所需能量来源于________________________________________。 (3)温度主要是通过影响　　　　，进而影响光合作用与呼吸作用的速率。 (4)植物一天中有机物的积累量，是由光合作用的有机物生产量和呼吸作用的有机 物消耗量决定的。从减少有机物消耗量的角度分析，提高蔬菜大棚的生产量，可 采用的方法是_________________________________________________________。 解析　(1)光合色素吸收的光能用于水的分解和在酶的作用下合成 ATP 发生在光 合作用的光反应中，是在叶绿体的类囊体薄膜上进行的。 (2)在有氧呼吸过程中，O2 参与有氧呼吸的第三阶段，和[H]生成水和大量的 ATP。 有氧呼吸过程中形成 ATP 的能量来源于有机物中的化学能。 (3)在光合作用和呼吸作用过程中需要一系列的酶进行催化，所以温度主要是通过 影响酶的活性而影响光合作用与呼吸作用速率的。 (4)呼吸作用是消耗有机物的，所以从减少有机物消耗量的角度来提高蔬菜大棚的 生产量，可采用的方法是在夜晚适当降低温度，即降低细胞呼吸作用强度。 答案　(1)光反应　类囊体薄膜(或类囊体)　(2)三(Ⅲ)　有机物中的化学能(或有机 物分解释放的能量或有机物的氧化分解)　(3)酶的活性　(4)夜晚适当降低温度 重点题型 2　开放和密闭环境中 CO2、O2 含量昼夜变化分析 1.绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“消耗”与“积累” 2.相对密闭的环境中，一昼夜 CO2 含量的变化曲线图和 O2 含量的变化曲线 巧据小室内 CO2(或 O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长 植株≠叶肉细胞： 密闭小室中气体变化是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合与呼吸作用综合影响的 结果 当密闭小室中 CO2(或 O2)初测值与末测值相等时： 　　　 【例证】 (2015·安徽卷，29Ⅰ)科研人员探究了不同温度(25 ℃和 0.5 ℃)条件下密 闭容器内蓝莓果实的 CO2 生成速率的变化，结果见图 1 和图 2。 (1)由图可知，与 25 ℃相比，0.5 ℃条件下果实的 CO2 生成速率较低，主要原因是 _____________________________________________________________________； 随着果实储存时间的增加，密闭容器内的　　　　浓度越来越高，抑制了果实的 细胞呼吸。该实验还可以通过检测　　　　浓度的变化来计算呼吸速率。 (2)某同学拟验证上述实验结果，设计如下方案： ①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后 密封。 ②将甲、乙瓶分别置于 25 ℃和 0.5 ℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的 CO2 浓度。 ③记录实验数据并计算 CO2 生成速率。 为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。 a.__________________________________________________________________， b.__________________________________________________________________。 解析　(1)由图可知，与 25 ℃相比，0.5 ℃条件下的 CO2 生成速率较低，主要原因 是温度较低，导致酶的活性较低，呼吸速率较慢，所以其主要原因是：低温降低 了细胞呼吸相关酶活性；随着果实储存时间的增加，密闭容器内的 CO2 浓度越来 越高，抑制了果实的细胞呼吸，该实验还可以通过检测 O2 浓度变化来计算呼吸速 率。 (2)根据单一变量原则，控制唯一变量而排除其他无关变量的干扰从而验证唯一变 量的作用，所以，选取的果实成熟度也应一致；根据可重复性原则，同一处理在 实验中出现的次数称为重复。重复的作用有二：一是降低实验误差，扩大实验的 代表性；二是估计实验误差的大小，判断实验可靠程度，所以，每个温度条件下 至少有 3 个平行重复实验。 答案　(1) 低温降低了细胞呼吸相关酶的活性　CO2　O2 (2) a.选取的果实成熟度应一致　b.每个温度条件下至少有 3 个平行重复实验 解答(1)题的一个关键在于敏锐捕获图 1、图 2 中纵轴“数字”不同。如图 1 为 30～50，而图 2 为 0～5，故单位时间内 CO2 变化量差异明显。 解答(2)题时必须熟练实验评价题的解题策略，常用“五看”法 　　　 1.(2019·山东威海模拟)科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光 合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是(　　) A.光照强度增大是导致 ab 段、lm 段 Pn 增加的主要原因 B.致使 bc 段、mn 段 Pn 下降的原因是气孔关闭 C.致使 ef 段、op 段 Pn 下降的原因是光照逐渐减弱 D.适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施 解析　早晨日出后光照强度不断增大，使得露地栽培的和大棚栽培的油桃的光合 速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在 bc 段 Pn 下降，主要原因是日出后旺盛 的光合作用消耗大量 CO2，使大棚内密闭环境中 CO2 浓度迅速下降；而露地栽培 的油桃在 mn 段 Pn 下降，是因环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收 CO2。15 时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致。适时 浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥从而增加土壤中 CO2 浓度是提高 大田作物产量的可行性重要措施。 答案　B 2.(原创)如图甲表示某单子叶植物种子萌发成幼苗的过程中总干重和胚乳干重的 变化曲线，图乙表示萌发过程中氧气吸收量和二氧化碳释放量变化曲线。据图分 析，可以得出的结论是(　　) A.种子萌发初期以有氧呼吸为主 B.总干重减少的原因主要是呼吸作用分解有机物 C.A 点时萌发的种子开始进行光合作用 D.胚乳干重减少快是由于胚乳的呼吸速率高于胚 解析　由图乙可知，种子萌发初期以无氧呼吸为主，A 错误；种子的干重是在不 含水的状态下测得的，萌发初期总干重减少的原因主要是呼吸作用消耗有机物，B 正确；A 点时，种子总干重曲线上升，有机物增加，表明萌发的种子已经进行光 合作用且光合作用大于呼吸作用，C 错误；胚乳的干重减少快主要是由于胚乳在 种子萌发过程中为其他胚细胞提供营养物质，D 错误。 答案　B 3.(2019·北京义顺模拟)下图为两种植物单独种植时光合速率的变化曲线。据图回 答下列问题： (1)大豆植株 ab 段与 cd 段光合速率下降的原因是否相同　　　　(填“是”或 “否”)，解释为_______________________________________________________ _____________________________________________________________________。 若玉米和大豆合理间作，则 12 时大豆的光合速率比单独种植时　　　　(填“快” 或“慢”)；两者间作可提高土壤肥力，原因是________________________ _____________________________________________________________________。 (2)若玉米和大豆按不同的年份进行轮作，可以利用它们的根系对于元素吸收的差 异性，防止某些元素吸收过多而不足，导致差异性，直接原因是______________ _____________________________________________________________________。 若土壤中磷元素不足，不仅会影响光合作用相关产物的合成，而且也会影响叶绿 体内核酸和　　　　(填物质名称)的组成。 解析　(1)对于大豆植株而言，ab 段对应白天 10～12 时，此时光照过强引起蒸腾 失水过多，导致气孔关闭，胞间 CO2 浓度降低，暗反应中 C3 合成减少，引起光 合速率下降，所以限制 ab 段光合作用的因素是 CO2 浓度；cd 段对应白天 14～16 时，由于光照强度逐渐减弱，光反应产生的[H]和 ATP 减少，进而引起光合速率 下降，因此限制 cd 段光合作用的因素是光照强度。综上分析，大豆植株 ab 段与 cd 段光合速率下降的原因不相同。与单独种植时相比，玉米和大豆合理间作，由于 玉米植株较大豆高，使得大豆接受的光照减弱，蒸腾失水减少，胞间 CO2 浓度会 有所升高，所以 12 时大豆的光合速率比单独种植时快。两者间作，因根瘤菌与大 豆共生形成的根瘤具有固氮作用，所以可提高土壤肥力。 (2)元素是以离子的形态、通过主动运输的方式被根系吸收，主动运输需要载体协 助和能量。由于不同植物的根系，吸收离子的载体的种类和数量都存在差异，所 以若玉米和大豆按不同的年份进行轮作，可以利用它们的根系对于元素吸收的差 异性，防止某些元素吸收过多而不足。磷元素是合成核酸、磷脂、ATP 等物质的 原料，而磷脂是构成生物膜的主要成分之一，因此，若土壤中磷元素不足，不仅 会影响光合作用相关产物的合成，而且也会影响叶绿体内核酸和磷脂的组成。 答案　(1)否　ab 段由于气孔关闭，导致胞间 CO2 浓度降低，暗反应中 C3 合成减 少；cd 段由于光照强度减弱，光反应产生的[H]和 ATP 减少　快　根瘤菌与大豆 共生形成根瘤，具有固氮作用。 (2)不同植物的根系吸收离子的载体的种类和数量都存在差异　磷脂 课后·分层训练 (时间：15 分钟) 1.(2019·山东聊城模拟)[H]是细胞代谢过程中产生的一种还原剂，下列有关[H]的 叙述，正确的是(　　) A.细胞呼吸和光合作用过程中产生的[H]是同种物质 B.细胞呼吸和光合作用过程中都在生物膜上产生[H] C.光合作用中的[H]都来自水，呼吸作用中的[H]都来自于有机物 D.细胞呼吸和光合作用产生[H]的过程都伴随 ATP 的产生 解析　细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的 [H]实际上是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，故细胞呼吸和光合作用中产生的[H]不是同 一种物质，A 错误；光合作用光反应阶段产生[H]的场所在类囊体膜上，有氧呼吸 的第一、第二阶段产生[H]的场所在细胞质基质和线粒体基质，B 错误；有氧呼吸 第二阶段产生的[H]来自于有机物丙酮酸和无机物水，C 错误；细胞呼吸和光合作 用产生[H]的过程都伴随 ATP 的产生，D 正确。 答案　D 2.(2019·北京东城模拟)如图为某一叶肉细胞表示光合作用与呼吸作用过程中物质 变化的关系，③④⑤表示细胞呼吸的不同阶段，下列说法错误的是(　　) A.①过程表示水在光下分解 B.适宜条件下，③过程在活细胞中都能进行 C.与④相比，⑤过程消耗的 ADP 较多 D.图中②④过程涉及的酶均存在于生物膜上 解析　图中①表示植物光合作用的光反应阶段，发生的是水的光解反应，A 正确； ③表示呼吸作用的第一阶段，在活细胞中都能进行，B 正确；④表示有氧呼吸的 第二阶段，⑤表示有氧呼吸的第三阶段，与④相比，⑤过程生成的 ATP 较多，消 耗的 ADP 较多，C 正确；②表示暗反应阶段，暗反应的酶在叶绿体基质中，④表 示有氧呼吸的第二阶段，有氧呼吸第二阶段的酶可以在线粒体基质，D 错误。 答案　D 3.(2019·山东泰安模拟)下图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列叙 述正确的是(　　) A.过程①中类胡萝卜素主要吸收的是红光和蓝紫光 B.过程②只发生在叶绿体基质，过程③只发生在线粒体 C.过程③释放的能量大部分储存于 ATP 中 D.过程④一般与吸能反应相联系 解析　过程①中叶绿素主要吸收的是红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收的是蓝 紫光，A 错误；过程②只发生在叶绿体基质，过程③是有机物氧化分解释放能量 的过程，发生在细胞质基质、线粒体，B 错误；过程③释放的能量大部分以热能 形式散失，少部分储存于 ATP 中，C 错误；过程④ATP 水解释放能量，所以一般 与吸能反应相联系，D 正确。 答案　D 4.(2019·上海模拟)下图表示在夏季晴朗的白天，某植物处于密闭、透光但原料充 足的环境下所测得的某些物质的变化情况。下列叙述错误的是(　　) A.图 A 曲线可表示 O2 浓度的变化 B.图 B 曲线可表示 CO2 浓度的变化 C.图 A 曲线可表示植株重量的变化 D.图 B 曲线可表示土壤中矿质元素量的变化 解析　夏季晴朗的白天，某植物处于密闭、透光但原料充足的环境下，植物开始 只能进行呼吸作用，所以氧气和有机物的含量都下降，二氧化碳的浓度增加；6 点到 18 点之间光合作用大于呼吸作用，所以氧气和有机物的含量都增加，二氧化 碳浓度降低；之后光合作用小于呼吸作用，氧气和有机物又减少，二氧化碳的浓 度又增加，因此图 A 曲线可表示 O2 浓度和植株重量的变化，A、C 正确；根据以 上分析可知，图 B 曲线可表示 CO2 浓度的变化，B 正确；图 B 曲线不能表示土壤 中矿质元素量的变化，D 错误。 答案　D 5.(2019·北京十一中学模拟)图 1 表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在 24 小时内 O2 吸收和释放速率的变化示意图，A、B 点对应时刻分别为 6 点和 19 点。图 2 表 示光照强度与植物光合速率的关系。下列有关说法错误的是(　　) A.图 1 中 24 小时内不进行光合作用的时段是 0～5 点和 20～24 点 B.图 1 的阴影部分可表示 6～19 点有机物的积累量 C.图 2 中限制 A～C 段光合速率的主要外界因素是光照强度 D.图 2 的 C 点时，每个细胞合成 ATP 的场所都有细胞质基质、线粒体、叶绿体 解析　据图分析，图 1 中 0～5 点和 20～24 点氧气吸收速率一直保持最大，只进 行呼吸作用，A 正确；图 1 的阴影部分可表示 6～19 点有机物的积累量，B 正确； 图 2 中限制 A～C 段光合速率的主要外界因素是光照强度，C 正确；图 2 的 C 点 时，每个细胞合成 ATP 的场所都有细胞质基质、线粒体，能够进行光合作用的细 胞产生 ATP 的场所还含有叶绿体，D 错误。 答案　D 6.(2019·青岛模拟)某研究小组进行某植物的栽培实验，图 1 表示在适宜的光照、 CO2 浓度等条件下测得的光合曲线和黑暗条件下的呼吸曲线；图 2 为在恒温密闭 玻璃温室中，连续 24 h 测定的温室内 CO2 浓度以及植物 CO2 吸收速率的变化曲 线。据图分析，下列说法中错误的是(　　) A.图 1 中，当温度达到 55 ℃时，植物光合作用相关的酶失活 B.6 h 时，图 2 叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质等 C.18 h 时，图 2 叶肉细胞中叶绿体产生的 O2 量大于线粒体消耗的 O2 量 D.该植株在进行光合作用且吸收 CO2 的量为 0 时，在两图中的描述点共有 4 个 解析　图 1 中的虚线始终为二氧化碳的释放，从图中看出，当温度达到 55 ℃时， 表示净光合速率随温度变化的实线消失，只剩下呼吸作用释放二氧化碳的曲线， 表示植物不再进行光合作用，只进行呼吸作用，A 正确；图 2 中 6 h 时，二氧化 碳的吸收速率为 0，此时光合作用强度与呼吸作用强度相等，因此叶肉细胞产生[H] 的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质等，B 正确；图 2 中 18 h，二氧化碳的吸 收速率等于 0，说明植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，植株的叶肉细胞的 叶绿体产生的 O2 量必须大于线粒体消耗的 O2 量，才能保证非叶肉细胞的 O2 供应， 而使植物的光合作用强度等于有氧呼吸的强度，C 正确；图 2 中当光合速率等于 呼吸速率时，净光合速率为 0，处于室内二氧化碳浓度曲线的拐点，因此图 2 中 光合速率和呼吸速率相等的时间点有 2 个，图 1 中，光合作用与呼吸作用相等的 温度条件是 40 ℃，共 3 个，D 错误。 答案　D 7.(2018·高考江苏卷，29)如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分 物质及能量代谢途径示意图(NADPH 指[H])，请回答下列问题： (1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为　　　　，其中大多 数高等植物的　　　　需在光照条件下合成。 (2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成 后，转运到甲内，在　　　　(填场所)组装；核编码的 Rubisco(催化 CO2 固定的 酶)小亚基转运到甲内，在　　　　(填场所)组装。 (3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为　　　　后进入乙，继而在 乙的　　　　(填场所)彻底氧化分解成 CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化， 在细胞质中合成 NADPH，NADPH 中的能量最终可在乙的　　　　(填场所)转移 到 ATP 中。 (4)乙产生的 ATP 被甲利用时，可参与的代谢过程包括　　　　(填序号)。 ①C3 的还原　②内外物质运输　③H2O 裂解释放 O2　④酶的合成 解析　(1)由题图可知甲为叶绿体，乙为线粒体。植物通过光合作用将光能转变为 化学能，参与光合作用的两类色素为叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物 的叶绿素需在光照条件下合成。(2)光反应的场所为类囊体膜，参与光反应中心的 蛋白在类囊体膜上组装；Rubisco(催化 CO2 固定的酶)是参与暗反应的相关酶，在 叶绿体基质中组装。(3)叶绿体输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为丙 酮酸后进入线粒体，在线粒体基质中被彻底氧化分解成 CO2；NADPH 可被线粒 体内膜上发生的有氧呼吸第三阶段利用，NADPH 中的能量最终被转移到 ATP 中。 (4)线粒体产生的 ATP 被叶绿体利用时，可参与叶绿体内 C3 的还原、内外物质运 输、有关酶的合成等代谢过程，水光解释放 O2 利用的是光能。 答案　(1)叶绿素、类胡萝卜素　叶绿素 (2)类囊体膜上　基质中 (3)丙酮酸　基 质中　内膜上 (4)①②④