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第7课时
光合作用和细胞呼吸的综合分析
课标要求
1.熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。
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 光合作用与有氧呼吸的关系
考点二 光合作用与细胞呼吸综合应用
内容索引
课时精练
重温高考 真题演练
考点一
光合作用与有氧呼吸的关系
1.光合作用与有氧呼吸的关系
(1)图解光合作用与细胞呼吸过程中的物质转化关系
归纳 夯实必备知识
(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； 、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) 有氧呼吸：_____________________
(真核生物)；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
蓝细菌
细胞质基质、线粒体
物质变化
能量变化 光能→化学能 化学能→热能、ATP中活跃的化学能
实质 无机物 有机物；储存能量 有机物 无机物(或简单有机物)；释放能量
能量转化的联系
光反应
暗反应
热能
元素转移的联系
过程联系
丙酮酸
H2O
项目 含义 表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2 CO2 有机物
真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2__________速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物______
____________速率
净光合速率 植物有机物的____速率 植物或叶片或叶肉细胞O2_____速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2 速率 有机物积累
速率
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率
(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
产生(生成)
(制造、生成)
产生
积累
释放
吸收
呼吸 速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗
速率
黑暗
(2)曲线模型及分析
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 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 速率。
③真正光合速率＝ 速率＋ 速率。
呼吸
净光合
呼吸
净光合
3.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
方法1 测定装置中气体体积变化
(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
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。
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。
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。
方法2 “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。
方法3 “黑白瓶法”测定溶氧量的变化
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。
方法4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、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。
方法5 叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
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CO2放出O2，由于O2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。
方法6 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。
1.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，H218O经过光合作用的光反应转移给18O2，H218O经过有氧呼吸的第二阶段转移给C18O2。
2.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？
提示 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O，有氧呼吸第二阶段利用H218O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CH218O)。
拓展 提升科学思维
1.(不定项)(2023·江苏南通高三期末)如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法不正确的是
A.过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光
B.过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C3的还原
C.过程③既产生[H]也消耗[H]
D.若过程①②的速率大于过程③的速率，则甘蔗植株的干重一定增加
√
突破 强化关键能力
√
过程①表示光反应，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A错误；
过程②表示暗反应，只发生在叶绿体基质中，暗反应中释放的能量用于C3的还原，B正确；
③是细胞呼吸过程，有氧呼吸的第一、二阶段产生[H]，用于第三阶段与氧气发生反应，因此过程③既产生[H]也消耗[H]，C正确；
如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，过程①②的速率大于过程③的速率，由于甘蔗植株部分细胞只进行细胞呼吸，甘蔗植株的干重不一定增加，D错误。
2.如图的纵坐标表示某种植物O2吸收相对速率的变化(非适宜条件下)，下列说法不正确的是
A.可以判断d点开始进行光合作用
B.降低土壤中的Mg2＋浓度，一段时间后d
点将向右移
C.提高大气中的CO2浓度，e点将向右下移
D.该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4
√
根据图示分析可知，d点以前就开始进行光合作用了，A错误；
降低土壤中的Mg2＋浓度，则叶绿素合成不足，导致光合速率降低，因此一段时间后d点将向右移，B正确；
提高大气中的CO2浓度，光合速率增强，
因此e点将向右下移，C正确；
曲线与纵坐标相交的点代表细胞呼吸强
度，即该植物细胞呼吸消耗O2的相对速
率是4，D正确。
考点二
光合作用与细胞呼吸综合应用
归纳 夯实必备知识
1.自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
①a点：凌晨3时～4时，温度降低， ，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：光合作用强度 细胞
呼吸强度。
④c点：上午7时左右，光合作用
强度 细胞呼吸强度。
细胞呼吸强度减弱
小于
等于
⑤ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑥d点：温度过高，部分 ，
出现“光合午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强
度等于细胞呼吸强度。
⑧ef段：光合作用强度小于细胞呼
吸强度。
⑨fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
气孔关闭
(2)绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“消耗”与“积累”
曲线 模型
模型分析
AB段 无光照，植物________________
BC段 温度降低，细胞呼吸减弱
2.密闭容器内一昼夜CO2浓度变化曲线
只进行细胞呼吸
CD段 C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度
D点 光合作用强度 细胞呼吸强度
DH段 光合作用强度>细胞呼吸强度。其中FG段表示“ ”现象
H点 光合作用强度＝细胞呼吸强度，有机物积累____
HI段 光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止
I点 I点低于A点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度 ，即总光合量 总呼吸量，植物 生长。
＝
光合午休
最多
减少
大于
能
方法技巧
巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长(注意：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)光合与细胞呼吸综合影响的结果。
3.光(CO2)补偿点与光(CO2)饱和点及其移动问题
(1)光(CO2)补偿点的移动
①呼吸速率增加，其他条件不变时，
光(CO2)补偿点应 ，反之 。
②呼吸速率基本不变，相关条件的
改变使光合速率下降时，光(CO2)补
偿点应右移，反之左移。
(2)光(CO2)饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率 时，光(CO2)饱和点C点应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
(3)阴生植物与阳生植物相比，光(CO2)补偿点和饱和点都应 移动。
右移
左移
增大
向左
4.植物“三率”的含义、关系及判定
(1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)常考曲线分析
①
②
③以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标：
科研人员将绿色的甲植物放在温度适宜的密闭容器内，在不同的光照条件下，测定该容器内氧气量的变化如图所示。
(1) 时容器中的二氧化碳浓度
最大。
(2)如果叶片的呼吸速率始终不变，
则在5～15 min内，小麦叶片光合
作用的平均速率(用氧气产生量表
示)是 。
拓展 提升科学思维
5 min
6×10－8 mol/min
(3)B点时，容器内氧气量不再增加的原因是什么？
提示 容器内CO2浓度降低，导致光合速率等于呼吸速率，O2含量不再增加。
3.玻璃温室里栽培植物，对室内空气中CO2含量进行了24小时测定，图中曲线能正确表示测定结果的是(横轴为时间，纵轴为CO2浓度)
√
突破 强化关键能力
0点到6点这一时间段，细胞呼吸强度大于光合作用强度，产生CO2多，导致玻璃温室中的CO2浓度越来越高；6点与18点之间，光合作用强度大于细胞呼吸强度，消耗了更多的CO2，使玻璃温室中的CO2浓度逐渐降低；18点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后，光合作用强度逐渐减小直至停止，而细胞呼吸一直进行，所以玻璃温室中的CO2浓度又逐渐升高，D正确。
4.下面甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO2的吸收与释放(m、N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析，下列说法错误的是
A.若SB－SA>0，则多余
的水分用于光合作用
等生理过程
B.若SB－SA>0，且Sm－
SN－SL>0，则丛林树木净光合作用大于0
C.从暗反应的角度考虑，若在一昼夜内SN＋SLD.若SB－SA<0，仅从环境推测，当日气温可能偏高或土壤溶液浓度偏低
√
分析题图可知，SB是植物细胞吸收的水分，SA是植物通过蒸腾作用散失的水分，SB－SA>0，多余的水分用于光合作用等生理过程，A正确；
SB－SA>0，代表植
物细胞吸收的水分
大于蒸腾作用散失
的水分，Sm－SN－
SL>0，代表有机物的积累量大于0，B正确；
若在一昼夜内SN＋SLSB－SA<0，代表植
物细胞吸收的水分
小于蒸腾作用散失
的水分，从环境推
测，当日气温可能偏高，蒸腾作用强或者土壤溶液浓度高，细胞不能吸水，甚至失水，D错误。
三
重温高考 真题演练
1.(2022·全国乙，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是
A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
1
2
3
4
√
培养初期，容器内CO2含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A错误；
初期光合速率减慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内O2含量升高，呼吸速率会有所升高，之后保持稳定，B错误；
根据上述分析，初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
1
2
3
4
2.(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是
A.两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B.35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率
相等
C.50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植
株不能
D.HT植株表现出对高温环境的适应性
√
1
2
3
4
CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误。
1
2
3
4
3.(2018·江苏，29)右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。
1
2
3
4
叶绿素、类胡萝
卜素
叶绿素
1
2
3
4
图中甲是叶绿体，是进行光合作用的场所。叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，并将光能转变为化学能；叶绿素通常需要在有光的条件下才能合成。
(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。
1
2
3
4
类囊体膜上
基质中
1
2
3
4
光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，参与光反应的酶(蛋白质)在细胞质中合成后，转运到叶绿体的类囊体膜上组装；CO2的固定发生在叶绿体基质中，催化CO2固定的酶在叶绿体基质中组装。
(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。
1
2
3
4
丙酮酸
基质中
内膜上
图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。氧气充足时，光合作用产生的三碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2，同时产生[H]和ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上参与有氧呼
吸的第三阶段，即和O2反应生成水，同
时产生大量ATP。叶绿体中产生的过多
的还原能通过物质转化合成NADPH，
NADPH可通过参与有氧呼吸第三阶段
产生ATP。
1
2
3
4
(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
1
2
3
4
①②④
由图示可知，乙(线粒体)产生的ATP能够进入甲(叶绿体)，所以在线粒体中合成的ATP可以用于C3的还原，同时还能用于内外物质的运输、酶的合成等。水的光解不需要ATP。
1
2
3
4
4.(2022·江苏，20)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题：
1
2
3
4
(1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有______(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是__________________。
1
2
3
4
①⑥
叶绿素a和叶绿素b
类囊体薄膜发生的反应有水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收
红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶
绿素a和叶绿素b两种，叶绿素a
呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色；
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用
红光照射参与反应的主要是叶绿
素a和叶绿素b。
1
2
3
4
(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的__________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
1
2
3
4
过氧化氢
过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
1
2
3
4
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在
CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内
CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0～t1时(没有光照，只进行呼吸
作用)段释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2
时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段
的CO2源于________。
②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓
度不再改变，其原因是_____________________________。
光呼吸
1
2
3
4
光合作用强度等于呼吸作用强度
曲线b有光照后t1～t2时段CO2下降最后达到平衡，说明细胞呼吸和光合作用达到了平衡。
1
2
3
4
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，从而降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的_____价值。
1
2
3
4
直接
图Ⅲ代谢途径降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生态系统的能量，是直接价值的体现。
1
2
3
4
1.判断关于光合作用与细胞呼吸关系的叙述
(1)线粒体、叶绿体都能产生ATP，且均可用于各项生命活动( )
(2)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程( )
(3)用HO浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O( )
(4)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等( )
(5)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)( )
×
五分钟 查落实
×
√
×
×
2.填空默写
下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答下列问题：
(1)7～10时的光合作用强度不断
增强的原因是 。
(2)10～12时左右的光合作用强度
明显减弱的原因是_____________
________________________________________________________________________________。
光照强度逐渐增大
此时温度很高，
蒸腾作用加强导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是 。
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_____________________。
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的措施有_____
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
光照强度不断减弱
光照强度、温度、CO2
可以
利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度；“正其行、通其风”，增施有机肥增大CO2浓度
四
课时精练
NADH是细胞呼吸产生的还原型辅酶Ⅰ，而NADPH是光合作用产生的还原型辅酶Ⅱ，是两种不同的物质，D错误。
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1.下列关于细胞内ATP、NADH、NADPH等活性分子的叙述，错误的是
A.ATP脱去两个磷酸基团后可参与RNA的合成
B.ATP的合成通常与细胞内的放能反应相联系
C.NADH和NADPH都是具有还原性的活性分子
D.叶肉细胞可通过光合作用和细胞呼吸合成NADPH
√
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2.(2023·山东青岛高三检测)请根据下图分析，下列有关植物进行光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是
A.植物长时间处于黑暗中时，②③④⑥过程都
会发生
B.晴朗夏天的中午，③④将减弱，净光合速率降低
C.晴朗夏天的上午10时左右，北方植物的叶肉细胞中①多于⑥
D.进行②和③时，物质从产生部位到利用部位都将穿过8层膜
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√
植物叶肉细胞处于黑暗环境下，不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，②③④⑥过程都不会发生，A错误；
晴朗夏天的中午，植物为了降低蒸腾作用，
大量气孔关闭，影响了叶肉细胞吸收二氧化
碳，导致暗反应减弱，进而导致光合作用强度减弱，B正确；
晴朗夏天的上午10时左右，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故没有二氧化碳①的释放，C错误。
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3.8月下旬，在某校园内，甲、乙两株不同种植物CO2吸收速率的变化如图。若按一昼夜进行统计，则下列说法中，正确的是
A.a点之前，甲植株均同时进行光合作用
和细胞呼吸
B.e点时，乙植株有机物积累量达到最高
C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D.b～d段，观测到甲植株气孔保持关闭，
可推测其拥有更为高效的光合系统
√
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图中曲线的b～c段下降的主要原因是气温较高，蒸腾作用旺盛，气孔部分关闭导致CO2吸收速率降低，d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减慢，
这两段下降的原因不相同，C错误；
b～d段，观测到甲植株气孔保持关闭，
但甲的光合作用并没有减少，因此推
测其拥有更为高效的光合系统，D正确。
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4.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CO2释放量和O2产生总量的变化。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
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图甲中，光照强度为a时，O2产生总量为0，此时只进行细胞呼吸，据此可知，呼吸强度为6；光照强度为b时，CO2释放量大于0且有氧气产生，说明此时光合速率小于细胞呼吸
速率，A错误；
光照强度为d时，O2产生总量为8，则光
合作用总吸收CO2量为8，因而单位时间
内细胞从周围吸收8－6＝2(个)单位的CO2，
B正确；
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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；
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CO2浓度等，D错误。
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5.下列关于曲线的描述，正确的是
A.图1中，两曲线的交点对应的是
净光合速率为0时的温度
B.图2中，C点对所有进行光合作
用的细胞来说，叶绿体消耗的
CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量
C.图3中A、B两点为光合速率和
呼吸速率相等的点
D.若在30 ℃时一昼夜光照10 h，
则一天CO2的净吸收量为7
√
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图1中，两曲线的交点对应的是
净光合速率与呼吸速率相等时
的温度，A错误；
图2中，C点表示整个植物体光
合作用吸收的CO2量等于细胞
呼吸释放的CO2量，由于植株
部分细胞不进行光合作用，因此叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；
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图3中，A点前呼吸速率大于光合速率，A点后呼吸速率小于光合速率，B点前光合速率大于呼吸速率，B点后光合速率小于呼吸速率，故A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点，C正确；
若在30 ℃时一昼夜光照10 h，则一天CO2的净吸收量为3.5×10－3×14＝－7，D错误。
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组别 一 二 三 四
温度/℃ 27 28 29 30
暗处理后质量变化/mg －2 －3 －4 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋2
6.(2023·江苏扬州高三阶段练习)用某种绿色植物轮藻的大小相似叶片分组进行光合作用实验：已知叶片实验前质量相等，在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即光照1 h(光照强度相同)，再测其质量变化。得到如下结果：
1
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组别 一 二 三 四
温度/℃ 27 28 29 30
暗处理后质量变化/mg －2 －3 －4 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋2
据表分析，以下说法错误的是
A.29 ℃时轮藻呼吸酶的活性高于其他3组
B.光照时，第一、二、三组轮藻释放的氧气量相等
C.光照时，第四组轮藻光合作用强度大于细胞呼吸强度
D.光照时，第三组轮藻制造的有机物总量为11 mg
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√
第一组的净光合速率为2＋3＝5(mg/h)，第二组的净光合速率为3＋3＝6(mg/h)，第三组的净光合速率为4＋3＝7(mg/h)，因此这三组在光下的净光合作用是不同的，氧气的释放量不相等，B错误。
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组别 一 二 三 四
温度/℃ 27 28 29 30
暗处理后质量变化/mg －2 －3 －4 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋2
7.(2023·湖南常德高三调研)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，设法阻止两部分联系。光照6小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是
A.若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率
B.本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送
C.忽略水和无机盐的影响，A部分叶片可在给B光照时剪下，进行等时长
的暗处理
D.选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性
√
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A遮光，只进行细胞呼吸，故m0－a代表细胞呼吸消耗，B不作处理，进行光合作用和细胞呼吸，b－m0代表净光合作用积累，若m0－a＝
b－m0，即净光合速率等于呼吸速率，则表明该实验条件下叶片的光合速率大于呼吸速率，A错误。
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8.(2023·河北石家庄高三检测)下图表示夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化曲线，据图分析，有关叙述正确的是
A.一天中30%的适当遮光均会显著增强净光合速率
B.a～b段大部分叶表皮细胞能产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
C.M点时该植物体内叶肉细胞
消耗的CO2量等于该细胞呼
吸产生的CO2量
D.该植物c点和d点有机物含量
相同
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√
据图分析，在5：30至7：30间，30%遮光时的净光合速率较不遮光的低，A错误；
a～b段位于图中80%遮光曲
线上，此时净光合速率小于
0，叶表皮细胞没有叶绿体，
只能进行细胞呼吸，能产生
ATP的场所是细胞质基质和线粒体，B正确；
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M点80%遮光时该植物体净光合速率等于0，即植物体内叶肉细胞光合作用消耗的CO2量等于所有细胞呼吸产生的CO2量，叶肉细胞光合作用消耗的CO2量应大于该细胞呼吸产生的CO2量，C错误；
该植物c点和d点的净光合速
率都大于0，则有机物会积
累，随着时间的延长有机物
的积累量增加，所以d点有
机物的含量多于c点有机物的含量，D错误。
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二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
9.(2023·山东烟台高三模拟)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①②③④⑤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
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√
√
②为暗反应过程，该过程需要消耗ATP，A错误；
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为氧气，在光反应过程中O元
素只来自水，C正确；
D为二氧化碳，不含H，D错误。
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10.(2023·山东省百校联考)在一定光照条件下，科研人员研究了温度变化对某种蔬菜进行呼吸作用时CO2产生量和进行光合作用时CO2消耗量的影响，实验结果如图所示。下列结论不合理的是
1
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A.图中阴影部分可表示有机物积累量
B.光合作用相关酶的最适温度小于呼吸作用
相关酶的最适温度
C.当温度为5～25 ℃时该种蔬菜的产量会随
温度的升高而升高
D.温室栽培该种蔬菜时温度最好控制在35 ℃左右
√
图中阴影部分可表示光合作用有机物产生量和呼吸作用有机物消耗量的差值，也就是有机物积累量，A合理；
光合作用相关酶的最适温度大约在25～30 ℃之间，小于呼吸作用相关酶的最适温度，B合理；
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当温度为35 ℃时，净光合速率等于零，蔬菜不能生长，D不合理。
11.(2023·河北武安高三模拟)植物光合速率目前主要使用CO2红外分析仪进行测定，一般用单位时间内同化CO2的微摩尔数表示。将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测定分析仪密闭气路中CO2的浓度，转换得到如图数据。下列分析正确的是
1
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A.该植物在29 ℃和30 ℃时依然表现生长现象
B.该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29 ℃和28 ℃
C.在27 ℃、28 ℃和29 ℃时，光合作用制造的有机物的量不相等
D.30 ℃时，光合速率等于细胞呼吸速率，CO2变化都是20微摩尔/小时
√
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√
暗处理后CO2浓度的增加量表示细胞呼吸强度，光照后与暗处理前CO2浓度的减少量表示光合作用进行了1 h和细胞呼吸进行了2 h后的重量变化。四组温度下，该植物都表现为生长现象，A正确；
因为光合作用强度即：CO2浓
度的减少量＋2×CO2浓度的
增加量，29 ℃最大；细胞呼
吸强度也是在29 ℃最大，B
错误；
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27 ℃、28 ℃、29 ℃时，光合作用制造的有机物的量分别为60＋20×2＝100(微摩尔/小时)、60＋40×2＝140(微摩尔/小时)、60＋60×2＝180(微摩尔/小时)，
光合作用制造的有机物的量
不相等，C正确；
30 ℃时，光合速率大于细胞
呼吸速率，D错误。
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12.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，下列相关叙述正确的是
A.装置中的碳酸氢钠溶液
可使瓶内的CO2浓度维
持在稳定水平
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
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√
√
√
碳酸氢钠溶液可吸收多余的CO2，也可释放CO2，因此可使瓶内的CO2浓度维持在稳定水平，A正确；
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O2，由于CO2浓度稳定，
故装置乙中的水滴会左移，
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
合作用强度大于细胞呼吸强度，植物能正常生长，B正确；
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当装置甲中的绿色植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度时，水滴可能不动，装置乙中的水滴左移，C正确；
若装置甲中的水滴左移，可表示植物光合作用强度小于细胞呼吸强度，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NADPH和ATP，D
错误。
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三、非选择题
13.番茄含有丰富的营养，据营养学家研究测定：每人每天食用50～100克鲜番茄，即可满足人体对几种维生素和矿物质的需要。为了进一步了解番茄的生理特征，某兴趣小组在一定浓度的CO2和适宜的温度(25 ℃)下，测定番茄在不同光照条件下的光合速率，结果如下表。据表中数据回答问题：
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光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx) 光饱和时光照强度(klx) 光饱和时CO2吸收量/(mg·100 cm－2叶·h－1) 黑暗条件下CO2释放量/(mg·100 cm－2叶·h－1)
3 9 32 8
(1)本实验的自变量是_________。当光照强度超过9 klx时，番茄光合速率不再增加，此时限制番茄光合作用的主要外界因素是________。
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光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx) 光饱和时光照强度(klx) 光饱和时CO2吸收量/(mg·100 cm－2叶·h－1) 黑暗条件下CO2释放量/(mg·100 cm－2叶·h－1)
3 9 32 8
光照强度
CO2浓度
根据题干“测定番茄在不同光照条件下的光合速率”可知，本实验的自变量是光照强度。当光照强度超过9 klx时，番茄光合速率不再增加，由于此结果是在适宜温度(25 ℃)条件下测定的，所以此时的外界限制因素主要是CO2浓度。
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(2)当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有_________
__________。当光照强度为3 klx时，番茄固定的CO2量为___mg·100 cm－2叶·h－1；当光照强度为9 klx时，番茄固定的CO2量为___mg·100 cm－2叶·h－1。
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光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx) 光饱和时光照强度(klx) 光饱和时CO2吸收量/(mg·100 cm－2叶·h－1) 黑暗条件下CO2释放量/(mg·100 cm－2叶·h－1)
3 9 32 8
质和线粒体
细胞质基
8
40
光合作用和细胞呼吸都能产生ATP，番茄的根细胞中没有叶绿体，当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体。当光照强度为3 klx时，达到了光补偿点，番茄固定的CO2量等于黑暗条件下CO2释放量，即8 mg·100 cm－2叶·h－1。光照强度为9 klx时，达到了光饱和点，番茄固定的CO2量为光饱和时CO2吸收量与黑暗条件下CO2释放量之和，即40 mg·100 cm－2叶·h－1。
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(3)下面图甲表示种植番茄的密闭大棚内，一昼夜空气中CO2含量的变化情况。由图可知番茄开始进行光合作用的时间是_________(填“早于6点”
“始于6点”或“晚于6点”)；BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是___________；一天之中植物有机物积累量最多的时候是曲线中的____(填字母)点。
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光照强度
早于6点
F
据图甲分析，图中B、F点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等，密闭大棚内CO2含量既不增加也不减少。所以番茄开始进行光合作用的时间是早于6点。BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是光照强度。CO2含量降低表示番茄
的净光合速率大于0，当CO2含量降低到F点之
后，密闭大棚内CO2含量随即增加，净光合速
率开始小于0，所以一天之中植物有机物积累
量最多的时候是曲线中的F点。
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(4)图乙表示空气中CO2含量对番茄植株光合作用的影响，在X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH和ATP的生成速率的关系为________(填“X>Y”“X＝Y”或“X1
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X分析图乙，X对应的CO2含量低于Y，X对应的暗反应弱，影响光反应，所以在X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH和ATP的生成速率的关系为X1
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14.马铃薯是中国五大主食之一，其营养价值高、适应力强、产量高，是全球第三大重要的粮食作物。为了探究便于其储藏的有利条件，某研究小组利用马铃薯块茎做了相应实验，实验结果如图甲所示。在研究温度对光合作用与细胞呼吸的影响时，在不同温度下采用“半叶法”对马铃薯植株上叶片的光合速率进行
测定，将A侧遮光，B侧照光，
在适宜的光照强度下照射1小
时后，分别在A、B两侧截取
同等单位面积的叶片称出干重
(如图乙)，
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实验结果如下表所示(光合速率的单位为mg/h)。请据此回答下列问题：
温度(℃) 10 15 20 25 30 35
MA(干重，mg) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
MB(干重，mg) 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
(1)马铃薯植株中根细胞无氧
呼吸的产物是___________，
马铃薯块茎细胞无氧呼吸的
产物是______，造成这种差
异的直接原因是_______________________。
酒精和CO2
乳酸
催化反应的酶的种类不同
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马铃薯植株中根细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2，马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，造成这种差异的直接原因是催化反应的酶的种类不同。
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(2)由图甲可知，在________________条件下更有利于储藏马铃薯块茎；与25 ℃相比，在3 ℃条件下光照对马铃薯块茎细胞呼吸的促进作用较___
(填“强”或“弱”)。
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低温(3 ℃)、黑暗
强
由图甲可知，在低温、黑暗条件下更有利于储藏马铃薯块茎；由图甲可知，3 ℃时黑暗条件下与光照条件下呼吸速率差值比25 ℃时大，即在3 ℃条件下光照对马铃薯块茎细胞呼吸的促进作用较强。
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(3)根据表格数据分析，与30 ℃相比，35 ℃时的总光合速率______(填“更强”“更弱”“不变”或“不确定”)，理由是__________________
_______________________。
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不变
速率，两者均为6.5 mg/h
温度(℃) 10 15 20 25 30 35
MA(干重，mg) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
MB(干重，mg) 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
MB－MA表示总光合
不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，设为a。其呼吸速率为a－MA，其净光合速率为MB－a，则总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ MB－a＋ a－MA＝ MB－MA,35 ℃时的总光合速率为8－1.5＝6.5 (mg/h)，30 ℃时的总光合速率为8.5－2＝6.5 (mg/h)。
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温度(℃) 10 15 20 25 30 35
MA(干重，mg) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
MB(干重，mg) 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
(4)昼夜不停地光照，在_____℃时该马铃薯叶片生长得相对最快，判断依据是_________________________________________________________
______________________________________________________________________________________。
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MB减去实验开始时的干重可表示其净光合速率，不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，所以MB值越大，则净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快
不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，设为a，其净光合速率为MB－a，净光合速率大小与MB成正比，所以MB值越大，净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快，故在25 ℃时该马铃薯叶片生长得相对最快。
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14第7课时 光合作用和细胞呼吸的综合分析
课标要求 1.熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。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 光合作用与有氧呼吸的关系
1．光合作用与有氧呼吸的关系
(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
发生场所 叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物) 有氧呼吸：细胞质基质、线粒体(真核生物)；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
实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物(或简单有机物)；释放能量
能量转化的联系
元素转移的联系 C：CO2(CH2O)→丙酮酸→CO2 O：H2OO2→H2O H：H2OH＋→NADPH(CH2O)→[H]→H2O
过程联系
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率
(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目 含义 表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2 CO2 有机物
真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率 植物有机物的积累速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸 速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
(2)曲线模型及分析
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。
③真正光合速率＝呼吸速率＋净光合速率。
3．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
方法1 测定装置中气体体积变化
(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
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。
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。
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。
方法2 “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。
方法3 “黑白瓶法”测定溶氧量的变化
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。
方法4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、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。
方法5 叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
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CO2放出O2，由于O2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。
方法6 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。
1．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，H218O经过光合作用的光反应转移给18O2，H218O经过有氧呼吸的第二阶段转移给C18O2。
2．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？
提示 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O，有氧呼吸第二阶段利用H218O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CH218O)。
1．(不定项)(2023·江苏南通高三期末)如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法不正确的是( )
A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C3的还原
C．过程③既产生[H]也消耗[H]
D．若过程①②的速率大于过程③的速率，则甘蔗植株的干重一定增加
答案 AD
解析 过程①表示光反应，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A错误；过程②表示暗反应，只发生在叶绿体基质中，暗反应中释放的能量用于C3的还原，B正确；③是细胞呼吸过程，有氧呼吸的第一、二阶段产生[H]，用于第三阶段与氧气发生反应，因此过程③既产生[H]也消耗[H]，C正确；如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，过程①②的速率大于过程③的速率，由于甘蔗植株部分细胞只进行细胞呼吸，甘蔗植株的干重不一定增加，D错误。
2．如图的纵坐标表示某种植物O2吸收相对速率的变化(非适宜条件下)，下列说法不正确的是( )
A．可以判断d点开始进行光合作用
B．降低土壤中的Mg2＋浓度，一段时间后d点将向右移
C．提高大气中的CO2浓度，e点将向右下移
D．该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4
答案 A
解析 根据图示分析可知，d点以前就开始进行光合作用了，A错误；降低土壤中的Mg2＋浓度，则叶绿素合成不足，导致光合速率降低，因此一段时间后d点将向右移，B正确；提高大气中的CO2浓度，光合速率增强，因此e点将向右下移，C正确；曲线与纵坐标相交的点代表细胞呼吸强度，即该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4，D正确。
考点二 光合作用与细胞呼吸综合应用
1．自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸强度减弱，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：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
⑤ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑥d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
⑧ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
⑨fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
(2)绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“消耗”与“积累”
2．密闭容器内一昼夜CO2浓度变化曲线
曲线 模型
模型分析
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
CD段 C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度
D点 光合作用强度＝细胞呼吸强度
DH段 光合作用强度>细胞呼吸强度。其中FG段表示“光合午休”现象
H点 光合作用强度＝细胞呼吸强度，有机物积累最多
HI段 光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止
I点 I点低于A点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合量大于总呼吸量，植物能生长。
方法技巧 巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长(注意：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)光合与细胞呼吸综合影响的结果。
3．光(CO2)补偿点与光(CO2)饱和点及其移动问题
(1)光(CO2)补偿点的移动
①呼吸速率增加，其他条件不变时，光(CO2)补偿点应右移，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，光(CO2)补偿点应右移，反之左移。
(2)光(CO2)饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率增大时，光(CO2)饱和点C点应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
(3)阴生植物与阳生植物相比，光(CO2)补偿点和饱和点都应向左移动。
4．植物“三率”的含义、关系及判定
(1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)常考曲线分析
①
②
③以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标：
科研人员将绿色的甲植物放在温度适宜的密闭容器内，在不同的光照条件下，测定该容器内氧气量的变化如下图所示。
(1)5 min时容器中的二氧化碳浓度最大。
(2)如果叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15 min内，小麦叶片光合作用的平均速率(用氧气产生量表示)是6×10－8 mol/min。
(3)B点时，容器内氧气量不再增加的原因是什么？
提示 容器内CO2浓度降低，导致光合速率等于呼吸速率，O2含量不再增加。
3．玻璃温室里栽培植物，对室内空气中CO2含量进行了24小时测定，图中曲线能正确表示测定结果的是(横轴为时间，纵轴为CO2浓度)( )
答案 D
解析 0点到6点这一时间段，细胞呼吸强度大于光合作用强度，产生CO2多，导致玻璃温室中的CO2浓度越来越高；6点与18点之间，光合作用强度大于细胞呼吸强度，消耗了更多的CO2，使玻璃温室中的CO2浓度逐渐降低；18点时，光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后，光合作用强度逐渐减小直至停止，而细胞呼吸一直进行，所以玻璃温室中的CO2浓度又逐渐升高，D正确。
4．下面甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO2的吸收与释放(m、N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析，下列说法错误的是( )
A．若SB－SA>0，则多余的水分用于光合作用等生理过程
B．若SB－SA>0，且Sm－SN－SL>0，则丛林树木净光合作用大于0
C．从暗反应的角度考虑，若在一昼夜内SN＋SLD．若SB－SA<0，仅从环境推测，当日气温可能偏高或土壤溶液浓度偏低
答案 D
解析 分析题图可知，SB是植物细胞吸收的水分，SA是植物通过蒸腾作用散失的水分，SB－SA>0，多余的水分用于光合作用等生理过程，A正确；SB－SA>0，代表植物细胞吸收的水分大于蒸腾作用散失的水分，Sm－SN－SL>0，代表有机物的积累量大于0，B正确；若在一昼夜内SN＋SL1．(2022·全国乙，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
答案 D
解析 培养初期，容器内CO2含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A错误；初期光合速率减慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内O2含量升高，呼吸速率会有所升高，之后保持稳定，B错误；根据上述分析，初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C错误，D正确。
2．(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
答案 B
解析 CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误。
3．(2018·江苏，29)下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
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
解析 (1)图中甲是叶绿体，是进行光合作用的场所。叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，并将光能转变为化学能；叶绿素通常需要在有光的条件下才能合成。(2)光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，参与光反应的酶(蛋白质)在细胞质中合成后，转运到叶绿体的类囊体膜上组装；CO2的固定发生在叶绿体基质中，催化CO2固定的酶在叶绿体基质中组装。(3)图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。氧气充足时，光合作用产生的三碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2，同时产生[H]和ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段，即和O2反应生成水，同时产生大量ATP。叶绿体中产生的过多的还原能通过物质转化合成NADPH，NADPH可通过参与有氧呼吸第三阶段产生ATP。(4)由图示可知，乙(线粒体)产生的ATP能够进入甲(叶绿体)，所以在线粒体中合成的ATP可以用于C3的还原，同时还能用于内外物质的运输、酶的合成等。水的光解不需要ATP。
4．(2022·江苏，20)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题：
(1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有__________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是________________。
(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的__________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0～t1时(没有光照，只进行呼吸作用)段释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于__________。
②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是_____________________
______________________________________________________________________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，从而降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的__________价值。
答案 (1)①⑥ 叶绿素a和叶绿素b (2)过氧化氢 (3)①光呼吸 ②光合作用强度等于呼吸作用强度 (4)直接
解析 (1)类囊体薄膜发生的反应有水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反应的主要是叶绿素a和叶绿素b。(2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。(3)②曲线b有光照后t1～t2时段CO2下降最后达到平衡，说明细胞呼吸和光合作用达到了平衡。(4)图Ⅲ代谢途径降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生态系统的能量，是直接价值的体现。
1．判断关于光合作用与细胞呼吸关系的叙述
(1)线粒体、叶绿体都能产生ATP，且均可用于各项生命活动( × )
(2)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程( × )
(3)用HO浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O( √ )
(4)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等( × )
(5)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)( × )
2．填空默写
下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答下列问题：
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，蒸腾作用加强导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有光照强度、温度、CO2。
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的措施有可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度；“正其行、通其风”，增施有机肥增大CO2浓度。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．下列关于细胞内ATP、NADH、NADPH等活性分子的叙述，错误的是( )
A．ATP脱去两个磷酸基团后可参与RNA的合成
B．ATP的合成通常与细胞内的放能反应相联系
C．NADH和NADPH都是具有还原性的活性分子
D．叶肉细胞可通过光合作用和细胞呼吸合成NADPH
答案 D
解析 NADH是细胞呼吸产生的还原型辅酶Ⅰ，而NADPH是光合作用产生的还原型辅酶Ⅱ，是两种不同的物质，D错误。
2．(2023·山东青岛高三检测)请根据下图分析，下列有关植物进行光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．植物长时间处于黑暗中时，②③④⑥过程都会发生
B．晴朗夏天的中午，③④将减弱，净光合速率降低
C．晴朗夏天的上午10时左右，北方植物的叶肉细胞中①多于⑥
D．进行②和③时，物质从产生部位到利用部位都将穿过8层膜
答案 B
解析 植物叶肉细胞处于黑暗环境下，不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，②③④⑥过程都不会发生，A错误；晴朗夏天的中午，植物为了降低蒸腾作用，大量气孔关闭，影响了叶肉细胞吸收二氧化碳，导致暗反应减弱，进而导致光合作用强度减弱，B正确；晴朗夏天的上午10时左右，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故没有二氧化碳①的释放，C错误。
3.8月下旬，在某校园内，甲、乙两株不同种植物CO2吸收速率的变化如图。若按一昼夜进行统计，则下列说法中，正确的是( )
A．a点之前，甲植株均同时进行光合作用和细胞呼吸
B．e点时，乙植株有机物积累量达到最高
C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D．b～d段，观测到甲植株气孔保持关闭，可推测其拥有更为高效的光合系统
答案 D
解析 图中曲线的b～c段下降的主要原因是气温较高，蒸腾作用旺盛，气孔部分关闭导致CO2吸收速率降低，d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生NADPH和ATP的速率减慢，这两段下降的原因不相同，C错误；b～d段，观测到甲植株气孔保持关闭，但甲的光合作用并没有减少，因此推测其拥有更为高效的光合系统，D正确。
4．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CO2释放量和O2产生总量的变化。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
答案 B
解析 图甲中，光照强度为a时，O2产生总量为0，此时只进行细胞呼吸，据此可知，呼吸强度为6；光照强度为b时，CO2释放量大于0且有氧气产生，说明此时光合速率小于细胞呼吸速率，A错误；光照强度为d时，O2产生总量为8，则光合作用总吸收CO2量为8，因而单位时间内细胞从周围吸收8－6＝2(个)单位的CO2，B正确；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；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CO2浓度等，D错误。
5．下列关于曲线的描述，正确的是( )
A．图1中，两曲线的交点对应的是净光合速率为0时的温度
B．图2中，C点对所有进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量
C．图3中A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点
D．若在30 ℃时一昼夜光照10 h，则一天CO2的净吸收量为7
答案 C
解析 图1中，两曲线的交点对应的是净光合速率与呼吸速率相等时的温度，A错误；图2中，C点表示整个植物体光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸释放的CO2量，由于植株部分细胞不进行光合作用，因此叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；图3中，A点前呼吸速率大于光合速率，A点后呼吸速率小于光合速率，B点前光合速率大于呼吸速率，B点后光合速率小于呼吸速率，故A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点，C正确；若在30 ℃时一昼夜光照10 h，则一天CO2的净吸收量为3.5×10－3×14＝－7，D错误。
6．(2023·江苏扬州高三阶段练习)用某种绿色植物轮藻的大小相似叶片分组进行光合作用实验：已知叶片实验前质量相等，在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即光照1 h(光照强度相同)，再测其质量变化。得到如下结果：
组别 一 二 三 四
温度/℃ 27 28 29 30
暗处理后质量变化/mg －2 －3 －4 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋2
据表分析，以下说法错误的是( )
A．29 ℃时轮藻呼吸酶的活性高于其他3组
B．光照时，第一、二、三组轮藻释放的氧气量相等
C．光照时，第四组轮藻光合作用强度大于细胞呼吸强度
D．光照时，第三组轮藻制造的有机物总量为11 mg
答案 B
解析 第一组的净光合速率为2＋3＝5(mg/h)，第二组的净光合速率为3＋3＝6(mg/h)，第三组的净光合速率为4＋3＝7(mg/h)，因此这三组在光下的净光合作用是不同的，氧气的释放量不相等，B错误。
7．(2023·湖南常德高三调研)“半叶法”测定光合速率时，将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不作处理，设法阻止两部分联系。光照6小时，在A、B截取等面积的叶片，烘干称重，分别记为a、b，光照前截取同等面积的叶片烘干称重的数据为m0，下列说法错误的是( )
A．若m0－a＝b－m0，则表明该实验条件下叶片的光合速率等于呼吸速率
B．本实验需阻止叶片光合产物向外运输，同时不影响水和无机盐的输送
C．忽略水和无机盐的影响，A部分叶片可在给B光照时剪下，进行等时长的暗处理
D．选择叶片时需注意叶龄、着生节位、叶片的对称性及受光条件的一致性
答案 A
解析 A遮光，只进行细胞呼吸，故m0－a代表细胞呼吸消耗，B不作处理，进行光合作用和细胞呼吸，b－m0代表净光合作用积累，若m0－a＝b－m0，即净光合速率等于呼吸速率，则表明该实验条件下叶片的光合速率大于呼吸速率，A错误。
8．(2023·河北石家庄高三检测)下图表示夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率的部分日变化曲线，据图分析，有关叙述正确的是( )
A．一天中30%的适当遮光均会显著增强净光合速率
B．a～b段大部分叶表皮细胞能产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
C．M点时该植物体内叶肉细胞消耗的CO2量等于该细胞呼吸产生的CO2量
D．该植物c点和d点有机物含量相同
答案 B
解析 据图分析，在5：30至7：30间，30%遮光时的净光合速率较不遮光的低，A错误；a～b段位于图中80%遮光曲线上，此时净光合速率小于0，叶表皮细胞没有叶绿体，只能进行细胞呼吸，能产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，B正确；M点80%遮光时该植物体净光合速率等于0，即植物体内叶肉细胞光合作用消耗的CO2量等于所有细胞呼吸产生的CO2量，叶肉细胞光合作用消耗的CO2量应大于该细胞呼吸产生的CO2量，C错误；该植物c点和d点的净光合速率都大于0，则有机物会积累，随着时间的延长有机物的积累量增加，所以d点有机物的含量多于c点有机物的含量，D错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
9．(2023·山东烟台高三模拟)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①②③④⑤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
答案 AD
解析 ②为暗反应过程，该过程需要消耗ATP，A错误；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为氧气，在光反应过程中O元素只来自水，C正确；D为二氧化碳，不含H，D错误。
10．(2023·山东省百校联考)在一定光照条件下，科研人员研究了温度变化对某种蔬菜进行呼吸作用时CO2产生量和进行光合作用时CO2消耗量的影响，实验结果如图所示。下列结论不合理的是( )
A．图中阴影部分可表示有机物积累量
B．光合作用相关酶的最适温度小于呼吸作用相关酶的最适温度
C．当温度为5～25 ℃时该种蔬菜的产量会随温度的升高而升高
D．温室栽培该种蔬菜时温度最好控制在35 ℃左右
答案 D
解析 图中阴影部分可表示光合作用有机物产生量和呼吸作用有机物消耗量的差值，也就是有机物积累量，A合理；光合作用相关酶的最适温度大约在25～30 ℃之间，小于呼吸作用相关酶的最适温度，B合理；当温度为35 ℃时，净光合速率等于零，蔬菜不能生长，D不合理。
11．(2023·河北武安高三模拟)植物光合速率目前主要使用CO2红外分析仪进行测定，一般用单位时间内同化CO2的微摩尔数表示。将生长状况相同的某种植物在不同温度下分别暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测定分析仪密闭气路中CO2的浓度，转换得到如图数据。下列分析正确的是( )
A．该植物在29 ℃和30 ℃时依然表现生长现象
B．该植物细胞呼吸和光合作用的最适温度分别是29 ℃和28 ℃
C．在27 ℃、28 ℃和29 ℃时，光合作用制造的有机物的量不相等
D．30 ℃时，光合速率等于细胞呼吸速率，CO2变化都是20微摩尔/小时
答案 AC
解析 暗处理后CO2浓度的增加量表示细胞呼吸强度，光照后与暗处理前CO2浓度的减少量表示光合作用进行了1 h和细胞呼吸进行了2 h后的重量变化。四组温度下，该植物都表现为生长现象，A正确；因为光合作用强度即：CO2浓度的减少量＋2×CO2浓度的增加量，29 ℃最大；细胞呼吸强度也是在29 ℃最大，B错误；27 ℃、28 ℃、29 ℃时，光合作用制造的有机物的量分别为60＋20×2＝100(微摩尔/小时)、60＋40×2＝140(微摩尔/小时)、60＋60×2＝180(微摩尔/小时)，光合作用制造的有机物的量不相等，C正确；30 ℃时，光合速率大于细胞呼吸速率，D错误。
12．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，下列相关叙述正确的是( )
A．装置中的碳酸氢钠溶液可使瓶内的CO2浓度维持在稳定水平
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
答案 ABC
解析 碳酸氢钠溶液可吸收多余的CO2，也可释放CO2，因此可使瓶内的CO2浓度维持在稳定水平，A正确；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O2，由于CO2浓度稳定，故装置乙中的水滴会左移，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细胞呼吸强度，植物能正常生长，B正确；当装置甲中的绿色植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度时，水滴可能不动，装置乙中的水滴左移，C正确；若装置甲中的水滴左移，可表示植物光合作用强度小于细胞呼吸强度，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NADPH和ATP，D错误。
三、非选择题
13．番茄含有丰富的营养，据营养学家研究测定：每人每天食用50～100克鲜番茄，即可满足人体对几种维生素和矿物质的需要。为了进一步了解番茄的生理特征，某兴趣小组在一定浓度的CO2和适宜的温度(25 ℃)下，测定番茄在不同光照条件下的光合速率，结果如下表。据表中数据回答问题：
光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx) 光饱和时光照强度(klx) 光饱和时CO2吸收量/(mg·100 cm－2叶·h－1) 黑暗条件下CO2释放量/(mg·100 cm－2叶·h－1)
3 9 32 8
(1)本实验的自变量是________。当光照强度超过9 klx时，番茄光合速率不再增加，此时限制番茄光合作用的主要外界因素是__________________。
(2)当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有____________________。当光照强度为3 klx时，番茄固定的CO2量为________mg·100 cm－2叶·h－1；当光照强度为9 klx时，番茄固定的CO2量为________mg·100 cm－2叶·h－1。
(3)下面图甲表示种植番茄的密闭大棚内，一昼夜空气中CO2含量的变化情况。由图可知番茄开始进行光合作用的时间是__________(填“早于6点”“始于6点”或“晚于6点”)；BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是________________；一天之中植物有机物积累量最多的时候是曲线中的__________(填字母)点。
(4)图乙表示空气中CO2含量对番茄植株光合作用的影响，在X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH和ATP的生成速率的关系为________(填“X>Y”“X＝Y”或“X答案 (1)光照强度 CO2浓度 (2)细胞质基质和线粒体 8 40 (3)早于6点 光照强度 F (4)X解析 (1)根据题干“测定番茄在不同光照条件下的光合速率”可知，本实验的自变量是光照强度。当光照强度超过9 klx时，番茄光合速率不再增加，由于此结果是在适宜温度(25 ℃)条件下测定的，所以此时的外界限制因素主要是CO2浓度。(2)光合作用和细胞呼吸都能产生ATP，番茄的根细胞中没有叶绿体，当光照强度为9 klx时，番茄的根细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体。当光照强度为3 klx时，达到了光补偿点，番茄固定的CO2量等于黑暗条件下CO2释放量，即8 mg·100 cm－2叶·h－1。光照强度为9 klx时，达到了光饱和点，番茄固定的CO2量为光饱和时CO2吸收量与黑暗条件下CO2释放量之和，即40 mg·100 cm－2叶·h－1。(3)据图甲分析，图中B、F点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等，密闭大棚内CO2含量既不增加也不减少。所以番茄开始进行光合作用的时间是早于6点。BD段CO2相对含量显著下降，影响其变化的主要环境因素是光照强度。CO2含量降低表示番茄的净光合速率大于0，当CO2含量降低到F点之后，密闭大棚内CO2含量随即增加，净光合速率开始小于0，所以一天之中植物有机物积累量最多的时候是曲线中的F点。(4)分析图乙，X对应的CO2含量低于Y，X对应的暗反应弱，影响光反应，所以在X、Y对应的CO2含量下，叶绿体中NADPH和ATP的生成速率的关系为X14．马铃薯是中国五大主食之一，其营养价值高、适应力强、产量高，是全球第三大重要的粮食作物。为了探究便于其储藏的有利条件，某研究小组利用马铃薯块茎做了相应实验，实验结果如图甲所示。在研究温度对光合作用与细胞呼吸的影响时，在不同温度下采用“半叶法”对马铃薯植株上叶片的光合速率进行测定，将A侧遮光，B侧照光，在适宜的光照强度下照射1小时后，分别在A、B两侧截取同等单位面积的叶片称出干重(如图乙)，实验结果如下表所示(光合速率的单位为mg/h)。请据此回答下列问题：
温度(℃) 10 15 20 25 30 35
MA(干重，mg) 4.25 4.00 3.50 2.75 2.00 1.50
MB(干重，mg) 6.75 7.50 8.25 8.75 8.50 8.00
(1)马铃薯植株中根细胞无氧呼吸的产物是______________，马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是________，造成这种差异的直接原因是__________________________。
(2)由图甲可知，在______________条件下更有利于储藏马铃薯块茎；与25 ℃相比，在3 ℃条件下光照对马铃薯块茎细胞呼吸的促进作用较________(填“强”或“弱”)。
(3)根据表格数据分析，与30 ℃相比，35 ℃时的总光合速率________(填“更强”“更弱”“不变”或“不确定”)，理由是_____________________________________________。
(4)昼夜不停地光照，在________℃时该马铃薯叶片生长得相对最快，判断依据是_________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)酒精和CO2 乳酸 催化反应的酶的种类不同 (2)低温(3 ℃)、黑暗 强 (3)不变 MB－MA表示总光合速率，两者均为6.5 mg/h (4)25 MB减去实验开始时的干重可表示其净光合速率，不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，所以MB值越大，则净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快
解析 (1)马铃薯植株中根细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2，马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸，造成这种差异的直接原因是催化反应的酶的种类不同。(2)由图甲可知，在低温、黑暗条件下更有利于储藏马铃薯块茎；由图甲可知，3 ℃时黑暗条件下与光照条件下呼吸速率差值比25 ℃时大，即在3 ℃条件下光照对马铃薯块茎细胞呼吸的促进作用较强。(3)不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，设为a。其呼吸速率为a－MA，其净光合速率为MB－a，则总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝ MB－a＋ a－MA＝ MB－MA,35 ℃时的总光合速率为8－1.5＝6.5 (mg/h)，30 ℃时的总光合速率为8.5－2＝6.5 (mg/h)。(4)不同温度下，叶片在实验开始时的干重相同，设为a，其净光合速率为MB－a，净光合速率大小与MB成正比，所以MB值越大，净光合速率就越大，叶片生长的速度相对就越快，故在25 ℃时该马铃薯叶片生长得相对最快。第7课时 光合作用和细胞呼吸的综合分析
课标要求 1.熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。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 光合作用与有氧呼吸的关系
1．光合作用与有氧呼吸的关系
(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； 、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) 有氧呼吸：_______________(真核生物)；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
实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物(或简单有机物)；释放能量
能量转化的联系
元素转移的联系 C：CO2(CH2O)→ →CO2 O：H2OO2→_____ H：H2OH＋→NADPH(CH2O)→[H]→H2O
过程联系
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率
(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目 含义 表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2 CO2 有机物
真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2_________速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物_____速率
净光合速率 植物有机物的____速率 植物或叶片或叶肉细胞O2_____速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2 速率 有机物积累速率
呼吸 速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
(2)曲线模型及分析
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________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________速率。
③真正光合速率＝________速率＋________速率。
3．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
方法1 测定装置中气体体积变化
(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
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。
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。
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。
方法2 “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。
方法3 “黑白瓶法”测定溶氧量的变化
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。
方法4 叶圆片称重法——测定有机物的变化量
本方法通过测定单位时间、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。
方法5 叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率
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CO2放出O2，由于O2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。
方法6 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。
1．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。
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
1．(不定项)(2023·江苏南通高三期末)如图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列有关说法不正确的是( )
A．过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程②释放的能量用于C3的还原
C．过程③既产生[H]也消耗[H]
D．若过程①②的速率大于过程③的速率，则甘蔗植株的干重一定增加
2．如图的纵坐标表示某种植物O2吸收相对速率的变化(非适宜条件下)，下列说法不正确的是( )
A．可以判断d点开始进行光合作用
B．降低土壤中的Mg2＋浓度，一段时间后d点将向右移
C．提高大气中的CO2浓度，e点将向右下移
D．该植物细胞呼吸消耗O2的相对速率是4
考点二 光合作用与细胞呼吸综合应用
1．自然环境中(夏季)一昼夜植物CO2吸收量与CO2释放量变化曲线
(1)曲线各点的含义及形成原因分析
①a点：凌晨3时～4时，温度降低，________________________，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：光合作用强度________细胞呼吸强度。
④c点：上午7时左右，光合作用强度________细胞呼吸强度。
⑤ce段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑥d点：温度过高，部分__________________，出现“光合午休”现象。
⑦e点：下午6时左右，光合作用强度等于细胞呼吸强度。
⑧ef段：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
⑨fg段：太阳落山，光合作用停止，只进行细胞呼吸。
(2)绿色植物一昼夜内有机物的“制造”“消耗”与“积累”
2．密闭容器内一昼夜CO2浓度变化曲线
曲线 模型
模型分析
AB段 无光照，植物___________
BC段 温度降低，细胞呼吸减弱
CD段 C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<细胞呼吸强度
D点 光合作用强度 细胞呼吸强度
DH段 光合作用强度>细胞呼吸强度。其中FG段表示“ ”现象
H点 光合作用强度＝细胞呼吸强度，有机物积累______
HI段 光照继续减弱，光合作用强度<细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止
I点 I点低于A点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度 ，即总光合量 总呼吸量，植物 生长。
方法技巧 巧据小室内CO2(或O2)的“初测值”与“末测值”确认植物是否生长(注意：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)光合与细胞呼吸综合影响的结果。
3．光(CO2)补偿点与光(CO2)饱和点及其移动问题
(1)光(CO2)补偿点的移动
①呼吸速率增加，其他条件不变时，光(CO2)补偿点应________，反之________。
②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光(CO2)补偿点应右移，反之左移。
(2)光(CO2)饱和点的移动：相关条件的改变，使光合速率________时，光(CO2)饱和点C点应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。
(3)阴生植物与阳生植物相比，光(CO2)补偿点和饱和点都应________移动。
4．植物“三率”的含义、关系及判定
(1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(2)常考曲线分析
①
②
③以“测定的CO2吸收量与释放量”为指标：
科研人员将绿色的甲植物
放在温度适宜的密闭容器内，在不同的光照条件下，测定该容器内氧气量的变化如图所示。
(1)________时容器中的二氧化碳浓度最大。
(2)如果叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15 min内，小麦叶片光合作用的平均速率(用氧气产生量表示)是________________。
(3)B点时，容器内氧气量不再增加的原因是什么？
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
3．玻璃温室里栽培植物，对室内空气中CO2含量进行了24小时测定，图中曲线能正确表示测定结果的是(横轴为时间，纵轴为CO2浓度)( )
4．下面甲、乙两图分别表示一天内某丛林水分的失与得(A、B)和CO2的吸收与释放(m、N、L)的变化情况(S代表面积)。请据图分析，下列说法错误的是( )
A．若SB－SA>0，则多余的水分用于光合作用等生理过程
B．若SB－SA>0，且Sm－SN－SL>0，则丛林树木净光合作用大于0
C．从暗反应的角度考虑，若在一昼夜内SN＋SLD．若SB－SA<0，仅从环境推测，当日气温可能偏高或土壤溶液浓度偏低
1．(2022·全国乙，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
2．(2021·北京，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
3．(2018·江苏，29)下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
4．(2022·江苏，20)图Ⅰ所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题：
(1)图Ⅰ中，类囊体膜直接参与的代谢途径有__________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是________________。
(2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的__________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。
(3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图Ⅱ)。
①曲线a,0～t1时(没有光照，只进行呼吸作用)段释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于__________。
②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是_________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，从而降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的__________价值。
1．判断关于光合作用与细胞呼吸关系的叙述
(1)线粒体、叶绿体都能产生ATP，且均可用于各项生命活动( )
(2)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程( )
(3)用HO浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O( )
(4)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等( )
(5)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)( )
2．填空默写
下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答下列问题：
(1)7～10时的光合作用强度不断增强的原因是________________________。
(2)10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是_________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)14～17时的光合作用强度不断下降的原因是______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有________________________________________
______________________________________________________________________________。
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的措施有____________________
______________________________________________________________________________。
