新人教生物一轮复习学案：第10讲 光合作用与细胞呼吸的综合应用（教师版）

新人教生物一轮复习学案
第10讲 光合作用与细胞呼吸的综合应用
【素养目标】　1.阐明各种因素对光合作用强度的影响。(生命观念　科学思维)2.用动态联系的观点说明细胞呼吸强度与光合作用强度的大小关系，并举例说明它在实际生产生活中的应用。(科学思维　社会责任)
考点一　光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系
1．物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH，f：C5，g：CO2，h：C3。
2．生理过程及场所
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段
场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
3.物质和能量的联系
(1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向
C：CO2有机物丙酮酸CO2；
H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O；
O：H2OO2H2OCO2有机物。
(2)光合作用与有氧呼吸中的能量转化
[典例剖析]
(2022·沈阳高三检测)在光照等条件下，番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸、以及细胞内外交换的示意图如下(数字表示结构，小写字母代号表示物质的移动情况)，有关说法正确的是(　　)
A．图中线粒体中2处释放的能量远远多于3处
B．叶绿体产生的O2被线粒体利用，至少穿过3层生物膜
C．物质A进入线粒体后彻底分解不需要水的参与
D．h＝c，d＝g时的光照强度是满足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照强度
A　[据题图分析可知，2代表线粒体内膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，而3代表线粒体基质，发生第二阶段的反应，因为有氧呼吸第三阶段产生的能量最多，所以2处释放的能量远远多于3处，A正确；O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿叶绿体的3层膜(包括类囊体膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，B错误；根据题图分析可知，物质A是丙酮酸，进入线粒体后彻底分解需要水的参与，C错误；若h＝c，d＝g时，说明净光合作用速率为零，但题图是表示番茄叶片叶肉细胞，所以h＝c，d＝g时只是叶肉细胞中的光合速率＝呼吸速率，而番茄植株还有根尖等不能进行光合作用，只进行呼吸作用，所以整个番茄植株呼吸作用速率应该大于光合作用速率，D错误。]
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：光照等条件下，番茄叶片叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸＋题图
信息2：数字表示结构，小写字母代号表示物质的移动情况
信息转化 1.光合作用和细胞呼吸的过程
2.参与的细胞结构和物质转化途径
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力、建构模型能力
【角度转换】　提升语言表达能力
研究人员用含18O的葡萄糖追踪水稻根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
考向一　光合作用与细胞呼吸基本过程的判断
1．(2022·徐州高三检测)下图表示某绿色植物在生长阶段体内物质的转变情况，①和④过程中的[H]产生的场所依次是(　　)
A．细胞质基质；叶绿体、线粒体
B．细胞质基质、线粒体；叶绿体
C．叶绿体；细胞质基质、线粒体
D．线粒体；叶绿体、细胞质基质
C　[据图分析，①表示光合作用的光反应阶段，[H]产生于叶绿体的类囊体薄膜上；②表示光合作用的暗反应阶段，不产生[H]；③表示细胞有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，都能产生[H]，产生的场所分别是细胞质基质和线粒体；④表示有氧呼吸的第三阶段，是消耗[H]，C正确，ABD错误。]
2．(2022·扬州高三检测)如下图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法错误的是(　　)
A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④
C．②和⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定
D．光合作用速率小于细胞呼吸速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外
B　[据分析可知，X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP，A正确；光合作用光反应阶段和有氧呼吸的三个阶段都能产生ATP，①～⑤过程中能产生ATP的有①③④，过程②消耗ATP，B错误；据分析可知，X是三碳化合物，②表示C3的还原，⑤表示CO2的固定，C正确；光合速率小于呼吸速率时，呼吸作用产生的二氧化碳一部分用于光合作用，一部分释放到细胞外，即④过程产生的CO2会释放到细胞外，D正确。]
考向二　光合作用和细胞呼吸在物质和能量代谢上的联系
3．(2021·湖南卷，7)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(　　)
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
A　[弱光条件下植物没有氧气的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有氧气的释放，A错误；二氧化碳性质不活泼，在暗反应阶段，一个二氧化碳分子被一个C5分子固定后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放能量并且被[H]还原，因此二氧化碳不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期减掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和二氧化碳，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。]
4．(2022·安阳高三检测)如下图为某细胞内葡萄糖的代谢过程，其中a～d表示物质，①～④表示过程。下列相关叙述正确的是(　　)
A．a是[H]，与O2在线粒体内膜上反应生成d，d可参与过程③的反应
B．叶肉细胞中产生的a可参与C3的还原，c可用于光合作用的暗反应
C．b为ATP，过程①③④产生的能量大部分都存储在b中，过程④产生的b最多
D．缺氧条件下，人体肌细胞的丙酮酸不能转化为酒精是因为肌细胞中无相关的酶
D　[由题图分析可知，a是[H]，b是ATP，c是CO2，d是水，水参与有氧呼吸的第二阶段，原核细胞和真核细胞中葡萄糖代谢的场所有所不同，细菌作为原核生物，其细胞膜上有与呼吸作用相关的酶，所以原核细胞的有氧呼吸可能会在细胞膜上进行，真核细胞有氧呼吸的第二、三阶段在线粒体中进行，A错误；叶肉细胞呼吸作用产生的[H]，为还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用所产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，两者不是同一种物质，所以不能用于光合作用中C3的还原，但呼吸作用产生的CO2可参与光合作用的暗反应，B错误；有氧呼吸的三个阶段都有能量产生，有氧呼吸第三阶段产生的能量最多，但是大部分能量都以热能的形式散失，只有小部分存储在ATP中，C错误；无氧条件下，在不同物种细胞中丙酮酸转化为酒精还是乳酸，取决于细胞质基质中存在的相关酶的种类，D正确。]
考点二　真正光合作用和净光合作用的关系及其速率测定
1．不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点
曲线 光合作用强度与细胞呼吸强度的关系 气体代谢特点 图示
A点 只进行细胞呼吸 吸收O2，释放CO2
AB段 细胞呼吸强度大于光合作用强度 吸收O2，释放CO2
B点 细胞呼吸强度等于光合作用强度 不与外界发生气体交换
B点后 光合作用强度大于细胞呼吸强度 吸收CO2，释放O2
2.真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)根据关键词判定
检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量(植物)、减少量(环境) 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗)、 消耗量(黑暗) 释放量(植物)、增加量(环境) 产生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖 消耗量(黑暗) 积累量、增加量 产生量、生成量、制造量、合成量
3.光合速率的测定方法
(1)“液滴移动法”
①测定呼吸速率
a．装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
c．置于适宜温度环境中。
d．红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率
a．装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
b．必须给予足够光照处理，且温度适宜。
c．红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。
(2)“黑白瓶法”：黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物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)测得的为表观(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。
(3)“称重法”：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值，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，综合两者可计算出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。
[典例剖析]
(2022·全国甲卷，29)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________(答出1点即可)。
(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是_____________________________________。
答案　(1)ATP、NADPH([H])、O2
(2)自身呼吸消耗或建造植物体结构
(3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH([H])和ATP。
(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。
(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC、Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：植物分为C3植物和C4植物等类型
信息2：C4植物的CO2补偿点比C3植物的低
信息转化 1.CO2固定方式不同
2.C4植物能利用较低浓度的CO2
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】　提升语言表达能力
现将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，培养过程中先停止生长的是C3植物，分析依据是开始时，两株植物的光合作用大于呼吸作用，容器中CO2浓度下降，随着CO2浓度的下降至B点时，C3植株净光合作用为0，植株停止生长，而C4植物能够继续生长。
考向一　真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析
5．(2022·宁德高三检测)下图一表示甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势。下图二表示将植物甲置于CO2浓度不同的环境条件下，其光合速率受光照强度影响的变化趋势。下列相关说法错误的是(　　)
A．甲、乙两种植物单独种植时，若种植密度过大，则净光合速率下降幅度较大的是植物乙
B．甲、乙两种植物光合作用过程中都可以通过水的光解为其细胞代谢提供O2和NADPH
C．若图二中光照强度由d点升高至e点，则短时间内ATP/ADP的值会增大
D．与图二中的e点相比，限制f点光合速率的主要因素是CO2浓度
A　[甲、乙两种植物中，植物乙的光补偿点更低，对光的需求少，更适合光线弱的环境，而植物甲对光的需求多，过度密植时，植物甲受影响更大，A错误；光合作用中水的光解会释放O2，产生NADPH，O2可参与有氧呼吸，NADPH可供暗反应利用，B正确；当光照强度由d点升高至e点时，光反应增强，产生的ATP增多，消耗的ADP增多，所以，细胞内的ATP增多，ADP减少，ATP/ADP的值会增大，C正确；图二中的e点、f点在同等的光照强度下，e点的二氧化碳浓度高且光合作用强，说明与图二中的e点相比，限制f点光合速率的主要因素是CO2浓度，D正确。]
6．(2022·保定高三模拟)如下图表示天气晴朗、阳光明媚的上午10时某植物枝条上不同位置叶片的净光合速率。以下表述正确的是(　　)
A．由图可看出第5片叶和第15片叶的总光合速率相等
B．第10片叶叶绿体利用的CO2来自线粒体内膜和外界环境
C．限制第5片叶光合速率的主要因素是叶绿素含量，限制第15片叶光合速率的主要因素是光照强度
D．若突然出现多云天气，则该叶片短时间内C5含量将降低
D　[总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可看出第5片叶和第15片叶的净光合速率相等，不代表总光合速率相等，A错误；图中显示第10片叶净光合速率最大，且大于零，说明光合速率大于呼吸速率，因此，其叶绿体利用的CO2来自线粒体基质和外界环境，有氧呼吸过程中二氧化碳的产生部位是线粒体基质，B错误；第5片是成熟叶，限制其光合速率的应该是光照强度，第15片接受的光照较强，可能该叶片的气孔关闭导致二氧化碳吸收减少 ，进而导致叶光合速率较低，C错误；若突然出现多云天气，光照强度下降，光反应产生的NADPH和ATP减少，会导致C3还原速率下降，C5生成减少，而二氧化碳的固定还在正常进行，因此，该叶片短时间内C5含量将降低，D正确。]
考向二　光合速率的测定
7．(2022·邯郸高三模拟)测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如下图甲所示。下列分析正确的是(　　)
　
A．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
B．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量大于30 ℃时光合作用制造的有机物的量
C．如果该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，则总光合速率为1 kg·h－1
D．若将乙装置中NaHCO3溶液换成蒸馏水，则在黑暗条件下可测得B曲线
C　[在光照时间相同的情况下，在25 ℃时，CO2吸收量最大，即光合作用净合成量最大，积累的有机物最多，A错误；在光照时间相同的情况下，30 ℃时光合作用的总量为3.50(净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃时光合作用的总量为3.00(净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相同，B错误；该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X－1)kg，则呼吸速率为 [X－(X－1)]/4＝1/4 kg·h－1，然后光照4 h后重(X＋2)kg，则净光合速率为 [(X＋2)－(X－1)]/4＝3/4 kg·h－1，则总光合速率为呼吸速率＋净光合速率＝1/4 kg·h－1＋3/4 kg·h－1＝1 kg·h－1，C正确；将乙装置中NaHCO3溶液换成蒸馏水，则在黑暗条件下不能测得B曲线，D错误。]
8．(2022·重庆高三检测)某同学利用黑藻探究“光对光合速率的影响”，设计实验装置如下图乙。下图甲表示在一定光照强度下装置乙中黑藻叶肉细胞的部分代谢过程，其中a、b、c、d代表细胞结构，①～⑤表示物质。下列叙述正确的是(　　)
A．图甲a、b、c中存在光合作用色素的是a，提取光合作用色素需用层析液
B．单位时间内有色小液滴向右移动的距离代表黑藻光合作用的速率
C．图甲中①在b内参与有氧呼吸的第二阶段，能产生⑤的细胞结构只有a、b
D．图乙中，当CO2浓度突然降低时，则短期内叶绿体中C5的含量将增加
D　[根据分析可知，a为叶绿体，b为线粒体，c为液泡，光合色素存在于叶绿体的类囊体薄膜上，提取光合作用色素需用无水乙醇，A错误；单位时间内有色小液滴向右移动的距离代表黑藻的净光合作用速率，B错误；b是线粒体，是有氧呼吸二三阶段的场所，①是水分子，在b内参与有氧呼吸的第二阶段，⑤是ATP，能产生ATP的细胞结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，当CO2浓度突然降低时，短期内CO2与C5的固定速率降低，而C3的还原速率不变，因此叶绿体中C5的含量将增加，D正确。]
考点三　光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
1．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
2．植物光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
　
图1的B点、图2的B′C′段形成的原因：凌晨3时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。
图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。
图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。
图1的E点、图2的F′G′段形成的原因：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后光合作用强度小于呼吸作用强度。
图1的G点、图2的I′点：此时光照强度降为0，光合作用停止。
3．温度对光合作用和细胞呼吸的影响
图中，细胞呼吸速率(黑暗中CO2释放量)的最适温度为30 ℃，真正光合速率(CO2消耗量)的最适温度为25 ℃，净光合速率(CO2的吸收量)的最适温度为20 ℃。
[典例剖析]
(2022·重庆高三检测)夏季晴朗的白天，取某种绿色植物顶部向阳的叶片(阳叶)和下部阴蔽的叶片(阴叶)进行不离体光合作用测试。从8∶00～17∶00每隔1 h测定一次，结果如下图所示。请回答：
(1)净光合速率(A)与总光合速率(B)、呼吸速率(C)的关系可用式子表示为________(用图中字母表示)。
(2)由图可知，阴叶胞间CO2浓度与净光合速率呈________(填“正”或“负”)相关。10∶00 时阴叶细胞中CO2的固定速率、C3 的还原速率与9∶00 时相比依次为________(填“快”或“慢”)。
(3)一般认为，光合午休的原因是此时气温高，蒸腾作用强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱。图示实验结果________(填“支持”或“不支持”)上述观点，判断依据是__________________________________________________________________________。
(4)阴叶净光合速率比阳叶低，但胞间CO2浓度比阳叶高，原因可能是________________________________________________________________________。
答案　(1)B＝A＋C　(2)负　快、快
(3)不支持　据图中数据，光合午休时，胞间CO2浓度比较高　(4)与阳叶比阴叶光照强度相对弱，光反应速率低，产生NADPH和ATP少，C3还原速率低，进而造成二氧化碳固定速率低，阴叶阳叶呼吸速率接近，从而导致阴叶胞间二氧化碳浓度高
解析　(1)总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即B＝A＋C。
(2)由图中曲线的变化趋势可知，阴叶胞间CO2浓度与净光合速率呈负相关，原因是叶片光合作用从胞间吸收二氧化碳，净光合速率较低时，固定的CO2较少，胞间CO2浓度较高。与9∶00时相比，10∶00时，光照强度更高，净光合速率更高，故阴叶细胞中CO2的固定速率、C3的还原速率都较快。
(3)据图中数据，光合午休时，胞间CO2浓度比较高，所以图示实验结果不支持光合午休的原因是此时气温高，蒸腾作用强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱。
(4)阴叶净光合速率比阳叶低，但胞间CO2浓度比阳叶高，原因可能是：与阳叶比阴叶光照强度相对弱，光反应速率低，产生NADPH和ATP少，C3还原速率低，进而造成二氧化碳固定速率低，阴叶阳叶呼吸速率接近，从而导致阴叶胞间二氧化碳浓度高。
【名师点拨】　掌握信息转化能力
信息提取 信息1：取某种绿色植物顶部向阳的叶片(阳叶)和下部阴蔽的叶片(阴叶)进行不离体光合作用测试
信息2：从8∶00～17∶00每隔1h测定一次＋题图
信息转化 1.部位不同，CO2的浓度不同
2.阳叶净光合速率大于阴叶，胞间二氧化碳浓度低于阴叶
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力、建构模型能力
【角度转换】　提升语言表达能力
在其它条件相同的情况下，CO2浓度升高对植物的光合作用是有利的，原因是CO2浓度升高，与C5结合后能加速对光合作用暗反应的原料供给，提高暗反应的速率。
考向一　不同条件下光合作用和细胞呼吸速率曲线的分析
9．(2022·三明高三期末)下图为红松(阳生)和人参(阴生)两种植物在温度、水分均适宜的条件下，真正光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是(　　)
A．光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少
B．光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度
C．光照强度为c时，红松和人参在单位时间内积累的有机物量相等
D．若适当增加土壤中Mg2＋的含量，一段时间后B植物的a点左移
D　[光照强度为a时，对于人参(B)而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，A错误；光照强度在b点之后，限制红松(A)P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B错误；阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，在单位时间内积累的有机物量不相等，C错误；对于人参(B)而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，对应的光照强度为光补偿点；若适当增加土壤中Mg2＋的含量，B植物合成的叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后B植物的a点左移，D正确。]
10．(2022·河北高三4月检测)植株上不同叶位的叶片叶龄及相应的叶片活力有差异。科研人员将顶部完全展开的叶片作为第一叶位的叶片，并向下逐片计数，在适宜条件下对不同叶位叶片气孔导度(Gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci)的变化进行研究，结果如下图。下列分析错误的是(　　)
A．叶片气孔导度随着叶位的上升呈现逐渐减小的变化趋势
B．第2叶位与第6叶位叶片相比，叶绿体中C3与C5的比值降低
C．第1～6叶位胞间CO2浓度的变化与光合作用消耗和气孔导度减小有关
D．第6～12叶位胞间CO2浓度逐渐升高与叶龄增大、叶片衰老和光合衰退有关
B　[由曲线可知，叶片气孔导度随着叶位的上升呈现逐渐减小的变化趋势，A正确；第2叶位叶片气孔导度大于第6叶位，若叶片活力相同，叶绿体中CO2固定形成的C3更多，C3/C5升高，B错误；由于光合作用消耗和气孔导度减小，导致第1～6叶位胞间CO2浓度下降，C正确；由于叶龄增大、叶片衰老、光合衰退，导致CO2利用率降低，第6～12叶位胞间CO2浓度逐渐升高，D正确。]
考向二　光合作用和细胞呼吸的日变化曲线分析
11．(2022·黄冈高三模拟)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，下列有关叙述正确的是(　　)
A．一天中适当遮光均会显著增强净光合速率
B．b－M段叶肉细胞内合成ATP的场所只有细胞质基质和线粒体
C．M点时叶肉细胞消耗的CO2量一般等于呼吸产生的CO2量
D．e－f段净光合速率降低的原因是CO2吸收量减少影响暗反应所致
D　[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；b－M段光合作用强度小于呼吸作用强度，结合题图可知，此时该植物能进行光合作用，故b－M段叶肉细胞内合成ATP的场所不仅有细胞质基质和线粒体，还有叶绿体，B错误；M点80%遮光时该植物体净光合速率等于0，也就是植物体内所有能进行光合作用的细胞消耗的CO2量等于所有细胞呼吸产生的CO2量，但是就叶肉细胞来说，其光合作用消耗的CO2量一般大于该细胞呼吸作用产生的CO2量，C错误；图示为夏季时某植物体在不同程度遮光条件下净光合速率，不遮光条件下，e－f段净光合速率降低，原因是该时间内气孔关闭，CO2吸收量减少，影响暗反应所致，D正确。]
12．(2022·锦州高三检测)将生长旺盛的某农作物植株培养在密闭、透明的玻璃钟罩内，在温度适宜恒定的条件下，测得晴朗的一昼夜钟罩内CO2浓度变化曲线如下图所示，以下分析正确的是(　　)
A．a－b段随着光照强度逐渐增加，光合作用速率不断提高
B．d点后二氧化碳浓度高抑制细胞呼吸
C．c－d段密闭罩内氧气含量充足，呼吸作用速率不断提高
D．d点后呼吸作用速率缓慢是因为温度较低而影响酶的活性
B　[a－b段随着光照强度逐渐增加，并且开始CO2浓度充足，因此开始一段时间内光合速率上升，但由于密闭钟罩中的CO2浓度逐渐降低，到b点时植物的光合速率等于呼吸速率，因此光合速率后来又有所下降，即光合作用速率先上升后下降，A错误；在温度适宜的条件下，d点后CO2浓度升高，氧气浓度下降，则会抑制细胞呼吸，B正确；c－d段密闭罩内CO2浓度升高，说明植物的光合速率小于呼吸速率，因此氧气浓度不断减少，则呼吸作用速率不断下降，C错误；题干明确了温度适宜恒定，所以d点后呼吸减慢不是温度引起的，而是密闭环境中氧气不足所致，D错误。]
【规律方法】　提高大棚内农作物产量的途径
途径 具体方法和注意事项
延长光照时间 夜间适当补充光照：最好选择日光灯，时间不能太长，保证经济效益
增大光合面积 合理密植：要适度，避免相互遮光造成减产
间作、套种：要选择合适的两种作物，减少竞争导致的减产
提高光合作用强度 提高CO2浓度：如适当通风、焚烧秸秆、施用农家肥等
合理施肥：如农家肥和化肥配合使用，还要避免施肥过度造成“烧苗”
提高净光合作用速率 适当增大昼夜温差：白天适当升温，夜间适当降温，增加有机物的积累量
(十)光合作用的气孔限制和非气孔限制
气孔是植物体与外界环境进行H2O和CO2等气体交换的重要门户，也是气体交换的调节机构：既能让光合作用需要的CO2通过，又能防止过多的水分损失。
高效的扩散速率解决了CO2吸收的问题，却引起了另一个问题，就是水分的散失也太快：植物通常有90%以上的水分是通过气孔散失的。如何解决水分与CO2矛盾，成为气孔调节的核心问题。
植物解决水分与CO2矛盾的方法之一是根据不同的气候环境来调节气孔的密度、位置、大小和结构。此外，植物对气孔开闭行为的调节也起着重要的作用。气孔开闭主要的调节因子有昼夜节律、红蓝光、脱落酸(ABA)、CO2浓度、大气湿度、温度等。这些因素又直接或间接地与水分和CO2有关。
若光合作用的减弱是气孔开度变小影响了CO2向固定部位的扩散造成的，则这种限制称为光合作用的气孔限制，如光照、水分、温度。若外界环境影响到叶肉细胞的同化能力，则即使细胞间隙中CO2浓度很高，光合作用仍然很弱，这种限制称为光合作用的非气孔限制，如氧气、CO2浓度、酶等。
[对点训练]
1．(2022·北京高三检测)光合作用降低的原因分为气孔限制和非气孔限制两个方面。研究人员测定了不同程度的干旱胁迫下两种苜蓿的相关指标，部分数据如下图所示。以下分析正确的是(　　)
　
A．气孔限制主要影响光反应速率
B．干旱胁迫导致胞间CO2浓度下降
C．光合速率下降的原因主要是非气孔限制
D．推测品种1比品种2更耐干旱
D　[气孔是CO2的通道，CO2是碳反应(暗反应)的原料之一，因此气孔限制主要影响碳反应(暗反应)速率，A错误；第二幅图表示干旱胁迫对不同品种的影响，据此可知对于品种1轻度干旱胁迫导致胞间CO2浓度下降，而中度和重度都是上升，对于品种2，不同程度的干旱胁迫均导致胞间CO2浓度下降，B错误；品种1胞间CO2浓度上升(重度和中度)，净光合速率下降，为非气孔因素限制，品种2胞间CO2浓度下降，净光合速率下降，为气孔因素限制，故光合速率下降的原因主要是气孔限制，C错误；品种1的净光合速率下降幅度更小，因此推测品种1比品种2更耐干旱，D正确。]
2．(2021·河北卷，19)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m－2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m－2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度(mmol·m－2s－1) 85 65 196
叶绿素含量(mg·g－1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性(μmol·h－1g－1) 316 640 716
光合速率(μmol·m－2s－1) 6.5 8.5 11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题：
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括___________________________________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的__________，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与______________离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动__________________两种物质的合成以及______的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是_____________________________________________________。
答案　(1)细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物　主动吸收
(2)镁　ATP和NADPH(或[H])　水　C5(或RuBP)
(3)气孔导度增加，CO2吸收量增多，同时RuBP羧化酶活性增大，使固定CO2的效率增大
解析　(1)细胞内的水以自由水与结合水的形式存在，结合水是细胞结构的重要组成成分，自由水是细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物；根据表格分析，水＋氮组的气孔导度大大增加，增强了植物的蒸腾作用，有利于植物根系吸收并向上运输氮，所以补充水分可以促进玉米根系对氮的主动吸收，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮，叶绿素的元素组成有C、H、O、N、Mg，其中氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体膜，完成的反应是水光解产生NADPH([H])和氧气，同时将光能转变成化学能储存在ATP和NADPH([H])中，其中ATP和NADPH([H])两种物质含有氮元素；暗反应包括二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程，其中RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到C5(RuBP)分子上，反应形成的C3被还原为糖类。
(3)分析表格数据可知，施氮同时补充水分使气孔导度增加，CO2吸收量增多，同时RuBP羧化酶活性增大，使固定CO2的效率增大，使植物有足量的CO2供应，从而增加了光合速率。
1．(2022·北京卷，2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出(　　)
A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高
B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高
C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小
D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高
D　[分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，之后随着温度的继续升高而减小，A正确；分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，最适温度为25 ℃左右；当CO2浓度为370 μL·L－1时，最适温度为30 ℃；当CO2浓度为1000 μL·L－1时，最适温度接近40 ℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；分析题图可知，当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的升高而改变的程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小，C正确；分析题图可知，10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L－1至1000 μL·L－1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370 μL·L－1时与1000 μL·L－1时，两者光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。]
2．(2021·广东卷，15)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其它性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　)
A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)
B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)
C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
D　[由图1可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)，A正确；由图1可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，由此可推断，t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)，B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其它性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，但是超过光的饱和点，再增大光照强度三者光合速率的差异也不再变化，D错误。]
3．(2022·浙江6月选考，27)通过研究遮阴对花生光合作用的影响，为花生的合理间种提供依据。研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如下表所示。
处理 指标
光饱 和点 (klx) 光补 偿点 (lx) 低于5 klx光 合曲线的斜率(mgCO2·dm－2·hr－1.klx－1) 叶绿素 含量 (mg·dm－2) 单株光 合产量 (g干重) 单株叶光 合产量 (g干重) 单株果实 光合产量 (g干重)
不遮阴 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25
遮阴2小时 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21
遮阴4小时 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13
注：光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光照强度。光合曲线指光照强度与光合速率关系的曲线。
回答下列问题：
(1)从实验结果可知，花生可适应弱光环境，原因是在遮阴条件下，植株通过增加__________，提高吸收光的能力；结合光饱和点的变化趋势，说明植株在较低光强度下也能达到最大的__________；结合光补偿点的变化趋势，说明植株通过降低__________________，使其在较低的光强度下就开始了有机物的积累。根据表中____________________的指标可以判断，实验范围内，遮阴时间越长，植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合产物主要以__________形式提供给各器官。根据相关指标的分析，表明较长遮阴处理下，植株优先将光合产物分配至__________中。
(3)与不遮阴相比，两种遮阴处理的光合产量均________。根据实验结果推测，在花生与其他高秆作物进行间种时，高秆作物一天内对花生的遮阴时间为________(A．<2小时　B．2小时　C．4小时　D．>4小时)，才能获得较高的花生产量。
答案　(1)叶绿素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲线的斜率　(2)蔗糖　叶　(3)下降　A
解析　(1)从表中数据可以看出，遮阴一段时间后，花生植株的叶绿素含量在升高，提高了对光的吸收能力。光饱和点在下降，说明植株为适应低光照强度条件，可在弱光条件下达到饱和点。光补偿点也在降低，说明植物的光合作用在下降的同时呼吸速率也在下降，以保证植物在较低的光强下就能达到净光合大于0的积累效果。低于5 klx光合曲线的斜率体现弱光条件下与光合速率的提高幅度变化，在实验范围内随遮阴时间增长，光合速率提高幅度加快，说明植物对弱光的利用效率变高。
(2)植物的光合产物主要是以有机物(蔗糖)的形式储存并提供给各个器官。结合表中数据可以看出，较长(4小时)遮阴处理下，整株植物的光合产量下降，但叶片的光合产量没有明显下降，从比例上看反而有所上升，说明植株优先将光合产物分配给了叶。
(3)与对照组相比，遮阴处理的两组光合产量有不同程度的下降。若将花生与其他高秆作物间种，则应尽量减少其他作物对花生的遮阴时间，才能获得较高的花生产量。
4．(2021·海南卷，21)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，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14 h/10 h，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，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24 h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量__________。
答案　(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
解析　(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。
(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。
5．(2021·浙江6月选考，27)不同光强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响如图甲；16h光照，8h黑暗条件下，无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响如图乙。回答下列问题：
(1)叶片细胞中，无机磷主要贮存于__________，还存在于细胞溶胶、线粒体和叶绿体等结构，光合作用过程中，磷酸基团是光反应产物__________的组分，也是卡尔文循环产生并可运至叶绿体外的化合物__________的组分。
(2)图甲的O～A段表明无机磷不是光合作用中_______________________过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖和淀粉含量分别是________；不论高磷、低磷，24 h内淀粉含量的变化是____________________。
(3)实验可用光电比色法测定淀粉含量，其依据是____________________。为确定叶片光合产物的去向，可采用__________法。
答案　(1)液泡　ATP和NADPH　三碳糖磷酸　(2)光反应　较低、较高　光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少　(3)淀粉遇碘显蓝色，其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比　14CO2的同位素示踪
解析　(1)成熟植物细胞具有中央大液泡，是植物细胞贮存无机盐类、糖类、氨基酸、色素等的“大仓库”，所以无机磷主要贮存于大液泡中。光合作用过程中，光反应产物有O2、ATP和[H](NADPH)，而磷酸基团是ATP和NADPH的组分，也是RuBP(核酮糖二磷酸)和三碳糖(三碳糖磷酸)的组分，其中三碳糖磷酸是经卡尔文循环产生并可运至叶绿体外转变成蔗糖。
(2)图甲中O～A段，随光照强度增大，净光合速率均增大，表明这时限制因素为光照强度，即光反应限制了光合作用；且高磷和低磷条件下大豆叶片净光合速率的曲线完全重合，说明无机磷不是光合作用中光反应过程的主要限制因素。由图乙可知，光照下，与高磷相比，低磷条件的蔗糖含量低，而淀粉含量高；不论高磷、低磷，24 h内淀粉含量的变化趋势均为光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量减少。
(3)光电比色法是借助光电比色计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求出被测物质的含量的方法。淀粉遇碘显蓝色，其颜色深浅与淀粉含量在一定范围内成正比，可用于糖的定量，故用光电比色法测定淀粉含量；为确定叶片光合产物的去向，可采用(放射性)同位素示踪法标记14CO2，通过观察放射性出现的位置进而推测叶片光合产物的去向。