2025届高考生物二轮专题突破：专题一 分子与细胞 选填题探析四 细胞呼吸和光合作用的过程及其关系（含答案）

选填题探析四　细胞呼吸和光合作用的过程及其关系
【考情分析】
　　1.考查题型:该部分内容的命题以非选择题为主,属于年年必考的题目。
2.考查趋势:试题情境主要有两种。一是大学教材中有氧呼吸和光合作用过程的文字或图解,二是科学家所做的一种或多种环境因素对两个过程影响的实验数据表或坐标曲线。
考点1　细胞呼吸与光合作用的过程
【知识归纳】
1.光合作用与细胞呼吸过程变化的内在联系
(1)物质变化过程
(2)相应元素转移过程
元素 转移过程
C
O
H
(3)能量变化过程
(4)光合作用与细胞呼吸中有关的NADH、NADPH、ATP的来源与去路分析
2.分析C3、C5等物质含量变化的一般思路
(1)绘制光合作用模式简图
(2)从物质的生成和消耗两个方面综合分析
3.总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
【特别提醒】
①若题干中给出的信息是叶绿体吸收CO2的量或叶绿体释放O2的量,则该数据为总光合速率。
②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细胞呼吸强度。
4.光合作用与细胞呼吸曲线中“关键点”移动的分析
(1)A点的移动:A点代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。
(2)光补偿点的移动
①呼吸速率增加,其他条件不变时,光补偿点应右移,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,光补偿点应右移,反之左移。
(3)光饱和点的移动
相关条件的改变(如增大CO2浓度)使光合速率增大时,光饱和点C应右移(C'点右上移),反之C应左移(C'点左下移)。
【高考真题】
1.(2023·湖北卷,T8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体,PSⅡ光复合体含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究发现,PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ,通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　)。
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合,不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
2.(2023·天津卷,T9)下图是某绿藻适应水生环境,提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是( )。
A.物质X通过提高有氧呼吸水平促进HCO3-进入细胞质基质
B.HCO3-利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质
C.水光解产生的H+提高类囊体腔CO2水平,促进CO2进入叶绿体基质
D.光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境
【考向速清】
(1)(2023·广东卷,T7)在游泳过程中,还原型辅酶Ⅰ参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物。 ( )
(2)(2022·河北卷,T4)呼吸作用中有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中。 ( )
(3)(2022·全国甲卷,T4)线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与。 ( )
(4)[2022·全国甲卷,T29(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)。
【对点强化】
1.(原创)为了给干旱地区春小麦种植提供科学的施肥指导,科研人员设置了3个化肥施用深度处理:浅施(15 cm)、中施(30 cm)、深施(45 cm)。每个处理重复3次,一段时间后测得相关指标如下表。下列说法正确的是( )。
处理 组 光合速率/(μmol CO2·m-2·s-1) 气孔导度/ (mmol·m-2·s-1) 叶绿素质量分数/ (mg·g-1 FW)
浅施 (18.5±2.0)a (0.12±0.02)a (1.8±0.2)a
中施 (22.3±1.8)b (0.15±0.02)b (2.1±0.2)a
深施 (26.7±1.7)c (0.18±0.01)c (2.5±0.1)b
注:同列数据肩标不同小写字母表示差异显著,肩标相同或不标注者表示差异不显著;“FW”代表鲜重。
A.本实验的目的是探究耕种方式对干旱条件下春小麦光合作用的影响
B.为了让春小麦更好地吸收化肥,应给予充足的灌溉
C.与浅施相比,中施光合速率更高的主要原因是叶绿素质量分数更高
D.深施可能促进了春小麦根系向深层土壤中生长,从而更好地利用水分和养分
2.(2024·山西朔州三模)某生物小组利用图1装置在光合作用最适温度(25 ℃)下培养某植株幼苗,通过测定不同时段密闭玻璃罩内幼苗的O2释放速率来测定光合速率,结果如图2所示。回答下列问题:
(1)若用缺镁的完全培养液培养,叶肉细胞内　　　　　　合成减少,该植物在同样的条件下测定的光补偿点(植物通过光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗的有机物相平衡时的光照强度)会　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)光照条件下植物合成ATP的场所有　　　　　　　　　　　　(填细胞具体结构),而在黑暗、O2充足条件下,CO2是从　　　　　　(填细胞具体结构)中释放的。
(3)t2时刻叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸作用强度的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。t4时补充CO2,短时间内叶绿体中C3的含量将　　　　。
(4)图1装置在密闭、无O2、其他条件适宜的小室中,照光一段时间后,发现植物幼苗的有氧呼吸速率增加,原因是 　。
(5)在生产实践中,常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度,其原理是 　。
考点2　影响光合作用和细胞呼吸的因素
【知识归纳】
1.影响细胞呼吸的四类曲线
2.影响光合速率的曲线分析
(1)环境因素:光照强度、CO2浓度和温度等
(2)内部因素:光合色素的含量、酶的数量和活性、植物的种类和叶龄等
①阳生植物与阴生植物对光能的利用能力不同,阳生植物的光补偿点与光饱和点均大于阴生植物的。
②植物叶面积指数、叶龄不同,对光能的利用能力不同。
图甲:合理密植有利于有机物的积累。
图乙:成熟叶片的光合作用最强。
(3)多因子影响
上述图1、图2、图3中的曲线分析:P点时,限制光合速率的主要因素应为横坐标所表示的因子,随着该因子的不断加强,光合速率不断提高。当达到Q点时,横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素,要想提高光合速率,可适当提高图示中其他因子的作用。
3.密闭环境中一昼夜CO2和O2含量的变化曲线
(1)光合速率等于呼吸速率的点是C、E。
(2)图甲中N点低于虚线,说明一昼夜CO2含量降低,净光合速率大于0,植物有机物的积累量大于0,该植物表现为正常生长。
(3)图乙中N点低于虚线,说明一昼夜O2含量降低,净光合速率小于0,植物有机物的积累量小于0,该植物没有生长。
4.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线分析
(1)一天中有机物积累最多的时间点:e点。
(2)一昼夜有机物的积累量:SP-SM-SN。
【高考真题】
1.(2024·新课标卷,T2)干旱缺水条件下,植物可通过减小气孔开度减少水分散失。下列叙述错误的是( )。
A.叶片萎蔫时叶片中脱落酸的含量会降低
B.干旱缺水时进入叶肉细胞的CO2会减少
C.植物细胞失水时胞内结合水与自由水比值增大
D.干旱缺水不利于植物对营养物质的吸收和运输
2.(2023·北京卷,T3)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )。
A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用
D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大
3.(2024·山东卷,T16改编)种皮会限制O2进入种子。豌豆干种子吸水萌发实验中子叶耗氧量、乙醇脱氢酶活性与被氧化的NADH的关系如图所示。已知无氧呼吸中,乙醇脱氢酶催化生成乙醇,与此同时NADH被氧化。下列说法错误的是( )。
A.p点为种皮被突破的时间点
B.Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸
C.Ⅲ阶段种子无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐增加
D.q处种子无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多
4.(2024·河北卷,T19)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题:
(1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中　　　　光可被位于叶绿体　　　　　　上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为　　　　和　　　　。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的　　　　较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用　　　　作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是　 　。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为 　(答出2点即可)。
【考向速清】
(1)(2023·湖北卷,T11)光合作用强度减弱,有机物合成减少是高温下作物减产的原因之一。 ( )
(2)(2022·全国乙卷,T2)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。关于这一实验现象的解释是初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率。 ( )
(3)(2021·湖南卷,T7)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。 ( )
(4)(2021·湖南卷,T12)农作物种子入库储藏时,在无氧和低温条件下呼吸速率降低,储藏寿命显著延长。 ( )
【对点强化】
1.[考查温度对光合速率和呼吸速率的影响](2024·北京东城一模)研究人员在适宜光强和黑暗条件下分别测定发菜放氧和耗氧速率随温度的变化,绘制曲线如图所示。下列叙述错误的是( )。
A.发菜生长的最适温度是25 ℃左右
B.30 ℃时净光合速率是150 μmol·mg-1·h-1
C.35 ℃时光合速率等于呼吸速率
D.在放氧和耗氧的过程中都有ATP的产生
2.[考查盐胁迫对植物光合速率的影响](2024·江西模拟)农业生产中,松土能有效减轻盐碱地(盐胁迫)对棉花生长的影响。下图表示在模拟盐胁迫条件下,棉花幼苗的生长状况及气孔开度(气孔由两个保卫细胞围成,气孔开放和关闭与保卫细胞的吸水和失水相关联)。回答下列问题:
(1)在t3之前,盐胁迫导致气孔开度下降,其原因可能是　　　　　　　　　　　。与无盐胁迫相比,盐胁迫后棉花的净光合速率会降低,出现这种变化的主要原因是　 　。
(2)松土对棉花的作用是 　。
在松土条件下,棉花根细胞的细胞呼吸的总反应式为　 。
(3)研究发现外施乙烯气体会显著增强植物对盐胁迫的耐受性。乙烯的主要功能为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出2项即可)。
参考答案
考点1　细胞呼吸与光合作用的过程
高考真题
1.C　解析　叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降,LHC Ⅱ与PS Ⅱ分离减少,PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强,A正确;Mg2+是叶绿素的组成成分,其含量减少会导致PS Ⅱ光复合体上的叶绿素含量减少,从而导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱,B正确;由题图可知,弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合,能增强LHC Ⅱ对光能的捕获,C错误;由题意可知,PS Ⅱ光复合体能吸收光能,并分解水,水光解产生H+、电子和O2,D正确。
2.B　解析　光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成,因此物质X可通过提高有氧呼吸水平促进HC进入细胞质基质,A正确;HC进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能,属于主动运输,通道蛋白只能参与协助扩散,B错误;据图可知,光反应中水光解产生的H+促进HC进入类囊体,并与HC在类囊体腔内反应产生CO2,因此水光解产生的H+能提高类囊体腔CO2水平,C正确;据图可知,光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸,产生更多的ATP,有利于HC进入叶绿体基质,产生CO2,保证了暗反应的CO2供应,D正确。
考向速清
(1)√
(2)×　提示:有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在有氧呼吸第三阶段,场所是线粒体内膜。
(3)×　提示:丙酮酸分解为CO2和[H]是有氧呼吸第二阶段,场所是线粒体基质,该过程需要水的参与,不需要O2的参与。
(4)植物自身呼吸消耗或建造植物体结构
对点强化
1.D　解析　分析题表可知,该实验的目的是探究施肥深度对干旱条件下春小麦光合作用的影响,A错误;由题意可知,该实验旨在为干旱地区春小麦种植提供科学的施肥指导,需模拟水分胁迫条件且确保此条件下春小麦能够正常生长,因此实验应该控制水的灌溉量,B错误;分析题表可知,浅施和中施叶绿素质量分数不存在显著差异,而气孔导度存在显著差异,因此导致光合速率有差异的主要原因是气孔导度,C错误;化肥深施能够促进根系向深层土壤中生长,使春小麦更好地利用深层土壤的水分和养分,有助于维持水分平衡,D正确。
2.(1)叶绿素　增大　(2)细胞质基质、线粒体、叶绿体类囊体薄膜　线粒体基质　(3)有部分植物细胞不能进行光合作用但能进行呼吸作用　增加　(4)植物在光下进行光合作用释放O2,使密闭小室中O2含量增加,有氧呼吸速率增加
(5)农家肥富含有机物,在微生物作用下会释放出大量CO2
解析　(1)镁是合成叶绿素的原料,若用缺镁的完全培养液培养,叶肉细胞内叶绿素合成减少,从而影响植物对光的吸收,因此该植物在同样的条件下测定的光补偿点会增大。(2)光照条件下植物既进行光合作用,又进行呼吸作用,因此ATP的合成场所是叶绿体、线粒体和细胞质基质。在黑暗、O2充足条件下,CO2是由有氧呼吸产生的,而有氧呼吸产生CO2发生在第二阶段,场所是线粒体基质。(3)据图可知,t2时刻植物的光合速率等于呼吸速率,而部分细胞不能进行光合作用但能进行呼吸作用,故叶肉细胞光合作用强度大于细胞呼吸作用强度。t4时补充CO2,暗反应阶段的CO2固定过程加快,而C3的还原(消耗量)几乎不变,故此时叶绿体内C3的含量将增加。(4)(5)略。
考点2　影响光合作用和细胞呼吸的因素
高考真题
1.A　解析　叶片萎蔫时,叶片中的脱落酸含量会增加,A错误;干旱缺水时,植物气孔开度减小,吸收的CO2会减少,植物的光合速率会降低,B正确;植物细胞失水时主要失去自由水,自由水含量下降,结合水与自由水比值会增大,C正确;缺水会影响植物体内各种需要水分参与的生理反应,而植物对营养物质的吸收和运输往往需要水分参与,故缺水不利于该过程,D正确。
2.C　解析　CO2吸收速率代表净光合速率,低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升,呼吸作用释放的CO2增多,需要从外界吸收的CO2减少,A正确;在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是随着温度升高,光合酶的活性增强,B正确;CP点代表呼吸速率等于光合速率,植物可以进行光合作用,C错误;图中M点处CO2吸收速率最大,即净光合速率最大,也就是光合速率与呼吸速率的差值最大,D正确。
3.C　解析　由图可知,p点乙醇脱氢酶活性开始下降,子叶耗氧量急剧增加,说明此时无氧呼吸减弱,有氧呼吸增强,故该点为种皮被突破的时间点,A正确;Ⅱ阶段种子内O2浓度降低限制了有氧呼吸,使子叶耗氧速率降低,但为了保证能量的供应,乙醇脱氢酶活性继续升高,加强无氧呼吸提供能量,B正确;Ⅲ阶段种皮已经被突破,种子有氧呼吸增强,无氧呼吸合成乙醇的速率逐渐降低,C错误;q处种子无氧呼吸与有氧呼吸氧化的NADH相同,根据有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可知,此时无氧呼吸比有氧呼吸分解的葡萄糖多,D正确。
4.(1)蓝　类囊体薄膜　C5　糖类　紫外光　(2)无水乙醇　叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
(3)与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜紫外光透过率低,蓝光透过率高,降低紫外光对幼苗辐射的同时不影响其光合作用;覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用
解析　(1)吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。光合色素吸收的光能用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原,转化为糖类和C5。据题图可知,与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,因此可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光。(3)略。
考向速清
(1)√　(2)√　(3)√
(4)×　提示:种子无氧呼吸会产生酒精,因此农作物种子入库储藏时,应在低氧和零上低温条件下保存。
对点强化
1.C　解析　放氧速率表示净光合速率,耗氧速率表示呼吸速率。发菜的生长状况取决于净光合速率,根据题图信息,发菜在25 ℃左右放氧速率最大,即发菜生长的最适温度是25 ℃左右,A正确;30 ℃时发菜的放氧速率(即净光合速率)是150 μmol·mg-1·h-1,B正确;35 ℃时两条曲线相交,所以该温度下净光合速率等于呼吸速率,C错误;细胞呼吸和光合作用过程均有ATP的产生,D正确。
2.(1)盐胁迫导致保卫细胞失水增加　气孔开度减小,使供应给光合作用的CO2减少,光合速率下降,呼吸速率基本不变,净光合速率下降　(2)增加土壤中氧气含量,促进棉花根系的呼吸作用,有利于矿质元素的吸收　C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量　(3)促进果实成熟,促进开花,促进叶、花、果实脱落
解析　(1)略。(2)松土能增加土壤氧气含量,促进棉花根系的呼吸作用,有利于矿质元素的吸收。在松土条件下,棉花根细胞的细胞呼吸的总反应式为C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量。(3)乙烯的主要功能有促进果实成熟,促进开花,促进叶、花、果实脱落。