第4讲 细胞呼吸与光合作用的关系
细胞呼吸与光合作用相互联系的考题,可全面考查结构与功能观、物质与能量观等生命观念,在高考命题中考查频次较高。命题多借助图示模型或情境信息等进行考查,选择题、非选择题都是常见题型。本讲从“细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系”“真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系”“自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化”三个角度进行剖析,提高考生对细胞呼吸与光合作用的关系的综合分析能力。
主题研习(一) 细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系
[典例导析]
(2023·天津高考)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图,关于此图说法错误的是 ( )
A.HC经主动运输进入细胞质基质
B.HC通过通道蛋白进入叶绿体基质
C.光反应生成的H+促进了HC进入类囊体
D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
听课随笔:
[思维建模]
1.细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系
(1)物质转化
C CO2(CH2O)丙酮酸 CO2
H H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
O H2OO2H2OCO2(CH2O)
(2)能量变化
2.光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路
[应用体验]
1.(2025·太原模拟)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①③④⑤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H2O
D.物质A、B、D、E、F中都含H
2.科研人员用适宜光照条件下正常生长的水稻植株,进行同位素标记实验。下列有关叙述错误的是 ( )
A.提供O,一段时间后,能在CO2中检测到18O
B.提供O,一段时间后,不能在有机物中检测到18O
C.提供14CO2,则根细胞在缺氧状态下可能出现14C2H5OH
D.提供14CO2,叶绿体中14C的转移途径大致是14CO2→→(14CH2O)
3.研究表明,相对于动物,植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径,该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境,具体过程如图所示,其中iATP为细胞内ATP,eATP为细胞外ATP。
(1)若要将叶肉细胞中叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,常采用的方法是 (答1种即可)。从结构上来看,二者都具有 层膜。
(2)据图推测,图中的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于 膜上。在暗反应阶段,NADPH参与卡尔文循环时的具体作用是 。
(3)强光下,光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量,使叶绿体内NADP+含量 。植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径,将过多的NADPH转移出叶绿体,并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以 的形式散失,从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时,eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降,进一步避免光抑制现象产生,因此强光照射下植物可避免光抑制,该调节过程为 (填“正反馈”或“负反馈”)。
(4)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合酶,eATP可来源于 (填场所)产生的iATP,据图判断,eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用,理由是________
____________________________________________________。
听课随笔:
主题研习(二) 真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
[典例导析]
(2024·全国甲卷,改编)在自然条件下,某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等,叶片有机物积累速率 (填“相等”或“不相等”),原因是 。
(2)在温度d时,该植物体的干重会减少,原因是 。
(3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是 (答出一点即可)。
(4)通常情况下,为了最大程度地获得光合产物,农作物在温室栽培过程中,白天温室的温度应控制在 最大时的温度。
听课随笔:
[思维建模]
1.构建光合作用与细胞呼吸关系的模型
2.真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(1)判定方法
(2)相关计算
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)=实测植物氧气释放量+细胞呼吸耗氧量。
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)=实测植物CO2吸收量+细胞呼吸CO2释放量。
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。
[应用体验]
1.(2025·鞍山模拟)如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述错误的是 ( )
A.若细胞①处于黑暗环境中,那么该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率
B.细胞②没有与外界发生O2和CO2交换,可断定此时光合速率等于呼吸速率
C.细胞③处在较强光照条件下,细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和
D.对细胞④分析可得出,此时的光照强度较弱且物质的量n1小于m2
2.以测定的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呼吸作用的影响,结果如图所示。下列分析正确的是 ( )
A.光照相同时间,35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B.光照相同时间,在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25 ℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等
主题研习(三) 自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化
[典例导析]
(2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照
光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是 ,原因是 。
(2)光照t时间时,a组CO2浓度 (填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是 组,判断依据是 。
(4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会 (填“升高”“降低”或“不变”)。
听课随笔:
[思维建模]
1.开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析
MN和PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少
N~P 光合作用与呼吸作用同时进行
NA和EP 清晨和傍晚光照较弱,光合作用强度小于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量减少,环境中CO2量增加,O2量减少
A点和E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量不变,环境中CO2量不变,O2量不变
一昼夜有机物的积累量(用CO2表示)=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用释放的CO2量,即S3-(S1+S2) A~E 光合作用强度大于细胞呼吸强度;植物体内有机物的总量增加,环境中CO2量减少,O2量增加
BC 叶片表皮气孔部分关闭,出现“光合午休”现象
E点 光合作用产物的积累量最大
2.密闭小室内O2浓度、CO2浓度与时间的关系分析
模型图 图示分析
一昼夜 CO2浓 度变化 ①MA'(OA)段,小室内O2减少,CO2增加,表明光合速率<呼吸速率,净光合速率<0,植物不生长,空气变得“浑浊”。 ②A'B'(AB)段,小室内O2增加,CO2减少,光合速率>呼吸速率,净光合速率>0,植物生长,空气得以更新。 ③“终点N”与“始点M”比较:若曲线表示CO2含量变化,N>M时有机物总量减少,N一昼夜 O2浓 度变化
[应用体验]
1.(2025·滕州质检)图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中,测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况(不同时间内光照强度不同)。下列叙述错误的是 ( )
A.图甲中,当光照强度相对值为2时,黑藻的氧气产生速率相对值为0
B.图甲中,当光照强度相对值为7时,若要提高黑藻光合速率,可适当增加CO2浓度
C.图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4~6 h和8~10 h
D.由图乙分析,黑藻在该密闭环境中经过12 h后有机物的含量上升
2.(2025·南京模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图。下列关于该图的叙述,错误的是 ( )
A.a点产生的原因是夜间温度降低,细胞呼吸减弱,CO2释放减少
B.开始进行光合作用的点是b点,结束光合作用的点是m点
C.光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点,有机物积累量最大的点是m点
D.de段下降的原因是气孔部分关闭,CO2吸收减少,fh段下降的原因是光照减弱
第4讲 细胞呼吸与光合作用的关系
主题研习(一)
[典例导析] 选B 据图分析可知，HCO进入细胞质基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，A正确。HCO进入叶绿体基质需要消耗线粒体产生的ATP，方式为主动运输，通道蛋白介导的运输方式为协助扩散，B错误。据图可知，光反应阶段水光解产生的H＋促进了HCO进入类囊体，C正确。据图可知，光反应阶段生成的物质X为O2，O2浓度增大会使有氧呼吸增强，产生的ATP增多，有利于HCO进入叶绿体基质，HCO分解可产生CO2，从而保障暗反应的CO2供应，D正确。
[应用体验]
1．选D 分析题图可知，E可以与C结合生成H2O，故③为有氧呼吸第三阶段，E为NADH，C为O2；则⑤应为呼吸作用的第一阶段，F为丙酮酸；④为有氧呼吸第二阶段，D为CO2；①为光反应过程，A为NADPH和ATP；过程②生成C6H12O6，为暗反应过程，B为ADP和Pi等，故①③④⑤都可以产生ATP，A正确，D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O2，在光反应过程中氧元素只来自H2O，C正确。
2．选B 给水稻提供HO，HO可参与有氧呼吸的第二阶段，所以生成的CO2中会有18O，含有18O的CO2可参与光合作用暗反应过程，故能在有机物中检测到18O，A正确，B错误；给水稻提供14CO2，14C在水稻光合作用过程中的转移途径大致是14CO2→14C3→14C6H12O6(14CH2O)，根细胞在缺氧状态下进行无氧呼吸时，14C6H12O6会分解形成14C2H5OH，C、D正确。
3．解析：(1)分离细胞器常采用的方法是差速离心法。叶绿体与线粒体都具有双层膜。
(2)分析题图可知，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ参与光反应，故光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于类囊体薄膜上；在暗反应阶段，NADPH作为还原剂促进C3的还原并提供能量。
(3)NADP＋是暗反应NADPH供氢和供能后的产物，且在光反应中参与NADPH的生成，因此强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，使叶绿体内NADP＋含量减少。由图中可知，强光环境下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以热能的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为负反馈。
(4)据题图可知，eATP来源于iATP，而细胞内的ATP可由细胞呼吸产生，细胞呼吸发生的场所是细胞质基质、线粒体。据图判断，eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，故eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用。
答案：(1)差速离心法 双 (2)类囊体(薄) 作为还原剂、提供能量
(3)减少 热能 负反馈 (4)细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质) eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，从而调节植物的光合作用
主题研习(二)
[典例导析] 解析：(1)植物叶片有机物积累速率即为净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率，温度a和c时植物叶片光合速率相等，但温度a时植物叶片呼吸速率小于温度c时，有机物消耗速率不相等，所以在温度a和c时叶片有机物积累速率不相等。
(2)在温度d时，叶片呼吸速率等于光合速率，但植物体其他不进行光合作用的细胞还会进行呼吸作用，即植物整体的呼吸速率大于光合速率，有机物被消耗，植物体的干重下降。
(3)温度超过b时，暗反应速率降低，原因可能是高温使参与暗反应的相关酶活性降低，也可能是温度过高，气孔部分关闭，导致CO2吸收量下降等。
(4)温室栽培过程中，白天植物会同时进行光合作用和细胞呼吸，为了最大程度地获得光合产物，应该让有机物积累量达到最大，即白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。
答案：(1)不相等 温度a时植物叶片呼吸速率小于温度c时，即有机物消耗速率不相等 (2)温度d时，叶片呼吸速率等于光合速率，但植物整体的呼吸速率大于光合速率，有机物被消耗 (3)温度过高，参与暗反应的相关酶活性降低；温度过高，导致气孔部分关闭，CO2供应不足(答出一点即可) (4)净光合速率
[应用体验]
1．选D 细胞①处于黑暗环境中，细胞只进行呼吸作用，因此该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率，A正确；细胞②中叶绿体产生的O2全部被线粒体所利用，此时叶肉细胞中光合速率等于呼吸速率，B正确；细胞③光合作用强度大于呼吸作用，光合作用所需的CO2来源于外来的CO2和呼吸作用产生的CO2，故细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和，C正确；细胞④的呼吸作用强度大于光合作用强度，可能原因是此时光照强度较弱，细胞有氧呼吸和光合作用过程中，O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量n1相等，D错误。
2．选A 光照下CO2的吸收量表示净光合速率，黑暗下CO2的释放量表示呼吸速率。光照时间相同(假设为1 h)，30 ℃时光合作用制造的有机物的量等于35 ℃时光合作用制造的有机物的量，都为3.0＋3.5＝6.5 mg，A正确；植物积累的有机物的量等于净光合积累量，光照相同时间，约26 ℃时植物积累的有机物的量最多，B错误；由图中数据计算可知，温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量并未开始减少，C错误；两曲线的交点表示绿色植物积累的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，D错误。
主题研习(三)
[典例导析] 解析：(1)高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光，这是因为叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(2)a组光照一段时间后，装置内O2浓度仍为M，说明a组的光照强度是光补偿点，装置内CO2浓度与初始保持相同；而b组光照强度大于a组，光合速率大于呼吸速率，装置内CO2浓度会降低，所以光照t时间时，a组CO2浓度大于b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，说明光照t时间后c、d组由于CO2浓度下降导致光合速率下降到与呼吸速率相等；光照t时间后a组O2浓度与初始O2浓度相同，说明其光合速率始终等于呼吸速率；而此时b组O2浓度大于初始O2浓度，说明其光合速率大于呼吸速率，装置内O2浓度小于c组，可说明装置内CO2浓度大于c组，即光照t时间后b组光合速率并没有下降到与呼吸速率相等，b组植物幼苗仍在消耗CO2，产生O2。同时每组温度保持恒定，呼吸速率不变，所以b组光合速率最大。
(4)由上述分析可知，光照t时间后，限制d组光合速率的因素为CO2浓度，将d组密闭装置打开(CO2浓度上升)，并以c组光照强度继续照光，则其幼苗光合速率会升高。
答案：(1)红光和蓝紫光 光合色素中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 (2)大于 (3)b 密闭装置中O2浓度不再增加时，光合速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率 (4)升高
[应用体验]
1．选A 由图甲可知，光照强度相对值为2时，黑藻的氧气释放速率为0，其呼吸作用消耗氧气的速率相对值为2，所以其氧气产生速率相对值为2，A错误；图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不再提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；图乙中，在4～6 h和8～10 h内，黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等(即光合速率等于呼吸速率)，导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化，C正确；由图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12 h后，密闭环境中的CO2浓度比起始时的浓度低，所以经过12 h后有机物含量上升，D正确。
2．选C a点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸速率降低，CO2释放减少，A正确。由图可知，b点是光合作用开始的点，m点之后，CO2释放速率不变，说明m点之后不再进行光合作用，B正确。h点之后，光合速率小于呼吸速率，有机物减少，因此有机物积累量最大的点是h点，C错误。de段光照较强、温度较高，致使气孔部分关闭，CO2通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少，光合速率降低；fh段光合速率下降的原因是光照减弱，D正确。(共88张PPT)
细胞呼吸与光合作用的关系
第4讲
细胞呼吸与光合作用相互联系的考题，可全面考查结构与功能观、物质与能量观等生命观念，在高考命题中考查频次较高。命题多借助图示模型或情境信息等进行考查，选择题、非选择题都是常见题型。本讲从“细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系”“真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系”“自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化”三个角度进行剖析，提高考生对细胞呼吸与光合作用的关系的综合分析能力。
目录
主题研习（一）
主题研习（二）
细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系
课时跟踪检测
真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
主题研习（三）
自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化
主题研习（一）细胞呼吸与光合作用的物质和能量之间的关系
[典例导析]
(2023·天津高考)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程示意图，关于此图说法错误的是( )
√
[思维建模]
1．细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系
(1)物质转化
(2)能量变化
2．光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路
[应用体验]
1．(2025·太原模拟)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①③④⑤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H2O D．物质A、B、D、E、F中都含H
√
解析：分析题图可知，E可以与C结合生成H2O，故③为有氧呼吸第三阶段，E为NADH，C为O2；则⑤应为呼吸作用的第一阶段，F为丙酮酸；④为有氧呼吸第二阶段，D为CO2；①为光反应过程，A为NADPH和ATP；过程②生成C6H12O6，为暗反应过程，B为ADP和Pi等，故①③④⑤都可以产生ATP，A正确，D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O2，在光反应过程中氧元素只来自H2O，C正确。
2．科研人员用适宜光照条件下正常生长的水稻植株，进行同位素标记实验。下列有关叙述错误的是( )
A．提供H218O，一段时间后，能在CO2中检测到18O
B．提供H218O，一段时间后，不能在有机物中检测到18O
C．提供14CO2，则根细胞在缺氧状态下可能出现14C2H5OH
D．提供14CO2，叶绿体中14C的转移途径大致是14CO2→14C3→(14CH2O)
解析：给水稻提供H218O，H218O可参与有氧呼吸的第二阶段，所以生成的CO2中会有18O，含有18O的CO2可参与光合作用暗反应过程，故能在有机物中检测到18O，A正确，B错误；给水稻提供14CO2，14C在水稻光合作用过程中的转移途径大致是14CO2→14C3→14C6H12O6(14CH2O)，根细胞在缺氧状态下进行无氧呼吸时，14C6H12O6会分解形成14C2H5OH，C、D正确。
√
3．研究表明，相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。
(1)若要将叶肉细胞中叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，常采用的方法是_____________(答1种即可)。从结构上来看，二者都具有______层膜。
(2)据图推测，图中的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于__________膜上。在暗反应阶段，NADPH参与卡尔文循环时的具体作用是____________
___________。
差速离心法
双
类囊体(薄)
作为还原剂、
提供能量
(3)强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，使叶绿体内NADP＋含量________。植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以______的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为________(填“正反馈”或“负反馈”)。
减少
热能
负反馈
(4)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合酶，eATP可来源于_____________________________________________
______________(填场所)产生的iATP，据图判断，eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用,理由是_________________
______________________________________________________________________________。
细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体内膜、
eATP与细胞膜上的
线粒体基质)
DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，从而
调节植物的光合作用
解析：(1)分离细胞器常采用的方法是差速离心法。叶绿体与线粒体都具有双层膜。(2)分析题图可知，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ参与光反应，故光系统Ⅰ和光系统Ⅱ应位于类囊体薄膜上；在暗反应阶段，NADPH作为还原剂促进C3的还原并提供能量。(3)NADP＋是暗反应NADPH供氢和供能后的产物，且在光反应中参与NADPH的生成，因此强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应的消耗量，使叶绿体内NADP＋含量减少。由图中可知，强光环境下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以热能的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。eATP通过DORN1(受体)可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为负反馈。(4)据题图可知，eATP来源于iATP，而细胞内的ATP可由细胞呼吸产生，细胞呼吸发生的场所是细胞质基质、线粒体。据图判断，eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号转导，故eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用。
主题研习（二）真正(总)光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的关系
[典例导析]
(2024·全国甲卷，改编)在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。
(1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________(填“相等”或“不相等”)，原因是________________
_____________________________________________。
不相等
温度a时植物叶片
呼吸速率小于温度c时，即有机物消耗速率不相等
(2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是____________
___________________________________________________________________________。
(3)温度超过b时,该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是_________________________________
____________________________________________(答出一点即可)。
(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在____________最大时的温度。
叶片呼吸速率等于光合速率,但植物整体的呼吸速率大于光合速率,有机物被消耗
温度d时，
温度过高，参与暗反应的相关酶活性
降低；温度过高,导致气孔部分关闭,CO2供应不足
净光合速率
[解析] (1)植物叶片有机物积累速率即为净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率，温度a和c时植物叶片光合速率相等，但温度a时植物叶片呼吸速率小于温度c时，有机物消耗速率不相等，所以在温度a和c时叶片有机物积累速率不相等。(2)在温度d时，叶片呼吸速率等于光合速率，但植物体其他不进行光合作用的细胞还会进行呼吸作用，即植物整体的呼吸速率大于光合速率，有机物被消耗，植物体的干重下降。(3)温度超过b时，暗反应速率降低，原因可能是高温使参与暗反应的相关酶活性降低，也可能是温度过高，气孔部分关闭，导致CO2吸收量下降等。(4)温室栽培过程中，白天植物会同时进行光合作用和细胞呼吸，为了最大程度地获得光合产物,应该让有机物积累量达到最大,即白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。
[思维建模]
1．构建光合作用与细胞呼吸关系的模型
2．真正(总)光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
(1)判定方法
(2)相关计算
①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量。
②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2量)＝实测植物CO2吸收量＋细胞呼吸CO2释放量。
③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)＝光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成的葡萄糖量)－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
[应用体验]
1．(2025·鞍山模拟)如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述错误的是( )
A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
解析：细胞①处于黑暗环境中，细胞只进行呼吸作用，因此该细胞单位时间内放出的CO2量即为呼吸速率，A正确；
细胞②中叶绿体产生的O2全部被线粒体所利用，此时叶肉细胞中光合速率等于呼吸速率，B正确；
C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和
D．对细胞④分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量n1小于m2
解析：细胞③光合作用强度大于呼吸作用，光合作用所需的CO2来源于外来的CO2和呼吸作用产生的CO2，故细胞光合作用所利用的CO2量为n1与n2的和，C正确；
细胞④的呼吸作用强度大于光合作用强度，可能原因是此时光照强度较弱，细胞有氧呼吸和光合作用过程中，O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量n1相等，D错误。
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2．以测定的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呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是( )
A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等
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解析：光照下CO2的吸收量表示净光合速率，黑暗下CO2的释放量表示呼吸速率。光照时间相同(假设为1 h)，30 ℃时光合作用制造的有机物的量等于35 ℃时光合作用制造的有机物的量，都为3.0＋3.5＝6.5 mg，A正确；
植物积累的有机物的量等于净光合积累量，光照相同时间，约26 ℃时植物积累的有机物的量最多，B错误；
由图中数据计算可知，温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量并未开始减少，C错误；
两曲线的交点表示绿色植物积累的有机物的量与呼吸作用消耗的有机物的量相等，D错误。
主题研习（三）自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率的变化
[典例导析]
(2024·新课标卷)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示,其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。
(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是________________，原因是____________________
__________________________________________________。
(2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。
(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是_____组，判断依据是______________________
____________________________________________________________。
(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________ (填“升高”“降低”或“不变”)。
红光和蓝紫光
光合色素中的叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
大于
b
密闭装置中O2浓度不再
增加时，光合速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率
升高
[解析] (1)高等植物光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光，这是因为叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)a组光照一段时间后，装置内O2浓度仍为M，说明a组的光照强度是光补偿点，装置内CO2浓度与初始保持相同；而b组光照强度大于a组，光合速率大于呼吸速率，装置内CO2浓度会降低，所以光照t时间时，a组CO2浓度大于b组。(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，说明光照t时间后c、d组由于CO2浓度下降导致光合速率下降到与呼吸速率相等；光照t时间后a组O2浓度与初始O2浓度相同，说明其光合速率始终等于呼吸速率；而此时b组O2浓度大于初始O2浓度，说明其光合速率大于呼吸速率，装置内O2浓度小于c组，可说明装置内CO2浓度大于c组，即光照t时间后b组光合速率并没有下降到与呼吸速率相等，b组植物幼苗仍在消耗CO2，产生O2。同时每组温度保持恒定，呼吸速率不变，所以b组光合速率最大。(4)由上述分析可知，光照t时间后，限制d组光合速率的因素为CO2浓度，将d组密闭装置打开(CO2浓度上升)，并以c组光照强度继续照光，则其幼苗光合速率会升高。
[思维建模]
1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析
MN和 PQ 夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
N～P 光合作用与呼吸作用同时进行
NA和 EP 清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
A点和 E点 光合作用强度等于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变
一昼夜有机物的积累量 (用CO2表示)＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2) A～E 光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加，环境中CO2量减少，O2量增加
BC 叶片表皮气孔部分关闭,出现“光合午休”现象
E点 光合作用产物的积累量最大
续表
2.密闭小室内O2浓度、CO2浓度与时间的关系分析
模型图 图示分析
一昼夜 CO2浓 度变化 ①MA′(OA)段，小室内O2减少，CO2增加，表明光合速率＜呼吸速率，净光合速率＜0，植物不生长，空气变得“浑浊”。
②A′B′(AB)段，小室内O2增加，CO2减少，光合速率＞呼吸速率，净光合速率＞0，植物生长，空气得以更新。
③“终点N”与“始点M”比较：若曲线表示CO2含量变化，N＞M时有机物总量减少，N＜M时有机物总量增加，N＝M时有机物总量不变；当曲线表示O2含量变化时则相反
一昼夜 O2浓 度变化
[应用体验]
1．(2025·滕州质检)图甲为黑藻在适宜温度下O2释放速率随光照强度的变化。图乙是将黑藻放在适宜温度的密闭环境中，测得的密闭环境中CO2浓度随时间的变化情况(不同时间内光照强度不同)。下列叙述错误的是( )
A．图甲中，当光照强度相对值为2时，黑藻的氧气产生速率相对值为0
B．图甲中，当光照强度相对值为7时，若要提高黑藻光合速率，
可适当增加CO2浓度
解析：由图甲可知，光照强度相对值为2时，黑藻的氧气释放速率为0，其呼吸作用消耗氧气的速率相对值为2，所以其氧气产生速率相对值为2，A错误；图甲中，当光照强度相对值为7时，继续增加光照强度黑藻光合速率不再提高，已知黑藻处于适宜温度下，故可通过增加环境中CO2浓度来提高光合速率，B正确；
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C．图乙中黑藻的光合速率等于呼吸速率的时间段是4～6 h和8～10 h
D．由图乙分析，黑藻在该密闭环境中经过12 h后有机物的含量上升
解析：图乙中，在4～6 h和8～10 h内，黑藻光合作用固定CO2的量与呼吸作用释放CO2的量相等(即光合速率等于呼吸速率)，导致密闭环境中CO2浓度没有发生变化，C正确；
由图乙可知，黑藻在该密闭环境中经过12 h后，密闭环境中的CO2浓度比起始时的浓度低，所以经过12 h后有机物含量上升，D正确。
2．(2025·南京模拟)如图为自然环境中一昼夜测得某植物CO2的吸收速率曲线图。下列关于该图的叙述，错误的是( )
A．a点产生的原因是夜间温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放减少
B．开始进行光合作用的点是b点，结束光合作用的点是m点
C．光合速率与呼吸速率相等的点是c、h点，有机物积累量最大的点是m点
D．de段下降的原因是气孔部分关闭，CO2吸收减少，fh段下降的原因是光照减弱
解析：a点释放CO2的速率减小的原因是夜间温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸速率降低，CO2释放减少，A正确。由图可知，b点是光合作用开始的点，m点之后，CO2释放速率不变，说明m点之后不再进行光合作用，B正确。h点之后，光合速率小于呼吸速率，有机物减少，因此有机物积累量最大的点是h点，C错误。de段光照较强、温度较高，致使气孔部分关闭，CO2通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少，光合速率降低；fh段光合速率下降的原因是光照减弱，D正确。
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一、选择题
1．(2025·大理模拟)真核细胞中有复杂的生物膜系统，其上可以发生多种生理过程。在叶肉细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是( )
A．ATP的合成 B．ATP水解释放能量
C．H2O的产生 D．H2O在光下分解
解析：叶肉细胞中，ATP的合成可发生在细胞质基质和线粒体基质中，A错误；ATP水解释放能量可发生在叶绿体基质中，B错误；生物大分子的单体形成多聚体时可产生H2O，因此H2O的产生不一定在膜上，C错误；叶肉细胞中，H2O在光下分解只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上，D正确。
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2．当植物的光合速率大于呼吸速率时，植物积累有机物，从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是( )
A．某植物叶片的净光合速率>0时，该植株的有机物可能会减少
B．光合作用光反应阶段产生的ATP可为植物吸收矿质元素提供能量
C．玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D．呼吸作用和光合作用产生的气体中的氧元素都可能来自反应物水中的氧
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解析：某植物叶片的净光合速率>0时，整个植株的呼吸速率可能大于光合速率，有机物消耗大于有机物合成，故会出现有机物减少的情况，A正确；
光合作用光反应阶段产生的ATP不用于植物吸收矿质元素，B错误；
玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量能量，C正确；
呼吸作用产生的气体为二氧化碳，二氧化碳中的氧元素来自反应物水和丙酮酸中的氧(有氧呼吸第二阶段)，光合作用产生的气体为氧气，氧气中的氧元素来自反应物水中的氧(光合作用的光反应阶段)，D正确。
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3．(2025·长春模拟)源远流长的农耕文明是孕育中华文明的母体和基础。农业谚语是我国劳动人民在农业生产实践中总结出来的农事经验。下列叙述正确的是( )
A．“一挑粪进，一挑谷出”，施加农家肥只能为植物补充无机盐，实现增产
B．“处暑里的雨，谷仓里的米”，补充水分可减弱植物光合午休，实现增产
C．“霜前霜米如糠，霜后霜谷满仓”，霜降前降温可减弱种子呼吸，实现增产
D．“春雨漫垄，麦子豌豆丢种”，雨水过多会增强种子无氧呼吸，实现增产
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解析：施加农家肥被土壤微生物分解，释放CO2，间接为植物补充CO2和无机盐，进而增加有机物积累，A错误；
植物的光合午休是因为气温过高，蒸腾作用过强，导致气孔部分关闭，CO2吸收量减少引起的，补充水分可减弱植物的光合午休进而增加有机物积累，B正确；
霜降前的降温如果过早，会导致稻谷等农作物收成不好，而霜降后的降温则对农作物有利，C错误；
如果土壤中的水分过多，会减少土壤中的氧气含量，从而限制了有氧呼吸的进行，导致植物缺氧，最终可能降低种子的萌发率和幼苗的生长速度，D错误。
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4．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,甘蔗植株的干重不一定增加
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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，在甘蔗叶肉细胞中，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；
过程③表示细胞呼吸，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；
如题图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，由于甘蔗植株部分细胞只进行细胞呼吸，过程①②的速率大于过程③的速率时，甘蔗植株的干重不一定增加，D正确。
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5．(2025·太原模拟)西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示(①～④表示过程)。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究，在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示。下列说法正确的是( )
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A．图1中，晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④
B．图2中，9～10 h，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度
解析：图1中，①过程中H2O分解产生O2和H＋，是光合作用的光反应阶段，能产生ATP；②过程中H＋与CO2最终生成C6H12O6的过程是光合作用暗反应阶段，消耗光反应产生的ATP；④过程中C6H12O6分解成CO2和H＋是有氧呼吸的第一和第二阶段，可产生少量的ATP；③过程中H＋与O2结合生成H2O，是有氧呼吸第三阶段，可产生大量ATP，A正确。
图2中，9～10 h，光合速率迅速下降的原因可能是突然停止光照，因该时段呼吸速率并没有明显下降，故不是温度变化所引起的，B错误。
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C．培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫，原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高
D．图2中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2
解析：培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫，原因可能是缺少营养物质影响叶片正常生理活动，C错误。
图2两曲线的交点表示的是植株的光合速率与呼吸速率相等，因植物只有叶肉细胞能进行光合作用，因此也就是叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，即叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，则此时叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。
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6．(2025·武汉一模)研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查，结果如下图所示，SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是( )
A．E点时密闭大棚中CO2浓度最大，O2浓度最小
B．若C点时光照突然降低，短时间内叶绿体中C3含量升高
C．B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D．一昼夜后，黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm－SM－SN
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解析：B点之前经过一晚上的细胞呼吸，吸收O2释放CO2，且6点前光合作用强度小于呼吸作用强度，因此大棚中的CO2浓度在B点达到最大，O2浓度在B点最小，A错误；
若C点时光照突然降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；
图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；
图中SM、SN表示0～6点、18～24点黄瓜植株减少的有机物量，Sm表示6～18点净光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株有机物的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。
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7.(2025·福州一中质检)将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中,
并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量。下列叙述正确的是( )
A.若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量，则呼吸作用的底物只有糖类
B.若在密闭容器中充入18O标记的O2，一段时间后能检测到放射性的CO2
C.若经过一昼夜，密闭容器中CO2的浓度降低，则萌发的种子已进行光合作用
D.种子发芽长出绿叶后，若光照条件突然变弱，短时间内叶肉细胞中C5的
含量会升高
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解析：只以糖类为呼吸底物时，O2的吸收量小于或等于CO2的释放量；若呼吸底物为脂肪，与糖类相比，等量脂肪中氢含量高、氧含量低，故氧化分解时O2的消耗量增多，而使O2吸收量大于CO2释放量，A错误。
18O是稳定同位素，不具有放射性，B错误。
若经过一昼夜，密闭容器中CO2浓度降低，说明CO2转化为糖类储存在植物体中，该萌发的种子已进行光合作用，C正确。
光照突然减弱，短时间内光反应生成的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，生成的C5减少，而CO2固定中C5的消耗暂时不变，故C5含量降低，D错误。
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8．下列有关光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是( )
A．光合作用产生的NADPH和细胞呼吸产生的NADH都能与氧气结合生成水
B．适宜的光照条件下叶绿体和线粒体合成ATP都需要氧气
C．CO2的固定发生在叶绿体中，葡萄糖分解成CO2的过程发生在线粒体中
D．若动物细胞只进行无氧呼吸时产生的是乳酸，则没有产生CO2
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解析：光合作用过程中产生的NADPH参与暗反应中的C3还原，
不与氧气结合；无氧呼吸产生的NADH不与氧气结合生成水，A错误。
有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行并合成ATP，不需要氧气；叶绿体内进行的光反应阶段可产生ATP，不需要氧气，B错误。
葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸，才能进入线粒体，C错误。
动物无氧呼吸的产物为乳酸时，不产生CO2，D正确。
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9.(2025·郸城一高模拟)如图表示温度对野生型小麦光合作用与细胞呼吸的影响,已知其他条件相同且适宜,下列叙述错误的是 ( )
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A.P点时表示植物净光合速率等于呼吸速率
B.P点对应的温度为该野生型小麦生长的最适温度
C.P点时若突然降低光照,短时间内C3的消耗速率降低
D.在温度5~25 ℃的区间,温度是限制光合作用的主要因素
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解析:图中虚线表示呼吸速率,实线表示净光合速率,P点时表示植物的净光合速率等于呼吸速率,A正确；野生型小麦生长在最适温度条件下,净光合作用最大,由此可知该野生型小麦生长的最适温度约为25 ℃,B错误；若突然降低光照,则光反应产生的NADPH和ATP减少,降低暗反应中C3的还原,故P点时若突然降低光照,短时间内C3的消耗速率降低,C正确；总光合速率=净光合速率+呼吸速率,由图中数据可知,在温度5~25 ℃的区间,总光合速率分别可表示为1.5(0.5+1)、2.5(0.75+1.75)、3.5(2.5+1)、4.75(1.5
+3.25)、6(2.25+3.75),随温度升高,总光合速率增大,说明温度是限制光合作用的主要因素,D正确。
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10．(2025·重庆模拟)芜菁花叶病毒(TuMV)严重影响作物的产量和品质。某研究团队以青菜的健康株及接种芜菁花叶病毒(TuMV)的染病株为材料，比较测定了两者的光合作用和呼吸作用相关参数，结果如表所示。下列分析错误的是( )
组别 光合速率/ (μmolCO2· m－2·s－1) 呼吸速率/ (μmolCO2· m－2·s－1) 气孔导度/ (μmolH2O· m－2·s－1) 胞间CO2浓度/ (μmol·L－1) 叶绿素总量/
(mg·dm－2)
青菜 对照叶 9.79 2.40 0.26 305.93 6.09
青菜 病叶 6.81 2.30 0.16 293.62 4.16
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A．青菜病叶叶绿素含量下降会影响光反应，使暗反应产物积累
B．镜检青菜病叶叶肉细胞，可发现叶绿体变少或叶绿体被破坏等现象
解析：青菜病叶叶绿素含量下降会影响光能的吸收、传递,导致NADPH和ATP产生量下降，暗反应速率下降，进而导致光合速率下降，并不会导致暗反应产物积累，A错误；
由于青菜病叶叶绿素总量下降，叶绿素分布于叶绿体的类囊体薄膜，故可推测镜检时能看到叶绿体数量减少或叶绿体被破坏等现象，B正确；
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C．青菜对照叶和青菜病叶呼吸速率差异不大，说明病毒对细胞线粒体破坏不明显
D．气孔导度大有利于外界CO2进入叶肉组织以增加胞间CO2浓度
解析：呼吸作用在细胞质基质和线粒体中进行，由于青菜病叶和青菜对照叶呼吸速率差异不大，可以推测病毒对叶肉细胞线粒体破坏不明显，C正确；
气孔是植物与外界进行气体交换的门户，也是气体进出植物体的门户，所以气孔导度大有利于CO2进入植物体，增加胞间CO2浓度，D正确。
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11.(2025·南昌检测)光是绿色植物进行光合作用的条件。某兴趣小组为探究光对植物光合作用的影响,设计了以下实验。将密闭玻璃罩内的某植物置于适宜光照下一定时间,迅速进行遮光处理,一段时间后给予适宜光照,检测到玻璃罩内CO2含量的变化如图。下列选项叙述不正确的是 ( )
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A.ab段含量减少是因为植物的光合作用强度大于呼吸作用强度
B.bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用
C.ab段和cd段植物都有有机物积累,有机物含量最多的是c点
D.de段CO2含量不变是因为该植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
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解析:玻璃罩内CO2含量的变化取决于光合作用和呼吸作用的大小,ab段CO2含量的减少说明植物的光合作用吸收的CO2多于呼吸作用释放的CO2,即植物的光合作用强度大于呼吸作用强度,A正确；bc段CO2含量上升,根据题意可知,光照一段时间后迅速进行遮光处理,所以bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用,B正确；ab段和cd段CO2含量都减少,说明光合作用强度大于呼吸作用强度,都有有机物积累,但有机物含量最多的是b点,因为b点是密闭容器内CO2含量的最低点,有机物积累最多,C错误；de段玻璃罩内CO2含量不变,说明该植物光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等,D正确。
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12．(2025·重庆九龙坡模拟)研究人员设计实验探究了CO2浓度对草莓幼苗生理指标的影响，结果如图1所示，其中Rubisco酶催化CO2的固定。气孔开度反映了气孔开启或关闭的程度。图2表示温度对草莓光合作用的影响。下列相关叙述正确的是( )
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A．适当增大环境CO2浓度有利于草莓在干旱环境中生存
B．当草莓所处环境CO2浓度突然升高时，短时间内C5增多，ATP和NADPH增多
解析：增大环境CO2浓度时，气孔开度降低，减少水分散失，有助于植物在干旱环境中生存，同时Rubisco酶活性上升，有利于植物进行光合作用，A正确。
当草莓所处环境CO2浓度突然升高时，短时间内CO2固定增强，对C5的消耗增多，而生成暂时不变，C5减少，C3生成增多，C3的还原增强，故ATP和NADPH的消耗将增多，其含量不会增多，B错误。
√
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C．35 ℃是草莓生长的最适温度，5 ℃时草莓光合作用速率为0
D．35 ℃时草莓叶肉细胞间隙CO2浓度高于40 ℃时
解析： 35 ℃时净光合速率最大，最适宜草莓生长，5 ℃时净光合速率为0，光合速率等于呼吸速率，C错误。
40 ℃时，气孔开放程度较低，进入胞间的CO2较少，但由于净光合速率也较低，被吸收进细胞的CO2也较少；35 ℃时，气孔开放程度较高，进入胞间的CO2较多，但此时净光合速率最大，被吸收进细胞的也更多。所以两种温度下的胞间CO2浓度无法比较，D错误。
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二、非选择题(除特别注明外，每空1分)
13．（9分）(2025·天津河西区一模)如图1表示银杏叶肉细胞内部分代谢过程，甲～丁表示物质，①～⑤表示过程。某科研小组研究了不同温度条件下CO2浓度对银杏净光合速率的影响，得到如图2所示曲线，已知除自变量外，其他条件相同且适宜。请回答下列问题：
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(1)图1中的乙是_________。①～⑤过程中，发生在生物膜上的有_______。
丙酮酸
①⑤
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(2)据图2可知，当CO2浓度低于400 μmol·mol－1时，15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的，其原因可能是________________
_____________________________________________________________________________（3分）。
限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多
CO2浓度较低，
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(3)科研小组测定了银杏叶片在28 ℃时，不同氧气浓度下的净光合速率(以CO2的吸收速率为指标)，部分数据如表所示。
氧气浓度 2% 20%
CO2的吸收速率/(mg·cm－2·h－1) 23 9
探究氧气浓度对光合作用是否产生影响,在表中数据的基础上,可在_________条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率。假设在温度为28 ℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为X mg·cm－2·h－1，氧气浓度为20%时,银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm－2·h－1，如果23＋X＝9＋Y，说明____________________
_____________________________________。（3分）
黑暗
氧气浓度为2%时的
总光合速率和氧气浓度为20%时的相等
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解析：(1)在有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解产生丙酮酸和NADH，即物质乙为丙酮酸；据图可知，①是光合作用的光反应阶段，②是有氧呼吸的第二阶段，③是光合作用的暗反应阶段，④是有氧呼吸的第一阶段，⑤是有氧呼吸的第三阶段。①～⑤过程中，发生在生物膜上的有①(发生在叶绿体类囊体薄膜上)、⑤(发生在线粒体内膜上)。(2)CO2是暗反应的原料，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，据图2可知，当CO2浓度低于400 μmol·mol－1时，15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的，其原因可能是CO2浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多。(3)黑暗中植物只能进行呼吸作用，该过程消耗氧气，释放CO2，故探究氧气浓度对光合作用是否产生影响，在表中数据的基础上,可在黑暗条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率；假设在温度为28 ℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为X mg·cm－2·h－1，氧气浓度为20%时，银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm－2·h－1，据表分析，23＋X＝9＋Y表示氧浓度为2%时和氧浓度为20%时总光合速率相等。
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14．(17分)植物光合作用的速率受温度、CO2浓度等外界因素的影响，如图1表示某植物在不同温度条件下(适宜的光照和CO2浓度)的净光合速率和呼吸速率曲线，图2表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。回答下列问题：
9
(1)根据图1判断，该植物能正常生长所需要的温度应低于______℃，判断的依据是___________________________________
__________________________________________________________________________________________________________（3分）。与M点相比较，N点的总光合速率________
(填“大”或“小”),判断的依据是
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大
曲线甲表示为温度影响净光合速率曲线，只有在净光合速率大于0时植物才能正常生长,当温度升高到40 ℃时,净光合速率等于0，
高出该温度时，净光合速率小于0
40
大
___________________________________________________________________________________________________（3分）。
总光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点
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(2)图2中，CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据此推测，RuBP羧化酶分布在_____________中。图中A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2的速率_______(填“增加”或“减少”)，B→C保持稳定的内因是受到___________________限制。
叶绿体基质
增加
RuBP羧化酶数量
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(3)为探究其他因素对实验结果的影响，某科研所利用多株生长状况相同的该植物、完全培养液、多种缺素培养液，设计实验验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似，请补充下列实验步骤并对实验结果进行预测：
①将生长状况相同的该植物平均分为______组；
②_________________________________________________________
___________________（2分）；
③将该植物在温度、光照强度、CO2浓度适宜的环境中培养一段时间；
④一段时间后，检测___________________________________。
预期实验结果：______________________________________________
_________________________（2分）。
3
第1组用完全培养液培养，第2组用缺镁培养液培养，第3组用缺铁培养液培养
叶片中叶绿素含量，测定光合速率
第2组与第3组叶片中叶绿素含量、光合速率相同
(或接近)且都低于第1组
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解析：(1)据图1分析，曲线乙表示呼吸速率，曲线甲表示净光合速率，植物能正常生长，其净光合速率必须大于0，当温度升高到40 ℃时，净光合速率等于0，高出该温度时，其净光合速率小于0，所以该植物的生长所需温度应低于40 ℃。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点，所以M点的总光合速率小于N点。
(2)已知CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，该过程即CO2的固定过程，发生在叶绿体基质，据此推测，RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中。图2中，A→B的变化是C5含量减少，是由于叶肉细胞吸收CO2速率增加所致。B→C保持稳定的内因是受到RuBP羧化酶数量限制。
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(3)镁离子主要参与植物叶绿素的形成，进而影响植物的光合作用，若要验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似，则可将缺镁与缺铁的实验组与完全培养液组进行对照，并通过检测叶绿素含量和光合速率进行比较，缺少上述成分的实验组叶绿素含量和光合速率接近且均低于对照组，说明缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似。
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15．（14分）(2025·南通一模)光合作用、有氧呼吸、厌氧发酵的和谐有序进行是土壤底栖藻类正常生命活动的基础。某单细胞土壤底栖藻类在黑暗条件下无氧发酵产生醋酸等有机酸(HA)，导致类囊体、线粒体酸化，有利于其从黑暗向黎明过渡,相关过程如图1，字母 B～H 代表相关物质。请回答下列问题。
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(1)物质B是______，除TCA 循环外，图中能产生物质B的过程还有____________________________________________________（2分）；物质C、H分别是______、______。
(2)黑暗条件下，PQ 等电子传递体处于________(填“氧化”或“还原”)状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致______(填字母)的量成为卡尔文循环的限制因素，此时吸收的光能过剩，对电子传递链造成压力。
CO2
丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精
H2O
ATP
氧化
F、H
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(3)光合色素吸收的光能有三个去向：用于光合作用、以热能散失、以荧光的形式发光。由光合作用引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭(qP)，由热能散失引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭(NPQ)。为了探究厌氧发酵产酸对光能利用的影响，研究人员以npq4 突变体(缺失LHCSR 蛋白，LHCSR 催化NPQ)和正常藻为材料，在黑暗中进行厌氧发酵，发酵180 min后添加KOH。整个实验过程中连续抽样，在光下测定荧光强度，结果如图2、图3。相关推断合理的是________(多选，3分)。
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A．突变体厌氧发酵时间越长，光化学淬灭越强
B．正常藻厌氧发酵后加入 KOH，非光化学淬灭增强
C．正常藻厌氧发酵产生有机酸，降低类囊体内、外pH，促进非光化学淬灭
D．正常藻厌氧发酵产生有机酸，有利于缓解黎明时电子传递链的压力
√
√
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(4)为进一步研究厌氧发酵产酸对光下放氧的影响，研究人员将正常藻平均分为两组，在黑暗条件下厌氧发酵3小时后，对照组不加KOH，实验组用KOH 处理，在弱光下连续测定放氧量并计算达到最大氧气释放量的百分比，结果如下表。
组别 光照时间/h
0.5 1 2 3
对照组 30% 80% 100% 100%
实验组 0% 0% 60% 100%
放氧速率等于光合作用产生氧气的速率减去呼吸作用消耗氧气的速率。实验数据说明厌氧发酵产酸_______(填“促进”或“抑制”)有氧呼吸。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是___________________________________
________________________________（3分）。
抑制
实验组与对照组光合作用放氧速率相当，
实验组有氧呼吸速率大于对照组
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解析：(1)在有氧呼吸第二阶段，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中生成CO2。据图1可知，丙酮酸进入线粒体后在线粒体基质中生成B，因此，B为CO2。据图1可知，除TCA 循环外，图中能产生物质B的过程还有丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精。据图1可知，物质C在类囊体薄膜上经光解生成H＋和D，可知，物质C是H2O。据图1可知，物质G在类囊体薄膜上利用H＋顺浓度梯度运输提供的能量，生成物质H，因此可知，物质H为ATP。
(2)黑暗条件下，类囊体膜上不发生水的光解，PQ 等电子传递体无法获得电子，因此，它们处于氧化状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，产生的ATP和NADPH少，导致卡尔文循环受限。据图1可知，F和H分别代表NADPH和ATP。因此，从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致F、H的量成为卡尔文循环的限制因素。
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(3)据图2可知，随突变体厌氧发酵时间加长，荧光强度基本保持不变，说明光化学淬灭并没有变强，推断不合理，A不符合题意；据图3可知，正常藻厌氧发酵后加入 KOH，荧光强度明显增强，并未淬灭，推断不合理，B不符合题意；由图1可知，正常藻厌氧发酵产生有机酸，类囊体内、外pH降低，光反应减慢，合成的ATP减少，热能散失增加，促进非光化学淬灭，推断合理，C符合题意；正常藻厌氧发酵产生有机酸，酸化类囊体，减少对光的吸收，能缓解黎明时电子传递链的压力，推断合理，D符合题意。
(4)据表中数据表明，加了KOH的实验组,在一段相同时间内,氧气释放量低，说明此时有氧呼吸强，消耗了氧气。由此可推断，厌氧发酵产酸对有氧呼吸有抑制作用。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组。
9课时跟踪检测(十三) 细胞呼吸与光合作用的关系
(标的题目为推荐讲评题目,配有精品课件)
一、选择题
1.(2025·大理模拟)真核细胞中有复杂的生物膜系统,其上可以发生多种生理过程。在叶肉细胞中,下列过程只发生在生物膜上的是 ( )
A.ATP的合成 B.ATP水解释放能量
C.H2O的产生 D.H2O在光下分解
2.当植物的光合速率大于呼吸速率时,植物积累有机物,从而能正常生长。下列有关植物光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是 ( )
A.某植物叶片的净光合速率>0时,该植株的有机物可能会减少
B.光合作用光反应阶段产生的ATP可为植物吸收矿质元素提供能量
C.玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量的能量
D.呼吸作用和光合作用产生的气体中的氧元素都可能来自反应物水中的氧
3.(2025·长春模拟)源远流长的农耕文明是孕育中华文明的母体和基础。农业谚语是我国劳动人民在农业生产实践中总结出来的农事经验。下列叙述正确的是 ( )
A.“一挑粪进,一挑谷出”,施加农家肥只能为植物补充无机盐,实现增产
B.“处暑里的雨,谷仓里的米”,补充水分可减弱植物光合午休,实现增产
C.“霜前霜米如糠,霜后霜谷满仓”,霜降前降温可减弱种子呼吸,实现增产
D.“春雨漫垄,麦子豌豆丢种”,雨水过多会增强种子无氧呼吸,实现增产
4.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,甘蔗植株的干重不一定增加
5.(2025·太原模拟)西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示(①~④表示过程)。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究,在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示。下列说法正确的是 ( )
A.图1中,晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④
B.图2中,9~10 h,光合速率迅速下降,最可能发生变化的环境因素是温度
C.培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫,原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高
D.图2中两曲线的交点时,叶肉细胞不吸收外界的CO2
6.(2025·武汉一模)研究人员对密闭蔬菜大棚中的黄瓜植株进行了一昼夜的光合作用和呼吸作用调查,结果如下图所示,SM、SN、Sm分别表示图中相应图形的面积。下列叙述错误的是 ( )
A.E点时密闭大棚中CO2浓度最大,O2浓度最小
B.若C点时光照突然降低,短时间内叶绿体中C3含量升高
C.B点和D点时黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率
D.一昼夜后,黄瓜植株有机物的增加量可表示为Sm-SM-SN
7.(2025·福州一中质检)将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中,并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量。下列叙述正确的是 ( )
A.若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量,则呼吸作用的底物只有糖类
B.若在密闭容器中充入18O标记的O2,一段时间后能检测到放射性的CO2
C.若经过一昼夜,密闭容器中CO2的浓度降低,则萌发的种子已进行光合作用
D.种子发芽长出绿叶后,若光照条件突然变弱,短时间内叶肉细胞中C5的含量会升高
8.下列有关光合作用和细胞呼吸的叙述,正确的是 ( )
A.光合作用产生的NADPH和细胞呼吸产生的NADH都能与氧气结合生成水
B.适宜的光照条件下叶绿体和线粒体合成ATP都需要氧气
C.CO2的固定发生在叶绿体中,葡萄糖分解成CO2的过程发生在线粒体中
D.若动物细胞只进行无氧呼吸时产生的是乳酸,则没有产生CO2
9.(2025·郸城一高模拟)如图表示温度对野生型小麦光合作用与细胞呼吸的影响,已知其他条件相同且适宜,下列叙述错误的是 ( )
A.P点时表示植物净光合速率等于呼吸速率
B.P点对应的温度为该野生型小麦生长的最适温度
C.P点时若突然降低光照,短时间内C3的消耗速率降低
D.在温度5~25 ℃的区间,温度是限制光合作用的主要因素
10.(2025·重庆模拟)芜菁花叶病毒(TuMV)严重影响作物的产量和品质。某研究团队以青菜的健康株及接种芜菁花叶病毒(TuMV)的染病株为材料,比较测定了两者的光合作用和呼吸作用相关参数,结果如表所示。下列分析错误的是 ( )
组别 光合速率/ (μmolCO2· m-2· s-1) 呼吸速率/ (μmolCO2· m-2· s-1) 气孔导度/ (μmolH2O· m-2· s-1) 胞间CO2 浓度/(μmol· L-1) 叶绿素 总量/ (mg· dm-2)
青菜 对照叶 9.79 2.40 0.26 305.93 6.09
青菜 病叶 6.81 2.30 0.16 293.62 4.16
A.青菜病叶叶绿素含量下降会影响光反应,使暗反应产物积累
B.镜检青菜病叶叶肉细胞,可发现叶绿体变少或叶绿体被破坏等现象
C.青菜对照叶和青菜病叶呼吸速率差异不大,说明病毒对细胞线粒体破坏不明显
D.气孔导度大有利于外界CO2进入叶肉组织以增加胞间CO2浓度
11.(2025·南昌检测)光是绿色植物进行光合作用的条件。某兴趣小组为探究光对植物光合作用的影响,设计了以下实验。将密闭玻璃罩内的某植物置于适宜光照下一定时间,迅速进行遮光处理,一段时间后给予适宜光照,检测到玻璃罩内CO2含量的变化如图。下列选项叙述不正确的是 ( )
A.ab段含量减少是因为植物的光合作用强度大于呼吸作用强度
B.bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用
C.ab段和cd段植物都有有机物积累,有机物含量最多的是c点
D.de段CO2含量不变是因为该植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
12.(2025·重庆九龙坡模拟)研究人员设计实验探究了CO2浓度对草莓幼苗生理指标的影响,结果如图1所示,其中Rubisco酶催化CO2的固定。气孔开度反映了气孔开启或关闭的程度。图2表示温度对草莓光合作用的影响。下列相关叙述正确的是 ( )
A.适当增大环境CO2浓度有利于草莓在干旱环境中生存
B.当草莓所处环境CO2浓度突然升高时,短时间内C5增多,ATP和NADPH增多
C.35 ℃是草莓生长的最适温度,5 ℃时草莓光合作用速率为0
D.35 ℃时草莓叶肉细胞间隙CO2浓度高于40 ℃时
二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
13.(9分)(2025·天津河西区一模)如图1表示银杏叶肉细胞内部分代谢过程,甲~丁表示物质,①~⑤表示过程。某科研小组研究了不同温度条件下CO2浓度对银杏净光合速率的影响,得到如图2所示曲线,已知除自变量外,其他条件相同且适宜。请回答下列问题:
(1)图1中的乙是 。①~⑤过程中,发生在生物膜上的有 。
(2)据图2可知,当CO2浓度低于400 μmol·mol-1时,15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的,其原因可能是 (3分)。
(3)科研小组测定了银杏叶片在28 ℃时,不同氧气浓度下的净光合速率(以CO2的吸收速率为指标),部分数据如表所示。
氧气浓度 2% 20%
CO2的吸收速率/(mg·cm-2·h-1) 23 9
探究氧气浓度对光合作用是否产生影响,在表中数据的基础上,可在 条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率。假设在温度为28 ℃的情况下,氧气浓度为2%时,银杏叶片呼吸速率为X mg·cm-2·h-1,氧气浓度为20%时,银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm-2·h-1,如果23+X=9+Y,说明 (3分)。
14.(17分)植物光合作用的速率受温度、CO2浓度等外界因素的影响,如图1表示某植物在不同温度条件下(适宜的光照和CO2浓度)的净光合速率和呼吸速率曲线,图2表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下,叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。回答下列问题:
(1)根据图1判断,该植物能正常生长所需要的温度应低于 ℃,判断的依据是 (3分)。与M点相比较,N点的总光合速率 (填“大”或“小”),判断的依据是 (3分)。
(2)图2中,CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3,据此推测,RuBP羧化酶分布在 中。图中A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2的速率 (填“增加”或“减少”),B→C保持稳定的内因是受到 限制。
(3)为探究其他因素对实验结果的影响,某科研所利用多株生长状况相同的该植物、完全培养液、多种缺素培养液,设计实验验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似,请补充下列实验步骤并对实验结果进行预测:
①将生长状况相同的该植物平均分为 组;
② (2分);
③将该植物在温度、光照强度、CO2浓度适宜的环境中培养一段时间;
④一段时间后,检测 。
预期实验结果:
(2分)。
15.(14分)(2025·南通一模)光合作用、有氧呼吸、厌氧发酵的和谐有序进行是土壤底栖藻类正常生命活动的基础。某单细胞土壤底栖藻类在黑暗条件下无氧发酵产生醋酸等有机酸(HA),导致类囊体、线粒体酸化,有利于其从黑暗向黎明过渡,相关过程如图1,字母 B~H 代表相关物质。请回答下列问题。
(1)物质B是 ,除TCA 循环外,图中能产生物质B的过程还有 (2分);物质C、H分别是 、 。
(2)黑暗条件下,PQ 等电子传递体处于 (填“氧化”或“还原”)状态。从黑暗转黎明时,整体光合电子传递速率慢,导致 (填字母)的量成为卡尔文循环的限制因素,此时吸收的光能过剩,对电子传递链造成压力。
(3)光合色素吸收的光能有三个去向:用于光合作用、以热能散失、以荧光的形式发光。由光合作用引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭(qP),由热能散失引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭(NPQ)。为了探究厌氧发酵产酸对光能利用的影响,研究人员以npq4 突变体(缺失LHCSR 蛋白,LHCSR 催化NPQ)和正常藻为材料,在黑暗中进行厌氧发酵,发酵180 min后添加KOH。整个实验过程中连续抽样,在光下测定荧光强度,结果如图2、图3。相关推断合理的是 (多选,3分)。
A.突变体厌氧发酵时间越长,光化学淬灭越强
B.正常藻厌氧发酵后加入 KOH,非光化学淬灭增强
C.正常藻厌氧发酵产生有机酸,降低类囊体内、外pH,促进非光化学淬灭
D.正常藻厌氧发酵产生有机酸,有利于缓解黎明时电子传递链的压力
(4)为进一步研究厌氧发酵产酸对光下放氧的影响,研究人员将正常藻平均分为两组,在黑暗条件下厌氧发酵3小时后,对照组不加KOH,实验组用KOH 处理,在弱光下连续测定放氧量并计算达到最大氧气释放量的百分比,结果如下表。
组别 光照时间/h
0.5 1 2 3
对照组 30% 80% 100% 100%
实验组 0% 0% 60% 100%
放氧速率等于光合作用产生氧气的速率减去呼吸作用消耗氧气的速率。实验数据说明厌氧发酵产酸 (填“促进”或“抑制”)有氧呼吸。实验组放氧速率比对照组低,主要原因是 (3分)。
课时跟踪检测(十三)
1．选D 叶肉细胞中，ATP的合成可发生在细胞质基质和线粒体基质中，A错误；ATP水解释放能量可发生在叶绿体基质中，B错误；生物大分子的单体形成多聚体时可产生H2O，因此H2O的产生不一定在膜上，C错误；叶肉细胞中，H2O在光下分解只能发生在叶绿体的类囊体薄膜上，D正确。
2．选B 某植物叶片的净光合速率>0时，整个植株的呼吸速率可能大于光合速率，有机物消耗大于有机物合成，故会出现有机物减少的情况，A正确；光合作用光反应阶段产生的ATP不用于植物吸收矿质元素，B错误；玉米胚乳细胞进行无氧呼吸时只在第一阶段产生少量能量，C正确；呼吸作用产生的气体为二氧化碳，二氧化碳中的氧元素来自反应物水和丙酮酸中的氧(有氧呼吸第二阶段)，光合作用产生的气体为氧气，氧气中的氧元素来自反应物水中的氧(光合作用的光反应阶段)，D正确。
3．选B 施加农家肥被土壤微生物分解，释放CO2，间接为植物补充CO2和无机盐，进而增加有机物积累，A错误；植物的光合午休是因为气温过高，蒸腾作用过强，导致气孔部分关闭，CO2吸收量减少引起的，补充水分可减弱植物的光合午休进而增加有机物积累，B正确；霜降前的降温如果过早，会导致稻谷等农作物收成不好，而霜降后的降温则对农作物有利，C错误；如果土壤中的水分过多，会减少土壤中的氧气含量，从而限制了有氧呼吸的进行，导致植物缺氧，最终可能降低种子的萌发率和幼苗的生长速度，D错误。
4．选A 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，在甘蔗叶肉细胞中，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；过程③表示细胞呼吸，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；如题图所示为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，由于甘蔗植株部分细胞只进行细胞呼吸，过程①②的速率大于过程③的速率时，甘蔗植株的干重不一定增加，D正确。
5．选A 图1中，①过程中H2O分解产生O2和H＋，是光合作用的光反应阶段，能产生ATP；②过程中H＋与CO2最终生成C6H12O6的过程是光合作用暗反应阶段，消耗光反应产生的ATP；④过程中C6H12O6分解成CO2和H＋是有氧呼吸的第一和第二阶段，可产生少量的ATP；③过程中H＋与O2结合生成H2O，是有氧呼吸第三阶段，可产生大量ATP，A正确。图2中，9～10 h，光合速率迅速下降的原因可能是突然停止光照，因该时段呼吸速率并没有明显下降，故不是温度变化所引起的，B错误。培养时若水循环不充分会导致植物叶片萎蔫，原因可能是缺少营养物质影响叶片正常生理活动，C错误。图2两曲线的交点表示的是植株的光合速率与呼吸速率相等，因植物只有叶肉细胞能进行光合作用，因此也就是叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，即叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，则此时叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。
6．选A B点之前经过一晚上的细胞呼吸，吸收O2释放CO2，且6点前光合作用强度小于呼吸作用强度，因此大棚中的CO2浓度在B点达到最大，O2浓度在B点最小，A错误；若C点时光照突然降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，那么C3还原速率减慢，C3消耗减少，而短时间内C3合成速率不变，因此短时间内叶绿体中C3含量升高，B正确；图中B点和D点表示CO2的吸收量等于CO2的释放量，即黄瓜植株光合作用速率等于呼吸作用速率，C正确；图中SM、SN表示0～6点、18～24点黄瓜植株减少的有机物量，Sm表示6～18点净光合作用积累的有机物量，因此，经过一昼夜后，黄瓜植株有机物的净增加量应为Sm－SM－SN，D正确。
7．选C 只以糖类为呼吸底物时，O2的吸收量小于或等于CO2的释放量；若呼吸底物为脂肪，与糖类相比，等量脂肪中氢含量高、氧含量低，故氧化分解时O2的消耗量增多，而使O2吸收量大于CO2释放量，A错误。18O是稳定同位素，不具有放射性，B错误。若经过一昼夜，密闭容器中CO2浓度降低，说明CO2转化为糖类储存在植物体中，该萌发的种子已进行光合作用，C正确。光照突然减弱，短时间内光反应生成的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，生成的C5减少，而CO2固定中C5的消耗暂时不变，故C5含量降低，D错误。
8．选D 光合作用过程中产生的NADPH参与暗反应中的C3还原，不与氧气结合；无氧呼吸产生的NADH不与氧气结合生成水，A错误。有氧呼吸第二阶段在线粒体基质中进行并合成ATP，不需要氧气；叶绿体内进行的光反应阶段可产生ATP，不需要氧气，B错误。葡萄糖先在细胞质基质中分解为丙酮酸，才能进入线粒体，C错误。动物无氧呼吸的产物为乳酸时，不产生CO2，D正确。
9．选B 图中虚线表示呼吸速率，实线表示净光合速率，P点时表示植物的净光合速率等于呼吸速率，A正确；野生型小麦生长在最适温度条件下，净光合作用最大，由此可知该野生型小麦生长的最适温度约为25 ℃，B错误；若突然降低光照，则光反应产生的NADPH和ATP减少，降低暗反应中C3的还原，故P点时若突然降低光照，短时间内C3的消耗速率降低，C正确；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图中数据可知，在温度5～25 ℃的区间，总光合速率分别可表示为1.5(0.5＋1)、2.5(0.75＋1.75)、3.5(2.5＋1)、4.75(1.5＋3.25)、6(2.25＋3.75)，随温度升高，总光合速率增大，说明温度是限制光合作用的主要因素，D正确。
10．选A 青菜病叶叶绿素含量下降会影响光能的吸收、传递，导致NADPH和ATP产生量下降，暗反应速率下降，进而导致光合速率下降，并不会导致暗反应产物积累，A错误；由于青菜病叶叶绿素总量下降，叶绿素分布于叶绿体的类囊体薄膜，故可推测镜检时能看到叶绿体数量减少或叶绿体被破坏等现象，B正确；呼吸作用在细胞质基质和线粒体中进行，由于青菜病叶和青菜对照叶呼吸速率差异不大，可以推测病毒对叶肉细胞线粒体破坏不明显，C正确；气孔是植物与外界进行气体交换的门户，也是气体进出植物体的门户，所以气孔导度大有利于CO2进入植物体，增加胞间CO2浓度，D正确。
11．选C 玻璃罩内CO2含量的变化取决于光合作用和呼吸作用的大小，ab段CO2含量的减少说明植物的光合作用吸收的CO2多于呼吸作用释放的CO2，即植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，A正确；bc段CO2含量上升，根据题意可知，光照一段时间后迅速进行遮光处理，所以bc段含量上升是因为遮光处理后植物只进行呼吸作用，B正确；ab段和cd段CO2含量都减少，说明光合作用强度大于呼吸作用强度，都有有机物积累，但有机物含量最多的是b点，因为b点是密闭容器内CO2含量的最低点，有机物积累最多，C错误；de段玻璃罩内CO2含量不变，说明该植物光合作用强度与细胞呼吸作用强度相等，D正确。
12．选A 增大环境CO2浓度时，气孔开度降低，减少水分散失，有助于植物在干旱环境中生存，同时Rubisco酶活性上升，有利于植物进行光合作用，A正确。当草莓所处环境CO2浓度突然升高时，短时间内CO2固定增强，对C5的消耗增多，而生成暂时不变，C5减少，C3生成增多，C3的还原增强，故ATP和NADPH的消耗将增多，其含量不会增多，B错误。35 ℃时净光合速率最大，最适宜草莓生长，5 ℃时净光合速率为0，光合速率等于呼吸速率，C错误。40 ℃时，气孔开放程度较低，进入胞间的CO2较少，但由于净光合速率也较低，被吸收进细胞的CO2也较少；35 ℃时，气孔开放程度较高，进入胞间的CO2较多，但此时净光合速率最大，被吸收进细胞的也更多。所以两种温度下的胞间CO2浓度无法比较，D错误。
13．解析：(1)在有氧呼吸的第一阶段，葡萄糖分解产生丙酮酸和NADH，即物质乙为丙酮酸；据图可知，①是光合作用的光反应阶段，②是有氧呼吸的第二阶段，③是光合作用的暗反应阶段，④是有氧呼吸的第一阶段，⑤是有氧呼吸的第三阶段。①～⑤过程中，发生在生物膜上的有①(发生在叶绿体类囊体薄膜上)、⑤(发生在线粒体内膜上)。
(2)CO2是暗反应的原料，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，据图2可知，当CO2浓度低于400 μmol·mol－1时，15 ℃条件下的银杏净光合速率高于28 ℃下的，其原因可能是CO2浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多。
(3)黑暗中植物只能进行呼吸作用，该过程消耗氧气，释放CO2，故探究氧气浓度对光合作用是否产生影响，在表中数据的基础上，可在黑暗条件下测定相应氧气浓度下银杏叶片的呼吸速率；假设在温度为28 ℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为X mg·cm－2·h－1，氧气浓度为20%时，银杏叶片呼吸速率为Y mg·cm－2·h－1，据表分析，23＋X＝9＋Y表示氧浓度为2%时和氧浓度为20%时总光合速率相等。
答案：(1)丙酮酸 ①⑤ (2)CO2浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28 ℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多 (3)黑暗 氧气浓度为2%时的总光合速率和氧气浓度为20%时的相等
14．解析：(1)据图1分析，曲线乙表示呼吸速率，曲线甲表示净光合速率，植物能正常生长，其净光合速率必须大于0，当温度升高到40 ℃时，净光合速率等于0，高出该温度时，其净光合速率小于0，所以该植物的生长所需温度应低于40 ℃。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点，所以M点的总光合速率小于N点。
(2)已知CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，该过程即CO2的固定过程，发生在叶绿体基质，据此推测，RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中。图2中，A→B的变化是C5含量减少，是由于叶肉细胞吸收CO2速率增加所致。B→C保持稳定的内因是受到RuBP羧化酶数量限制。
(3)镁离子主要参与植物叶绿素的形成，进而影响植物的光合作用，若要验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似，则可将缺镁与缺铁的实验组与完全培养液组进行对照，并通过检测叶绿素含量和光合速率进行比较，缺少上述成分的实验组叶绿素含量和光合速率接近且均低于对照组，说明缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似。
答案：(1)40 曲线甲表示为温度影响净光合速率曲线，只有在净光合速率大于0时植物才能正常生长，当温度升高到40 ℃时，净光合速率等于0，高出该温度时，净光合速率小于0 大 总光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和，M点和N点对应的净光合速率相等，而M点的呼吸速率小于N点 (2)叶绿体基质 增加 RuBP羧化酶数量 (3)①3 ②第1组用完全培养液培养，第2组用缺镁培养液培养，第3组用缺铁培养液培养 ④叶片中叶绿素含量，测定光合速率 第2组与第3组叶片中叶绿素含量、光合速率相同(或接近)且都低于第1组
15．解析：(1)在有氧呼吸第二阶段，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中生成CO2。据图1可知，丙酮酸进入线粒体后在线粒体基质中生成B，因此，B为CO2。据图1可知，除TCA 循环外，图中能产生物质B的过程还有丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精。据图1可知，物质C在类囊体薄膜上经光解生成H＋和D，可知，物质C是H2O。据图1可知，物质G在类囊体薄膜上利用H＋顺浓度梯度运输提供的能量，生成物质H，因此可知，物质H为ATP。
(2)黑暗条件下，类囊体膜上不发生水的光解，PQ 等电子传递体无法获得电子，因此，它们处于氧化状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，产生的ATP和NADPH少，导致卡尔文循环受限。据图1可知，F和H分别代表NADPH和ATP。因此，从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致F、H的量成为卡尔文循环的限制因素。
(3)据图2可知，随突变体厌氧发酵时间加长，荧光强度基本保持不变，说明光化学淬灭并没有变强，推断不合理，A不符合题意；据图3可知，正常藻厌氧发酵后加入 KOH，荧光强度明显增强，并未淬灭，推断不合理，B不符合题意；由图1可知，正常藻厌氧发酵产生有机酸，类囊体内、外pH降低，光反应减慢，合成的ATP减少，热能散失增加，促进非光化学淬灭，推断合理，C符合题意；正常藻厌氧发酵产生有机酸，酸化类囊体，减少对光的吸收，能缓解黎明时电子传递链的压力，推断合理，D符合题意。
(4)据表中数据表明，加了KOH的实验组，在一段相同时间内，氧气释放量低，说明此时有氧呼吸强，消耗了氧气。由此可推断，厌氧发酵产酸对有氧呼吸有抑制作用。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组。
答案：(1)CO2 丙酮酸分解为乙酰辅酶A和CO2、丙酮酸发酵产生酒精 H2O ATP (2)氧化 F、H (3)CD (4)抑制 实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组
