2025版高考生物一轮总复习教案必修1第三单元细胞的能量供应和利用第四讲影响光合作用的环境因素及其应用考点三光合作用与细胞呼吸的关系

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知|识|巩|固
1．光合作用与细胞呼吸的物质转化过程
(1)填写相关物质名称：a.叶绿体中的色素，b.O2，c.ATP，d.ADP，e.NADPH，f.C5，g.CO2，h.C3。
(2)生理过程及场所
(3)完善光合作用与细胞呼吸的物质联系
①C：CO2eq \(――――――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \(――――――――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅰ))C3H4O3(丙酮酸)eq \(――――――――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅱ))CO2
②O：H2Oeq \(――――――→,\s\up7(光反应))O2eq \(――――――――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅲ))H2O
③H：H2Oeq \(――――――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(――――――→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq \(――――――――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ))[H]eq \(――――――――→,\s\up7(有氧呼吸Ⅲ))H2O
2．光合作用与细胞呼吸的能量转化
3．光合作用、细胞呼吸的“三率”图示模型
(1)“三率”的表示方法
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应的CO2量，也称为表观光合速率。
③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。
(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
(4)图1中B点对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率>呼吸速率。(填“>”“＝”或“<”)
思|维|辨|析
易错整合，判断正误。
(1)光合作用过程中产生的NADPH可用于有氧呼吸的第三阶段。( × )
(2)叶绿体产生的O2可进入线粒体被直接利用，线粒体产生的H2O可进入叶绿体被直接利用。( √ )
(3)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原，植物体的净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。( √ )
延|伸|探|究
1．用Heq \\al(18,2)O浇花草，周围空气中的CO2会出现18O，请解释原因。
提示：在有氧呼吸第二阶段Heq \\al(18,2)O与丙酮酸反应会生成C18O2，所以周围空气中的CO2中会出现18O。
2．请以真核细胞为例，说明叶绿体和线粒体中H2O产生与消耗的场所。
提示：叶绿体：在叶绿体类囊体薄膜上消耗H2O，在叶绿体基质中产生H2O；
线粒体：在线粒体基质中(第二阶段)消耗H2O，在线粒体内膜上(第三阶段)产生H2O。
剖析难点·考点突破
重|难|精|讲
1．归纳光合作用与有氧呼吸中NADPH、NADH、ATP的来源与去路
2．真正光合速率、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。
3．自然环境中一昼夜植物CO2吸收或释放速率的变化曲线分析
4．密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线分析
提醒：分析光合作用或细胞呼吸速率的变化时，应分析曲线变化趋势的快慢，也就是斜率。
精|准|命|题
考向一 光合作用与细胞呼吸过程、物质、能量的关系
》例1 (2024·佛山顺德区二检)在光照等条件下，番茄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(1～7表示结构，a～h表示物质的移动情况)，有关说法错误的是( D )
A．线粒体中2处释放的能量远远多于3处
B．叶绿体内会发生光能转变为化学能的过程
C．物质A进入线粒体后彻底分解需要水的参与
D．a、b、e、f的量均为0时对应的光照强度为番茄植株的光补偿点
解析：分析题图可知，2代表线粒体内膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，3代表线粒体基质，发生有氧呼吸第二阶段的反应，有氧呼吸第三阶段产生的能量远远多于有氧呼吸第二阶段，即2处释放的能量远远多于3处，A正确；叶绿体是光合作用的场所，光反应阶段光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，在暗反应阶段ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，B正确；分析题图可知，物质A是丙酮酸，其在线粒体基质中和水在酶的催化下生成[H]和CO2，产生少量的能量，C正确；分析题图可知，a表示叶肉细胞向细胞外释放CO2，b表示叶肉细胞从细胞外吸收CO2，e表示叶肉细胞向细胞外释放O2，f表示叶肉细胞从细胞外吸收O2，a、b、e、f的量均为0时，番茄叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，此时对应的光照强度为番茄叶肉细胞的光补偿点，但番茄植株的根尖等细胞进行呼吸作用而不进行光合作用，故番茄植株的光合速率小于呼吸速率，即此时对应的光照强度不是番茄植株的光补偿点，D错误。
〔变式训练1〕 (2024·江苏连云港期初)光合作用和细胞呼吸是植物体的两个重要生理活动，下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，错误的是( B )
A．适宜的光照下，叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
B．细胞呼吸过程中有机物中稳定的化学能主要转变为ATP中活跃的化学能
C．用Heq \\al(18,2)O培养小球藻，一段时间后可在其产生的糖类和氧气中检测到18O
D．夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，有利于提高作物产量
解析：光合作用的光反应阶段产生ATP，光反应的条件是光照，场所是叶绿体，有氧呼吸的三个阶段都能合成ATP，有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，A正确；光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中有机物中的化学能大部分以热能形式散失，少部分转变为ATP中活跃的化学能，B错误；用Heq \\al(18,2)O培养小球藻，在叶绿体中进行光合作用，进行水的光解形成氧气和NADPH，则最先检测到含有放射性的产物是氧气；Heq \\al(18,2)O可参与有氧呼吸的第二阶段，在CO2中可检测到被标记的18O，再通过光合作用的暗反应阶段，转移到糖类等有机物中，C正确；夏季连续阴天，光照强度减弱，光合作用合成的有机物减少，夏季的气温较高，细胞呼吸作用较强，细胞呼吸分解的有机物较多，不利于植物生长，所以大棚中白天适当增加光照，提高光合作用强度，夜晚适当降低温度，降低细胞呼吸强度从而增加净光合作用强度，可提高作物产量，D正确。
考向二 光合速率与呼吸速率
》例2 (2024·北京师范大学附中高三月考改编)利用水稻品种“两优培九”，研究其叶片净光合速率与叶温的变化关系，结果如下图。以下叙述正确的是( D )
A．实验需要控制相同且适宜的呼吸强度
B．真光合速率最适温度出现在33 ℃左右
C．15 ℃时此植物的ATP仅来自细胞呼吸
D．曲线下降可能因为呼吸速率增加更多
解析：该实验的自变量是温度，而温度会影响呼吸作用强度，A错误；图示只能说明净光合速率的最适宜温度出现在33 ℃左右，而呼吸速率的情况不清楚，因此无法判断真光合速率的最适温度，B错误；据图分析，15 ℃时此植物的净光合速率大于0，说明其可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此产生ATP的过程有光合作用和呼吸作用，C错误；曲线下降是因为实际光合速率与呼吸速率之间的差值变小，可能因为呼吸速率增加更多，D正确。
〔变式训练2〕 在一定光照下，测定植物甲、乙在不同CO2浓度下的光合速率，结果如图所示。请据图回答问题：
(1)CO2浓度为q时，限制植物甲、乙光合速率的环境因素分别是CO2浓度、光照强度。
(2)已知植物甲呼吸作用的最适温度比光合作用的高，若图中曲线是在光合作用的最适温度下测定的，适当提高环境温度，q点将向右移动。
(3)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，在适宜光照下，一段时间后，植物甲可能无法正常生长，原因是随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降，在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长。
(4)CO2浓度为r时，植物甲的总光合速率大于(填“大于”“等于”或“小于”)植物乙的总光合速率；当CO2浓度为q时，植物乙与植物甲固定的CO2量的差值为b＋c－d。
解析：(1)由题干可知，图中结果是在一定光照下测得的。据图可知CO2浓度为q时，甲植物光合速率未到达饱和，所以限制植物甲光合速率的环境因素是CO2浓度；乙植物光合速率达到饱和，所以此时限制植物乙光合速率的环境因素是光照强度。
(2)若图中曲线是在光合作用的最适温度下测得，提高环境温度，植物甲的光合速率会下降，呼吸速率会增大，只有在更高的CO2浓度下，植物甲的光合速率才能与呼吸速率相等，q点将右移。
(4)当CO2浓度为0时，纵坐标所示数值表示呼吸速率，当CO2浓度大于0时，纵坐标所示数值表示净光合速率，而净光合速率＝总光合速率－呼吸速率。据此分析可知：当CO2浓度为r时，植物甲、植物乙的净光合速率均等于b，但植物甲的呼吸速率(d)大于植物乙的呼吸速率(c)，所以植物甲的总光合速率大于植物乙的总光合速率。当CO2浓度为q时，植物甲的净光合速率为0，植物乙的净光合速率为b，此时植物乙与植物甲固定的CO2量(总光合速率)的差值＝b＋c－d。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