資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
人教(2019)生物高考知識點梳理&對點訓練
3.4 細胞呼吸與光合作用之間物質和能量關系
由于光合作用和細胞呼吸的聯系是考查學生的物質與能量觀、結構與功能觀等生命觀念，以及科學思維和科學探究等學科素養的有效途徑，因此該考點常受到命題者的青睞，在高考命題中考查頻次較高，選擇題、非選擇題都是常見題型。命題多借助圖示模型或情境信息等考查細胞呼吸與光合作用過程中物質和能量的轉化過程。
1．關于細胞中的 H2O 和 O2，下列說法錯誤的是(　 )
A．由葡萄糖合成糖原的過程中一定有 H2O 產生
B．有氧呼吸第二階段一定消耗 H2O
C．植物細胞產生的 O2 只能來自光合作用
D．光合作用產生的 O2 中的氧元素只能來自H2O
解析：選C　葡萄糖是單糖，通過脫水縮合形成多糖的過程有水生成，A正確；有氧呼吸第二階段是丙酮酸和水反應生成CO2和[H]，所以一定消耗 H2O，B正確；有些植物細胞含有過氧化氫酶(如土豆)，可以分解過氧化氫生成O2，因此植物細胞產生的 O2 不一定只來自光合作用，C錯誤；光反應階段水的分解產生O2，故光合作用產生的 O2 中的氧元素只能來自H2O，D正確。
2．研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是(　 )
A．產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質
B．該反應體系不斷消耗的物質僅是CO2
C．類囊體產生的ATP和O2參與CO2固定與還原
D．與葉綠體相比，該反應體系不含光合作用色素
解析：選A　題干信息“該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸”說明，乙醇酸是在暗反應中合成的，合成場所相當于葉綠體基質，A正確；該反應體系既能在類囊體上進行光反應，又能利用16種酶等物質進行暗反應，因此該反應體系不斷消耗的物質有CO2、H2O等，B錯誤；類囊體上進行的光反應為暗反應中C3的還原提供了NADPH和ATP，光反應產生的O2不參與暗反應，C錯誤；該反應體系中有類囊體，在光照條件下還可實現連續的CO2固定與還原，說明該反應體系中有吸收、傳遞和轉化光能的光合作用色素，D錯誤。
3．下圖為某植物葉肉細胞中有關甲、乙兩種細胞器的部分物質及能量代謝途徑示意圖(NADPH 指[H])，請回答下列問題：
(1)甲可以將光能轉變為化學能，參與這一過程的兩類色素為______________________，其中大多數高等植物的________需在光照條件下合成。
(2)在甲發育形成過程中，細胞核編碼的參與光反應中心的蛋白，在細胞質中合成后，轉運到甲內，在____________(填場所)組裝；核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉運到甲內，在________(填場所)組裝。
(3)甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為________后進入乙，繼而在乙的________(填場所)徹底氧化分解成CO2；甲中過多的還原能可通過物質轉化，在細胞質中合成NADPH，NADPH中的能量最終可在乙的________(填場所)轉移到ATP中。
(4)乙產生的ATP被甲利用時，可參與的代謝過程包括________(填序號)。
①C3的還原　②內外物質運輸　③H2O裂解釋放O2　④酶的合成
解析：(1)圖中甲是葉綠體，是進行光合作用的場所。葉綠體中含有葉綠素和類胡蘿卜素，可以吸收光能，并將光能轉變為化學能；葉綠素通常需要在有光的條件下才能合成。(2)光反應在葉綠體的類囊體膜上進行，參與光反應的酶(蛋白質)在細胞質中合成后，轉運到葉綠體的類囊體膜上組裝；CO2的固定發生在葉綠體基質中，催化CO2固定的酶在葉綠體基質中組裝。(3)圖中乙為線粒體，是進行有氧呼吸的主要場所。氧氣充足時，光合作用產生的三碳糖可被氧化為丙酮酸后進入線粒體，丙酮酸在線粒體基質中被徹底氧化分解成CO2，同時產生NADH和ATP。葉綠體中產生的過多的還原能通過物質轉化合成NADPH，NADPH可通過參與有氧呼吸第三階段產生ATP。(4)由圖示可知，乙(線粒體)產生的ATP能夠進入甲(葉綠體)，所以在線粒體中合成的ATP可以用于C3的還原，同時還能用于內外物質的運輸、酶的合成等；水的光解不需要ATP。
答案：(1)葉綠素、類胡蘿卜素　葉綠素　(2)類囊體膜上　基質中　(3)丙酮酸　基質中　內膜上
(4)①②④
[知識梳理]
1．光合作用與細胞呼吸過程模式圖分析
(1)圖中物質名稱：b：O2，c：ATP，d：ADP，
e：NADPH，f：C5，g：CO2，h：C3。
(2)生理過程及場所。
序號 ① ② ③ ④ ⑤
生理過程 光反應 暗反應 有氧呼吸第一階段 有氧呼吸第二階段 有氧呼吸第三階段
場所 葉綠體類囊體薄膜 葉綠體基質 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜
2．光合作用與細胞呼吸中物質和能量的聯系
(1)光合作用和有氧呼吸中各種元素的去向。
C CO2有機物丙酮酸CO2
H H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
O H2OO2H2OCO2有機物
(2)光合作用與有氧呼吸中的能量轉化。
3．圖解法理清光合作用與細胞呼吸中[H]和ATP的來源及去路
(1)[H]的來源和去路比較。
(2)ATP的來源與去路比較。
[典例]　(2017·全國卷Ⅱ)下圖是某植物葉肉細胞光合作用和呼吸作用的示意圖。
據圖回答下列問題：
(1)圖中①、②、③、④代表的物質依次是______、________、________、________，[H]代表的物質主要是________。
(2)B代表一種反應過程，C代表細胞質基質，D代表線粒體，則ATP合成發生在A過程，還發生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以轉化成酒精，出現這種情況的原因是____________________________________。
[解析]　(1)由分析可知，圖中①表示光合作用光反應階段水光解的產物O2；②是生成還原型輔酶Ⅱ(NADPH)的反應物NADP＋；③是生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反應階段參與固定CO2的物質C5；圖中[H]代表的物質是呼吸作用過程中的還原型輔酶Ⅰ(NADH)。(2)細胞中生成ATP的場所除葉綠體外還有細胞質基質(C)和線粒體(D)。(3)細胞質基質中的丙酮酸可以轉化成酒精的原因是植物細胞缺氧，導致細胞進行無氧呼吸。
[答案]　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或還原型輔酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧條件下進行無氧呼吸
準確解答光合作用和呼吸作用過程類題目的關鍵
光合作用和細胞呼吸的場所、過程、原料等雖然不同，但二者可通過物質循環緊密聯系在一起。解答此類試題時應結合教材圖解準確獲取圖示中的物質轉化信息，并據此確定圖示生理過程是光合作用過程還是細胞呼吸過程，是光反應階段還是暗反應階段，或者是有氧呼吸的哪個階段。如圖為光合作用與細胞呼吸關系圖解。
　　　　
[針對訓練]
1．下圖為某植物葉肉細胞進行光合作用與細胞呼吸過程中某些物質變化的圖解，其中①～④表示過程。下列相關敘述正確的是(　 )
A．過程①③④都能合成ATP，其中過程③生成的ATP最多
B．過程①②③④不一定能同時進行，過程③④發生在線粒體中
C．過程①②③都發生在生物膜上，溫度是影響這三個過程的主要因素
D．過程④產生CO2的過程可能會消耗水
解析：選D　①表示光反應階段，③表示有氧呼吸的第三階段，④表示有氧呼吸的第一、二階段，三者都能合成ATP，其中過程①生成的ATP最多，A錯誤；④表示有氧呼吸的第一、二階段，第一階段發生在細胞質基質，第二階段消耗水產生CO2，B錯誤，D正確；①表示光反應階段，主要受光照影響，②表示暗反應階段，發生在葉綠體基質，不在生物膜上，C錯誤。
2．綠色植物光合作用和呼吸作用之間的能量轉換如圖所示，圖中①～⑥代表物質，下列有關敘述錯誤的是(　 )
A．植物光反應把太陽能轉變為活躍的化學能貯存在①中
B．葉綠體中的NADPH和線粒體中的NADH都具有還原性
C．給植物提供HO，短時間內生成的O2和CO2均可含18O
D．物質④在葉綠體基質中合成，在線粒體基質中分解
解析：選D　葉綠體中的NADPH參與C3的還原，線粒體中的NADH與氧結合生成水，二者都具有還原性，B正確；給植物提供HO，HO參與光反應生成18O2，HO參與有氧呼吸的第二階段生成C18O2，因此短時間內生成的O2和CO2均可含18O，C正確；物質④為葡萄糖，在葉綠體基質中合成，在細胞質基質中分解，D錯誤。
[課時驗收評價]
1．如圖表示植物葉肉細胞內光合作用、呼吸作用中氧的轉移過程。下列敘述正確的是(　 )
A．過程①②④都有ATP生成
B．過程②⑤所需[H]全部來源于①
C．過程①③⑤都需在生物膜上進行
D．過程②③可相互提供物質
解析：選D　過程④為CO2的固定，不產生ATP，A錯誤；過程②所需[H]來自有氧呼吸的第一、二階段，B錯誤；過程③是有氧呼吸第二階段，在線粒體基質中進行，過程⑤是C3的還原，發生在葉綠體基質中，C錯誤。
2.下圖表示菠菜葉肉細胞光合作用與細胞呼吸過程中碳元素和氫元素的轉移途徑，其中①～⑥代表有關生理過程。下列敘述錯誤的是(　 )
A．過程①②③不在生物膜上進行
B．參與過程②③⑤的酶的種類不同
C．過程②③④⑤都有ATP產生
D．過程③產生的[H]全部來自丙酮酸
解析：選D　過程①為光合作用暗反應階段，發生在葉綠體基質中；過程②為有氧呼吸的第一階段，發生在細胞質基質；過程③為有氧呼吸第二階段，發生在線粒體基質，均不在生物膜上進行，A正確。過程②③為有氧呼吸的過程，其催化反應的酶都為呼吸酶，過程⑤為光合作用光反應階段，其催化反應的酶為光合作用酶，他們的酶的種類不相同，B正確。過程②③④為有氧呼吸的三個過程，均有ATP產生，過程⑤為水的光解過程，有ATP產生，C正確。過程③(有氧呼吸第二階段)是丙酮酸和H2O反應產生CO2和[H]，釋放少量能量，產生的[H]部分來自丙酮酸，部分來自H2O，D錯誤。
3．下圖表示不同條件下葉片與外界凈氣體交換模式圖，葉片的大小及生理狀況相似。下列說法正確的是(　 )
A．①的細胞中產生ATP的場所只有線粒體和細胞質基質
B．單位時間內，葉片②的光合速率大于呼吸速率
C．③的葉肉細胞中線粒體和葉綠體之間沒有氣體交換
D．提高外界溫度，葉片②的O2釋放速率一定會增加
解析：選B　①的細胞只進行呼吸作用或同時進行光合作用和呼吸作用，故產生ATP的場所可能還有葉綠體的類囊體薄膜，A錯誤；葉片②細胞吸收外界CO2，釋放O2，故呼吸速率小于光合速率，B正確；③的葉肉細胞同時進行光合作用和呼吸作用，且呼吸速率等于光合速率，此時細胞不與外界進行其他交換，但細胞內的線粒體和葉綠體之間仍有氣體交換，C錯誤；葉片②細胞同時進行光合作用和呼吸作用，但葉片②所處的環境可能已經是光合速率最大時的條件，繼續提高外界溫度，葉片②的O2釋放速率可能會降低，D錯誤。
4.如圖表示某高等植物葉肉細胞中的a、b兩種細胞器及相關生理活動。下列說法正確的是(　 )
A．a細胞器內生理活動的強度小于b細胞器內生理活動的強度
B．a、b兩種細胞器都能產生ATP，產生的ATP均能從細胞器中運出
C．改變光照強度一定會改變a細胞器中生理活動的強度
D．圖示葉肉細胞中有有機物的積累，但該植物不一定能正常生長
解析：選D　據題圖分析，a是葉綠體，b是線粒體，圖中葉綠體光合作用吸收的CO2來自線粒體釋放的和外界中的，故該葉肉細胞中光合作用強度大于呼吸作用強度，A錯誤；葉綠體光反應產生的ATP被暗反應消耗，不能從葉綠體中運出，B錯誤；當光照強度達到飽和后，增加光照強度，光合作用強度不會改變，C錯誤；葉肉細胞內光合速率大于呼吸速率，但植物體內并非所有細胞均能進行光合作用，但都要進行細胞呼吸，故該植物不一定能正常生長，D正確。
5．如圖表示高等植物體內某些生理過程。據圖分析，下列說法不正確的是(　 )
A．Ⅰ階段生成ATP和NADPH所需要的能量可以是光能也可以是化學能
B．過程③和④進行的場所分別是葉綠體基質和細胞質基質
C．Ⅰ、Ⅱ階段所示的過程是生態系統賴以維持的重要基礎
D．過程④⑤可發生在同一個體不同部位的組織細胞中
解析：選A　高等植物體內，Ⅰ階段(光反應)生成ATP和NADPH所需要的能量來自光能，A錯誤；過程③是暗反應，過程④是無氧呼吸，進行的場所分別是葉綠體基質和細胞質基質，B正確；Ⅰ(光反應)、Ⅱ(暗反應)階段所示的過程是光合作用，可以將無機物轉化為有機物，是生態系統賴以維持的重要基礎，C正確；過程④(無氧呼吸)⑤(有氧呼吸)可發生在同一個體不同部位的組織細胞中，如植物某些細胞可以進行有氧呼吸，某些細胞可以進行無氧呼吸，D正確。
6．植物細胞中的葉綠體在光照條件下可以消耗一定量的O2，這屬于植物細胞光呼吸的重要環節。如圖表示光合作用和光呼吸的部分過程。請回答下列問題：
(1)過程①發生在________中，并且需要光反應提供____________________。在黑暗條件下C3不能被還原再生成________，使光呼吸因缺乏底物而不能進行。
(2)研究發現，催化過程②和③的是同一種酶，CO2和O2會競爭此酶的同一活性位點。因此，當細胞中O2濃度升高時，過程②會受到________。
(3)在強光下，光反應轉換的能量超過暗反應的需要，會對細胞造成傷害，此時光呼吸可以對細胞起到保護作用，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)從能量代謝的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的區別是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)過程①需要光反應提供ATP和NADPH，發生在葉綠體基質中。在黑暗條件下C3不能被還原再生成C5，使光呼吸因缺乏底物而不能進行。(2)催化過程②和③的是同一種酶，CO2和O2會競爭此酶的同一活性位點，當細胞中O2濃度升高時，O2會與CO2爭奪C5，過程②會受到抑制。(3)在強光下，光反應轉換的能量超過暗反應的需要，會對細胞造成傷害，此時光呼吸可以對細胞起到保護作用，原因是光呼吸可消耗過剩的能量(或ATP和NADPH)。(4)從能量代謝的角度看，光呼吸和有氧呼吸最大的區別是光呼吸消耗ATP，而有氧呼吸產生ATP。
答案：(1)葉綠體基質　ATP和NADPH(二者缺一不可)
C5　(2)抑制　(3)光呼吸可消耗過剩的能量(或ATP和NADPH)　(4)光呼吸消耗ATP，有氧呼吸產生ATP

展開更多......

收起↑