資源簡介

新人教生物一輪復習學案
第10講 光合作用與細胞呼吸的綜合應用
【素養目標】　1.闡明各種因素對光合作用強度的影響。(生命觀念　科學思維)2.用動態聯系的觀點說明細胞呼吸強度與光合作用強度的大小關系，并舉例說明它在實際生產生活中的應用。(科學思維　社會責任)
考點一　光合作用與細胞呼吸過程及物質和能量的聯系
1．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
3.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
[典例剖析]
(2022·沈陽高三檢測)在光照等條件下，番茄葉片葉肉細胞進行光合作用與有氧呼吸、以及細胞內外交換的示意圖如下(數字表示結構，小寫字母代號表示物質的移動情況)，有關說法正確的是(　　)
A．圖中線粒體中2處釋放的能量遠遠多于3處
B．葉綠體產生的O2被線粒體利用，至少穿過3層生物膜
C．物質A進入線粒體后徹底分解不需要水的參與
D．h＝c，d＝g時的光照強度是滿足番茄植株光合速率等于呼吸速率的光照強度
A　[據題圖分析可知，2代表線粒體內膜，發生有氧呼吸第三階段的反應，而3代表線粒體基質，發生第二階段的反應，因為有氧呼吸第三階段產生的能量最多，所以2處釋放的能量遠遠多于3處，A正確；O2在葉綠體的類囊體薄膜產生，在線粒體內膜被利用，故葉綠體產生的O2被線粒體利用至少需要穿葉綠體的3層膜(包括類囊體膜)和線粒體的2層膜，共5層生物膜，B錯誤；根據題圖分析可知，物質A是丙酮酸，進入線粒體后徹底分解需要水的參與，C錯誤；若h＝c，d＝g時，說明凈光合作用速率為零，但題圖是表示番茄葉片葉肉細胞，所以h＝c，d＝g時只是葉肉細胞中的光合速率＝呼吸速率，而番茄植株還有根尖等不能進行光合作用，只進行呼吸作用，所以整個番茄植株呼吸作用速率應該大于光合作用速率，D錯誤。]
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：光照等條件下，番茄葉片葉肉細胞進行光合作用與有氧呼吸＋題圖
信息2：數字表示結構，小寫字母代號表示物質的移動情況
信息轉化 1.光合作用和細胞呼吸的過程
2.參與的細胞結構和物質轉化途徑
素養考查 生命觀念：結構與功能觀 科學思維：分析與綜合能力、建構模型能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
研究人員用含18O的葡萄糖追蹤水稻根細胞有氧呼吸中的氧原子，其轉移途徑是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
考向一　光合作用與細胞呼吸基本過程的判斷
1．(2022·徐州高三檢測)下圖表示某綠色植物在生長階段體內物質的轉變情況，①和④過程中的[H]產生的場所依次是(　　)
A．細胞質基質；葉綠體、線粒體
B．細胞質基質、線粒體；葉綠體
C．葉綠體；細胞質基質、線粒體
D．線粒體；葉綠體、細胞質基質
C　[據圖分析，①表示光合作用的光反應階段，[H]產生于葉綠體的類囊體薄膜上；②表示光合作用的暗反應階段，不產生[H]；③表示細胞有氧呼吸的第一階段和第二階段，都能產生[H]，產生的場所分別是細胞質基質和線粒體；④表示有氧呼吸的第三階段，是消耗[H]，C正確，ABD錯誤。]
2．(2022·揚州高三檢測)如下圖表示在有氧條件下某高等植物體內有關的生理過程示意圖，①～⑤表示有關過程，X、Y、Z和W表示相關物質。請據圖判斷下列說法錯誤的是(　　)
A．X、Y、Z物質分別表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤過程中能產生ATP的有①②③④
C．②和⑤過程分別表示C3的還原和CO2的固定
D．光合作用速率小于細胞呼吸速率時，④過程產生的CO2會釋放到細胞外
B　[據分析可知，X、Y、Z物質分別表示C3、丙酮酸和ATP，A正確；光合作用光反應階段和有氧呼吸的三個階段都能產生ATP，①～⑤過程中能產生ATP的有①③④，過程②消耗ATP，B錯誤；據分析可知，X是三碳化合物，②表示C3的還原，⑤表示CO2的固定，C正確；光合速率小于呼吸速率時，呼吸作用產生的二氧化碳一部分用于光合作用，一部分釋放到細胞外，即④過程產生的CO2會釋放到細胞外，D正確。]
考向二　光合作用和細胞呼吸在物質和能量代謝上的聯系
3．(2021·湖南卷，7)綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用
B．在暗反應階段，CO2不能直接被還原
C．在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會暫時下降
D．合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度
A　[弱光條件下植物沒有氧氣的釋放，有可能是光合作用強度小于或等于呼吸作用強度，光合作用產生的氧氣被呼吸作用消耗完，此時植物雖然進行了光合作用，但是沒有氧氣的釋放，A錯誤；二氧化碳性質不活潑，在暗反應階段，一個二氧化碳分子被一個C5分子固定后，很快形成兩個C3分子，在有關酶的催化作用下，C3接受ATP釋放能量并且被[H]還原，因此二氧化碳不能直接被還原，B正確；在禾谷類作物開花期減掉部分花穗，光合作用產物輸出受阻，葉片的光合速率會暫時下降，C正確；合理密植可以充分利用光照，增施有機肥可以為植物提供礦質元素和二氧化碳，這些措施均能提高農作物的光合作用強度，D正確。]
4．(2022·安陽高三檢測)如下圖為某細胞內葡萄糖的代謝過程，其中a～d表示物質，①～④表示過程。下列相關敘述正確的是(　　)
A．a是[H]，與O2在線粒體內膜上反應生成d，d可參與過程③的反應
B．葉肉細胞中產生的a可參與C3的還原，c可用于光合作用的暗反應
C．b為ATP，過程①③④產生的能量大部分都存儲在b中，過程④產生的b最多
D．缺氧條件下，人體肌細胞的丙酮酸不能轉化為酒精是因為肌細胞中無相關的酶
D　[由題圖分析可知，a是[H]，b是ATP，c是CO2，d是水，水參與有氧呼吸的第二階段，原核細胞和真核細胞中葡萄糖代謝的場所有所不同，細菌作為原核生物，其細胞膜上有與呼吸作用相關的酶，所以原核細胞的有氧呼吸可能會在細胞膜上進行，真核細胞有氧呼吸的第二、三階段在線粒體中進行，A錯誤；葉肉細胞呼吸作用產生的[H]，為還原型輔酶Ⅰ(NADH)，光合作用所產生的是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，兩者不是同一種物質，所以不能用于光合作用中C3的還原，但呼吸作用產生的CO2可參與光合作用的暗反應，B錯誤；有氧呼吸的三個階段都有能量產生，有氧呼吸第三階段產生的能量最多，但是大部分能量都以熱能的形式散失，只有小部分存儲在ATP中，C錯誤；無氧條件下，在不同物種細胞中丙酮酸轉化為酒精還是乳酸，取決于細胞質基質中存在的相關酶的種類，D正確。]
考點二　真正光合作用和凈光合作用的關系及其速率測定
1．不同光照條件下葉肉細胞的氣體代謝特點
曲線 光合作用強度與細胞呼吸強度的關系 氣體代謝特點 圖示
A點 只進行細胞呼吸 吸收O2，釋放CO2
AB段 細胞呼吸強度大于光合作用強度 吸收O2，釋放CO2
B點 細胞呼吸強度等于光合作用強度 不與外界發生氣體交換
B點后 光合作用強度大于細胞呼吸強度 吸收CO2，釋放O2
2.真正光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的辨析
(1)內在關系
①細胞呼吸速率：植物非綠色組織(如蘋果果肉細胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
②凈光合速率：植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間內一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。
③真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率。
(2)根據關鍵詞判定
檢測指標 細胞呼吸速率 凈光合速率 真正光合速率
CO2 釋放量(黑暗) 吸收量(植物)、減少量(環境) 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗)、 消耗量(黑暗) 釋放量(植物)、增加量(環境) 產生量、生成量、制造量、合成量
葡萄糖 消耗量(黑暗) 積累量、增加量 產生量、生成量、制造量、合成量
3.光合速率的測定方法
(1)“液滴移動法”
①測定呼吸速率
a．裝置燒杯中放入適宜濃度的NaOH溶液用于吸收CO2。
b．玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用干擾。
c．置于適宜溫度環境中。
d．紅色液滴向左移動(單位時間內左移距離代表呼吸速率)。
②測定凈光合速率
a．裝置燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。
b．必須給予足夠光照處理，且溫度適宜。
c．紅色液滴向右移動(單位時間內右移距離代表凈光合速率)。
(2)“黑白瓶法”：黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只進行細胞呼吸，而白瓶中的生物既能進行光合作用又能進行細胞呼吸，所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值，用白瓶(有光照的一組)測得的為表觀(凈)光合作用強度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。
(3)“稱重法”：將葉片一半遮光，一半曝光，遮光的一半測得的數據變化值代表細胞呼吸強度值，曝光的一半測得的數據變化值代表表觀(凈)光合作用強度值，綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。
[典例剖析]
(2022·全國甲卷，29)根據光合作用中CO2的固定方式不同，可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題。
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是____________________(答出3點即可)。
(2)正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位，原因是________________(答出1點即可)。
(3)干旱會導致氣孔開度減小，研究發現在同等程度干旱條件下，C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析，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體結構
(3)C4植物的CO2補償點低于C3植物，C4植物能夠利用較低濃度的CO2
解析　(1)光合作用光反應階段的場所是葉綠體的類囊體膜上，光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、NADPH([H])和ATP。
(2)葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和自身呼吸消耗，其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下，植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。
(3)C4植物的CO2固定途徑有C4和C3途徑，其主要的CO2固定酶是PEPC、Rubisco；而C3植物只有C3途徑，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱會導致氣孔開度減小，葉片氣孔關閉，CO2吸收減少；由于C4植物的CO2補償點低于C3植物，則C4植物能夠利用較低濃度的CO2，因此光合作用受影響較小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生長得好。
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：植物分為C3植物和C4植物等類型
信息2：C4植物的CO2補償點比C3植物的低
信息轉化 1.CO2固定方式不同
2.C4植物能利用較低濃度的CO2
素養考查 生命觀念：結構與功能觀 科學思維：分析與綜合能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
現將兩種植物各一株共同置于同一密閉容器中，培養過程中先停止生長的是C3植物，分析依據是開始時，兩株植物的光合作用大于呼吸作用，容器中CO2濃度下降，隨著CO2濃度的下降至B點時，C3植株凈光合作用為0，植株停止生長，而C4植物能夠繼續生長。
考向一　真正光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的辨析
5．(2022·寧德高三檢測)下圖一表示甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢。下圖二表示將植物甲置于CO2濃度不同的環境條件下，其光合速率受光照強度影響的變化趨勢。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．甲、乙兩種植物單獨種植時，若種植密度過大，則凈光合速率下降幅度較大的是植物乙
B．甲、乙兩種植物光合作用過程中都可以通過水的光解為其細胞代謝提供O2和NADPH
C．若圖二中光照強度由d點升高至e點，則短時間內ATP/ADP的值會增大
D．與圖二中的e點相比，限制f點光合速率的主要因素是CO2濃度
A　[甲、乙兩種植物中，植物乙的光補償點更低，對光的需求少，更適合光線弱的環境，而植物甲對光的需求多，過度密植時，植物甲受影響更大，A錯誤；光合作用中水的光解會釋放O2，產生NADPH，O2可參與有氧呼吸，NADPH可供暗反應利用，B正確；當光照強度由d點升高至e點時，光反應增強，產生的ATP增多，消耗的ADP增多，所以，細胞內的ATP增多，ADP減少，ATP/ADP的值會增大，C正確；圖二中的e點、f點在同等的光照強度下，e點的二氧化碳濃度高且光合作用強，說明與圖二中的e點相比，限制f點光合速率的主要因素是CO2濃度，D正確。]
6．(2022·保定高三模擬)如下圖表示天氣晴朗、陽光明媚的上午10時某植物枝條上不同位置葉片的凈光合速率。以下表述正確的是(　　)
A．由圖可看出第5片葉和第15片葉的總光合速率相等
B．第10片葉葉綠體利用的CO2來自線粒體內膜和外界環境
C．限制第5片葉光合速率的主要因素是葉綠素含量，限制第15片葉光合速率的主要因素是光照強度
D．若突然出現多云天氣，則該葉片短時間內C5含量將降低
D　[總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，由圖可看出第5片葉和第15片葉的凈光合速率相等，不代表總光合速率相等，A錯誤；圖中顯示第10片葉凈光合速率最大，且大于零，說明光合速率大于呼吸速率，因此，其葉綠體利用的CO2來自線粒體基質和外界環境，有氧呼吸過程中二氧化碳的產生部位是線粒體基質，B錯誤；第5片是成熟葉，限制其光合速率的應該是光照強度，第15片接受的光照較強，可能該葉片的氣孔關閉導致二氧化碳吸收減少 ，進而導致葉光合速率較低，C錯誤；若突然出現多云天氣，光照強度下降，光反應產生的NADPH和ATP減少，會導致C3還原速率下降，C5生成減少，而二氧化碳的固定還在正常進行，因此，該葉片短時間內C5含量將降低，D正確。]
考向二　光合速率的測定
7．(2022·邯鄲高三模擬)測定的CO2吸收量與釋放量為指標，研究溫度對某綠色植物光合作用與細胞呼吸的影響，結果如下圖甲所示。下列分析正確的是(　　)
　
A．光照相同時間，在20 ℃條件下植物積累的有機物的量最多
B．光照相同時間，35 ℃時光合作用制造的有機物的量大于30 ℃時光合作用制造的有機物的量
C．如果該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則總光合速率為1 kg·h－1
D．若將乙裝置中NaHCO3溶液換成蒸餾水，則在黑暗條件下可測得B曲線
C　[在光照時間相同的情況下，在25 ℃時，CO2吸收量最大，即光合作用凈合成量最大，積累的有機物最多，A錯誤；在光照時間相同的情況下，30 ℃時光合作用的總量為3.50(凈合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃時光合作用的總量為3.00(凈合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相同，B錯誤；該植物原重X kg，置于暗處4 h后重(X－1)kg，則呼吸速率為 [X－(X－1)]/4＝1/4 kg·h－1，然后光照4 h后重(X＋2)kg，則凈光合速率為 [(X＋2)－(X－1)]/4＝3/4 kg·h－1，則總光合速率為呼吸速率＋凈光合速率＝1/4 kg·h－1＋3/4 kg·h－1＝1 kg·h－1，C正確；將乙裝置中NaHCO3溶液換成蒸餾水，則在黑暗條件下不能測得B曲線，D錯誤。]
8．(2022·重慶高三檢測)某同學利用黑藻探究“光對光合速率的影響”，設計實驗裝置如下圖乙。下圖甲表示在一定光照強度下裝置乙中黑藻葉肉細胞的部分代謝過程，其中a、b、c、d代表細胞結構，①～⑤表示物質。下列敘述正確的是(　　)
A．圖甲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層析液
B．單位時間內有色小液滴向右移動的距離代表黑藻光合作用的速率
C．圖甲中①在b內參與有氧呼吸的第二階段，能產生⑤的細胞結構只有a、b
D．圖乙中，當CO2濃度突然降低時，則短期內葉綠體中C5的含量將增加
D　[根據分析可知，a為葉綠體，b為線粒體，c為液泡，光合色素存在于葉綠體的類囊體薄膜上，提取光合作用色素需用無水乙醇，A錯誤；單位時間內有色小液滴向右移動的距離代表黑藻的凈光合作用速率，B錯誤；b是線粒體，是有氧呼吸二三階段的場所，①是水分子，在b內參與有氧呼吸的第二階段，⑤是ATP，能產生ATP的細胞結構有細胞質基質、線粒體和葉綠體，C錯誤；圖乙中，當CO2濃度突然降低時，短期內CO2與C5的固定速率降低，而C3的還原速率不變，因此葉綠體中C5的含量將增加，D正確。]
考點三　光合作用與細胞呼吸的綜合曲線分析
1．光合作用與細胞呼吸曲線中的“關鍵點”移動
(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移；細胞呼吸減弱，A點上移。
(2)補償點(B點)的移動
①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點應右移，反之左移。
(3)飽和點(C點)和D點的移動：相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時，C點右移，D點上移的同時右移；反之，移動方向相反。
2．植物光合作用和細胞呼吸的日變化曲線分析
　
圖1的B點、圖2的B′C′段形成的原因：凌晨3時～4時，溫度降低，細胞呼吸減弱，CO2釋放減少。
圖1的C點、圖2的C′點：此時開始出現光照，光合作用啟動。
圖1的D點、圖2的D′點：此時光合作用強度等于細胞呼吸強度。
圖1的E點、圖2的F′G′段形成的原因：溫度過高，部分氣孔關閉，出現“午休”現象。
圖1的F點、圖2的H′點：此時光合作用強度等于細胞呼吸強度，之后光合作用強度小于呼吸作用強度。
圖1的G點、圖2的I′點：此時光照強度降為0，光合作用停止。
3．溫度對光合作用和細胞呼吸的影響
圖中，細胞呼吸速率(黑暗中CO2釋放量)的最適溫度為30 ℃，真正光合速率(CO2消耗量)的最適溫度為25 ℃，凈光合速率(CO2的吸收量)的最適溫度為20 ℃。
[典例剖析]
(2022·重慶高三檢測)夏季晴朗的白天，取某種綠色植物頂部向陽的葉片(陽葉)和下部陰蔽的葉片(陰葉)進行不離體光合作用測試。從8∶00～17∶00每隔1 h測定一次，結果如下圖所示。請回答：
(1)凈光合速率(A)與總光合速率(B)、呼吸速率(C)的關系可用式子表示為________(用圖中字母表示)。
(2)由圖可知，陰葉胞間CO2濃度與凈光合速率呈________(填“正”或“負”)相關。10∶00 時陰葉細胞中CO2的固定速率、C3 的還原速率與9∶00 時相比依次為________(填“快”或“慢”)。
(3)一般認為，光合午休的原因是此時氣溫高，蒸騰作用強，氣孔大量關閉，CO2供應減少，導致光合作用強度明顯減弱。圖示實驗結果________(填“支持”或“不支持”)上述觀點，判斷依據是__________________________________________________________________________。
(4)陰葉凈光合速率比陽葉低，但胞間CO2濃度比陽葉高，原因可能是________________________________________________________________________。
答案　(1)B＝A＋C　(2)負　快、快
(3)不支持　據圖中數據，光合午休時，胞間CO2濃度比較高　(4)與陽葉比陰葉光照強度相對弱，光反應速率低，產生NADPH和ATP少，C3還原速率低，進而造成二氧化碳固定速率低，陰葉陽葉呼吸速率接近，從而導致陰葉胞間二氧化碳濃度高
解析　(1)總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，即B＝A＋C。
(2)由圖中曲線的變化趨勢可知，陰葉胞間CO2濃度與凈光合速率呈負相關，原因是葉片光合作用從胞間吸收二氧化碳，凈光合速率較低時，固定的CO2較少，胞間CO2濃度較高。與9∶00時相比，10∶00時，光照強度更高，凈光合速率更高，故陰葉細胞中CO2的固定速率、C3的還原速率都較快。
(3)據圖中數據，光合午休時，胞間CO2濃度比較高，所以圖示實驗結果不支持光合午休的原因是此時氣溫高，蒸騰作用強，氣孔大量關閉，CO2供應減少，導致光合作用強度明顯減弱。
(4)陰葉凈光合速率比陽葉低，但胞間CO2濃度比陽葉高，原因可能是：與陽葉比陰葉光照強度相對弱，光反應速率低，產生NADPH和ATP少，C3還原速率低，進而造成二氧化碳固定速率低，陰葉陽葉呼吸速率接近，從而導致陰葉胞間二氧化碳濃度高。
【名師點撥】　掌握信息轉化能力
信息提取 信息1：取某種綠色植物頂部向陽的葉片(陽葉)和下部陰蔽的葉片(陰葉)進行不離體光合作用測試
信息2：從8∶00～17∶00每隔1h測定一次＋題圖
信息轉化 1.部位不同，CO2的濃度不同
2.陽葉凈光合速率大于陰葉，胞間二氧化碳濃度低于陰葉
素養考查 生命觀念：結構與功能觀 科學思維：分析與綜合能力、建構模型能力
【角度轉換】　提升語言表達能力
在其它條件相同的情況下，CO2濃度升高對植物的光合作用是有利的，原因是CO2濃度升高，與C5結合后能加速對光合作用暗反應的原料供給，提高暗反應的速率。
考向一　不同條件下光合作用和細胞呼吸速率曲線的分析
9．(2022·三明高三期末)下圖為紅松(陽生)和人參(陰生)兩種植物在溫度、水分均適宜的條件下，真正光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強度變化的曲線圖，下列敘述正確的是(　　)
A．光照強度為a時，每日光照12小時，一晝夜后人參干重不變，紅松干重減少
B．光照強度在b點之后，限制紅松P/R值增大的主要外界因素是CO2濃度
C．光照強度為c時，紅松和人參在單位時間內積累的有機物量相等
D．若適當增加土壤中Mg2＋的含量，一段時間后B植物的a點左移
D　[光照強度為a時，對于人參(B)而言，光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)為1，白天12小時沒有積累有機物，晚上進行呼吸作用消耗有機物，一晝夜干重減少，A錯誤；光照強度在b點之后，限制紅松(A)P/R值增大的主要外界因素仍然是光照強度，在d點之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B錯誤；陰生植物的呼吸速率比陽生植物的呼吸速率更低，光照強度為c時，二者的P/R值相同，但呼吸速率不同，故凈光合速率不同，在單位時間內積累的有機物量不相等，C錯誤；對于人參(B)而言，a點光合作用速率與呼吸速率的比值(P/R)為1，對應的光照強度為光補償點；若適當增加土壤中Mg2＋的含量，B植物合成的葉綠素增多，達到光補償點需要的光照強度變小，故一段時間后B植物的a點左移，D正確。]
10．(2022·河北高三4月檢測)植株上不同葉位的葉片葉齡及相應的葉片活力有差異。科研人員將頂部完全展開的葉片作為第一葉位的葉片，并向下逐片計數，在適宜條件下對不同葉位葉片氣孔導度(Gs)和胞間二氧化碳濃度(Ci)的變化進行研究，結果如下圖。下列分析錯誤的是(　　)
A．葉片氣孔導度隨著葉位的上升呈現逐漸減小的變化趨勢
B．第2葉位與第6葉位葉片相比，葉綠體中C3與C5的比值降低
C．第1～6葉位胞間CO2濃度的變化與光合作用消耗和氣孔導度減小有關
D．第6～12葉位胞間CO2濃度逐漸升高與葉齡增大、葉片衰老和光合衰退有關
B　[由曲線可知，葉片氣孔導度隨著葉位的上升呈現逐漸減小的變化趨勢，A正確；第2葉位葉片氣孔導度大于第6葉位，若葉片活力相同，葉綠體中CO2固定形成的C3更多，C3/C5升高，B錯誤；由于光合作用消耗和氣孔導度減小，導致第1～6葉位胞間CO2濃度下降，C正確；由于葉齡增大、葉片衰老、光合衰退，導致CO2利用率降低，第6～12葉位胞間CO2濃度逐漸升高，D正確。]
考向二　光合作用和細胞呼吸的日變化曲線分析
11．(2022·黃岡高三模擬)下圖表示夏季時某植物體在不同程度遮光條件下凈光合速率的部分日變化曲線，據圖分析，下列有關敘述正確的是(　　)
A．一天中適當遮光均會顯著增強凈光合速率
B．b－M段葉肉細胞內合成ATP的場所只有細胞質基質和線粒體
C．M點時葉肉細胞消耗的CO2量一般等于呼吸產生的CO2量
D．e－f段凈光合速率降低的原因是CO2吸收量減少影響暗反應所致
D　[據圖分析，在5：30至7：30間，30%遮光時的凈光合速率較不遮光的低，A錯誤；b－M段光合作用強度小于呼吸作用強度，結合題圖可知，此時該植物能進行光合作用，故b－M段葉肉細胞內合成ATP的場所不僅有細胞質基質和線粒體，還有葉綠體，B錯誤；M點80%遮光時該植物體凈光合速率等于0，也就是植物體內所有能進行光合作用的細胞消耗的CO2量等于所有細胞呼吸產生的CO2量，但是就葉肉細胞來說，其光合作用消耗的CO2量一般大于該細胞呼吸作用產生的CO2量，C錯誤；圖示為夏季時某植物體在不同程度遮光條件下凈光合速率，不遮光條件下，e－f段凈光合速率降低，原因是該時間內氣孔關閉，CO2吸收量減少，影響暗反應所致，D正確。]
12．(2022·錦州高三檢測)將生長旺盛的某農作物植株培養在密閉、透明的玻璃鐘罩內，在溫度適宜恒定的條件下，測得晴朗的一晝夜鐘罩內CO2濃度變化曲線如下圖所示，以下分析正確的是(　　)
A．a－b段隨著光照強度逐漸增加，光合作用速率不斷提高
B．d點后二氧化碳濃度高抑制細胞呼吸
C．c－d段密閉罩內氧氣含量充足，呼吸作用速率不斷提高
D．d點后呼吸作用速率緩慢是因為溫度較低而影響酶的活性
B　[a－b段隨著光照強度逐漸增加，并且開始CO2濃度充足，因此開始一段時間內光合速率上升，但由于密閉鐘罩中的CO2濃度逐漸降低，到b點時植物的光合速率等于呼吸速率，因此光合速率后來又有所下降，即光合作用速率先上升后下降，A錯誤；在溫度適宜的條件下，d點后CO2濃度升高，氧氣濃度下降，則會抑制細胞呼吸，B正確；c－d段密閉罩內CO2濃度升高，說明植物的光合速率小于呼吸速率，因此氧氣濃度不斷減少，則呼吸作用速率不斷下降，C錯誤；題干明確了溫度適宜恒定，所以d點后呼吸減慢不是溫度引起的，而是密閉環境中氧氣不足所致，D錯誤。]
【規律方法】　提高大棚內農作物產量的途徑
途徑 具體方法和注意事項
延長光照時間 夜間適當補充光照：最好選擇日光燈，時間不能太長，保證經濟效益
增大光合面積 合理密植：要適度，避免相互遮光造成減產
間作、套種：要選擇合適的兩種作物，減少競爭導致的減產
提高光合作用強度 提高CO2濃度：如適當通風、焚燒秸稈、施用農家肥等
合理施肥：如農家肥和化肥配合使用，還要避免施肥過度造成“燒苗”
提高凈光合作用速率 適當增大晝夜溫差：白天適當升溫，夜間適當降溫，增加有機物的積累量
(十)光合作用的氣孔限制和非氣孔限制
氣孔是植物體與外界環境進行H2O和CO2等氣體交換的重要門戶，也是氣體交換的調節機構：既能讓光合作用需要的CO2通過，又能防止過多的水分損失。
高效的擴散速率解決了CO2吸收的問題，卻引起了另一個問題，就是水分的散失也太快：植物通常有90%以上的水分是通過氣孔散失的。如何解決水分與CO2矛盾，成為氣孔調節的核心問題。
植物解決水分與CO2矛盾的方法之一是根據不同的氣候環境來調節氣孔的密度、位置、大小和結構。此外，植物對氣孔開閉行為的調節也起著重要的作用。氣孔開閉主要的調節因子有晝夜節律、紅藍光、脫落酸(ABA)、CO2濃度、大氣濕度、溫度等。這些因素又直接或間接地與水分和CO2有關。
若光合作用的減弱是氣孔開度變小影響了CO2向固定部位的擴散造成的，則這種限制稱為光合作用的氣孔限制，如光照、水分、溫度。若外界環境影響到葉肉細胞的同化能力，則即使細胞間隙中CO2濃度很高，光合作用仍然很弱，這種限制稱為光合作用的非氣孔限制，如氧氣、CO2濃度、酶等。
[對點訓練]
1．(2022·北京高三檢測)光合作用降低的原因分為氣孔限制和非氣孔限制兩個方面。研究人員測定了不同程度的干旱脅迫下兩種苜蓿的相關指標，部分數據如下圖所示。以下分析正確的是(　　)
　
A．氣孔限制主要影響光反應速率
B．干旱脅迫導致胞間CO2濃度下降
C．光合速率下降的原因主要是非氣孔限制
D．推測品種1比品種2更耐干旱
D　[氣孔是CO2的通道，CO2是碳反應(暗反應)的原料之一，因此氣孔限制主要影響碳反應(暗反應)速率，A錯誤；第二幅圖表示干旱脅迫對不同品種的影響，據此可知對于品種1輕度干旱脅迫導致胞間CO2濃度下降，而中度和重度都是上升，對于品種2，不同程度的干旱脅迫均導致胞間CO2濃度下降，B錯誤；品種1胞間CO2濃度上升(重度和中度)，凈光合速率下降，為非氣孔因素限制，品種2胞間CO2濃度下降，凈光合速率下降，為氣孔因素限制，故光合速率下降的原因主要是氣孔限制，C錯誤；品種1的凈光合速率下降幅度更小，因此推測品種1比品種2更耐干旱，D正確。]
2．(2021·河北卷，19)為探究水和氮對光合作用的影響，研究者將一批長勢相同的玉米植株隨機均分成三組，在限制水肥的條件下做如下處理：(1)對照組；(2)施氮組，補充尿素(12 g·m－2)；(3)水＋氮組，補充尿素(12 g·m－2)同時補水。檢測相關生理指標，結果見下表。
生理指標 對照組 施氮組 水＋氮組
自由水/結合水 6.2 6.8 7.8
氣孔導度(mmol·m－2s－1) 85 65 196
葉綠素含量(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：氣孔導度反映氣孔開放的程度
回答下列問題：
(1)植物細胞中自由水的生理作用包括___________________________________等(寫出兩點即可)。補充水分可以促進玉米根系對氮的__________，提高植株氮供應水平。
(2)參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與______________離子參與組成的環式結構使葉綠素能夠吸收光能，用于驅動__________________兩種物質的合成以及______的分解；RuBP羧化酶將CO2轉變為羧基加到________分子上，反應形成的產物被還原為糖類。
(3)施氮同時補充水分增加了光合速率，這需要足量的CO2供應。據實驗結果分析，葉肉細胞CO2供應量增加的原因是_____________________________________________________。
答案　(1)細胞內良好的溶劑，能夠參與生化反應，能為細胞提供液體環境，還能運送營養物質和代謝廢物　主動吸收
(2)鎂　ATP和NADPH(或[H])　水　C5(或RuBP)
(3)氣孔導度增加，CO2吸收量增多，同時RuBP羧化酶活性增大，使固定CO2的效率增大
解析　(1)細胞內的水以自由水與結合水的形式存在，結合水是細胞結構的重要組成成分，自由水是細胞內良好的溶劑，能夠參與生化反應，能為細胞提供液體環境，還能運送營養物質和代謝廢物；根據表格分析，水＋氮組的氣孔導度大大增加，增強了植物的蒸騰作用，有利于植物根系吸收并向上運輸氮，所以補充水分可以促進玉米根系對氮的主動吸收，提高植株氮供應水平。
(2)參與光合作用的很多分子都含有氮，葉綠素的元素組成有C、H、O、N、Mg，其中氮與鎂離子參與組成的環式結構使葉綠素能夠吸收光能，用于光反應，光反應的場所是葉綠體的類囊體膜，完成的反應是水光解產生NADPH([H])和氧氣，同時將光能轉變成化學能儲存在ATP和NADPH([H])中，其中ATP和NADPH([H])兩種物質含有氮元素；暗反應包括二氧化碳固定和三碳化合物還原兩個過程，其中RuBP羧化酶將CO2轉變為羧基加到C5(RuBP)分子上，反應形成的C3被還原為糖類。
(3)分析表格數據可知，施氮同時補充水分使氣孔導度增加，CO2吸收量增多，同時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供應，從而增加了光合速率。
1．(2022·北京卷，2)光合作用強度受環境因素的影響。車前草的光合速率與葉片溫度、CO2濃度的關系如下圖。據圖分析不能得出(　　)
A．低于最適溫度時，光合速率隨溫度升高而升高
B．在一定的范圍內，CO2濃度升高可使光合作用最適溫度升高
C．CO2濃度為200 μL·L－1時，溫度對光合速率影響小
D．10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續提高
D　[分析題圖可知，當CO2濃度一定時，光合速率會隨著溫度的升高而增大，達到最適溫度時，光合速率達到最高值，之后隨著溫度的繼續升高而減小，A正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L－1時，最適溫度為25 ℃左右；當CO2濃度為370 μL·L－1時，最適溫度為30 ℃；當CO2濃度為1000 μL·L－1時，最適溫度接近40 ℃，可以表明在一定范圍內，CO2濃度的升高會使光合作用最適溫度升高，B正確；分析題圖可知，當CO2濃度為200 μL·L－1時，光合速率隨溫度的升高而改變的程度不大，光合速率在溫度的升高下，持續在數值為10處波動，而CO2濃度為其他數值時，光合速率隨著溫度的升高變化程度較大，曲線有較大的變化趨勢，所以表明CO2濃度為200 μL·L－1時，溫度對光合速率影響小，C正確；分析題圖可知，10 ℃條件下，CO2濃度為200 μL·L－1至370 μL·L－1時，光合速率有顯著提高，而370 μL·L－1至1000 μL·L－1時，光合速率無明顯的提高趨勢，而且370 μL·L－1時與1000 μL·L－1時，兩者光合速率數值接近同一數值，所以不能表明10 ℃條件下，光合速率隨CO2濃度的升高會持續提高，D錯誤。]
2．(2021·廣東卷，15)與野生型擬南芥WT相比，突變體t1和t2在正常光照條件下，葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同(圖a，示意圖)，造成葉綠體相對受光面積的不同(圖b)，進而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其它性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下，下列敘述錯誤的是(　　)
A．t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)
B．t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)
C．三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關
D．三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大
D　[由圖1可知，t1較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t2比t1具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)，A正確；由圖1可知，t1較多的葉綠體分布在光照下，t2較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t1比t2具有更低的光補償點(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)，B正確；通過題干信息可知，三者的葉綠素含量及其它性狀基本一致，由此推測，三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關，C正確；三者光合速率的差異，在一定光照強度下，隨光照強度的增加而變大，但是超過光的飽和點，再增大光照強度三者光合速率的差異也不再變化，D錯誤。]
3．(2022·浙江6月選考，27)通過研究遮陰對花生光合作用的影響，為花生的合理間種提供依據。研究人員從開花至果實成熟，每天定時對花生植株進行遮陰處理。實驗結果如下表所示。
處理 指標
光飽 和點 (klx) 光補 償點 (lx) 低于5 klx光 合曲線的斜率(mgCO2·dm－2·hr－1.klx－1) 葉綠素 含量 (mg·dm－2) 單株光 合產量 (g干重) 單株葉光 合產量 (g干重) 單株果實 光合產量 (g干重)
不遮陰 40 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25
遮陰2小時 35 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21
遮陰4小時 30 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13
注：光補償點指當光合速率等于呼吸速率時的光照強度。光合曲線指光照強度與光合速率關系的曲線。
回答下列問題：
(1)從實驗結果可知，花生可適應弱光環境，原因是在遮陰條件下，植株通過增加__________，提高吸收光的能力；結合光飽和點的變化趨勢，說明植株在較低光強度下也能達到最大的__________；結合光補償點的變化趨勢，說明植株通過降低__________________，使其在較低的光強度下就開始了有機物的積累。根據表中____________________的指標可以判斷，實驗范圍內，遮陰時間越長，植株利用弱光的效率越高。
(2)植物的光合產物主要以__________形式提供給各器官。根據相關指標的分析，表明較長遮陰處理下，植株優先將光合產物分配至__________中。
(3)與不遮陰相比，兩種遮陰處理的光合產量均________。根據實驗結果推測，在花生與其他高稈作物進行間種時，高稈作物一天內對花生的遮陰時間為________(A．<2小時　B．2小時　C．4小時　D．>4小時)，才能獲得較高的花生產量。
答案　(1)葉綠素含量　光合速率　呼吸速率　低于5 klx光合曲線的斜率　(2)蔗糖　葉　(3)下降　A
解析　(1)從表中數據可以看出，遮陰一段時間后，花生植株的葉綠素含量在升高，提高了對光的吸收能力。光飽和點在下降，說明植株為適應低光照強度條件，可在弱光條件下達到飽和點。光補償點也在降低，說明植物的光合作用在下降的同時呼吸速率也在下降，以保證植物在較低的光強下就能達到凈光合大于0的積累效果。低于5 klx光合曲線的斜率體現弱光條件下與光合速率的提高幅度變化，在實驗范圍內隨遮陰時間增長，光合速率提高幅度加快，說明植物對弱光的利用效率變高。
(2)植物的光合產物主要是以有機物(蔗糖)的形式儲存并提供給各個器官。結合表中數據可以看出，較長(4小時)遮陰處理下，整株植物的光合產量下降，但葉片的光合產量沒有明顯下降，從比例上看反而有所上升，說明植株優先將光合產物分配給了葉。
(3)與對照組相比，遮陰處理的兩組光合產量有不同程度的下降。若將花生與其他高稈作物間種，則應盡量減少其他作物對花生的遮陰時間，才能獲得較高的花生產量。
4．(2021·海南卷，21)植物工廠是全人工光照等環境條件智能化控制的高效生產體系。生菜是植物工廠常年培植的速生蔬菜。回答下列問題。
(1)植物工廠用營養液培植生菜過程中，需定時向營養液通入空氣，目的是____________。除通氣外，還需更換營養液，其主要原因是__________________________________________。
(2)植物工廠選用紅藍光組合LED燈培植生菜，選用紅藍光的依據是__________________。生菜成熟葉片在不同光照強度下光合速率的變化曲線如圖，培植區的光照強度應設置在_______點所對應的光照強度；為提高生菜產量，可在培植區適當提高CO2濃度，該條件下B點的移動方向是________________________。
(3)將培植區的光照/黑暗時間設置為14 h/10 h，研究溫度對生菜成熟葉片光合速率和呼吸速率的影響，結果如圖，光合作用最適溫度比呼吸作用最適溫度____________；若將培植區的溫度從T5調至T6，培植24 h后，與調溫前相比，生菜植株的有機物積累量__________。
答案　(1)促進生菜根部細胞呼吸　為生菜提供大量的無機鹽，以保證生菜的正常生長
(2)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，選用紅藍光可以提高植物的光合作用，從而提高生菜的產量　B　右上方　(3)低　減少
解析　(1)營養液中的生菜長期在液體的環境中，根得不到充足的氧，影響呼吸作用，從而影響生長，培養過程中要經常給營養液通入空氣，其目的是促進生菜根部細胞呼吸；營養液中的無機鹽在培植生菜的過程中會被大量吸收，因此更換營養液的主要原因是為生菜提供大量的無機鹽，以保證生菜的正常生長。
(2)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，所以選用紅藍光組合LED燈培植生菜可以提高植物的光合作用，從而提高生菜的產量；B點為光飽和點對應的最大光合速率，因此培植區的光照強度應設置在B點所對應的光照強度，根據題干“為提高生菜產量，可在培植區適當提高CO2濃度”可知：該條件下光合速率增大，則B點向右上方移動。
(3)根據曲線可知：在此曲線中光合速率的最適溫度為T5，而在該實驗溫度范圍內呼吸速率的最適溫度還未出現，所以光合作用最適溫度比呼吸作用最適溫度低，若將培植區的溫度從T5調至T6，導致光合速率減小而呼吸速率增大，生菜植物的有機物積累量將減少。
5．(2021·浙江6月選考，27)不同光強度下，無機磷濃度對大豆葉片凈光合速率的影響如圖甲；16h光照，8h黑暗條件下，無機磷濃度對大豆葉片淀粉和蔗糖積累的影響如圖乙。回答下列問題：
(1)葉片細胞中，無機磷主要貯存于__________，還存在于細胞溶膠、線粒體和葉綠體等結構，光合作用過程中，磷酸基團是光反應產物__________的組分，也是卡爾文循環產生并可運至葉綠體外的化合物__________的組分。
(2)圖甲的O～A段表明無機磷不是光合作用中_______________________過程的主要限制因素。由圖乙可知，光照下，與高磷相比，低磷條件的蔗糖和淀粉含量分別是________；不論高磷、低磷，24 h內淀粉含量的變化是____________________。
(3)實驗可用光電比色法測定淀粉含量，其依據是____________________。為確定葉片光合產物的去向，可采用__________法。
答案　(1)液泡　ATP和NADPH　三碳糖磷酸　(2)光反應　較低、較高　光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量減少　(3)淀粉遇碘顯藍色，其顏色深淺與淀粉含量在一定范圍內成正比　14CO2的同位素示蹤
解析　(1)成熟植物細胞具有中央大液泡，是植物細胞貯存無機鹽類、糖類、氨基酸、色素等的“大倉庫”，所以無機磷主要貯存于大液泡中。光合作用過程中，光反應產物有O2、ATP和[H](NADPH)，而磷酸基團是ATP和NADPH的組分，也是RuBP(核酮糖二磷酸)和三碳糖(三碳糖磷酸)的組分，其中三碳糖磷酸是經卡爾文循環產生并可運至葉綠體外轉變成蔗糖。
(2)圖甲中O～A段，隨光照強度增大，凈光合速率均增大，表明這時限制因素為光照強度，即光反應限制了光合作用；且高磷和低磷條件下大豆葉片凈光合速率的曲線完全重合，說明無機磷不是光合作用中光反應過程的主要限制因素。由圖乙可知，光照下，與高磷相比，低磷條件的蔗糖含量低，而淀粉含量高；不論高磷、低磷，24 h內淀粉含量的變化趨勢均為光照下淀粉含量增加，黑暗下淀粉含量減少。
(3)光電比色法是借助光電比色計來測量一系列標準溶液的吸光度，繪制標準曲線，然后根據被測試液的吸光度，從標準曲線上求出被測物質的含量的方法。淀粉遇碘顯藍色，其顏色深淺與淀粉含量在一定范圍內成正比，可用于糖的定量，故用光電比色法測定淀粉含量；為確定葉片光合產物的去向，可采用(放射性)同位素示蹤法標記14CO2，通過觀察放射性出現的位置進而推測葉片光合產物的去向。

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