2027年高考一轮生物学总复习（必修1）讲义-3.1+降低化学反应活化能的酶

第6讲光合作用和细胞呼吸的关系精准研读·备考定位课标要求核心素养1．熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。2．通过阐述光合作用与细胞呼吸的相互关系，形成归纳与概括、模型与建模的科学思维方法。1．通过分析光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化过程，建立物质和能量观。(生命观念)2．通过对光合作用、细胞呼吸“三率”曲线分析，培养模型构建与分析能力。(科学思维)3．通过对光合速率的测定实验，培养实验探究能力。(实验探究)考点一光合作用和细胞呼吸的关系知|识|巩|固1．细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系(1)物质转化①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))有机物eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第一阶段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第二阶段))CO2。②H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第一、二阶段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第三阶段))H2O。③O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第三阶段))H2Oeq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第二阶段))CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)。(2)能量变化2．光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路3．辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例)(2)结合曲线辨析重|难|精|讲1．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2．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|题考向一结合光合作用与细胞呼吸的联系，考查科学思维》例1(2026·广东佛山质检)用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(真核藻类)，将其置于4种不同温度(t1<t2<t3<t4)下培养，其他条件均适宜且相同，光照和黑暗条件下瓶中O2的含量变化如图所示。下列叙述正确的是()A．O2在细胞的线粒体基质处被消耗，在叶绿体的类囊体薄膜处产生B．温度为t3时，每天光照时间至少为9.6小时绿藻才能正常生长C．t4的呼吸速率较t3的高，但二者的光合速率相同D．随着温度逐渐升高，绿藻的光反应速率不变，暗反应速率增强》例2(经典高考全国卷乙)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，下列解释合理的是()A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率考向二结合光合作用与细胞呼吸相关曲线，考查科学思维》例3(2025·福建省龙岩市一级校联盟联考)下图是大棚番茄在24小时内测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述正确的是()A．a点CO2释放量减少可能是由于温度升高导致细胞呼吸强度减弱B．d点是由于温度过高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应减少C．如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加D．番茄细胞时刻进行细胞呼吸，而进行光合作用的时间只有c～e段》例4将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如下图所示。下列说法错误的是()A．图甲中的C点之前植物已经开始进行光合作用B．图甲中的F点对应图乙中的g点C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加考点二植物“三率”的判定及测定重|难|精|讲1．总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析(1)内在关系①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。(2)根据关键词判定总(真正)光合速率净(表观)光合速率呼吸速率“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量黑暗中释放的CO2的量“产生”或“制造”的O2的量“释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2的量“产生”“合成”或“制造”的有机物的量“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量黑暗中消耗的有机物的量2．光合速率的测定方法(1)气体体积变化法——测定气体的变化量注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，因此单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。③总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。(2)叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量①操作图示②结果分析a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。b．呼吸速率＝(x－y)/2S。c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。(3)半叶法——测定光合作用有机物的制造量①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。②计算：设被截取部分初始干重为M。a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。(4)黑白瓶法——测水中溶氧量的变化注：瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。(5)间隔光照法——比较有机物的合成量测定方法：光反应和暗反应在不同的酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被完全利用，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔可利用光照时积累的光反应产物，再持续进行一段时间的暗反应。因此，在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。(6)叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率①实验原理eq\x(\a\al(叶片含有空气，,叶片上浮))eq\o(→,\s\up7(抽气))eq\x(\a\al(叶片,下沉))eq\o(→,\s\up7(光合作用),\s\do5(产生O2))eq\x(\a\al(充满细胞间,隙，叶片上浮))②实验装置分析a．自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。b．中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。c．因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。精|准|命|题》例1(2025·湖北黄冈高三期中)利用下图所示装置可探究某生存状态良好的绿色植物的生理作用。假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸(忽略装置内其他微生物的干扰)。下列相关叙述正确的是()A．若要验证该植物在光下释放O2，应将装置二和装置三分别放在黑暗和光照条件下B．若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，应选择装置一和装置三C．光照条件下，装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量D．黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物只进行有氧呼吸》例2某课外小组用传感器测定了不同条件下250mL有鱼和无鱼池水的溶氧量变化，获得下表数据。下列说法正确的是()瓶子编号12345条件26℃光照26℃黑暗26℃光照10℃光照10℃黑暗材料池水池水池水＋鱼池水池水＋鱼2小时后的溶氧量变化/μg0.378－0.065－0.758－0.03－0.215A．1号瓶池水中植物光合作用产生的氧气量为0.378μgB．4号瓶池水中植物不能进行光合作用C．26℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136μgD．池水中植物光合作用的最适温度为26℃》例3某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片，烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是()A．下午4时后将整个实验装置遮光3hB．下午4时后将整个实验装置遮光6hC．下午4时后在阳光下照射1hD．晚上8时后在无光下放置3h》例4某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析并回答下列问题：(1)MA表示叶片初始质量－6h的呼吸作用有机物的消耗量；MB表示__________________________＋__________________________________________－6h的呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)真正光合速率的计算方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。真|题|再|现1．(2025·河北卷)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是()A．类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2OB．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物2．(2025·1月浙江卷)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成花球，采摘后容易出现褪色、黄化、老化等现象。某兴趣小组进行如下实验，以探究西兰花花球的保鲜方法。实验分黑暗组、日光组和红光组三组。日光组和红光组的光照强度均为50μmol·m－2·s－1。各处理的西兰花球均贮藏于20℃条件下，测定指标和结果如图所示。注：质量损失率(%)＝eq\f(初始质量g－贮藏结束时质量g,初始质量g)×100%回答下列问题：(1)西兰花球采摘后水和____________供应中断。水是光合作用的原料，在光反应中，水裂解产生O2和__________。(2)三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而________。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组，原因有______________________________________________。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组，原因可能是日光诱导气孔开放，引起____________增强从而散失较多水分。(3)第4天日光组和红光组的__________下降比黑暗组更明显，但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组，因此推测日光或红光照射能减轻__________过程产生的过氧化氢对细胞的损伤，从而延缓衰老。(4)第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象，原因是________________________________。综合分析图中结果，________处理对西兰花花球保鲜效果最明显。3．(2025·黑吉辽蒙卷)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S)，并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。(1)Rubisco在叶绿体的________中催化________与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中能量转换是____________________________________。(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于________不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是________。胞间CO2浓度为300μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．(2025·陕晋宁青卷)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的____________参与下合成糖类等有机物。(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5．(2024·吉林卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。在叶绿体中：C5＋CO2eq\o(→,\s\up7(酶R))2C3 ①C5＋O2eq\o(→,\s\up7(酶R))C3＋C2 ②在线粒体中：2C2＋NAD＋eq\o(→,\s\up7(酶))C3＋CO2＋NADH＋H＋③注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。图1光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。(1)反应①是________过程。(2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________和________。(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。提能训练练案[13]A组一、选择题1．(2026·辽宁期中)下列关于光合作用和呼吸作用的叙述正确的是()A．光合作用和呼吸作用总是同时进行的B．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用C．光合作用形成的糖类在细胞呼吸中被利用D．光合作用与细胞呼吸分别在植物的叶肉细胞和根细胞中进行2．(2026·天津阶段练习)如图所示为自然状态下甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，下列相关说法正确的是()A．叶绿体中参与过程①的两类光合色素都主要吸收蓝紫光和红光B．在过程②中，NADPH和ATP分别为C3的还原供氢和供能C．过程③有氧或无氧条件都能发生，该过程既产生[H]也消耗[H]D．若过程①②的速率大于过程③的速率，甘蔗植株的干重一定会增加3．(2026·河北衡水阶段练习)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①③④B．图2中，9～10h间，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导致植物萎蔫，原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高D．图2中，10时对应的图1中的①与③的强度相同4．(2026·山东烟台期末)如图为某绿色植物的光合速率、呼吸速率随温度变化的曲线图(其余条件均相同)。下列说法错误的是()A．图中虚线是该绿色植物在黑暗条件下测出的呼吸作用曲线B．AB段叶肉细胞中产生的CO2移动方向是线粒体移向叶绿体C．限制AB段CO2吸收速率的主要因素是温度D．图中B点光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物5．(2025·黑龙江鸡西期中)图1为某植物在夏季晴天一昼夜内CO2吸收量的变化情况，图2为高等绿色植物光合作用和细胞呼吸之间的物质和能量转变示意图，图中①～⑥代表物质。据图判断下列说法不正确的是()A．图1中该植物进行光合作用的时间区段是ah段，ce段与fg段光合速率下降的原因不相同B．图1中若c、f时刻的光合速率相等，则该植物呼吸速率为c时刻小于f时刻C．图2中①中的能量转化成④中的能量，给植物提供C18O2，则植物释放的CO2中没有18OD．图2中光照突然增强，短时间内可能会导致①与②的比值增大，随后该比值减小，最终基本不变6．(2026·云南昆明阶段练习)石斛具有抗肿瘤、治疗心脑血管疾病等功效，也可作盆栽观赏，具有很高的商业价值。某研究小组研究了3种濒危石斛的光合特性，测得相关指标如表所示。据表分析正确的是()种名呼吸速率/(μmol·m－2s－1)光补偿点/(klx)光饱和点最大净光合速率(μmol·m－2s－1)灯笼石斛1.170.9227.992.6具槽石斛0.720.5327.183.3球花石斛0.450.3734.293.7A．通过测定根细胞呼吸作用产生的CO2量可得出石斛的呼吸速率B．光照强度为0.92klx时，球花石斛积累的有机物最多C．光照强度为34.29klx时，总光合速率的大小关系为球花石斛>灯笼石斛>具槽石斛D．光照强度为0.53klx时，具槽石斛叶肉细胞中的ATP由光合作用和呼吸作用产生7．(2026·湖南长沙阶段练习)呼吸作用和光合作用的原理在农业生产实践过程中有着广泛的应用。下列相关分析错误的是()A．选用透气的纱布或创可贴是因为氧气可以抑制厌氧微生物的繁殖B．冬季养殖的鸡、牛等不易增肥，需要注意给动物防寒保暖，提高饲料利用率C．作物种植要“正其行，通其风”，因为种植过密会导致CO2积累抑制呼吸作用D．棉花套种花生能充分利用土地资源、提高光能利用率，达到增加产量的目的二、非选择题8．(2026·湖北省高三期中)图1为某植物的叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意图，其中a、b、c表示物质，①～④表示生理过程。图2表示大田中该植物在不同温度下CO2的吸收或释放量。请回答下列问题：(1)图1中过程②发生的反应称为________，需要①处反应提供______________才能使C3转变成糖类等有机物。(2)图1中过程③发生的场所是____________；物质a是________，其在白天的去向通常是__________________________________________。(3)若用18O标记的H2O浇灌植物，那么在图1过程④的最终产物中，有可能检测到18O的物质是____________(答名称或分子式)。(4)图2中温度从25℃上升到30℃的过程中，植物体内有机物的总量会________(填“增加”“不变”“减少”或“无法判断”)。(5)据图2分析，温度为________℃时，植株光合作用速率最大，若在该温度条件下，每隔12小时交替黑暗与光照，则该植物在24小时内固定的CO2的量为________mg。B组一、选择题1．(2025·贵州阶段练习)三角梅的花期长，花瓣颜色丰富，枝干的可塑性高，对城市绿化及精神文明建设都有较高促进作用。图甲为三角梅某叶肉细胞的代谢状况，图乙表示在一定条件下测得的某三角梅植株光照强度与光合速率的关系。下列相关叙述正确的是()A．CO2从其产生场所线粒体到相邻叶肉细胞中被利用，共穿过4层生物膜B．处于图乙中的b点时的叶肉细胞，其细胞质基质、线粒体、叶绿体均能产生ATPC．将三角梅叶片置于8klx光照下10小时，每100cm2叶片消耗的CO2量为120mgD．适当提高大气中CO2浓度，乙图中的c点会向右移动2．(2026·湖南长沙阶段练习)下图是研究水稻在晴朗的夏季光合作用与细胞呼吸两种变化曲线。据图分析，下列叙述错误的是()A．图1的G点、图2的I′点，此时光照强度降为0，光合作用停止，净光合速率为0B．影响图1的B点、图2的B′C′段变化的原因是温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少C．图2中与18：00相比，12：00时C3的合成速率较快D．图1的D、F点相当于图2的D′、H′点，此时NADPH会从类囊体薄膜向叶绿体基质移动3．(2026·吉林省“BEST”合作体六校联考)农科院为提高温室黄瓜的产量，对其光合特性进行了研究。下图为7时至17时内黄瓜叶片光合作用相关指标的测定结果，其中净光合速率和Rubisco(固定CO2的酶)活性日变化均呈“双峰”曲线。下列分析正确的是()A．7时至17时净光合速率两次降低的限制因素相同B．13时叶绿体内光反应的速率远低于暗反应的速率C．7时至17时黄瓜叶片干重变化也呈“双峰”曲线D．胞间CO2浓度既受光合速率影响又会影响光合速率4．(2026·湖南长沙阶段练习)为研究高温胁迫下CO2浓度升高对番茄生长的影响，研究人员对生长状态一致的番茄幼苗进行CO2浓度控制，分别控制环境CO2浓度为1000μmol/mol(A组)，700μmol/mol(B组)和416μmol/mol(C组)，在开花结果期进行连续3天高温胁迫和适宜生长温度试验处理，测定番茄净光合速率(An)、CO2固定速率(Vc，max)以及C5再生速率(Jmax)日均值变化，结果如图所示，下列实验分析不正确的是()A．若要获得番茄的总光合速率，还需要进一步测定番茄的呼吸速率B．据图1分析高温降低了番茄的净光合速率C．据图2和图3分析高温通过降低CO2固定速率和C5再生速率，从而降低净光合速率，升高CO2浓度得到缓解D．据实验推测高温条件导致气孔关闭影响暗反应速率，从而影响光反应速率5．(2025·陕西西安模拟预测)植物的光合作用依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。下图为某植物叶片在白天和夜晚的气体交换过程，其中PR、R、GP代表不同的生理过程。下列相关叙述错误的是()A．图中的PR、R过程分别代表呼吸作用、光呼吸，叶片中有机物的积累量取决于GP、R、PR之间的差值B．光呼吸虽然消耗部分有机物，但是从一定程度上能避免光抑制的发生，有利于植物生长发育C．植物通过调节叶片角度回避强光或进行细胞内叶绿体的避光运动均可减弱光抑制现象D．在农业生产中，适当抑制白天光呼吸和夜间呼吸作用的进行，有利于提高农作物产量6．(2025·湖南邵阳阶段练习)某植物叶片白天气孔关闭，晚上气孔开放吸收固定CO2，如图是其叶肉细胞发生的生理过程，实线代表白天发生的物质变化，虚线代表晚上发生的物质变化。G6P、PEP、OAA分别指葡萄糖－6－磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、草酰乙酸。CO2与C5和PEP反应分别需要RuBP羧化酶、PEP羧化酶的催化，下列说法不正确的是()A．该植物叶肉细胞内CO2固定的直接产物是OAA和C3B．叶绿体中光合作用所利用的CO2都是来自苹果酸分解释放的CO2C．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，植物的干重不一定增加D．上述CO2的固定途径是植物对高温环境水分过度蒸发的适应二、非选择题7．(2026·烟台联考)为测定光合速率的变化，某科研小组将某植物放入密闭的透明玻璃小室中，如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，结果如图乙所示。请据图分析并回答下列问题：(1)图乙曲线中，a～b段上升的原因是____________________________；e～f段下降是因为____________________________，从而导致光合速率下降；h点时该植物叶肉细胞内产生ATP的场所有______________________。(2)图乙曲线中d时刻，图甲装置中有色液滴的位置位于起始位置(0点)的________(填“左侧”“右侧”或“起始位置”)。有色液滴移到最右侧对应图乙曲线中的________点。小组成员在上午某段时间内，记录有色液滴移动位置时，获得了以下数据：每隔20分钟记录一次数据……11131723……则该组实验数据是在图乙曲线的________段获得的。(3)如果要测定该植物的真正光合速率，还需增加一组实验，其设计思路是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8．(2025·河南省许昌市三模)绿色植物通过光合作用将CO2固定并合成有机物，根据固定CO2的途径不同，可将植物主要分为C3植物、C4植物和CAM植物，它们的部分特性如表所示。回答下列问题。分类C3植物C4植物CAM植物光呼吸？？低CO2固定途径C3途径C3途径和C4途径(C4途径：叶肉细胞中相关酶作用下催化CO2生成C4，C4被运到维管束鞘细胞后生成CO2)C3途径和CAM途径(CAM途径：晚上气孔打开吸收CO2生成苹果酸储存在液泡，白天气孔关闭苹果酸释放CO2完成暗反应)Rubisco酶特性既能催化C5和CO2反应又能催化C5和O2反应PEP酶特性PEP酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2(1)三类植物光反应产物相同，它们的光反应产物是________________；Rubisco酶催化C5和CO2反应称为________。(2)光呼吸是指O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶使其在光下驱动加氧反应。正午时C3植物有光合午休现象而C4植物无此现象，请分析在正午时，________(填“C3植物”或“C4植物”)的光呼吸强度更小，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)从CO2固定途径分析(不考虑光呼吸)，与C4植物相比，CAM植物的光合速率________(填“更大”“更小”或“无差异”)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)现提供凡士林(可用于堵塞气孔)，若干生理状况相同置于暗处相同时间的CAM植物，药物b(抑制液泡内苹果酸的分解)，清水，注射器，光合速率检测仪等材料，请设计实验证明CAM植物白天进行暗反应时气孔关闭，所需CO2主要来自液泡中的苹果酸的分解________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(呼吸作用提供的CO2不予考虑，简要写出实验思路即可)。答案：第6讲光合作用和细胞呼吸的关系考情研读·备考定位课标要求核心素养1．熟练掌握光合作用和细胞呼吸的关系。2．通过阐述光合作用与细胞呼吸的相互关系，形成归纳与概括、模型与建模的科学思维方法。1．通过分析光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化过程，建立物质和能量观。(生命观念)2．通过对光合作用、细胞呼吸“三率”曲线分析，培养模型构建与分析能力。(科学思维)3．通过对光合速率的测定实验，培养实验探究能力。(实验探究)考点一光合作用和细胞呼吸的关系知|识|巩|固1．细胞呼吸和光合作用的物质、能量转化关系(1)物质转化①C：CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))有机物eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第一阶段))丙酮酸eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第二阶段))CO2。②H：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADPHeq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第一、二阶段))[H]eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第三阶段))H2O。③O：H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))O2eq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第三阶段))H2Oeq\o(→,\s\up7(有氧呼吸),\s\do5(第二阶段))CO2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CH2O)。(2)能量变化2．光合作用与有氧呼吸中有关的NADPH、NADH、ATP的来源与去路3．辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析(以光合速率大于呼吸速率为例)(2)结合曲线辨析重|难|精|讲1．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2．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|题考向一结合光合作用与细胞呼吸的联系，考查科学思维》例1(2026·广东佛山质检)用密闭的培养瓶培养等量的绿藻(真核藻类)，将其置于4种不同温度(t1<t2<t3<t4)下培养，其他条件均适宜且相同，光照和黑暗条件下瓶中O2的含量变化如图所示。下列叙述正确的是()A．O2在细胞的线粒体基质处被消耗，在叶绿体的类囊体薄膜处产生B．温度为t3时，每天光照时间至少为9.6小时绿藻才能正常生长C．t4的呼吸速率较t3的高，但二者的光合速率相同D．随着温度逐渐升高，绿藻的光反应速率不变，暗反应速率增强答案：B解析：绿藻是真核生物，O2在细胞内线粒体内膜处被消耗，在叶绿体的类囊体薄膜处产生，A错误；温度为t3时，假设每天光照时间至少为n小时绿藻才能正常生长，则应满足12n>8(24－n)，可求得n>9.6，B正确；光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，黑暗中O2消耗值＝呼吸速率，光下O2增加值＝净光合速率，据题图可知，t4的呼吸速率较t3的高，但两者净光合速率相同，故二者的光合速率不相同，C错误；由题图可知，随着温度逐渐升高，绿藻的光合速率逐渐增加，即绿藻的光反应速率和暗反应速率均增强，D错误。》例2(经典高考全国卷乙)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，下列解释合理的是()A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率答案：D解析：在适宜且恒定的温度和光照条件下，密闭容器中的小麦会同时进行光合作用和呼吸作用，初期光合速率大于呼吸速率，导致容器内CO2含量逐渐降低；由于密闭容器内的CO2含量有限，随着光合作用持续进行，CO2逐渐被消耗，其含量降低，进而光合速率减小；当CO2含量降低到一定水平时，小麦的光合速率和呼吸速率相等，此时净光合速率为0，容器内的CO2含量保持相对稳定，故选D。考向二结合光合作用与细胞呼吸相关曲线，考查科学思维》例3(2025·福建省龙岩市一级校联盟联考)下图是大棚番茄在24小时内测得的CO2含量和CO2吸收速率的变化曲线图，下列有关叙述正确的是()A．a点CO2释放量减少可能是由于温度升高导致细胞呼吸强度减弱B．d点是由于温度过高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应减少C．如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加D．番茄细胞时刻进行细胞呼吸，而进行光合作用的时间只有c～e段答案：B解析：ab表示只进行呼吸作用，a点温度降低导致细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，A错误；d时气温高，蒸腾作用过强导致部分气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，B正确；如果N点高于M点，说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少，C错误；番茄通过光合作用制造有机物的时间是bf段，ce段光合作用大于呼吸作用，有机物积累，D错误。》例4将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如下图所示。下列说法错误的是()A．图甲中的C点之前植物已经开始进行光合作用B．图甲中的F点对应图乙中的g点C．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加答案：B解析：题图甲中的C点和F点，光合速率等于呼吸速率，分别对应题图乙中的d点和h点，C点之前已经开始进行光合作用，d点玻璃罩内的CO2浓度最高，A、C正确，B错误；比较题图甲中A点和G点可知，经过一昼夜之后，玻璃罩内的CO2浓度降低，则植物体的有机物含量会增加，D正确。考点二植物“三率”的判定及测定重|难|精|讲1．总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析(1)内在关系①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。(2)根据关键词判定总(真正)光合速率净(表观)光合速率呼吸速率“同化”“固定”或“消耗”的CO2的量“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量黑暗中释放的CO2的量“产生”或“制造”的O2的量“释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2的量黑暗中吸收的O2的量“产生”“合成”或“制造”的有机物的量“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量黑暗中消耗的有机物的量2．光合速率的测定方法(1)气体体积变化法——测定气体的变化量注：装置内氧气充足，不考虑无氧呼吸。①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，因此单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。③总光合速率＝净光合速率＋有氧呼吸速率。④物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素引起误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。(2)叶圆片称重法——测定单位时间、单位面积叶片中有机物生成量①操作图示②结果分析a．净光合速率＝(z－y)/2S(S为叶圆片面积，下同)。b．呼吸速率＝(x－y)/2S。c．总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。(3)半叶法——测定光合作用有机物的制造量①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止物质转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。②计算：设被截取部分初始干重为M。a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。(4)黑白瓶法——测水中溶氧量的变化注：瓶中氧气充足，不考虑无氧呼吸。(5)间隔光照法——比较有机物的合成量测定方法：光反应和暗反应在不同的酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应的速率快得多，光反应产生的ATP和NADPH除满足暗反应正常利用外，还有一定量的剩余。持续光照，光反应产生的大量ATP和NADPH不能及时被完全利用，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔可利用光照时积累的光反应产物，再持续进行一段时间的暗反应。因此，在光照强度与光照时间不变的情况下，交替光照较连续光照条件下制造的有机物多。(6)叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率①实验原理eq\x(\a\al(叶片含有空气，,叶片上浮))eq\o(→,\s\up7(抽气))eq\x(\a\al(叶片,下沉))eq\o(→,\s\up7(光合作用),\s\do5(产生O2))eq\x(\a\al(充满细胞间,隙，叶片上浮))②实验装置分析a．自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。b．中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。c．因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量(或浮起相同数量的叶片所用的时间长短)来衡量光合作用的强弱。精|准|命|题》例1(2025·湖北黄冈高三期中)利用下图所示装置可探究某生存状态良好的绿色植物的生理作用。假如该植物光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸(忽略装置内其他微生物的干扰)。下列相关叙述正确的是()A．若要验证该植物在光下释放O2，应将装置二和装置三分别放在黑暗和光照条件下B．若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，应选择装置一和装置三C．光照条件下，装置一、三中红色液滴移动的距离分别表示O2吸收量和O2生成量D．黑暗条件下，若装置一、二中的红色液滴均不移动，则该植物只进行有氧呼吸答案：B解析：装置二中是水，装置三中是CO2缓冲液，分别放在黑暗和光照条件下，变量不唯一，无法验证该植物在光下释放O2，A错误；若要验证CO2是植物进行光合作用的必需原料，自变量是CO2的有无，装置一中的氢氧化钠溶液吸收CO2，装置三中的CO2缓冲液可提供CO2，B正确；光照条件下，装置一红色液滴移动的距离可表示O2的吸收量，装置三中红色液滴移动的距离可表示O2的释放量，C错误；黑暗条件下，若装置一中的红色液滴不移动，则该植物在装置一中只进行无氧呼吸；装置二中的红色液滴不移动，则该植物在装置二中进行有氧呼吸，D错误。》例2某课外小组用传感器测定了不同条件下250mL有鱼和无鱼池水的溶氧量变化，获得下表数据。下列说法正确的是()瓶子编号12345条件26℃光照26℃黑暗26℃光照10℃光照10℃黑暗材料池水池水池水＋鱼池水池水＋鱼2小时后的溶氧量变化/μg0.378－0.065－0.758－0.03－0.215A．1号瓶池水中植物光合作用产生的氧气量为0.378μgB．4号瓶池水中植物不能进行光合作用C．26℃条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为1.136μgD．池水中植物光合作用的最适温度为26℃答案：C解析：26℃光照条件下，1号瓶溶氧量增加是池水中植物同时进行光合作用和呼吸作用的结果，溶氧量的增加量表示氧气的净积累量，实际氧气产生量为0.378＋0.065＝0.443μg，A错误；4号瓶池水中植物在有光照情况下，通常会进行光合作用，产生此结果的原因可能是光合作用强度小于呼吸作用强度，B错误；根据1、3号瓶可知，26℃光照条件下鱼呼吸作用消耗的氧气量为0.378＋0.758＝1.136μg，C正确；题表中只有10℃和26℃两个温度，无法确定池水中植物光合作用的最适温度，D错误。》例3某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做了下图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，在不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1cm2的叶圆片，烘干后称其重量，测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)(不考虑取叶圆片和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是()A．下午4时后将整个实验装置遮光3hB．下午4时后将整个实验装置遮光6hC．下午4时后在阳光下照射1hD．晚上8时后在无光下放置3h答案：A解析：起始干重为上午10时移走的叶圆片干重xg，从上午10时到下午4时，叶片在这6h内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去上午10时移走的叶圆片干重(xg)的差值，就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量：(y－x)g。若要求出呼吸作用消耗干物质的量，应将叶片进行遮光处理，先假设叶片遮光处理a小时后干重为zg，下午4时移走的叶圆片干重(yg)减去叶片遮光处理a小时后的干重(zg)的差值，就是呼吸作用消耗干物质的量：(y－z)g。已知测得叶片的光合作用速率＝[(3y－2z－x)/6]g/(cm2·h)，据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，得出(3y－2z－x)/6＝(y－x)/6＋(y－z)/a，计算出a＝3，A符合题意，B、C、D不符合题意。》例4某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析并回答下列问题：(1)MA表示叶片初始质量－6h的呼吸作用有机物的消耗量；MB表示__________________________＋__________________________________________－6h的呼吸作用有机物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，则M表示________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)真正光合速率的计算方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)叶片初始质量6h的光合作用有机物的总产量(2)叶片B部分被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量(3)M除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间)(4)将待测叶片的相对应部分截取的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在黑暗环境中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率解析：叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可正常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示叶片初始质量＋6h的光合作用有机物的总产量－6h的呼吸作用有机物的消耗量，MA表示叶片初始质量－6h的呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6h的有机物的总产量(叶片B部分被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真正的光合速率，即M除以时间再除以面积。真|题|再|现1．(2025·河北卷)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是()A．类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2OB．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物答案：A解析：类囊体膜上进行水的光解消耗H2O，而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O，A错误；叶绿体基质中进行暗反应，消耗CO2进行二氧化碳的固定，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，丙酮酸和水反应生成CO2，B正确；类囊体膜上进行水的光解生成O2，线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段，消耗O2和NADH生成水，C正确；叶绿体基质中进行暗反应，合成葡萄糖等有机物，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，分解有机物(丙酮酸)，生成CO2和NADH，D正确。2．(2025·1月浙江卷)西兰花可食用部分为绿色花蕾、花茎组成花球，采摘后容易出现褪色、黄化、老化等现象。某兴趣小组进行如下实验，以探究西兰花花球的保鲜方法。实验分黑暗组、日光组和红光组三组。日光组和红光组的光照强度均为50μmol·m－2·s－1。各处理的西兰花球均贮藏于20℃条件下，测定指标和结果如图所示。注：质量损失率(%)＝eq\f(初始质量g－贮藏结束时质量g,初始质量g)×100%回答下列问题：(1)西兰花球采摘后水和____________供应中断。水是光合作用的原料，在光反应中，水裂解产生O2和__________。(2)三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而________。前3天日光组和红光组的质量损失率低于黑暗组，原因有______________________________________________。第4天日光组的质量损失率高于黑暗组，原因可能是日光诱导气孔开放，引起____________增强从而散失较多水分。(3)第4天日光组和红光组的__________下降比黑暗组更明显，但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组，因此推测日光或红光照射能减轻__________过程产生的过氧化氢对细胞的损伤，从而延缓衰老。(4)第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象，原因是________________________________。综合分析图中结果，________处理对西兰花花球保鲜效果最明显。答案：(1)矿质营养H＋、e－(2)提高这两组通过光合作用合成有机物，抑制细胞呼吸消耗有机物蒸腾作用(3)呼吸强度细胞代谢(4)叶绿素分解加快，胡萝卜素和叶黄素的颜色显现红光解析：(1)西兰花球采摘后则不能吸收水以及土壤中矿质营养，所以导致水和矿质营养供应中断。水是光合作用的原料，在光反应中，水在光照条件下裂解产生H＋、e－和O2。(2)据图可知，三组实验中花球的质量损失率均随着时间延长而提高。由于日光组和红光组通过光合作用合成有机物，抑制细胞呼吸消耗有机物，所以前3天这两组的质量损失率低于黑暗组。日光诱导气孔开放，导致蒸腾作用增强从而散失较多水分，所以第4天日光组的质量损失率高于黑暗组。(3)图中，第4天日光组和红光组的呼吸强度下降比黑暗组更明显，但过氧化氢酶活性仍高于黑暗组，过氧化氢酶能将过氧化氢分解为水和氧气，从而降低过氧化氢对细胞的损伤，因此推测日光或红光照射能减轻细胞代谢过程产生的过氧化氢对细胞的损伤，从而延缓衰老。(4)由于叶绿素分解加快，胡萝卜素和叶黄素的颜色显现，所以第4天黑暗组西兰花花球出现褪色、黄化现象。综合分析图中结果，第4天时，红光组条件下比日光组和黑暗组，叶绿素降低的幅度低，过氧化氢酶活性最高，能延缓褪色、黄化、老化等现象，所以红光处理对西兰花花球保鲜效果最明显。3．(2025·黑吉辽蒙卷)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型(WT)获得该酶含量增加的转基因品系(S)，并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率(如下图)和产量潜力。回答下列问题。(1)Rubisco在叶绿体的________中催化________与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中能量转换是____________________________________。(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于________不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是________。胞间CO2浓度为300μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)基质C5ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能(2)光照强度CO2浓度曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高(3)用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率解析：(1)Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶，暗反应的场所是叶绿体基质，因此Rubisco在叶绿体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP和NADPH提供能量，部分产物经过一系列反应形成(CH2O)，这一过程中能量转换是ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能。(2)①②曲线的自变量是有无补光(光照强度)，②③曲线的自变量是有无转入Rubisco基因(Rubisco的含量)。据图分析，当胞间CO2浓度低于B点时，曲线②高于③，是因为②中Rubisco的含量多，固定CO2的能力强，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合，说明Rubisco的量已经不是限制光合速率的因素，而曲线①的光合速率高于曲线②③，曲线①有较高的光照强度，因此曲线②与③重合是由于光照强度不足。曲线①的光照强度高于②，但是A点之前曲线①和②重合，说明光照强度不是限制因素，此时最主要的限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。要验证此结论，实验思路为：用14C标记CO2，分别将S植株与WT植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射性强度，比较S植株与WT的C3生成速率。4．(2025·陕晋宁青卷)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。(1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的________，产物C3在光反应生成的____________参与下合成糖类等有机物。(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度________(填“大”“小”或“无法判断”)。(4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)基质ATP、NADPH(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快(3)减小小(4)实验思路：以野生型植株W为参照，构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果：植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W解析：(1)叶绿体中R酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质中。产物C3在光反应生成的ATP和NADPH的作用下合成糖类等有机物，其中ATP可以提供能量，NADPH作为还原剂并提供能量。(2)结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S叶片的净光合速率高于植株W。(3)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点，保持环境中CO2浓度不变。当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R酶的能力减弱，碳反应速率减小，因此植株S的净光合速率减小。相较于植株W，植株S在相同条件下气孔开度相对较大，有利于二氧化碳的吸收，因此植株S的净光合速率变化幅度较小。(4)为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W为参照，构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(假设为T)，实验思路是以野生型植株W为参照，构建G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S和构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T净光合速率小于植株W，植株S净光合速率大于植株W。5．(2024·吉林卷)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。在叶绿体中：C5＋CO2eq\o(→,\s\up7(酶R))2C3 ①C5＋O2eq\o(→,\s\up7(酶R))C3＋C2 ②在线粒体中：2C2＋NAD＋eq\o(→,\s\up7(酶))C3＋CO2＋NADH＋H＋③注：C2表示不同种类的二碳化合物，C3也类似。图1光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。(1)反应①是________过程。(2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________和________。(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________