2027届高考生物一轮复习讲义-大概念2第12讲光合作用和细胞呼吸的综合分析

第12讲光合作用和细胞呼吸的综合分析课标要求说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。考情分析1.光合作用与细胞呼吸的联系2025·四川卷，16；2025·新课标卷，2；2024·新课标卷，31；2024·黑吉辽卷，21；2024·山东卷，21；2024·安徽卷，16；2024·广东卷，20；2023·全国乙卷，29；2023·江苏卷，19；2023·浙江1月选考，23；2023·广东卷，18；2023·重庆卷，19；2023·辽宁卷，21；2023·河北卷，192.气孔导度、植物激素对光合作用的影响2025·广东卷，18；2025·重庆卷，16；2025·浙江1月选考，22；2024·新课标卷，2；2024·湖北卷，21；2024·山东卷，21；2024·甘肃卷，17；2024·重庆卷，18；2024·湖南卷，17；2023·江苏卷，19；2023·全国乙卷，29考点一光合作用与细胞呼吸的联系1.光合作用与细胞呼吸的联系(1)物质方面[深度思考]如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有18O？如果有，写出18O的转移途径。提示有，Heq\o\al(18,2)O经过光合作用的光反应转移给18O2，Heq\o\al(18,2)O经过有氧呼吸的第二阶段转移给C18O2。(2)能量方面(3)光合作用与有氧呼吸中有关物质的来源与去路2.光合速率的测定方法(1)“液滴移动法”——测定装置中O2的变化提醒物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，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)“黑白瓶法”——测溶氧量的变化提醒①黑白瓶法常用于水生生态系统光合速率和呼吸速率的测定。②在没有初始值m0时，可利用eq\f(m2－m1,t)计算出总光合速率。(3)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量提醒遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，照光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算总光合作用强度值。考向1光合作用与细胞呼吸的联系[科学思维]1.(2026·河南信阳高中联考)如图表示某植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。假设不同光照强度下细胞呼吸强度相等，下列叙述错误的是()A.光照强度为a时该植物产生ATP的细胞器只有线粒体B.光照强度为b时该植物光合作用速率与细胞呼吸速率相等C.光照强度为c时植物呼吸作用产生了6个单位的CO2D.光照强度为d时该植物能积累有机物而正常生长答案B解析图中光照强度为a时，无O2产生，故此时该植物只进行细胞呼吸，该植物产生ATP的细胞器只有线粒体，A正确；光照强度为b时有O2的产生和CO2的释放，说明此时光合作用速率<呼吸作用速率，B错误；光照强度为c时O2产生总量与光照强度为a时呼吸作用CO2释放量相等，说明此时光合速率等于呼吸速率，植物呼吸作用产生了6个单位的CO2，C正确；光照强度为d时，植物无CO2释放，且O2产生总量大于呼吸作用CO2释放量，说明此时光合作用速率>呼吸作用速率，植物有有机物的积累，能正常生长，D正确。2.(2024·新课标卷，31)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”)。答案(1)红光和蓝紫光光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(2)大于(3)b再延长光照时长，c、d组CO2浓度不再增加，此时光合作用强度等于呼吸作用强度。据图可知，a组光合作用强度等于呼吸作用强度，b组光合作用强度大于a组，所以三组中，b组光合作用强度最大(4)升高解析(1)光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)b组氧气浓度高于a组，说明光合作用大于呼吸作用，整体表现为吸收二氧化碳，释放氧气。因此，a组二氧化碳浓度大于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时间时，c、d组的光合速率等于呼吸速率；光照t时间时，a组的O2浓度与初始O2浓度相等，说明a组的光合速率等于呼吸速率；而b组的光合速率大于呼吸速率，故光照t时间时，a、b、c中光合速率最大的是b组。(4)d组O2浓度等于c组是由于密闭容器中CO2的限制，此时光合作用速率等于呼吸作用速率，打开容器之后，提供了更多的CO2，此时即便以c的光照强度仍然可以使得光合速率上升。考向2光合速率的测定[科学思维]3.(2026·江西九江调研)为了研究温度对绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，某生物兴趣小组利用植物光合测定装置进行实验(如图甲)，在适宜的光照和不同的温度条件下测定CO2的吸收量与释放量绘制了乙图。结合相关知识，回答下列问题(提示：有色液滴移动1cm相当于乙图中的1个单位)。(1)若用甲图装置测定20℃条件下的光合速率，则X应为________溶液，同时需要适宜的光照强度；为了排除环境中无关因素的影响，还需要设计除________外均与实验组相同的对照组。(2)用甲图装置测定20℃条件下该植物的呼吸速率，需要对该装置做________处理；根据乙图的相关数据，计算此时植物的呼吸速率为________mg·h－1。(3)若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________；若在适宜的光照和5℃的条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1cm，这1cm代表的含义是____________________________，结合乙图的相关数据，可知此时该植物的光合速率等于________mg·h－1。(4)在光照等其他条件适宜的情况下，在____℃条件下，有色液滴向右移动的距离最大。B点代表的含义是________________，B点的光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)35℃的光合速率。答案(1)NaHCO3绿色植物(2)黑暗1.5(3)光合速率＝呼吸速率植物的净光合速率是1mg·h－11.5(4)25净光合速率＝呼吸速率等于解析(1)若用甲图装置测定20℃条件下的光合速率，则X应为NaHCO3溶液，为植物的光合作用提供CO2，同时需要适宜的光照强度；为了排除环境中无关因素的影响，还需要设计除绿色植物(将植物换成死的植物)外均与实验组相同的对照组。(2)为排除光合作用的影响，用甲图装置测定20℃条件下该植物的呼吸速率，需要对该装置做黑暗处理；乙图中黑暗条件下CO2的释放量表示呼吸作用强度，据图可知，此时(20℃)植物的呼吸速率为1.5mg·h－1。(3)甲图装置中若液滴右移，表示有O2的释放，植物的光合速率>呼吸速率，若左移，证明呼吸速率>光合速率，若在5℃和一定的光照条件下，发现甲图装置的有色液滴在1小时内没有移动，其原因是植物的光合速率与呼吸速率相等；若在适宜的光照和5℃的条件下，有色液滴在1小时内向右移动了1cm，这1cm代表的含义是1h内O2的释放量，即植物的净光合速率是1mg·h－1(有色液滴移动1cm相当于乙图中的1个单位)；结合乙图的相关数据，可知此时该植物的光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝1＋0.5＝1.5(mg·h－1)。(4)有色液滴向右移动的距离表示净光合速率，据乙图可知，在光照等其他条件适宜的情况下，在25℃条件下，光照下CO2的吸收量最大，表示净光合速率最大；B点是净光合速率与呼吸速率的交点，表示净光合速率＝呼吸速率；B点的光合速率≈3.25×2＝6.5(mg·h－1)，35℃的光合速率＝3＋3.5＝6.5(mg·h－1)，两者相等。考点二气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响1.气孔的开闭及影响因素(1)气孔开闭运动的机理(2)影响气孔开闭的因素2.气孔导度对细胞代谢的影响通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面：考向气孔导度、植物激素对光合作用的影响[科学思维]1.(2023·全国乙卷，29节选)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。(1)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是__________________________________________________________________。(2)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是__________________________________________________________________。(3)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。答案(1)红光下，光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大，保卫细胞吸水体积膨大，气孔打开(2)饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响(3)能解析(1)气孔开放是由于保卫细胞吸水膨胀，保卫细胞吸水需要其细胞内溶质浓度增大、渗透压升高，因此气孔开放需要保卫细胞内的溶质浓度增大。保卫细胞含有叶绿体，红光下保卫细胞能通过光合作用合成蔗糖等有机物，使保卫细胞溶质浓度增大，保卫细胞吸水体积膨大，气孔打开。(2)在饱和红光照射的基础上补加蓝光照射叶片，观测气孔开度的变化。在该实验中，由于饱和红光照射使光合作用达到饱和状态，光合速率达到最大，此时补加蓝光照射，光合速率不再增加，由此排除了蓝光通过光合作用产物对气孔开度的影响。在此基础上可判断，补加蓝光照射后气孔开度进一步增大的原因是其他途径而非光合产物。以此作为判断依据，可以得出在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋的结论。(3)根据题意，用饱和红光只能使气孔开度达最大开度的60%左右，说明气孔开度还受其他因素影响，又已知蓝光途径也能促进气孔开放，故用该除草剂处理的叶片能维持一定开度。2.(2024·浙江1月选考，20节选)长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。回答下列问题：(1)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下表。光合速率蒸腾速率气孔导度胞间CO2浓度叶绿素含量光合速率1蒸腾速率0.951气孔导度0.990.941胞间CO2浓度－0.99－0.98－0.991叶绿素含量0.860.900.90－0.931注：表中数值为相关系数(r)，代表两个指标之间相关的密切程度。r越接近1时相关越密切，越接近0时相关越不密切。据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是____________。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈________趋势。综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由________(填“气孔限制因素”或“非气孔限制因素”)导致的，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内________(填激素)大量积累，诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过________，将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。答案(1)胞间CO2浓度下降非气孔限制因素胞间CO2浓度与光合速率(或气孔导度)呈负相关(2)脱落酸细胞凋亡解析(1)根据表格第6行数据可知，与叶绿素含量呈正相关的指标是光合速率、蒸腾速率和气孔导度，与叶绿素含量呈负相关的指标是胞间CO2浓度；据表可知，蒸腾速率与光合速率之间的r值为0.95，二者呈正相关，因此光合速率下降，蒸腾速率也呈下降趋势。根据表中数据，胞间CO2浓度与光合速率和气孔导度均呈负相关，因此可以推知光合速率下降主要是非气孔限制因素导致的。(2)能诱导植物气孔关闭的植物激素为脱落酸。植物根系将自身某些薄壁组织转化腔隙，形成通气组织，这属于细胞凋亡。限时练12光合作用和细胞呼吸的综合分析(时间：40分钟分值：50分)【对点强化】考点一光合作用与细胞呼吸的联系1.(2026·西安高新一中联考)玉米是重要的粮食作物，其秸秆还田能够提高作物产量，研究小组以秸秆不还田为对照(CK)，设置秸秆粉碎翻压还田(T1)、秸秆粉碎行间覆盖还田(T2)、秸秆发酵翻压还田(T3)3种方式探究最优方案。实验期间按照常规且相同的管理进行，并定期检测玉米的四项光合参数，检测结果如下表所示。回答下列问题。处理CKT1T2T3净光合速率/(μmol·m－2·s－1)41.3943.1142.1747.10气孔导度/(mmol·m－2·s－1)0.400.410.410.42胞间二氧化碳浓度/(μmol·mol－1)263.70249.39256.48227.35蒸腾速率/(mol·m－2·s－1)14.1116.1915.1217.81(1)玉米叶肉细胞中进行光反应的场所是________________。光合作用利用的光主要是____________________，原因是___________________________________。(2)作物秸秆是宝贵的生物资源，秸秆还田可以增加土壤肥力。玉米从土壤中吸收的Mg可以用于合成____________________，从而加强玉米对光能的捕获。植物从土壤中吸收的微量元素有________________________(答出4种即可)。(3)据表可知，玉米净光合速率最大时的处理方案是____________________，原因是：①该处理下秸秆中的有机物质提前被________分解，缩短了秸秆在土壤中的分解时间，进而促进玉米根系生长；②结合表中数据，再提出一条合理的原因：__________________________________________________________________。答案(1)叶绿体类囊体薄膜(或叶绿体基粒)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)叶绿素Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等(答出4点即可)(3)秸秆发酵翻压还田(或“T3”)微生物(或“分解者”)秸秆发酵翻压还田处理能提高蒸腾速率，有利于水和无机盐的运输；秸秆发酵翻压还田处理能提高气孔导度，增加植物对CO2的利用(其他合理答案也可)解析(1)玉米叶肉细胞中进行光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，其上分布有光合色素以及与光反应有关的酶。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，故光合作用利用的光主要是红光和蓝紫光。(2)叶绿素含有Mg，故玉米从土壤中吸收的Mg可以用于合成叶绿素。细胞中的微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。(3)由表中数据可知，秸秆发酵翻压还田(T3)处理方案中的玉米净光合速率最大。秸秆发酵翻压还田处理下秸秆中的有机物会被微生物分解成无机物。由表中数据可知，秸秆发酵翻压还田(T3)处理方案中蒸腾速率、气孔导度均最大，且胞间二氧化碳浓度最低，说明秸秆发酵翻压还田处理能提高蒸腾速率，有利于水和无机盐的运输；秸秆发酵翻压还田处理能提高气孔导度，增加植物对CO2的利用。考点二气孔导度、植物激素对光合作用的影响2.(2026·湖北武汉调研)拟南芥是科学研究中常用的模式植物，研究人员以野生型拟南芥为材料研究气孔运动对光合作用的影响。在相同强度的白光、红光和蓝光照射下，记录拟南芥气孔导度(开放程度)和胞间CO2浓度情况(如图1)。另外，TOR激酶在气孔运动调节中起重要作用，在光照12h＋黑暗12h的光照周期下，用TOR激酶抑制剂处理拟南芥，得到保卫细胞中淀粉颗粒大小的变化曲线(如图2)。回答下列问题。(1)白天光照条件下，绿叶通过气孔吸收的CO2与C5结合发生的场所是________________。据图1分析，同等光照强度下，蓝光组的光合作用强度最大，依据是_____________________________________________________。与红光组比，白光组的气孔导度相对值大的原因是__________________________________________________________________。(2)保卫细胞吸水会引起气孔打开。研究发现，保卫细胞中淀粉可水解成麦芽糖，进而转变为苹果酸，在光照下苹果酸进入液泡，引起气孔导度________。结合上述研究和图2分析，TOR激酶对气孔运动的作用是__________________________________________________________________。(3)研究发现，蓝光照射可使保卫细胞质膜上的H＋泵－ATP酶活化，H＋排出质膜外，有利于液泡积累较多的无机盐和有机物，从而调节气孔运动，其中保卫细胞排出H＋的运输方式是________；植物的气孔导度也受植物激素________的调节。答案(1)叶绿体基质蓝光组气孔导度最大，但胞间CO2浓度最低，说明单位时间内蓝光组拟南芥利用的CO2更多白光是复合光，含有蓝光，由图可知，与红光相比，蓝光可使气孔导度增大(2)增大TOR激酶能促进淀粉降解，从而使气孔导度增大(3)主动运输脱落酸解析(1)CO2与C5形成C3为CO2的固定过程，反应发生在叶绿体基质中。据图1分析，同等光照强度下，蓝光组气孔导度最大，但胞间CO2浓度最低，说明单位时间内光合作用利用的CO2更多，光合作用强度最大。光合色素主要吸收红光、蓝紫光，白光是复合光，含有蓝光，由图1可知，与红光相比，蓝光可促进气孔的开放，故白光组比红光组的气孔导度相对值大。(2)淀粉水解最终使得苹果酸进入液泡，细胞液浓度增大，为维持细胞液渗透压平衡，植物细胞吸水，导致气孔导度增大。由图2可知，一个光照周期下，TOR激酶抑制剂处理组中淀粉颗粒大小基本无变化，且淀粉颗粒大小均比野生型组大，故可推测T'OR激酶能够促进保卫细胞中淀粉降解，从而促进气孔打开。(3)根据题意可知，保卫细胞排出H＋需要消耗ATP，说明保卫细胞排出H＋的运输方式是主动运输。脱落酸能够促进植物的气孔关闭。【综合提升】3.(2026·河南名校联盟)唐代诗人杜甫曾有诗云：“扫除白发黄精在，君看他时冰雪容。”多花黄精味甘、性平，有利于养阴润肺，宽中益气，是一种生于林下、灌丛或山坡阴处的药用草本植物。某研究团队研究了不同程度的遮阴对盆栽多花黄精果熟期叶片光合作用特性的影响，结果如表。回答下列问题：遮光度/%0356080叶绿素a/(mg·g－1)1.1041.3871.3211.276叶绿素b/(mg·g－1)0.4370.5770.5420.516类胡萝卜素/(mg·g－1)0.3630.2680.2910.346净光合速率/(μmol·m－2·s－1)5.3768.8559.6377.001气孔导度/(mol·m－2·s－1)0.1640.2080.2210.183胞间CO2浓度/(μmol·mol－1)312.76283.55268.64298.31注：气孔导度反映气孔开放程度，气孔导度越大，说明气孔开放程度越大。(1)光可以为多花黄精叶片的光合作用提供________，还可以影响多花黄精的生长、开花、结果等过程，这主要是因为植物体内有一种色素称为____________，能感知不同波长的光和光周期等信号。(2)在测定各组多花黄精的叶绿素含量时，可取相同部位等质量的叶先烘干，再加入________________以提取光合色素，进行烘干的目的是__________________________________________________________________。(3)根据表格分析，与净光合速率呈负相关的指标主要是____________，分析原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)由表可知，在遮光度为____________的条件下净光合速率最大。若要进一步探究适宜多花黄精生长的最佳遮光度，还需要进行的实验是__________________________________________________________________。答案(1)能量光敏色素(2)无水乙醇减少叶片中水分含量，提高光合色素的浓度(3)胞间CO2浓度净光合速率增加时，细胞对CO2的吸收较快，胞间CO2浓度减小，反之则相反(4)60%在遮光度为35%～80%进一步减小梯度，探究适宜多花黄精生长的最佳遮光度解析(1)光可以为植物的光合作用提供能量，也可以作为信号调节植物生长、开花、结果等生命活动。植物体中感受光信号的色素是光敏色素。(2)叶绿素是脂溶性色素，可以被有机溶剂无水乙醇溶解而被提取出来。新鲜的叶片含有大量的水分，所以可通过烘干减少叶片中水分含量，提高光合色素的浓度。(3)从表中分析，与净光合速率呈负相关的主要指标是胞间CO2浓度。胞间CO2浓度与净光合速率呈负相关的原因是净光合速率增加时，细胞对CO2的吸收较快，胞间CO2浓度减小，反之则相反。(4)由表中数据可知，在遮光度为60%条件下净光合速率最大，据此可在遮光度为35%～80%进一步减小梯度，探究适宜多花黄精生长的最佳遮光度。4.(2026·福建厦门外国语调研)为研究小麦旗叶光合作用同化的有机物的运输及分配，某科研团队设计装置如图所示，在晴天上午9～10时对45株开花后10天的小麦旗叶套袋密封，注入含14CO2的气体，分别在注入后4、10、24、48小时和收获时取样，每次取9株检测茎鞘、旗叶、穗轴和籽粒四部分的放射性强度分配率，结果如表。回答下列问题：注入后时间旗叶中14C分配率茎鞘中14C分配率穗轴中14C分配率籽粒中14C分配率4h87.5%6.8%1.3%4.40%10h72.77%10.81%2.01%14.41%24h