高中生物光合作用和呼吸作用专题训练

高中生物光合作用和呼吸作用专题训练光合作用与细胞呼吸是高中生物新陈代谢部分的核心内容，两者既相互对立又紧密联系，共同维持着生物体的能量供应与物质循环。本专题将深入梳理这两大生理过程的核心知识，并通过典型例题解析与针对性练习，帮助同学们深化理解、提升解题能力。一、核心知识梳理与整合（一）光合作用：捕获光能的生命活动1.概念与实质：光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。其实质是将无机物合成有机物，将光能转化为化学能储存在有机物中。2.场所：叶绿体。光反应阶段在类囊体薄膜上进行，暗反应阶段在叶绿体基质中进行。3.总反应式：（注意条件和能量变化）4.过程与关键物质：*光反应：需要光、色素、酶。水的光解产生氧气和[H]（NADPH），同时将光能转化为ATP中活跃的化学能。关键物质：色素、水、ADP、Pi、ATP、NADPH。*暗反应（碳反应）：不需要光（但需要多种酶），利用光反应产生的ATP和[H]，将二氧化碳固定并还原成糖类等有机物。关键物质：二氧化碳、C5、C3、ATP、[H]、糖类。5.影响因素：光照强度、光质、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素（如Mg是叶绿素的组成成分）。（二）细胞呼吸：释放能量的基本途径1.概念与实质：细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。其实质是分解有机物，释放能量，生成ATP。2.类型：有氧呼吸和无氧呼吸。*有氧呼吸：主要场所是线粒体。需要氧气参与，将有机物彻底氧化分解为二氧化碳和水，释放大量能量。*总反应式：（注意条件和能量变化）*过程：分为三个阶段，第一阶段在细胞质基质，葡萄糖分解为丙酮酸和少量[H]，释放少量能量；第二阶段在线粒体基质，丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳和[H]，释放少量能量；第三阶段在线粒体内膜，[H]与氧气结合生成水，释放大量能量。*无氧呼吸：场所是细胞质基质。不需要氧气参与，有机物分解不彻底，生成酒精和二氧化碳或乳酸，释放少量能量。*总反应式（以酵母菌和动物细胞为例）：*过程：第一阶段与有氧呼吸相同，第二阶段丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳，或转化为乳酸。3.影响因素：温度、氧气浓度、水分、底物浓度。（三）光合作用与细胞呼吸的联系与区别1.区别：比较项目光合作用细胞呼吸（有氧呼吸）:-----------:---------------------------:---------------------------反应性质合成反应（同化作用）分解反应（异化作用）场所叶绿体细胞质基质、线粒体条件需光（光反应）、色素、酶不需光（有光无光均可）、酶物质变化无机物→有机物有机物→无机物能量变化光能→化学能（储存）化学能→ATP中能量+热能（释放）氧气产生消耗二氧化碳消耗产生2.联系：*光合作用为呼吸作用提供有机物和氧气；呼吸作用为光合作用提供二氧化碳和部分生命活动所需的能量（如光合作用中某些酶的合成、矿质元素的吸收等）。*两者共同维持了生物圈的碳氧平衡。*光合作用的产物可以作为呼吸作用的底物，呼吸作用产生的二氧化碳和水可以作为光合作用的原料。*能量代谢上，光合作用固定的太阳能是生物界能量流动的源头，呼吸作用则是能量释放和利用的主要途径。二、常见题型解析与方法指导（一）过程分析题例题1：下图为光合作用过程示意图，请据图回答：（此处应有图，假设为光反应和暗反应过程图，标有A、B、C、D等过程或物质）(1)图中A过程表示_________，发生的场所是_________。(2)图中B物质是_________，它在暗反应中的作用是_________。(3)如果突然停止光照，短期内图中C物质（C3）的含量会_________，原因是_________。解析：此类题目主要考查对光合作用（或呼吸作用）具体过程的理解。解题时，首先要明确图示各部分的名称和作用，然后结合题干信息进行分析。*（1）A过程需要光，产生氧气和[H]、ATP，故为光反应阶段，场所是类囊体薄膜。*（2）B物质若为光反应产物并参与暗反应，则可能是ATP或[H]（NADPH），其作用是为暗反应提供能量（和还原剂）。*（3）突然停止光照，光反应停止，[H]和ATP生成减少，C3的还原受阻，而CO2的固定仍在进行，因此C3含量会升高。方法指导：熟记光合作用和呼吸作用各阶段的场所、条件、物质变化和能量变化。对于物质含量变化分析，要抓住“来源”和“去路”的动态平衡，当某一因素改变时，判断对哪个过程影响更大。（二）影响因素题例题2：右图是在不同温度条件下，某种植物光合作用强度和呼吸作用强度随光照强度变化的曲线。请回答：（此处应有图，横轴为光照强度，纵轴为CO2吸收/释放量，有不同温度下的光合和呼吸曲线）(1)图中________点可表示该植物在相应光照强度下，光合作用强度等于呼吸作用强度。(2)若该植物长期处于光照强度为P的环境中，能否正常生长？为什么？(3)比较25℃和30℃时，该植物的最适光照强度是否相同？_________，判断依据是_________。解析：此类题目常结合坐标曲线，考查光照强度、温度、CO2浓度等因素对光合速率和呼吸速率的影响。*（1）光合强度等于呼吸强度时，净光合速率为0，即曲线与横轴的交点（光补偿点）。*（2）光照强度为P时，若该点为光补偿点，则植物光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物，没有有机物的积累，长期如此不能正常生长。*（3）最适光照强度是指达到最大光合速率时所对应的最小光照强度。观察不同温度下曲线达到平台期的光照强度是否一致即可判断。方法指导：理解“总光合速率”（真正光合速率）、“净光合速率”和“呼吸速率”的关系（净光合速率=总光合速率-呼吸速率）。学会分析坐标曲线：一看坐标轴（明确自变量和因变量），二看关键点（起点、交点、拐点、终点），三看曲线走势（上升、下降、稳定）。（三）坐标曲线题例题3：将某种绿色植物置于密闭锥形瓶中，在恒定且适宜的温度、光照等条件下培养，测得瓶内CO2浓度变化如图所示。请分析：（此处应有图，横轴为时间，纵轴为瓶内CO2浓度，曲线先下降后趋于稳定）(1)曲线AB段CO2浓度下降的原因是_________。(2)曲线BC段CO2浓度不再变化的原因是_________。此时叶肉细胞中产生ATP的场所是_________。(3)若在C点时突然增加光照强度，曲线会如何变化？_________（填“上升”、“下降”或“基本不变”），原因是_________。解析：密闭容器中CO2浓度的变化取决于光合作用和呼吸作用的相对强弱。*（1）AB段CO2浓度下降，说明光合作用吸收的CO2大于呼吸作用释放的CO2。*（2）BC段CO2浓度稳定，说明光合作用吸收的CO2等于呼吸作用释放的CO2，即光合速率等于呼吸速率。此时叶肉细胞既进行光合作用也进行呼吸作用，产生ATP的场所有叶绿体（类囊体薄膜）、线粒体和细胞质基质。*（3）C点时，CO2浓度已稳定，说明此时可能是CO2浓度成为限制因素，或光照强度已达饱和点。若突然增加光照强度，若原光照强度未饱和，则光合速率可能上升，CO2浓度下降；若已饱和，则基本不变。根据题意“恒定且适宜的温度、光照等条件”及曲线走势，BC段可能已达光饱和点或CO2限制，故增加光照可能基本不变。方法指导：对于密闭系统中气体含量变化（CO2、O2）的曲线分析，核心是判断光合与呼吸的大小关系。当曲线下降时，光合>呼吸；曲线上升时，呼吸>光合；曲线不变时，光合=呼吸。（四）实验设计与分析题例题4：某同学欲验证“光照是光合作用的必要条件”，设计了如下实验方案：①取生长状况相同的天竺葵两盆，编号为甲、乙。②将甲、乙两盆天竺葵放在黑暗处一昼夜。③然后将甲盆移至光下照射，乙盆仍放在黑暗处。④几小时后，分别从甲、乙两盆天竺葵上取一片叶，放入酒精中隔水加热，脱色后用碘液染色。请回答：(1)步骤②的目的是_________。(2)预期的实验现象是_________。(3)该实验的自变量是_________，对照组是_________。(4)若实验结果与预期相符，能否完全证明“光照是光合作用的唯一条件”？为什么？解析：本题考查光合作用实验的设计与分析。*（1）暗处理的目的是消耗叶片中原有的淀粉，避免其对实验结果产生干扰。*（2）甲盆叶片在光下能进行光合作用产生淀粉，遇碘变蓝；乙盆叶片不能进行光合作用，无淀粉产生，遇碘不变蓝。*（3）自变量是光照的有无；对照组是乙组（处于黑暗条件下的一组）。*（4）不能。该实验只能证明光照是光合作用的必要条件，但不能排除其他因素（如二氧化碳、水、叶绿体等）也是光合作用的必要条件。方法指导：实验设计要遵循对照原则、单一变量原则、等量原则和可重复性原则。分析实验时，要明确实验目的，找准自变量、因变量和无关变量，预期实验结果并得出结论。对于“验证性”实验，结果和结论是确定的；对于“探究性”实验，结果和结论需分情况讨论。（五）图文转换与计算题此类题目常结合图表（如柱状图、表格数据），考查光合作用和呼吸作用速率的计算。关键在于理解：*黑暗条件下，植物只进行呼吸作用，其CO2释放量或O2吸收量可代表呼吸速率。*光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用，所测的CO2吸收量（或O2释放量）为净光合速率。*总光合速率（真正光合速率）=净光合速率+呼吸速率。方法指导：仔细阅读图表，准确提取数据。明确各数据代表的是总光合、净光合还是呼吸。注意单位的统一。三、针对性练习选择题1.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能在呼吸作用中被利用D.光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行2.在适宜光照条件下，叶肉细胞中能产生ATP的场所是（）A.叶绿体、线粒体、细胞质基质B.叶绿体、线粒体C.线粒体、细胞质基质D.叶绿体、细胞质基质3.温室栽培蔬菜时，为提高产量可适当增加室内的（）A.氧气浓度B.二氧化碳浓度C.昼夜温差D.B和C都对非选择题4.下图是某植物叶肉细胞中光合作用和呼吸作用的物质变化示意简图，其中①～⑤为生理过程，a～h为物质名称，请回答：（此处应有图，标示光合作用的光反应、暗反应，呼吸作用的三个阶段及相关物质）(1)物质a分布在叶绿体的_________，物质b是_________。(2)过程②和③发生的场所分别是_________和_________。(3)上述①～⑤过程中，能产生ATP的有_________（填数字标号）。(4)假如白天突然中断了CO2的供应，则在短时间内f的含量将会_________（填“增加”或“减少”）。5.某研究小组探究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，实验结果如下表所示（光照强度为适宜强度，CO2吸收量和释放量的单位相同）。请分析回答：温度（℃）5101520253035:--------:--:--:--:--:--:--:--光照下CO2吸收量1.01.752.53.253.753.53.0黑暗中CO2释放量0.50.751.01.52.253.03.5(1)该植物光合作用的最适温度约为_________℃，呼吸作用的最适温度约为_________℃。(2)25℃时，该植物的总光合速率是_________（用CO2吸收量表示）。(3)在昼夜恒温条件下，若要使该植物一昼夜积累有机物最多，应控制温度为_________℃左右。四、参考答案与提示选择题1.C（提示：A.黑暗时植物只进行呼吸作用；B.光合作用产生的ATP用于暗反应；D.叶肉细胞也进行呼吸作用。）2.A（提示：光照下，叶肉细胞进行光合作用（光反应产生ATP）和呼吸作用（细胞质基质、线粒体产生ATP）。）3.D（提示：增加CO2浓度可提高光合速率；适当增大昼夜温差，可减少夜间呼吸消耗。）非选择题4.(1)类囊体薄膜上；氧气(2)叶绿体基质；细胞质基质(3)①③④⑤(4)增加（提示：f若为C5，中断CO2供应，C5消耗减少，生成不变，故含量增加。）5.(1)25；35（提示：光合作用最适看光照下吸收量最大值对应的温度；呼吸作用看黑暗中释放量最大值对应的温度。）(2)6.0（提示：总光合速率=光照下CO2吸收量（净光合）+黑暗中CO2释放量（呼吸）=3.75+2.25=6.0）(3)20（提示：有机物积累量=光照下净吸收量×光照时间-黑暗中释放量×黑暗时间。假设昼夜时间等长，则积累量=(光照下吸