高考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的核心内容，也是高考命题的重中之重。这部分知识不仅涉及复杂的生理过程，还常常与实验设计、曲线分析、生产实践相结合，对学生的理解能力、综合应用能力要求较高。本文将从知识梳理、重难点突破、解题策略及典型例题几个方面，为同学们提供一套系统的专题训练指导。一、知识梳理与体系构建（一）光合作用：捕获光能的奇妙历程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。其过程可分为光反应和暗反应两个阶段，二者紧密联系，缺一不可。1.光反应阶段：场所是叶绿体类囊体薄膜。需要光、色素（叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素）和酶的参与。主要过程包括水的光解（产生[H]和氧气）以及ATP的合成（利用光能将ADP和Pi合成ATP）。此阶段将光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和[H]中。2.暗反应阶段：场所是叶绿体基质。不需要光直接参与，但需要光反应提供的[H]和ATP，以及多种酶的催化。主要过程包括二氧化碳的固定（CO₂与C₅结合生成C₃）和C₃的还原（在[H]和ATP作用下，C₃被还原成糖类等有机物，并再生出C₅）。此阶段将活跃的化学能转化为稳定的化学能，储存在有机物中。影响光合作用的环境因素主要有光照强度、二氧化碳浓度、温度、水和矿质元素等。这些因素通过影响光反应或暗反应的某个环节来影响光合速率。（二）细胞呼吸：能量释放与利用的核心途径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。根据是否需要氧气，可分为有氧呼吸和无氧呼吸。1.有氧呼吸：是细胞呼吸的主要形式，场所为细胞质基质和线粒体。过程分为三个阶段：第一阶段在细胞质基质中，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中，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上，前两阶段产生的[H]与氧气结合生成水，释放大量能量。三个阶段均需酶的催化。2.无氧呼吸：场所为细胞质基质。过程分为两个阶段：第一阶段与有氧呼吸第一阶段完全相同；第二阶段，丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，该阶段不释放能量。影响细胞呼吸的环境因素主要有温度、氧气浓度、水分等。温度主要影响呼吸酶的活性；氧气浓度直接影响呼吸类型和强度；水分则是细胞呼吸的介质，也会影响呼吸速率。二、重难点突破与易错点辨析（一）光合作用与呼吸作用的联系与区别光合作用和呼吸作用是植物体内两个既对立又统一的生理过程。*区别：光合作用合成有机物，储存能量，释放氧气；呼吸作用分解有机物，释放能量，消耗氧气（有氧呼吸）或产生其他产物。光合作用只在有叶绿体的细胞中、有光条件下进行；呼吸作用则在所有活细胞中、有光无光均可进行。*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能量（如ATP用于暗反应中C₃的还原，虽然量很少，但对维持叶绿体的正常代谢是必需的）。两者共同维持了植物体内的物质循环和能量流动。（二）净光合速率、真正光合速率与呼吸速率的关系这是本专题的核心概念，也是高考的高频考点。*真正光合速率（总光合速率）：指植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。*呼吸速率：指植物在单位时间内通过呼吸作用消耗有机物的量。*净光合速率（表观光合速率）：指植物在单位时间内有机物的积累量，即真正光合速率与呼吸速率的差值。三者关系可表示为：真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。在实验中，通常通过测定单位时间内氧气的释放量（净光合，若考虑线粒体消耗则为总光合）、二氧化碳的吸收量（净光合）或有机物的积累量（净光合）来表示净光合速率；通过在黑暗条件下测定单位时间内氧气的吸收量、二氧化碳的释放量或有机物的消耗量来表示呼吸速率。（三）相关曲线的分析与应用涉及光合作用和呼吸作用的曲线题是高考常见题型，如“光照强度对光合速率的影响”、“CO₂浓度对光合速率的影响”、“温度对光合速率和呼吸速率的影响”等。分析曲线时，首先要明确横纵坐标的含义，理解曲线的起点、拐点、交点、终点的生物学意义。例如，光照强度为0时，植物只进行呼吸作用，此时的CO₂释放量或O₂吸收量即为呼吸速率。当光照强度增强到某一点时，光合速率等于呼吸速率，此时的光照强度称为光补偿点。继续增加光照强度，光合速率不再增加时，对应的光照强度称为光饱和点。在分析多因素影响时，要注意“单一变量原则”，明确哪个是自变量，哪个是因变量，哪些是无关变量。（四）实验设计与分析能力的培养高考常以光合作用或呼吸作用为背景考查实验设计与分析能力。常见的实验包括：探究影响光合作用的因素（光照强度、CO₂浓度等）、探究呼吸作用的类型、测定光合速率或呼吸速率等。实验设计要遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等。例如，在测定光合作用速率时，需要设置对照组（如遮光处理以测定呼吸速率）。实验分析时，要能准确描述实验现象，分析实验结果，得出实验结论，并能对实验方案进行评价和改进。三、解题策略与方法指导1.夯实基础，构建知识网络：熟练掌握光合作用和呼吸作用的基本过程、场所、物质变化、能量变化及影响因素，将零散的知识点串联成网，形成系统的知识体系。2.深化理解核心概念：对于净光合、总光合、呼吸速率等核心概念，不仅要记住定义，更要理解其内在联系及在不同情境下的表达方式。3.图文结合，提升信息转换能力：对于曲线图、模式图等，要能准确解读图中信息，并将其与所学知识结合，进行图文转换和综合分析。4.注重逻辑推理，规范答题语言：在解答简答题时，要注意逻辑清晰，步骤完整，使用专业术语，避免口语化表达。例如，解释某种因素对光合速率的影响时，要从该因素如何影响光反应或暗反应的具体环节入手。5.加强变式训练，总结解题规律：通过做一定量的练习题，特别是高考真题和模拟题，总结不同题型的解题思路和技巧，提高解题的准确性和效率。四、典型例题精析例题1：某研究小组探究不同光照强度对某种植物光合速率的影响，实验结果如图所示（图中纵坐标为净光合速率，横坐标为光照强度）。请回答下列问题：（1）图中A点的含义是________________。此时叶肉细胞产生ATP的场所是________________。（2）当光照强度为B点时，该植物的真正光合速率为________（用图中字母表示，假设呼吸速率为C）。（3）若适当提高CO₂浓度，则B点将向________移动，C点将向________移动。解析：（1）A点光照强度为0，此时植物只进行呼吸作用，故A点含义是该植物在黑暗条件下的呼吸速率。此时叶肉细胞产生ATP的生理过程为呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。（2）真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。B点对应的净光合速率为图中的纵轴数值（假设为D），呼吸速率为C，故真正光合速率为D+C。（3）适当提高CO₂浓度，光合作用增强，光饱和点（C点）会向右上方移动；光补偿点（B点）会向左移动，因为在较低的光照强度下就能达到光合速率等于呼吸速率。例题2：将某种植物置于密闭容器中，在不同光照强度下测定容器内CO₂浓度的变化，结果如下表所示（假设温度等其他条件适宜且稳定）。光照强度（klx）05101520---------------------------------CO₂浓度变化（mg/h）+20-5-15-15-15请回答：（1）光照强度为0时，CO₂浓度变化的原因是________________。（2）光照强度为5klx时，该植物的净光合速率是________mgCO₂/h。（3）该植物的光饱和点大约是________klx。解析：（1）光照强度为0时，植物只进行呼吸作用，释放CO₂，导致容器内CO₂浓度增加。（2）光照强度为5klx时，CO₂浓度变化为-5mg/h，即植物吸收CO₂，故净光合速率是5mgCO₂/h（通常用单位时间内CO₂的吸收量或O₂的释放量来表示净光合速率）。（3）当光照强度从10klx增加到15klx、20klx时，CO₂浓度变化值不再变化，均为-15mg/h，说明此时光合速率已达到最大值，故光饱和点大约是10klx。五、模拟训练与能力提升一、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.光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]是同一种物质B.光合作用中光能转变为化学能，呼吸作用中化学能转变为热能和ATPC.光合作用和呼吸作用总是同时进行的D.光合作用的场所是叶绿体，呼吸作用的场所是线粒体2.在适宜光照条件下，叶肉细胞的叶绿体中磷酸含量最高的部位是（）A.外膜B.内膜C.类囊体薄膜D.基质二、非选择题3.某同学利用下图所示装置（气密性良好）探究某种植物的呼吸作用类型。实验开始时，U型管两侧液面相平。请回答：（装置图：一个密闭容器，内放植物，通过导管与U型管相连，U型管内有液体）（1）若要探究该植物是否进行有氧呼吸，可将装置置于________环境中，一段时间后观察到U型管________（左/右）侧液面上升，则说明植物进行了有氧呼吸。（2）若要探究该植物是否进行无氧呼吸产生酒精和CO₂，除了上述装置外，还需增加的试剂是________。若观察到________现象，则说明植物进行了相应的无氧呼吸。4.为研究温度对某植物光合速率和呼吸速率的影响，实验小组在不同温度下测定了该植物的净光合速率和呼吸速率，结果如下表所示（单位：μmol·m⁻²·s⁻¹）。温度（℃）101520253035-----------------------------------净光合速率2.55.07.59.07.02.0呼吸速率1.02.03.04.05.06.0请回答：（1）在25℃时，该植物的真正光合速率是________μmol·m⁻²·s⁻¹。（2）在________℃时，该植物的净光合速率最大。（3）分析表中数据可知，在温度超过________℃后，随着温度升高，该植物的净光合速率下降，主要原因是________________。参考答案与提示：一、选择题1.B（提示：A项，光合作用产生的[H]是NADPH，呼吸作用产生的[H]是NADH；C项，黑暗条件下只进行呼吸作用；D项，原核生物无线粒体和叶绿体，也能进行光合作用和呼吸作用。）2.D（提示：光反应产生ATP，暗反应消耗ATP生成ADP和Pi，故基质中磷酸含量最高。）二、非选择题3.（1）黑暗；右侧（提示：有氧呼吸消耗O₂，释放CO₂，若装置内有NaOH溶液吸收CO₂，则装置内气压降低，右侧液面上升。若无吸收CO₂的试剂，则无法判断，故题目隐含装置内应有吸收CO₂的试剂，如NaOH。）（2）澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液）；澄清石灰水变浑浊（或溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄