第13讲光合作用和细胞呼吸的综合分析

第13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.光合速率的测定方法2022·全国乙卷，2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.辨析净光合速率与总光合速率(1)微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系(2)深度解读总光合速率与呼吸速率的关系①如果图1的实验对象是离体的叶肉细胞，则图2中的甲图对应的是图1中的A点，乙图对应图1中的AB段(不含A、B两点)，丙图对应图1中的B点以后(不含B点)，丁图对应图1中的B点。②如果图1的实验对象是叶片或者植株，则图1中的A点、B点、C点分别对应图2中的甲图、丙图和丙图。③如果实验对象是离体的叶绿体，则图1不能(填“能”或“不能”)表示光照强度对其光合速率的影响，原因是叶绿体不能进行细胞呼吸，因此光照强度为0时其CO2吸收量应为0，光照强度大于0时其CO2吸收量应大于0。(3)从语言文字中辨析总(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量“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2量黑暗中释放的CO2量“产生”或“制造”的O2量“释放至环境(容器)中”或“环境(容器)中增加”的O2量黑暗中吸收的O2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总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率①光合作用消耗的CO2量＝从环境中吸收的CO2量＋呼吸释放的CO2量②光合作用产生的O2量＝释放到环境中的O2量＋呼吸作用消耗的O2量3.自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较考向结合光合作用与细胞呼吸的联系，考查科学思维能力1.(2025·四川宜宾期末)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包括叶绿素和类胡萝卜素，其中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密闭装置中O2浓度不再增加时光合速率等于呼吸速率，仅b组光合速率大于呼吸速率(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O2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CO2，释放O2。因此，a组CO2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。考点二光合速率的测定方法1.“液滴移动法”——测定装置中O2的变化①总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。②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。(2025·山东菏泽模拟)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。1.(2024·福建卷，11)叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两组，A组不处理，B组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所示。下列分析正确的是()A.0min时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度B.30min时，B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组C.30min时，限制A组光合速率的主要因素是光照时间D.与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更长答案B解析0min时，无光照，叶片只进行呼吸作用，但A组气孔处于关闭状态，B组用壳梭孢素处理，气孔处于开放状态，因此两组胞间CO2浓度不同，A错误；30min时，B组的光合速率大于A组，说明B组的暗反应速率也大于A组，B正确；大约23min后，A组的光合速率不再随着光照时间的变化而变化，因此30min时限制光合速率的主要因素不是光照时间，C错误；由题图可知，从黑暗中转移到光照下，A组叶片光合速率增高达到稳定的高水平状态所需时间长于B组，即A组叶片光合作用的光诱导期长于B组，D错误。2.(2024·全国甲卷，29)在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。(1)该植物叶片在温度A和C时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________(填“相等”或“不相等”)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(2)在温度D时，该植物体的干重会减少，原因是___________________________________________________________________________________________________。(3)温度超过B时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是__________________________________________________________________________________________________________________________________(答出一点即可)。(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在________最大时的温度。答案(1)不相等叶片的呼吸速率不相等(2)在温度D时，该植物叶片的光合速率与呼吸速率相等，植物体的非绿色部分只进行呼吸作用(3)温度超过B时，随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO2减少(或温度超过B时，随着温度升高，与暗反应有关酶的活性降低)(合理即可)(4)光合速率与呼吸速率差值(或净光合速率)解析(1)有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率。由图可知，该植物叶片在温度A和C时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度A和C时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度A和C时的有机物积累速率不相等。(2)在温度D时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，这些细胞需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度D时，该植物体的干重会减少。(3)温度较高时，蒸腾作用较强，植物气孔部分关闭，以防止水分大量散失。气孔部分关闭时，通过气孔进入叶片的CO2减少，暗反应速率降低，导致光合速率降低。因此温度超过B时，该植物暗反应速率降低的原因可能是随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO2减少。(4)植物的净光合速率越大，积累的有机物越多，因此为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。3.(2024·安徽卷，16)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。净光合速率/(μmol·m－2·s－1)叶绿素含量/(mg·g－1)WT24.04.0KO20.33.2OE27.74.6回答下列问题。(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖－1，5－二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3－磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3－磷酸甘油酸接受________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为_____________________________________。(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的________、________(填科学方法)。(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)ATP和NADPH糖类和C5(2)减法原理加法原理(3)增大①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)从叶绿体中运出，从而促进旗叶的光合作用解析(1)旗叶从外界吸收的CO2用于暗反应。在特定酶的作用下，1分子的CO2与核酮糖－1，5－二磷酸(C5)结合，形成2分子的3－磷酸甘油酸(C3)。接着在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类，另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。(2)在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”，即与常态比较，人为增加或去除某种影响因素。根据题干信息，与WT相比，KO是OsNAC敲除突变体，相当于人为去除了某种影响因素，属于“减法原理”；OE是OsNAC过量表达株，相当于增加了某种影响因素，属于“加法原理”。(3)据表中数据分析可知，WT组净光合速率为24.0μmol·m－2·s－1，而OE组净光合速率为27.7μmol·m－2·s－1，故OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大。①据表中数据分析可知，与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，可以使旗叶捕获更多的光能，促进其光合作用，使其净光合速率增大；②根据柱形图分析可知，与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量较高，蔗糖转运蛋白可以及时将更多的光合产物(蔗糖)从叶绿体中运出，避免光合产物的积累影响光合作用的速率，从而促进旗叶的光合作用，使其净光合速率增大。黑白瓶法多用于研究浮游植物的生产量，所用白瓶完全透光，黑瓶不透光。用若干个黑白瓶，装入某湖泊一定水层的1L湖水后密闭，进行实验测试，结果如图所示。(1)a光照强度下，24h黑瓶中溶解氧降低的原因是什么？其变化可用于反映什么指标？白瓶中溶解氧基本不变的原因是什么？(2)瓶中生物24h呼吸作用消耗的氧气量是多少？(3)a光照强度下，能否满足瓶中生物对氧气的需求量？此时瓶中生物光合作用释放的氧气量是多少？答案(1)黑瓶中生物呼吸作用消耗氧气，而不能产生氧气，溶解氧降低；其变化可用于反映瓶中生物的呼吸速率；白瓶中生物呼吸作用消耗的氧气量与光合作用产生的氧气量相等。(2)7mg。(3)刚好满足；0。限时练13光合作用和细胞呼吸的综合分析(A组)(时间：30分钟分值：50分)1.(2025·江苏宿迁调研)如图表示光合作用和呼吸作用之间的能量转变过程，下列说法错误的是()A.含叶绿素的细胞能进行过程①和③B.在高等植物细胞中，过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质C.过程①中光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段答案B解析由图可知，①表示光反应中水的光解，③表示暗反应过程，则①和③是光合作用过程，光反应需要光合色素吸收、传递、转化光能，其中叶绿素是转化光能必不可少的，A正确；由图可知，③表示暗反应过程，发生在叶绿体基质，④过程包括有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，第一阶段发生在细胞质基质，第二阶段发生在线粒体基质，B错误；过程①(光反应)中，光能转变成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确。2.(2026·广东佛山质检)某学者为探讨干旱—高温交叉胁迫对水稻幼苗光合特性的影响，开展相关研究。该团队以水稻品种“N22”为试材，设置水稻幼苗正常生长(CK)、单一高温处理(H)、干旱—高温交叉处理(DH)的水培实验，一周后测定相关指标，结果如表所示(表中数据为相对值)：处理净光合速率气孔导度胞间CO2浓度蒸腾速率叶绿素含量CK5.370.34395.321.422.05H1.780.12362.780.480.42DH4.750.39425.651.661.93(1)水稻细胞进行光合作用的色素分布在________________上，光合色素的作用是________________。叶绿素提取实验中，一般会加入一定量碳酸钙，其作用是________________________________________________________________________。(2)由上表可知，高温处理会影响叶绿素含量，从而影响光反应生成________________________________________________________________________。(3)若叶肉细胞光反应产生氧气的速率为32mg/(cm2·h)，则合成C3的速率为____________mmol/(cm2·h)。(4)据上表可知，水稻幼苗在单一高温处理胁迫下，气孔导度和胞间CO2浓度均下降，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。气孔因素引起的光合速率降低，是由于CO2直接影响了光合作用中________反应阶段的________过程。(5)有研究表明，在干旱条件下脱落酸会导致气孔导度减小，现用该植物的脱落酸缺失突变体为材料，设计实验证明上述结论，简述实验思路：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)类囊体薄膜吸收、传递和转化光能防止研磨中色素被破坏(2)ATP、NADPH、氧气(3)2(4)植株为了减少水分的散失，部分气孔关闭，CO2供应不足暗CO2的固定(5)将生理状况相近的脱落酸缺失突变体随机均分为两组，一组进行施加脱落酸处理，一组不作处理作为对照，置于干旱条件下培养一段时间后，测量两组植株的气孔导度并进行比较解析(3)氧气的相对分子质量为32，若叶肉细胞光反应产生氧气的速率为32mg/(cm2·h)，则光反应产生氧气的速率为1mmol/(cm2·h)，其吸收CO2的速率与产生氧气相同，1分子CO2和1分子C5结合生成2分子C3，则C3的合成速率为2mmol/(cm2·h)。(4)据题表可知，水稻幼苗在单一高温处理胁迫下，气孔导度和胞间CO2浓度均下降，原因是植株为了减少水分的散失，部分气孔关闭，CO2供应不足。气孔因素引起的光合速率降低，是由于CO2直接影响了光合作用中暗反应阶段的CO2的固定过程。(5)实验思路见答案。3.(2025·湖南雅礼中学联考)某科研人员将一株正常生长的蓝莓幼苗放在透明且密闭的容器中，在适宜条件下培养一段时间(如图1所示)，并用三个如图1所示的装置(烧杯中装水)在其他环境因素相同且适宜的条件下，探究自然条件下不同光照强度对蓝莓植株光合作用强度的影响，传感器测定锥形瓶中CO2浓度变化如图2所示(设实验过程中三组蓝莓的呼吸速率相同)。若图1所示的烧杯中放入的物质是水，且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度，则一段时间内，锥形瓶内CO2浓度可出现的变化趋势是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若图1所示的烧杯中放入的物质是一定浓度的NaHCO3溶液，则用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时，净光合速率可用该实验装置测得的结果——该幼苗单位时间内__________________的量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下蓝莓幼苗的实际光合速率，请简单写出实验思路：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。图2中A组蓝莓叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是________________________________________________________________________。B组蓝莓叶肉细胞的光合速率________(填“大于”“小于”或“等于”)蓝莓叶肉细胞的呼吸速率，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)降低至一定水平时保持相对稳定(2)O2释放先将装置移到黑暗处(或不给予光照)，测出蓝莓幼苗单位时间内的O2吸收量(即呼吸速率)，然后将该装置移至一定光照强度下，测出蓝莓幼苗单位时间内的O2释放量，二者相加即为实际光合速率(3)细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜大于B组装置中的CO2浓度不变，表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等，植株中有许多细胞只能进行呼吸作用，因此B组蓝莓叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率解析(1)若图1烧杯中放入的物质是水，且起始时光合作用强度大于呼吸作用强度，使得锥形瓶内CO2浓度降低，光合速率下降，最后光合速率会等于呼吸速率，锥形瓶内CO2浓度保持相对稳定，故锥形瓶内CO2浓度可出现的变化趋势是降低至一定水平时保持相对稳定。(2)若图1烧杯中放入的物质是一定浓度的NaHCO3溶液，用该实验装置探究“光照强度对蓝莓幼苗净光合速率的影响”时，可用图1实验装置测得的结果——该幼苗单位时间内O2释放的量来表示。如果利用该装置测定在一定光照强度下该幼苗的实际光合速率，则实验的思路是先将装置移到黑暗处(或不给予光照)，测出蓝莓幼苗单位时间内的O2吸收量(即呼吸速率)，然后将该装置移至一定光照强度下，测出蓝莓幼苗单位时间内的O2释放量，二者相加即为实际光合速率。(3)图2中A组在黑暗条件下，蓝莓植株只进行呼吸作用，其叶肉细胞内能产生ATP的具体场所是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。B组装置中的CO2浓度不变，表明整个蓝莓植株的光合速率与呼吸速率相等，而蓝莓植株中有许多细胞只能进行呼吸作用。因此B组蓝莓叶肉细胞的光合速率应该大于其呼吸速率。4.(2025·辽宁大连测试)图1为某种植物光合作用与有氧呼吸的部分过程示意图，其中①～④表示相关生理过程；图2表示该植物在最适温度、不同光照强度下净光合作用速率(用CO2吸收速率表示)的变化，净光合作用速率是指总光合作用速率与呼吸作用速率之差。分析图1、图2，回答下列问题：(1)图1中过程②属于有氧呼吸的第________阶段，过程③发生的场所是________________________________________________________________________。(2)图2中C点时该植物总光合作用速率________(填“>”“＝”或“<”)呼吸作用速率。B点对应的条件下，该植物能完成图1中的生理过程有________(填序号)。(3)当光照强度突然增大，在其他条件不变的情况下，叶肉细胞中C3含量短时间内会________(填“增加”“不变”或“减少”)。当光照强度为C点对应的光照强度时，限制光合作用速率不再增加的环境因素主要是________________________________________________________________________。(4)如果将该植物先放置在图2中A点对应的条件下4h，B点对应的条件下6h，接着放置在C点对应的条件下14h，则在这24h内该植物每平方厘米叶面积的有机物积累量(用CO2吸收量表示)为________mg。(5)研究小组另选甲、乙两种植物，分别从两种植物上取多片相似且等量的叶片，在最适温度条件下分别测定不同光照强度下甲、乙两种植物叶片的CO2吸收速率，所得数据如表所示：光照强度0135791113CO2吸收速率/(μmol·m－2·s－1)叶片甲－50.551625293030叶片乙－41.55810121212从表中可以看出光照强度为________klx时，甲、乙两叶片中叶绿体的CO2固定速率相等。答案(1)一、二叶绿体类囊体薄膜(2)>①②③④(3)减少CO2浓度(4)260(5)1解析(1)图中②表示有氧呼吸第一、二阶段，④属于有氧呼吸的第三阶段，①表示光合作用的暗反应阶段，③表示光合作用的光反应阶段，发生的场所是叶绿体类囊体薄膜。(2)图2中C点为光饱和点，此时净光合速率最大，即C点时该植物总光合作用速率大于呼吸作用速率。图2中B点为光的补偿点，此点表示光合速率等于呼吸速率，即植物可同时进行光合作用和呼吸作用，故该植物能完成图1中的生理过程有①②③④。(3)当光照强度突然增大，光反应增强，产生的NADPH和ATP增多，在其他条件不变的情况下，C3还原加快，而CO2的固定不变，故叶肉细胞中C3含量短时间内会减少；当光照强度为C时，为植物的光饱和点，由于是在最适温度下进行的，故限制光合作用不再增加的环境因素主要是CO2浓度。(4)如果将该植物先放置在图2中A点的条件下4小时，即只进行呼吸作用，该植物每平方厘米叶面积的有机物消耗量为5×4＝20(mg)，B点的条件下6小时，即光合作用与呼吸作用相等，此阶段有机物的制造量与有机物的消耗量相同，接着放置在C点的条件下14小时，该植物每平方厘米叶面积的有机物积累量为20×14＝280(mg)，故在这24小时内该植物每平方厘米叶面积的有机物积累量＝14×20－5×4＝260(mg)。(5)CO2固定速率表示总光合速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，当光照强度为1klx时，甲的总光合速率＝0.5＋5＝5.5，乙的总光合速率＝1.5＋4＝5.5，二者的CO2固定速率相等。5.(2025·江苏泰州调研)异戊二烯能清除活性氧，降低高温、强光等环境因素对类囊体膜造成的伤害。如图是叶肉细胞中合成异戊二烯的有关过程，其中A、B代表相关细胞器。请回答下列问题：(1)A、B代表的细胞器分别是_____________________________________________，A中合成NADPH的场所是________________________________________________，B中[H]还原O2的场所是_____________________________________________。(2)由图可知，光合作用可为异戊二烯的合成提供________________(物质)。(3)高温下呼吸链受抑制，耗氧量下降，异戊二烯合成量增加，据图分析，异戊二烯合成量增加的主要原因是高温下叶片呼吸作用降低，使________________________向叶绿体输送的数量增加，增加了异戊二烯的合成。(4)为进一步验证高温使呼吸链被抑制，导致异戊二烯合成量增多，科研人员用呼吸链抑制剂等进行了如下实验，完成下表。实验步骤实验步骤要点配制溶液配制缓冲液，均分为3组，第1组加适量①________________，第2、3组不加材料选择切取②________________一致的叶片，分为3组进行实验处理将叶片的叶柄浸入相应的缓冲液中，第1、2组分别置于③________________下，第3组置于常温下测定相关数值一段时间后，测定3组叶片的④________________预期实验结果：⑤______________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)叶绿体、线粒体叶绿体的类囊体薄膜线粒体内膜(2)3－磷酸甘油醛(3)磷酸烯醇式丙酮酸(4)①呼吸链抑制剂②生长健壮、长势③常温、高温④异戊二烯的含量⑤第1、2组异戊二烯合成量相当，均高于第3组解析(1)A中发生CO2的固定和C3的还原，说明其是叶绿体；B中进行了丙酮酸的彻底氧化分解，是有氧呼吸的第二、三阶段，说明其是线粒体；A中在类囊体薄膜上进行光反应时合成NADPH；B中[H]还原O2，是有氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜上进行。(2)由图可知，光合作用可为异戊二烯的合成提供3－磷酸甘油醛。(3)高温下叶片呼吸作用降低，丙酮酸消耗减少，使磷酸烯醇式丙酮酸向叶绿体输送的数量增加，增加了异戊二烯的合成。(4)该实验的目的是验证高温使呼吸链被抑制，导致异戊二烯合成量增多。根据实验设计可知，第1组加入了呼吸链抑制剂，进行了常温处理，第2组未加入呼吸链抑制剂，进行了高温处理，第3组既未加入呼吸链抑制剂，也未进行高温处理，属于对照组。该实验为验证实验，因此预期实验结果为第1、2组中异戊二烯合成量相当，均高于第3组。限时练13光合作用和细胞呼吸的综合分析(B组)(时间：30分钟分值：50分)【综合提升】1.(2025·江苏镇江开学考试)如图为在最适温度下测定并绘制的A、B两种植物的光合作用强度与光照强度的关系图，下列叙述错误的是()A.光照强度为3klx时，A植物的叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率B.光照强度为6klx时，A、B两种植物的光合速率相同C.适当升高温度，B植物的光饱和点和光补偿点的差值将减小D.在测定B植物的温度下测定A植物，其光补偿点和光饱和点的数值一定不变答案D解析光照强度为3klx时，A植物的CO2吸收速率为O，即光合作用速率与呼吸作用速率相等，由于植物体中有的细胞不进行光合作用，只进行呼吸作用，因此A植物叶肉细胞内的光合速率大于呼吸速率，A正确；光照强度为6klx时，A植物的光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝4＋4＝8，B植物的光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝6＋2＝8，即A、B两种植物的光合速率相同，B正确；该图为在最适温度下测定的，适当升高温度，B植物的光饱和点将会减小，而光补偿点将会增大，二者的差值会减小，C正确；在测定B植物的温度下测定A植物，其光补偿点和光饱和点的数值可能会有所变化，不一定不变，D错误。2.(2024·山东卷，21)从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14天后植株的胞间CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov为细胞分裂素合成抑制剂，KT为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。检测指标植株14天21天28天胞间CO2浓度/(μmolCO2·mol－1)野生型140151270突变体110140205气孔导度/(molH2O·m－2·s－1)野生型1259541突变体14011278(1)光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有________。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14天后突变体的光饱和点________(填“高”或“低”)，理由是________________________________________________________________________。(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)ATP和NADPH突变体中细胞分裂素含量多，叶绿素合成多，类囊体膜蛋白稳定性高，叶绿素降解慢(2)高突变体气孔导度大，胞间CO2浓度低，固定CO2能力强(3)突变体的蔗糖转化酶活性高，有更多的蔗糖被分解成单糖，运输到籽粒中的蔗糖减少解析(1)光反应阶段生成的NADPH和ATP可供暗反应利用。分析野生型和突变体的①组数据可知，与野生型相比，突变体类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性均较高；分别对比野生型和突变体的②③组数据可知，细胞分裂素可以提高类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性。结合题干信息“该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性”推测，与野生型相比，突变体叶片合成的细胞分裂素较多，促进了叶绿素合成，从而导致开花后突变体叶片变黄的速度较慢。(2)分析题表可知，与野生型相比，开花14天后突变体的胞间CO2浓度较低、气孔导度较大(进入叶肉细胞的CO2较多)，说明其CO2利用率较大，光饱和点较高。(3)已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，而突变体蔗糖转化酶活性较高，能够催化更多的蔗糖分解为单糖，导致运输到籽粒的蔗糖减少，进而导致籽粒合成的淀粉减少。3.(2023·海南卷，16)海南是我国火龙果的主要种植区之一，由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。回答下列问题。(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是____________；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第________条。(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________，该光源的最佳补光时间是________小时·天－1，判断该光源是最佳补光光源的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)一和二(2)红光＋蓝光6三个处理组中，红光＋蓝光光源组在同一补光条件下，诱导产生的平均花朵数最多；且该光源诱导火龙果成花所用的补光时间最短(3)取三组长势相同、成花诱导完成的火龙果植株，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光照对应最适光照强度解析(1)火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和叶绿素b，二者统称为叶绿素。用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第一条和第二条。(2)根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，因为在三个处理组中，红光＋蓝光组在同一补光条件下，诱导产生的平均花朵数最多，且该光源诱导火龙果成花所用的补光时间最短，该光源的补光时间是6小时·天－1时，平均花朵数最多，所以最佳补光时间是6小时·天－1。(3)本实验要求对三种不同光照强度的白色光源，探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，所以将生长状况相同的火龙果分三组，成花诱导完成后，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光照对应最适光照强度。4.(2025·湖南长郡中学调研)全球大气中CO2浓度升高不仅会导致气候变暖，而且会对农业和自然生态系统生产力产生深远影响。木荷是一种优良的绿化、用材树种，某研究小组进行了CO2浓度升高对木荷幼苗光合特征指标影响的实验，部分实验数据如图所示。图中CK表示自然环境CO2浓度，不同的EC值表示通过CO2发生装置额外补充不同浓度的CO2。回答下列有关问题：(1)实验期间利用统一量器浇水，保证每株植株充足且等量的水分供应，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。若晴朗白天突然对某株木荷进行遮光处理，则短时间内该株木荷叶绿体中C3、C5的含量变化分别为________________________。(2)分析图A曲线发现，各实验组5～7月的净光合速率逐渐增大，原因可能是____________________________(答出一点)，在此期间，同一时间内净光合速率与CO2浓度的关系是________________。(3)分析图A、B、C可知，在5～7月________增加，引起叶片胞间CO2浓度增加，从而导致木荷净光合速率增大。7月之后，净光合速率的变化与气孔因素________(填“有”或“无”)明显关系，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________。(4)10月晴朗的一天，从早上5点到中午12点影响木荷(在自然环境中生长)光合作用的主要环境因素有____________________。对木荷而言，CO2浓度增加没有通过增强光反应来提高光合速率，判断依据是__________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)排除水分供应量等无关变量对实验结果的影响升高、降低(2)光照强度逐渐增加(合理即可)随着CO2浓度的增加，净光合速率也增加(3)气孔导度无7月之后，虽然较高浓度CO2下气孔导度下降明显，但胞间CO2浓度并没有明显下降(4)温度和光照强度(合理即可)在较高CO2浓度下，净光合速率升高，但叶绿素含量却降低解析(1)本实验中CO2浓度