2026年江苏小高考生物专题复习讲义：专题一细胞呼吸与光合作用

引言：生命活动的能量与物质基石细胞呼吸与光合作用是维持生命活动的两大核心代谢过程，它们共同构建了生物体能量转换与物质循环的基本框架。对于绿色植物而言，光合作用是其利用光能制造有机物、储存能量的过程，堪称“生命的引擎”；而细胞呼吸则是所有活细胞将有机物分解、释放能量，以驱动各项生命活动的“动力车间”。这两个过程既相互对立，又紧密联系，共同维持着生物圈的碳氧平衡和能量流动。在江苏小高考中，本专题是考查的重点与难点，要求同学们不仅能扎实掌握基础知识，更要理解其内在联系，并能运用所学知识分析解决实际问题。本讲义将围绕细胞呼吸与光合作用的过程、影响因素及其相互关系展开，希望能为同学们的复习提供有力的支持。第一部分细胞呼吸——能量的释放与利用一、细胞呼吸的概念与意义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。其本质是氧化分解有机物，释放能量。细胞呼吸对于生物体至关重要，它为细胞的各项生命活动，如物质运输、细胞分裂、生长发育等提供了直接的能源物质——ATP。同时，细胞呼吸过程中产生的中间产物也为其他化合物的合成提供了原料。二、有氧呼吸的过程与原理有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，当氧气充足时，细胞通常进行有氧呼吸，将有机物彻底氧化分解，释放大量能量。1.过程概述：有氧呼吸的过程可大致分为三个连续的阶段，这三个阶段都有酶的参与。*第一阶段（糖酵解）：此阶段不需要氧气参与，发生在细胞质基质中。一分子葡萄糖被分解为两分子丙酮酸，同时产生少量的[H]（还原氢），并释放出少量的能量，这些能量一部分以热能形式散失，一部分用于合成少量ATP。*第二阶段（柠檬酸循环或三羧酸循环）：丙酮酸进入线粒体基质中，在水的参与下，彻底分解成二氧化碳和[H]，同时释放出少量的能量，这些能量也部分用于合成少量ATP。此阶段同样不需要氧气直接参与，但需要线粒体提供的特定环境和酶。*第三阶段（电子传递链与氧化磷酸化）：这是有氧呼吸的关键阶段，需要氧气直接参与，发生在线粒体内膜上。前两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧气结合生成水，同时释放出大量的能量，这些能量大部分用于合成大量的ATP。2.总反应式：从宏观上看，有氧呼吸可以用一个总反应式来概括，即葡萄糖与氧气在酶的催化下反应生成二氧化碳和水，并释放能量。三、无氧呼吸的过程与特点在缺氧或氧气供应不足的情况下，细胞会进行无氧呼吸。无氧呼吸的过程相对简单，有机物分解不彻底，释放的能量也较少。1.过程：无氧呼吸同样可以分为两个阶段。第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同，即葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸和少量[H]，并释放少量能量。第二阶段，丙酮酸在不同酶的催化下，在细胞质基质中转化为不同的产物。*酒精发酵：在某些植物细胞（如酵母菌、水稻根细胞缺氧时），丙酮酸会转化为酒精和二氧化碳，并释放少量能量。*乳酸发酵：在动物细胞（如人体肌肉细胞剧烈运动缺氧时）和某些微生物（如乳酸菌）中，丙酮酸会转化为乳酸，并释放少量能量。2.特点：无氧呼吸的场所仅在细胞质基质；不需要氧气参与；有机物氧化分解不彻底，因此释放的能量远少于有氧呼吸；其产物因生物种类或细胞类型而异。四、细胞呼吸的影响因素及其应用细胞呼吸的速率受到多种内外因素的影响，理解这些因素对于农业生产、食品储存和人体健康等方面都具有重要的指导意义。1.温度：细胞呼吸是一系列酶促反应，酶的活性受温度影响显著。在一定范围内，随着温度的升高，呼吸速率加快；超过最适温度后，酶活性下降，呼吸速率随之降低。应用举例：粮食储存时需低温，以降低呼吸消耗；大棚蔬菜夜间适当降温，减少有机物消耗，提高产量。2.氧气浓度：氧气是有氧呼吸的原料，对有氧呼吸速率影响较大，同时也会抑制无氧呼吸。在一定范围内，有氧呼吸速率随氧气浓度升高而加快，直至达到饱和。无氧呼吸则随氧气浓度升高而受到抑制。应用举例：水果、蔬菜保鲜时，可采用低氧环境（而非完全无氧），既能抑制无氧呼吸产生有害物质，又能降低有氧呼吸强度，延长储存时间。3.二氧化碳浓度：环境中二氧化碳浓度过高会抑制细胞呼吸。应用举例：在蔬菜大棚中，适当提高二氧化碳浓度（作为光合作用原料的同时），也能在一定程度上抑制呼吸作用。4.水分：细胞含水量充足时，代谢活跃，呼吸速率较高。干燥的种子呼吸速率较低，有利于储存。五、细胞呼吸知识要点回顾与深化*核心区别：有氧呼吸与无氧呼吸的最根本区别在于是否有氧气参与后续阶段以及有机物氧化分解是否彻底。*能量释放：有氧呼吸释放的能量绝大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP中；无氧呼吸释放的能量更少，大部分能量存留在不彻底的氧化产物（酒精或乳酸）中。*ATP的生成：无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，第一阶段都能产生少量ATP。有氧呼吸的第三阶段是ATP生成的主要阶段。第二部分光合作用——光能的捕获与转化一、光合作用的概念与意义光合作用是绿色植物、藻类和某些细菌利用光能，将二氧化碳和水转化为储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。光合作用是地球上绝大多数生物赖以生存的物质和能量来源，对于维持大气中氧气和二氧化碳的相对稳定也起着决定性作用。二、叶绿体的结构与功能叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，其结构与功能高度适应。1.结构：叶绿体具有双层膜结构，内部充满了液态的基质。基质中分布着许多由类囊体堆叠而成的基粒。类囊体薄膜上含有光合色素和与光反应有关的酶，是光反应的场所；基质中含有与暗反应有关的酶，是暗反应的场所。2.光合色素：叶绿体中的色素主要有叶绿素（包括叶绿素a和叶绿素b）和类胡萝卜素（包括胡萝卜素和叶黄素）。这些色素能够吸收、传递和转化光能，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。三、光合作用的过程与原理光合作用是一个复杂的氧化还原反应，根据是否需要光，可分为光反应阶段和暗反应阶段（或称为碳反应阶段）。1.光反应阶段：必须在光照条件下进行，场所是类囊体薄膜。*水的光解：在光的照射下，光合色素吸收光能，将水分子分解为氧气和[H]（还原氢），氧气直接释放到细胞外或用于细胞呼吸。*ATP的合成：光合色素将吸收的光能转化为化学能，促使ADP和Pi在酶的催化下合成ATP，这一过程称为光反应中的磷酸化。光反应阶段的产物有氧气、[H]和ATP，其中[H]和ATP将作为“能量货币”和“还原剂”参与暗反应。2.暗反应阶段（卡尔文循环）：不需要光直接参与，在有光无光条件下均可进行（前提是光反应能持续提供[H]和ATP），场所是叶绿体基质。*二氧化碳的固定：大气中的二氧化碳通过气孔进入叶片，扩散到叶绿体基质中，与五碳化合物（RuBP）结合，生成两个三碳化合物（C3），这个过程需要酶的催化。*三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受光反应产生的[H]作为还原剂，并利用ATP提供的能量，被还原成糖类（如葡萄糖、蔗糖等）和五碳化合物。五碳化合物可以再次参与二氧化碳的固定，使卡尔文循环得以持续进行。3.总反应式：光合作用的总反应式可以概括为二氧化碳和水在光能和叶绿体的作用下生成葡萄糖和氧气。四、光合作用的影响因素及其应用光合作用的速率受多种环境因素和内部因素的影响，了解这些因素有助于提高农作物的光合作用效率，增加产量。1.光照强度：光是光合作用的能量来源。在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增强而加快，当达到某一强度后，速率不再增加，此时的光照强度称为光饱和点。应用举例：合理密植，保证通风透光；阴生植物和阳生植物对光照需求不同，应合理搭配种植。2.二氧化碳浓度：二氧化碳是光合作用的原料之一。在一定范围内，光合作用速率随二氧化碳浓度的升高而加快，达到一定浓度后不再增加，即二氧化碳饱和点。应用举例：大棚种植中，可通过增施有机肥、使用二氧化碳发生器等方式提高二氧化碳浓度。3.温度：温度主要通过影响酶的活性来影响光合作用速率。存在光合作用的最适温度，高于或低于此温度，速率都会下降。应用举例：大棚种植中，白天适当升温，夜间适当降温，以利于光合作用，减少呼吸消耗。4.水分：水既是光合作用的原料，也是植物体内物质运输的介质，缺水会导致气孔关闭，影响二氧化碳吸收，从而间接影响光合作用。应用举例：合理灌溉，保持土壤适宜水分。5.矿质元素：如镁是叶绿素的组成成分，氮是酶、ATP等的组成成分，这些矿质元素的缺乏会影响光合作用的正常进行。应用举例：合理施肥，保证植物生长所需的各种矿质元素。五、光合作用知识要点回顾与深化*光反应与暗反应的联系：光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi等。二者紧密联系，缺一不可。*能量转换：光合作用的实质是将光能转化为活跃的化学能（储存在ATP和[H]中），再进一步转化为稳定的化学能（储存在有机物中）。*物质变化：光合作用将无机物（CO₂和H₂O）转化为有机物（如葡萄糖），是自然界中最基本的物质代谢之一。第三部分细胞呼吸与光合作用的联系细胞呼吸和光合作用是植物代谢中两个核心的生理过程，它们既相互独立，又紧密联系，共同维持着植物的生命活动。1.物质联系：*光合作用的产物葡萄糖和氧气是细胞呼吸的原料；细胞呼吸的产物二氧化碳和水是光合作用的原料。*光合作用产生的有机物可以为细胞呼吸提供底物，用于氧化分解供能。2.能量联系：*光合作用将光能转化为化学能储存在有机物中，是细胞呼吸能量的根本来源。*细胞呼吸将有机物中的化学能释放出来，一部分用于合成ATP，供生命活动利用，另一部分以热能形式散失。3.在植物体内的协同进行：*在光照条件下，绿色植物的叶肉细胞既进行光合作用，也进行细胞呼吸。当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，植物表现为吸收二氧化碳，释放氧气，有机物积累。*光合作用制造的有机物，除了用于自身呼吸消耗外，还可以用于生长、发育、繁殖等生命活动，并为其他生物提供食物来源。*关键点：理解“净光合速率”与“总光合速率”的关系。总光合速率是指植物真正的光合作用速率，而净光合速率是总光合速率减去细胞呼吸速率（黑暗条件下测得的为呼吸速率）。通常我们观察到的植物生长现象，如叶片伸展、植株增高，都是基于净光合速率大于零，即有机物有积累。专题复习建议与应试策略本专题内容繁多，概念抽象，过程复杂，且两者联系紧密，是小高考的重点和难点。为了有效复习，建议同学们：1.构建知识网络：以“物质”和“能量”为主线，将细胞呼吸和光合作用的各个阶段、场所、条件、物质变化、能量变化等梳理清楚，并绘制流程图或概念图，强化对知识内在联系的理解。2.重视图表理解与应用：本专题涉及大量的生理过程图、曲线分析图（如影响因素曲线）、实验装置图等。要学会分析图表所蕴含的信息，理解曲线的起点、拐点、趋势的含义，并能运用图表信息解决问题。3.关注实验探究：细胞呼吸和光合作用的发现过程及相关的验证性实验、探究性实验是考查的热点。要理解实验原理、掌握实验方法、分析实验现象、得出实验结论，并能对实验方案进行评价和改进。4.结合实际应用：将所学知识与生产生活实际相联系，如粮食储存、果蔬保鲜、大棚种植、合理施肥等，这样不仅