考点6　透过光合作用和细胞呼吸原理，掌握过程关系图解

题组一　光合作用的基础及原理

1．(2013·新课标全国Ⅱ，2)关于叶绿素的叙述，错误的是(　　)

A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素

B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用

C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同

D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

答案　D

解析　植物在进行光合作用时主要吸收红光和蓝紫光，由于绿色植物几乎不吸收绿色光，所以植物的叶片一般呈现绿色。

2．(2011·新课标全国，29)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。请据图回答问题：

(1)图中物质A是__________(C3化合物、C5化合物)。

(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_______________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________

________________________________________________________________________。

(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的__________(低、高)。

(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(高、低)，其原因是_________________________________________。

答案　(1)C3化合物　(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍　当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累　(3)高　(4)低　CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需的ATP和[H]少

解析　(1)CO2浓度降低时，C3化合物合成速率降低而消耗继续，故C3化合物的浓度降低，所以物质A代表的是C3化合物。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5化合物结合形成2 mol C3化合物，即C3化合物的浓度是C5化合物浓度的2倍。CO2浓度迅速下降到0.003%后，C5化合物的产生量不变而消耗量减少，故C5化合物的浓度升高。(3)CO2浓度继续处于0.003%时，因光反应产物[H]和ATP的积累，引起暗反应中C5化合物的浓度又逐渐降低，而C3化合物的浓度逐渐升高，在达到相对稳定时，C3化合物的浓度仍是C5化合物浓度的2倍。(4)CO2浓度较低时，暗反应减弱，需要的[H]和ATP量减少，故CO2浓度为0.003%时，在较低的光照强度时就能达到最大光合速率。

3．(地方卷精选)完成下列内容：

(1)(2015·安徽，2)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)

A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能

B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类

C．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5

D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高

(2)(2014·安徽，29节选)叶肉细胞间隙CO2至少需要跨________层磷脂双分子层才能达CO2固定的部位。

(3)(2014·山东，26节选)在对某经济植物不同程度的遮光实验过程中，若去除遮光物，短时间内叶肉细胞的叶绿体中C3化合物含量________。

(4)(2014·广东，26节选)CO2以____________方式进入叶绿体后，与____________结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供的__________________。

答案　(1)C　(2)3　(3)减少　(4)自由扩散　C5(五碳化合物)　[H](或NADPH)和ATP

题组二　呼吸作用原理及过程

4．(2010·课标全国，2)下列关于呼吸作用的叙述，正确的是(　　)

A．无氧呼吸的终产物是丙酮酸

B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水

C．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累

D．质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多

答案　D

解析　丙酮酸是呼吸作用的中间产物，无氧呼吸的终产物为酒精和二氧化碳或乳酸，A选项错误；有氧呼吸产生的[H]是在线粒体的内膜上与氧结合生成水的，B选项错误；无氧呼吸不需要O2的参与，该过程中并无[H]的积累，C选项错误；脂肪分子中O的含量远远少于糖原，而H的含量多于糖原，所以相同质量的脂肪和糖原，脂肪有氧氧化分解时所需要的O2多，放出的能量也多。

5．(地方卷精选)完成下列内容：

(1)(2012·江苏，23)下图表示细胞呼吸作用的过程，其中1～3代表有关生理过程发生的场所，甲、乙代表有关物质。下列相关叙述正确的是(多选)(　　)

A．1和3都具有双层生物膜

B．1和2所含酶的种类不同

C．2和3都能产生大量ATP

D．甲、乙分别代表丙酮酸、[H]

(2)(2014·天津，2)下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。下列叙述正确的是(　　)

A．过程①只在线粒体中进行，过程②只在叶绿体中进行

B．过程①产生的能量全部储存在ATP中

C．过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自H2O

D．过程①和②中均能产生[H]，二者还原的物质不同

答案　(1)BD　(2)D

解析　(1)分析有氧呼吸过程可知：在细胞质基质中完成有氧呼吸第一阶段，将葡萄糖分解为丙酮酸、[H]，并产生少量ATP，所以1为细胞质基质，甲为丙酮酸；在线粒体基质中完成有氧呼吸第二阶段，将丙酮酸和水分解为CO2、[H]，并产生少量ATP，所以2为线粒体基质，乙为[H]；在线粒体内膜上完成有氧呼吸第三阶段，[H]与O2反应生成H2O，同时产生大量ATP，所以3为线粒体内膜。1代表的细胞质基质无生物膜，A项错误；细胞质基质和线粒体基质中所含酶的种类不同，进行的化学反应也不同，B项正确；2线粒体基质中不能产生大量ATP，C项错误；据上述分析可知甲为丙酮酸，乙为[H]，D项正确。

(2)过程①②分别是有氧呼吸、光合作用。A项，在有线粒体的真核生物细胞中，过程①发生的场所是细胞质基质和线粒体，过程②只发生在叶绿体中，而在原核细胞中，过程①②都发生在细胞质基质中。B项，过程①通过有氧呼吸氧化分解有机物，释放的能量一部分以热能形式散失，一部分转移至ATP中。C项，过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自CO2，而不是来自H2O，H2O中的氧在光反应过程中通过水的光解产生O2。D项，过程①的第一、二阶段产生的[H]，用于第三阶段还原O2，生成H2O；过程②通过光反应产生的[H]，用于暗反应还原C3，因此二者还原的物质不同。

依纲联想

1．光合作用与细胞呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向归纳

2.光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系

3．改变条件后，C3、C5、[H]、ATP的含量及(CH2O)合成量变化

分析光照强度和二氧化碳浓度突然改变后，C3、C5、[H]、ATP的含量及(CH2O)合成量的动态变化时要将光反应和暗反应过程结合起来分析，从具体的反应过程提炼出模型：“来路→某物质→去路”，分析其来路和去路的变化来确定含量变化。如下面四幅模型图：

考向一　以文字表述的形式考查光合作用与细胞呼吸原理

1．关于光合作用和细胞呼吸的叙述，错误的是(　　)

A．光合作用过程中存在ADP与ATP的相互转化

B．人体在剧烈运动时所需的部分能量由乳酸分解提供

C．病毒核酸的复制需要宿主细胞的细胞呼吸提供能量

D．白天，若将黑藻遮光处理，则黑藻叶绿体中NADPH和NADP＋的比值下降

答案　B

解析　光合作用的光反应中有ATP的合成，暗反应中有ATP的水解，A正确；人体在剧烈运动时所需要的能量由葡萄糖分解提供，此时肌肉细胞会进行无氧呼吸产生乳酸，而乳酸不能再分解供能，乳酸从肌肉细胞排出后，转运到肝脏氧化成丙酮酸，然后再生成葡萄糖，B错误；病毒没有细胞结构，只能在宿主细胞中代谢和繁殖，因此病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量，C正确；白天，若将黑藻遮光处理，则光反应减弱，水光解减少，导致黑藻叶绿体中NADPH和NADP＋的比值下降，D正确。

思维延伸

(1)有氧呼吸过程中，O2和H2O的利用不在同一阶段(　√　)

(2)人体剧烈运动时，无氧呼吸增强、有氧呼吸减弱(　×　)

(3)等质量脂肪和糖类进行有氧呼吸产生CO2与吸收O2的比值前者高(　×　)

(4)光合作用的产物都能被线粒体直接利用(　×　)

(5)在产生抗体的细胞中可发生以葡萄糖为呼吸底物经无氧呼吸产生酒精(　×　)

(6)在置于黑暗条件下的叶绿体悬浮液中加入适量NaH14CO3溶液，再给予瞬时光照，则光照瞬间，C3含量迅速增加而C5含量迅速减少，并且瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3化合物早(　×　)

考向二　追踪元素去向考查相关生理过程

2．下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是(　　)

A．用15N标记某丙氨酸，附着在内质网上的核糖体将出现放射性，而游离的核糖体无放射性

B．给水稻提供14CO2，则14C的转移途径是：14CO2→14C3→(14CH2O)

C．给水稻提供14CO2，则其根细胞在缺氧环境有可能出现14C2H5OH

D．小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到HO，呼出的二氧化碳也可能含有18O

答案　A

解析　利用15N标记某丙氨酸，如果是分泌蛋白，附着在内质网上的核糖体将出现放射性，如果不是分泌蛋白，也可以在游离的核糖体上出现放射性，A错误；给水稻提供14CO2，则14C在光合作用的转移途径大致是：14CO2→14C3→(14CH2O)，B正确；给水稻提供14CO2,14C在水稻光合作用过程中的转移途径大致是：14CO2→14C3→14C6H12O6，根细胞在缺氧状态下进行无氧呼吸时，14C6H12O6会分解形成14C2H5OH，C正确；关于呼吸作用元素的去向分析：

所以18O2标记以后放射性元素首先出现在水中，但是水又可以作为反应物，如果水作为反应物，那么放射性元素又可以出现在二氧化碳中，D正确。

思维延伸

(1)下图表示植物细胞内光合作用、呼吸作用中[H]的转移过程，判断下列叙述：

H2O [H] (CH2O) [H] H2O

a．过程①伴随有ATP的产生(　√　)

b．过程②发生时的产物还有五碳化合物(　√　)

c．过程③需要消耗水(　√　)

d．过程④发生在线粒体的基质中(　×　)

e．在“丙酮酸→CO2”的过程中可产生[H]也可消耗[H](　×　)

(2)若给某密闭容器中的植物提供HO，一段时间后植物幼苗内出现了(CHO)，请用分子式、箭头、文字简要表示该过程(文字以表明生理活动)。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

提示

考向三　借助结构示意图考查光合作用和细胞呼吸过程

3．甲、乙分别表示真核细胞中的某种结构，a、b表示有关化学反应。下列说法错误的是(　　)

A．a产生的[H]不能参与b

B．能进行a的细胞一定能进行b

C．甲、乙都能产生ATP用于各项生命活动

D．甲的外侧和乙的内侧基质中都存在着少量DNA

答案　C

解析　a产生的[H]只能用于暗反应，不能参与b与氧结合生成水，A正确；能进行a的细胞会释放氧气，所以该细胞也一定能进行b过程，B正确；甲产生的ATP只能用于暗反应中三碳化合物的还原，乙产生的ATP能用于各项生命活动，C错误；甲存在于叶绿体中，乙为线粒体内膜，所以甲的外侧和乙的内侧基质中都存在着少量DNA，D正确。

4．下图表示绿色植物光合作用中的光反应，字母表示物质，其中物质B内含有活跃的化学能。有关分析错误的是(　　)

A．图中B为NADPH，C为ADP＋Pi

B．构成类囊体薄膜的基本支架为磷脂双分子层

C．光能被吸收并转化成B、ATP中的化学能

D．水在光下分解成A、H＋，其中A将全部释放到空气中

答案　D

解析　依图示信息，B为NADPH、C为ADP＋Pi；类囊体薄膜为生物膜，其基本支架为磷脂双分子层；光能被吸收并转化成化学能，储存在B(NADPH)和ATP中；水在光下分解成A(O2)、H＋和e－，O2将首先被线粒体利用，多余的才释放到空气中。

思维延伸

如图为上述第4题所示类囊体薄膜局部放大示意图及其发生的部分生理过程，请判断下列叙述：

(1)甲表示色素，在层析液中溶解度最高的是叶绿素a(　×　)

(2)图中膜的功能不同于其他生物膜的主要原因是膜上有色素和光合酶(　√　)

(3)图中ATP产生后不能运出所在细胞器(　√　)

(4)若要提取题图膜上的色素，需要使用的试剂是无水乙醇，常利用纸层析法将各种色素分离开来(　√　)

(5)如果适当增加光照强度，在图中生物膜上产生速率会增加的物质有[H]、ATP和O2(　√　)

(6)由图所示信息可推知运输H＋的载体蛋白还具有催化作用(　√　)

考向四　借助百变过程图解考查光合作用和细胞呼吸的过程原理分析

5．图示为植物细胞内发生的部分转化过程。下列有关分析错误的是(　　)

A．伴随有ATP形成的过程是b、c、d

B．人体细胞中也可发生的过程有b、d

C．发生在生物膜上的过程有a、c、d

D．在光照充足、条件适宜的情况下，a强于b，c强于d

答案　C

解析　根据分析，有ATP产生的是b有氧呼吸的第一、第二阶段、c光反应、d有氧呼吸的第三阶段，这几个阶段都可以产生ATP，A正确；人体内可以进行呼吸作用，b、d属于有氧呼吸，B正确；在生物膜上发生的生理过程是c光反应(场所是叶绿体的类囊体薄膜)和d有氧呼吸的第三阶段(线粒体内膜)，a光合作用暗反应的场所是叶绿体基质，C错误；在光照充足，条件适宜的情况下，光合作用强于呼吸作用所以a强于b，c强于d，D正确。

思维延伸

(1)如图是某植物叶肉细胞中光合作用与细胞呼吸过程中相关物质变化示意图，则请判断如下叙述：

a．①过程发生于线粒体中(　√　)

b．当该细胞中②过程强度大于①过程时，则该植株一定表现为正常生长(　×　)

c．①过程的[H]并非全部来自于线粒体基质，过程②中的[H]从类囊体薄膜移向叶绿体基质(　√　)

d．若温度下降可能引起过程①的反应速率下降；但若停止光照，则①过程发生，②过程不发生(　√　)

(2)如图表示绿色植物光合作用和细胞呼吸过程中化合物在体内的转移过程，判断如下叙述：

a．①→②过程，[H]在基粒产生到叶绿体基质被利用(　√　)

b．过程②→①需要氧气参与，可以发生在植物体的根、茎等细胞内(　√　)

c．①→②合成的(CH2O)大于②→①消耗的(CH2O)，植物表现生长现象(　√　)

d．②→①产生的[H]和①→②产生的[H]都来自水(　×　)

e．②→①产生的能量大部分以热能的形式释放(　√　)

(3)如图为某绿色植物细胞内部分代谢活动图解，其中①～⑤表示代谢过程，A～F表示代谢过程中产生的物质，则图中，物质A是________________，过程③为____________________。物质C在该过程中的作用是________________________________。A的移动方向从类囊体薄膜到________________，F代表的物质是__________。代表有氧呼吸中释放能量最多的过程是________(填序号)，黑暗时，能发生的生理过程有________(填序号)，图示①过程所产生的ATP能否为K＋、NO等离子的吸收供能，为什么？____________________________

________________________________________________________________________。

答案　ATP和[H]　有氧呼吸第三阶段　与[H]结合形成水，同时产生大量能量　叶绿体基质　丙酮酸　③　③④⑤　不能，因为光反应产生的ATP只能用于暗反应

(4)如图是某植物叶肉细胞中两种细胞器生理活动示意图，其中a～e代表相关物质，①～⑤代表相关生理过程。则图中①代表的生理过程称为____________________，a代表的物质有________________。图中⑤表示的生理过程是__________________________，写出③～⑤所示过程的总反应方程式_____________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　光合作用的光反应　[H]和ATP　有氧呼吸的第三阶段　C6H12O6＋6H2O＋6O2―→6CO2＋12H2O＋能量

(5)如图表示某绿色植物叶肉细胞中进行的两个相关的生理过程，其中a、b、c表示物质，甲和乙分别表示某种细胞器，则从图分析，如果物质a为________，它在细胞器甲的 ________________(场所)产生，物质c是一种含3个碳原子的化合物，它最可能是__________。H2O 在结构乙的产生部位是__________。

答案　O2　(叶绿体)基粒(或类囊体膜)　丙酮酸　(线粒体)内膜

(6)百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境，下图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图：

①如图所示，PEP、OAA、C5、C3、A、B为百合叶肉细胞内的部分相关代谢物质，能参与CO2固定的有________________，推测B是__________，CO2＋C5→C3的过程发生的场所是______________。

②干旱条件下，白天为百合光合作用提供CO2的主要生理过程是_______________________，其具体部位分别是________________________；百合细胞夜间pH下降，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　①PEP、C5　丙酮酸　叶绿体基质　②有氧呼吸(第二阶段)和苹果酸分解　线粒体基质和细胞质基质　夜间百合细胞合成苹果酸；夜间细胞呼吸产生CO2形成H2CO3

(7)如图表示某绿色植物细胞内部分代谢活动的相互关系，其中a、b、c代表不同的细胞器，①～⑤代表不同的物质，能进行光合作用的色素存在于图中的________，可用____________提取，其中溶解度最大的色素是____________，颜色为__________。若在某一时刻缺少③，用反应式表示这一时刻该生理过程：________________________________________。

答案　a　无水乙醇　胡萝卜素　橙黄色　C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量

考向五　某因素骤变相关物质或过程变化分析

6．(2016·天津，2)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(　　)

A．红光，ATP下降

B．红光，未被还原的C3上升

C．绿光，[H]下降

D．绿光，C5上升

答案　C

解析　叶绿体中的色素对红光的吸收率高，光反应快，对绿光的吸收率很低，光反应慢，A错误、C正确；光反应快，C3被还原的量多，剩余的少，B错误；绿光照射时，光反应速率降低，C5下降，故D错误。

7．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述正确的是(　　)

A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质，暗反应全过程都消耗ATP和[H]

B．Oa段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降

C．ab段三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽

D．b点后叶肉细胞内没有有机物的合成

答案　B

解析　叶肉细胞暗反应阶段利用14CO2，其场所是叶绿体基质，但是在CO2的固定过程中并不消耗ATP和[H]，所以A错误；图示中，Oa段叶肉细胞中三碳化合物浓度上升，说明消耗的五碳化合物增加，故五碳化合物浓度有所下降，B正确；ab段三碳化合物浓度不变的原因不是14CO2消耗殆尽，而是由于CO2被C5固定形成C3，以及C3的还原过程保持相对稳定，C错误；b点后短时间内，叶肉细胞内仍然有有机物的合成，D错误。

思维延伸

(1)b点后曲线上升的原因是什么？

提示　因为黑暗条件下，叶肉细胞内无[H]和ATP的供应，C3还原受阻，CO2的固定仍进行。

(2)T0～T1表示的是适宜条件下生长的小球藻叶绿体([H]、ADP、C3或C5)中某两种化合物的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。

①若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是______________。

②若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是________________。

答案　①C5、[H]　②ADP、C3

(3)高温干旱的环境里，绿色植物从空气中吸收的CO2会减少，主要原因是________，和适宜条件下相比，此时细胞中C3的含量__________，ADP/ATP的比值________。

答案　部分气孔关闭　变少　降低

(4)如图曲线Ⅰ表示在最适温度、CO2浓度环境中光合作用速率与光照强度的关系，图中m点比n点C3化合物的合成速率________(填“大”或“小”)，其原因是_____________________

________________________________________________________________________。

答案　小　m点光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C5合成较少，C3化合物的合成速率小

(5)某研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的CO2进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量，则B组14C标记的(CH2O)的量比A组低，原因是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

若在实验过程中突然停止14CO2供应，则此时两组实验中14C5的含量均会__________，(CH2O)/C3比值会__________。

答案　缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的[H]和ATP不足，C3的还原减弱，形成(CH2O)减少　升高　升高

(6)进行正常光合作用的叶片，如图在叶绿体中[H]的含量相对稳定，请绘出在a点时突然停止供给CO2后叶绿体中[H]含量的变化曲线。

提示

高考生物考前3个月专题复习 专题2 细胞的代谢 考点6 透过光合作用和细胞呼吸原理，掌握过程关系图解