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多角度复习光合作用与细胞呼吸细胞代谢是高中生物课中的重点内容，为历年生物高考中必考的重点，其中光合作用与细胞呼吸的部分更是考查的重中之重，故有人称之为细胞代谢的“绝代双骄”。且二者的生理过程还有着千丝万缕的联系，现从以下几个方面对两者之间的关系进行探讨分析，以期同学们对此有更深的认识与理解。——2016高考生物二轮专题复习讲与练河南省周口市第一高级中学zkwanghai@163.com一、从［H］的角度来拓展在光合作用的光反应阶段，水光解时产生的H与NADP+（氧化型辅酶Ⅱ）在相应酶的作用下生成NADPH（还原型辅酶Ⅱ），即光合作用中的［H］。在呼吸作用的第一阶段（有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同）及有氧呼吸的第二阶段，NAD+（氧化型辅酶Ⅰ）与H在相应酶的作用下生成NADH（还原型辅酶Ⅰ），即呼吸作用中的［H］。•当然，尽管［H］类型不同，其作用对象也不同，但它们都属于强还原性物质，从这个角度又可将它们统称为［H］。在中学阶段，当试题中给出［H］时，它既可表示光合作用中产生的［H］，也可表示呼吸作用中产生的［H］。•在光合作用中，［H］在暗反应阶段为还原剂还原C3，而在有氧呼吸的第三阶段，前两个阶段产生的［H］与O2结合生成水，在无氧呼吸过程中，［H］用于还原丙酮酸生成乳酸或酒精和二氧化碳。关于［H］的来源、去路如图所示。［典例1］•如图表示生物细胞内［H］的转移过程，下列分析正确的是（）A.①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ADP的产生B.②过程一定发生在叶绿体基质中，且必须在光下才能进行C.真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与D.无氧条件下④过程产生的［H］会在细胞中积累C解题思路•如图所示，①过程表示光反应，可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ATP的产生，A错误；②过程通常表示光合作用的暗反应，故光不是必须条件，并且也可发生在没有叶绿体的原核细胞中，此外，还有一些细菌通过化能合成作用可将二氧化碳和水合成（CH2O），此过程也不需要光，也没有叶绿体参与，B错误；真核细胞的③过程表示有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与，C正确；④过程表示呼吸作用第一阶段，无氧呼吸产生的［H］还原丙酮酸生成乳酸或酒精和二氧化碳，不会造成细胞内［H］的积累，D错误。二、从能量变化的角度再审视•光合作用与呼吸作用都能产生ATP，但二者也存在着一定的区别。•在光合作用的光反应阶段，光能转化为活跃的化学能储存在ATP中，此阶段产生的ATP只用于暗反应过程，并将活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在糖类等有机物中。•在有氧呼吸过程中，以葡萄糖为例，葡萄糖完全分解释放的能量较多，一部分以热量形式释放，另有一少部分能量则转移到ATP中，故此过程产生的能量不等同于ATP中储存的能量，且只有呼吸作用产生的ATP才能作为直接能源用于各项生命活动。对一个正在生长的植物来说，光合作用过程产生的ATP应多于呼吸作用过程产生的ATP。因为一方面正在生长的植物有机物有积累，即光合作用产生的有机物要多于呼吸作用消耗的有机物；另一方面，光合作用过程中有机物中的能量都来自ATP中能量的转化，而呼吸作用过程中的有机物分解释放的能量一大部分以热能形式散失。关于ATP的来源、去路如图所示。［典例2］试验田中某棉花在适宜的光照和温度下生长，叶肉细胞中能产生［H］的场所有。根尖细胞中能产生［H］的物质有。叶肉细胞中能产生ATP的场所有。根尖细胞中产生ATP最多的场所是。线粒体内膜细胞质基质、线粒体、叶绿体葡萄糖、丙酮酸、水叶绿体（类囊体薄膜）、线粒体、细胞质基质解题思路在适宜的光照和温度下叶肉细胞可以进行光合作用，且能进行呼吸作用，因此叶肉细胞中能产生［H］的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。而根尖细胞只进行呼吸作用，在有氧呼吸过程中，第一阶段产生的［H］来源于葡萄糖，第二阶段产生的［H］来源于丙酮酸和水。叶肉细胞中光合作用与呼吸作用都能产生ATP，呼吸作用中在第三阶段产生的能量最多，其场所是线粒体内膜。三、从水与二氧化碳的转化角度看反应•1.水：光合作用既消耗水（光反应），同时也产生水。有氧呼吸也是既消耗水（第二阶段），同时也产生水（第三阶段）。总体来说，光合作用消耗的水多于产生的，而有氧呼吸产生的水多于消耗的。•在光合作用过程中，水光解产生O2和［H］。在有氧呼吸过程中，水和丙酮酸参与第二阶段产生CO2和大量的［H］。•对于呼吸作用来说，产物中有水的一定是有氧呼吸，产物中无水的则为无氧呼吸。•2.二氧化碳•（1）呼吸作用中的二氧化碳变化情况分析•对于呼吸作用来说，有二氧化碳产生的可能是有氧呼吸也可能是无氧呼吸。若无二氧化碳释放时（在无氧条件下），只进行乳酸发酵或细胞已死亡。•当产物中酒精的物质的量（单位用mol表示）等于二氧化碳的物质的量时，只进行酒精发酵的无氧呼吸，当产物中酒精的物质的量小于二氧化碳的物质的量时，既有进行酒精发酵的无氧呼吸也有有氧呼吸，多余的二氧化碳来自有氧呼吸。（2）光合作用中的二氧化碳变化情况分析①在光照条件下，叶肉细胞若无二氧化碳的吸收与释放时，真光合速率等于呼吸速率。②在二氧化碳处于未饱和之前的某一浓度时，适当增加二氧化碳浓度，会提高真光合速率，而当温度不变时呼吸速率不会变化，与原来相比，较小的光照强度就能达到原来的真光合速率，因此光补偿点（即净光合速率为0时的光照强度）下降。在达到光饱和点时，限制真光合速率的主要外界条件是二氧化碳浓度相对较低，此时如果适当增加二氧化碳浓度，随着光照强度的增加真光合速率还会增加，光的饱和点也会上升。③植物光合作用优先利用叶肉细胞自身线粒体有氧呼吸产生的二氧化碳，当自身产生的二氧化碳不足时才从外界吸收。［典例3］•选取长势相同的若干同种植株随机均分为甲、乙、丙三组进行实验，甲、乙两组培养在CO2浓度为0.05％的环境中，丙组培养在CO2浓度为0.01％的环境中，其他条件适宜。在一个无云的晴天，甲、丙两组做了轻微遮光处理，乙组不遮光，测定得到的三组植株光合速率的日变化曲线如图所示。请据图回答：（1）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示组植株光合速率的日变化。（2）一天内，Ⅱ曲线所示植株体内有机物总量在点对应时刻最少，原因是。（3）在h点对应时刻，Ⅰ、Ⅱ曲线产生氧气量较多的是组植物，原因是。（4）Ⅰ曲线在f~g段逐渐下降的原因是，此时细胞叶绿体内［H］的含量，C3的含量。乙、甲、丙c此刻净光合速率相对值为零，还没有进行有机物的积累乙乙组植株由于叶温较高，呼吸速率大于甲组植株光照过强，气孔关闭，CO2供应不足增多减少（1）甲、乙、丙三组的外部条件分别是：轻微遮光、CO2浓度为0.05％，正常光照、CO2浓度为0.05%，轻微遮光、CO2浓度为0.01％，因此可以判断Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线分别表示乙、甲、丙组植株光合速率的日变化。（2）一天内，Ⅱ曲线所示植株在c点对应时刻净光合速率相对值为0，还没有进行有机物的积累，所以体内有机物总量最少。（3）在h点对应时刻，Ⅰ、Ⅱ曲线产生氧气量较多的是乙组植物，原因是乙组植物所处环境是正常光照，而甲组植物所处环境是轻微遮光环境，故乙组植株由于叶温较高，呼吸速率大于甲组植株。解题思路•（4）Ⅰ曲线在f～g段逐渐下降的原因是光照过强，气孔关闭，CO2供应不足，限制了光合作用暗反应。此时细胞叶绿体内，CO2固定速率减弱，CO2还原仍在继续，因此C3的含量会减少；由于C3的含量减少，导致CO2还原速率下降，对［H］的消耗速率下降，而［H］还在继续形成，故［H］的含量会增多。•（5）在a~b段，Ⅱ曲线所示植物进行光合作用的主要限制因素是。此时若提高环境中CO2浓度，则光合速率将。•（6）Ⅲ曲线d点后趋于稳定，原因是。光照强度基本不变光照达到饱和，CO2浓度较低，限制光合速率的提高•（6）丙组植株（轻微遮光、CO2浓度为0.01％）与甲组植株（轻微遮光、CO2浓度为0.05％）相比，丙组植株所处外界环境中的CO2浓度较低，因此较早达到光饱和，此时限制光合速率的主要外界因素是CO2浓度。解题思路四、从温度对光合作用与呼吸作用过程的影响来思考如图所示，在一定温度范围内（A点之前），适当升高温度，与光合作用有关的酶活性增加较快，而与呼吸作用有关的酶活性增加较慢，故有利于光合作用的进行。当温度较高时（A点之后到呼吸作用酶的最适温度之前），与呼吸作用的有关的酶活性增加较明显，而与光合作用有关的酶活性反而会下降。一般地说，同种植物光合作用的最适温度要低于呼吸作用的最适温度。此外，图中两条曲线的交点处净光合速率为0。•适当增加昼夜温差，提高植物白天的光合速率，降低晚上的呼吸速率，则一天内有机物积累量增加，有利于植物的生长。但并非昼夜温差越大越好，因为植物各种生命活动所需能量全部来自呼吸作用。［典例4］如图甲为光合作用最适温度条件下，植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对量的变化。下列说法不正确的是（）A.图甲装置在较强光照下有色液滴向右移动，再放到黑暗环境中有色液滴向左移动B.若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1％的NaOH溶液，其他条件不变，则植物幼苗叶绿体产生NADPH的速率将不变C.一定光照条件下，如果再适当升高温度，真光合速率会发生图乙中从b到a的变化，同时呼吸速率会发生从a到b的变化D.若图乙表示甲图植物光合速率由a到b的变化，则可能是适当提高了CO2缓冲液的浓度B下列说法不正确的是（）图甲装置在较强光照下，植物光合作用强度大于呼吸作用强度，植物所需二氧化碳由CO2缓冲液提供，而产生的氧气会使装置中气体体积增大，因此有色液滴向右移动，如果再放到黑暗环境中，植物呼吸消耗氧气而产生的二氧化碳又被CO2缓冲液吸收，因此有色液滴向左移动，A正确。若将图甲中的CO2缓冲液换成质量分数为1％的NaOH溶液，虽然光照条件不变，但由于无二氧化碳提供，也即暗反应不能为光反应提供ADP与NADP等物质，从而影响光反应的进行，产生NADPH的速率将下降，B错误。在光合作用最适温度时再升高温度，与光合作用有关的酶活性会下降，真光合速率下降，而一般情况下与呼吸作用有关的酶的最适温度较高，此时酶活性会随温度升高而升高，因此呼吸速率会升高，C正确。光合速率由a到b变化，说明光合速率升高了，影响光合速率的因素有光照强度、二氧化碳浓度、温度等，适当提高二氧化碳浓度会增大光合速率，D正确。解题思路五、从光合速率与呼吸速率之间的关系角度分析呼吸速率是指单位面积的叶片在单位时间内的CO2释放量或O2吸收量。一般情况下，绿色植物在黑暗条件下或非绿色组织所测得的变化量即为呼吸速率。净光合速率通常是指单位时间、单位叶面积的CO2的吸收量或O2释放量，也可用单位时间，单位叶面积上的干物质积累量来表示。由于植物在光合作用的同时一定有呼吸作用，因此通过实验直接测出的是净光合速率。而植物真光合速率则指的是植物实际进行光合作用的速率，即真光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和。•一般地，试题中出现有机物的“制造量”“产生量”“同化量”“合成量”时，常表示真光合速率。如果试题中出现气体的“吸收量”“释放量”或有机物的“积累量”时常表示净光合速率。•对于纵坐标表示光合速率的曲线图来说，当光照强度为0时，如果曲线与纵坐标的交点为负值则表示纵坐标代表净光合速率，此时的负值则表示呼吸速率。［典例5］•菰是水稻的一种，其茎基部膨大可作蔬菜食用，称茭白。科学家对菰的光合作用特性进行研究，将菰的倒数第三片功能叶片在不同温度和光照强度下进行离体培养，利用红外CO2分析仪分析CO2浓度的变化，所得结果如下图所示：（1）分析图1，在温度为时，菰叶片的光合速率和呼吸速率相同。（2）分析图1，用CO2消耗量来表示，35℃时菰叶片的真光合速率约为μmol·m-2·s-1。图1菰叶片在不同温度条件下净光合速率和呼吸速率的变化3℃、50℃24.5•（1）图1的左边纵坐标表示净光合速率，菰叶片的光合速率和呼吸速率相同时净光合速率为0，此时对应的温度为3℃和50℃。（2）从曲线图可知，35℃时的净光合速率为20μmol·m-2·s-1，呼吸速