高中生物必修 1：细胞呼吸与光合作用导图 + 易错点
先说结论
细胞呼吸和光合作用要抓三条线：一是场所（细胞质基质、线粒体、类囊体薄膜、叶绿体基质），二是物质变化（谁进谁出、O₂ 和 CO₂ 来自哪里），三是能量变化（释放多少、储存在哪）。把有氧呼吸三阶段、光反应与暗反应各做成一张对比表，再记住「光照或 CO₂ 突变时 C3、C5 怎么变」，大多数基础题就够用了。
适用范围
按高中生物学必修 1《分子与细胞》中公认的基础概念整理；不同版本教材的用词略有差异（如 [H] 与 NADH / NADPH），具体以你使用的教材和老师讲义为准。
导图文字版
以下是这张导图的文字大纲，可以按层级直接复制。
- 细胞呼吸与光合作用
- 细胞呼吸
- 概念：有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成 CO₂ 或其他产物，释放能量并生成 ATP
- 有氧呼吸
- 第一阶段：细胞质基质，葡萄糖 → 丙酮酸 + [H]，释放少量能量
- 第二阶段：线粒体基质，丙酮酸 + 水 → CO₂ + [H]，释放少量能量
- 第三阶段：线粒体内膜，[H] + O₂ → 水，释放大量能量
- 无氧呼吸
- 场所：全程在细胞质基质
- 第一阶段与有氧呼吸相同
- 第二阶段：丙酮酸 → 酒精 + CO₂，或 → 乳酸，不产生 ATP
- 影响因素：温度、O₂ 浓度、CO₂ 浓度、含水量
- 光合作用
- 色素：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
- 光反应（类囊体薄膜）：水光解产生 O₂ 和 [H]，合成 ATP
- 暗反应（叶绿体基质）：CO₂ 固定，C3 还原
- 影响因素：光照强度、CO₂ 浓度、温度
- 两者联系：光合产物和 O₂ 供呼吸利用，呼吸产生的 CO₂ 可供光合利用
- 细胞呼吸
有氧呼吸三阶段
总反应式：C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ → 6CO₂ + 12H₂O + 能量。
| 阶段 | 场所 | 物质变化 | 能量 |
|---|---|---|---|
| 第一阶段 | 细胞质基质 | 葡萄糖 → 丙酮酸 + [H] | 少量 |
| 第二阶段 | 线粒体基质 | 丙酮酸 + 水 → CO₂ + [H] | 少量 |
| 第三阶段 | 线粒体内膜 | [H] + O₂ → 水 | 大量 |
记忆线索：O₂ 直到第三阶段才参与；水在第二阶段被消耗、第三阶段生成；CO₂ 在第二阶段产生。
有氧呼吸与无氧呼吸对比
| 比较项 | 有氧呼吸 | 无氧呼吸 |
|---|---|---|
| 场所 | 细胞质基质和线粒体 | 全程在细胞质基质 |
| 是否需要 O₂ | 需要 | 不需要 |
| 产物 | CO₂ 和水 | 酒精和 CO₂（如酵母菌、多数植物细胞），或乳酸（如动物细胞、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根） |
| 释放能量 | 多 | 少，大部分能量仍留在酒精或乳酸中 |
共同点：第一阶段相同（葡萄糖 → 丙酮酸 + [H]），都是氧化分解有机物、释放能量并生成 ATP。
产物检测
| 检测对象 | 试剂 | 现象 |
|---|---|---|
| CO₂ | 澄清石灰水 | 变浑浊 |
| CO₂ | 溴麝香草酚蓝水溶液 | 由蓝变绿再变黄 |
| 酒精 | 酸性条件下的重铬酸钾溶液 | 由橙色变为灰绿色 |
光合作用：光反应与暗反应对比
总反应式：6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O（光照、叶绿体）。放出的 O₂ 来自水，鲁宾和卡门用 ¹⁸O 标记的实验证明了这一点。
| 比较项 | 光反应 | 暗反应（碳反应） |
|---|---|---|
| 场所 | 类囊体薄膜 | 叶绿体基质 |
| 需要的条件 | 光、色素、酶 | 酶，以及光反应提供的 ATP 和 [H]（NADPH） |
| 物质变化 | 水光解产生 O₂ 和 [H]；ADP + Pi 合成 ATP | CO₂ 与 C5 结合形成 C3（CO₂ 固定）；C3 在 ATP 和 [H] 作用下被还原为糖类并再生 C5 |
| 能量变化 | 光能 → ATP 中活跃的化学能 | ATP 中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 |
提示：暗反应本身不直接需要光，但依赖光反应的产物，所以长时间无光时暗反应也会停下来。
条件突变时 C3、C5 怎么变（短时间内）
| 条件变化 | C3 | C5 | ATP 和 [H] |
|---|---|---|---|
| 光照由强变弱（CO₂ 不变） | 增加 | 减少 | 减少 |
| 光照由弱变强（CO₂ 不变） | 减少 | 增加 | 增加 |
| CO₂ 供应减少（光照不变） | 减少 | 增加 | 增加 |
| CO₂ 供应增加（光照不变） | 增加 | 减少 | 减少 |
推理方法：先判断哪一步被卡住，再看这一步的「原料」和「产物」——光弱，C3 还原变慢，C3 消耗少、C5 再生少，所以 C3 积累、C5 减少。
易错点
- 有氧呼吸并不一定要线粒体：蓝细菌、好氧细菌等原核生物没有线粒体，也能进行有氧呼吸
- 人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，不产生 CO₂；所以人体细胞产生 CO₂ 的场所只有线粒体基质（剧烈运动时也一样）
- 光合作用中 O₂ 来自水，不来自 CO₂
- 光反应产生的 ATP 只用于暗反应，呼吸作用产生的 ATP 才用于各项生命活动
- 细胞呼吸时时刻刻在进行，光合作用只在有光时进行；净光合速率 = 总光合速率 − 呼吸速率，光补偿点处光合速率等于呼吸速率
- 色素提取分离实验中，滤纸条上从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b
常见问题
- 有氧呼吸中水是在哪一阶段参与、哪一阶段生成的？
- 水在第二阶段（线粒体基质）参与反应，在第三阶段（线粒体内膜）生成。
- 人体肌细胞剧烈运动时，CO₂ 从哪里来？
- 只来自有氧呼吸（线粒体基质）。人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，不产生 CO₂。
- 光合作用释放的 O₂ 来自水还是 CO₂？
- 来自水。光反应中水被光解，产生 O₂ 和 [H]；鲁宾和卡门用同位素标记的实验证明了这一点。
- 光照突然减弱，C3 和 C5 怎么变？
- 短时间内 C3 增加、C5 减少：光反应产生的 ATP 和 [H] 减少，C3 的还原变慢，C3 消耗减少、C5 再生减少。
依据与局限
依据：高中生物学必修 1《分子与细胞》的公认基础概念与常见考查角度。局限：不含具体真题与某一版本教材的原文表述，也不含选择性必修内容；总反应式与能量数值的细节以你的教材为准，本页没有给出每摩尔葡萄糖释放的具体能量数字。