大题01 细胞代谢类-【大题精做】冲刺2025年高考生物大题突破+限时集训（山东专用）

大题01 细胞代谢类 通过对近四年试题分析，发现山东高考题对细胞代谢的考查情境多样，以下两种居多: 一是以大学教材中细胞呼吸和光合作用的文字或图解为情境，对其生理过程进行深度考察。如2023年山东卷第21题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2023年山东卷第4题中无氧呼吸方式的转变，2022年山东卷第4题的磷酸戊糖途径，2022年山东卷第16题的电子传递链，2021年山东卷第21题特殊代谢类型光呼吸。这些题目的题干主要以文字形式呈现大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程，考察考生在考场上对这些深于教材的新知识的学习和理解能力。并考察考生能否将这些过程与光合作用细胞呼吸过程进行辨析以及找出它们之间的联系等。 二是以科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验数据表或坐标曲线为情境，对于光合作用和细胞呼吸有关的科学实验和探究实验的考察，考查学生对两过程基础知识的识记和对图表数据的分析推理。如2023年山东卷第17题，2023年山东卷第21题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2022年山东卷第21题的光抑制。这些题目或涉及探究实验步骤的设计或设计实验数据的分析，实现对考生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决问题的能力等多种能力的考查，并帮助考生建立起光合作用在生产生活实践中应用的社会责任。 该专题的试题在考察必备知识的基础上，也逐年提升对关键能力和学科素养的考察等级。核心素养的考查主要是建立对立统一、结构与功能的观点，树立细胞呼吸和光合作用在生产实践中应用的社会责任。能力考查主要是逻辑推理与论证、科学探究、图表分析等能力。 典例一：细胞呼吸与光合作用的过程 （2024·山东·高考真题）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 （μmol CO2·mol－1） 野生型 140 151 270 突变体 110 140 205 气孔导度（mol H2O·m－2·s－1） 野生型 125 95 41 突变体 140 112 78 （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、NADPH 突变体细胞分裂素合成更多，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成，且叶绿素降解少 (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 【分析】 光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】（1）光反应产生的ATP和NADPH可用于暗反应C3的还原。对比野生型和突变型不同条件下类囊体膜蛋白稳定性可知，不同条件下突变型类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型，可能是突变型细胞分裂素合成增加，使类囊体膜蛋白稳定性增强，而细胞分裂素可促进叶绿素的合成，叶绿素降解少，故与野生型相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢。 （2）据表可知，突变体气孔导度更大而胞间CO2浓度更小，而呼吸作用不受影响，说明相同光照强度下，突变体光合作用消耗CO2速率更大，因此突变体吸收利用光能的效率更高，在其他限制因素相同的情况下，突变体可以利用更多的光能，因此光饱和点更高。 （3）据图可知，与野生型相比，突变体蔗糖转化酶活性更高，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，故突变体内蔗糖减少，且叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，因此更多的蔗糖被分解成单糖或运输到籽粒中的蔗糖减少。 一、图解光合作用与细胞呼吸的过程 提醒：①有氧呼吸第二阶段不消耗O2，但必须在有O2存在条件下进行。 ②光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需酶的催化。 ③光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。 二、光合作用的产物及其运输（以马铃薯为例） 光合作用的有机产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。（必修1 P104“相关信息”） （1）淀粉在叶绿体中合成 当卡尔文循环形成丙糖磷酸时，经过各种酶的催化，最后合成淀粉。 （2）蔗糖在细胞质中合成 叶绿体中形成的丙糖磷酸，通过磷酸转运体运送到细胞质，在各种酶的作用下，丙糖磷酸最后形成蔗糖。 （2025·山东临沂·二模）植物光合产物的产生器官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被称作“库”。下图为棉花植株光合产物合成及运输过程示意图。 (1)暗反应进行的场所是 。研究表明，缺磷会抑制光反应过程，原因是 。 (2)据图分析，叶绿体中的淀粉在夜间被降解的意义是 。 (3)光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。 (4)为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的蔗糖和淀粉含量以及固定速率。结果如图2所示。 去除棉铃处理降低了 （填“库”或“源”）的大小，进而抑制棉花的光合作用，结合图1分析，机制是 。 【答案】(1)叶绿体基质 缺磷会影响磷脂分子的合成，进而影响类囊体薄膜的结构以及ATP合成 (2)淀粉在夜间被分解成麦芽糖和葡萄糖，进而转化成可以输出的蔗糖，有利于白天更好进行光合作用，即可以避免有机物积累对光合作用的抑制 (3)蔗糖是非还原性糖、化学性质稳定 (4)库 叶片中的蔗糖和淀粉因为输出减少而积累，导致丙糖磷酸积累，抑制暗反应过程，进而导致光合速率下降 【分析】光合作用分为光反应和暗反应。光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。经过光合作用，将无机物转变成糖类等有机物。 题图分析，图1中暗反应的产物丙糖磷酸有两条去路，在叶绿体中转化为淀粉，在细胞质基质中转化成蔗糖。这样可以减少丙糖磷酸在叶绿体中的积累，以调节渗透压；以及以非还原糖的形式将有机物运输至植物体其他部位。 【详解】（1）光合作用暗反应进行的场所是叶绿体基质，暗反应阶段包括二氧化碳的固定和C3的还原。研究表明，缺磷会抑制光反应过程，这是因为P是组成ATP和NADPH的元素，也是磷脂的组成元素，缺磷会影响磷脂分钟的合成，进而影响类囊体薄膜的结构异常，也会导致ATP和NADPH合成受阻，进而影响光反应的进行。 （2）结合图示可知，叶绿体中的淀粉在夜间被降解为麦芽糖和葡萄糖，而后转变成己糖磷酸，最后转变成蔗糖并以蔗糖的形式转运到生长旺盛的部位或以淀粉的形式储存在块茎或果实中，这一过程减少了叶绿体中淀粉的储存，进而有利于白天的光合作用进行，可以提高光合速率。 （3）结合图示可知，光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点表现在，蔗糖是非还原性糖，化学性质稳定，有利于长距离运输。 （4）为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，实际本实验的目的是探究，库的减少对源的影响，即实验的自变量为库的不同，因变量是光合速率的变化，因此，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的蔗糖和淀粉含量以及 CO2 固定速率。结果如图所示，根据图示结果可知，随着去除棉铃百分率的上升，叶片干重逐渐上升，二氧化碳固定速率逐渐下降，即棉铃的减少，使得叶片中淀粉和蔗糖储存增加，而淀粉和蔗糖在叶片中储存增加抑制了二氧化碳的固定速率，进而影响了光合作用，也就是说，去除棉铃处理降低了“库”的大小，进而抑制棉花的光合作用，其抑制光合作用的机制可描述为：叶片中蔗糖和淀粉因为输出受阻进而导致在叶片中积累，导致丙糖磷酸积累，影响了暗反应的进行，因而叶片固定二氧化碳速率下降，表现为光合速率下降。 典例二：影响光合作用和呼吸作用的因素 （2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。    (1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有 （答出2个因素即可）。 (2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。 (3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。 【答案】 (1)光、H蛋白 CO2浓度、温度 (2)不能 突变体PSⅡ系统光损伤小但不能修复，野生型光PSⅡ系统损伤大但能修复 (3) 少 突变体NPQ高，PSⅡ系统损伤小，虽然损伤不能修复，但是PSⅡ活性高，光反应产物多 【分析】光合作用过程： （1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成； （2）暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。 【详解】（1）据题意拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变量有光照、H蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。 （2）据图分析，强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。 （3）据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSII的损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型。 一、呼吸作用与光合作用的联系 呼吸速率的测定：黑暗条件下，单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 净光合速率的测定：植物在光照条件下，单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量。 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；光合作用有机物的制造量＝光合作用有机物的积累量＋呼吸作用有机物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用释放的CO2量。常见呈现形式如图所示： a．A点：光照强度为0，只有呼吸作用，细胞表现为对外释放CO2。 b．AB段(不包括B点)：光合速率<呼吸速率，细胞表现为对外释放CO2。 c．B点：对应的光照强度称为光补偿点，光合速率＝呼吸速率，细胞表现为既不对外释放CO2，也不从外界吸收CO2。 d．B点以后：光合速率>呼吸速率，细胞表现为从外界吸收CO2。 e．C点：对应的光照强度称为光饱和点，光合速率达到相应条件下的最大值。 f．光饱和点以前光合速率的限制因素主要为横坐标表示的因素；光饱和点以后光合速率的限制因素为除横坐标以外的因素。 二、光合作用的4个主要影响因素 ①温度：主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。 ②CO2浓度：主要影响暗反应。 ③水：缺水主要影响暗反应，因为缺水→气孔关闭→影响CO2的吸收→影响暗反应。 ④光照：主要影响光反应，通过影响ATP和NADPH的产生而影响暗反应。 三、光抑制与光保护 光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PS Ⅱ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如下图所示： 当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSII复合体(PSII)造成损伤，使PSII活性降低，进而导致光合作用强度减弱，因此光合生物具有复杂的调节和修复机制。 第一道防线是以热能的形式来淬灭过多的激发能，从而防止破坏。如果这道防线失败，就会形成有毒的光产物，这可以通过第二道防线的多个清除系统来消除；如果第二道防线仍然失败，光产物将会破坏光系统I的D1蛋白，导致光抑制，D1蛋白从PSII反应中心被切离并降解。新合成的D1蛋白被重新插入到PSI II反应中心，形成有功能的单位。 四、气孔的开闭与影响气孔开闭的因素 （1）气孔开闭运动的关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。当液泡内溶质增多，细胞渗透压上升，吸收邻近细胞的水分而膨胀，这时较薄的外壁易于伸长，细胞向外弯曲，气孔就张开。反之，气孔关闭。 （2）影响气孔开闭的因素 ①光：在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。 ②CO2：低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。 ③含水量：干旱或蒸腾过强失水多，导致气孔关闭。 ④植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。 ⑤温度：气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30～50 ℃时，气孔开度最大。 （2024·山东济南·模拟）下图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路：①PSⅡ光化学反应所利用的能量；②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散；③非调节性的能量耗散。研究发现，③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。 (1)杜鹃根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是 ；在类囊体薄膜上光能被转化为电能，后被转化为化学能储存在 中；生产者除了利用光能还可以利用化学能，如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成 ，进而氧化成 ，释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。 (2)据图可知，NADPH合成过程中所需电子的最初供体是 ，推动ATP合成所需能量的直接来源是 。 (3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制，研究人员将其长期遮阴培养后，置于全光照下继续培养一段时间。并进行相关检测，结果如下表所示： 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率(100%) 79.3 49.4 光合电子传递效率(μmol·m-2·s-1) 64.9 37.8 请结合表中数据，从光能分配角度分析，该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是 。 【答案】(1) 细胞质基质、线粒体 ATP、NADPH HNO2(亚硝酸) HNO3(硝酸) (2)H2O 膜两侧的H+浓度差 (3)全光照下，PSⅡ吸收的光能分配到③部分的占比过大，对PSⅡ结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低 【分析】据图可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解为氧气和H+,同时产生的电子经传递，可用于NADP+和H+结合形成NADPH。另一方面，在ATP酶的作用下，H+浓度梯度提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。 【详解】（1）根尖伸长区没有叶绿体，合成ATP的场所有细胞质基质和线粒体。据图可知，PSI与PSII属于光反应过程，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，光反应先将光能被转化为电能，再转化为活跃化学能储存在ATP、NADPH中，用于暗反应中的C3还原过程。硝化细菌为自养型生物，可以将氨氧化成亚硝酸，进而氧化成硝酸，并利用无机氧化所释放的能量制造有机物。 （2）由图分析可知，PSII中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解为氧气和H+，同时产生的电子经传递，可用于NADP+和H+结合形成NADPH，故NADPH合成过程中所需电子的最初供体是水。另一方面，在ATP酶的作用下，H+浓度梯度提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP，故ATP合成所需能量的直接来源是膜两侧的H+浓度差。 （3）由题干可知，非调节性的能量耗散的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。结合表中数据，全光照下，该品种杜鹃花PSII吸收的光能分配到非调节性的能量耗散的占比过大，对PSII结构造成破坏，导致PSⅡ光能转化效率和光合电子传递效率降低，使该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱。 典例三：特殊代谢类型 （2021·山东·高考真题）光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 S oBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 （1）光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是 。 （2）与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度 (填：“高”或“低”)，据表分析，原因是 。 （3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 【答案】 （1）基质 光照停止，光合作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时间内正常进行，导致二氧化碳释放量增加 （2）低 喷施 SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片光照下CO2吸收量增加，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 （3）100～300 【分析】题意分析，光呼吸会抑制暗反应，光呼吸会产生CO2。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液后由表格数据可知，光合作用的强度随着SoBS浓度的增加出现先增加后下降的现象。 【详解】（1）C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，光合作用吸收二氧化碳减少，但呼吸作用和光呼吸短时间内正常进行，导致二氧化碳释放量增加，随后光呼吸停止，使二氧化碳释放量降低。 （2）叶片光下吸收和黑暗中释放CO2量相等时所需的光照强度即为光补偿点，与对照相比，喷施100mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片光照下CO2吸收量增加，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。 （3）光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在 SoBS溶液浓度为200mg/L SoBS时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 一、光呼吸 （1）光呼吸简要过程（如图）：RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定，又可催化C5与O2的反应，其催化方向取决于CO2/O2的比值： ①比值增大，C5与CO2的固定反应增强，进行光合作用； ②比值减小，C5与O2反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 （2）光呼吸的场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 。 （3）意义：①产生CO2用于光合作用，减少碳损失； ②防止ATP和NADPH等积累过多； ③防止强光下产生过多自由基对叶绿体结构造成破坏。 （4）危害：①在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，部分C5以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累； ②光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 二、二氧化碳浓缩的途径 1.C4植物的CO2浓缩机制 C4植物（如玉米）的叶片结构和光合作用过程 （1）叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞。 （2）维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。 （3）C4植物的CO2补偿点低，光合午休小的原因： ①PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，气孔关闭时，仍然能够利用极低浓度的CO2。 ②玉米已先通过C4途径把CO2储存起来形成C4，气孔关闭时，C4分解产生CO2，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大。 2.景天科植物的CO2固定 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸（OAA），再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，作用机制如图所示（该机制也称CAM途径）。 （2023·河北保定·二模）绿色植物中RuBP羧化酶（Rubisco）具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应（如图1所示）。过氧物酶体为细胞质中单层膜结构，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2（乙醇酸）氧化为乙醛酸和过氧化氢。      (1)据图1分析，绿色植物在Rubisco催化下O2与 反应，形成的C2（乙醇酸）中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。据图可知，参与此过程的细胞器有 。 (2)科学家利用水稻自身基因构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而 （填“促进”或“抑制”）光呼吸。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。 (3)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途经如图2所示。与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化CO2和C3反应形成C4（苹果酸）。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3（丙酮酸），其中的CO2参与暗反应，C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco对CO2的亲和力 （填“更弱”或“更强”）。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物低很多是因为 ，从而使CO2在与O2竞争Rubisco中有优势，抑制光呼吸。 【答案】(1) C5 叶绿体、线粒体、过氧物酶体 (2)抑制 高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸 (3) 更强 C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。 【详解】（1）据图1可知，在Rubisco催化下氧气与C5反应形成C2，C2中的C原子最终进入线粒体放出二氧化碳，称之为光呼吸；结合题意及题图可知，参与光呼吸的细胞器的有叶绿体（产生氧气并生成有机物）、线粒体（呼吸过程）和过氧物酶体。 （2）分析题意，GOC支路使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而抑制光呼吸；细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸。 （3）分析题意，C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3（丙酮酸），其中的CO2参与暗反应（卡尔文循环），C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用；根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco酶对CO2的亲和力更强，能固定低浓度的CO2，C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高，在与O2竞争Rubisco中有优势，抑制光呼吸，所以C4植物光呼吸比C3植物小很多。 1．（2022·山东·高考真题）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。 (1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。 (2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 （答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是 。 (3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制 （填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明BR可能通过 发挥作用。 【答案】(1)蓝紫 (2) 五碳化合物供应不足 CO2供应不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强 (3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成 【分析】该实验探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，自变量是对幼苗不同的处理，因变量为光合作用强度，由曲线可知，BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成来减弱光抑制现象。 【详解】（1）苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。 （2）影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量，温度等；其内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强。 （3）据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用的。 2．（2023·湖南·高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 （答出三点即可）。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出三点即可）。 【答案】(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织（韧皮部） (2) 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 【分析】本题主要考查的光合作用过程中的暗反应阶段，也就是卡尔文循环，绿叶通过气孔从外界吸收的 CO2，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。一分子的 CO2 被固定后，很快形成两个 C3 分子。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。这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，暗反应阶段就形成从 C5 到 C3再到 C5 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。 【详解】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织（韧皮部）。 （2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。 （3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。 3．（2023·重庆·高考真题）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。 (1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。 光反应 暗反应 光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax 野生型 0．49 180．1 4．6 129．5 突变体 0．66 199．5 7．5 164．5 注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。 ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。 (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6．93 6．20 突变体 7．35 3．68 ①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。 【答案】(1) NADPH（[H]） C5（核酮糖—1，5-二磷酸，RuBP） 突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快 (2) 突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 蔗糖 高 【分析】1、光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用过程十分复杂，根据是否需要光能，将这些化学反应分为光反应和暗反应，现在也成为碳反应阶段。 2、光反应阶段：必须有光才能进行，反应部位在类囊体的薄膜上。在这个阶段，叶绿体中光合色素吸收的光能首先将水分解成氧和H+。其中氧以分子形式氧气释放，H+与NADP+结合，形成NADPH。NADPH是活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应。光合色素吸收的另一部分光能，在酶的作用下，使ADP与Pi反应形成ATP，用于暗反应。 3、暗反应阶段：需要多种酶参与，在有光、无光的条件下均可进行，反应部位在叶绿体基质中。这个阶段绿叶通过气孔从外界吸收CO2，在特定酶（CO2固定酶）的作用下与C5（一种五碳化合物）结合，这个过程叫作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3。在酶的作用下C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，一部分接受能量并被还原的C3经过一系列酶的作用转化为糖类，另一些接受能量被还原的C3又形成C5，参与CO2的固定。暗反应的实质是同化CO2，将活跃的化学能转化为稳定的化学能，储存在有机物中。 【详解】（1）①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段（CO2的固定），在这个反应中 CO2，在CO2固定酶的作用下与C5（一种五碳化合物）结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。 ②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快。由表可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变型水稻的光合速率高于野生型。 （2）①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况，光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成，结构的因素，比如叶绿体光合色素含量低等也会影响光合作用。根据题干可知在遮荫情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此推测这种结果的内因则是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。 ②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。 4．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是 过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。 【答案】(1)CO2的固定 (2) 细胞质基质 线粒体基质 (3) 光呼吸 呼吸作用 净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度 不能 总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，在图3中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率 (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 【分析】【关键能力】 （1）信息获取与加工 题干关键信息 所学知识 信息加工 反应过程的判断 光合作用暗反应包括二氧化碳固定和C3还原过程 反应①中五碳化合物与二氧化碳反应生成三碳化合物 有氧呼吸过程产生NADH的场所 有氧呼吸第一、二阶段产生NADH，分别发生在细胞质基质和线粒体基质 有氧呼吸以葡萄糖为底物，葡萄糖氧化分解产生NADH 判断植物光合作用中二氧化碳来源 植物叶片有气孔，叶片可通过气孔与外界交换气体；细胞呼吸也可产生二氧化碳 光呼吸可产生二氧化碳，细胞呼吸也产生二氧化碳，及从外界吸收 株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异的原因 净光合速率等于总光合速率减去呼吸速率 株系1和2是转基因植物，且改变的是光呼吸的相关基因； 计算出株系1的总光合速率 总光合作用速率=净光合作用速率+呼吸速率 光呼吸也提供二氧化碳，故总光合作用速率=净光合作用速率+呼吸速率+光呼吸速率。图3中提供了呼吸速率、净光合速率，但未提供光呼吸速率。 转基因株系1产量具优势的依据 植物的产量以净光合量来衡量 株系1净光合作用速率大 （2）逻辑推理与论证 【详解】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。 （2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。 （3）由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10时，随着光照强度的增加，与WT相比，株系1、株系2因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO2浓度增加，光合速率增加，光呼吸速率减弱，图3中有净光合速率，该参数已知。当CO2浓度为0时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，此时净光合速率是个负值，取正后相当于呼吸速率，图3曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其与纵轴将交于-10的点，因此呼吸速率也可以大致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2的变化完全未知，导致总光合速率无法计算。 （4）由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 5．（2024·安徽·高考真题）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。回答下列问题。 净光合速率（umol.m2.s-1） 叶绿素含量（mg·g-1） WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (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 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等 (2) 减法原理 加法原理 (3) 增大 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 与 WT 组相比OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用速率 【分析】【关键能力】 （1）信息获取与加工 题干关键信息 所学知识 信息加工 3-磷酸甘油酸在暗反应中的变化 C3在光反应产生ATP、NADPH及酶的作用下，被还原成C5及糖类等产物 3-磷酸甘油酸被还原，且该反应发生在叶绿体基质中，故为暗反中的C3的还原反应 自变量设遵循的方法 自变量设置方法包括加法原理和减法原理 KO组敲除了OsNAC，OE组OsNAC 过量表达 OsNAC过量表达对净光合速率影响及原因 净光合作用速率等于总光合速率与呼吸速率的差值。光合色素量影响光合作用速率，光合产物及时从叶片输出，可促进叶片光合作用 与其它组比，OsNAC过量表达组的光合色素含量大，蔗糖转运蛋白表达量大，旗叶中蔗糖含量低，单株产量高 （2）逻辑推理与论证： 【详解】（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5－二磷酸（C5）和淀粉等。 （2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO为OsNAC 敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE 为 OsNAC 过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。 （3）题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT 组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT 组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因有：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表达量较高，可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。 6．（2024·重庆·高考真题）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。    ①黄连的光饱和点约为 umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于 。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 （答2点）。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用是 。 【答案】(1) 500 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大） (2)①②③⑤ (3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 【分析】分析图1：光照强度小于500umol*m-2*s-1时，净光合速率随着光照强度的增强而增强，当光照强度大于500umol*m-2*s-1时，随着光照强度的增强而减弱；胞间二氧化碳浓度随着光照强度的增强先下降后缓慢上升；气孔导度随着光照强度的增强而缓慢上升。 分析图2：叶片对入射太阳辐射的主要去向为热消耗。 【详解】（1）①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度，由图1净光合速率的曲线可知当光照强大达到500umol*m-2*s-1时光合速率不再增加；光强大于1300umol*m-2*s-1后，由图1可知光合作用受到抑制，且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加。 ②由图1净光合速率曲线可知光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制；弱光时，可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率，所以黄连叶片适应弱光的特征有叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大）。 （2）为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图2可看出光能的主要去向为热消耗，所以黄连提升修复能力等防御机制，具体可包括⑤增强热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少对光的吸收；②提高光合产物生成速率，从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强：减少对光合结构的破坏。而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。 （3）为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应，合理密植等。 7．（2024·山东德州·一模）钩虫贪铜菌是一种细菌，能通过不同的代谢途径合成储能物质PHA。在有机物充足的环境中，该菌株可通过有氧呼吸进行异养代谢，该过程中产生的中间产物乙酰辅酶A可作为原料合成PHA; 在有机物缺乏的环境中，该菌株可通过氧化H₂获得能量进行化能自养，过程如图所示。 (1)图示膜结构应为 (填“线粒体内膜”“类囊体膜”或“细胞膜”)，物质X表示 。据图分析，钩虫贪铜菌在进行化能自养时，若膜上氢化酶活性被抑制，物质X的含量会 (填“升高”“降低”或“不变”),其原因是 。 (2)两种途径产生的乙酰辅酶A既可进一步彻底分解，又可合成PHA。从细胞能量供应和利用的角度分析，这两种去向的意义是 (3)PHA 能用于人工心脏瓣膜、血管等材料的制备，钩虫贪铜菌可应用于工业生产PHA。通过基因工程提高该菌的羧化酶活性，可以提高经济效益和生态效益，理由是 【答案】(1) 细胞膜 C5 降低 抑制膜上氢化酶活性会阻断电子传递链，导致无法形成H+浓度梯度，使ATP不能合成，进而使C3不能还原为C5 (2)乙酰辅酶A彻底分解生成ATP供能；合成PHA可储存能量，适应营养匮乏环境 (3)提高羧化酶活性，既可以提高PHA的产量，又能使该菌自养代谢增强，吸收CO2增多 【分析】光合作用的过程： ①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成； ②暗反应阶段（场所是叶绿体的基质）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】（1）钩虫贪铜菌是一种细菌，属于原核生物，没有线粒体和叶绿体，因此图中的膜结构为细胞膜。图中X和CO2可形成C3，因此可知X为C5。钩虫贪铜菌在进行化能自养时，抑制膜上氢化酶活性会阻断电子传递链，导致无法形成H+浓度梯度，使ATP不能合成，进而使C3不能还原为C5，导致物质X（C5）含量降低。 （2）乙酰辅酶A能彻底分解生成ATP供能，同时乙酰辅酶A可作为原料合成PHA，储存能量，适应营养匮乏环境。 （3）通过基因工程提高该菌的羧化酶活性，既可以提高PHA的产量，又能使该菌自养代谢增强，吸收CO2增多，有利于减少碳排放，缓解温室效应，提高经济效益和生态效益。 8．（2024·山东德州·二模）番茄受低温伤害后叶肉细胞叶绿体受损严重，淀粉大量积累。Y基因过表达株系比野生型明显耐低温。下图为番茄叶肉细胞内光合作用过程中有机物合成及转运示意图。 (1)番茄叶肉细胞通常呈现绿色，与叶绿体的 上分布着捕获光能的色素有关。影响番茄叶肉细胞中叶绿素含量的外界因素除了温度外，还有 （答出两项即可）。 (2)据图分析，低温影响R酶的活性进一步降低了光反应对光能的利用，其原因是 。低温下，叶绿体中丙糖磷酸增加，生成淀粉过多抑制光合作用，推测低温对磷酸转运体的抑制作用 （填“大于”或“小于”）对R酶的抑制。 (3)Y蛋白可进入细胞核作用于基因S、I、L的启动子。低温下Y基因过表达株系叶绿体内淀粉积累减少，细胞质基质中葡萄糖、蔗糖等可溶性糖的含量增加，因而具有更强的低温抗性。据此推测，Y基因过表达株系抗低温的机理是 。 【答案】(1) 类囊体薄膜 光照、Mg2+ (2) R酶活性降低，暗反应速率降低，为光反应提供ADP、NADP+、Pi减少 大于 (3)促进S基因转录使R酶增多从而促进丙糖磷酸的合成；抑制I基因转录减少淀粉合酶，从而减少淀粉合成对丙糖磷酸的消耗；促进L基因转录增加α淀粉酶的量促进葡萄糖的生成 【分析】1、植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和[H]，同时释放氧气，ATP和[H]用于暗反应阶段三碳化合物的还原； 2、分析题文信息可知，Y基因过表达株系比野生型明显耐低温，而敲除Y基因的株系的低温耐受能力低于野生型。低温会光反应减弱，而与野生型相比，低温处理后Y基因过表达株系的叶绿体中淀粉粒数量少，而敲除Y基因的株系淀粉粒数量多。 【详解】（1）番茄叶肉细胞通常呈现绿色，与叶绿体的类囊体薄膜上分布着捕获光能的色素有关；Mg2+是叶绿素的重要组成成分，而叶绿素的合成需要光照，因此影响番茄叶肉细胞中叶绿素含量的外界因素除了温度外，还有光照、Mg2+； （2）据图分析，低温影响酶的活性进一步降低了光反应对光能的利用，其原因是低温降低了R酶的活性，使暗反应速度降低，从而为光反应提供ADP、NADP+、Pi减少，降低了光反应对光能的利用；由题意可知，低温条件下叶肉细胞内淀粉大量积累，说明低温对磷酸转运体的抑制作用大于对R酶的抑制； （3）由题意可知，Y蛋白可进入细胞核作用于基因S、I、L的启动子。低温下Y基因过表达株系叶绿体内淀粉积累减少，细胞质基质中葡萄糖、蔗糖等可溶性糖的含量增加，因而具有更强的低温抗性。因此可推测Y基因过表达促进S基因转录使R酶增多从而促进丙糖磷酸的合成；抑制I基因转录减少淀粉合酶，从而减少淀粉合成对丙糖磷酸的消耗；促进L基因转录增加α淀粉酶的量促进葡萄糖的生成，从而使Y基因过表达株系能抗低温。 9．（2025·山东青岛·一模）银杏叶中的黄酮醇具有重要的药用价值。为探究红蓝光质比例对银杏幼苗光合特性及黄酮醇含量的影响，科研人员以银杏幼苗为实验材料，在适宜的光照强度下，设置红蓝光组合比例分别为1∶1（1R1B）、1∶3（1R3B）、1∶5（1R5B）和白光（W，对照）4种光质处理，处理20d后检测银杏净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及总黄酮醇含量，结果如图所示。 (1)由图可知，实验组的净光合速率都比对照组高，原因是 。实验组净光合速率的变化主要由非气孔因素导致，原因是 。 (2)不同比例红蓝光对银杏叶总黄酮醇含量的影响为 。黄酮醇是银杏叶细胞的次生代谢物，与传统的从银杏叶中提取黄酮醇相比， 技术可实现黄酮醇的工厂化生产，培养过程中需要定期更换培养液的目的 。（答出两点） (3)除光质外，光照和黑暗交替频率也可以影响银杏的光合产物积累量。研究人员采用光照、黑暗交替进行的方式处理生理状态相同的银杏幼苗，其中光照和黑暗的总时长相同。结果发现随着光暗交替次数的增加和交换频率的加快，银杏幼苗有机物的积累量逐渐增加，请从光合作用的过程角度分析，出现上述现象的原因 。 【答案】(1) 光合色素主要吸收红光和蓝紫光，实验组气孔导度和胞间CO2浓度高 净光合速率与气孔导度、胞间CO2浓度的变化趋势不完全相同 (2) 随蓝光比例的增加，总黄酮醇含量先增加后减少，并在1R3B 处理时最高 植物细胞培养 提供营养；排除代谢废物 (3)随着光暗交替频率的加快，光反应产生的NADPH和ATP能够被暗反应充分利用 【分析】1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。 2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强．当二氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。 3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强．当光照强度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。 【详解】（1）光合色素主要吸收红光和蓝紫光，由图可知，对照组为白光处理，实验组为不同比例组合的红光蓝光处理，因此实验组有利于提高光反应速率，且实验组气孔导度和胞间CO2浓度高，促进暗反应的进行，因此实验组的净光合速率都比对照组高。由图可知，与对照组 相比，实验组净光合速率与气孔导度、胞间CO2浓度的变化趋势不完全相同，实验组净光合速率的变化主要由非气孔因素导致。 （2）由图可知，随蓝光比例的增加，总黄酮醇含量先增加后减少，并在1R3B 处理时最高。与传统的从银杏叶中提取黄酮醇相比，植物组织培养技术可实现黄酮醇的工厂化生产，培养过程中需要定期更换培养液可以提供营养物质，并防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。 （3）随着光暗交替频率的加快，光反应产生的NADPH和ATP能够被暗反应充分利用，从而促进光合作用的进行。 10．（2025·山东济宁·一模）Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。 (1)光合作用暗反应过程中Rubisco催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是 。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为 。 (2)图中参与光呼吸过程的细胞结构有 。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是 。 (3)光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是 。 【答案】(1) NADPH和ATP 脱落酸（或脱落酸和乙烯） (2) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco 催化的C5与O2反应速率降低 (3)该支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco酶的优势，光呼吸减弱，光合作用增强 【分析】植物的光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，产物有氧气、ATP和NADPH；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和C3的还原。 【详解】（1）光反应过程光能转化成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，ATP和NADPH为暗反应提供能量。脱落酸能够诱导气孔关闭，减少水分的散失，帮助植物应对干旱等逆境条件。水稻会出现“光合午休”现象的产生主要就是与脱落酸有关。 （2）据图可知，参与光呼吸过程的细胞结构有叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。依题意，当氧气浓度高时Rubisco酶参与光呼吸，光照强度降低时光反应产生的O2减少，Rubisco 催化的C5与O2反应速率降低，光呼吸的速率也降低。 （3）依题意，CO2浓度高时，Rubisco酶参与暗反应。GOC支路提高了叶绿体中CO2的浓度，提高了CO2竞争Rubisco酶的优势，光呼吸减弱，光合作用增强。因此，光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量。 11．（2025·山东聊城·一模）光照强度是影响光合速率的重要环境因素。当光照过强时，植物吸收的光能会超过光合作用所能利用的量，致使电子积累过多而产生活性氧，活性氧会使光系统变性失活，最终引起光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。植物为适应不断变化的光照条件，形成了多种光保护机制，主要包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制（NPQ）和D1蛋白周转依赖的PSⅡ损伤修复机制。叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化。光系统PSⅡ是一种光合色素和蛋白质的复合体，D1蛋白是PSⅡ的核心蛋白，铁氰化钾是能接收电子的人工电子梭，可有效解除植物的光抑制现象。据图回答下列问题： (1)据图1分析，光系统PSⅡ分布在叶绿体的 上，电子的最终供体是 ，加入铁氰化钾后光抑制解除的机制是 (2)图2为夏季白天对番茄光合作用相关指标的测量结果（Pn表示净光合速率，Fv/Fm表示光合色素对光能的转化效率），则在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，12~14时，叶黄素种类发生了 （填“V→A→Z”或“Z→A→V”）的转化，该转化有利于防止光损伤。16时以后Fv/Fm的比值升高的原因是 。 (3)研究发现过剩的光能会损伤D1蛋白进而影响植物的光合作用。研究人员对番茄进行亚高温强光（HH）处理，实验结果如图3所示。据图分析，HH条件下，光合速率降低的原因不是气孔因素引起的，理由是 ，试推测其可能的原因是 。 【答案】(1) 类囊体膜 水（H2O） 强光下生成NADPH运输到细胞质基质，细胞膜上的 NADPH氧化酶使NADPH分解为NADP＋，同时把电子泵出细胞膜与铁氰化钾结合， 生成的NADP＋通过叶绿体膜运输到叶绿体内，去消耗过多的电子，从而有效解除光抑 制现象 (2) V→A→Z 16时以后，光照减弱，(A+Z)与(V十A十Z)的比值减小，光损伤减弱，损 伤的光系统得以部分修复，Fv/Fm升高 (3) 气孔导度（Gs）降低，但胞间二氧化碳浓度升高 由于RuBP羧化酶活性下降，使C3 的合成速率下降，导致光反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过剩，D1 蛋白受损，光反应减弱，光合速率降低 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。 【详解】（1）分析题意可知，光系统PSⅡ是光合作用中的重要色素蛋白复合体，主要分布在叶绿体的类囊体膜上；在光合作用中，水分子是电子的最终供体，通过光解水产生电子、质子和氧气；由题意可知，铁氰化钾是一种人工电子受体，强光下生成NADPH运输到细胞质基质，细胞膜上的 NADPH氧化酶使NADPH分解为NADP＋，同时把电子泵出细胞膜与铁氰化钾结合， 生成的NADP＋通过叶绿体膜运输到叶绿体内，去消耗过多的电子，从而有效解除光抑 制现象。 （2）由题意可知，叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化，即叶黄素循环是植物的一种光保护机制，叶黄素V和叶黄素Z可以相互转化，以耗散多余的光能。在强光条件下，叶黄素V转化为叶黄素A，再转化为叶黄素Z，以耗散多余能量，防止光损伤，即在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，12~14时，叶黄素种类发生了V→A→Z的转化；Fv/Fm比值表示光合色素对光能的转化效率，16时以后光照强度减弱，(A+Z)与(V十A十Z)的比值减小，光损伤减弱，损伤的光系统得以部分修复，Fv/Fm升高。 （3）结合图示可知，HH组的气孔导度降低，但胞间二氧化碳浓度较高，说明光合速率降低的原因不是气孔因素；在亚高温强光条件下，由于RuBP羧化酶活性下降，使C3 的合成速率下降，导致光反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过剩，D1 蛋白受损，光反应减弱，光合速率降低。 12．（2025·山东菏泽·一模）早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问题： (1)图1中，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有吸收、传递、转化光能的两个光系统：光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PSⅡ），其中PSII是叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和 组成的复合物，可将H2O分解，产生的H⁺通过ATP合酶顺浓度梯度进入叶绿体基质驱动ATP的合成，这表明ATP合酶具有 的功能。 (2)桃树叶片在不同实验条件下处理，并每隔1h取样置于25℃和正常光照条件下测得相关生理指标如图2。 ①仅低温胁迫 （填“会”或“不会”）破坏光系统。 ②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于 （填“PSI”、“PSII”或“PSI和PSII”）被破坏而导致的，判断依据是 。 ③低温弱光胁迫的0~3h内，桃树叶片的qN升高的原因是 ；推测3~6h内，qN降低的原因是 。 (3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为 。 【答案】(1) 光合色素 运输H⁺和催化ATP合成 (2) 不会 PSⅡ 随低温弱光胁迫时间的延长，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低 由于PSⅡ活性降低，利用光能能力降低，过剩光能增加，转化成的热能相应增加 由于PSⅡ受损严重，将过剩光能转化成热能的量减少 (3)蓝光能提高PSⅡ活性（或答“蓝光能提高PSⅡ以热能形式消耗光能”） 【分析】光系统涉及两个反应中心：光系统Ⅱ（PSⅡ）和光系统Ⅰ（PSⅠ）。PSⅡ光解水，PSI还原NADP+。光系统II的色素吸收光能以后，能产生高能电子，并将高能电子传送到电子传递体PQ，传递到PQ上的高能电子就好像接力赛跑中的接力棒一样，依次传递给细胞色素b6f和PC。光系统I吸收光能后，通过PC传递的电子与H+、NADP+在类囊体薄膜上结合形成NADPH。水光解产生H+，使类囊体腔内H+浓度升高，H+顺浓度梯度运输到类囊体腔外，而H+在类囊体薄膜上与NADP+结合形成NADPH使类囊体腔外中H+浓度降低，同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内，这样就保持了类囊体薄膜两侧的H+浓度差。ATP合成酶利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差，类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP。 【详解】（1）在叶绿体类囊体薄膜上存在光系统，PSII作为叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和光合色素组成的复合物，光合色素能够吸收、传递和转化光能。已知H⁺通过ATP合酶顺浓度梯度进入叶绿体基质驱动ATP的合成，说明ATP合酶既能作为离子通道让H⁺通过，又能催化ATP的合成，所以表明ATP合酶具有运输H⁺和催化ATP合成的功能。 （2）①分析图2可知，根据低温+黑暗的处理，与对照组相比，随低温胁迫时间的延长，PSⅠ和PSⅡ的活性几乎不变，说明仅低温胁迫不会破坏光系统。 ②分析图2中低温+弱光的处理，与对照组相比，随低温弱光胁迫时间的延长，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低，因此低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于PSⅡ被破坏而导致的。 ③分析图2的第三个柱状图可知，低温弱光胁迫的0～3h内，PSⅡ以热能形式消耗光能明显提高，因此推测桃树叶片会通过提高PSⅡ以热能形式消耗光能来降低过剩光能对光系统的伤害，但随时间延长，光系统受损严重导致光抑制加重。 （3）农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，结合上述研究可知，随低温弱光胁迫时间的延长，PSⅠ的活性几乎不变，PSⅡ的活性逐渐降低，且桃树叶片会通过提高PSⅡ以热能形式消耗光能来降低过剩光能对光系统的伤害，因此推测蓝光能提高PSⅡ活性，或者蓝光能提高PSⅡ以热能形式消耗光能。 13．（2025·山东枣庄·一模）土壤盐溶液浓度过大对植物造成的危害称为盐胁迫，植物表现为吸水困难、生理功能紊乱等。研究人员用高浓度NaCl溶液处理玉米苗研究盐胁迫对玉米光合特性的影响，结果如图所示；同时研究了盐胁迫环境下对玉米苗喷施脱落酸（ABA）对光合特性的影响，结果如表所示。 参数 无盐胁迫对照组 喷施脱落酸浓度（μmol·L-1） 0 1 2.5 5 10 光合速率（μmol·m-2·s-1） 11.11 5.62 5.96 10.58 12.77 6.17 气孔导度（mmol·m-2·s-1 1.50 0.23 0.43 0.99 1.19 0.35 胞间CO2浓度（μmol·mol-1） 248 221 252 249 246 242 (1)图中色素含量可以通过纸层析法进行研究，实验时层析液不能超过滤液细线的原因是 ，距离滤液细线最近的色素条带呈现 色，主要吸收 光。 (2)盐胁迫会导致玉米光合速率降低，但不同时期导致降低的原因有所不同，据图分析0-15天主要是因为 ；15—30天主要是因为 。 (3)据表分析，喷施ABA对盐胁迫条件下玉米光合速率的影响是 ，为进一步探究缓解盐胁迫的最适ABA浓度，可采用的实验思路是 。 【答案】(1) 滤液细线中的色素会溶解在层析液中 黄绿 蓝紫光和红光 (2) 胞间CO2浓度降低导致暗反应减慢 光合色素含量降低导致光反应减慢 (3) 随ABA浓度升高，玉米光合速率先升高后降低 选择2.5-10μmol·L-1的ABA，然后设置等浓度梯度实验 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段：光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收光能、传递光能，并将一部分光能用于水的光解生成[H]和氧气，另一部分光能用干合成ATP；暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的[H]和ATP被还原。影响光合作用的因素有光照强度、二氧化碳浓度和温度等。 【详解】（1）利用纸层析法分离色素时，层析液不能超过滤液细线，否则滤液细线中的色素会溶解在层析液中，导致滤纸条上没有色素带。色素在层析液中的溶解度越高，随滤纸条扩散的越远，反之，溶解度越低，扩散的越近，距离滤液细线最近的色素条带是叶绿素b，呈黄绿色，主要吸收红光和蓝紫光。 （2）结合右边图形可知，0-15天胞间CO2浓度降低导致暗反应减慢，进而导致玉米光合速率降低。15—30天胞间CO2浓度增加，玉米光合速率却降低，说明CO2浓度不是影响因素，而是光合色素含量降低导致光反应减慢，进而导致光合速率降低。 （3）由表格数据可知，在盐胁迫下，随着ABA浓度升高，玉米光合速率先升高后降低，期中在ABA浓度在12.7μmol·L-1时，光合速率最大， 因此欲进一步探究缓解盐胁迫的最适ABA浓度，可选择2.5-10μmol·L-1的ABA，然后设置等浓度梯度实验进一步实验。 14．（2024·山东淄博·一模）光照强度过大会对植物造成损害，类胡萝卜素参与叶黄素循环，可促进非光化学淬灭（NPQ）对过量光能的耗散。大狼耙草为北美洲入侵种，研究人员以株高一致的大狼耙草种苗及当地物种山莴苣种苗为材料，在不同光照强度下培养一段时间，测定最大净光合速率（Pmax）、呼吸速率（Rd）、色素含量等，结果如下表。 物种 光照强度 Pmax Rd 叶绿素含量 类胡萝卜素含量 大狼耙草 100% 22.96 3.00 0.16 0.038 40% 14.43 1.08 0.20 0.041 14% 9.80 0.92 0.27 0.045 山莴苣 100% 7.41 2.92 0.13 0.029 40% 13.32 1.26 0.21 0.039 14% 8.20 1.23 0.22 0.037 (1)光照对植物的作用有 ，遮光下因 （填物质）减少，C3的还原速率降低。植物激素 可促进叶绿素的合成。 (2)光照强度从14%增加到100%的过程中，山莴苣的光合速率变化是 。在光照强度为100%时，大狼耙草的光合速率明显高于山莴苣，原因是 。 (3)SOQ1蛋白和HHL1蛋白是NPQ的调控因子，为探究两者对NPQ的调控机制，以野生型植株（Col-0）、soqⅠ突变体、hhlⅠ突变体及hhlⅠ和soqⅠ双突变体为材料进行实验，并测定强光下相应蛋白质的表达量，结果如图。强光下，soqⅠ基因和hhlⅠ基因对NPQ的调控起 作用（填“协同”或“相抗衡”），在soqⅠ突变体中，hhlⅠ基因对NPQ调控的响应机制是 。 【答案】(1) 为光合作用提供能量；作为信号，影响、调控植物生长、发育的全过程 ATP和NADPH 细胞分裂素 (2) 先增加后减少 大狼耙草叶片中类胡萝卜素含量高于山莴苣，促进NPQ对过量光能的耗散 (3) 协同 hhl1基因可过表达HHL1蛋白，部分恢复对NPQ的抑制作用 【分析】光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。 【详解】（1）光照对植物的作用有：为光合作用提供能量；作为信号，影响、调控植物生长、发育的全过程，遮光下因光反应受影响，ATP和NADPH减少，C3的还原速率降低。植物激素减少，C3的还原速率降低。细胞分裂素可促进叶绿素的合成。 （2）由表格可以看出，随着光照强度从14%增加到100%的过程中，山莴苣的光合速率变化是先增加后减少，在光照强度为100%时，大狼耙草的光合速率明显高于山莴苣，原因是大狼耙草叶片中类胡萝卜素含量高于山莴苣，促进NPQ对过量光能的耗散。 （3）由图可以看出，强光下，双突变体的NPQ强度大于soqⅠ突变体和hhlⅠ突变体，三种突变体的NPQ强度均大于野生型，说明SOQ1蛋白和HHL1蛋白抑制NPQ，soqⅠ基因和hhlⅠ基因对NPQ的调控起协同作用，据图可知，在soqⅠ突变体中，HHL1蛋白含量大于野生型，推测hhlⅠ基因对NPQ调控的响应机制是hl1基因可过表达HHL1蛋白，部分恢复对NPQ的抑制作用。 15．（2024·山东·一模）小型黄瓜（也叫“水果黄瓜”）是经济效益颇高的温室栽培蔬菜品种，为科学施肥提质增产，某大棚生产基地研究了黄瓜开花结果期镁胁迫对生长和光合特性的影响机制：利用不同浓度的硫酸镁，分别设置适镁A1（2.5mol/L）、多镁A2（5mol/L）、缺镁A3（0mol/L）三组实验，营养液中其它元素按照黄瓜生长需求配置。幼苗期每2d浇营养液0.25L/株，开花结果期每2d浇营养液0.5L/株，每隔10d浇1次清水洗盐，其他条件相同。在开花结果期进行相关数据检测，结果如下表所示（羧化效率指植物叶片在单位时间单位面积固定的最大CO2摩尔数；光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光照强度；光饱和点指光合速率达到最大时的最低光照强度）。 处理 叶绿素a mg·g-1 叶绿素b mg·g-1 类胡萝卜素mg·g-1 羧化效率 umol·m-2·s-1 光饱和点 umol·m-2·s-1 光补偿点 umol·m-2·s-1 A1 2.159 0.539 0.421 0.0734 910.0 53.08 A2 2.259 0.548 0.363 0.0748 952.5 50.51 A3 1.746 0.406 0.353 0.0678 827.5 58.55 (1)叶绿素a、b分布在叶绿体的 上。为比较黄瓜幼苗叶片色素含量的差异，需用无水乙醇提取黄瓜幼苗叶片色素，提取的原理是 ，研磨时加碳酸钙的目的是 ，最后再测定其含量。 (2)A3处理下的光饱和点低于A1的原因是 ，结合实验结果归纳Mg2+的功能是 （答出2点）。 (3)CO2是光合作用的重要原料，从光能利用和适应的角度分析，CO2浓度升高时植物光补偿点和光饱和点发生的变化及所具有的生物学意义是 。 (4)利用以下实验材料：足量生理状态基本相同的正常黄瓜幼苗、含适宜浓度Mg2+的培养液、细胞呼吸抑制剂、蒸馏水等，进一步探究黄瓜吸收Mg2+是主动运输还是被动运输。简要写出实验思路： 。 【答案】(1) 类囊体薄膜 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中 防止研磨中叶绿素被破坏 (2) 缺镁导致叶绿素含量降低，吸收和利用的光能减少；另外缺镁导致羧化效率降低，导致暗反应需要的能量减少 合成叶绿素的原料；调节酶的活性 (3)CO2浓度升高，植物光补偿点降低，光饱和点提高，使植物叶片对光能的利用范围增大，提高了对光照强度变化的适应能力 (4)将生理状态基本相同的正常黄瓜幼苗随机均分为两组，分别置于等量含适宜浓度Mg2+的培养液中培养，其中一组给予正常的细胞呼吸条件，另一组添加适量细胞呼吸抑制剂（或不通入氧气等），一段时间后测定两组植株对Mg2+的吸收速率（或两组培养液中Mg2+的浓度等） 【分析】光合作用的光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体膜上，产生氧气、ATP和NADPH；光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体的基质中，CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】（1）类胡萝卜素和叶绿素a、b都分布在叶绿体的类囊体薄膜上。由于叶片中的色素易溶于有机溶剂无水乙醇等，故可用无水乙醇提取黄瓜幼苗叶片色素。绿叶细胞被破坏后液泡中的有机酸释放出来，如果不进行处理将会破坏叶绿素，故加入碳酸钙能防止研磨中叶绿素被破坏。 （2）A3条件是缺镁的条件，通过表格数据分析可知缺镁导致叶绿素含量降低且羧化效率降低，这可导致吸收和利用的光能减少，而羧化效率降低会导致暗反应消耗的能量减少，因此植物的光饱和点要低于正常组。缺镁导致叶绿素含量降低，由此可知Mg2+是合成叶绿素的原料，缺镁导致羧化效率降低，可推测镁离子可影响酶活性，具有调节酶的活性的功能。 （3）光补偿点反映植物在弱光条件下的光合能力，光饱和点反映植物对强光的利用能力，CO2浓度升高，植物光补偿点降低，光饱和点提高，使植物叶片对光能的利用范围增大，提高了对光照强度变化的适应能力。 （4）主动运输需要能量，而被动运输不需要能量，故为探究黄瓜吸收Mg2+是主动运输还是被动运输，可将生理状态基本相同的正常黄瓜幼苗随机均分为两组，分别置于等量含适宜浓度Mg2+的培养液中培养，其中一组给予正常的细胞呼吸条件，另一组添加适量细胞呼吸抑制剂（或不通入氧气等），一段时间后测定两组植株对Mg2+的吸收速率（或两组培养液中Mg2+的浓度等）。 1 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $$ 大题01 细胞代谢类 通过对近四年试题分析，发现山东高考题对细胞代谢的考查情境多样，以下两种居多: 一是以大学教材中细胞呼吸和光合作用的文字或图解为情境，对其生理过程进行深度考察。如2023年山东卷第21题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2023年山东卷第4题中无氧呼吸方式的转变，2022年山东卷第4题的磷酸戊糖途径，2022年山东卷第16题的电子传递链，2021年山东卷第21题特殊代谢类型光呼吸。这些题目的题干主要以文字形式呈现大学教材中光合作用和细胞呼吸的生理过程，考察考生在考场上对这些深于教材的新知识的学习和理解能力。并考察考生能否将这些过程与光合作用细胞呼吸过程进行辨析以及找出它们之间的联系等。 二是以科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验数据表或坐标曲线为情境，对于光合作用和细胞呼吸有关的科学实验和探究实验的考察，考查学生对两过程基础知识的识记和对图表数据的分析推理。如2023年山东卷第17题，2023年山东卷第21题的PSⅠ、PSⅡ光复合体，2022年山东卷第21题的光抑制。这些题目或涉及探究实验步骤的设计或设计实验数据的分析，实现对考生的理解能力、逻辑推理能力、实验探究能力、解决问题的能力等多种能力的考查，并帮助考生建立起光合作用在生产生活实践中应用的社会责任。 该专题的试题在考察必备知识的基础上，也逐年提升对关键能力和学科素养的考察等级。核心素养的考查主要是建立对立统一、结构与功能的观点，树立细胞呼吸和光合作用在生产实践中应用的社会责任。能力考查主要是逻辑推理与论证、科学探究、图表分析等能力。 典例一：细胞呼吸与光合作用的过程 （2024·山东·高考真题）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 （μmol CO2·mol－1） 野生型 140 151 270 突变体 110 140 205 气孔导度（mol H2O·m－2·s－1） 野生型 125 95 41 突变体 140 112 78 （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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 一、图解光合作用与细胞呼吸的过程 提醒：①有氧呼吸第二阶段不消耗O2，但必须在有O2存在条件下进行。 ②光合作用中色素吸收光能不需要酶的参与，后续过程均需酶的催化。 ③光反应停止，暗反应不会立刻停止，因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持一段时间的暗反应。 二、光合作用的产物及其运输（以马铃薯为例） 光合作用的有机产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。（必修1 P104“相关信息”） （1）淀粉在叶绿体中合成 当卡尔文循环形成丙糖磷酸时，经过各种酶的催化，最后合成淀粉。 （2）蔗糖在细胞质中合成 叶绿体中形成的丙糖磷酸，通过磷酸转运体运送到细胞质，在各种酶的作用下，丙糖磷酸最后形成蔗糖。 （2025·山东临沂·二模）植物光合产物的产生器官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被称作“库”。下图为棉花植株光合产物合成及运输过程示意图。 (1)暗反应进行的场所是 。研究表明，缺磷会抑制光反应过程，原因是 。 (2)据图分析，叶绿体中的淀粉在夜间被降解的意义是 。 (3)光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。 (4)为研究棉花去棉铃后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的蔗糖和淀粉含量以及固定速率。结果如图2所示。 去除棉铃处理降低了 （填“库”或“源”）的大小，进而抑制棉花的光合作用，结合图1分析，机制是 。 典例二：影响光合作用和呼吸作用的因素 （2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。    (1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有 （答出2个因素即可）。 (2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是 。 (3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。 一、呼吸作用与光合作用的联系 呼吸速率的测定：黑暗条件下，单位时间实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 净光合速率的测定：植物在光照条件下，单位时间内CO2吸收量、O2释放量或有机物积累量。 总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；光合作用有机物的制造量＝光合作用有机物的积累量＋呼吸作用有机物的消耗量；光合作用固定的CO2量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用释放的CO2量。常见呈现形式如图所示： a．A点：光照强度为0，只有呼吸作用，细胞表现为对外释放CO2。 b．AB段(不包括B点)：光合速率<呼吸速率，细胞表现为对外释放CO2。 c．B点：对应的光照强度称为光补偿点，光合速率＝呼吸速率，细胞表现为既不对外释放CO2，也不从外界吸收CO2。 d．B点以后：光合速率>呼吸速率，细胞表现为从外界吸收CO2。 e．C点：对应的光照强度称为光饱和点，光合速率达到相应条件下的最大值。 f．光饱和点以前光合速率的限制因素主要为横坐标表示的因素；光饱和点以后光合速率的限制因素为除横坐标以外的因素。 二、光合作用的4个主要影响因素 ①温度：主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。 ②CO2浓度：主要影响暗反应。 ③水：缺水主要影响暗反应，因为缺水→气孔关闭→影响CO2的吸收→影响暗反应。 ④光照：主要影响光反应，通过影响ATP和NADPH的产生而影响暗反应。 三、光抑制与光保护 光能超过光合系统所能利用的量时，光合生物会启动自我保护机制，光合功能下降，这就是光抑制现象。光抑制现象主要发生在PS Ⅱ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如下图所示： 当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSII复合体(PSII)造成损伤，使PSII活性降低，进而导致光合作用强度减弱，因此光合生物具有复杂的调节和修复机制。 第一道防线是以热能的形式来淬灭过多的激发能，从而防止破坏。如果这道防线失败，就会形成有毒的光产物，这可以通过第二道防线的多个清除系统来消除；如果第二道防线仍然失败，光产物将会破坏光系统I的D1蛋白，导致光抑制，D1蛋白从PSII反应中心被切离并降解。新合成的D1蛋白被重新插入到PSI II反应中心，形成有功能的单位。 四、气孔的开闭与影响气孔开闭的因素 （1）气孔开闭运动的关键在于保卫细胞吸水膨胀变化。当液泡内溶质增多，细胞渗透压上升，吸收邻近细胞的水分而膨胀，这时较薄的外壁易于伸长，细胞向外弯曲，气孔就张开。反之，气孔关闭。 （2）影响气孔开闭的因素 ①光：在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失。 ②CO2：低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭。 ③含水量：干旱或蒸腾过强失水多，导致气孔关闭。 ④植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭。 ⑤温度：气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30～50 ℃时，气孔开度最大。 （2024·山东济南·模拟）下图为杜鹃花叶肉细胞叶绿体部分结构及相关反应示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是叶绿体进行光吸收的功能单位。PSⅡ吸收光能的分配有三个去路：①PSⅡ光化学反应所利用的能量；②PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散；③非调节性的能量耗散。研究发现，③部分的分配占比过大将对PSⅡ的结构产生破坏。 (1)杜鹃根尖伸长区细胞中能合成ATP的场所是 ；在类囊体薄膜上光能被转化为电能，后被转化为化学能储存在 中；生产者除了利用光能还可以利用化学能，如硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成 ，进而氧化成 ，释放出的化学能可以被硝化细菌用来将CO2、H2O合成糖类。 (2)据图可知，NADPH合成过程中所需电子的最初供体是 ，推动ATP合成所需能量的直接来源是 。 (3)为探索某种杜鹃花叶片对光环境变化的适应及响应机制，研究人员将其长期遮阴培养后，置于全光照下继续培养一段时间。并进行相关检测，结果如下表所示： 条件 遮阴 全光照 PSⅡ光能转化效率(100%) 79.3 49.4 光合电子传递效率(μmol·m-2·s-1) 64.9 37.8 请结合表中数据，从光能分配角度分析，该品种杜鹃花对全光照的适应能力较弱的原因是 。 典例三：特殊代谢类型 （2021·山东·高考真题）光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 S oBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 （1）光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是 。 （2）与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度 (填：“高”或“低”)，据表分析，原因是 。 （3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 一、光呼吸 （1）光呼吸简要过程（如图）：RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定，又可催化C5与O2的反应，其催化方向取决于CO2/O2的比值： ①比值增大，C5与CO2的固定反应增强，进行光合作用； ②比值减小，C5与O2反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 （2）光呼吸的场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 。 （3）意义：①产生CO2用于光合作用，减少碳损失； ②防止ATP和NADPH等积累过多； ③防止强光下产生过多自由基对叶绿体结构造成破坏。 （4）危害：①在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，部分C5以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累； ②光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 二、二氧化碳浓缩的途径 1.C4植物的CO2浓缩机制 C4植物（如玉米）的叶片结构和光合作用过程 （1）叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞。 （2）维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。 （3）C4植物的CO2补偿点低，光合午休小的原因： ①PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，气孔关闭时，仍然能够利用极低浓度的CO2。 ②玉米已先通过C4途径把CO2储存起来形成C4，气孔关闭时，C4分解产生CO2，用于光合作用，所以气孔关闭对玉米影响不大。 2.景天科植物的CO2固定 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸（OAA），再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，作用机制如图所示（该机制也称CAM途径）。 （2023·河北保定·二模）绿色植物中RuBP羧化酶（Rubisco）具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应（如图1所示）。过氧物酶体为细胞质中单层膜结构，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2（乙醇酸）氧化为乙醛酸和过氧化氢。      (1)据图1分析，绿色植物在Rubisco催化下O2与 反应，形成的C2（乙醇酸）中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。据图可知，参与此过程的细胞器有 。 (2)科学家利用水稻自身基因构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而 （填“促进”或“抑制”）光呼吸。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是 。 (3)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途经如图2所示。与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化CO2和C3反应形成C4（苹果酸）。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3（丙酮酸），其中的CO2参与暗反应，C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisco对CO2的亲和力 （填“更弱”或“更强”）。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物低很多是因为 ，从而使CO2在与O2竞争Rubisco中有优势，抑制光呼吸。 1．（2022·山东·高考真题）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。 (1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。 (2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 （答出2种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是 。 (3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制 （填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明BR可能通过 发挥作用。 2．（2023·湖南·高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 （填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 （答出三点即可）。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 （答出三点即可）。 3．（2023·重庆·高考真题）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。 (1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。 光反应 暗反应 光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax 野生型 0．49 180．1 4．6 129．5 突变体 0．66 199．5 7．5 164．5 注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和 。 ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。 (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6．93 6．20 突变体 7．35 3．68 ①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野生型 （填“高”、“低”或“相等”）。 4．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是 过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是 和 。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3中的数据 （填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是 。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。 5．（2024·安徽·高考真题）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。回答下列问题。 净光合速率（umol.m2.s-1） 叶绿素含量（mg·g-1） WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (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 。 6．（2024·重庆·高考真题）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。    ①黄连的光饱和点约为 umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于 。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 （答2点）。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶绿素含量，⑤增强热耗散。 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用是 。 7．（2024·山东德州·一模）钩虫贪铜菌是一种细菌，能通过不同的代谢途径合成储能物质PHA。在有机物充足的环境中，该菌株可通过有氧呼吸进行异养代谢，该过程中产生的中间产物乙酰辅酶A可作为原料合成PHA; 在有机物缺乏的环境中，该菌株可通过氧化H₂获得能量进行化能自养，过程如图所示。 (1)图示膜结构应为 (填“线粒体内膜”“类囊体膜”或“细胞膜”)，物质X表示 。据图分析，钩虫贪铜菌在进行化能自养时，若膜上氢化酶活性被抑制，物质X的含量会 (填“升高”“降低”或“不变”),其原因是 。 (2)两种途径产生的乙酰辅酶A既可进一步彻底分解，又可合成PHA。从细胞能量供应和利用的角度分析，这两种去向的意义是 (3)PHA 能用于人工心脏瓣膜、血管等材料的制备，钩虫贪铜菌可应用于工业生产PHA。通过基因工程提高该菌的羧化酶活性，可以提高经济效益和生态效益，理由是 8．（2024·山东德州·二模）番茄受低温伤害后叶肉细胞叶绿体受损严重，淀粉大量积累。Y基因过表达株系比野生型明显耐低温。下图为番茄叶肉细胞内光合作用过程中有机物合成及转运示意图。 (1)番茄叶肉细胞通常呈现绿色，与叶绿体的 上分布着捕获光能的色素有关。影响番茄叶肉细胞中叶绿素含量的外界因素除了温度外，还有 （答出两项即可）。 (2)据图分析，低温影响R酶的活性进一步降低了光反应对光能的利用，其原因是 。低温下，叶绿体中丙糖磷酸增加，生成淀粉过多抑制光合作用，推测低温对磷酸转运体的抑制作用 （填“大于”或“小于”）对R酶的抑制。 (3)Y蛋白可进入细胞核作用于基因S、I、L的启动子。低温下Y基因过表达株系叶绿体内淀粉积累减少，细胞质基质中葡萄糖、蔗糖等可溶性糖的含量增加，因而具有更强的低温抗性。据此推测，Y基因过表达株系抗低温的机理是 。 9．（2025·山东青岛·一模）银杏叶中的黄酮醇具有重要的药用价值。为探究红蓝光质比例对银杏幼苗光合特性及黄酮醇含量的影响，科研人员以银杏幼苗为实验材料，在适宜的光照强度下，设置红蓝光组合比例分别为1∶1（1R1B）、1∶3（1R3B）、1∶5（1R5B）和白光（W，对照）4种光质处理，处理20d后检测银杏净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及总黄酮醇含量，结果如图所示。 (1)由图可知，实验组的净光合速率都比对照组高，原因是 。实验组净光合速率的变化主要由非气孔因素导致，原因是 。 (2)不同比例红蓝光对银杏叶总黄酮醇含量的影响为 。黄酮醇是银杏叶细胞的次生代谢物，与传统的从银杏叶中提取黄酮醇相比， 技术可实现黄酮醇的工厂化生产，培养过程中需要定期更换培养液的目的 。（答出两点） (3)除光质外，光照和黑暗交替频率也可以影响银杏的光合产物积累量。研究人员采用光照、黑暗交替进行的方式处理生理状态相同的银杏幼苗，其中光照和黑暗的总时长相同。结果发现随着光暗交替次数的增加和交换频率的加快，银杏幼苗有机物的积累量逐渐增加，请从光合作用的过程角度分析，出现上述现象的原因 。 10．（2025·山东济宁·一模）Rubisco酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶参与暗反应，催化C5与CO2反应，最终得到光合产物；O2浓度较高时，该酶参与光呼吸，催化C5与O2反应形成乙醇酸，最终产生CO2。图示实线部分为高光、高温条件下，水稻叶肉细胞的部分代谢过程，图示虚线为利用基因工程技术构建的光呼吸GOC支路。回答下列问题。 (1)光合作用暗反应过程中Rubisco催化反应的产物被还原，为其提供能量的物质是 。晴朗的夏季中午，水稻会出现“光合午休”现象，该现象的产生主要与一种植物激素含量的变化相关，该激素为 。 (2)图中参与光呼吸过程的细胞结构有 。研究发现，光照强度降低时，光呼吸的速率也会降低，推测其原因是 。 (3)光呼吸GOC支路的构建可显著提高水稻产量，其原理是 。 11．（2025·山东聊城·一模）光照强度是影响光合速率的重要环境因素。当光照过强时，植物吸收的光能会超过光合作用所能利用的量，致使电子积累过多而产生活性氧，活性氧会使光系统变性失活，最终引起光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。植物为适应不断变化的光照条件，形成了多种光保护机制，主要包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制（NPQ）和D1蛋白周转依赖的PSⅡ损伤修复机制。叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化。光系统PSⅡ是一种光合色素和蛋白质的复合体，D1蛋白是PSⅡ的核心蛋白，铁氰化钾是能接收电子的人工电子梭，可有效解除植物的光抑制现象。据图回答下列问题： (1)据图1分析，光系统PSⅡ分布在叶绿体的 上，电子的最终供体是 ，加入铁氰化钾后光抑制解除的机制是 (2)图2为夏季白天对番茄光合作用相关指标的测量结果（Pn表示净光合速率，Fv/Fm表示光合色素对光能的转化效率），则在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，12~14时，叶黄素种类发生了 （填“V→A→Z”或“Z→A→V”）的转化，该转化有利于防止光损伤。16时以后Fv/Fm的比值升高的原因是 。 (3)研究发现过剩的光能会损伤D1蛋白进而影响植物的光合作用。研究人员对番茄进行亚高温强光（HH）处理，实验结果如图3所示。据图分析，HH条件下，光合速率降低的原因不是气孔因素引起的，理由是 ，试推测其可能的原因是 。 12．（2025·山东菏泽·一模）早春出现的“倒春寒”易导致植物发生光抑制现象，即植物对光能的吸收量超过利用量，过剩的光能抑制了光合作用。科研人员用低温弱光模拟这种环境胁迫来研究桃树光抑制发生的机制。回答下列问题： (1)图1中，高等植物叶肉细胞的叶绿体内含有吸收、传递、转化光能的两个光系统：光系统I（PSI）和光系统Ⅱ（PSⅡ），其中PSII是叶绿体类囊体薄膜上由蛋白质和 组成的复合物，可将H2O分解，产生的H⁺通过ATP合酶顺浓度梯度进入叶绿体基质驱动ATP的合成，这表明ATP合酶具有 的功能。 (2)桃树叶片在不同实验条件下处理，并每隔1h取样置于25℃和正常光照条件下测得相关生理指标如图2。 ①仅低温胁迫 （填“会”或“不会”）破坏光系统。 ②低温前提下，弱光导致的光抑制现象可能是由于 （填“PSI”、“PSII”或“PSI和PSII”）被破坏而导致的，判断依据是 。 ③低温弱光胁迫的0~3h内，桃树叶片的qN升高的原因是 ；推测3~6h内，qN降低的原因是 。 (3)农业上常通过补充蓝光来改善“倒春寒”引起的光抑制现象，请结合上述研究，推测相关机理为 。 13．（2025·山东枣庄·一模）土壤盐溶液浓度过大对植物造成的危害称为盐胁迫，植物表现为吸水困难、生理功能紊乱等。研究人员用高浓度NaCl溶液处理玉米苗研究盐胁迫对玉米光合特性的影响，结果如图所示；同时研究了盐胁迫环境下对玉米苗喷施脱落酸（ABA）对光合特性的影响，结果如表所示。 参数 无盐胁迫对照组 喷施脱落酸浓度（μmol·L-1） 0 1 2.5 5 10 光合速率（μmol·m-2·s-1） 11.11 5.62 5.96 10.58 12.77 6.17 气孔导度（mmol·m-2·s-1 1.50 0.23 0.43 0.99 1.19 0.35 胞间CO2浓度（μmol·mol-1） 248 221 252 249 246 242 (1)图中色素含量可以通过纸层析法进行研究，实验时层析液不能超过滤液细线的原因是 ，距离滤液细线最近的色素条带呈现 色，主要吸收 光。 (2)盐胁迫会导致玉米光合速率降低，但不同时期导致降低的原因有所不同，据图分析0-15天主要是因为 ；15—30天主要是因为 。 (3)据表分析，喷施ABA对盐胁迫条件下玉米光合速率的影响是 ，为进一步探究缓解盐胁迫的最适ABA浓度，可采用的实验思路是 。 14．（2024·山东淄博·一模）光照强度过大会对植物造成损害，类胡萝卜素参与叶黄素循环，可促进非光化学淬灭（NPQ）对过量光能的耗散。大狼耙草为北美洲入侵种，研究人员以株高一致的大狼耙草种苗及当地物种山莴苣种苗为材料，在不同光照强度下培养一段时间，测定最大净光合速率（Pmax）、呼吸速率（Rd）、色素含量等，结果如下表。 物种 光照强度 Pmax Rd 叶绿素含量 类胡萝卜素含量 大狼耙草 100% 22.96 3.00 0.16 0.038 40% 14.43 1.08 0.20 0.041 14% 9.80 0.92 0.27 0.045 山莴苣 100% 7.41 2.92 0.13 0.029 40% 13.32 1.26 0.21 0.039 14% 8.20 1.23 0.22 0.037 (1)光照对植物的作用有 ，遮光下因 （填物质）减少，C3的还原速率降低。植物激素 可促进叶绿素的合成。 (2)光照强度从14%增加到100%的过程中，山莴苣的光合速率变化是 。在光照强度为100%时，大狼耙草的光合速率明显高于山莴苣，原因是 。 (3)SOQ1蛋白和HHL1蛋白是NPQ的调控因子，为探究两者对NPQ的调控机制，以野生型植株（Col-0）、soqⅠ突变体、hhlⅠ突变体及hhlⅠ和soqⅠ双突变体为材料进行实验，并测定强光下相应蛋白质的表达量，结果如图。强光下，soqⅠ基因和hhlⅠ基因对NPQ的调控起 作用（填“协同”或“相抗衡”），在soqⅠ突变体中，hhlⅠ基因对NPQ调控的响应机制是 。 15．（2024·山东·一模）小型黄瓜（也叫“水果黄瓜”）是经济效益颇高的温室栽培蔬菜品种，为科学施肥提质增产，某大棚生产基地研究了黄瓜开花结果期镁胁迫对生长和光合特性的影响机制：利用不同浓度的硫酸镁，分别设置适镁A1（2.5mol/L）、多镁A2（5mol/L）、缺镁A3（0mol/L）三组实验，营养液中其它元素按照黄瓜生长需求配置。幼苗期每2d浇营养液0.25L/株，开花结果期每2d浇营养液0.5L/株，每隔10d浇1次清水洗盐，其他条件相同。在开花结果期进行相关数据检测，结果如下表所示（羧化效率指植物叶片在单位时间单位面积固定的最大CO2摩尔数；光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光照强度；光饱和点指光合速率达到最大时的最低光照强度）。 处理 叶绿素a mg·g-1 叶绿素b mg·g-1 类胡萝卜素mg·g-1 羧化效率 umol·m-2·s-1 光饱和点 umol·m-2·s-1 光补偿点 umol·m-2·s-1 A1 2.159 0.539 0.421 0.0734 910.0 53.08 A2 2.259 0.548 0.363 0.0748 952.5 50.51 A3 1.746 0.406 0.353 0.0678 827.5 58.55 (1)叶绿素a、b分布在叶绿体的 上。为比较黄瓜幼苗叶片色素含量的差异，需用无水乙醇提取黄瓜幼苗叶片色素，提取的原理是 ，研磨时加碳酸钙的目的是 ，最后再测定其含量。 (2)A3处理下的光饱和点低于A1的原因是 ，结合实验结果归纳Mg2+的功能是 （答出2点）。 (3)CO2是光合作用的重要原料，从光能利用和适应的角度分析，CO2浓度升高时植物光补偿点和光饱和点发生的变化及所具有的生物学意义是 。 (4)利用以下实验材料：足量生理状态基本相同的正常黄瓜幼苗、含适宜浓度Mg2+的培养液、细胞呼吸抑制剂、蒸馏水等，进一步探究黄瓜吸收Mg2+是主动运输还是被动运输。简要写出实验思路： 。 1 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $$