专题03 细胞呼吸和光合作用（3大串讲+4大题型）（复习讲义）（北京专用）2026年高考生物二轮复习讲练测

该高中生物学讲义聚焦细胞呼吸和光合作用核心考点，按“知识网络构建-高考风向解读-核心串讲-分层突破-真题实战”逻辑架构，整合过程机理、影响因素、特殊代谢（光呼吸/C4植物）及“双碳”等热点情境，通过考点对比梳理、易错点警示、真题定向训练，帮助学生构建物质与能量观，突破重难点，体现复习系统性与针对性。 创新采用分层精准突破（A组保分基础练/B组增分能力练）与新风向情境（水果储存/Rubisco改造）结合，通过“光呼吸代谢路径图解分析”“C4植物结构与功能适配”等探究活动，培养科学思维与探究实践能力，高效提升学生图表分析与综合应用能力，为教师提供考情预判与分层教学资源，保障复习效果。

专题03 细胞呼吸和光合作用 ( 目录 第一部分 知识网络构建 思维导航，融会贯通 第二部分 高考风向解读 洞察考向，感知前沿 第三部分 核心知识串讲 核心串讲 串讲 1 细胞呼吸的过程及影响因素 串讲 2 光合作用的过程及影响因素 能力进阶 能力1 呼吸电子传递和氧化磷酸化 能力2 光系统与电子传递链 能力3 特殊代谢类型 热点情境 突破光合作用的“低效”瓶颈 第四部分 分层精准突破 固本培优，精准提分 A组·保分基础练 题型01 细胞呼吸的过程及影响因素 题型02 光合作用过程中物质与能量的变化 题型03 影响光合作用的因素 B组· 增分能力练 第五部分 真题 实战进阶 对标高考，感悟考法 ) 考情解读 核心要点 高考考情 高考新风向 细胞呼吸 （2025北京卷）有氧呼吸过程、呼吸作用在生活中的应用 （2023北京卷）有氧呼吸的过程、无氧呼吸的过程 1. 关注科学前沿和热点情境。 2. 细胞呼吸关注种子与果蔬的储存技术，作物的抗逆性研究（涝害与种子萌发）。 3. 光合作用关注碳达峰与碳中和（“双碳”战略），C3 与 C4 植物的适应性进化。 光合作用 （2025北京卷）叶绿体的结构与功能、影响光合作用的因素 （2024北京卷）绿叶中色素的提取与分离，影响光合作用的因素 （2023北京卷）光反应、暗反应中的物质变化和能量变化，总光合与净光合 新风向演练 1．【新载体·水果储存】（2025·北京西城·二模）研究人员选取大小、成熟度一致且无损伤的冬枣若干，放在不同温度条件下储藏，检测乙醇含量，结果如图。下列推断错误的是（    ） A．受损伤冬枣易滋生微生物而腐烂 B．储藏的冬枣细胞呼吸不产生CO2 C．乙醇是冬枣细胞无氧呼吸的产物 D．低温利于延长冬枣贮藏保鲜期 2．【新情境·呼吸性碱中毒】（25-26高三上·北京海淀·阶段练习）呼吸障碍时，机体内CO2不能及时排出，会引发呼吸性酸中毒；因哮喘或精神性过度通气等导致CO2排出过多，会引发呼吸性碱中毒。下列说法正确的是（　　） A．呼吸性酸中毒患者体内产生CO2的场所是线粒体基质和细胞质基质 B．缺氧使无氧呼吸产生CO2增多，可引起呼吸性酸中毒 C．CO2是细胞呼吸产生的代谢废物，同时是参与体液调节的体液因子 D．情绪波动较大时，适当加快呼吸可以降低呼吸性碱中毒的发病风险 3．【新情境·减肥药】（25-26高三上·北京大兴·开学考试）下图为人体细胞呼吸的部分过程。DNP（2，4-二硝基苯酚）是20世纪30年代曾广泛使用的减肥药，它是一种脂溶性小分子，可在膜中自由移动，作为H⁺转运体破坏膜两侧H⁺浓度差。下列说法不正确的是（    ） A．图示生理过程为有氧呼吸第三阶段 B．图中NADH来自线粒体基质 C．DNP有严重副作用，可能伴有高热、高乳酸血症等 D．ATP合成动力为跨线粒体内膜的H⁺浓度梯度 4．【新考法·景天科植物】（22-23高三上·北京·开学考试）生长于热带干旱地区的景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．景天类植物白天气孔开放程度小，防止过度蒸腾作用 B．景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C．景天类植物在暗期不能将CO2转化为糖类等光合产物 D．景天类植物光期pH小于暗期，利于暗反应进行 5．【新考法·Rubisco】（2025·北京朝阳·一模）Rubisco是光合作用中催化CO2固定的酶。研究者以自然界中某Rubisco为原型（WT），构建单个氨基酸随机替换的Rubisco突变体库，其中两种突变体与WT酶的活性如图所示。相关推测正确的是（    ） A．光照和CO2充足时Rubisco活性是影响光合速率的重要因素 B．CO2浓度超过一定值后曲线不再升高是受反应体系中C5量限制 C．Rubisco突变体库中大多数突变体酶的活性都高于WT型 D．模仿酶V266G改造作物中Rubisco能提高作物光能利用率 核心串讲1 细胞呼吸的过程及影响因素 1、 细胞呼吸 1．有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要O2、酶和适宜的温度 不需要O2,需要酶和适宜的温度 反应场所 细胞质基质（第一阶段）、线粒体（第二、三阶段） 细胞质基质 分解产物 CO2和H2O 乳酸或CO2和酒精 能量转化 有机物中的化学能转化为ATP中的化学能、热能 有机物中的化学能转化为不彻底氧化产物中的化学能、ATP中的化学能、热能 特点 有机物彻底氧化分解，能量完全释放 有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放 相同点 实质 分解有机物，释放能量，生成ATP 意义 ①为生物体提供能量；②生物体代谢的枢纽 联系 第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）完全相同，之后在不同的条件、不同的场所和不同酶的作用下沿不同的途径形成不同的产物 【易错提醒】 ①无氧呼吸产物不同的原因:直接原因是参与催化反应的酶不同;根本原因是控制酶合成的基因 不同。 ②无氧呼吸仅在第一阶段产生少量ATP,第二阶段不产生ATP。 ③呼吸作用中有H2O生成一定存在有氧呼吸,有CO2生成不一定是有氧呼吸,但对动物和人体而言,有CO2生成一定存在有氧呼吸,因为动物和人体无氧呼吸产物为乳酸。 ④葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解,必须在细胞质基质中分解为丙酮酸,丙酮酸进入线粒体被分解。 ⑤进行有氧呼吸不一定需要线粒体,如某些原核生物;真核细胞进行有氧呼吸则需要线粒体,无线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸,如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等。 ⑥水稻等植物长期水淹后烂根的原因是细胞无氧呼吸产生的酒精对根有毒害作用。 玉米种子烂胚的原因是细胞无氧呼吸产生的乳酸对胚有毒害作用。 ⑦线粒体是进行有氧呼吸的主要场所,原核生物有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜,真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。 2影响呼吸作用的因素 影响因素 分析 应用 图示 温度 影响酶活性 在零上低温下贮存蔬菜、水果。在大棚蔬菜的栽培过程中,适当增大昼夜温差以减少夜间有机物的消耗,提高产量。 氧气浓度 决定呼吸类型和强度 常利用降低氧的浓度抑制细胞呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜的保鲜时间 水分 自由水含量较高时呼吸旺盛 贮藏作物种子时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗 CO2浓度 CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行 在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗 【典例1】研究者发现胰腺癌细胞在葡萄糖不足时，能利用胞内的尿苷磷酸化酶将尿苷分解为尿嘧啶和核糖两部分，尿嘧啶经代谢过程转化为丙酮酸。以下推理不正确的是（　　） A．尿苷的元素组成是C、H、O、N、P B．尿苷可用于合成尿嘧啶核糖核苷酸 C．尿苷可能来自胞内RNA的分解代谢 D．尿苷可作为胰腺癌细胞的能源物质 【典例2】无氧运动产生的乳酸会导致肌肉酸胀乏力，乳酸在肌肉和肝脏中的部分代谢过程如下图。下列叙述错误的是（    ） A．无氧运动时丙酮酸分解为乳酸可以为肌细胞迅速供能 B．肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖 C．肌细胞中肌糖原不能分解产生葡萄糖可能是缺乏相关的酶 D．乳酸在肝脏中的代谢过程可防止乳酸堆积引起酸中毒 【典例3】如图是动物肝细胞中一种常见的细胞器，相关叙述错误的是（    ） A．结构①②允许氧和二氧化碳分子自由出入 B．③使得内膜的面积大大增加有利于释放更多能量 C．该细胞器内可发生DNA复制、转录和翻译等过程 D．④中含有葡萄糖分解及ATP合成相关的酶 【典例4】植物若长时间受到土壤水涝影响，会引起植株缺氧，加速植株叶片衰老，最终导致亩产降低甚至绝收。据研究，某植物水淹过程中与细胞呼吸有关的酶活性变化如图所示，下列相关叙述正确的是（    ） A．水淹期间，植物根系的吸收量大于的释放量 B．据图推测，可能酶甲参与有氧呼吸，酶乙参与无氧呼吸 C．两条曲线相交时，根细胞中有氧呼吸和无氧呼吸强度相同 D．被水淹后应及时排水，以减少无氧呼吸产物对植物细胞的毒害 【典例5】关于细胞呼吸的原理在生产生活中的应用，下列叙述错误的是（    ） A．对农田松土透气，目的是促进根细胞进行需氧呼吸 B．蔬菜大棚夜间适当降低温度，目的是降低呼吸速率提高产量 C．选用透气的创口贴，目的是促进人体细胞进行需氧呼吸 D．利用酵母菌制作的馒头松软，原因是细胞呼吸产生CO2 核心串讲2 光合作用的过程及影响因素 一、光合作用的过程 1．光合色素的种类和作用 （1）种类：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。 （2）分布：叶绿体类囊体。 （3）功能：吸收、传递、转化光能。 （4）化学性质：不溶于水,易溶于无水乙醇、丙酮、石油醚等 （5）分离方法：纸层析法。 （6）叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光、红橙光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 【易错提醒】 ①叶绿体中的色素（即光合色素）≠液泡中的色素（如水溶性的花青素）≠光敏色素，光敏色素是一种接收光信号的分子，调节植物的生长发育。 ②叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg，类胡萝卜素的组成元素仅有C、H、O，故土壤中缺少Mg可以使植株叶片黄化。 2．光反应与暗反应的比较 光反应阶段 暗反应阶段 条件 光、色素、酶 不需光、酶、NADPH、ATP 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质中 过程 物质变化 水的光解； ATP、NADPH的生成 CO2的固定； C3的还原 能量变化 光能→ATP、NADPH中活跃化学能 活跃化学能→有机物中稳定的化学能 联系 光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。 【易错提醒】 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反应可为光反应提供ADP和Pi。 ②光合作用过程中元素的转移 A.O元素的转移途径：H18O→18O2 C18O2→C3→(C18O) B.C元素的转移途径：14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5 C.H元素的转移途径:H2O→NADPH→(CH2O)。 3．影响光合作用的因素 （1）环境因素 影响因素 分析 图示 应用 光照强度 A点:只进行细胞呼吸; AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强; B点(光补偿点):光合作用强度等于细胞呼吸强度; BC段:光照强度不断加强,光合作用强度不断加强; C点对应的光照强度为光饱和点 延长光合作用时间:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间 温度 通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应) 大田中适时播种 温室中,增大昼夜温差,保证植物有机物的积累。 水分 水分充足时,气孔开启,蒸腾作用(为水的运输和矿质元素的运输提供动力)旺盛,植物失水,同时CO2可通过气孔进入绿色植物参与光合作用。水分不足时,气孔关闭,减少水分的散失,同时CO2不能通过气孔进入,进而影响了光合作用的进行。 适当浇水 CO2浓度 一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合速率不再增加; 施用有机肥;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度。 大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度,增加产量 （2）内部因素 影响光合作用的内部因素：与自身的遗传特性有关,如阴生植物、阳生植物。植物的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用。 【归纳总结】 (1)植物“三率”间的内在关系 a.呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值—单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 b.净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值—单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 c.总(真正)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率。 (2)植物“三率”的判定 a.根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该数值的绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率;当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。 b.根据关键词判定: 【典例1】科研人员探究了补充蓝光对栽培“阳光玫瑰”葡萄光合色素含量的影响，结果如表。下列分析不正确的是（    ） 色素含量（mg/g）组别 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素总量（a+b） 实验组 2.6 0.9 3.5 对照组 2.3 0.7 3.0 A．可用无水乙醇提取葡萄的光合色素 B．蓝光处理使叶绿素a、b的量均增加 C．蓝光处理对类胡萝卜素的合成无影响 D．蓝光对叶绿素b合成的作用更显著 【典例2】将某种植物置于高温环境 （HT）下生长一定时间后， 测定 HT 植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率， 结果如图。由图不能得出的结论是（    ） A．两组植株的 CO2吸收速率最大值接近 B．20℃时 CT 植株能积累有机物而 HT 植株不能 C．35℃时两组植株的净光合速率相等 D．HT 植株表现出对高温环境的适应性 【典例3】光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT支路），如图虚线所示。 据图分析，下列推测不正确的是（　　） A．光呼吸时C5与O2的结合发生在叶绿体基质中 B．光呼吸利用的C，一部分可重新进入卡尔文循环 C．有GCGT支路的转基因植物发生了基因突变 D．GCGT支路可以降低碳损失从而提高光合效率 【典例4】科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。 实验组别 光照时间（s） 放射性物质分布 1 2 大量3－磷酸甘油酸（三碳化合物） 2 20 多种磷酸化糖类 3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等 根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是（　　） A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段 B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布 C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类 D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等 【典例5】下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是（    ） A．过程①不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质 C．④受阻时，②③的进行会加剧C₃积累对卡尔文循环的抑制 D．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程 能力1 呼吸电子传递和氧化磷酸化 在有氧呼吸第三阶段，NADH在酶的催化下释放电子和H+,电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列电子载体(蛋白质复合体)捕获和传递，最终与O2和H+结合生成了H2O,而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H浓度梯度。最终，H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成。ATP合成过程中的磷酸化以电子传递为基础，两者偶联发生。 【典例1】在有氧呼吸第三阶段，线粒体内膜上的F0F1蛋白复合物可利用H+的跨膜运输驱动ATP的合成。当棕色脂肪细胞被肌苷激活时，线粒体内外膜间隙中的H+通过UCP1进入线粒体基质，最终有氧呼吸释放的热能明显增大。下列叙述错误的是（    ） A．②侧和线粒体内膜上含多种有氧呼吸相关的酶 B．有氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失 C．肌苷使棕色脂肪细胞有氧呼吸产生的ATP减少 D．降低UCP1基因的表达量有利于人体抵御寒冷 【典例2】BAT（褐色脂肪组织）细胞含有大量线粒体，具有分解脂肪和产热的功能，其数量及代谢异常与肥胖、衰老等现象相关。 (1)图1示有氧呼吸第三阶段，H+通过复合体I、Ⅲ、Ⅳ运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过_______（细胞结构）上的ATP合酶，生成大量ATP。 (2)图2为BAT细胞在寒冷刺激下增加产热的机制：产热复合体提高线粒体中Ca2+浓度→促进有氧呼吸第二阶段（三羧酸循环）→提高H+跨膜浓度梯度→_______→________、产热增加。 (3)产热复合体包含E、M和UCP1三种蛋白质。为研究三者的互作情况，构建了三种质粒，分别表达UCPI-HA融合蛋白、E-FLAG融合蛋白、M-FLAG融合蛋白，并获得了转入不同质粒组合的细胞。先利用抗HA抗体偶联磁珠对各组总蛋白进行收集，将收集的蛋白电泳，再分别用抗FLAG抗体与抗HA抗体进行检测，结果如图3。分析图2产热复合体中的A、B分别为______蛋白。 (4)BAT细胞在凋亡过程中会释放肌苷，与相关细胞膜上受体结合发挥作用。用肌苷处理健康BAT和WAT（白色脂肪细胞，主要储存脂肪），发现二者UCPI基因的表达量均显著提高。阐释BAT凋亡时释放肌苷的意义。_____ (5)ENT1是肌苷转运蛋白，在BAT细胞高表达。研究表明，抑制ENT1可以增加胞外肌苷水平，增强细胞产热能力。有人提出可通过抑制ENT1治疗肥胖，从稳态与平衡的角度评价该方案并说明理由。_____ 能力2 光系统与电子传递链 1．捕光系统 捕光系统由数百个叶绿素等色素分子组成。这些色素分子有序地排列，使捕获的光能能够从一个叶绿素分子传递给另一个叶绿素分子，并最终将能量汇集到光系统的反应中心。这些能量可激发反应中心的叶绿素分子中的电子。 2．光系统Ⅱ 反应中心中少数处于特殊状态的叶绿素a,将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。失去电子的叶绿素分子在相关酶的作用下，获得水中的电子而恢复到稳定状态，水被氧化成氧气，并释放出H+。 3．光系统I 光系统I的色素吸收光能以后，产生一个高能电子，传送到铁氧还蛋白(一种相对分子质量较小的含有铁硫中心的蛋白质),最后到达NADP+,生成NADPH。至此，光合作用形成了还原力强大的物质NADPH和高能物质ATP,为二氧化碳的还原打下了基础。 4．电子传递链 反应中心叶绿素分子中被激发的电子，沿着类囊体膜中的一系列电子传递体转移，组成光合电子传递链。电子传递驱动类囊体膜内的质子泵，在类囊体膜的两侧建立了质子梯度。利用建立起的质子梯度，类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP。 【典例1】下图为高等植物叶绿体部分结构示意图，PSⅡ和PSI系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物，下列相关说法错误的是（    ） A．PSⅡ和PSI系统分布在高等植物叶绿体内膜上 B．H+向膜外转运过程释放的能量为合成ATP供能 C．PSⅡ和PSI系统中的蛋白质和光合色素属于脂溶性物质 D．如果e和H+不能正常传递给NADP+，暗反应的速率会下降 【典例2】下图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，CF0、CF1构成ATP合酶。下列说法错误的是（　　） A．PSⅡ、PSⅠ内含易溶于有机溶剂的色素 B．小麦光合作用产生的O2被呼吸作用利用至少需要经过5层生物膜 C．PQ转运H+的过程需要消耗电子中的能量 D．图中ATP合酶合成的ATP只能为暗反应提供能量 能力3 特殊代谢类型 1．光呼吸 研究发现，植物叶肉细胞在强光、高浓度O₂条件下，存在吸收O₂、释放CO₂的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸。光呼吸在正常生长条件下会损耗25%～30%的光合产物，在高温干旱等逆境条件下损耗比例可高达50%。 （1）呼吸是怎样发生的? Rubisco是光合作用的关键酶之一，该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。CO2浓度较高时，该酶催化C5(RuBP)与CO2反应完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2结合产生三碳酸和乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环，如图。 （2）光呼吸有什么“利害”之处? ①害：光呼吸消耗C5,降低有机物产量。 ②利： 提供CO2：强光照下叶片部分气孔关闭，叶片内CO2浓度降低，光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应。 保护光合器官：光呼吸是一个耗能反应，可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉，从而避免对叶绿体的损害。 （3）如何改造植物减少光呼吸? 改造Rubisco,使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度等。 2．C4植物 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。干热条件下，C4植物的生化和结构提高了其利用CO2的效率，在不影响固定CO2的同时，缩小气孔、保存水分，在维管束鞘细胞中聚集CO2,有效抑制了Rubisco的氧合能力，减小了光呼吸。 3．CAM植物 CAM植物普遍存在于极干燥环境中。夜间，CO2被PEP羧化酶固定而形成草酰乙酸，而后形成苹果酸。苹果酸积聚在液泡中，可达到很高浓度。日间，苹果酸被转运出液泡，经脱羧生成CO2和丙酮酸，释放出的CO2经卡尔文循环形成糖类。CAM植物通过调节气孔的开放与关闭适应干旱的环境。在冷且相对较湿的晚上，气孔是开放的，保持最低程度的水流失，而允许CO2进入。在干热的白天，气孔则是关闭的，以阻止水分丢失，但此时苹果酸脱羧可以提供CO2。 【典例1】生长于热带干旱地区的景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．景天类植物白天气孔开放程度小，防止过度蒸腾作用 B．景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C．景天类植物在暗期不能将CO2转化为糖类等光合产物 D．景天类植物光期pH小于暗期，利于暗反应进行 【典例2】景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，景天科植物的CAM途径是一种特殊代谢方式：气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为CAM代谢途径示意图，下列叙述不正确的是（    ） A．景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质 B．景天科植物CO2固定的场所是细胞质基质、叶绿体基质 C．甲发生在白天，乙发生在夜晚 D．景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高，酶B活性低 热点情境01 突破光合作用的“低效”瓶颈 情境解读： 这是目前植物生理学和农业科学最激动人心的领域。科学家们正在尝试“修复”植物光合作用中天生的浪费环节。 （1） 改造 Rubisco 酶与引入“二氧化碳泵”：Rubisco 酶是光合作用中固定二氧化碳的关键，但它效率很低，还容易错抓氧气引发“光呼吸”浪费能量。2025年，MIT团队和中国科学院团队都在尝试将蓝细菌或藻类的高效机制引入作物。例如，通过基因编辑将蓝细菌的 Rubisco 基因导入植物，并构建“羧酶体”来富集二氧化碳，使烟草的固碳速率提升了 40%，生物量增加1.5倍。 （2） “碳正性”光呼吸旁路 (变废为宝)：传统光呼吸会消耗植物30%-50%的光合产物，被视为“能量漏洞”。中国农业科学院团队在水稻中引入了一条全新的丙醇二酰辅酶A代谢路径。这不仅是减少了碳损失，更是实现了光呼吸由“负”转“正”—在代谢过程中额外固定了二氧化碳。田间试验显示，这种水稻生物量提升了17%，籽粒产量增加了20%以上。 （3）向海洋藻类“借光”：颗石藻和硅藻拥有比陆地植物更强大的捕光天线（FCP）。科学家发现颗石藻的光系统能量转化效率接近 100%（量子效率）。目前的研究热点是解析这些藻类的结构（如斐波那契数列排布的捕光天线），试图将这种高效的“光合发动机”设计原理应用到农作物中。 典型例题：（2025·北京海淀·一模）科研人员以作物甲为材料，探索利用生物工程技术提高光合效率的途径。 (1)图1是作物甲叶肉细胞中部分碳代谢过程的示意图。 图1中，叶绿体中R酶既催化CO2固定，也在某些条件下，催化C3和O2反应生成1分子C3和1分子2-P-乙醇酸，后者生成具有一定毒性的乙醇酸。乙醇酸可通过叶绿体外代谢途径Ⅰ合成丝氨酸，后者是组成_______________的基本单位。 (2)利用转基因技术将某种藻类编码乙醇酸脱氢酶（A酶）的基因、某种细菌编码天冬氨酸醛缩酶（B1酶）的基因、天冬氨酸脱氢酶（B2酶）的基因、乙醛酸-谷氨酸转氨酶（C酶）的基因和乙醛酸-天冬氨酸转氨酶（D酶）的基因转入作物甲，与原有的途径I相连，在叶绿体中分别建立了两个乙醇酸代谢旁支途径，即图2中的代谢途径Ⅱ和途径Ⅲ。 ①将编码上述4种酶的基因转入作物甲，能够实现的目的是：利用途径Ⅱ或途径Ⅲ，通过A酶_______________，降低叶绿体基质中该物质的含量，避免在叶绿体积累；同时还能减少_______________，提高光合效率。 ②构建作物甲中乙醇酸代谢旁支途径的技术流程是： 流程一：鉴定乙醇酸代谢旁支的相关酶基因→分别构建相关酶基因和荧光蛋白 基因融合的表达载体→分别导入叶肉细胞→检测表达载体的荧光与叶绿体的荧光。 流程二：将含有相关酶基因的表达载体共同导入叶肉细胞→分别建立相应的乙醇 酸代谢旁支途径。 流程一的目的是确定_________________；流程二的检测指标是叶肉细胞中相关酶的表达量及_______________的含量变化。 (3)在叶绿体中新构建的两条乙醇酸代谢旁支途径中，途径Ⅱ优于途径Ⅲ，请阐述理由__________。 01 细胞呼吸的过程及影响因素 1．（2025·北京东城·二模）真核细胞正常的生理功能与生物膜的完整性密切相关。下列说法错误的是（    ） A．内质网和高尔基体膜受损会影响蛋白质的正常折叠 B．线粒体内膜受损会导致有氧呼吸的第三阶段受阻 C．类囊体膜受损会导致叶绿体内NADP+和ADP含量降低 D．溶酶体膜受损会导致细胞无法消化衰老、损伤的细胞器 2．（2025·北京顺义·一模）Y蛋白主要存在于肿瘤细胞线粒体的内外膜间隙，可与丙酮酸转运蛋白相互作用，抑制丙酮酸进入线粒体。相关叙述正确的是（    ） A．丙酮酸转运蛋白主要分布于线粒体基质 B．丙酮酸可在肿瘤的细胞质基质中转化为乳酸 C．推测肿瘤细胞主要依靠有氧呼吸第三阶段供能 D．敲除Y基因的肿瘤细胞耗氧速率明显降低 3．（2024·北京朝阳·二模）肺炎克雷伯菌（Kpn）存在于某些人群的肠道中，可通过细胞呼吸不断产生大量乙醇，引起内源性酒精性肝病。下列叙述正确的是（    ） A．Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生大量ATP B．Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能全部转化为活跃的化学能 C．乳酸菌、酵母菌、Kpn都可以引起内源性酒精性肝病 D．高糖饮食可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情 4．（2024·北京西城·二模）线粒体正常的形态和数量与其融合、裂变相关，该过程受DRP-1和FZO-1等基因的调控。衰老过程中，肌肉细胞线粒体形态数量发生变化、线粒体碎片化增加。下图是研究运动对衰老线虫肌肉细胞线粒体影响的结果。说法正确的是（    ） 注：颜色越深代表细胞中线粒体碎片化程度越高，drp-1、fzo-1代表相关基因突变体 A．线粒体是细胞合成ATP的唯一场所 B．运动可减缓衰老引起的线粒体碎片化 C．敲除DRP-1基因会加重线粒体碎片化 D．线粒体融合与裂变不是运动益处所必需 5．（2024·北京海淀·一模）新生无毛哺乳动物体内存在一种含有大量线粒体的褐色脂肪组织， 褐色脂肪细胞的线粒体内膜含有蛋白质U。蛋白质U不影响组织细胞对氧气的利用， 但能抑制呼吸过程中ADP 转化为ATP。据此推测当蛋白质U发挥作用时（    ） A．葡萄糖不能氧化分解 B．只在细胞质基质中进行无氧呼吸 C．细胞中会积累大量的 ATP D．可大量产热， 维持体温 02 光合作用过程中物质与能量的变化 6．（2025·北京丰台·二模）研究表明，光照强度改变会影响超级稻叶绿体的结构，相关数据如下表。下列叙述错误的是（　　） 品种 光强 叶绿素含量（g·m-2） 基粒数（个） 基粒厚度（μm） 基粒片层数（层） 超级稻 100% 0.43 20 0.25 10 25% 0.60 12 0.50 20 A．吸收光能的色素和光合作用相关酶均分布在类囊体膜上 B．光反应阶段产生的ATP和NADPH均为暗反应提供能量 C．弱光下超级稻叶绿素含量、基粒厚度和片层数均增加 D．弱光下超级稻通过调整叶绿体结构以增强适应性 7．（2025·北京丰台·一模）在单细胞佐夫色绿藻中，外源葡萄糖（Glc）的存在会导致光合作用关闭，该过程依赖于己糖激酶（HXK1）。下图表示铁缺乏和铁充足对细胞代谢的影响。相关叙述错误的是（    ） A．佐夫色绿藻既能自养也能异养 B．细胞内Fe的分配对叶绿体的结构无影响 C．在Fe限制条件下细胞会优先进行呼吸作用 D．铁元素缓解了由葡萄糖介导的光合作用抑制 8．（2024·北京昌平·二模）蓝细菌的光合作用过程需要较高浓度CO2，而空气中的CO2浓度一般较低，蓝细菌具有CO2浓缩机制如下图所示。研究还发现，R酶能催化O2与C5结合形成C3和C2，O2和CO2竞争性结合R酶同一位点。相关叙述正确的是（    ） A．CO2以协助扩散方式通过光合片层膜 B．R酶可抑制CO2固定，减少有机物积累 C．浓缩机制可提高CO2与R酶的结合率 D．转入转运蛋白基因后光合速率减小 9．（2024·北京丰台·二模）2021年我国科学家首次将CO2人工转化为淀粉，对实现碳中和意义重大。下列相关叙述正确的是（　　） A．将CO2人工转化为淀粉的过程不需要额外输入能量 B．生物群落与非生物环境之间的碳循环离不开分解者 C．群落演替相对稳定后植物吸收与释放CO2速率大致相等 D．该技术应用将使我们不再需要植树造林和寻找清洁能源 10．（2025·北京东城·一模）将玉米的P基因导入水稻后，测得不同光照强度下转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率，结果如下图。下列叙述错误的是（　　） A．转入的P基因可以提高水稻的气孔导度 B．光照强度为4时，气孔导度是限制原种水稻光合速率的主要因素 C．光照强度为8时，两种水稻的真光合速率约为25μmol·m-2·s-1 D．转基因水稻比原种水稻更适宜栽种在光照强度较强的环境中 03 影响光合作用的因素 11．（2024·北京西城·一模）图a为三角叶滨藜和野姜的光合作用相关曲线，图b为长期在一定光强下生长的两株三角叶滨藜的光合作用相关曲线，相关说法错误的是（    ） A．野姜能够在较低光照强度下达到其最大光合速率 B．相同光照强度下三角叶滨藜净光合速率大于野姜 C．PAR＞800时增加CO2可能会提高野姜光合速率 D．图b表明叶片的光合作用特性与其生长条件有关 12．（2025·北京朝阳·二模）研学小组成员将某种大型绿藻的叶状体剪成大小相同的小段，以相同时间内从水下上浮的叶状体小段数量为指标，探究温度对其光合作用强度的影响，结果如图。相关叙述正确的是（    ） A．叶状体中CO2的减少导致其上浮 B．4℃条件下该绿藻叶状体无法进行光合作用 C．各组实验应在CO2浓度较高且相同的水中进行 D．增加光照强度可使得各组叶状体小段上浮数量均增加 13．（2025·北京·模拟预测）使用打孔器打出圆形小叶片若干个，向装满水的注射器中加入圆形小叶重复抽拉以排出叶片中气体。将圆形叶片随机分组后放入清水中，分别放置不同距离的光源，记录、统计每组圆形小叶浮起水面所需时间均值。关于本实验的说法中，错误的是（    ） A．小叶浮起的原因是由于光合作用产生O2所致 B．距离光源越远的组小叶浮起所需时间越长 C．使用苏打水代替清水后，小叶浮起所需时间变短 D．水温越高小叶浮起所需时间越来越短 14．（2025·北京房山·一模）环境因素对两种植物光合作用的影响如图所示。下列相关叙述正确的是（    ） A．光照强度大于p时，两种植物均能正常生长 B．光照强度为r时，两种植物单位时间内固定的CO2量相同 C．适当提高温度，则图1中a、b之间的差值会变小 D．呼吸作用较弱的是植物1，更适合林下种植的是植物2 15．（2024·北京朝阳·一模）科研人员将某种滨藜分为两组，A组置于昼夜温度为23℃/18℃的环境中，该温度与其原生长区温度一致，B组置于昼夜温度为43℃/30℃的环境中。生长一段时间后，测定两组滨藜在不同温度下的光合速率，结果如图。相关叙述不合理的是（　　） A．图中数据显示相同温度条件下A组滨藜的有机物积累速率均高于B组 B．温度过高会通过提高酶的活性和气孔开放程度等机制使光合速率下降 C．B组滨藜的最适温度高于A组说明滨藜对高温环境有一定的适应能力 D．推测将原生长区的滨藜引种到炎热地区后可能会出现生长缓慢等现象 1．（2023·北京平谷·一模）为研究肠道菌群在有氧运动能力中的作用，用生理盐水溶解抗生素Abx后，灌入小鼠肠胃中，检测小鼠在跑步机上的运动表现，结果如图。下列分析错误的是（    ） A．对照组用相同剂量的生理盐水灌入小鼠肠胃 B．小鼠有氧呼吸产生CO2的阶段需要氧气的参与 C．Abx清除肠道菌群应用了变量原则的“减法原理” D．结果表明肠道菌群促进了小鼠的有氧运动能力 2．（2024·北京·模拟预测）为了给引种栽培提供理论依据，研究者测量了常绿乔木深山含笑在不同季节的净光合速率（Pn）的日变化（见下图）。下列相关叙述，不正确的是（    ） A．可以用CO2的吸收速率作为Pn的检测指标，其值越大表明植物生长越快 B．左图夏季的Pn日变化为双峰曲线，是因为雨水充沛和中午光强过大 C．据图分析，推测夏季Pn最高的原因之一是夏季光照强度最高 D．秋冬光合有效辐射减弱，可以适当修剪枝叶以减少物质能量消耗 3．（2024·北京海淀·二模）环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CO2浓度，结果如下图。下列叙述不正确的是（　　） A．胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用 B．5℃时，胞间CO2浓度较高的原因可能是光合作用相关酶的活性较低 C．叶温在30℃~40℃时，净光合速率下降主要是叶片气孔关闭所致 D．30℃下单位时间内有机物的积累量最大 4．（2024·北京东城·一模）研究人员在适宜光强和黑暗条件下分别测定发菜放氧和耗氧速率随温度的变化，绘制曲线如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．发菜生长的最适温度是25℃左右 B．30℃时净光合速率是150μmol/（mg·h） C．35℃时光合作用速率等于呼吸作用速率 D．在放氧和耗氧的过程中都有ATP的产生 5．（2023·北京通州·三模）甲醛（HCHO）是室内空气污染的主要成分之一，室内栽培观赏植物常春藤能够清除一定浓度范围内的甲醛污染，具体过程如图（其中Hu6P、Ru5P是中间产物），以下叙述错误的是（    ） A．采用同位素示踪法研究碳元素转移路径 B．甲醛可作为碳源参与常春藤的光合作用 C．常春藤分解甲醛的酶分布在叶绿体基质 D．常春藤光合作用强度与甲醛浓度成正比 6．（2025·北京房山·一模）动物体内的白色脂肪细胞（WAT）转化为棕色脂肪细胞（BAT）即白脂棕色化，可促进脂肪消耗，增加产热，提高瘦肉率。 (1)图1所示为有氧呼吸第_____阶段，H+通过复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ转运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过_____（细胞结构）上的ATP合酶，生成大量ATP。 (2)图2是小鼠WAT和BAT细胞结构模式图，请分析图1、图2回答问题。 ①从结构和功能相适应的角度分析，白脂棕色化之后产热效率提高的原因_____。 ②N9是复合体Ⅰ上的亚基，通过调节NAD+/NADH平衡提高白脂棕色化相关基因UCP的表达，促进白脂棕色化，进而_____使机体产热增加，加速脂肪消耗补充能量。 (3)线粒体的脱氢酶DLD可促进白脂棕色化，为探究DLD与N9的关系，进行相关实验。 ①将含DLD基因或含N9基因的过表达载体按不同组合转入细胞中，图3结果说明_____。 ②利用免疫共沉淀技术研究DLD与N9的互作情况，构建两种重组质粒分别表达Flag-DLD融合蛋白、His-N9融合蛋白，并获得转入不同质粒组合的细胞。先利用抗体甲偶联磁珠对各组总蛋白进行收集，将收集的蛋白电泳，再分别用抗体乙与抗体丙进行检测，结果如图4．实验结果表明DLD与N9存在互作，请根据实验步骤及结果选择对应位置的抗体。 甲：_____乙：_____丙：_____ A．抗Flag抗体    B．抗His抗体    C．抗UCP抗体    D．无关抗体 (4)DLD基因在哺乳动物中具有保守性，有人提出可通过研发药物提高DLD基因表达，达到减肥效果。请从稳态与平衡的角度辩证评价该方案并说明理由_____。 7．（2025·北京丰台·一模）光周期现象是生物对昼夜交替中光照和黑暗长短变化引起的适应性反应。蓝细菌等原核生物生长和繁殖迅速，为探究蓝细菌是否也具有光周期现象，科研人员展开相关研究。 (1)光作为一种信号，能够______多种生物生长、发育。 (2)研究者比较了三种光周期下野生型和昼夜节律基因突变株K转入冰浴环境中的存活率（图1）。实验结果说明蓝细菌有光周期现象，理由是______。 (3)比较不同光周期数对野生型蓝细菌存活率的影响，发现光周期现象随时间逐步建立和增强（图2）。已知蓝细菌繁殖一代时间约6小时，据图分析在______代后光周期现象相对稳定。 (4)进一步研究发现，野生型蓝细菌感知光周期后，膜脂去饱和化程度提高，推测这种变化可能提高了细胞膜的流动性，这一特点对于蓝细菌在低温环境下完成______等功能有重要意义。 (5)结合以上研究，下列说法正确的有______。 A．蓝细菌的藻蓝素分布在叶绿体类囊体薄膜上 B．突变株K中导入昼夜节律基因，可恢复光周期现象 C．突变株K的膜脂去饱和化程度与野生型无显著差异 D．光周期现象可能在真核生物演化之前已经出现 E．生物的性状是基因和环境共同作用的结果 (6)请基于本研究提出一项提高农作物抗寒性的措施，并分析潜在限制因素______。 8．自然界中的光强常在短时间内剧烈变化，影响植物的光合作用效率。科研人员对拟南芥的叶绿体响应光强变化的机理进行了探究。 (1)类囊体膜上的蛋白复合物PSⅡ催化水在光下分解，变化的光强会影响这一过程，从而影响光反应产生_____，最终影响暗反应过程有机物的合成。 (2)PSⅡ复合物的主要部分延伸到类囊体腔中，科研人员推测类囊体腔中的蛋白参与PSⅡ的组装。为此，利用农杆菌转化拟南芥，由于农杆菌的_____会随机整合到拟南芥的核基因组中，因而可得到类囊体腔内蛋白基因发生突变的突变体。 (3)科研人员在所得突变体中观察到，B基因突变体无法编码类囊体腔内的蛋白B，该突变体表现为缺乏PSⅡ复合物。科研人员进行实验，处理及结果如图1。 ①据图分析，本实验的自变量是_____。 ②依据实验结果推测，PSⅡ复合物的功能是_____对变化光强的适应。 (4)进一步将b组植株的叶肉细胞置于电镜下观察，结果如图2。 基于本实验结果推断，B基因参与PSⅡ复合物的组装，PSⅡ复合物帮助植物适应变化的光强。请对观察结果能否证实该推断作出判断，并阐明理由_____。 9．（2024·北京丰台·二模）镁（Mg）是影响光合作用的重要元素，科研人员进行了相关研究。 (1)镁是构成________的重要成分，水稻细胞内的光合色素还包括_______。 (2)为探究镁对水稻光合作用的影响。将正常培养38天的水稻分别转移到无镁培养液（-Mg2+）和正常培养液（+Mg2+）中培养15天，对光合作用指标进行连续跟踪检测，测定光合色素含量相对值、Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率），结果如图1。推测前10天An变化不明显的原因是____；10天后，An显著下降的原因是______。 (3)为进一步探究镁对水稻光合作用的影响，研究者将正常培养38天的水稻在缺镁和正常培养液中培养12天后，每3h检测一次Vcmax的变化，持续跟踪48h，结果如图2。实验结果表明__________，从而影响光合作用。为了验证缺镁前期对光反应的影响，还需要检测的指标有______（至少答出两个）。 (4)已知叶绿体中镁含量存在与Vc max相似的变化，且与叶绿体镁转运蛋白MGT3相关。为验证缺镁处理能够动态抑制MGT3基因的表达，设计实验如下表。请补全表中的检测指标______和图3中的实验结果。 组别 实验材料 实验处理 检测指标 对照组 缺镁培养的水稻植株 缺镁培养液 持续48h检测水稻叶片中的__________ 实验组 正常培养液 (5)研究发现，RUBP羧化酶的活性依赖于Mg2+，根据上述研究内容解释短期缺镁影响水稻光合作用的机制_____。 10．（2024·北京昌平·二模）光照强度是影响水稻产量的主要因素之一，研究者对水稻适应弱光的调控机制进行了系列研究。 (1)弱光条件下，光反应产生的______减少导致水稻减产。 (2)研究者推测RGA1基因与水稻对光的耐受性有关，用野生型（WT）、RGA1功能缺失突变体（d1）和RGA1过表达（OE）株系进行实验，每天光照和黑暗各12h，第3d测量结果如图1和图2。 ①图1实验结果表明，在正常光照下RGA1基因______，在弱光条件下RGA1基因______。 ②WT和d1对弱光耐受性的差异可能与能源物质消耗引起“碳饥饿”有关，据图2分析，请判断WT和dl“碳饥饿”程度的高低并说明理由：______。 (3)图3表示线粒体内膜上的电子传递链，电子经一系列蛋白-色素复合体传递，同时H+从线粒体基质运输到内外膜间隙，最后H+通过复合体Ⅴ向内运输驱动ATP合成。在弱光条件下检测 线粒体内膜上的AOX蛋白含量，发现d1高于WT。请分析RGA1基因对呼吸作用的影响机制：______（用关键词和箭头表示）。 选项 部位1 部位2 部位3 部位4 A 大量 少量 少量 无 B 大量 大量 少量 无 C 少量 大量 无 少量 D 少量 无 大量 大量 1．（2025·北京·高考真题）下图是植物细胞局部亚显微结构示意图。在有氧呼吸过程中，细胞不同部位产生ATP的量不同。以下选项正确的是（    ） A．A B．B C．C D．D 2．（2025·北京·高考真题）2025年，国家持续推进“体重管理年”行动。为践行“健康饮食、科学运动”，应持有的正确认识是（    ） A．饮食中元素种类越多所含能量越高 B．饮食中用糖代替脂肪即可控制体重 C．无氧运动比有氧运动更有利于控制体重 D．在生活中既要均衡饮食又要适量运动 3．（2024·北京·高考真题）五彩缤纷的月季装点着美丽的京城，其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验，难以达成目的的是（    ） A．用花瓣细胞观察质壁分离现象 B．用花瓣大量提取叶绿素 C．探索生长素促进其插条生根的最适浓度 D．利用幼嫩茎段进行植物组织培养 4．（2024·北京·高考真题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（    ） A．增加叶片周围环境CO2浓度 B．将叶片置于4℃的冷室中 C．给光源加滤光片改变光的颜色 D．移动冷光源缩短与叶片的距离 5．（2023·北京·高考真题）运动强度越低，骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时，骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。对这一结果正确的理解是（　　） A．低强度运动时，主要利用脂肪酸供能 B．中等强度运动时，主要供能物质是血糖 C．高强度运动时，糖类中的能量全部转变为ATP D．肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量 6．（2023·北京·高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是（　　） A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 7．（2022·北京·高考真题）在北京冬奥会的感召下，一队初学者进行了3个月高山滑雪集训，成绩显著提高，而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度，结果如下图。与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内（　　） A．消耗的ATP不变 B．无氧呼吸增强 C．所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多 D．骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多 8．（2022·北京·高考真题）光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出（　　） A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高 B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C．CO2浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小 D．10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 9．（2025·北京·高考真题）植物的光合作用效率与叶绿体的发育（形态结构建成）密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控，以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。 (1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定，其BG基因功能缺失，命名为bg。图1是使用_________观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比，可见突变体基粒（“[”所示）中的_________增多。 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk（叶绿素含量降低）及双突变体bggk。对三种突变体进行观察，发现双突变体的表型与突变体__________相同，由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。 (3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制，将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后，再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段，反应一段时间后，经电泳检测DNA所在位置，结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是___________。 (4)基于突变体bg的表型，从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义_______。 10．（2023·北京·高考真题）学习以下材料，回答下面问题。 调控植物细胞活性氧产生机制的新发现 能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生，活性氧可以调控细胞代谢，并与细胞凋亡有关。 我国科学家发现一个拟南芥突变体m（M基因突变为m基因），在受到长时间连续光照时，植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比，突变体m中M酶活性下降，脂肪酸含量显著降低。为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡，但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径（如图）：A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。 在上述研究中，科学家从拟南芥突变体m入手，揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途径。对A酸-B酸循环的进一步研究，将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。 (1)叶绿体通过___________作用将CO2转化为糖。从文中可知，叶绿体也可以合成脂肪的组分___________。 (2)结合文中图示分析，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：_____，A酸转运到线粒体，最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。 (3)请将下列各项的序号排序，以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路：___________。 ①确定相应蛋白的细胞定位和功能②用诱变剂处理突变体m③鉴定相关基因④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株 (4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容，请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明___________。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 细胞呼吸和光合作用 ( 目录 第一部分 知识网络构建 思维导航，融会贯通 第二部分 高考风向解读 洞察考向，感知前沿 第三部分 核心知识串讲 核心串讲 串讲 1 细胞呼吸的过程及影响因素 串讲 2 光合作用的过程及影响因素 能力进阶 能力1 呼吸电子传递和氧化磷酸化 能力2 光系统与电子传递链 能力3 特殊代谢类型 热点情境 突破光合作用的“低效”瓶颈 第四部分 分层精准突破 固本培优，精准提分 A组·保分基础练 题型01 细胞呼吸的过程及影响因素 题型02 光合作用过程中物质与能量的变化 题型03 影响光合作用的因素 B组· 增分能力练 第五部分 真题 实战进阶 对标高考，感悟考法 ) 考情解读 核心要点 高考考情 高考新风向 细胞呼吸 （2025北京卷）有氧呼吸过程、呼吸作用在生活中的应用 （2023北京卷）有氧呼吸的过程、无氧呼吸的过程 1. 关注科学前沿和热点情境。 2. 细胞呼吸关注种子与果蔬的储存技术，作物的抗逆性研究（涝害与种子萌发）。 3. 光合作用关注碳达峰与碳中和（“双碳”战略），C3 与 C4 植物的适应性进化。 光合作用 （2025北京卷）叶绿体的结构与功能、影响光合作用的因素 （2024北京卷）绿叶中色素的提取与分离，影响光合作用的因素 （2023北京卷）光反应、暗反应中的物质变化和能量变化，总光合与净光合 新风向演练 1．【新载体·水果储存】（2025·北京西城·二模）研究人员选取大小、成熟度一致且无损伤的冬枣若干，放在不同温度条件下储藏，检测乙醇含量，结果如图。下列推断错误的是（    ） A．受损伤冬枣易滋生微生物而腐烂 B．储藏的冬枣细胞呼吸不产生CO2 C．乙醇是冬枣细胞无氧呼吸的产物 D．低温利于延长冬枣贮藏保鲜期 【答案】B 【详解】A、受损伤冬枣失去果皮保护更容易滋生微生物，微生物分解会加速其腐烂变质，A正确； B、据图可知，储藏的冬枣会产生乙醇，则同时会产生CO2，B错误； C、冬枣无氧呼吸会产生乙醇和二氧化碳，C正确； D、由图可知，低温下，产生的乙醇少，消耗的有机物少，更有利于延长冬枣贮藏保鲜期，D正确。 故选B。 2．【新情境·呼吸性碱中毒】（25-26高三上·北京海淀·阶段练习）呼吸障碍时，机体内CO2不能及时排出，会引发呼吸性酸中毒；因哮喘或精神性过度通气等导致CO2排出过多，会引发呼吸性碱中毒。下列说法正确的是（　　） A．呼吸性酸中毒患者体内产生CO2的场所是线粒体基质和细胞质基质 B．缺氧使无氧呼吸产生CO2增多，可引起呼吸性酸中毒 C．CO2是细胞呼吸产生的代谢废物，同时是参与体液调节的体液因子 D．情绪波动较大时，适当加快呼吸可以降低呼吸性碱中毒的发病风险 【答案】C 【详解】A、人体细胞呼吸产生CO₂的场所只有线粒体（有氧呼吸第二阶段和第三阶段），无氧呼吸不产生CO₂，因此细胞质基质不是CO₂的生成场所，A错误； B、人体无氧呼吸的产物是乳酸，不会产生CO₂。缺氧时，有氧呼吸受抑制，CO₂生成减少，但若呼吸障碍导致CO₂积累才会引发酸中毒，B错误； C、CO₂是细胞呼吸的代谢废物，同时作为体液因子，通过刺激呼吸中枢参与体液调节（如调节呼吸频率），C正确； D、呼吸性碱中毒是因过度通气导致CO₂排出过多，情绪波动时加快呼吸会加剧CO₂流失，增加发病风险，应减缓呼吸以维持CO₂浓度，D错误。 故选C。 3．【新情境·减肥药】（25-26高三上·北京大兴·开学考试）下图为人体细胞呼吸的部分过程。DNP（2，4-二硝基苯酚）是20世纪30年代曾广泛使用的减肥药，它是一种脂溶性小分子，可在膜中自由移动，作为H⁺转运体破坏膜两侧H⁺浓度差。下列说法不正确的是（    ） A．图示生理过程为有氧呼吸第三阶段 B．图中NADH来自线粒体基质 C．DNP有严重副作用，可能伴有高热、高乳酸血症等 D．ATP合成动力为跨线粒体内膜的H⁺浓度梯度 【答案】B 【详解】A、有氧呼吸分为三个阶段，图中展示了有氧呼吸第三阶段的电子传递链和ATP合成过程。在有氧呼吸第三阶段，NADH与氧气结合生成水，同时释放大量能量，一部分能量用于合成ATP，A正确； B、第三阶段参与反应的NADH来自第一阶段细胞质基质和第二阶段线粒体基质，B错误； C、根据题意和图示可知，DNP作为H⁺转运体破坏膜两侧H⁺浓度差，使H+不经ATP合成酶V回流，导致线粒体内膜两侧H+浓度差形成的势能无法用于合成ATP，使ATP合成减少，大量能量以热能形式散失，进而导致机体高热；DNP使机体ATP合成减少，导致无氧呼吸加强以弥补ATP的不足，进而导致乳酸积累，形成高乳酸血症，C正确； D、图中通过Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的作用，即电子传递链中一系列酶和载体的作用，将氢离子（H+）从线粒体基质泵到线粒体内外膜间隙，增大了线粒体内膜两侧的H+浓度差。H+顺浓度通过V（ATP合成酶）时，膜两侧H+浓度差形成的势能转化为ATP中的化学能，用于ADP和Pi合成ATP，D正确。 故选B。 4．【新考法·景天科植物】（22-23高三上·北京·开学考试）生长于热带干旱地区的景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．景天类植物白天气孔开放程度小，防止过度蒸腾作用 B．景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C．景天类植物在暗期不能将CO2转化为糖类等光合产物 D．景天类植物光期pH小于暗期，利于暗反应进行 【答案】D 【详解】A、分析图解可知，采用苹果酸代谢途径，景天类植物白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止景天类植物在白天过度蒸腾作用，大量散失水分，A正确； B、景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，吸收的二氧化碳可以合成苹果酸，故景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0，B正确； C、由于暗期没有光反应提供的ATP和NADPH，所以不能将CO2转化为糖类等光合产物，C正确； D、景天类植物CO2固定后能够在暗期转化为酸性物质储存起来，而光期苹果酸分解形成二氧化碳用于暗反应，故景天类植物光期pH大于暗期，D错误。 故选D。 5．【新考法·Rubisco】（2025·北京朝阳·一模）Rubisco是光合作用中催化CO2固定的酶。研究者以自然界中某Rubisco为原型（WT），构建单个氨基酸随机替换的Rubisco突变体库，其中两种突变体与WT酶的活性如图所示。相关推测正确的是（    ） A．光照和CO2充足时Rubisco活性是影响光合速率的重要因素 B．CO2浓度超过一定值后曲线不再升高是受反应体系中C5量限制 C．Rubisco突变体库中大多数突变体酶的活性都高于WT型 D．模仿酶V266G改造作物中Rubisco能提高作物光能利用率 【答案】A 【详解】A、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，所以光照和CO2充足时Rubisco活性是影响光合速率的重要因素，A正确； B、据图分析可知该实验的变量是CO2浓度与不同的Rubisco突变体，CO2浓度超过一定值后曲线不再升高主要是受反应体系中CO2固定的酶的酶活性，B错误； C、据图分析可知Rubisco突变体库中V266T突变体酶的活性高于WT型，而V266G突变体酶的活性低于WT型，由图无法得出大多数突变体酶活性都高于野生型的结论，C错误； D、据图分析可知Rubisco突变体库中V266G突变体酶的活性低于WT型，所以V266G改造作物中Rubisco会降低作物光能利用率，D错误。 故选A。 核心串讲1 细胞呼吸的过程及影响因素 1、 细胞呼吸 1．有氧呼吸和无氧呼吸的比较 项目 有氧呼吸 无氧呼吸 不 同 点 反应条件 需要O2、酶和适宜的温度 不需要O2,需要酶和适宜的温度 反应场所 细胞质基质（第一阶段）、线粒体（第二、三阶段） 细胞质基质 分解产物 CO2和H2O 乳酸或CO2和酒精 能量转化 有机物中的化学能转化为ATP中的化学能、热能 有机物中的化学能转化为不彻底氧化产物中的化学能、ATP中的化学能、热能 特点 有机物彻底氧化分解，能量完全释放 有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放 相同点 实质 分解有机物，释放能量，生成ATP 意义 ①为生物体提供能量；②生物体代谢的枢纽 联系 第一阶段（从葡萄糖到丙酮酸）完全相同，之后在不同的条件、不同的场所和不同酶的作用下沿不同的途径形成不同的产物 【易错提醒】 ①无氧呼吸产物不同的原因:直接原因是参与催化反应的酶不同;根本原因是控制酶合成的基因 不同。 ②无氧呼吸仅在第一阶段产生少量ATP,第二阶段不产生ATP。 ③呼吸作用中有H2O生成一定存在有氧呼吸,有CO2生成不一定是有氧呼吸,但对动物和人体而言,有CO2生成一定存在有氧呼吸,因为动物和人体无氧呼吸产物为乳酸。 ④葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解,必须在细胞质基质中分解为丙酮酸,丙酮酸进入线粒体被分解。 ⑤进行有氧呼吸不一定需要线粒体,如某些原核生物;真核细胞进行有氧呼吸则需要线粒体,无线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸,如哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫等。 ⑥水稻等植物长期水淹后烂根的原因是细胞无氧呼吸产生的酒精对根有毒害作用。 玉米种子烂胚的原因是细胞无氧呼吸产生的乳酸对胚有毒害作用。 ⑦线粒体是进行有氧呼吸的主要场所,原核生物有氧呼吸的场所是细胞质和细胞膜,真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。 2影响呼吸作用的因素 影响因素 分析 应用 图示 温度 影响酶活性 在零上低温下贮存蔬菜、水果。在大棚蔬菜的栽培过程中,适当增大昼夜温差以减少夜间有机物的消耗,提高产量。 氧气浓度 决定呼吸类型和强度 常利用降低氧的浓度抑制细胞呼吸、减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜的保鲜时间 水分 自由水含量较高时呼吸旺盛 贮藏作物种子时,将种子风干,以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗 CO2浓度 CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行 在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗 【典例1】研究者发现胰腺癌细胞在葡萄糖不足时，能利用胞内的尿苷磷酸化酶将尿苷分解为尿嘧啶和核糖两部分，尿嘧啶经代谢过程转化为丙酮酸。以下推理不正确的是（　　） A．尿苷的元素组成是C、H、O、N、P B．尿苷可用于合成尿嘧啶核糖核苷酸 C．尿苷可能来自胞内RNA的分解代谢 D．尿苷可作为胰腺癌细胞的能源物质 【答案】A 【详解】A、胞内的尿苷磷酸化酶将尿苷分解为尿嘧啶和核糖两部分，核糖中含有C、H、O，尿嘧啶中含有N，可知尿苷不含P元素，A错误； B、尿苷分解为尿嘧啶和核糖两部分，所以尿苷可用于合成尿嘧啶核糖核苷酸，B正确； C、尿苷中含有尿嘧啶，故尿苷可能来自胞内RNA的分解代谢，C正确； D、胞内的尿苷磷酸化酶将尿苷分解为尿嘧啶和核糖两部分，尿嘧啶经代谢过程转化为丙酮酸，丙酮酸可参与有氧呼吸的第二阶段，或无氧呼吸的第二阶段，故尿苷可作为胰腺癌细胞的能源物质，D正确。 故选A。 【典例2】无氧运动产生的乳酸会导致肌肉酸胀乏力，乳酸在肌肉和肝脏中的部分代谢过程如下图。下列叙述错误的是（    ） A．无氧运动时丙酮酸分解为乳酸可以为肌细胞迅速供能 B．肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖 C．肌细胞中肌糖原不能分解产生葡萄糖可能是缺乏相关的酶 D．乳酸在肝脏中的代谢过程可防止乳酸堆积引起酸中毒 【答案】A 【详解】A、无氧运动时丙酮酸分解为乳酸过程不产生ATP，A错误； B、由图可知，肌细胞无氧呼吸产生的乳酸能在肝脏中先转化为丙酮酸，再转化为葡萄糖，B正确； C、糖原分解需要酶催化，肌细胞中肌糖原不能分解产生葡萄糖可能是缺乏相关的酶，C正确； D、乳酸在肝脏中的代谢过程消耗掉乳酸，可防止乳酸堆积引起酸中毒，D正确。 故选A。 【典例3】如图是动物肝细胞中一种常见的细胞器，相关叙述错误的是（    ） A．结构①②允许氧和二氧化碳分子自由出入 B．③使得内膜的面积大大增加有利于释放更多能量 C．该细胞器内可发生DNA复制、转录和翻译等过程 D．④中含有葡萄糖分解及ATP合成相关的酶 【答案】D 【详解】A、结构①②是线粒体的膜，氧和二氧化碳分子属于小分子，可以通过自由扩散跨膜运输，A正确； B、线粒体内膜向内折叠形成嵴，大大增大内膜面积，增加酶的附着位点，有利于有氧呼吸第三阶段的进行，有利于释放更多能量，B正确； C、线粒体是半自主性细胞器，可发生DNA复制、转录和翻译等过程，C正确； D、④为线粒体基质，是有氧呼吸第二阶段的场所，葡萄糖分解发生在细胞质基质，因此④中没有葡萄糖分解的相关的酶，D错误。 故选D。 【典例4】植物若长时间受到土壤水涝影响，会引起植株缺氧，加速植株叶片衰老，最终导致亩产降低甚至绝收。据研究，某植物水淹过程中与细胞呼吸有关的酶活性变化如图所示，下列相关叙述正确的是（    ） A．水淹期间，植物根系的吸收量大于的释放量 B．据图推测，可能酶甲参与有氧呼吸，酶乙参与无氧呼吸 C．两条曲线相交时，根细胞中有氧呼吸和无氧呼吸强度相同 D．被水淹后应及时排水，以减少无氧呼吸产物对植物细胞的毒害 【答案】D 【详解】A、水淹期间，植物进行无氧呼吸，植物根系O2的吸收量小于的CO2释放量,A错误； B、酶甲的活性逐渐增强，酶乙的活性逐渐减弱，据图推测，可能酶甲参与无氧呼吸，酶乙参与有氧呼吸，B错误； C、两条曲线相交时，只能表示酶甲和酶乙的活性相同，C错误； D、水淹后根细胞进行无氧呼吸产生酒精，导致根烂掉，因此被水淹后应及时排水，以减少无氧呼吸产物对植物细胞的毒害，D正确。 故选D。 【典例5】关于细胞呼吸的原理在生产生活中的应用，下列叙述错误的是（    ） A．对农田松土透气，目的是促进根细胞进行需氧呼吸 B．蔬菜大棚夜间适当降低温度，目的是降低呼吸速率提高产量 C．选用透气的创口贴，目的是促进人体细胞进行需氧呼吸 D．利用酵母菌制作的馒头松软，原因是细胞呼吸产生CO2 【答案】C 【详解】A、对农田松土透气，促进根部进行有氧呼吸，有利于主动运输，为矿质元素的吸收供应能量，有利于植物生长，A正确； B、夜间适当降低温度，与呼吸作用相关的酶活性降低，呼吸速率减慢，有机物消耗减少，B正确； C、用透气纱布或创可贴增加通气量，抑制厌氧菌的大量繁殖，C错误； D、利用酵母菌发酵产生二氧化碳的原理制作面包、馒头等，CO2的排放使馒头松软，D正确。 故选C。 核心串讲2 光合作用的过程及影响因素 一、光合作用的过程 1．光合色素的种类和作用 （1）种类：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。 （2）分布：叶绿体类囊体。 （3）功能：吸收、传递、转化光能。 （4）化学性质：不溶于水,易溶于无水乙醇、丙酮、石油醚等 （5）分离方法：纸层析法。 （6）叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光、红橙光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 【易错提醒】 ①叶绿体中的色素（即光合色素）≠液泡中的色素（如水溶性的花青素）≠光敏色素，光敏色素是一种接收光信号的分子，调节植物的生长发育。 ②叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg，类胡萝卜素的组成元素仅有C、H、O，故土壤中缺少Mg可以使植株叶片黄化。 2．光反应与暗反应的比较 光反应阶段 暗反应阶段 条件 光、色素、酶 不需光、酶、NADPH、ATP 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质中 过程 物质变化 水的光解； ATP、NADPH的生成 CO2的固定； C3的还原 能量变化 光能→ATP、NADPH中活跃化学能 活跃化学能→有机物中稳定的化学能 联系 光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。 【易错提醒】 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反应可为光反应提供ADP和Pi。 ②光合作用过程中元素的转移 A.O元素的转移途径：H18O→18O2 C18O2→C3→(C18O) B.C元素的转移途径：14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5 C.H元素的转移途径:H2O→NADPH→(CH2O)。 3．影响光合作用的因素 （1）环境因素 影响因素 分析 图示 应用 光照强度 A点:只进行细胞呼吸; AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强; B点(光补偿点):光合作用强度等于细胞呼吸强度; BC段:光照强度不断加强,光合作用强度不断加强; C点对应的光照强度为光饱和点 延长光合作用时间:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间 温度 通过影响酶活性进而影响光合作用(主要制约暗反应) 大田中适时播种 温室中,增大昼夜温差,保证植物有机物的积累。 水分 水分充足时,气孔开启,蒸腾作用(为水的运输和矿质元素的运输提供动力)旺盛,植物失水,同时CO2可通过气孔进入绿色植物参与光合作用。水分不足时,气孔关闭,减少水分的散失,同时CO2不能通过气孔进入,进而影响了光合作用的进行。 适当浇水 CO2浓度 一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度增加到一定范围后,光合速率不再增加; 施用有机肥;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO2浓度。 大田生产“正其行,通其风”,即为提高CO2浓度,增加产量 （2）内部因素 影响光合作用的内部因素：与自身的遗传特性有关,如阴生植物、阳生植物。植物的叶龄、叶面积指数也会制约光合作用。 【归纳总结】 (1)植物“三率”间的内在关系 a.呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值—单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 b.净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值—单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 c.总(真正)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率。 (2)植物“三率”的判定 a.根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该数值的绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率;当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。 b.根据关键词判定: 【典例1】科研人员探究了补充蓝光对栽培“阳光玫瑰”葡萄光合色素含量的影响，结果如表。下列分析不正确的是（    ） 色素含量（mg/g）组别 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素总量（a+b） 实验组 2.6 0.9 3.5 对照组 2.3 0.7 3.0 A．可用无水乙醇提取葡萄的光合色素 B．蓝光处理使叶绿素a、b的量均增加 C．蓝光处理对类胡萝卜素的合成无影响 D．蓝光对叶绿素b合成的作用更显著 【答案】C 【详解】A、无水乙醇用于提取光合色素，因其可溶解脂溶性色素，A正确； B、实验组叶绿素a（2.6＞2.3）、b（0.9＞0.7）均高于对照组，说明蓝光促进两者合成，B正确； C、表格未提供类胡萝卜素的相关数据，所以无法判断蓝光对类胡萝卜素是否有影响，C错误； D、叶绿素b增幅比例（0.2/0.7≈28.6%）高于叶绿素a（0.3/2.3≈13%），说明蓝光对叶绿素b作用更显著，D正确。 故选C。 【典例2】将某种植物置于高温环境 （HT）下生长一定时间后， 测定 HT 植株和生长在正常温度（CT）下的植株在不同温度下的光合速率， 结果如图。由图不能得出的结论是（    ） A．两组植株的 CO2吸收速率最大值接近 B．20℃时 CT 植株能积累有机物而 HT 植株不能 C．35℃时两组植株的净光合速率相等 D．HT 植株表现出对高温环境的适应性 【答案】B 【详解】A、由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3nmol•cm-2•s-1，A正确； B、由图可知，20℃时HT植株和CT植株的净光合速率都大于零，说明HT植株和CT植株都能积累有机物，B错误； C、CO2吸收速率代表净光合速率，由图可知35℃时两组植株的CO2吸收速率相等即净光合速率相等，C正确； D、由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。 故选B。 【典例3】光呼吸是植物利用光能，吸收O2并释放CO2的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT支路），如图虚线所示。 据图分析，下列推测不正确的是（　　） A．光呼吸时C5与O2的结合发生在叶绿体基质中 B．光呼吸利用的C，一部分可重新进入卡尔文循环 C．有GCGT支路的转基因植物发生了基因突变 D．GCGT支路可以降低碳损失从而提高光合效率 【答案】C 【详解】A、卡尔文循环的场所为叶绿体基质，图中光呼吸代谢支路利用卡尔文循环中的C5，故C5和O2的结合发生叶绿体基质中，A正确； B、GCGT支路中，甘油酸可转化为PGA，进而将碳重新回收进入卡尔文循环，B正确； C、转基因属于基因重组，C错误； D、光呼吸代谢支路（GCGT支路）可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环，利用于降低光呼吸消耗从而提高光合速率，D正确。 故选C。 【典例4】科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。 实验组别 光照时间（s） 放射性物质分布 1 2 大量3－磷酸甘油酸（三碳化合物） 2 20 多种磷酸化糖类 3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等 根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是（　　） A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段 B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布 C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类 D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等 【答案】C 【分析】光合作用整个过程中是合成有机物并储存光能的过程。具体过程分光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段中，色素吸收、传递光能，并将光能变为 ATP 活跃的化学能。暗反应过程中将 ATP 活跃的化学能转变成化合物中稳定的化学能。 【详解】A、本实验检测“三碳化合物”、“磷酸化糖类”、“氨基酸、有机酸等”的放射性，可推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段， A 正确； B、由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物，要想准确测定放射性物质分布，必须阻断后续的反应，即每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，B 正确； C、CO2进入叶绿体后，2s后在三碳化合物检测到放射性，说明最初形成的产物应该是三碳化合物， C 错误； D、第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类，还有氨基酸、有机酸等， D 正确。 故选C。 【典例5】下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是（    ） A．过程①不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质 C．④受阻时，②③的进行会加剧C₃积累对卡尔文循环的抑制 D．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程 【答案】C 【详解】A、过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和[H]，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和[H]，A正确； B、叶肉细胞中的卡尔文循环即碳循环发生在叶绿体基质，B正确； C、图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，C错误； D、在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖，D正确。 故选C。 能力1 呼吸电子传递和氧化磷酸化 在有氧呼吸第三阶段，NADH在酶的催化下释放电子和H+,电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列电子载体(蛋白质复合体)捕获和传递，最终与O2和H+结合生成了H2O,而线粒体内膜上的这些特殊蛋白质则利用电子给予的能量将线粒体基质中的H+泵入内膜和外膜的间隙，构建了跨膜的H浓度梯度。最终，H+沿着线粒体内膜上ATP合酶内部的通道流回线粒体基质，推动了ATP的合成。ATP合成过程中的磷酸化以电子传递为基础，两者偶联发生。 【典例1】在有氧呼吸第三阶段，线粒体内膜上的F0F1蛋白复合物可利用H+的跨膜运输驱动ATP的合成。当棕色脂肪细胞被肌苷激活时，线粒体内外膜间隙中的H+通过UCP1进入线粒体基质，最终有氧呼吸释放的热能明显增大。下列叙述错误的是（    ） A．②侧和线粒体内膜上含多种有氧呼吸相关的酶 B．有氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失 C．肌苷使棕色脂肪细胞有氧呼吸产生的ATP减少 D．降低UCP1基因的表达量有利于人体抵御寒冷 【答案】D 【详解】A、ATP可在线粒体内膜上合成，因此①侧为线粒体两层膜的间隙，②侧为线粒体内膜的内侧，即线粒体基质，在线粒体基质和线粒体内膜上含有有氧呼吸有关的酶，即②侧和线粒体内膜上含多种有氧呼吸相关的酶，A正确； B、有氧呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，少量转移到ATP中，B正确； C、当棕色脂肪细胞被肌苷激活时，线粒体内外膜间隙中的H+通过UCP1进入线粒体基质，使线粒体内膜两侧H+的浓度差减小，ATP合成减少，最终有氧呼吸释放的热能明显增大，C正确； D、降低UCP1基因的表达量可使有氧呼吸释放的热能明显减少，不有利于人体抵御寒冷，D错误。 故选D。 【典例2】BAT（褐色脂肪组织）细胞含有大量线粒体，具有分解脂肪和产热的功能，其数量及代谢异常与肥胖、衰老等现象相关。 (1)图1示有氧呼吸第三阶段，H+通过复合体I、Ⅲ、Ⅳ运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过_______（细胞结构）上的ATP合酶，生成大量ATP。 (2)图2为BAT细胞在寒冷刺激下增加产热的机制：产热复合体提高线粒体中Ca2+浓度→促进有氧呼吸第二阶段（三羧酸循环）→提高H+跨膜浓度梯度→_______→________、产热增加。 (3)产热复合体包含E、M和UCP1三种蛋白质。为研究三者的互作情况，构建了三种质粒，分别表达UCPI-HA融合蛋白、E-FLAG融合蛋白、M-FLAG融合蛋白，并获得了转入不同质粒组合的细胞。先利用抗HA抗体偶联磁珠对各组总蛋白进行收集，将收集的蛋白电泳，再分别用抗FLAG抗体与抗HA抗体进行检测，结果如图3。分析图2产热复合体中的A、B分别为______蛋白。 (4)BAT细胞在凋亡过程中会释放肌苷，与相关细胞膜上受体结合发挥作用。用肌苷处理健康BAT和WAT（白色脂肪细胞，主要储存脂肪），发现二者UCPI基因的表达量均显著提高。阐释BAT凋亡时释放肌苷的意义。_____ (5)ENT1是肌苷转运蛋白，在BAT细胞高表达。研究表明，抑制ENT1可以增加胞外肌苷水平，增强细胞产热能力。有人提出可通过抑制ENT1治疗肥胖，从稳态与平衡的角度评价该方案并说明理由。_____ 【答案】(1)线粒体内膜 (2) UCPl将H+运至线粒体基质，减小了膜两侧H+的跨膜浓度梯度 ATP合成比例减少 (3)M、E (4)BAT细胞凋亡时释放肌苷，可促进健康的BAT和WAT细胞UCPl基因表达而增加产热，从而维持机体的体温平衡 (5)有一定的合理性。抑制ENTl可提高胞外肌苷水平，促进BAT和WAT细胞有机物分解，增加产热，达到减重的效果。然而ENTl通过调节胞外肌苷水平，维持体温相对稳定，抑制ENTl可能破坏机体体温平衡的稳态 【详解】（1）在有氧呼吸第三阶段，从图1能看到，H+经复合体I、Ⅲ、Ⅳ被运到线粒体膜间隙后，会顺着浓度梯度通过线粒体内膜上的ATP合酶。这是因为线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，其上分布着与该阶段反应相关的酶和蛋白质等结构，H+通过这里的ATP合酶完成反应进而生成大量ATP 。 （2）从图2的信息来分析，产热复合体使线粒体中Ca2+浓度升高，推动有氧呼吸第二阶段（三羧酸循环）进行，使得H+跨膜浓度梯度增大。之后UCPl发挥作用，将H+运至线粒体基质，这样一来膜两侧H+的浓度梯度就减小了。而ATP的合成与H+的浓度梯度有关，浓度梯度减小，ATP合成比例就会减少，能量更多地以热能形式释放出来，从而产热增加。 （3）观察图3，在用抗FLAG抗体与抗HA抗体进行检测后的电泳图中，几乎没有UCPI-HA融合蛋白。这意味着与UCPI-HA融合蛋白相互作用的蛋白在电泳图上有明显体现，结合构建的三种质粒分别表达的融合蛋白来看，能与UCPI-HA融合蛋白相互作用的就是M-FLAG融合蛋白和E-FLAG融合蛋白，所以可以推断出产热复合体中的A、B分别为M、E蛋白。 （4）题目中明确提到，BAT细胞在凋亡过程中会释放肌苷，并且用肌苷处理健康的BAT和WAT细胞后，二者UCP1基因的表达量均显著提高。UCP1基因表达量提高会增加产热，而机体的体温需要维持在相对稳定的状态，BAT细胞凋亡时释放肌苷，可促进健康的BAT和WAT细胞UCPl基因表达而增加产热，从而维持机体的体温平衡。 （5）ENT1作为肌苷转运蛋白在BAT细胞中高表达。从有利方面看，抑制ENT1确实能够增加胞外肌苷水平，而胞外肌苷水平升高可以促进BAT和WAT细胞有机物分解，有机物分解过程中会释放能量，能量一部分用于合成ATP，一部分以热能形式散失，这样就增加了产热，进而有可能达到减重的效果，所以从这个角度讲，通过抑制ENT1治疗肥胖有一定的合理性。但从另一方面看，ENT1在正常情况下通过调节胞外肌苷水平，对维持体温相对稳定起着重要作用。一旦抑制ENT1，这种调节机制被破坏，就可能打破机体体温平衡的稳态，给机体带来不良影响。 能力2 光系统与电子传递链 1．捕光系统 捕光系统由数百个叶绿素等色素分子组成。这些色素分子有序地排列，使捕获的光能能够从一个叶绿素分子传递给另一个叶绿素分子，并最终将能量汇集到光系统的反应中心。这些能量可激发反应中心的叶绿素分子中的电子。 2．光系统Ⅱ 反应中心中少数处于特殊状态的叶绿素a,将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。失去电子的叶绿素分子在相关酶的作用下，获得水中的电子而恢复到稳定状态，水被氧化成氧气，并释放出H+。 3．光系统I 光系统I的色素吸收光能以后，产生一个高能电子，传送到铁氧还蛋白(一种相对分子质量较小的含有铁硫中心的蛋白质),最后到达NADP+,生成NADPH。至此，光合作用形成了还原力强大的物质NADPH和高能物质ATP,为二氧化碳的还原打下了基础。 4．电子传递链 反应中心叶绿素分子中被激发的电子，沿着类囊体膜中的一系列电子传递体转移，组成光合电子传递链。电子传递驱动类囊体膜内的质子泵，在类囊体膜的两侧建立了质子梯度。利用建立起的质子梯度，类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP。 【典例1】下图为高等植物叶绿体部分结构示意图，PSⅡ和PSI系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物，下列相关说法错误的是（    ） A．PSⅡ和PSI系统分布在高等植物叶绿体内膜上 B．H+向膜外转运过程释放的能量为合成ATP供能 C．PSⅡ和PSI系统中的蛋白质和光合色素属于脂溶性物质 D．如果e和H+不能正常传递给NADP+，暗反应的速率会下降 【答案】A 【详解】A、PSⅡ和PSI系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物，光合色素存在于类囊体薄膜上，且图示PSⅡ和PSI系统参与的过程是光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜，A错误； B、据图可知，H+向膜外转运过程释放的能量可作为ADP和Pi合成ATP的能量，B正确； C、PSⅡ和PSI系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物位于磷脂内部，故PSⅡ和PSI系统中的蛋白质和光合色素属于脂溶性物质，C正确； D、暗反应过程需要光反应提供的NADPH，据图可知，如果e和H+不能正常传递给NADP+，会影响NADPH的合成，进而导致暗反应的速率下降，D正确。 故选A。 【典例2】下图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，CF0、CF1构成ATP合酶。下列说法错误的是（　　） A．PSⅡ、PSⅠ内含易溶于有机溶剂的色素 B．小麦光合作用产生的O2被呼吸作用利用至少需要经过5层生物膜 C．PQ转运H+的过程需要消耗电子中的能量 D．图中ATP合酶合成的ATP只能为暗反应提供能量 【答案】D 【详解】A、PSⅡ、PSⅠ上含有吸收光能的色素，光合色素易溶于有机溶剂，A正确； B、光反应中水的光解产生的氧气是发生在叶绿体类囊体薄膜内，O2扩散到邻近的线粒体中被利用至少要经过类囊体膜、叶绿体和线粒体各两层膜，共5层膜，B正确； C、H+能通过PQ运输回到类囊体腔内，此过程为逆浓度梯度运输，需要消耗电子中的能量，C正确； D、图中ATP合酶合成的ATP并不止为暗反应提供能量，例如：当处于高光照和高氧低二氧化碳情况下，绿色植物可吸收氧气，消耗ATP，NADPH，分解部分C5并释放CO2，这个过程叫做光呼吸，此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和[H]又可以为暗反应阶段提供原料，D错误。 故选D。 能力3 特殊代谢类型 1．光呼吸 研究发现，植物叶肉细胞在强光、高浓度O₂条件下，存在吸收O₂、释放CO₂的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸。光呼吸在正常生长条件下会损耗25%～30%的光合产物，在高温干旱等逆境条件下损耗比例可高达50%。 （1）呼吸是怎样发生的? Rubisco是光合作用的关键酶之一，该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。CO2浓度较高时，该酶催化C5(RuBP)与CO2反应完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2结合产生三碳酸和乙醇酸(C2),C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环，如图。 （2）光呼吸有什么“利害”之处? ①害：光呼吸消耗C5,降低有机物产量。 ②利： 提供CO2：强光照下叶片部分气孔关闭，叶片内CO2浓度降低，光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应。 保护光合器官：光呼吸是一个耗能反应，可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉，从而避免对叶绿体的损害。 （3）如何改造植物减少光呼吸? 改造Rubisco,使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度等。 2．C4植物 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。干热条件下，C4植物的生化和结构提高了其利用CO2的效率，在不影响固定CO2的同时，缩小气孔、保存水分，在维管束鞘细胞中聚集CO2,有效抑制了Rubisco的氧合能力，减小了光呼吸。 3．CAM植物 CAM植物普遍存在于极干燥环境中。夜间，CO2被PEP羧化酶固定而形成草酰乙酸，而后形成苹果酸。苹果酸积聚在液泡中，可达到很高浓度。日间，苹果酸被转运出液泡，经脱羧生成CO2和丙酮酸，释放出的CO2经卡尔文循环形成糖类。CAM植物通过调节气孔的开放与关闭适应干旱的环境。在冷且相对较湿的晚上，气孔是开放的，保持最低程度的水流失，而允许CO2进入。在干热的白天，气孔则是关闭的，以阻止水分丢失，但此时苹果酸脱羧可以提供CO2。 【典例1】生长于热带干旱地区的景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．景天类植物白天气孔开放程度小，防止过度蒸腾作用 B．景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0 C．景天类植物在暗期不能将CO2转化为糖类等光合产物 D．景天类植物光期pH小于暗期，利于暗反应进行 【答案】D 【详解】A、分析图解可知，采用苹果酸代谢途径，景天类植物白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止景天类植物在白天过度蒸腾作用，大量散失水分，A正确； B、景天类植物白天气孔开放程度小，夜晚开放程度大，吸收的二氧化碳可以合成苹果酸，故景天类植物夜间CO2净吸收速率可能大于0，B正确； C、由于暗期没有光反应提供的ATP和NADPH，所以不能将CO2转化为糖类等光合产物，C正确； D、景天类植物CO2固定后能够在暗期转化为酸性物质储存起来，而光期苹果酸分解形成二氧化碳用于暗反应，故景天类植物光期pH大于暗期，D错误。 故选D。 【典例2】景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，景天科植物的CAM途径是一种特殊代谢方式：气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为CAM代谢途径示意图，下列叙述不正确的是（    ） A．景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质 B．景天科植物CO2固定的场所是细胞质基质、叶绿体基质 C．甲发生在白天，乙发生在夜晚 D．景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高，酶B活性低 【答案】C 【详解】AB、气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环，景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质， CO2固定的场所均是细胞质基质和叶绿体基质，AB正确； C、景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，甲过程气孔打开时，PEP 与外界进入的 CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸，发生在夜晚；乙过程表示气孔关闭时，苹果酸又可分解释放 CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环，发生在白天，C错误； D、景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，夜晚合成苹果酸，因此甲过程比较旺盛，酶A活性高，酶B活性低，D正确。 故选C。 热点情境01 突破光合作用的“低效”瓶颈 情境解读： 这是目前植物生理学和农业科学最激动人心的领域。科学家们正在尝试“修复”植物光合作用中天生的浪费环节。 （1） 改造 Rubisco 酶与引入“二氧化碳泵”：Rubisco 酶是光合作用中固定二氧化碳的关键，但它效率很低，还容易错抓氧气引发“光呼吸”浪费能量。2025年，MIT团队和中国科学院团队都在尝试将蓝细菌或藻类的高效机制引入作物。例如，通过基因编辑将蓝细菌的 Rubisco 基因导入植物，并构建“羧酶体”来富集二氧化碳，使烟草的固碳速率提升了 40%，生物量增加1.5倍。 （2） “碳正性”光呼吸旁路 (变废为宝)：传统光呼吸会消耗植物30%-50%的光合产物，被视为“能量漏洞”。中国农业科学院团队在水稻中引入了一条全新的丙醇二酰辅酶A代谢路径。这不仅是减少了碳损失，更是实现了光呼吸由“负”转“正”—在代谢过程中额外固定了二氧化碳。田间试验显示，这种水稻生物量提升了17%，籽粒产量增加了20%以上。 （3）向海洋藻类“借光”：颗石藻和硅藻拥有比陆地植物更强大的捕光天线（FCP）。科学家发现颗石藻的光系统能量转化效率接近 100%（量子效率）。目前的研究热点是解析这些藻类的结构（如斐波那契数列排布的捕光天线），试图将这种高效的“光合发动机”设计原理应用到农作物中。 典型例题：（2025·北京海淀·一模）科研人员以作物甲为材料，探索利用生物工程技术提高光合效率的途径。 (1)图1是作物甲叶肉细胞中部分碳代谢过程的示意图。 图1中，叶绿体中R酶既催化CO2固定，也在某些条件下，催化C3和O2反应生成1分子C3和1分子2-P-乙醇酸，后者生成具有一定毒性的乙醇酸。乙醇酸可通过叶绿体外代谢途径Ⅰ合成丝氨酸，后者是组成_______________的基本单位。 (2)利用转基因技术将某种藻类编码乙醇酸脱氢酶（A酶）的基因、某种细菌编码天冬氨酸醛缩酶（B1酶）的基因、天冬氨酸脱氢酶（B2酶）的基因、乙醛酸-谷氨酸转氨酶（C酶）的基因和乙醛酸-天冬氨酸转氨酶（D酶）的基因转入作物甲，与原有的途径I相连，在叶绿体中分别建立了两个乙醇酸代谢旁支途径，即图2中的代谢途径Ⅱ和途径Ⅲ。 ①将编码上述4种酶的基因转入作物甲，能够实现的目的是：利用途径Ⅱ或途径Ⅲ，通过A酶_______________，降低叶绿体基质中该物质的含量，避免在叶绿体积累；同时还能减少_______________，提高光合效率。 ②构建作物甲中乙醇酸代谢旁支途径的技术流程是： 流程一：鉴定乙醇酸代谢旁支的相关酶基因→分别构建相关酶基因和荧光蛋白 基因融合的表达载体→分别导入叶肉细胞→检测表达载体的荧光与叶绿体的荧光。 流程二：将含有相关酶基因的表达载体共同导入叶肉细胞→分别建立相应的乙醇 酸代谢旁支途径。 流程一的目的是确定_________________；流程二的检测指标是叶肉细胞中相关酶的表达量及_______________的含量变化。 (3)在叶绿体中新构建的两条乙醇酸代谢旁支途径中，途径Ⅱ优于途径Ⅲ，请阐述理由__________。 【答案】(1)蛋白质 (2) 催化乙醇酸转化 碳丢失(或“碳以 CO2的形式逸散”） 相关酶均定位于叶肉细胞的叶绿体处 乙醛酸、甘氨酸和丝氨酸 (3)途径Ⅱ还能固定更多的氮 【详解】（1）蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的，丝氨酸是构成蛋白质的基本单位之一。 （2）①将编码上述4种酶的基因转入作物甲，目的是利用途径Ⅱ或途径Ⅲ，通过A酶等相关酶的作用，将乙醇酸转化为其他物质，从而降低叶绿体基质中乙醇酸的含量，避免其在叶绿体积累。因为乙醇酸具有一定毒性，其积累会对光合作用产生不利影响，降低乙醇酸含量同时还能减少碳的丢失，进而提高光合效率。 ②过程一的目的是确定相关酶基因是否成功导入叶肉细胞并且定位是否正确，即确定相关酶基因是否导入叶绿体（通过检测表达载体的荧光与叶绿体的荧光是否重合等判断）。过程二的检测目标是叶肉细胞中相关酶的表达量以及乙醇酸等代谢产物如乙醛酸、甘氨酸和丝氨酸的含量变化，以了解新构建的乙醇酸代谢旁交途径是否正常发挥作用以及对代谢产物含量的影响。 （3）由图可知，叶绿体中新构建的两条乙醇酸代谢旁交途径中，途径Ⅱ优于途径Ⅲ，因为途径Ⅱ还能固定更多的氮。 01 细胞呼吸的过程及影响因素 1．（2025·北京东城·二模）真核细胞正常的生理功能与生物膜的完整性密切相关。下列说法错误的是（    ） A．内质网和高尔基体膜受损会影响蛋白质的正常折叠 B．线粒体内膜受损会导致有氧呼吸的第三阶段受阻 C．类囊体膜受损会导致叶绿体内NADP+和ADP含量降低 D．溶酶体膜受损会导致细胞无法消化衰老、损伤的细胞器 【答案】C 【详解】A、内质网和高尔基体是蛋白质合成和加工的场所，若内质网和高尔基体膜受损会影响蛋白质的正常折叠，A正确； B、线粒体内膜向内折叠形成嵴增大了酶的附着面积，有氧呼吸的第三阶段在线粒体内膜上进行，若线粒体内膜受损会导致有氧呼吸的第三阶段受阻，B正确； C、类囊体膜受损会影响光合作用光反应的进行，使ATP和NADPH生成减少，进而导致叶绿体内NADP+和ADP含量升高，C错误； D、溶酶体中含有多种水解酶，能分解衰老、损伤的细胞器，若溶酶体膜受损则会导致细胞无法消化衰老、损伤的细胞器，D正确。 故选C。 2．（2025·北京顺义·一模）Y蛋白主要存在于肿瘤细胞线粒体的内外膜间隙，可与丙酮酸转运蛋白相互作用，抑制丙酮酸进入线粒体。相关叙述正确的是（    ） A．丙酮酸转运蛋白主要分布于线粒体基质 B．丙酮酸可在肿瘤的细胞质基质中转化为乳酸 C．推测肿瘤细胞主要依靠有氧呼吸第三阶段供能 D．敲除Y基因的肿瘤细胞耗氧速率明显降低 【答案】B 【详解】A、丙酮酸转运蛋白的作用是将丙酮酸从细胞质基质转运至线粒体基质，其位于线粒体内膜，而非线粒体基质中，A错误； B、Y蛋白抑制丙酮酸进入线粒体，导致丙酮酸无法参与线粒体内的有氧呼吸（如柠檬酸循环）。此时，肿瘤细胞通过无氧呼吸（糖酵解）在细胞质基质中将丙酮酸转化为乳酸，以维持能量供应，B正确； C、有氧呼吸第三阶段（氧化磷酸化）依赖前两阶段的产物（如NADH和FADH₂）。若丙酮酸无法进入线粒体，则柠檬酸循环无法进行，第三阶段反应物不足，肿瘤细胞主要依赖糖酵解（无氧呼吸）供能，而非有氧呼吸第三阶段，C错误； D、敲除Y基因后，Y蛋白的抑制作用解除，丙酮酸可正常进入线粒体参与有氧呼吸，线粒体耗氧速率应升高而非降低，D错误。 故选C。 3．（2024·北京朝阳·二模）肺炎克雷伯菌（Kpn）存在于某些人群的肠道中，可通过细胞呼吸不断产生大量乙醇，引起内源性酒精性肝病。下列叙述正确的是（    ） A．Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生大量ATP B．Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能全部转化为活跃的化学能 C．乳酸菌、酵母菌、Kpn都可以引起内源性酒精性肝病 D．高糖饮食可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情 【答案】D 【详解】A、Kpn在细胞质基质中将丙酮酸转化为乙醇并产生少量ATP，A错误； B、Kpn无氧呼吸使有机物中稳定的化学能少部分转化为活跃的化学能，大部分储存在有机物中，B错误； C、乳酸菌无氧呼吸产生乳酸，不能引起内源性酒精性肝病，C错误； D、高糖饮食会为无氧呼吸产生大量的能量，可能会加重内源性酒精性肝病患者的病情，D正确。 故选D。 4．（2024·北京西城·二模）线粒体正常的形态和数量与其融合、裂变相关，该过程受DRP-1和FZO-1等基因的调控。衰老过程中，肌肉细胞线粒体形态数量发生变化、线粒体碎片化增加。下图是研究运动对衰老线虫肌肉细胞线粒体影响的结果。说法正确的是（    ） 注：颜色越深代表细胞中线粒体碎片化程度越高，drp-1、fzo-1代表相关基因突变体 A．线粒体是细胞合成ATP的唯一场所 B．运动可减缓衰老引起的线粒体碎片化 C．敲除DRP-1基因会加重线粒体碎片化 D．线粒体融合与裂变不是运动益处所必需 【答案】B 【详解】A、除了线粒体可以产生ATP外，线虫肌肉细胞中细胞质基质也可以产生ATP，A错误； B、根据图示信息，颜色越深代表细胞中线粒体碎片化程度越高，无论是10日龄，还是5日龄，运动组与对照组相比较，线粒体的碎片化细胞比例均降低，说明运动可减缓衰老引起的线粒体碎片化，B正确； C、依据图示信息，DRP-1基因突变体，与野生型相比较，线粒体碎片化细胞比例上升，说明DRP-1基因突变会加重线粒体碎片化，但并不能得出敲除DRP-1基因会加重线粒体碎片化的结论，C错误； D、由野生型实验可以看出，无论是10日龄，还是5日龄，运动组与对照组相比较，线粒体的碎片化细胞比例均降低，说明运动可减缓衰老引起的线粒体碎片化，但是线粒体融合与裂变是否为运动益处所必需，无法判断，D错误。 故选B。 5．（2024·北京海淀·一模）新生无毛哺乳动物体内存在一种含有大量线粒体的褐色脂肪组织， 褐色脂肪细胞的线粒体内膜含有蛋白质U。蛋白质U不影响组织细胞对氧气的利用， 但能抑制呼吸过程中ADP 转化为ATP。据此推测当蛋白质U发挥作用时（    ） A．葡萄糖不能氧化分解 B．只在细胞质基质中进行无氧呼吸 C．细胞中会积累大量的 ATP D．可大量产热， 维持体温 【答案】D 【详解】A、由题意可知，当蛋白质U发挥作用时抑制呼吸过程中ADP 转化为ATP，但葡萄糖在细胞质基质中被氧化分解，释放一定的能量，A错误； B、有氧呼吸的第一阶段的反应也是在细胞质基质中发生的，B错误； C、当蛋白质U发挥作用时抑制呼吸过程中ADP 转化为ATP，细胞中不会积累大量的ATP，实际上细胞中ATP的含量很少，C错误； D、当蛋白质U发挥作用时，线粒体内膜上ATP的合成速率下降，代谢反应释放的能量转化为热能的比例增加，维持体温，D正确。 故选D。 02 光合作用过程中物质与能量的变化 6．（2025·北京丰台·二模）研究表明，光照强度改变会影响超级稻叶绿体的结构，相关数据如下表。下列叙述错误的是（　　） 品种 光强 叶绿素含量（g·m-2） 基粒数（个） 基粒厚度（μm） 基粒片层数（层） 超级稻 100% 0.43 20 0.25 10 25% 0.60 12 0.50 20 A．吸收光能的色素和光合作用相关酶均分布在类囊体膜上 B．光反应阶段产生的ATP和NADPH均为暗反应提供能量 C．弱光下超级稻叶绿素含量、基粒厚度和片层数均增加 D．弱光下超级稻通过调整叶绿体结构以增强适应性 【答案】A 【详解】A、光合作用的场所是叶绿体的类囊体膜和叶绿体基质，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体膜上，但是光合作用相关的酶分布在类囊体膜和叶绿体基质上，A错误； B、还原阶段（C3的还原）需要消耗光反应阶段产生的ATP和NADPH，并储存能量，B正确； C、根据表格数据可知弱光（25%）下超级稻叶绿素含量、基粒厚度和片层数相对光强为100%均有增加，C正确； D、植物体能后在逆境下调整自身生理结构或者调节光能在叶片上的去向进行自我保护，所以弱光或强光条件下，超级稻都可通过调整叶绿体结构以增强适应逆境的能力，到这种能力也是有限的 ，D正确。 故选A。 7．（2025·北京丰台·一模）在单细胞佐夫色绿藻中，外源葡萄糖（Glc）的存在会导致光合作用关闭，该过程依赖于己糖激酶（HXK1）。下图表示铁缺乏和铁充足对细胞代谢的影响。相关叙述错误的是（    ） A．佐夫色绿藻既能自养也能异养 B．细胞内Fe的分配对叶绿体的结构无影响 C．在Fe限制条件下细胞会优先进行呼吸作用 D．铁元素缓解了由葡萄糖介导的光合作用抑制 【答案】B 【详解】A、佐夫色绿藻能进行光合作用，这体现了自养的能力；同时外源葡萄糖（Glc）的存在会导致光合作用关闭，说明它也能利用外源葡萄糖，即具有异养能力。所以佐夫色绿藻既能自养也能异养，A正确； B、从图中可以看到，铁元素在细胞内有不同的分布情况，且铁元素与光合作用等过程相关联。铁元素是一些与光合作用相关的酶等物质的组成成分，其在细胞内的分配会影响到相关物质的合成和功能，进而对叶绿体的结构和功能产生影响。所以细胞内Fe的分配对叶绿体的结构是有影响的，B错误； C、在Fe限制条件下，图中显示外源葡萄糖（Glc）进入细胞后，通过己糖激酶（HXK1）相关途径，会导致光合作用关闭，更多地进行呼吸作用相关过程。这表明在Fe限制条件下细胞会优先进行呼吸作用，C正确； D、对比Fe缺乏和Fe充足的情况，在Fe充足时，即使有外源葡萄糖（Glc）存在，对光合作用的抑制作用相对较弱，说明铁元素缓解了由葡萄糖介导的光合作用抑制，D正确。 故选B。 8．（2024·北京昌平·二模）蓝细菌的光合作用过程需要较高浓度CO2，而空气中的CO2浓度一般较低，蓝细菌具有CO2浓缩机制如下图所示。研究还发现，R酶能催化O2与C5结合形成C3和C2，O2和CO2竞争性结合R酶同一位点。相关叙述正确的是（    ） A．CO2以协助扩散方式通过光合片层膜 B．R酶可抑制CO2固定，减少有机物积累 C．浓缩机制可提高CO2与R酶的结合率 D．转入转运蛋白基因后光合速率减小 【答案】C 【详解】A、依题意，图示为蓝细菌的CO2浓缩机制，据图可知，CO2进入光合片层膜要依赖CO2转运蛋白，同时消耗能量。因此，CO2以主动运输的方式通过光合片层膜，A错误； B、依题意，O2和CO2竞争性结合R酶同一位点，CO2浓缩机制可提高R酶周围CO2浓度。因此，当R酶周围CO2浓度高时，CO2与R酶的结合率高，促进CO2固定，提高光合作用速率；当R酶周围O2浓度高时，O2与R酶的结合率高，抑制CO2固定，降低光合作用速率，B错误； C、依题意，O2和CO2竞争性结合R酶同一位点，浓缩机制可提高R酶周围CO2浓度，提高CO2与R酶的结合率，C正确； D、转入 HCO3−转运蛋白基因后，膜上 HCO3−转运蛋白量增加，为暗反应提供的CO2增加，暗反应速率增加，促使光反应速率增加，从而使光合速率增加，D错误。 故选C。 9．（2024·北京丰台·二模）2021年我国科学家首次将CO2人工转化为淀粉，对实现碳中和意义重大。下列相关叙述正确的是（　　） A．将CO2人工转化为淀粉的过程不需要额外输入能量 B．生物群落与非生物环境之间的碳循环离不开分解者 C．群落演替相对稳定后植物吸收与释放CO2速率大致相等 D．该技术应用将使我们不再需要植树造林和寻找清洁能源 【答案】B 【详解】A、将CO2人工转化为淀粉的过程是吸能反应，需要额外输入能量，A错误； B、分解者可以把有机物分解为无机物，所以生物群落与非生物环境之间的碳循环离不开分解者，B正确； C、群落演替相对稳定后植物吸收CO2速率与所有生物释放的CO2大致相等，C错误； D、该技术应用依然离不开我们的植树造林和寻找清洁能源实现碳中和，D错误。 故选B。 10．（2025·北京东城·一模）将玉米的P基因导入水稻后，测得不同光照强度下转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率，结果如下图。下列叙述错误的是（　　） A．转入的P基因可以提高水稻的气孔导度 B．光照强度为4时，气孔导度是限制原种水稻光合速率的主要因素 C．光照强度为8时，两种水稻的真光合速率约为25μmol·m-2·s-1 D．转基因水稻比原种水稻更适宜栽种在光照强度较强的环境中 【答案】B 【详解】A、观察左图，在相同光照强度下，转基因水稻的气孔导度相对值普遍高于原种水稻。所以转入的P基因可以提高水稻的气孔导度，A正确； B、光照强度为4时，原种水稻光合速率随光照强度增加而增加，说明此时光照强度是限制原种水稻光合速率的主要因素，而非气孔导度（如果是气孔导度限制，增加光照强度光合速率不会增加），B错误； C、右图纵坐标为CO₂吸收速率（代表净光合速率），从图中可知光照强度为8时，两种水稻净光合速率约为20μmol·m⁻²·s⁻¹ 。从图中可知原种水稻和转基因水稻呼吸速率约为5μmol·m⁻²·s⁻¹ （光照强度为0时CO₂释放速率）。根据真光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率，可得真光合速率约为20 + 5 = 25μmol·m⁻²·s⁻¹ ，C正确； D、观察右图，在光照强度较强（大于8）时，转基因水稻的光合速率明显高于原种水稻，所以转基因水稻比原种水稻更适宜栽种在光照强度较强的环境中，D正确。 故选B。 03 影响光合作用的因素 11．（2024·北京西城·一模）图a为三角叶滨藜和野姜的光合作用相关曲线，图b为长期在一定光强下生长的两株三角叶滨藜的光合作用相关曲线，相关说法错误的是（    ） A．野姜能够在较低光照强度下达到其最大光合速率 B．相同光照强度下三角叶滨藜净光合速率大于野姜 C．PAR＞800时增加CO2可能会提高野姜光合速率 D．图b表明叶片的光合作用特性与其生长条件有关 【答案】B 【详解】A、分析图a可知，当PAR＞800时，野姜的净光合速率不再变化，而三角叶滨藜的净光合速率依然在上升，因此野姜能够在较低光照强度下达到其最大光合速率，A正确； B、分析图a可知，当光照强度较弱时，相同光照强度下三角叶滨藜净光合速率小于野姜；当光照强度较强时，相同光照强度下三角叶滨藜净光合速率大于野姜，B错误； C、当PAR＞800时，野姜净光合速率不再变化，此时光照强度不再是限制因素，增加CO2可能会提高野姜光合速率，C正确； D、分析图b可知：光下生长的三角叶滨藜光饱和点（光合速率达到最大值时所需要的最小光照强度）更大，表明叶片的光合作用特性与其生长条件有关，D正确。 故选B。 12．（2025·北京朝阳·二模）研学小组成员将某种大型绿藻的叶状体剪成大小相同的小段，以相同时间内从水下上浮的叶状体小段数量为指标，探究温度对其光合作用强度的影响，结果如图。相关叙述正确的是（    ） A．叶状体中CO2的减少导致其上浮 B．4℃条件下该绿藻叶状体无法进行光合作用 C．各组实验应在CO2浓度较高且相同的水中进行 D．增加光照强度可使得各组叶状体小段上浮数量均增加 【答案】C 【详解】A、叶状体上浮是因为光合作用产生氧气，使叶状体浮力增大，而非CO2减少，A错误； B、4℃条件下叶状体小段有上浮，说明能进行光合作用，只是强度较弱，B错误；   C、探究温度对光合作用强度的影响，CO2浓度是无关变量，应保持相同且较高，以排除其对实验结果的干扰，C正确；   D、不同温度下光合作用的最适光照强度可能不同，增加光照强度不一定使各组叶状体小段上浮数量均增加，D错误。    故选C。 13．（2025·北京·模拟预测）使用打孔器打出圆形小叶片若干个，向装满水的注射器中加入圆形小叶重复抽拉以排出叶片中气体。将圆形叶片随机分组后放入清水中，分别放置不同距离的光源，记录、统计每组圆形小叶浮起水面所需时间均值。关于本实验的说法中，错误的是（    ） A．小叶浮起的原因是由于光合作用产生O2所致 B．距离光源越远的组小叶浮起所需时间越长 C．使用苏打水代替清水后，小叶浮起所需时间变短 D．水温越高小叶浮起所需时间越来越短 【答案】D 【详解】A、叶片在光下进行光合作用产生氧气，氧气积累在叶片细胞间隙等部位，使叶片浮力增大从而浮起，A正确； B、距离光源越远，光照强度越弱，光合作用强度相对越低，产生氧气的速率越慢，所以小叶浮起所需时间越长，B正确； C、苏打水（碳酸氢钠溶液）能提供二氧化碳，二氧化碳是光合作用的原料，在一定范围内增加二氧化碳浓度可增强光合作用，使产生氧气的速率加快，小叶浮起所需时间变短，C正确； D、在一定范围内，温度升高会使光合作用相关酶的活性增强，光合作用速率加快，小叶浮起所需时间变短；但当温度过高时，会使酶的活性降低甚至失活，光合作用速率下降，小叶浮起所需时间变长，并不是水温越高小叶浮起所需时间就越短，D错误。 故选D。 14．（2025·北京房山·一模）环境因素对两种植物光合作用的影响如图所示。下列相关叙述正确的是（    ） A．光照强度大于p时，两种植物均能正常生长 B．光照强度为r时，两种植物单位时间内固定的CO2量相同 C．适当提高温度，则图1中a、b之间的差值会变小 D．呼吸作用较弱的是植物1，更适合林下种植的是植物2 【答案】C 【详解】A、在图1中，光照强度大于p时，植物2的净光合速率大于0，能正常生长；但植物1的净光合速率在光照强度大于p后有一段小于0，不能正常生长，A错误； B、光照强度为r时，两种植物的净光合速率相等。净光合速率=总光合速率 - 呼吸速率，由于两种植物的呼吸速率不同（从图1中与纵轴交点可知，植物1呼吸速率大于植物2），所以总光合速率（单位时间固定的CO₂量）不相等，B错误； C、图1中a、b之间的差值代表植物1和植物2在相同光照强度下的净光合速率差值。从图2可知，在温度为M时，植物1的净光合速率相对较高，适当提高温度，植物1净光合速率下降幅度可能比植物2大，那么a、b之间的差值会变小，C正确； D、从图1中与纵轴交点可知，植物1的呼吸作用强度大于植物2；植物2在较低光照强度下净光合速率大于0，更适合在光照较弱的林下种植，D错误。 故选C。 15．（2024·北京朝阳·一模）科研人员将某种滨藜分为两组，A组置于昼夜温度为23℃/18℃的环境中，该温度与其原生长区温度一致，B组置于昼夜温度为43℃/30℃的环境中。生长一段时间后，测定两组滨藜在不同温度下的光合速率，结果如图。相关叙述不合理的是（　　） A．图中数据显示相同温度条件下A组滨藜的有机物积累速率均高于B组 B．温度过高会通过提高酶的活性和气孔开放程度等机制使光合速率下降 C．B组滨藜的最适温度高于A组说明滨藜对高温环境有一定的适应能力 D．推测将原生长区的滨藜引种到炎热地区后可能会出现生长缓慢等现象 【答案】B 【详解】A、图中数据显示相同温度条件下A组滨藜的有机物积累速率（图像中纵坐标为CO2吸收速率，繁反应的是净光合速率，也可用有机物积累速率表示）均高于B组，A正确； B、温度过高会通过降低酶的活性和气孔开放程度等机制使光合速率下降，B错误； C、从图中曲线可知B组滨藜的最适温度高于A组，而A组置于昼夜温度为23℃/18℃的环境中，该温度与其原生长区温度一致，B组置于昼夜温度为43℃/30℃的环境中，故说明滨藜对高温环境有一定的适应能力，C正确； D、B组滨藜处理温度高于A组，其净光合速率低于A组，推测将原生长区的滨藜引种到炎热地区后可能会出现生长缓慢等现象，D正确。 故选B。 1．（2023·北京平谷·一模）为研究肠道菌群在有氧运动能力中的作用，用生理盐水溶解抗生素Abx后，灌入小鼠肠胃中，检测小鼠在跑步机上的运动表现，结果如图。下列分析错误的是（    ） A．对照组用相同剂量的生理盐水灌入小鼠肠胃 B．小鼠有氧呼吸产生CO2的阶段需要氧气的参与 C．Abx清除肠道菌群应用了变量原则的“减法原理” D．结果表明肠道菌群促进了小鼠的有氧运动能力 【答案】B 【详解】A、这是对照实验，实验组用用生理盐水溶解抗生素Abx后灌入小鼠肠胃中，则对照组应用相同剂量的生理盐水灌入小鼠肠胃，A正确； B、小鼠有氧呼吸有三个阶段，产生CO2的阶段是有氧呼吸的第二阶段，而需要氧气参与的阶段是有氧呼吸第三阶段，B错误； C、Abx能清除肠道菌群，与正常相比减少了“肠道菌群”这种因素， 应用了变量原则的“减法原理”，C正确； D、通过图中结果显示：Abx组比正常组的平均运动距离更短，说明肠道菌群能促进小鼠的有氧运动能力，D正确。 故选B。 2．（2024·北京·模拟预测）为了给引种栽培提供理论依据，研究者测量了常绿乔木深山含笑在不同季节的净光合速率（Pn）的日变化（见下图）。下列相关叙述，不正确的是（    ） A．可以用CO2的吸收速率作为Pn的检测指标，其值越大表明植物生长越快 B．左图夏季的Pn日变化为双峰曲线，是因为雨水充沛和中午光强过大 C．据图分析，推测夏季Pn最高的原因之一是夏季光照强度最高 D．秋冬光合有效辐射减弱，可以适当修剪枝叶以减少物质能量消耗 【答案】B 【详解】A、可以用CO2的吸收速率代表净光合速率的数值，其值越大表明净光合速率越大，积累量越多，植物生长越快，A正确； B、左图夏季的Pn日变化为双峰曲线，是因为雨水充沛和中午光强过大，温度适宜等诸多环境因素影响，B错误； C、据图分析，推测夏季Pn最高的原因之一是夏季光照强度最高，光照强度不是唯一因素，例如还有温度等影响因素，C正确； D、秋冬光合有效辐射减弱，可以适当修剪枝叶以减弱呼吸作用，减少物质能量消耗，D正确。 故选B。 3．（2024·北京海淀·二模）环境适宜的条件下，研究人员测定某植物在不同温度下的净光合速率、气孔开放程度及胞间CO2浓度，结果如下图。下列叙述不正确的是（　　） A．胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用 B．5℃时，胞间CO2浓度较高的原因可能是光合作用相关酶的活性较低 C．叶温在30℃~40℃时，净光合速率下降主要是叶片气孔关闭所致 D．30℃下单位时间内有机物的积累量最大 【答案】C 【详解】A、胞间CO2进入叶肉细胞叶绿体基质被光合作用暗反应利用，被C5固定为C3，A正确； B、5℃时，可能由于光合作用相关酶的活性较低，导致光合速率下降，胞间CO2浓度较高，B正确； C、叶温在30℃~40℃时，气孔开放程度上升，胞间CO2上升，即CO2充足，不是净光合速率下降的主要原因，可能是由于高温导致酶部分失活，C错误； D、30℃下净光合速率最大，单位时间内有机物的积累量最大，D正确。 故选C。 4．（2024·北京东城·一模）研究人员在适宜光强和黑暗条件下分别测定发菜放氧和耗氧速率随温度的变化，绘制曲线如图所示。下列叙述错误的是（　　） A．发菜生长的最适温度是25℃左右 B．30℃时净光合速率是150μmol/（mg·h） C．35℃时光合作用速率等于呼吸作用速率 D．在放氧和耗氧的过程中都有ATP的产生 【答案】C 【详解】A、发菜的生长状况取决于净光合速率，根据图示信息，发菜在25℃左右放氧速率最大，即发菜生长的最适温度是25℃左右，A正确； B、30℃时发菜的放氧速率是150μmol/（mg·h），放氧速率表示净光合速率，所以30℃时净光合速率是150μmol/（mg·h），B正确； C、35℃时两曲线相交，由于放氧速率表示净光合速率，耗氧速率表示呼吸速率，所以该温度下净光合作用速率等于呼吸作用速率，C错误； D、放氧速率表示净光合速率，耗氧速率表示呼吸速率，细胞呼吸和光合作用过程均有ATP的产生，D正确。 故选C。 5．（2023·北京通州·三模）甲醛（HCHO）是室内空气污染的主要成分之一，室内栽培观赏植物常春藤能够清除一定浓度范围内的甲醛污染，具体过程如图（其中Hu6P、Ru5P是中间产物），以下叙述错误的是（    ） A．采用同位素示踪法研究碳元素转移路径 B．甲醛可作为碳源参与常春藤的光合作用 C．常春藤分解甲醛的酶分布在叶绿体基质 D．常春藤光合作用强度与甲醛浓度成正比 【答案】D 【详解】A、同位素示踪法是利用放射性核素或稀有稳定核素作为示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法，故采用同位素示踪法研究碳元素转移路径例如14C，A正确； B、据图可知，甲醛经过图示过程可以产生二氧化碳供给常春藤的光合作用，B正确； C、据图分析可知，常春藤分解甲醛的过程发生在叶绿体基质，所以分解甲醛的酶分布在叶绿体基质，C正确； D、室内栽培观赏植物常春藤能够清除一定浓度范围内的甲醛污染，不能判断常春藤光合作用强度与甲醛浓度成正比，D错误。 故选D。 6．（2025·北京房山·一模）动物体内的白色脂肪细胞（WAT）转化为棕色脂肪细胞（BAT）即白脂棕色化，可促进脂肪消耗，增加产热，提高瘦肉率。 (1)图1所示为有氧呼吸第_____阶段，H+通过复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ转运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过_____（细胞结构）上的ATP合酶，生成大量ATP。 (2)图2是小鼠WAT和BAT细胞结构模式图，请分析图1、图2回答问题。 ①从结构和功能相适应的角度分析，白脂棕色化之后产热效率提高的原因_____。 ②N9是复合体Ⅰ上的亚基，通过调节NAD+/NADH平衡提高白脂棕色化相关基因UCP的表达，促进白脂棕色化，进而_____使机体产热增加，加速脂肪消耗补充能量。 (3)线粒体的脱氢酶DLD可促进白脂棕色化，为探究DLD与N9的关系，进行相关实验。 ①将含DLD基因或含N9基因的过表达载体按不同组合转入细胞中，图3结果说明_____。 ②利用免疫共沉淀技术研究DLD与N9的互作情况，构建两种重组质粒分别表达Flag-DLD融合蛋白、His-N9融合蛋白，并获得转入不同质粒组合的细胞。先利用抗体甲偶联磁珠对各组总蛋白进行收集，将收集的蛋白电泳，再分别用抗体乙与抗体丙进行检测，结果如图4．实验结果表明DLD与N9存在互作，请根据实验步骤及结果选择对应位置的抗体。 甲：_____乙：_____丙：_____ A．抗Flag抗体    B．抗His抗体    C．抗UCP抗体    D．无关抗体 (4)DLD基因在哺乳动物中具有保守性，有人提出可通过研发药物提高DLD基因表达，达到减肥效果。请从稳态与平衡的角度辩证评价该方案并说明理由_____。 【答案】(1) 三 线粒体内膜 (2) 巨大脂肪滴变为许多小脂肪滴，相对表面积增大易于氧化分解产热；线粒体数量增多，产热增加 使H+通过UCP转运至线粒体基质（减小了H+跨膜浓度梯度），减少ATP合成占比 (3) DLD增强了N9对UCP表达的促进作用 A B A (4)合理：提高DLD含量可与N9结合共同促进白脂棕色化相关基因UCP基因表达，促进白脂棕色化，消耗更多脂肪，达到减肥效果。不合理：UCP基因表达水平提高后会增加产热，可能会破坏机体体温平衡的稳态。 【详解】（1）有氧呼吸分为三个阶段，第三阶段产生大量ATP，且图中显示H⁺通过复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ转运至线粒体膜间隙，并能形成浓度梯度通过一定结构上的ATP合酶生成大量ATP，这个结构是线粒体内膜。 （2）①从结构和功能相适应角度看，白色脂肪细胞转化为棕色脂肪细胞后产热效率提高，原因是白色脂肪细胞中脂肪滴大，相对表面积小，氧化分解产热少；而棕色脂肪细胞中脂肪滴小而多，相对表面积大，线粒体数量多，产热增加。 ②N 型复合体Ⅰ上的亚基，通过调节 NAD⁺ - NADH 平衡来调控白色脂肪相关基因 UCP 的表达，促进白色脂肪棕色化，使H+通过UCP转运至线粒体基质（减小了H+跨膜浓度梯度），减少ATP合成占比，进而会使机体产热增加，加速脂肪消耗补充能量。 （3）①将含 DDX 基因或含 N 基因的过表达载体分别导入细胞中，从图中结果可知，DDX 基因过表达会促进 N 基因表达，因为含 DDX 基因过表达载体的组中 N 蛋白含量明显高于对照组和含 N 基因过表达载体组。 ②利用免疫共沉淀技术研究 DDX 与 N 的相互作用，构建两种重组质粒分别表达 Flag - DDX 融合蛋白、His - N 融合蛋白，并获得转入不同质粒组合的细胞。在免疫共沉淀实验中，构建了表达Flag - DLD融合蛋白和His - N9融合蛋白的重组质粒。利用抗体甲偶联磁珠收集各组总蛋白，这里抗体甲要能特异性结合Flag - DLD融合蛋白，所以抗体甲应该是抗Flag抗体，因为抗Flag抗体可以识别并结合带有Flag标签的蛋白。收集蛋白后进行电泳，再用抗体乙检测。由于要检测His - N9融合蛋白，所以需要能与His标签结合的抗体，即抗His抗体，它可以识别并检测出带有His标签的N9蛋白。用抗体丙检测，从实验目的是验证DLD与N9存在互作，前面已经用抗His抗体检测到了N9蛋白，如果DLD与N9有互作，那么与抗Flag抗体结合的DLD - Flag融合蛋白会“拉”着His - N9融合蛋白一起被检测到，所以抗体丙也应该是抗Flag抗体，再次检测DLD - Flag融合蛋白，进一步验证互作关系。 （4）从稳态与平衡角度辩证评价通过研发药物提高DLD基因表达以达到减肥效果的方案。合理方面，根据前面实验可知DLD可与N9结合共同促进白脂棕色化相关基因UCP基因表达，白脂棕色化能消耗更多脂肪，所以从这个角度可以达到减肥效果。不合理方面，UCP基因表达水平提高后会增加产热，如果产热过多，可能会破坏机体体温平衡的稳态。 7．（2025·北京丰台·一模）光周期现象是生物对昼夜交替中光照和黑暗长短变化引起的适应性反应。蓝细菌等原核生物生长和繁殖迅速，为探究蓝细菌是否也具有光周期现象，科研人员展开相关研究。 (1)光作为一种信号，能够______多种生物生长、发育。 (2)研究者比较了三种光周期下野生型和昼夜节律基因突变株K转入冰浴环境中的存活率（图1）。实验结果说明蓝细菌有光周期现象，理由是______。 (3)比较不同光周期数对野生型蓝细菌存活率的影响，发现光周期现象随时间逐步建立和增强（图2）。已知蓝细菌繁殖一代时间约6小时，据图分析在______代后光周期现象相对稳定。 (4)进一步研究发现，野生型蓝细菌感知光周期后，膜脂去饱和化程度提高，推测这种变化可能提高了细胞膜的流动性，这一特点对于蓝细菌在低温环境下完成______等功能有重要意义。 (5)结合以上研究，下列说法正确的有______。 A．蓝细菌的藻蓝素分布在叶绿体类囊体薄膜上 B．突变株K中导入昼夜节律基因，可恢复光周期现象 C．突变株K的膜脂去饱和化程度与野生型无显著差异 D．光周期现象可能在真核生物演化之前已经出现 E．生物的性状是基因和环境共同作用的结果 (6)请基于本研究提出一项提高农作物抗寒性的措施，并分析潜在限制因素______。 【答案】(1)调控 (2)野生型在不同光周期下转入冰浴环境中的存活率不同，而突变株K在不同光周期下存活率无显著差异 (3)16 (4)物质运输、细胞间信息交流 (5)BDE (6)措施：通过基因工程手段将蓝细菌中与感知光周期及提高膜脂去饱和化程度相关的基因导入农作物中，提高农作物对光周期的感知能力，增加膜脂去饱和化程度，从而提高农作物抗寒性。潜在限制因素：基因工程技术方面，可能存在基因导入效率低、基因整合位点不确定等问题，影响相关基因在农作物中的正常表达；农作物自身生理特性方面，导入的基因可能与农作物自身的代谢途径产生冲突，影响农作物的正常生长发育；生态安全方面，转基因农作物可能会对生态环境产生潜在影响，如基因漂移到野生近缘种中，改变野生生物的遗传特性等。 【详解】（1）光作为一种信号，能够调控多种生物生长、发育。在自然界中，光对于生物的生命活动有着极其重要的作用，比如植物的向光性生长、动物的季节性繁殖等，都是光对生物生长发育进行调控的表现； （2）分析实验结果可知，在不同光周期下，野生型蓝细菌在转入冰浴环境中的存活率存在差异，而昼夜节律基因突变株K的存活率变化情况与野生型不同。具体来说，野生型在不同光周期下存活率不同，说明其对光周期的变化产生了不同的反应，即蓝细菌的存活情况受光周期影响，这就表明蓝细菌具有光周期现象；而昼夜节律基因突变株K由于相关基因发生突变，其对光周期变化的反应与野生型不同，进一步从反面说明了野生型正常的光周期反应是依赖于昼夜节律相关基因的，也就更加支持了蓝细菌具有光周期现象这一结论； （3）蓝细菌繁殖一代时间约6小时，24小时为一个光周期，从图2可以看出，在光周期数为4之后，野生型蓝细菌存活率不再有明显变化，即光周期现象相对稳定，此时经过的代数为4×24÷6 = 16代，在16代后光周期现象相对稳定； （4）细胞膜具有流动性，对于细胞完成物质运输、细胞间信息交流等功能有重要意义。蓝细菌在低温环境下，细胞膜流动性下降可能会影响这些功能，而膜脂去饱和化程度提高增加了细胞膜流动性，有利于蓝细菌在低温环境下完成物质运输、细胞间信息交流等功能； （5）A、蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，藻蓝素分布在细胞质中，A错误； B、突变株K是昼夜节律基因突变株，导入昼夜节律基因，有可能恢复其光周期现象，B正确； C、由前面分析可知突变株K与野生型对光周期响应不同，推测突变株K的膜脂去饱和化程度与野生型有显著差异，C错误； D、蓝细菌是原核生物，光周期现象在蓝细菌中存在，说明光周期现象可能在真核生物演化之前已经出现，D正确； E、蓝细菌的光周期现象体现了生物对昼夜交替环境的适应性反应，说明生物的性状是基因和环境共同作用的结果，E正确。 故选BDE。 （6）措施：通过基因工程手段将蓝细菌中与感知光周期及提高膜脂去饱和化程度相关的基因导入农作物中，提高农作物对光周期的感知能力，增加膜脂去饱和化程度，从而提高农作物抗寒性； 潜在限制因素：基因工程技术方面，可能存在基因导入效率低、基因整合位点不确定等问题，影响相关基因在农作物中的正常表达；农作物自身生理特性方面，导入的基因可能与农作物自身的代谢途径产生冲突，影响农作物的正常生长发育；生态安全方面，转基因农作物可能会对生态环境产生潜在影响，如基因漂移到野生近缘种中，改变野生生物的遗传特性等。 8．自然界中的光强常在短时间内剧烈变化，影响植物的光合作用效率。科研人员对拟南芥的叶绿体响应光强变化的机理进行了探究。 (1)类囊体膜上的蛋白复合物PSⅡ催化水在光下分解，变化的光强会影响这一过程，从而影响光反应产生_____，最终影响暗反应过程有机物的合成。 (2)PSⅡ复合物的主要部分延伸到类囊体腔中，科研人员推测类囊体腔中的蛋白参与PSⅡ的组装。为此，利用农杆菌转化拟南芥，由于农杆菌的_____会随机整合到拟南芥的核基因组中，因而可得到类囊体腔内蛋白基因发生突变的突变体。 (3)科研人员在所得突变体中观察到，B基因突变体无法编码类囊体腔内的蛋白B，该突变体表现为缺乏PSⅡ复合物。科研人员进行实验，处理及结果如图1。 ①据图分析，本实验的自变量是_____。 ②依据实验结果推测，PSⅡ复合物的功能是_____对变化光强的适应。 (4)进一步将b组植株的叶肉细胞置于电镜下观察，结果如图2。 基于本实验结果推断，B基因参与PSⅡ复合物的组装，PSⅡ复合物帮助植物适应变化的光强。请对观察结果能否证实该推断作出判断，并阐明理由_____。 【答案】(1)ATP和NADPH (2)T-DNA (3) ①变化的光强；光强变化的规律性；缺乏PSⅡ复合物 提高 (4)不能证实。观察结果为，与野生型相比较B基因突变体的淀粉颗粒明显小而少；无法证实B蛋白参与PSⅡ复合物的组装，但支持PSⅡ复合物帮助适应变化的光强 【详解】（1）光反应产生ATP和NADPH，影响暗反应有机物的合成。 （2）农杆菌侵染植物细胞，其Ti质粒上的T-DNA会随机整合到拟南芥的核基因组中，因而可得到类囊体腔内蛋白基因发生突变的突变体。 （3）由图可知，光照强度及其变化规律属于自变量；突变体表现为缺乏PSⅡ复合物，从而导致bcd三组生长状况变差，a组光强下无论突变生长状况均一致，说明PSⅡ复合物可提高植物对变化光强的适应。 （4）由图可知，观察结果为，与野生型相比较B基因突变体的淀粉颗粒明显小而少；无法证实B蛋白参与PSⅡ复合物的组装，但支持PSⅡ复合物帮助适应变化的光强。 9．（2024·北京丰台·二模）镁（Mg）是影响光合作用的重要元素，科研人员进行了相关研究。 (1)镁是构成________的重要成分，水稻细胞内的光合色素还包括_______。 (2)为探究镁对水稻光合作用的影响。将正常培养38天的水稻分别转移到无镁培养液（-Mg2+）和正常培养液（+Mg2+）中培养15天，对光合作用指标进行连续跟踪检测，测定光合色素含量相对值、Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率），结果如图1。推测前10天An变化不明显的原因是____；10天后，An显著下降的原因是______。 (3)为进一步探究镁对水稻光合作用的影响，研究者将正常培养38天的水稻在缺镁和正常培养液中培养12天后，每3h检测一次Vcmax的变化，持续跟踪48h，结果如图2。实验结果表明__________，从而影响光合作用。为了验证缺镁前期对光反应的影响，还需要检测的指标有______（至少答出两个）。 (4)已知叶绿体中镁含量存在与Vc max相似的变化，且与叶绿体镁转运蛋白MGT3相关。为验证缺镁处理能够动态抑制MGT3基因的表达，设计实验如下表。请补全表中的检测指标______和图3中的实验结果。 组别 实验材料 实验处理 检测指标 对照组 缺镁培养的水稻植株 缺镁培养液 持续48h检测水稻叶片中的__________ 实验组 正常培养液 (5)研究发现，RUBP羧化酶的活性依赖于Mg2+，根据上述研究内容解释短期缺镁影响水稻光合作用的机制_____。 【答案】(1) 叶绿素 类胡萝卜素 (2) 植物可以利用体内原有的Mg2+，维持光合作用的正常进行 缺镁导致暗反应的碳固定速率下降 (3) Mg2+主要促进白天的碳固定，对夜间的碳固定无明显影响 ATP、NADPH、光反应速率、电子传递速率、氧气含量等光反应阶段指标 (4) MGT3基因的相对表达量 (5)缺Mg2+抑制MGT3基因的表达，MGT3蛋白含量降低使叶绿体中Mg2+含量下降，导致RUBP羧化酶的活性降低，从而抑制光合作用暗反应，降低水稻光合作用。 【详解】（1）镁是构成叶绿素（包括叶绿素a和叶绿素b）的重要成分，水稻细胞内的光合色素还包括类胡萝卜素（包括叶黄素和胡萝卜素）。 （2）据图1分析，15天内，两种培养液中水稻的光合色素含量相对值无明显变化，且两条曲线无明显差异，说明缺镁对光合色素的含量无影响；而缺镁培养液中的水稻Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率）从10天后开始明显降低且低于正常培养液中的水稻，推测前10天An变化不明显的原因是植物可以利用体内原有的Mg2+，维持光合作用的正常进行；10天后，An显著下降的原因是缺镁导致暗反应的碳固定速率下降。 （3）分析图2可知，在黑暗条件下的水稻在缺镁和正常培养液中的Vc max相差不大，而在光照条件下，缺镁水稻的Vc max明显低于正常水稻，这表明Mg2+主要促进白天的碳固定，对夜间的碳固定无明显影响。为了验证缺镁前期对光反应的影响，还需要检测的指标有ATP、NADPH、光反应速率、电子传递速率、氧气含量等光反应阶段指标。 （4）由于缺镁处理能够动态抑制MGT3基因的表达，因此实验的检测指标为MGT3基因的相对表达量。与对照组相比，实验组的镁含量更高，因此实验组的镁转运蛋白MGT3含量应高于对照组。实验结果如图所示： （5）据题意，RUBP羧化酶的活性依赖于Mg2+，RUBP羧化酶是催化光合作用暗反应的酶，再根据上述研究内容可解释短期缺镁影响水稻光合作用的机制：缺Mg2+抑制MGT3基因的表达，MGT3蛋白含量降低使叶绿体中Mg2+含量下降，导致RUBP羧化酶的活性降低，从而抑制光合作用暗反应，降低水稻光合作用。 10．（2024·北京昌平·二模）光照强度是影响水稻产量的主要因素之一，研究者对水稻适应弱光的调控机制进行了系列研究。 (1)弱光条件下，光反应产生的______减少导致水稻减产。 (2)研究者推测RGA1基因与水稻对光的耐受性有关，用野生型（WT）、RGA1功能缺失突变体（d1）和RGA1过表达（OE）株系进行实验，每天光照和黑暗各12h，第3d测量结果如图1和图2。 ①图1实验结果表明，在正常光照下RGA1基因______，在弱光条件下RGA1基因______。 ②WT和d1对弱光耐受性的差异可能与能源物质消耗引起“碳饥饿”有关，据图2分析，请判断WT和dl“碳饥饿”程度的高低并说明理由：______。 (3)图3表示线粒体内膜上的电子传递链，电子经一系列蛋白-色素复合体传递，同时H+从线粒体基质运输到内外膜间隙，最后H+通过复合体Ⅴ向内运输驱动ATP合成。在弱光条件下检测 线粒体内膜上的AOX蛋白含量，发现d1高于WT。请分析RGA1基因对呼吸作用的影响机制：______（用关键词和箭头表示）。 【答案】(1)ATP和NADPH (2) 对水稻存活率无显著影响 可显著提高水稻的存活率 d1“碳饥饿”程度更高，原因是弱光条件下WT和d1净光合速率降幅无显著差异，d1的呼吸速率降低更小 (3)   【详解】（1）光反应的产物是氧气、ATP和NADPH，而ATP和NADPH用于碳反应的三碳化物的还原，弱光条件下，光反应产生的ATP和NADPH减少导致水稻减产。 （2）图1可知，正常光照强度下，野生型、RGA1功能缺失突变体和RGA1过表达三种株系存活率一样，而弱光照强度下，野生型和RGA1过表达株系存活率一致，RGA1功能缺失突变体植株存活率最低；可见在正常光照下RGA1基因对水稻存活率无显著影响，在弱光条件下RGA1基因可显著提高水稻的存活率。 图2可知，正常光照下，野生型净光合速率和RGA1功能缺失突变体植株差不多一致，RGA1功能缺失突变体的呼吸速率略高于野生型植株，可见正常光照下，RGA1功能缺失突变体总光合速率高于野生型植株；弱光照强度下，WT和d1净光合速率降幅无显著差异，d1的呼吸速率降低更小；可见RGA1功能缺失突变体（d1）植株“碳饥饿”程度高。 （3）题图可知，AOX蛋白存在，导致e-绕过Ⅲ、Ⅳ，直接传递给O2，将减少一条电子传递路径与O2结合，H+外流降低，H+通过复合体Ⅴ内流降低，导致ATP含量减少，则呼吸作用增强，能源物质消耗增多；题干信息d1植株中AOX蛋白含量高于WT植株，d1植株缺少RGA1基因表达的产物，AOX正常发挥作用，而野生型植株（WT）含有RGA1基因，该基因正常表达抑制AOX蛋白的作用，导致野生型植株呼吸作用低于d1，可见RGA1基因表达的产物可以通过抑制AOX蛋白发挥作用，从而影响呼吸作用（如图所示）。    选项 部位1 部位2 部位3 部位4 A 大量 少量 少量 无 B 大量 大量 少量 无 C 少量 大量 无 少量 D 少量 无 大量 大量 1．（2025·北京·高考真题）下图是植物细胞局部亚显微结构示意图。在有氧呼吸过程中，细胞不同部位产生ATP的量不同。以下选项正确的是（    ） A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】部位1是线粒体基质，进行有氧呼吸第二阶段的反应，产生少量ATP，部位2是线粒体内膜，进行有氧呼吸第三阶段的反应，可以产生大量ATP，部位3是线粒体外膜，没有ATP生成，部位4是细胞质基质，可以进行有氧呼吸第一阶段的反应，产生少量ATP，C正确。 故选C。 2．（2025·北京·高考真题）2025年，国家持续推进“体重管理年”行动。为践行“健康饮食、科学运动”，应持有的正确认识是（    ） A．饮食中元素种类越多所含能量越高 B．饮食中用糖代替脂肪即可控制体重 C．无氧运动比有氧运动更有利于控制体重 D．在生活中既要均衡饮食又要适量运动 【答案】D 【详解】A、饮食中的能量主要取决于有机物（糖类、脂肪、蛋白质）的含量，而非元素种类。例如，脂肪仅含C、H、O三种元素，但单位质量供能最高。元素种类多与能量无关，A错误； B、糖类和脂肪均可供能，但脂肪储能更高。若用糖代替脂肪但总热量未减少，反而可能因糖分解快导致饥饿感增强，且过量糖会转化为脂肪储存，B错误； C、无氧运动（如短跑）主要消耗糖原，而有氧运动（如慢跑）能持续分解脂肪供能，更利于减脂和控制体重，C错误； D、均衡饮食保证营养全面，适量运动促进能量消耗，二者结合是科学控制体重的关键，D正确； 故选D。 3．（2024·北京·高考真题）五彩缤纷的月季装点着美丽的京城，其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验，难以达成目的的是（    ） A．用花瓣细胞观察质壁分离现象 B．用花瓣大量提取叶绿素 C．探索生长素促进其插条生根的最适浓度 D．利用幼嫩茎段进行植物组织培养 【答案】B 【详解】A、花瓣细胞含有中央大液泡，液泡中含有花青素，因此可用花瓣细胞观察质壁分离现象，A不符合题意； B、花 瓣含花青素，而不含叶绿素，因此不能用花瓣提取叶绿素， B符合题意； C、生长素能促进月季的茎段生根，可利用月季的茎段为材料来探索生长素促进其插条生根的最适浓度，C不符合题意； D、月季的幼嫩茎段能分裂，能利用幼嫩茎段的外植体进行植物组织培养，D不符合题意。 故选B。 4．（2024·北京·高考真题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（    ） A．增加叶片周围环境CO2浓度 B．将叶片置于4℃的冷室中 C．给光源加滤光片改变光的颜色 D．移动冷光源缩短与叶片的距离 【答案】A 【详解】A、二氧化碳是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量，A符合题意； B、降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意； C、给光源加滤光片相等于降低了光照强度，会降低光合速率，C不符合题意； D、移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。 故选A。 5．（2023·北京·高考真题）运动强度越低，骨骼肌的耗氧量越少。如图显示在不同强度体育运动时，骨骼肌消耗的糖类和脂类的相对量。对这一结果正确的理解是（　　） A．低强度运动时，主要利用脂肪酸供能 B．中等强度运动时，主要供能物质是血糖 C．高强度运动时，糖类中的能量全部转变为ATP D．肌糖原在有氧条件下才能氧化分解提供能量 【答案】A 【详解】A、由图可知，当运动强度较低时，主要利用脂肪酸供能，A正确； B、由图可知，中等强度运动时，主要供能物质是肌糖原，其次是脂肪酸，B错误； C、高强度运动时，糖类中的能量大部分以热能的形式散失，少部分转变为ATP，C错误； D、高强度运动时，机体同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，肌糖原在有氧条件和无氧条件均能氧化分解提供能量，D错误。 故选A。 6．（2023·北京·高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是（　　） A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 【答案】C 【详解】A、CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确； B、在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确； C、CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误； D、图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 故选C。 7．（2022·北京·高考真题）在北京冬奥会的感召下，一队初学者进行了3个月高山滑雪集训，成绩显著提高，而体重和滑雪时单位时间的摄氧量均无明显变化。检测集训前后受训者完成滑雪动作后血浆中乳酸浓度，结果如下图。与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内（　　） A．消耗的ATP不变 B．无氧呼吸增强 C．所消耗的ATP中来自有氧呼吸的增多 D．骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP增多 【答案】B 【详解】A、滑雪过程中，受训者耗能增多，故消耗的ATP增多，A错误； B、人体无氧呼吸的产物是乳酸，分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，B正确； C、分体题图可知，与集训前相比，集训后受训者血浆中乳酸浓度增加，由此可知，与集训前相比，滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，故所消耗的ATP中来自无氧呼吸的增多，C错误； D、消耗等量的葡萄糖，有氧呼吸产生的ATP多于无氧呼吸，而滑雪过程中受训者在单位时间内无氧呼吸增强，故骨骼肌中每克葡萄糖产生的ATP减少，D错误。 故选B。 8．（2022·北京·高考真题）光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出（　　） A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高 B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C．CO2浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小 D．10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 【答案】D 【详解】A、分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确； B、分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L-1时，最适温度为25℃左右；当CO2浓度为370μL·L-1时，最适温度为30℃；当CO2浓度为1000μL·L-1时，最适温度接近40℃，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确； C、分析题图可知，当CO2浓度为200μL·L-1时，光合速率随温度的升高而改变程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200μL·L-1时，温度对光合速率影响小，C正确； D、分析题图可知，10℃条件下，CO2浓度为200μL·L-1至370μL·L-1时，光合速率有显著提高，而370μL·L-1至1000μL·L-1时，光合速率无明显的提高趋势，而且370μL·L-1时与1000μL·L-1时，两者光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。 故选D。 9．（2025·北京·高考真题）植物的光合作用效率与叶绿体的发育（形态结构建成）密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控，以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。 (1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定，其BG基因功能缺失，命名为bg。图1是使用_________观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比，可见突变体基粒（“[”所示）中的_________增多。 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk（叶绿素含量降低）及双突变体bggk。对三种突变体进行观察，发现双突变体的表型与突变体__________相同，由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。 (3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制，将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后，再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段，反应一段时间后，经电泳检测DNA所在位置，结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是___________。 (4)基于突变体bg的表型，从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义_______。 【答案】(1) 电子显微镜 类囊体 (2)gk (3)BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 (4)BG响应光照强度变化，调控植物叶绿体发育（叶绿素含量），以实现不同光照条 件下光合效率最大化 【详解】（1）观察叶绿体亚显微结构需要使用电子显微镜。因为光学显微镜的分辨率有限，无法观察到叶绿体内部的精细结构，而电子显微镜能够提供更高的分辨率，从而清晰地看到叶绿体的亚显微结构。基粒是由类囊体堆叠而成的结构。与野生型相比，突变体叶绿素含量升高，且 BG 基因功能缺失，观察可知突变体基粒中的类囊体（片层）增多。因为叶绿素主要分布在类囊体薄膜上，类囊体增多可能是导致叶绿素含量升高的原因之一。 （2）已知 GK 蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG 蛋白可以与 GK 蛋白结合。GK 功能缺失突变体 gk 叶绿素含量降低，若 BG 通过抑制 GK 的功能影响叶绿体发育，那么双突变体 bggk 中，由于 GK 本身功能缺失，BG 也无法发挥抑制 GK 的作用，此时双突变体的表型应该与 gk 突变体相同。 （3）观察图 2 可知，随着 BG 蛋白与 GK 蛋白浓度比的增大，与 GK 蛋白结合的 DNA 片段逐渐减少，游离 DNA 片段逐渐增多。 这表明 BG 蛋白的存在阻碍了 GK 蛋白与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 。因为 GK 蛋白要发挥功能，需要与靶基因 CAO 的启动子 DNA 片段结合来调控基因表达，而 BG 蛋白浓度越高，这种结合就越少。所以，BG 抑制 GK 功能的机制是 BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合。 （4）从进化与适应的角度来看，生物体内的基因存在必然是对生物的生存和繁衍有积极意义的。突变体 bg 由于缺乏光响应基因 BG，其表型可能在某些环境条件下不利于生存。而正常存在光响应基因 BG 时，植物可以通过 BG 对光信号做出响应，从而更好地调节自身的生理过程，例如，在光照过强时，BG 基因表达产物可能通过抑制 GK 功能，调节相关基因表达，避免植物因光照过强而受到伤害；在光照较弱时，可能通过调节使植物更好地利用有限的光能进行光合作用等。这使得植物在不同的光照环境中能够更有效地进行光合作用，获取能量，提高自身的生存和繁殖能力，以适应复杂多变的环境。 10．（2023·北京·高考真题）学习以下材料，回答下面问题。 调控植物细胞活性氧产生机制的新发现 能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生，活性氧可以调控细胞代谢，并与细胞凋亡有关。 我国科学家发现一个拟南芥突变体m（M基因突变为m基因），在受到长时间连续光照时，植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比，突变体m中M酶活性下降，脂肪酸含量显著降低。为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡，但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径（如图）：A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。 在上述研究中，科学家从拟南芥突变体m入手，揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途径。对A酸-B酸循环的进一步研究，将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。 (1)叶绿体通过___________作用将CO2转化为糖。从文中可知，叶绿体也可以合成脂肪的组分___________。 (2)结合文中图示分析，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：_____，A酸转运到线粒体，最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。 (3)请将下列各项的序号排序，以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路：___________。 ①确定相应蛋白的细胞定位和功能②用诱变剂处理突变体m③鉴定相关基因④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株 (4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容，请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明___________。 【答案】(1) 光合 脂肪酸 (2)M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过多 (3)②④③① (4)线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态 【详解】（1）叶绿体通过光合作用将CO2转化为糖。由于M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。可推测叶绿体也可以合成脂肪的组分脂肪酸。 （2）据图可知，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过多。 （3）为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡（不出现叶片黄斑），但仍保留m基因的突变株（叶绿体中脂肪酸含量减低），通过对所获一系列突变体的详细解析，进而③鉴定相关基因，①确定相应蛋白的细胞定位和功能，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程，最后正确顺序为②④③①。 （4）结合题意和图文，叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要，叶绿体和线体协调配合，维持细胞的稳态与平衡：线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态。 / 学科网（北京）股份有限公司 $