热点01 植物“智慧”的生存法则：光合作用背后的博弈（江苏专用）2026年高考生物二轮复习讲练测

热点01 植物“智慧”的生存法则：光合作用背后的博弈 内容导航 情境解读 考向破译 限时实战 热点背景速递 情境探究 高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息 热点信息解码 链接教材 预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向 热点限时训练 模拟实战 巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力 【热点背景】 为优化光合作用，自然与科学界共同上演了一场精彩的进化与创新。 光合电子传递链是这一切的起点，也是光合作用光反应阶段的核心，它如同精密的“生物纳米电路”，通过光驱动的水裂解和电子传递，生产ATP和NADPH。其核心逻辑：光能→激发电子→裂解水放氧+建立质子梯度→ 合成ATP和NADPH。 但其核心酶Rubisco却存在“设计缺陷”：Rubisco酶本该固定CO₂，但有时会错误的催化O₂（而不是CO₂）与RuBP（五碳化合物）反应。这个反应产生一个二碳化合物（磷酸乙醇酸），它对细胞有毒，且不能直接进入卡尔文循环。植物必须在过氧化物酶体和线粒体等细胞器中，通过一系列复杂反应（C2循环），消耗ATP和NADPH，将这个二碳化合物重新转化为有用的三碳化合物（3-磷酸甘油酸），送回卡尔文循环，但会净损失1/4的碳（以CO₂形式释放）。 光呼吸1955年科学家德柯尔使用红外线气体分析仪研究烟草光合速率时，观察到了一个奇特的现象：当正在进行光合作用的叶片突然停止光照时，会出现 CO2释放量急剧增高（被称为“二氧化碳的猝发”）的现象，随后才降至黑暗环境的正常水平。基于这些发现，科学家提出植物体内存在一个与光合作用同时发生、需要光参与、消耗 O2 并释放 CO2的特殊过程。因为它与呼吸作用类似（耗氧放碳），且必须在光下进行，故命名为“光呼吸”。光呼吸降低了光合效率，尤其在高温干旱条件下。这严重限制了C3作物（如水稻、小麦）的产量。为了对抗光呼吸、提高效率，自然界进化出了CO₂浓缩机制。 初始碳固定过程 C₃植物：使用一种“双功能”酶Rubisco作为唯一的二氧化碳固定酶。Rubisco与二氧化碳的亲和力相对较低，并且在氧气浓度高、二氧化碳浓度低时，会错误地与氧气结合，引发耗能的光呼吸过程，就像一个效率不高且容易出错的“捕手”。C₄植物：进化出了一个高效的“双泵系统”。在叶肉细胞中，它们使用另一种酶PEP羧化酶（PEPC）作为“初级捕手”。PEPC与二氧化碳的亲和力极高，即使在二氧化碳浓度很低的情况下也能高效工作，并且完全不会与氧气结合。它先将二氧化碳固定在一种四碳化合物（C₄）中，就像一个精准的“预捕手”。CAM植物（如仙人掌）则通过“时间分离”在夜间固定CO₂，两者均能有效抑制光呼吸，展现了惊人的逆境适应力。植物通过这种特殊的方式变相提高了Rubisco周围的CO₂浓度，极大抑制了光呼吸，光合效率高，需水量少。 受此启发，科学家正致力于人工光合，目标是模拟自然光合作用，用阳光、水和CO₂，直接生产燃料（如氢气、甲醇）或化学品，而不是淀粉。 继20世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。 人工合成淀粉的技术工艺路线大致为CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F－6－P→G－6－P→G－1－P→G→淀粉，整个过程涉及11步重要的生化反应。而在自然条件下，光反应和暗反应涉及的化学反应则有60多步，而且效率较低。科学家发现用阳光、水和CO₂直接生产清洁能源，能为解决能源与气候问题提供终极方案。利用合成催化剂和半导体材料，构建一个更高效的“仿生系统”，直接将太阳能转化为高密度化学燃料（如氢气、甲醇），为实现“碳中和”提供了充满潜力的前沿路径。 人工光合作用仍然面临许多挑战：目前效率远低于植物，且贵金属催化剂成本高昂。人工材料在强光和水环境中容易分解失效。如何把吸光、氧化、还原各部分高效、稳定地耦合在一起是个巨大难题。 【信息速递】 1．技术突破与创新：通过构建“人工仿生电子传递链”（如量子点杂化系统）来突破自然光能转换极限；利用“合成生物学”为耗能的光呼吸设计全新的"代谢捷径"，将其从负担变为增益；通过“多基因模块化移植”，将C4植物的高效CO₂浓缩机制（含花环结构）系统性导入水稻，实现作物光合系统的升级；而集成化的“人工光合作用”系统则致力于开发双功能催化剂，实现将CO₂和水直接、连续地转化为太阳能燃料。这些创新共同推动着人类从被动利用走向主动定制光合效能的新纪元。 3．农业领域应用：在农业科技前沿，针对光合作用的研究正催生革命性突破：通过靶向光合电子传递链，我们得以研发高效低毒的新型除草剂，实现精准杂草防控；借助合成生物学技术重构“光呼吸”途径，旨在将其从耗能过程变为增产引擎，直接提升C3作物产量；宏伟的C4水稻工程则试图将玉米等的高效CO₂浓缩机制导入水稻，以期实现节水肥条件下的产量倍增；而人工光合作用更是超越农业范畴，通过模拟自然光合系统将阳光、水和CO₂直接转化为清洁能源（如氢气）或化学品，为农业乃至整个社会提供碳中和的终极解决方案。这些技术共同指向一个目标——通过驾驭光能，重塑未来农业的产出模式与生态边界 【知识定位】 1．高中生物教材：人教版必修1《分子与细胞》涉及细胞呼吸与光合作用相关内容，包括细胞呼吸与光合作用的原理、场所和过程；光合作用的影响因素等基础知识。 在高中生物教材中，光合电子传递是必修一“光合作用原理”的核心，以“光反应”形式呈现，核心是理解光能如何转化为ATP和[H]中的化学能。光呼吸本身不作为术语出现，但其根源“Rubisco酶能固定O₂的特性”会被点明，是解释C3植物效率限制的关键隐含知识。而C4及CAM途径则作为拓展阅读材料，用于展示植物如何通过特殊的“时空策略”来规避光呼吸，以适应干旱炎热环境。至于人工光合作用，它通常出现在“科学·技术·社会”栏目，作为模仿自然光合原理解决能源问题的前沿科技情境，考查知识迁移能力。 2．大学相关教材：《植物学》、《植物生理学》、《生物化学》。大学教材将高中“产生ATP和[H]”的模糊描述，精确为光系统II与I的“Z链”接力，阐明电子传递驱动质子梯度以合成ATP的化学渗透机制，核心是光能→电能→化学能的膜蛋白精密转换。同时将光呼吸明确定义为Rubisco酶固定O₂引发的“氧化型卡尔文循环”，并揭示这是一个耗费能量的跨细胞器（叶绿体、过氧化物酶体、线粒体）C2循环，同时探讨其在胁迫中可能存在的生理功能。其内涵从高中知识点上升为“结构与功能协同”的生存策略。 【考向预测】 预测1 光合电子传递、光合磷酸化与物质跨膜运输问题的综合考察 预测2 光抑制与光保护机制、光呼吸、C3、C4、及CAM植物的光合作用途径与植物逆境胁迫的调节 预测3 “人工叶绿体”、“人工合成淀粉”与“二氧化碳固定”的新情境 1．（2025·江苏南京·二模）某生物社团利用金鱼藻进行光合作用相关实验，实验装置如下图。下列叙述错误的是（　　） A．该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响 B．去掉单色滤光片后短时间内金鱼藻叶绿体基质中C3含量降低 C．利用氧气传感器测到的O2浓度变化量可表示金鱼藻总光合速率 D．该装置测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0 2．（2025·江苏南通·二模）RuBP羧化/加氧酶缩写为Rubisco，当浓度高时，Rubisco催化与反应；当浓度高时，Rubisco催化与经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成和，这一过程称为光呼吸。如图为小麦叶肉细胞中的部分生理活动过程，大写字母代表相应的物质。下列叙述不合理的是（    ） A．A表示NADPH，B表示，C表示ADP+Pi，D表示ATP，F表示RuBP B．夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，植物光呼吸会有所增强 C．Rubisco位于叶绿体基质，玉米（植物）通常比小麦植物）光呼吸作用弱 D．光呼吸过程消耗ATP、NADPH，与光反应相反，不利于植物细胞的正常生长 3．（24-25高三上·山东济南·月考）部分厌氧菌缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧光合作用，避免产生的氧自由基对自身造成伤害。如图表示绿硫细菌的光反应过程示意图，下列叙述正确的是（    ） A．绿硫细菌在光反应中，H₂S是电子供体 B．叶绿体中的菌绿素复合体，用于吸收、传递、转化光能 C．绿硫细菌产生的高能e⁻长期储存在 NADPH中 D．H⁺进入内腔需要的能量直接来自 H₂S分解时产生的能量 4．(2025·河北唐山模拟)Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文，在实验条件下，科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用，此反应大大提高了淀粉合成效率。据图分析，下列叙述正确的是(　 　) A．光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程，有酶和ATP即可进行 B．人工合成淀粉过程中需多种酶参与，可以通过改造酶基因来提高催化的效率 C．植物光合作用与人工合成淀粉的途径中，都是利用还原剂作用于CO2 D．若两者固定CO2量相等，植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等 5．（2024·江苏泰州·模拟预测）（多选）C3植物在环境中CO2与O2的比值出现异常时容易发生光呼吸，同时也消耗过剩的ATP和还原为NADPH，减少其对光合结构的破坏。下图为光合作用和光呼吸关系图，虚线表示科学家尝试构建的一种新型的光呼吸旁路。相关叙述正确的是（　　） A．R酶是一种双功能酶，能催化C5和O2、C5和CO2反应 B．CO2与O2比值增大有利于光呼吸发生而不利于光合作用发生 C．适当抑制植物的光呼吸有利于提高植物的光合产量 D．图示光呼吸旁路更有意义的原因是该过程减少了碳损耗 6．（2024·江苏宿迁·一模）（多选）如图是光合作用过程示意图（字母代表物质），PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是（    ） A．H+经过Z蛋白外流的同时，利用B物质来合成C物质 B．叶绿素分子中被光激发的e-，经传递到达D结合H+后生成E C．物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5化合物的含量将降低 D．降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能 7．（2023·江苏南通·三模）（多选）活化状态的Rubisco能催化固定。黑暗条件下，Rubisco与C5结合呈钝化状态。光照条件下，光激活Rubisco活化酶，使Rubisco构象发生变化释放C5暴露出活性位点，然后Rubisco活性位点与结合后再与类囊体排出的结合，形成活化状态的Rubisco，过程如下图所示。相关叙述正确的是（    ） A．Rubisco活化酶吸收、传递、转换光能后被激活 B．光能驱动H+从类囊体薄膜外向类囊体内腔移动 C．类囊体内腔中的pH下降有利于Mg2+释放到基质 D．和Mg2+既是Rubisco的活化剂也是Rubisco的催化底物 8．（2023·江苏南通·二模）（多选）下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图，光下TPT活性受到限制。相关叙述正确的是（    ） A．TPT分布在叶绿体外膜中，具有专一性和饱和性 B．白天光合速率快，叶绿体中[3-磷酸甘油酸]/[Pi]的比值低 C．细胞质基质中的Pi浓度降低时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制 D．白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成 9．(2024·江苏苏州模拟)玉米等C4植物通过光合作用C4途径，使其能在高温下保持产量。仙人掌等景天科植物则以光合作用CAM途径，助其在沙漠和其他缺水地区生存。研究表明，马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，主要过程如下图。请回答下列问题： (1)C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与____结合，这个过程被称作CO2的固定，其发生的场所是____________________________。 (2)马齿苋的光合细胞有______________________，________细胞中的叶绿体只能进行暗反应，据图推测其原因是其缺少了______________(结构)。图中A表示的物质有__________________。 (3)图中①表示的结构是________，叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是____________________。 (4)研究发现，当水分充足时，马齿苋叶片中主要进行C4途径，而处于干旱环境时，可以进行C4途径和CAM途径，该调节机制使马齿苋即使在干旱环境下也可通过在夜间________，并且以______的形式储存，为光合作用提供足够原料。说明马齿苋具有________________________的优势。 10．（2026·江苏镇江·模拟预测）海天牛以绿藻等藻类为食，并盗取叶绿体演化出一种特殊结构——盗质体，从而利用光合作用应对饥饿等营养胁迫。图1示海天牛细胞中光合作用的部分过程。请回答下列问题。 (1)图1中PSI和PSII镶嵌在叶绿体的 上，叶绿体中光合色素主要吸收 光。过程①表示 ，产生的电子（e-）经过传递，最终受体为 。光反应为卡尔文循环提供的物质有 。 (2)研究人员让海天牛吸入一定量的18O标记的氧气。一段时间后，在海天牛体内检测到了含18O的糖类。请写出氧原子可能的转移路径：18O2H218O （用文字和箭头表示）。 (3)与绿藻细胞相比，海天牛细胞缺乏叶绿体所需的许多核编码基因。为维持盗质体内叶绿体的功能，海天牛可能采取的机制有 。 ①吸收并整合绿藻中光合作用相关的核基因 ②激活自身免疫系统以保护叶绿体免受降解 ③通过行为调节（如主动避光）避免叶绿体受强光损伤 ④其线粒体可为光合作用提供ATP和NADPH (4)盗质体膜上的P2X4和质子泵共同调控光合作用（图2）。质子泵将H+泵入腔内，与反应生成光合作用底物 ，叶绿体产生的ATP可激活P2X4。已知盗质体腔内酸性过强会影响P2X4活性，为探究P2X4对光合作用的影响，研究者分别用ATP、伊维菌素（P2X4增强剂）、Cu2+（P2X4拮抗剂）进行处理，结果如图3。结合图2、3，请从稳态和平衡角度推测P2X4的作用是 。 11．（2025·江苏徐州·二模）光是光合作用的必要条件，在光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递（如图所示）。物质X通过与质体醌（PQ）竞争PSⅡ上的结合位点而阻碍电子传递；除草剂二溴百里香醌是PQ的类似物，可接受来自PSⅡ反应中心的电子，且能够与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f。请分析回答下列问题∶ (1)光合作用光反应的场所是 ，光反应中产生ATP的直接能量来源是 。 (2)ATP合成酶的作用是 、 ，增加膜两侧的H⁺浓度差的生理过程有 （答出2点即可）。 (3)物质X与PQ竞争PSⅡ上的结合位点，会使电子传递受阻，导致 （填物质名称）生成量减少，进而影响暗反应中 的还原。 (4)除草剂二溴百里香醌与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f，会影响 的形成，从而导致光反应中 的合成受阻。 (5)在樱桃种植基地，果农常用不透光的黑塑料膜覆盖地面进行物理除草，从光合作用角度分析，其作用原理最合理的是_______。 A．黑塑料膜反射大量阳光，使杂草吸收的光能显著减少 B．黑塑料膜阻碍了CO2进入杂草叶片，使暗反应无法进行 C．黑塑料膜阻断了杂草的光反应阶段使其无法进行光合作用 D．黑塑料膜抑制了杂草细胞内与光合作用有关酶的活性 12．（2025·江苏徐州·模拟预测）卡尔文循环是植物合成有机物的重要途径，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）是决定碳同化效率的关键酶和限速酶。卡尔文循环的调节方式如图所示。请回答下列问题： (1)据图可知，Rubisco是由大亚基（RbcL）和小亚基（RbcS）组成，说明叶绿体是一种 细胞器，该酶催化暗反应中 过程，产物是 。 (2)卡尔文循环不直接需要光，但受到光的调控。据图分析，光通过调节Rubisco活性调控卡尔文循环的方式有 A．分别调节rbcS和rbcL 的转录和翻译过程           B．影响 RCA的活性 C．光反应合成ATP、NADPH, 用于暗反应 D．影响H⁺进入类囊体 (3)研究发现，中间产物的改变会影响卡尔文循环速率。据图分析，当RuBP含量低时，磷酸丙糖（TP）用于 （如虚线所示）增加，以加快卡尔文循环速率；循环稳定后，多余的TP才可以在 中合成淀粉或其他非糖物质，或转运到细胞质基质合成 。 (4)光合产物的转运也影响卡尔文循环，叶绿体内、外膜上存在的磷酸转运体，可以等量反向转运 。若细胞质基质的 Pi降低，将限制TP运出叶绿体，使光合速率 。 (5)为探究RCA对 Rubisco的影响，研究人员通过转基因技术，成功构建RCA过表达玉米株系（RCA系），并测量实验组和对照组（WT）玉米Rubisco的相关数值，结果如下。根据实验结果可以得出的结论为 。 13．（2025·江苏苏州·三模）我国是世界水稻种植大国，水稻用水占农业用水的70%，面对日益严峻的水资源短缺问题，探究干旱胁迫对水稻生长的影响有重要的应用价值。请回答下列问题。 (1)水稻光合作用中CO2被固定后最初生成的产物是 ，其在 的参与下被还原。 (2)干旱胁迫会引发水稻叶片中脱落酸含量升高，导致 ，以适应缺水环境。同时，干旱胁迫也会改变叶肉导度（用于表征CO2从气孔下腔扩散至叶肉细胞Rubisco羧化位点的传输效率），使得叶绿体内的CO2浓度 。 (3)Rubisco是一个双功酶，能进行图1的羧化反应和氧化反应，其反应速率与CO2/O2浓度的比值有关，上述叶绿体内CO2浓度的变化导致叶肉细胞 ，从而导致叶片对 的利用率下降。 (4)研究人员以水稻R299为实验材料，通过供应20%浓度的PEG6000来模拟干旱环境，对其光合作用的相关指标进行测定，部分结果如下表（CK为不用PEG6000处理的对照组）。 测定日期 8月15日 8月20日 8月25日 8月30日 9月4日 CK 干 CK 干 CK 干 CK 干 CK 干 叶绿素含量（mg·g-1鲜重） 3.20 3.22 4.73 3.96 3.65 3.16 3.19 2.68 2.94 2.47 光反应ATP生成量（umol·mg-1chlh-1） 55.0 55.2 69.1 59.8 59.3 49.0 53.2 42.5 46.1 29.2 Rubisco活力(umolCO2·mg-1Pr．min-1) 0.08 0.09 - - 0.06 0.04 - - 0.03 0.02 ①本实验中CK的作用是排除夏季 等因素对实验结果的影响。 ②检测叶绿素含量时，用分光光度计测定提取的色素在645nm和663nm处吸收峰值的原因是 。 ③结合图2和表中数据可知，光反应ATP生成量之所以下降，一方面是因为叶绿素含量下降，电子 减少；另一方面是Rubisco活力下降，使NADPH积累，导致电子受体NADP+不足，使电子更多地传递给 ，产生的O2-（超氧阴离子）破坏膜结构，减少H+跨膜运输，最终导致类囊体膜内外 下降，通过ATP合酶的H+减少。 14．（2025·江苏·三模）图1是高温胁迫下黄瓜幼苗叶肉细胞代谢的部分示意图，①~④代表过程，A、B代表物质。Fd是还原态铁氧还蛋白，可将电子转移至NADPH中，也可参与光呼吸（图中虚线过程）。R酶是双功能酶，高温下R酶对CO2的亲和力下降而对O2的亲和力增强，请回答下列问题。    (1)物质A和B分别是 、 。过程④发生的场所是 。 (2)卡尔文循环消耗的CO2除从外界吸收外，还来源于 （过程，2分）。研究发现C2循环对卡尔文循环具有依赖性，其原因是 。 (3)光反应中电子传递过快或受阻，会产生过多的活性氧，引发光抑制。高温胁迫下，光反应产生的NADPH无法及时被消耗，能否通过抑制Fd活性解除光抑制，请说明理由。 。 (4)为进一步研究黄瓜幼苗对高温胁迫的响应机制，研究人员选择生长一致的幼苗随机均分为3组：高温组（昼/夜温度为42℃/32℃）、亚高温组（昼/夜温度为35℃/25℃）和对照组（昼/夜温度为28℃/18℃），在其他条件适宜时培养并测定相关数据，结果如图2。    ①0~3天亚高温组和高温组气孔导度升高，其主要意义是 。1~3天亚高温组和高温组气孔导度仍然较大，但净光合速率却降低，其主要原因可能是 。 ②有同学认为胁迫3~5天高温组光呼吸速率下降，说明黄瓜已适应高温环境。你认为该观点是否正确，简要说明理由。 。 15．（2025·江苏·一模）水稻和玉米是两种重要的粮食作物，高光强和高温环境下，水稻的光呼吸高而玉米等C4植物的叶肉细胞中存在PEP羧化酶可浓缩CO2。下图为玉米浓缩CO2的机制及类囊体膜上的电子传递示意图。请回答下列问题。 (1)Rubisco（R酶）是一种双功能酶，既可催化C5和CO2反应，也可在O2/CO2值过高时催化光呼吸的发生，即催化C5和O2反应生成C3和C2，后者最终可在线粒体中转变为CO2，降低了光合效率。R酶存在于水稻维管束鞘细胞中的 中，叶肉细胞中产生CO2的生理过程有 。 (2)PEP羧化酶与CO2的亲和力远高于R酶，可催化低浓度的CO2与图中 结合生成草酰乙酸，还原为苹果酸后经 （填结构名称）进入维管束鞘细胞，再脱羧释放CO2参与卡尔文循环。通过PEP酶的固定作用，将低浓度的CO2泵至维管束鞘细胞中富集，导致O2/CO2值 ，减少了光呼吸的发生。 (3)类囊体上电子传递链有线性电子传递链（图中实线所示）和环式电子传递链（图中虚线所示）两类。线性电子传递链传递的电子最初来自 ，最终传递给 。环式电子传递链的传递路径为PSI→ →PSI。通过环式电子传递链，实现了H+的跨膜运输，增大了膜两侧的浓度差，促进了 的合成；该过程中，ATP合酶的作用有 。 (4)据图分析，维管束鞘细胞的类囊体上无PSⅡ，其生理学意义是 。 16．（2025·天津河东·一模）2021年9月24日国际知名期刊《Science》发表了中国科学家人工合成淀粉的科技论文，在实验条件下，科学家们精心设计了11步化学聚糖主反应，相比植物光合作用60多步生化反应而言大大提高了淀粉合成效率。植物光合作用过程（A）和人工合成淀粉过程（B）如下图所示。请回答下列问题。    (1)在叶肉细胞中，过程A发生的场所是 。当光照突然减弱时，短时间内b的含量将 。若某植物早上8点到达光补偿点时，其光合作用所需的来源于 。叶肉细胞内类似于B中有机中间体的过程 （填“需要”或“不需要”）光反应提供ATP和NADPH。 (2)在与光合作用固定的量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累淀粉的量 （填“大于”、“小于”或“等于”）植物积累淀粉的量，因为 。 (3)人工合成淀粉的过程中，能量形式的转变为 。 (4)图示的①过程相当于植物光合作用的 阶段，②过程相当于植物光合作用的 过程。 (5)中间体如果能在细胞质基质中首先被分解，其释放的能量去处有 。 (6)若该技术未来能够大面积推广应用，你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题？（至少写出两点） 。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 热点01 植物“智慧”的生存法则：光合作用背后的博弈 内容导航 情境解读 考向破译 限时实战 热点背景速递 情境探究 高效科普：情境深入剖析与探寻，提取关键信息 热点信息解码 链接教材 预测考向：建立热点与教材知识的桥梁，精准预测命题方向 热点限时训练 模拟实战 巩固提升：限时完成情境化题目训练，提升信息迁移能力 【热点背景】 为优化光合作用，自然与科学界共同上演了一场精彩的进化与创新。 光合电子传递链是这一切的起点，也是光合作用光反应阶段的核心，它如同精密的“生物纳米电路”，通过光驱动的水裂解和电子传递，生产ATP和NADPH。其核心逻辑：光能→激发电子→裂解水放氧+建立质子梯度→ 合成ATP和NADPH。 但其核心酶Rubisco却存在“设计缺陷”：Rubisco酶本该固定CO₂，但有时会错误的催化O₂（而不是CO₂）与RuBP（五碳化合物）反应。这个反应产生一个二碳化合物（磷酸乙醇酸），它对细胞有毒，且不能直接进入卡尔文循环。植物必须在过氧化物酶体和线粒体等细胞器中，通过一系列复杂反应（C2循环），消耗ATP和NADPH，将这个二碳化合物重新转化为有用的三碳化合物（3-磷酸甘油酸），送回卡尔文循环，但会净损失1/4的碳（以CO₂形式释放）。 光呼吸1955年科学家德柯尔使用红外线气体分析仪研究烟草光合速率时，观察到了一个奇特的现象：当正在进行光合作用的叶片突然停止光照时，会出现 CO2释放量急剧增高（被称为“二氧化碳的猝发”）的现象，随后才降至黑暗环境的正常水平。基于这些发现，科学家提出植物体内存在一个与光合作用同时发生、需要光参与、消耗 O2 并释放 CO2的特殊过程。因为它与呼吸作用类似（耗氧放碳），且必须在光下进行，故命名为“光呼吸”。光呼吸降低了光合效率，尤其在高温干旱条件下。这严重限制了C3作物（如水稻、小麦）的产量。为了对抗光呼吸、提高效率，自然界进化出了CO₂浓缩机制。 初始碳固定过程 C₃植物：使用一种“双功能”酶Rubisco作为唯一的二氧化碳固定酶。Rubisco与二氧化碳的亲和力相对较低，并且在氧气浓度高、二氧化碳浓度低时，会错误地与氧气结合，引发耗能的光呼吸过程，就像一个效率不高且容易出错的“捕手”。C₄植物：进化出了一个高效的“双泵系统”。在叶肉细胞中，它们使用另一种酶PEP羧化酶（PEPC）作为“初级捕手”。PEPC与二氧化碳的亲和力极高，即使在二氧化碳浓度很低的情况下也能高效工作，并且完全不会与氧气结合。它先将二氧化碳固定在一种四碳化合物（C₄）中，就像一个精准的“预捕手”。CAM植物（如仙人掌）则通过“时间分离”在夜间固定CO₂，两者均能有效抑制光呼吸，展现了惊人的逆境适应力。植物通过这种特殊的方式变相提高了Rubisco周围的CO₂浓度，极大抑制了光呼吸，光合效率高，需水量少。 受此启发，科学家正致力于人工光合，目标是模拟自然光合作用，用阳光、水和CO₂，直接生产燃料（如氢气、甲醇）或化学品，而不是淀粉。 继20世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。 人工合成淀粉的技术工艺路线大致为CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F－6－P→G－6－P→G－1－P→G→淀粉，整个过程涉及11步重要的生化反应。而在自然条件下，光反应和暗反应涉及的化学反应则有60多步，而且效率较低。科学家发现用阳光、水和CO₂直接生产清洁能源，能为解决能源与气候问题提供终极方案。利用合成催化剂和半导体材料，构建一个更高效的“仿生系统”，直接将太阳能转化为高密度化学燃料（如氢气、甲醇），为实现“碳中和”提供了充满潜力的前沿路径。 人工光合作用仍然面临许多挑战：目前效率远低于植物，且贵金属催化剂成本高昂。人工材料在强光和水环境中容易分解失效。如何把吸光、氧化、还原各部分高效、稳定地耦合在一起是个巨大难题。 【信息速递】 1．技术突破与创新：通过构建“人工仿生电子传递链”（如量子点杂化系统）来突破自然光能转换极限；利用“合成生物学”为耗能的光呼吸设计全新的"代谢捷径"，将其从负担变为增益；通过“多基因模块化移植”，将C4植物的高效CO₂浓缩机制（含花环结构）系统性导入水稻，实现作物光合系统的升级；而集成化的“人工光合作用”系统则致力于开发双功能催化剂，实现将CO₂和水直接、连续地转化为太阳能燃料。这些创新共同推动着人类从被动利用走向主动定制光合效能的新纪元。 3．农业领域应用：在农业科技前沿，针对光合作用的研究正催生革命性突破：通过靶向光合电子传递链，我们得以研发高效低毒的新型除草剂，实现精准杂草防控；借助合成生物学技术重构“光呼吸”途径，旨在将其从耗能过程变为增产引擎，直接提升C3作物产量；宏伟的C4水稻工程则试图将玉米等的高效CO₂浓缩机制导入水稻，以期实现节水肥条件下的产量倍增；而人工光合作用更是超越农业范畴，通过模拟自然光合系统将阳光、水和CO₂直接转化为清洁能源（如氢气）或化学品，为农业乃至整个社会提供碳中和的终极解决方案。这些技术共同指向一个目标——通过驾驭光能，重塑未来农业的产出模式与生态边界 【知识定位】 1．高中生物教材：人教版必修1《分子与细胞》涉及细胞呼吸与光合作用相关内容，包括细胞呼吸与光合作用的原理、场所和过程；光合作用的影响因素等基础知识。 在高中生物教材中，光合电子传递是必修一“光合作用原理”的核心，以“光反应”形式呈现，核心是理解光能如何转化为ATP和[H]中的化学能。光呼吸本身不作为术语出现，但其根源“Rubisco酶能固定O₂的特性”会被点明，是解释C3植物效率限制的关键隐含知识。而C4及CAM途径则作为拓展阅读材料，用于展示植物如何通过特殊的“时空策略”来规避光呼吸，以适应干旱炎热环境。至于人工光合作用，它通常出现在“科学·技术·社会”栏目，作为模仿自然光合原理解决能源问题的前沿科技情境，考查知识迁移能力。 2．大学相关教材：《植物学》、《植物生理学》、《生物化学》。大学教材将高中“产生ATP和[H]”的模糊描述，精确为光系统II与I的“Z链”接力，阐明电子传递驱动质子梯度以合成ATP的化学渗透机制，核心是光能→电能→化学能的膜蛋白精密转换。同时将光呼吸明确定义为Rubisco酶固定O₂引发的“氧化型卡尔文循环”，并揭示这是一个耗费能量的跨细胞器（叶绿体、过氧化物酶体、线粒体）C2循环，同时探讨其在胁迫中可能存在的生理功能。其内涵从高中知识点上升为“结构与功能协同”的生存策略。 【考向预测】 预测1 光合电子传递、光合磷酸化与物质跨膜运输问题的综合考察 预测2 光抑制与光保护机制、光呼吸、C3、C4、及CAM植物的光合作用途径与植物逆境胁迫的调节 预测3 “人工叶绿体”、“人工合成淀粉”与“二氧化碳固定”的新情境 1．（2025·江苏南京·二模）某生物社团利用金鱼藻进行光合作用相关实验，实验装置如下图。下列叙述错误的是（　　） A．该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响 B．去掉单色滤光片后短时间内金鱼藻叶绿体基质中C3含量降低 C．利用氧气传感器测到的O2浓度变化量可表示金鱼藻总光合速率 D．该装置测得的氧气释放速率会随时间推移逐渐减小至0 【答案】C 【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素、环境条件骤变时光合作用过程中各种物质含量变化规律 【详解】A、在该装置中可通过改变NaHCO3溶液的浓度探究CO2浓度对金鱼藻光合作用的影响，即该装置可用于探究CO2浓度和光质对金鱼藻光合作用的影响，A正确； B、相同条件下，白光下比单色光下的光合作用要强，因此拆去滤光片，光反应增强，ATP和NADPH含量升高，C3还原速率加快，短时间内C3含量降低，B正确； C、总光合速率=净光合速率+呼吸作用速率，利用氧气传感器测到的O2浓度变化可计算净光合作用速率，但呼吸作用速率未知，不能直接计算总光合速率，C错误； D、该装置处于适宜条件下，随着光合作用的进行，CO2逐渐被消耗，光合作用速率逐渐降低，当光合作用速率等于呼吸作用速率时，氧气释放速率为0，因此测得的氧气释放速率会随时间逐渐减小至0，D正确。 2．（2025·江苏南通·二模）RuBP羧化/加氧酶缩写为Rubisco，当浓度高时，Rubisco催化与反应；当浓度高时，Rubisco催化与经过一系列化学反应，消耗ATP和NADPH，生成和，这一过程称为光呼吸。如图为小麦叶肉细胞中的部分生理活动过程，大写字母代表相应的物质。下列叙述不合理的是（    ） A．A表示NADPH，B表示，C表示ADP+Pi，D表示ATP，F表示RuBP B．夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，植物光呼吸会有所增强 C．Rubisco位于叶绿体基质，玉米（植物）通常比小麦植物）光呼吸作用弱 D．光呼吸过程消耗ATP、NADPH，与光反应相反，不利于植物细胞的正常生长 【答案】D 【知识点】影响光合作用的因素、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【详解】A、由图可知，H++B→A，故A表示NADPH，B表示NADP+，光反应过程由C形成D，则C表示ADP+Pi，D表示ATP，F表示RuBP，即C5，A正确； B、夏季晴朗的中午出现“午休现象”时，气孔关闭，二氧化碳不能正常进入叶肉细胞，但光反应正常进行，导致叶肉细胞内氧气浓度较高，氧气和五碳化合物结合几率增加，因此植物光呼吸的强度较通常会有所增大，B正确； C、Rubisco位于叶绿体基质，玉米（植物）通常比小麦植物）光呼吸作用弱，因为玉米能利用较低浓度的二氧化碳，C正确； D、植物细胞产生的ATP和NADPH过多时会破坏细胞，光呼吸能消耗过多的ATP和NADPH，故光呼吸有利于保护农作物，D错误。 3．（24-25高三上·山东济南·月考）部分厌氧菌缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧光合作用，避免产生的氧自由基对自身造成伤害。如图表示绿硫细菌的光反应过程示意图，下列叙述正确的是（    ） A．绿硫细菌在光反应中，H₂S是电子供体 B．叶绿体中的菌绿素复合体，用于吸收、传递、转化光能 C．绿硫细菌产生的高能e⁻长期储存在 NADPH中 D．H⁺进入内腔需要的能量直接来自 H₂S分解时产生的能量 【答案】A 【知识点】真核细胞与原核细胞、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【分析】绿硫细菌属于原核生物，其细胞内只有核糖体一种细胞器，含有能够进行光合作用的色素和酶；绿硫细菌在进行光合作用时，光反应需要光能和H2S，合成了NADPH和ATP，也产生了单质硫。 【详解】A、绿硫细菌光合作用过程中，H2S的作用与水相似，因此在光反应中H₂S是电子供体，A正确； B、绿硫细菌是原核生物，不含叶绿体，B错误； C、 NADPH是高度活泼的还原剂，不能长期储存电子，C错误； D、H⁺进入内腔需要的能量直接来自光合片层两侧的e-浓度差，D错误。 4．(2025·河北唐山模拟)Science发表了中国科学家人工合成淀粉的论文，在实验条件下，科学家们设计了化学聚糖主反应。对比植物光合作用，此反应大大提高了淀粉合成效率。据图分析，下列叙述正确的是(　 　) A．光合作用中类似于CO2→C1中间体→C3中间体的过程，有酶和ATP即可进行 B．人工合成淀粉过程中需多种酶参与，可以通过改造酶基因来提高催化的效率 C．植物光合作用与人工合成淀粉的途径中，都是利用还原剂作用于CO2 D．若两者固定CO2量相等，植物光合作用与人工合成淀粉的途径积累的淀粉量相等 【答案】A 【分析】本题对比植物光合作用与人工合成淀粉的途径差异。植物通过卡尔文循环固定CO₂（羧化后再还原），需光反应提供ATP与NADPH，且碳分配存在损耗；人工途径可设计更短、更高效的酶促反应，通过基因工程改造酶可提升效率。两者在能量利用、中间产物与最终淀粉产率上存在显著不同。 【详解】A、绿色植物叶肉细胞内类似于人工合成淀粉新途径中由CO2→C1中间体→C3中间体的过程的是CO2的固定，不需要光反应提供ATP，A错误；可通过蛋白质工程实现对相关酶基因的改造，从而提高催化效率，B正确；植物光合作用中还原剂作用于C3，而图示中人工合成过程还原剂作用于CO2，C错误； 在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成淀粉的量相同，而人工合成淀粉途径没有呼吸作用消耗淀粉，因此人工合成淀粉途径积累的淀粉量更多，D错误。 5．（2024·江苏泰州·模拟预测）（多选）C3植物在环境中CO2与O2的比值出现异常时容易发生光呼吸，同时也消耗过剩的ATP和还原为NADPH，减少其对光合结构的破坏。下图为光合作用和光呼吸关系图，虚线表示科学家尝试构建的一种新型的光呼吸旁路。相关叙述正确的是（　　） A．R酶是一种双功能酶，能催化C5和O2、C5和CO2反应 B．CO2与O2比值增大有利于光呼吸发生而不利于光合作用发生 C．适当抑制植物的光呼吸有利于提高植物的光合产量 D．图示光呼吸旁路更有意义的原因是该过程减少了碳损耗 【答案】ACD 【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素 【详解】A、结合图示可知，R酶是一种双功能酶，不仅能催化C5和O2的反应，还能催化C5和CO2反应，A正确； B、光照充足，CO2与O2比值降低有利于C5和O2的反应，即促进光呼吸进行，B错误； C、光呼吸会带来碳损耗，减弱光合作用，适当抑制植物的光呼吸有利于提高植物的光合产量，C正确； D、虚线表示科学家尝试构建的一种新型的光呼吸旁路，可将光呼吸产生的C2用于卡尔文循环，减少了碳损耗，D正确。 6．（2024·江苏宿迁·一模）（多选）如图是光合作用过程示意图（字母代表物质），PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法正确的是（    ） A．H+经过Z蛋白外流的同时，利用B物质来合成C物质 B．叶绿素分子中被光激发的e-，经传递到达D结合H+后生成E C．物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5化合物的含量将降低 D．降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能 【答案】ABD 【知识点】环境条件骤变时光合作用过程中各种物质含量变化规律、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【详解】A、由图可知，C、E可用于C3的还原，故E是NADPH，B是ADP和Pi，C是ATP。当H+顺浓度梯度经过Z蛋白运输时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成了C物质，A正确； B、叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D（NADP+）同时结合H+合成E，即NADPH，B正确； C、物质F是CO2，浓度降低至原浓度一半时，短时间内CO2的固定速率降低，但C3的还原速率不变，故C5化合物的含量将升高，C错误； D、由题意可知，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H+的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。降低Z蛋白的活性会减少H+向外运输，阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱，进而抑制光反应ATP和NADPH的合成，由于Z蛋白质活性与ATP合成有关，因此ATP合成减少也会导致H+外运减少，因此都将有利于PSBS发挥功能，防止强光对植物细胞造成损伤，D正确。 7．（2023·江苏南通·三模）（多选）活化状态的Rubisco能催化固定。黑暗条件下，Rubisco与C5结合呈钝化状态。光照条件下，光激活Rubisco活化酶，使Rubisco构象发生变化释放C5暴露出活性位点，然后Rubisco活性位点与结合后再与类囊体排出的结合，形成活化状态的Rubisco，过程如下图所示。相关叙述正确的是（    ） A．Rubisco活化酶吸收、传递、转换光能后被激活 B．光能驱动H+从类囊体薄膜外向类囊体内腔移动 C．类囊体内腔中的pH下降有利于Mg2+释放到基质 D．和Mg2+既是Rubisco的活化剂也是Rubisco的催化底物 【答案】BC 【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【详解】A、酶只有催化作用，吸收、传递、转化光能的是光合色素，A错误； B、由图可知，光能驱动H+从类囊体薄膜外向类囊体内腔移动，进而维持类囊体中的高H+浓度，B正确； C、类囊体内腔中的pH下降，消耗H+势能，有利于Mg2+释放到基质，C正确； D、Mg2+是Rubisco的活化剂，但不是Rubisco的催化底物，D错误。 8．（2023·江苏南通·二模）（多选）下图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图，光下TPT活性受到限制。相关叙述正确的是（    ） A．TPT分布在叶绿体外膜中，具有专一性和饱和性 B．白天光合速率快，叶绿体中[3-磷酸甘油酸]/[Pi]的比值低 C．细胞质基质中的Pi浓度降低时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制 D．白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成 【答案】CD 【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【详解】A、叶绿体是双层膜结构，外膜的外面是细胞质基质，据图可知，TPT既能转运丙糖磷酸又能转运磷酸，具有专一性和饱和性，但位于叶绿体内膜上，A错误； B、白天，光合作用形成较多3-磷酸甘油酸，与ADPG焦磷酸化酶结合后，便催化形成淀粉，晚上，光合磷酸化停止，积累在叶绿体里的Pi浓度便升高，便抑制淀粉形成，因此，白天或光照下甘油酸磷酸/Pi的比值高时，合成淀粉活跃；在夜晚或暗处则抑制淀粉合成，转而合成蔗糖，B错误； C、磷酸丙糖转运器（TPT）能将卡尔文循环丙糖磷酸（TP）不断运到叶绿体外，同时将释放的Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制丙糖磷酸TP从叶绿体中运出，C正确； D、白天，光照较强，光下TPT活性受到限制，TPT不能将Pi（无机磷酸）运回叶绿体基质，不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性，从而促进淀粉的合成，因此白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成，D正确。 9．(2024·江苏苏州模拟)玉米等C4植物通过光合作用C4途径，使其能在高温下保持产量。仙人掌等景天科植物则以光合作用CAM途径，助其在沙漠和其他缺水地区生存。研究表明，马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，主要过程如下图。请回答下列问题： (1)C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与____结合，这个过程被称作CO2的固定，其发生的场所是____________________________。 (2)马齿苋的光合细胞有______________________，________细胞中的叶绿体只能进行暗反应，据图推测其原因是其缺少了______________(结构)。图中A表示的物质有__________________。 (3)图中①表示的结构是________，叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是____________________。 (4)研究发现，当水分充足时，马齿苋叶片中主要进行C4途径，而处于干旱环境时，可以进行C4途径和CAM途径，该调节机制使马齿苋即使在干旱环境下也可通过在夜间________，并且以______的形式储存，为光合作用提供足够原料。说明马齿苋具有________________________的优势。 【答案】（1）C5 维管束鞘细胞叶绿体(基质) （2）叶肉细胞和维管束鞘细胞 维管束鞘 类囊体(薄膜) ATP和NADPH （3）胞间连丝 提高了物质的运输效率 （4）吸收CO2 苹果酸 抵御长期干旱同时更加高产 【详解】（1）据题图可知，C4途径和CAM途径中，CO2先经历C4途径，然后在RuBP羧化酶的作用下与C5结合，这个过程被称作CO2的固定，发生的场所为维管束鞘细胞叶绿体(基质)。 （2）马齿苋的光合作用整合了C4途径和CAM途径，C4途径中CO2固定分别发生在叶肉细胞中通过PEP羧化酶作用与PEP反应生成草酰乙酸和发生于维管束鞘细胞中与C5结合形成C3，因此马齿苋的光合细胞有叶肉细胞和维管束鞘细胞。而维管束鞘细胞中的叶绿体只能进行暗反应，通过题图可推测其原因是缺少了类囊体(薄膜)，没有色素和与光反应有关的酶。光反应能产生ATP和NADPH，可以用于暗反应中C3的还原，因此推测A代表的物质是ATP和NADPH。 （3）题图中①是细胞间可以进行物质运输和信息交流的结构，表示胞间连丝。高等植物细胞间可以通过胞间连丝进行物质运输和信息交流，所以叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量该结构的意义是可以提高物质运输的效率。 （4）马齿苋叶片在处于干旱环境时可以进行C4途径和CAM途径，而CAM途径中夜晚吸收CO2，经过一系列过程形成苹果酸，储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸释放CO2用于光合作用，为光合作用提供足够原料，更加高产，同时说明了马齿苋具有抗干旱的优势。 10．（2026·江苏镇江·模拟预测）海天牛以绿藻等藻类为食，并盗取叶绿体演化出一种特殊结构——盗质体，从而利用光合作用应对饥饿等营养胁迫。图1示海天牛细胞中光合作用的部分过程。请回答下列问题。 (1)图1中PSI和PSII镶嵌在叶绿体的 上，叶绿体中光合色素主要吸收 光。过程①表示 ，产生的电子（e-）经过传递，最终受体为 。光反应为卡尔文循环提供的物质有 。 (2)研究人员让海天牛吸入一定量的18O标记的氧气。一段时间后，在海天牛体内检测到了含18O的糖类。请写出氧原子可能的转移路径：18O2H218O （用文字和箭头表示）。 (3)与绿藻细胞相比，海天牛细胞缺乏叶绿体所需的许多核编码基因。为维持盗质体内叶绿体的功能，海天牛可能采取的机制有 。 ①吸收并整合绿藻中光合作用相关的核基因 ②激活自身免疫系统以保护叶绿体免受降解 ③通过行为调节（如主动避光）避免叶绿体受强光损伤 ④其线粒体可为光合作用提供ATP和NADPH (4)盗质体膜上的P2X4和质子泵共同调控光合作用（图2）。质子泵将H+泵入腔内，与反应生成光合作用底物 ，叶绿体产生的ATP可激活P2X4。已知盗质体腔内酸性过强会影响P2X4活性，为探究P2X4对光合作用的影响，研究者分别用ATP、伊维菌素（P2X4增强剂）、Cu2+（P2X4拮抗剂）进行处理，结果如图3。结合图2、3，请从稳态和平衡角度推测P2X4的作用是 。 【答案】(1) 类囊体薄膜 蓝紫光和红光 水的光解 NADP+（或氧化型辅酶Ⅱ） ATP、NADPH (2)C18O2糖类（CH218O） (3)①③ (4) CO2（或二氧化碳） 将盗质体内多余H+排出，保持腔内pH相对稳定，从而维持光合作用正常进行 【知识点】光合作用与细胞呼吸在物质和能量代谢上的区别与联系、叶绿体的结构与功能、光合色素的种类、含量及功能、有氧呼吸过程 【分析】叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。结合图1可知，在光合作用光反应阶段，水在光下被分解，即水的光解，所以过程①表示水的光解。水光解产生的电子经过一系列传递，最终传递给NADP⁺，使其被还原为NADPH，所以电子的最终受体是NADP⁺。光反应阶段除了产生氧气外，还产生ATP和NADPH。卡尔文循环即暗反应阶段，需要ATP、NADPH提供能量，NADPH还做还原剂参与C3的还原，所以光反应为卡尔文循环提供的物质有ATP和NADPH。 【详解】（1）图1中PSI和PSII镶嵌在叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。结合图1可知，在光合作用光反应阶段，水在光下被分解，即水的光解，所以过程①表示水的光解。水光解产生的电子经过一系列传递，最终传递给NADP⁺，使其被还原为NADPH，所以电子的最终受体是NADP⁺。光反应阶段除了产生氧气外，还产生ATP和NADPH。卡尔文循环即暗反应阶段，需要ATP、NADPH提供能量，NADPH还做还原剂参与C3的还原，所以光反应为卡尔文循环提供的物质有ATP和NADPH。 （2）在有氧呼吸第三阶段，氧气与[H]结合生成水。所以标记的18O2会与[H]结合生成H218O，即18O2H218O；在有氧呼吸第二阶段，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量能量。此时H218O中的18O会进入C18O2中。即18O2H218OC18O2；光合作用暗反应过程中，二氧化碳被固定后生成三碳化合物，最终合成糖类。所以C18O2中的18O会进入糖类（CH218O）中，即C18O2糖类（CH218O）。综上所述，18O标记的氧原子可能的转移路径：C18O2糖类（CH218O）。 （3）①由于海天牛细胞缺乏叶绿体所需的许多核编码基因，而绿藻具有完整的光合作用相关基因，所以海天牛吸收并整合绿藻中光合作用相关的核基因，就有可能获得维持叶绿体功能所需的基因，从而使叶绿体能够正常发挥功能，①正确； ②叶绿体在海天牛细胞内是一个外来结构，可能会被细胞的免疫系统识别为异物而遭到降解，②错误； ③强光可能会对叶绿体造成损伤，影响其功能，海天牛通过行为调节，如主动避光，避免叶绿体受强光损伤，有利于维持叶绿体的正常功能，③正确； ④光合作用光反应阶段产生的ATP和NADPH用于暗反应，而光反应是在叶绿体的类囊体薄膜上进行的，不需要线粒体提供ATP和NADPH，④错误。 故选①③。 （4）质子泵将H+泵入腔内与CO32-反应生成H2CO3，H2CO3会分解生成CO2，CO2是光合作用底物。已知盗质体腔内酸性过强会影响P2X4活性，为探究P2X4对光合作用的影响，研究者分别用ATP、伊维菌素（P2X4增强剂）、Cu2+（P2X4拮抗剂）进行处理，结果如图3，Cu2+（P2X4拮抗剂）处理组P2X4活性受到抑制，H+排出受阻。结合图2、3，从稳态和平衡角度推测P2X4的作用是将盗质体内多余H+排出，保持腔内pH相对稳定，从而维持光合作用正常进行。 11．（2025·江苏徐州·二模）光是光合作用的必要条件，在光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递（如图所示）。物质X通过与质体醌（PQ）竞争PSⅡ上的结合位点而阻碍电子传递；除草剂二溴百里香醌是PQ的类似物，可接受来自PSⅡ反应中心的电子，且能够与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f。请分析回答下列问题∶ (1)光合作用光反应的场所是 ，光反应中产生ATP的直接能量来源是 。 (2)ATP合成酶的作用是 、 ，增加膜两侧的H⁺浓度差的生理过程有 （答出2点即可）。 (3)物质X与PQ竞争PSⅡ上的结合位点，会使电子传递受阻，导致 （填物质名称）生成量减少，进而影响暗反应中 的还原。 (4)除草剂二溴百里香醌与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f，会影响 的形成，从而导致光反应中 的合成受阻。 (5)在樱桃种植基地，果农常用不透光的黑塑料膜覆盖地面进行物理除草，从光合作用角度分析，其作用原理最合理的是_______。 A．黑塑料膜反射大量阳光，使杂草吸收的光能显著减少 B．黑塑料膜阻碍了CO2进入杂草叶片，使暗反应无法进行 C．黑塑料膜阻断了杂草的光反应阶段使其无法进行光合作用 D．黑塑料膜抑制了杂草细胞内与光合作用有关酶的活性 【答案】(1) 类囊体薄膜 H+的电化学梯度 (2) 催化ATP的合成 协助H+跨膜运输 水的光解产生H+、PQ将H+从叶绿体基质侧运输到类囊体腔侧、合成NADPH消耗叶绿体基质侧的H+ (3) ATP和NADPH C3 (4) 质子梯度 ATP (5)C 【知识点】影响光合作用的因素、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、光合色素的种类、含量及功能、ATP与ADP的相互转化 【分析】光合作用的光反应是一个非常复杂的物质与能量转变过程，它需要类囊体上多种蛋白复合体和电子传递体的参与才能将光能转变成电能，进而转变电势能和化学能。PSI和PSII指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，叶绿素a（P680和P700）与蛋白质结合构成PSI和PSII。转化时处于特殊状态的叶绿素a在光的照射下﹐可以得失电子，从而将光能转换成电能。叶绿素a被激发而失去电子（e-），最终传递给NADP+。失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子（H+），叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。 【详解】（1）光反应的场所是类囊体薄膜。在光反应过程中，水在光下分解产生O2、e-和H+，e-在电子传递链中传递，同时伴随着H+从叶绿体基质向类囊体薄膜内转运，从而形成了类囊体薄膜内外的H+电化学梯度。H+顺浓度梯度通过ATP合成酶时，促使ADP和Pi合成ATP，因此，H+电化学梯度是产生ATP的直接能量来源。 （2）由题图可知，ATP合成酶的作用是催化ATP的合成，并协助H+跨膜运输。水的光解产生的H+使类囊体腔侧的H+浓度增加，另外，PQ可将H+从叶绿体基质侧运输到类囊体腔侧，合成NADPH也需要消耗叶绿体基质侧的H+，它们都可增加膜两侧的H+浓度差。 （3）已知物质X通过与PQ竞争PSⅡ上的结合位点而阻碍电子传递，电子传递受阻会使光反应中ATP和NADPH生成量减少，而暗反应中C3的还原需要ATP和NADPH，因此会影响C3的还原。 （4）由题图可知，电子传递到细胞色素b6f有助于质子梯度的形成，质子梯度驱动ATP的合成。除草剂二溴百里香醌阻止电子传递到细胞色素b6f，影响质子梯度的形成，进而使ATP的合成受阻。 （5）黑塑料膜主要是通过不透光的特性来减少杂草对光能的吸收，而不是通过反射，A错误；黑塑料膜覆盖地面的主要是光照，对CO2进入杂草叶片的阻碍作用不明显，B错误；因为黑塑料膜不透光，杂草无法接收光照而不能进行光反应，所以无法为暗反应提供ATP和NADPH，最终使杂草无法进行光合作用，生长受到抑制，达到除草目的，C正确；黑塑料膜覆盖地面虽然可能在一定程度上改变地面温度而影响与光合作用有关酶的活性，但这不是抑制杂草光合作用的主要原因，D错误。故选C。 12．（2025·江苏徐州·模拟预测）卡尔文循环是植物合成有机物的重要途径，其中1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）是决定碳同化效率的关键酶和限速酶。卡尔文循环的调节方式如图所示。请回答下列问题： (1)据图可知，Rubisco是由大亚基（RbcL）和小亚基（RbcS）组成，说明叶绿体是一种 细胞器，该酶催化暗反应中 过程，产物是 。 (2)卡尔文循环不直接需要光，但受到光的调控。据图分析，光通过调节Rubisco活性调控卡尔文循环的方式有 A．分别调节rbcS和rbcL 的转录和翻译过程           B．影响 RCA的活性 C．光反应合成ATP、NADPH, 用于暗反应 D．影响H⁺进入类囊体 (3)研究发现，中间产物的改变会影响卡尔文循环速率。据图分析，当RuBP含量低时，磷酸丙糖（TP）用于 （如虚线所示）增加，以加快卡尔文循环速率；循环稳定后，多余的TP才可以在 中合成淀粉或其他非糖物质，或转运到细胞质基质合成 。 (4)光合产物的转运也影响卡尔文循环，叶绿体内、外膜上存在的磷酸转运体，可以等量反向转运 。若细胞质基质的 Pi降低，将限制TP运出叶绿体，使光合速率 。 (5)为探究RCA对 Rubisco的影响，研究人员通过转基因技术，成功构建RCA过表达玉米株系（RCA系），并测量实验组和对照组（WT）玉米Rubisco的相关数值，结果如下。根据实验结果可以得出的结论为 。 【答案】(1) 半自主性 CO2的固定 PGA、（或PGA、C3、三碳化合物） (2)BD (3) RuBP（或C5）的再生 叶绿体基质 蔗糖 (4) TP和 Pi 减慢 (5)RCA增多可以提升Rubisco的初始活性，对Rubisco的总活性影响不明显（或降低总活性） 【知识点】遗传信息的翻译、遗传信息的转录、影响光合作用的因素、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【详解】（1）据图可知，Rubisco是由大亚基（RbcL由叶绿体基因控制合成）和小亚基（RbcS由细胞核基因控制合成）组成，说明叶绿体是一种半自主性细胞器，该酶催化暗反应中CO2的固定过程，产物有PGA（或PGA、C3、三碳化合物）。 （2）A、与图可知，光会影响rbcS转录和rbcL的翻译，而不是分别调节rbcS和rbcL 的转录和翻译过程，A错误； B、RCA为光依赖性Rubisco活化酶，光通过RCA调节Rubisco活性调控卡尔文循环，B正确； C、光反应合成ATP、NADPH, 用于暗反应，但不是通过调节Rubisco活性调控卡尔文循环，C错误； D、由图可知，光影响H⁺进入类囊体，而pH等活性影响因子会影响Rubisco活性，D正确。 故选BD。 （3）据图分析，当RuBP含量低时，磷酸丙糖（TP）用于RuBP（或C5）的再生增加，以加快卡尔文循环速率；循环稳定后，多余的TP才可以在叶绿体基质中合成淀粉或其他非糖物质，或转运到细胞质基质合成蔗糖。 （4）由图可知，叶绿体内、外膜上存在的磷酸转运体，可以等量反向转运TP和 Pi，若细胞质基质的 Pi降低，将限制TP运出叶绿体，TP在叶绿体基质积累，使光合速率减慢。 （5）由图表可知，与对照组相比，实验组RCA系Rubisco的初始活性较高，Rubisco的总活性不同品系影响不同，故可得到RCA增多可以提升Rubisco的初始活性，对Rubisco的总活性影响不明显（或降低总活性）。 13．（2025·江苏苏州·三模）我国是世界水稻种植大国，水稻用水占农业用水的70%，面对日益严峻的水资源短缺问题，探究干旱胁迫对水稻生长的影响有重要的应用价值。请回答下列问题。 (1)水稻光合作用中CO2被固定后最初生成的产物是 ，其在 的参与下被还原。 (2)干旱胁迫会引发水稻叶片中脱落酸含量升高，导致 ，以适应缺水环境。同时，干旱胁迫也会改变叶肉导度（用于表征CO2从气孔下腔扩散至叶肉细胞Rubisco羧化位点的传输效率），使得叶绿体内的CO2浓度 。 (3)Rubisco是一个双功酶，能进行图1的羧化反应和氧化反应，其反应速率与CO2/O2浓度的比值有关，上述叶绿体内CO2浓度的变化导致叶肉细胞 ，从而导致叶片对 的利用率下降。 (4)研究人员以水稻R299为实验材料，通过供应20%浓度的PEG6000来模拟干旱环境，对其光合作用的相关指标进行测定，部分结果如下表（CK为不用PEG6000处理的对照组）。 测定日期 8月15日 8月20日 8月25日 8月30日 9月4日 CK 干 CK 干 CK 干 CK 干 CK 干 叶绿素含量（mg·g-1鲜重） 3.20 3.22 4.73 3.96 3.65 3.16 3.19 2.68 2.94 2.47 光反应ATP生成量（umol·mg-1chlh-1） 55.0 55.2 69.1 59.8 59.3 49.0 53.2 42.5 46.1 29.2 Rubisco活力(umolCO2·mg-1Pr．min-1) 0.08 0.09 - - 0.06 0.04 - - 0.03 0.02 ①本实验中CK的作用是排除夏季 等因素对实验结果的影响。 ②检测叶绿素含量时，用分光光度计测定提取的色素在645nm和663nm处吸收峰值的原因是 。 ③结合图2和表中数据可知，光反应ATP生成量之所以下降，一方面是因为叶绿素含量下降，电子 减少；另一方面是Rubisco活力下降，使NADPH积累，导致电子受体NADP+不足，使电子更多地传递给 ，产生的O2-（超氧阴离子）破坏膜结构，减少H+跨膜运输，最终导致类囊体膜内外 下降，通过ATP合酶的H+减少。 【答案】(1) C3/PGA ATP、NADPH、酶 (2) 气孔关闭 下降 (3) 羧化反应（卡尔文循环、暗反应）速率下降、氧化反应（光呼吸）速率上升 CO2和光能 (4) （强）光照、高温 叶绿素（叶绿素b和叶绿素a）在此处有吸收峰，而类胡萝卜素不吸收此波长的光（或强调只有叶绿素在此处有吸收峰） 产生量 O2 H+浓度差/H+电化学势梯度 【知识点】影响光合作用的因素、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、绿叶中色素的提取和分离实验、光合色素的种类、含量及功能 【详解】（1）水稻光合作用中CO2被固定后最初生成的产物是三碳化合物PGA，可用C3表示，其还原需要ATP、NADPH、酶的参与。 （2）在干旱条件下，植物体内的脱落酸含量会增加。脱落酸与受体结合后，通过降低保卫细胞的渗透压，使保卫细胞失水，从而导致气孔关闭，减少水分散失‌。叶肉导度用于表征二氧化碳从气孔下腔进入到叶绿体直至被Rubisco固定这一路径的阻力，是限制叶片叶绿体中二氧化碳浓度，进而影响叶片光合速率的重要生理参数，干旱胁迫也会改变叶肉导度，使得叶绿体内的CO2浓度下降。 （3）Rubisco是一个双功酶，能进行图1的羧化反应和氧化反应，其反应速率与CO2/O2浓度的比值有关，上述叶绿体内CO2浓度下降CO2/O2浓度的比值降低，导致叶肉细胞羧化反应（卡尔文循环、暗反应）速率下降，氧化反应（光呼吸）速率上升，从而导致叶片对CO2和光能的利用率下降。 （4）①研究人员以水稻R299为实验材料，通过供应20%浓度的PEG6000来模拟干旱环境，对其光合作用的相关指标进行测定，本实验自变量是是否干旱。本实验中CK的作用是排除夏季（强）光照、高温等因素对实验结果的影响。 ②645nm和663nm属于红光，检测叶绿素含量时，用分光光度计测定提取的色素在645nm和663nm处吸收峰值的原因是叶绿素（叶绿素b和叶绿素a）在此处有吸收峰，而类胡萝卜素不吸收此波长的光（或强调只有叶绿素在此处有吸收峰）。   ③结合图2和表中数据可知，光反应ATP生成量之所以下降，一方面是因为叶绿素含量下降，电子产生量减少；另一方面是Rubisco活力下降，使NADPH积累，导致电子受体NADP+不足，使电子更多地传递给O2，产生的O2会破坏膜结构，减少H+跨膜运输，最终导致类囊体膜内外H+电化学势梯度下降，通过ATP合酶的H+减少，光反应ATP生成量下降。 14．（2025·江苏·三模）图1是高温胁迫下黄瓜幼苗叶肉细胞代谢的部分示意图，①~④代表过程，A、B代表物质。Fd是还原态铁氧还蛋白，可将电子转移至NADPH中，也可参与光呼吸（图中虚线过程）。R酶是双功能酶，高温下R酶对CO2的亲和力下降而对O2的亲和力增强，请回答下列问题。    (1)物质A和B分别是 、 。过程④发生的场所是 。 (2)卡尔文循环消耗的CO2除从外界吸收外，还来源于 （过程，2分）。研究发现C2循环对卡尔文循环具有依赖性，其原因是 。 (3)光反应中电子传递过快或受阻，会产生过多的活性氧，引发光抑制。高温胁迫下，光反应产生的NADPH无法及时被消耗，能否通过抑制Fd活性解除光抑制，请说明理由。 。 (4)为进一步研究黄瓜幼苗对高温胁迫的响应机制，研究人员选择生长一致的幼苗随机均分为3组：高温组（昼/夜温度为42℃/32℃）、亚高温组（昼/夜温度为35℃/25℃）和对照组（昼/夜温度为28℃/18℃），在其他条件适宜时培养并测定相关数据，结果如图2。    ①0~3天亚高温组和高温组气孔导度升高，其主要意义是 。1~3天亚高温组和高温组气孔导度仍然较大，但净光合速率却降低，其主要原因可能是 。 ②有同学认为胁迫3~5天高温组光呼吸速率下降，说明黄瓜已适应高温环境。你认为该观点是否正确，简要说明理由。 。 【答案】(1) H⁺、O2 C3（3-磷酸甘油酸） 叶绿体基质 (2) 细胞呼吸、甘氨酸分解为丝氨酸（光呼吸） C2循环需要卡尔文循环提供C5 (3)不能，抑制Fd活性会阻碍电子传递，进一步导致活性氧积累，加剧光抑制 (4) 增强蒸腾作用以降低叶片温度 失水过多（、酶活性降低），影响植物光合作用 不正确，净光合速率和气孔导度都在下降，说明高温造成黄瓜结构损伤、酶活性下降、生理性缺水 【知识点】影响光合作用的因素、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、有氧呼吸过程 【分析】光反应阶段必须有光才能进行，这个阶段是在类囊体的薄膜上进行的，叶绿体中光合色素吸收的光能有两方面用途：一是将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与NADP+结合生成NADPH，NADPH作为活泼还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，这样光能转化为储存在ATP中的化学能；暗反应阶段有光无光都能进行，这一阶段是在叶绿体的基质中进行的，CO2被利用，经过一系列反应后生成糖类。 【详解】（1）在光反应中，水的光解产生物质 为A ：H⁺和氧气。C5和CO2反应生成C3（3-磷酸甘油酸）。过程④为光呼吸的起始阶段，发生的场所为叶绿体基质。 （2）从图中可知，光呼吸（C2循环）会产生CO2，可作为卡尔文循环的原料；除此之外呼吸作用产生的二氧化碳也可用于卡尔文循环。C2循环中一些反应步骤需要卡尔文循环产生的 NADPH 和 ATP 来推动反应进行，故C2循环对卡尔文循环具有依赖性。 （3）Fd 可将电子转移至 NADPH 中，若抑制其活性，电子无法正常转移，NADPH 不能被消耗反而会积累，过多的 NADPH 会进一步加重活性氧产生，加剧光抑制，所以不能通过抑制 Fd 活性解除光抑制。 （4）①气孔导度升高利于植物进行蒸腾作用以降低叶片温度。1 - 3 天气孔导度大但净光合速率降低，可能是高温使光合作用相关酶的活性下降或植物失水过多，影响了光合作用进行。 ②虽然光呼吸速率下降，但从图中看高温组净光合速率持续降低，气孔导度也在下降，说明植物整体光合作用受高温抑制或黄瓜结构损伤、酶活性下降、生理性缺水，故植物没有适应高温环境，所以该观点不正确。 15．（2025·江苏·一模）水稻和玉米是两种重要的粮食作物，高光强和高温环境下，水稻的光呼吸高而玉米等C4植物的叶肉细胞中存在PEP羧化酶可浓缩CO2。下图为玉米浓缩CO2的机制及类囊体膜上的电子传递示意图。请回答下列问题。 (1)Rubisco（R酶）是一种双功能酶，既可催化C5和CO2反应，也可在O2/CO2值过高时催化光呼吸的发生，即催化C5和O2反应生成C3和C2，后者最终可在线粒体中转变为CO2，降低了光合效率。R酶存在于水稻维管束鞘细胞中的 中，叶肉细胞中产生CO2的生理过程有 。 (2)PEP羧化酶与CO2的亲和力远高于R酶，可催化低浓度的CO2与图中 结合生成草酰乙酸，还原为苹果酸后经 （填结构名称）进入维管束鞘细胞，再脱羧释放CO2参与卡尔文循环。通过PEP酶的固定作用，将低浓度的CO2泵至维管束鞘细胞中富集，导致O2/CO2值 ，减少了光呼吸的发生。 (3)类囊体上电子传递链有线性电子传递链（图中实线所示）和环式电子传递链（图中虚线所示）两类。线性电子传递链传递的电子最初来自 ，最终传递给 。环式电子传递链的传递路径为PSI→ →PSI。通过环式电子传递链，实现了H+的跨膜运输，增大了膜两侧的浓度差，促进了 的合成；该过程中，ATP合酶的作用有 。 (4)据图分析，维管束鞘细胞的类囊体上无PSⅡ，其生理学意义是 。 【答案】(1) 叶绿体基质 细胞呼吸和光呼吸 (2) PEP 胞间连丝 降低 (3) H2O NADP+ Fd→PQ→Cytb6f→PC ATP 催化和运输 (4)不发生水的光解，降低O2/CO2比值，（减少光呼吸）提高光合效率 【知识点】有氧呼吸过程、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应： （1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产生NADPH和氧气，以及ATP的合成。 （2）暗反应：场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定和C3的还原两个阶段。光反应为暗反应C3的还原阶段提供NADPH和ATP。 【详解】（1）分析题意，R酶可催化C5和CO2反应，也催化C5和O2反应生成C3和C2，由此可知，R酶存在于水稻维管束鞘细胞的叶绿体基质中，叶肉细胞中产生CO2的生理过程有细胞呼吸和光呼吸。 （2）分析题图可知，PEP羧化酶可催化低浓度的CO2与PEP结合生成草酰乙酸，还原为苹果酸后经细胞间的胞间连丝进入维管束鞘细胞，再脱羧释放CO2参与卡尔文循环。通过PEP酶的固定作用，将低浓度的CO2泵至维管束鞘细胞中富集，导致O2/CO2值降低，减少了光呼吸的发生。 （3）由图可知，线性电子传递的最初电子供体是H2O，最终电子受体是NADP+。环式电子传递链的传递路径为PSI→Fd→PQ→Cytb6f→PC→PSI。通过环式电子传递链，实现了H+的跨膜运输，增大了膜两侧的浓度差，促进了ADP和Pi合成ATP；该过程中，ATP合酶的作用有催化ATP合成和运输H+。 （4）分析题图可知，PSⅡ可以促进水的光解，故维管束鞘细胞的类囊体上无PSⅡ，不发生水的光解产生O2，降低O2/CO2比值，减少光呼吸，从而提高光合效率。 16．（2025·天津河东·一模）2021年9月24日国际知名期刊《Science》发表了中国科学家人工合成淀粉的科技论文，在实验条件下，科学家们精心设计了11步化学聚糖主反应，相比植物光合作用60多步生化反应而言大大提高了淀粉合成效率。植物光合作用过程（A）和人工合成淀粉过程（B）如下图所示。请回答下列问题。    (1)在叶肉细胞中，过程A发生的场所是 。当光照突然减弱时，短时间内b的含量将 。若某植物早上8点到达光补偿点时，其光合作用所需的来源于 。叶肉细胞内类似于B中有机中间体的过程 （填“需要”或“不需要”）光反应提供ATP和NADPH。 (2)在与光合作用固定的量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累淀粉的量 （填“大于”、“小于”或“等于”）植物积累淀粉的量，因为 。 (3)人工合成淀粉的过程中，能量形式的转变为 。 (4)图示的①过程相当于植物光合作用的 阶段，②过程相当于植物光合作用的 过程。 (5)中间体如果能在细胞质基质中首先被分解，其释放的能量去处有 。 (6)若该技术未来能够大面积推广应用，你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题？（至少写出两点） 。 【答案】(1) 叶绿体 减少 植物自身呼吸作用产生的二氧化碳 不需要 (2) 大于 在人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类），因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中积累的淀粉量更多 (3)光能→电能→化学能 (4) 光反应 CO₂的固定 (5)合成ATP， 以热能形式散失 (6)能节约大量的耕地和淡水资源；减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；缓解温室效应等 【知识点】光合作用的实质和意义、总、净光合与呼吸、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段： ①光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解以及ATP的形成； ②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。光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。 【详解】（1）过程A为光合作用，在叶肉细胞中，过程A发生的场所是叶绿体。当光照突然减弱时，光反应减慢，产生的ATP和NADPH减少，则C3还原速率变慢，因而产生的C5，即b减少，同时二氧化碳的固定速率基本不变，因而短时间内b的含量将减少。若某植物早上8点到达光补偿点时，此时光合速率等于呼吸速率，则其光合作用所需的 CO2 来源于呼吸作用产生的二氧化碳，即该植物与外界没有发生气体交换。叶肉细胞内类似于B中 CO2→ 有机 C1→C3 中间体的过程“不需要光反应提供ATP和NADPH，该过程相当于二氧化碳的固定过程。 （2）在与光合作用固定的 CO2 量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累淀粉的量“大于”植物积累淀粉的量，因为在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类相等，而人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类），因此人工合成淀粉过程中积累的淀粉量更多。 （3）结合图示可知，人工合成淀粉的过程中，能量形式的转变为光能转变为电能，而后转变为有机物中的化学能。 （4）图示的①过程相当于植物光合作用的光反应阶段，②过程相当于植物光合作用的二氧化碳的固定过程，该过程不消耗能量。 （5）中间体 C6 如果能在细胞质基质中首先被分解，其释放的能量去处有一部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失。 （6）若该技术未来能够大面积推广应用，且生产的淀粉与植物制造的淀粉基本无差异，则该技术可解决当前人类面临的问题有能节约大量的耕地和淡水资源；减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；缓解温室效应等。 / 学科网（北京）股份有限公司 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