专题2 小专题2 细胞呼吸和光合作用的原理-【备考最优解】2026版高考二轮专题复习·生物学（教用word）

小专题2　细胞呼吸和光合作用的原理 1．(2025·江苏选择考)关于人体细胞和酵母细胞呼吸作用的比较分析，下列叙述正确的是(　　) A．细胞内葡萄糖分解成丙酮酸的场所不同 B．有氧呼吸第二阶段都有O2和H2O参与 C．呼吸作用都能产生[H]和ATP D．无氧呼吸的产物都有CO2 解析：选C。在人体细胞和酵母细胞中，无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，葡萄糖分解成丙酮酸(细胞呼吸第一阶段)的场所都是细胞质基质，A错误。人体细胞和酵母细胞有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和H2O分解为CO2和[H]，O2参与有氧呼吸第三阶段，与[H]结合生成H2O，B错误。无论是有氧呼吸还是无氧呼吸，第一阶段都会产生[H]和少量ATP，C正确。人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，没有CO2；酵母细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2，D错误。 2．(2025·河北选择考)对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是(　　) A．类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2O B．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2 C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2 D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物 解析：选A。类囊体膜上发生水的光解，产生O2，线粒体基质中发生丙酮酸的分解，消耗丙酮酸和H2O，产生[H]、CO2和少量能量，A错误；叶绿体基质中发生CO2的固定，消耗CO2，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，有CO2生成，B正确；类囊体膜上水的光解产生O2，线粒体内膜上消耗[H]和O2生成H2O，C正确；叶绿体基质中发生暗反应可以产生糖类，线粒体基质中发生丙酮酸的分解，D正确。 3．(2025·黑吉辽蒙选择考改编)下图为植物细胞呼吸的部分反应过程示意图，图中NADH可储存能量，①②和③表示不同反应阶段。下列叙述错误的是(　　) A．①发生在细胞质基质，②和③发生在线粒体 B．③中NADH通过一系列的化学反应参与了水的形成 C．无氧条件下，②③不能进行，①能正常进行 D．无氧条件下，①产生的NADH中的部分能量转移到ATP中 解析：选D。题图中①为细胞呼吸第一阶段，场所为细胞质基质，②为有氧呼吸第二阶段，场所为线粒体基质，③为有氧呼吸第三阶段，场所为线粒体内膜，A正确；在③过程中前两个阶段产生的NADH经过一系列的化学反应，与O2结合生成H2O，B正确；有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段完全相同，而其他阶段不同，因此无氧条件下②③均不能正常进行，①能正常进行，C正确；无氧条件下，细胞呼吸第一阶段产生的NADH用于无氧呼吸的第二阶段，而无氧呼吸只在第一阶段生成少量ATP，D错误。 4．(2025·山东等级考改编)在低氧条件下，某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H＋和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究藻释放H2的培养条件，将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成2等份，1份形成松散菌—藻体，另1份形成致密菌—藻体，在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量，2种菌—藻体培养体系中的O2含量变化相同，结果如图所示。培养过程中，任意时刻2体系之间的光反应速率无差异。下列说法正确的是(　　) A．菌—藻体不能同时产生O2和H2 B．菌—藻体的致密程度可影响H2生成量 C．H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜 D．培养至72 h，致密菌—藻体暗反应产生的有机物多于松散菌—藻体 解析：选B。单细胞藻叶绿体类囊体薄膜上进行水的光解产生O2，同时产生的电子和H＋用于NADPH的合成，在叶绿体基质中蛋白F利用H＋和NADPH生成H2，产生O2与产生H2的过程既有联系又相对独立，两者可以同时进行，A错误。根据题干和题图可知，混合均匀后的致密菌—藻体比松散菌—藻体产生的H2多，故推测菌—藻体的致密程度可影响H2生成量，B正确。题干指出单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H＋和光合作用产生的NADPH生成H2，故H2产生的场所是叶绿体基质，C错误。培养至72 h，致密菌—藻体产生的H2含量明显高于松散菌—藻体，说明致密菌—藻体消耗了较多的光反应产物NADPH用于生成H2。已知任意时刻2体系之间的光反应速率无差异，故致密菌—藻体用于暗反应产生有机物的NADPH会减少，即暗反应产生的有机物少于松散菌—藻体，D错误。 1．光合作用与细胞呼吸过程中物质和能量转换过程 (1)物质转换 (2)能量转换 2．不同条件下光合作用与细胞呼吸的关系 (1)真正光合速率与呼吸速率的关系(图示) (2)关系图解 [答案自填] CO2　CO2　有氧呼吸　H2O　暗反应 光合作用　净光合速率　CO2吸收量 [正误判断] (1)(2025·北京T1)无氧运动比有氧运动更有利于控制体重。(　　) (2)(2025·安徽T1)叶绿体中的ATP合成酶，可将光能直接转化为ATP中的化学能。(　　) (3)(2023·广东T7)还原型辅酶Ⅰ参与呼吸作用并在线粒体内膜上作为反应物。(　　) (4)(2023·浙江1月T16)酵母菌进行不同方式的细胞呼吸，消耗等量葡萄糖所释放的能量相等。(　　) (5)(2022·河北T4)酵母菌无氧呼吸不产生使溴麝香草酚蓝溶液变黄的气体。(　　) (6)(2022·河北T4)呼吸作用中有机物彻底分解、产生大量ATP的过程发生在线粒体基质中。(　　) (7)(2022·浙江6月T12)人体剧烈运动会导致骨骼肌细胞产生较多的乳酸。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√ [阐释长句] (8)(2023·浙江1月T23节选)叶片是给植物其他器官提供有机物的“源”，果实是储存有机物的“库”。研究光合产物从源分配到库时，给叶片供应13CO2，13CO2先与叶绿体内的_______结合而被固定，形成的产物还原为糖需接受光反应合成的________________中的化学能。 提示：C5　ATP和NADPH (9)(2022·重庆T23节选)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是_______________________ ____________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持_________(填“低温”或“常温”)。 提示：保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温 (10)(2023·全国甲T29节选)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。 ①将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是_______________________________ _______________________________________________________。 ②叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。_______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 提示：①黑暗条件下，光反应无法进行，无法给暗反应提供ATP和NADPH　②实验思路：将生长状况良好且相同的植物叶片随机均分为甲、乙两组(均已进行“饥饿处理”)，甲组放置在有光环境中，乙组放置在其他条件与甲组相同的黑暗环境中，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体并进行脱色处理，制成匀浆，分别加入碘液后观察。预期结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生 [强基训练] 1．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(　　) 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 解析：选C。据题图分析，1表示线粒体基质、2表示线粒体内膜、3表示线粒体外膜、4表示细胞质基质。有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，能产生少量的ATP; 有氧呼吸第二阶段发生在线粒体基质中，能产生少量的ATP; 有氧呼吸第三阶段发生在线粒体内膜上，能产生大量的ATP; 线粒体外膜上不能产生ATP，C正确。 2．(2025·江苏盐城高三模拟)氧化型辅酶Ⅰ(NAD＋)是参与细胞呼吸的重要物质，线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体。下列叙述正确的是(　　) A．NAD＋可在线粒体基质中转化为NADH B．MCART1基因只在骨骼肌细胞中特异性表达 C．MCART1蛋白异常导致细胞无法产生ATP D．NAD＋和MCART1蛋白的元素组成相同 解析：选A。细胞呼吸过程中葡萄糖、丙酮酸和水分子产生的氢与NAD＋结合生成还原型辅酶Ⅰ(NADH)，由此可知NAD＋转化为NADH的场所是细胞质基质和线粒体基质，A正确；线粒体内膜上的MCART1蛋白能转运NAD＋进入线粒体，说明MCART1基因能在具有线粒体的细胞中特异性表达，不只是骨骼肌细胞，B错误；若MCART1蛋白异常，则不能转运NAD＋进入线粒体，但细胞质基质中依然可以进行细胞呼吸的第一阶段产生ATP，C错误；氧化型辅酶Ⅰ的元素组成有C、H、O、N、P，MCART1是蛋白质，元素组成主要有C、H、O、N，还可能含有S，D错误。 3．(2025·河北衡水高三三模)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起了重要调节作用，其过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　) A．磷是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷 B．CO2形成磷酸丙糖的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂 C．若光照骤减，则短时间内核酮糖-1，5-二磷酸的含量减少 D．若抑制磷酸转运器的功能，则卡尔文循环会马上停止 答案：C 4．(2025·辽宁丹东高三二模)植物与太阳光的关系可谓“爱恨交加”，一方面光对于植物进行光合作用是必需的，另一方面过量的光又会导致植物氧化性损伤。研究发现，在强光条件下，植物类囊体中的pH会由正常条件下的6.5降低至5.5～5.8，H＋浓度的升高激活了类囊体薄膜上的光保护蛋白PSBS，激活的PSBS抑制类囊体薄膜上电子的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物造成损伤。下图为具体过程，图中A～G分别表示不同物质，F代表糖类，回答下列问题。 (1)图中C表示________，图中ATP合酶的作用是________________。 (2)图中E表示__________，图中反应Ⅱ发生在____________中。 (3)研究发现，抑制ATP合酶的活性________(填“有利于”或“不利于”)PSBS发挥功能，原因是___________________________ _______________________________________________________。 (4)据图可知物质A为O2，它来自水的分解，而不是来自物质G。现以大豆为实验材料，验证这一结论，请补充实验过程。 实验思路：将__________________________________________ 的多株大豆随机均分为A、B两组。向A组提供______________，向B组提供与A组等量的________________，其他条件相同且适宜。一段时间后，检测A、B两组释放的氧气。 结果：A组释放的都是18O2，B组释放的都是O2。 答案：(1)ATP　催化和运输　(2)NADPH　叶绿体基质　(3)有利于　抑制ATP合酶的活性导致H＋运输受阻，会引起类囊体腔内的H＋浓度升高，进而激活PSBS　(4)生长状况(或生理状态)相似　HO和CO2　H2O和C18O2 抢分点1　光合磷酸化和氧化磷酸化、卡尔文循环和三羧酸循环 1．(2025·山东等级考)高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。 (1)叶绿体膜的基本支架是________________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。 (2)据图分析，生成NADPH所需的电子源自________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、____________。离心收集绿藻并重新放入含HO的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有_______________________________________________________。 (3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为_____________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)叶绿体膜属于生物膜，其基本支架是磷脂双分子层。叶绿体中含有许多由类囊体堆叠而成的基粒，扩展了受光面积。(2)据题图可知，H2O光解产生电子，生成NADPH所需的电子源自H2O。用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，3H会通过光合作用进入产物葡萄糖中，使葡萄糖被3H标记，以该葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，经有氧呼吸第一阶段产生的丙酮酸和[H]均会被3H标记，丙酮酸进入线粒体基质进行有氧呼吸第二阶段时分解产生[H]，故在线粒体基质中被3H标记的物质有H2O、丙酮酸和[H]。将离心收集的绿藻重新放入含HO的培养液中，在适宜的光照条件下继续培养，绿藻中的HO经过光合作用产生了18O2；而18O2中的18O可通过有氧呼吸第三阶段进入H2O中，再通过有氧呼吸第二阶段进入CO2中，故绿藻产生的带18O标记的气体有O2和CO2。(3)据题图可知，该绿藻可通过途径①消耗过剩电子并消除H2O2，减轻H2O2对光合系统的损伤；还可通过途径②将过剩光能以热能的形式散失，减轻光合系统的损伤。 答案：(1)磷脂双分子层　基粒　(2)H2O　丙酮酸、[H]　O2、CO2　(3)途径①消耗过剩电子并消除H2O2，减轻H2O2对光合系统的损伤；途径②将过剩光能以热能的形式散失 2．(2023·湖南选择考)如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对CO2的Km为450 μmol·L-1(Km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(PEPC对CO2的Km为7 μmol·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　筛管　(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对CO2的亲和力比水稻的Rubisco更高；玉米能通过PEPC生成C4，使维管束鞘细胞内的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、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 1．光合磷酸化和氧化磷酸化(真核生物) (1)图示 电子传递 和光合磷酸化 电子传递 和氧化磷酸化 (2)比较 项目 电子传递和 光合磷酸化 电子传递 和氧化磷酸化 不同点 发生场所 发生在叶绿体的类囊体膜上 发生在线粒体的内膜上 是否需要光 需要光 不需要光 电子的 供体、受体 电子供体是H2O，电子受体是NADP＋　 电子供体是NADH和FADH2，电子受体是O2 相同点 电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合酶的作用下，催化ADP磷酸化生成ATP 2.卡尔文循环和三羧酸循环 (1)图示 三羧酸循环 卡尔文循环 (2)比较 项目 三羧酸循环 卡尔文循环 主要 物质 变化 ①脱羧生成CO2；　 ②生成NADH和FADH2，作为电子供体； ③生成少量的ATP　 ①CO2固定(羧化)：6C5＋6CO2→12C3(3-磷酸甘油酸即C3)； ②C3还原：2C3→2G3P(2G3P转变为1分子葡萄糖，G3P指3-磷酸甘油醛)； ③C5的再生：包括许多反应，主要变化是10G3P→6C5，需要ATP提供能量 1．(2025·江苏扬州高三期末)下图为人体内部分物质与能量代谢关系示意图。下列叙述错误的是(　　) A．三羧酸循环是多糖和脂肪分解代谢的最终共同途径 B．三羧酸循环、呼吸链发生场所分别为线粒体基质和内膜 C．图示说明脂肪转化为葡萄糖一定需要通过乙酰CoA D．减肥困难的原因之一是脂肪一般不会大量转化为糖类 解析：选C。据题图可知，多糖和脂肪都能分解为乙酰CoA，然后进入三羧酸循环，A正确。三羧酸循环产生CO2和[H]，是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体基质；呼吸链消耗O2产生ATP，是有氧呼吸第三阶段，发生场所为线粒体内膜，B正确。脂肪转化为葡萄糖可以通过脂肪→甘油＋脂肪酸→葡萄糖途径进行，即可以不通过乙酰CoA，C错误。体内脂肪一般只在糖类供能不足时才会分解提供能量，而且不能大量转化成糖类，所以减肥困难，D正确。 2．(2025·湖北高中名校联盟高三联考)在光合作用光反应阶段，电子和质子传递途径部分过程如下图所示。PSⅡ中的色素吸收光能后，产生高能电子，并沿着下图结构传递，同时色素丢失电子后，从水中夺取电子，将水分解成O2和H＋。下列叙述错误的是(　　) A．水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去一个电子 B．电子传递驱动H＋逆浓度梯度跨膜运输 C．ATP合酶的功能不只是催化ATP合成 D．激发的电子e－最后传递给A，则A是NADP＋ 解析：选A。水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子，A错误；结合题图可知，电子传递驱动H＋逆浓度梯度跨膜运输，B正确；ATP合酶的功能不只是催化ATP合成，还能顺浓度梯度运输H＋，C正确；激发的电子e－最后传递给A，这里的A是 NADP＋，进而与H＋结合生成NADPH，D正确。 3．(2025·江苏徐州高三检测)在光反应中，电子和质子传递途径如图1所示。有氧呼吸第三阶段电子和质子传递途径如图2所示。其中A、B表示物质，①～③表示过程。请回答下列问题： (1)图1中PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的______________上，它们以串联的方式协同完成电子由____________(物质)释放，最终传递给A，合成了B。 (2)图1中光照驱动下，伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中H＋转运至____________________，H＋通过______________方式进入叶绿体基质，光反应产生的__________________用于暗反应中C3的还原。 (3)图2中②过程展示的电子供体是________，释放的电子最终被________接受生成水。①③过程中ATP合酶的作用是_______________________________________________________ _______________________________________________________ (答出两点)。 (4)在酸性环境中，2，4-二硝基苯酚(DNP)能结合并携带质子顺浓度梯度跨过线粒体内膜，从而破坏膜内外质子的浓度梯度，使能量以热能形式散失。DNP曾被不良商家作为减肥药售卖，它可能对人体产生的危害有_______________________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)图1为光反应中电子传递和光合磷酸化，类囊体薄膜是光反应的场所，所以PSⅠ和PSⅡ镶嵌在类囊体薄膜上，从图1中可以看出，电子最初供体是水，最终受体是NADP＋，因此电子由水释放，最终传递给NADP＋。(2)图1中在光照驱动下，伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中的H＋转运至类囊体腔，叶绿体基质为低H＋状态，因此H＋通过协助扩散的方式进入叶绿体基质。光反应产生的ATP、NADPH用于暗反应中C3的还原。(3)图2是有氧呼吸的第三阶段，图2中②过程中的电子供体是NADH(还有未展示出的FADH2)，电子最终被O2接受。①③过程中的ATP合酶既能转运H＋，也能催化ATP合成。(4)DNP能结合并携带质子顺浓度梯度跨过线粒体内膜，从而破坏膜内外质子的浓度梯度，使能量以热能形式散失，可能会导致细胞供能不足和体温过高等问题。 答案：(1)类囊体薄膜　水　(2)类囊体薄膜内(或类囊体腔)　协助扩散　ATP、NADPH　(3)NADH　O2　转运H＋、催化ATP合成　(4)导致细胞供能不足和体温过高等问题 抢分点2　C4植物和CAM途径 (2022·高考全国卷甲)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。 (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是__________________________(答出3点即可)。 (2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是________________________________________________________ _______________________________________________________ (答出1点即可)。 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是_________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)光反应阶段的化学反应是在类囊体薄膜上进行的，在光反应阶段，叶绿体中光合色素吸收的光能一方面将水分解成O2和H＋，H＋和NADP＋结合形成NADPH，另一方面在有关酶的催化作用下，促成ADP与Pi发生化学反应，形成ATP。(2)植物叶片细胞也要通过呼吸作用消耗一部分光合产物，故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)干旱导致气孔开度减小，通过气孔进入叶肉细胞的CO2减少，C4植物的CO2补偿点比C3植物的低，C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用，故在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。 答案：(1)O2、ATP和NADPH　(2)自身呼吸作用要消耗一部分 (3)干旱条件下，植物胞间CO2浓度低，C4植物的CO2补偿点比C3植物的低，C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用(合理即可) 1．C3途径和C4途径 (1)C3途径 C3途径又称卡尔文循环，该途径吸收的CO2在叶绿体基质中与RuBP结合，最终还原产生3-磷酸甘油醛(G3P)。以该途径进行CO2固定的植物通常称为C3植物，如水稻、小麦。 (2)C4途径 ①代表植物：该途径固定CO2时最先产生的稳定产物是四碳化合物草酰乙酸(OAA)，故称为C4途径。具备该途径的植物常称为C4植物，如玉米、甘蔗。 ②特点：C4植物具有较强的光合作用能力(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)。原因是PEP羧化酶与CO2亲和力大且不与O2亲和，它提高了C4植物固定CO2的能力，并且无“光合午休”现象。 2．景天科植物(CAM途径) (1)仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。这类植物特别适合在干旱地区生长，其特点是气孔在夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过光合碳循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖。 (2)这是一种节省水的光合作用，参与CO2转化的细胞器除了叶绿体之外，还有线粒体和液泡。 1．(2025·江苏苏锡高三一模)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。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_______________________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)分析题意可知，R酶在O2/CO2值过高时可催化光呼吸的发生，最终产生CO2，故叶肉细胞中产生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)由题图可知，线性电子传递链传递的电子最初供体是H2O，电子最终受体是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的值，减少光呼吸，从而提高光合效率。 答案：(1)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)不发生水的光解产生O2，降低O2/CO2的值，减少光呼吸，提高光合效率 2．(2025·辽宁县域重点高中高三二模)多肉植物白凤是景天科植物，由于起源地光照充足、水分稀缺，其白天气孔几乎处于完全关闭的状态，因此具有特殊的CO2利用方式(称为CAM途径，如图1所示)。夜间气孔开放，细胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)作为CO2接受体，在PEP羧化酶催化下形成草酰乙酸(OAA)，再还原成苹果酸并储存于液泡中。白天苹果酸进行脱羧释放CO2。回答下列问题： (1)白凤的气孔在白天关闭夜间开放，其意义在于 _______________________________________________________ _______________________________________________________。 从形态方面分析，白凤能适应干旱环境的特点为______________________(答出1点即可)。具有CAM途径的多肉植物的卡尔文循环发生在__________(填“白天”或“夜间”)，原因是只有此时才能进行__________。 (2)白凤细胞中光合作用利用的CO2来源于 ________________________________________________________ 两个途径，有氧呼吸第二阶段利用的丙酮酸来源于________________________________________________两个途径。 (3)研究表明，白凤在0～4点、20～24点气孔处于完全开放状态，10～16点气孔处于完全关闭的状态，请在图2中绘出一昼夜内其CO2的吸收速率曲线(绘出趋势即可)。 (4)基于这类植物特殊的CO2利用方式，其10～16点的净光合速率不能用植物CO2的吸收速率来表示。请写出一种表示净光合速率的指标：_______________________________________________________。 解析：(1)白凤生活的环境光照充足、水分稀缺，故其白天气孔关闭可避免因蒸腾作用过强而散失大量水分，夜晚气孔开放吸收CO2经储存和释放后供白天光合作用利用，能更好地适应环境。从形态方面分析，白凤植株矮小、叶片肥厚均可减少因蒸腾过量导致的水分散失。只有白天才能进行光反应产生NADPH和ATP，进而在卡尔文循环中用于C3的还原，故具有CAM途径的多肉植物的卡尔文循环发生在白天。(2)结合题图可知，白凤细胞中光合作用利用的CO2来源于苹果酸的脱羧反应、线粒体中丙酮酸的分解(或有氧呼吸第二阶段)；有氧呼吸第二阶段利用的丙酮酸来源于葡萄糖的分解(或有氧呼吸第一阶段)、苹果酸的分解。(3)白凤在0～4点、20～24点气孔处于完全开放状态，CO2吸收量较大且平稳，10～16点气孔处于完全关闭的状态，CO2吸收量为0，4～10点CO2吸收量逐渐变小，16～20点CO2吸收量逐渐变大，故可绘制图形如下： (4)净光合速率是植物的总光合速率与呼吸速率的差值，可用有机物的积累速率(或单位时间内有机物的积累量)表示。 答案：(1)白天气孔关闭可避免因蒸腾作用过强而散失大量水分，夜晚气孔开放吸收CO2经储存和释放后供白天光合作用利用　植株矮小、叶片肥厚　白天　光反应　(2)苹果酸的脱羧反应、线粒体中丙酮酸的分解(或有氧呼吸第二阶段)　葡萄糖的分解(或有氧呼吸第一阶段)、苹果酸的分解 (3) (4)有机物的积累速率(或单位时间内有机物的积累量) 抢分点3　光呼吸和光抑制 (2025·陕晋宁青选择考)叶绿体中R酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图(b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的____________，产物C3在光反应生成的____________________参与下合成糖类等有机物。 (2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图(a)(b)可知，相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是_______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 (3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S的净光合速率____________(填“增大”或“减小”)；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度____________(填“大”“小”或“无法判断”)。 (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)光合作用暗反应的场所是叶绿体基质，物质变化主要包括CO2的固定和C3的还原，故R酶催化CO2固定的场所是叶绿体基质，暗反应中C3转化成糖类的过程需要光反应生成的ATP和NADPH的参与。(2)由图(a)可知，植株S保卫细胞中G酶表达量提高，可促进保卫细胞中HCO和可溶性糖等溶质含量增加，细胞渗透压增大，保卫细胞吸水膨胀，气孔开度增大。由图(b)可知，相同光照条件下，植株S的气孔开度大于植株W，CO2供应充足，有利于光合作用的进行，提高净光合速率。(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，有利于R酶催化C5与O2反应，不利于暗反应进行，植物光合作用受到抑制，故植株S的净光合速率会减小。与植株W相比，植株S保卫细胞中G酶的表达量高，有利于CO2的生成和吸收(气孔开度更大)，CO2是光合作用的原料，故环境中CO2浓度不变，O2浓度提高时，植株S的净光合速率变化幅度小。(4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，由此可知自变量是G酶的有无或多少，因变量是叶片净光合速率的大小，实验思路及预期结果见答案。 答案：(1)基质　ATP和NADPH　(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高，使更多甘氨酸转化为丝氨酸和CO2，从而使保卫细胞细胞质中HCO和可溶性糖等溶质增加，渗透压增大，细胞吸水，气孔开度增大，CO2吸收量增加，净光合速率增大　(3)减小　小　(4)实验思路为构建G酶表达量减少的植株(或敲除G酶基因或用G酶抑制剂处理)，其他条件与对照组(植株W)相同，培养一段时间后检测两组叶片净光合速率；预期结果为实验组净光合速率低于对照组 1．光呼吸 (1)光呼吸是指绿色植物在光照下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应。 (2)与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸发生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。 (3)在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要意义。 2．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PSⅡ系统。光抑制的发生及光保护的三道防线如下图所示： 1．(2025·江苏泰州高三模拟)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。下列叙述错误的是(　　) 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 解析：选B。由题图可知，R酶是一种双功能酶，不仅能催化C5和O2反应，还能催化C5和CO2反应，A正确；CO2与O2比值增大有利于光合作用发生，不利于光呼吸发生，B错误；光呼吸会发生能量和碳损耗，适当抑制光呼吸有利于提高植物的光合产量，C正确；题图中虚线部分代表光呼吸旁路，该过程能减少碳损耗，D正确。 2．(2025·安徽合肥高三质检)在拟南芥叶肉细胞中，有机物分解释放CO2的代谢途径有光呼吸和细胞呼吸等，其中，光呼吸与光合作用密切关联，二者强度受CO2和O2相对浓度等因素调节。相关有机物的演变及其关键酶促反应如图1所示，回答下列问题： (1)细胞呼吸代谢途径与光呼吸存在交集，都与生命活动的能量代谢有关。请参考图1中的表示形式，在虚线框中补充有关的物质变化，使各代谢途径联系在一起。 (2)在适宜条件下，突然停止光照，水稻叶片CO2释放量先上升后下降，然后逐渐稳定。据图1分析，叶片CO2释放量下降的原因是光反应停止后，____________________________________________________ ____________________________________________________________。 (3)图1中GDC酶主要分布在叶肉细胞，在非光合组织中含量极低，H蛋白是其重要组分。为了探究H蛋白对拟南芥幼苗生长的影响，研究者在充足光照条件下，做了相关研究，结果如下： ①强光下，光、暗反应失衡，过剩能量会转移给O2，形成氧自由基。图2中H组和HS组光合速率高于WT组的原因是__________________________________________，从而减少氧自由基的含量，使叶绿体的膜损伤程度降低，有利于光反应强度的维持。 ②检测结果表明，与WT组相比，H组植株光合速率更高，但生长却受到了抑制。对此，某同学给出的解释之一是在H组植株的线粒体中，“2C2→C3＋CO2”(脱羧反应)的反应增强，改变了线粒体内的NADH和NAD＋的比例，影响其能量代谢的平衡，使细胞呼吸分解的有机物增多，导致干重下降。对于这个解释，另一位同学认为不合理，他的理由可能是___________________________________________(答出1点)。 (4)综合本题信息，若要在强光下提高大棚蔬菜产量，除“在叶中过量表达H基因”外，还可以采取的措施有______________________________________________________________________________________________________________________________________(答出1点)。 解析：(1)虚线框中的代谢反应发生在线粒体基质中，结合图中线粒体基质内的物质，判断相关过程为有氧呼吸第二阶段，在该阶段，丙酮酸与水反应，生成CO2和NADH。(2)停止光照，光反应停止，不再产生NADPH和ATP，原有的NADPH和ATP逐渐耗尽，导致C3还原过程受阻，无法再生出C5；光呼吸过程中C5与O2反应生成C2，C2在GDC酶的催化下生成CO2，C5的减少导致该过程受阻，同时光呼吸是消耗能量的过程，ATP的减少也导致该过程受阻，因此叶片CO2的释放量下降。(3)①据题干信息可知，H蛋白是GDC酶的重要组分，H组和HS组的H基因都过量表达，H蛋白的含量较高，促进光呼吸过程中C2生成C3和CO2，消耗强光下过剩的能量，从而减少了氧自由基的含量，进而降低了叶绿体的膜损伤，有利于光反应强度的维持。②据题干信息知，H组H基因全株过量表达，GDC酶在非光合组织中含量极低，仅提高H蛋白的含量不能增强非光合细胞中GDC酶参与的脱羧反应，对非光合细胞线粒体中NADH和NAD＋的比例影响不大，对非光合细胞的呼吸影响较小，无法解释H组干重下降的原因，因此该说法不合理。(4)强光下光能过剩会损伤叶绿体，导致光合速率下降，可以适当增强光呼吸，如增加大棚内O2的含量促进光呼吸过程，或适量使用光呼吸促进剂等，消耗过剩的能量，降低对叶绿体的损伤，从而提高大棚蔬菜的产量。 答案：(1)如图所示 (2)NADPH和ATP逐渐耗尽导致C5无法再生，光呼吸因缺乏C5和ATP而逐渐减弱　(3)①H蛋白含量增加促进光呼吸，消耗过剩能量　②GDC酶在非光合细胞中含量极低，仅提高H蛋白含量不足以增强脱羧反应(或增强的脱羧反应会使线粒体内NADH/NAD＋升高，导致有氧呼吸因NAD＋供应不足而减弱) (4)适当提高大棚内O2的相对含量或适量使用光呼吸促进剂等(合理即可) 3．拟南芥在强光下产生电子过多，导致活性氧积累，加快细胞凋亡引发萎黄病。研究表明C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，作用机理如下图所示。光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，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。请回答下列问题： (1)类囊体薄膜上光合色素与______________形成的复合体可吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的________过程。 (2)在光照条件下，PSⅡ吸收光能产生高能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为____________(填“强还原剂”或“强氧化剂”)，再从________中夺取电子引起O2释放。 (3)在______________(填“线性电子传递”或“环式电子传递”)中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终与____________结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与____________过程。 (4)研究表明，缺失C37蛋白的拟南芥在强光下更容易得萎黄病。你认为C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是_______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 (5)当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对PSⅡ复合体造成损伤。细胞可通过非光化学猝灭(NPQ)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。科研人员以野生型拟南芥和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如下图所示。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______________，两组实验应在_______________________________________________________一致的环境条件下进行。 ②若测得突变体的光合作用强度高于野生型，结合上图分析，推测其原因可能是_____________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________。 解析：(1)光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体能够吸收、传递、转化光能。强光下该反应中的电子积累导致活性氧增加，此时CO2供应不足还会引起植物发生损耗能量的光呼吸过程。(2)在光照条件下，PSⅡ中部分叶绿素a会失去电子转化为强氧化剂从H2O中夺取电子，即H2O分解为氧和H＋、电子，引起O2释放。(3)由题图可知，在线性电子传递中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终与H＋、NADP＋结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与暗反应中C3的还原过程。(4)由题干可知C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，所以推测C37蛋白在抵御强光胁迫，避免细胞凋亡中的作用是提高Cb6/f复合体的活性(效率)，避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡。(5)①据题意可知，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，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；两组实验应在无关变量一致的环境条件下进行，该实验的无关变量有CO2浓度、温度、水分等。②据题图分析，强光照射下突变体中NPQ强度较大，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，也就是说突变体的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，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，从而导致突变体的光合作用强度高于野生型。 答案：(1)蛋白　光呼吸　(2)强氧化剂　H2O　(3)线性电子传递　H＋、NADP＋　C3的还原　(4)提高Cb6/f复合体的活性(效率)，避免电子积累，从而减少活性氧的产生，避免细胞凋亡　(5)①光照、H蛋白　CO2浓度、温度等　②突变体的NPQ强度更大，NPQ减少PSⅡ损伤的功能强于H蛋白的修复功能 学科网（北京）股份有限公司 $