微专题03 光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 （培优专练）2026年高考生物二轮复习高效培优系列

微专题03 光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 真题引领练 素养拔高练 高考真题限时测、知己知彼百战不殆 限时：25分钟 1．【新情境】（2025·广西·高考真题）科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。该系统中，工程化衣藻在光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸（光呼吸强度受CO2/O2比值影响）；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图。回答下列问题： 注：μE为光照强度单位μmol.m-2.s-1 (1)第①阶段向培养液中通入3%CO2，目的是______。 (2)第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是______。 (3)据图分析，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是______；第④阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是______。 (4)该系统对助力实现碳中和目标的优势是______。 2．【新情境】（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是______过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是______和______。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自______和______（填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是______。据图3中的数据______（填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是______。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是______。 3．【新情境】（2023·湖南·高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是______（填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过_____长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度_____（填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ____________（答出三点即可）。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________（答出三点即可）。 4．（2025·全国二卷·高考真题）研究者诱变得到一种小麦黄绿叶突变体，其呼吸特性与野生型植株无差异，但光合特性有明显不同。 (1)光合色素位于叶绿体中的_____________上，在光合作用中具有_____________的功能，因此色素种类和含量的变化会影响光合特性。 (2)测定不同光照处理下两种小麦叶片中的光合色素含量，结果如图1。 由图1可知，突变体叶色变浅主要是由于_____________含量较低，且黄绿表型的出现依赖于_____________。 (3)对两种小麦叶片光合作用相关指标进行测定，结果如下表。 株系 光饱和点（μmol·m-2.s-1） 光补偿点（μmol·m-2.s-1） CO2饱和点（μumol·mol-1） CO2补偿点（μumol·mol-1） 最大净光合速率（μmol·m-2.s-1） 野生型 1619 37.65 610.93 56.51 29.47 突变体 1873 56.84 890.14 51.66 45.96 备注：光饱和点、光补偿点和最大净光合速率在大气CO2浓度和适宜温度下测定，CO2饱和点和CO2补偿点在光照强度1200μmol·m-2·s-1和适宜温度下测定。 ①据表可知，突变体对强光环境的适应性更强，依据是_____________。 ②研究发现，突变体对照射在叶面上的光能吸收率低，但吸收的光能转化为化学能的效率较高。据表推测，光能转化率高的原因是突变体具有更高的_____________能力。 (4)进一步研究发现，突变体叶肉细胞中PEPC酶与叶绿体中ATP合成酶活性显著高于野生型。PEPC酶的功能如图2所示。综合上述信息，以野生型植株为对照，概述突变体光能转化率更高的原因（在方框中以文字和箭头的形式作答）。 5．【新情境】（2022·全国甲卷·高考真题）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______________。 6．【实践应用】（2007·广东·高考真题）为了实现燃料供应来源多样化，发展长期替代化石燃料的产品如燃料酒精、生物柴油、沼气等已经列入我国未来10年的发展计划。 广东省是我国甘蔗主产区之一。甘蔗是一种高光效的C4植物，单位面积产量很高，种植面积日益扩大，目前已成为南方地区燃料酒精生产的重要原料。利用甘蔗生产燃料酒精的一般工艺流程为：甘蔗→榨汁(蔗糖)→酵母发酵→蒸馏→成品(燃料酒精)。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)简述甘蔗大规模快速繁殖技术的过程：______。 (2)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种，对野生酵母菌进行诱变后，通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌，诱变及筛选过程如下： 步骤1：将野生菌液培养一段时间后，通过接受紫外线照射进行诱变处理。 步骤2：制备选择培养基。在基本培养基的基础上，注意___和___，加琼脂后灭菌，制成固体平板。 步骤3：将紫外线照射后的菌液稀释涂布平板。 步骤4：根据_______筛选出突变菌。 (3)上述步骤2、3和4的依据分别是____。 (4)利用获得的突变菌和蔗汁进行酒精发酵实验，除了将培养基灭菌、保持空间洁净外，发酵过程中防止外来杂菌入侵还有哪些可行方法?(列举两种)_________________。 (5)甘蔗榨汁以后还有大量的蔗渣废弃物，主要成分为木质素、纤维素和半纤维素，但是酵母菌无法直接利用，原因是其____。请提出解决该问题的方法。(列举两种方法)____。 (6)突变菌往往带有一些特殊的基因。在获得这些基因的过程中，PCR技术相当重要。PCR扩增反应中加入引物和DNA聚合酶的作用分别是什么?_______________________。 7．【实践应用】（2025·云南·高考真题）不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏，如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响，研究人员分别用压实的土壤（压实组）和未压实的土壤（疏松组）种植黄瓜，得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。 组别 苹果酸/（μmol·g-1） 酒精/（μmol·g-1） 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题： (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成，由此可推测，其为_________（填“有氧”或“无氧”）呼吸的中间产物。 (2)相较于疏松组，压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强，依据是___________________________，为维持根系细胞正常生命活动，压实组消耗的有机物总量更______（填“多”或“少”），原因是___________________________；根吸收水分的能力减弱，叶片气孔_________，光合作用__________________阶段首先受抑制，有机物合成减少。最终导致有机物积累减少，黄瓜生长缓慢。 (3)为解决土壤紧实的问题，可以采取的措施有___________________________（答出2点即可）。 8．【新情境】（2021·江苏·高考真题）线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题。 (1)叶绿体在___上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是_____。 (2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3），为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生______；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了___个CO2分子。 (3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的______中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。 (4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是:取培养10~14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定，计算光合放氧速率（单位为µmolO2•mg-1chl•h-1，chl为叶绿素）。请完成下表。 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①_______________ ②_______________ 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③_______________ 称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定 9．【新情境】（2025·山东·高考真题）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所需的电子源自于_____。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H218O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_____。 10．【新情境】（2022·江苏·高考真题）图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑦表示代谢途径）。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸（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。请都图回各下列问题： (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑦中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的___________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b（图Ⅱ）。 ①曲线a，0～t1时（没有光照，只进行呼吸作用）段释放的CO2源于呼吸作用；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于___________。 ②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是___________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%-50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过_________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的___________价值。 素养导向限时测、训练解题思维、提升关键能力 限时：30分钟 1．【结构与功能观】（2025·宁夏吴忠·一模）CAM光合途径是指植物的气孔在夜晚张开，进行CO2吸收并转化成苹果酸以主动运输的方式转入液泡中，气孔在白天关闭，储存的苹果酸经过脱羧释放出CO2用于光合作用。而C3植物仅有C3光合途径，即气孔在白天张开以吸收CO2进行光合作用，且无苹果酸合成、转运和脱羧过程。铁皮石斛作为一种兼性CAM植物，其光合作用模式会根据光照环境的变化，在CAM途径与C3途径之间转换。下列相关推测不合理的是（    ） A．高温干旱条件下，铁皮石斛在暗期的气孔开放程度可能大于光期 B．铁皮石斛细胞中液泡的pH在暗期降低、光期上升 C．铁皮石斛暗期的CO2吸收速率较光期低，说明铁皮石斛在暗期的光合速率低于光期 D．铁皮石斛在暗期吸收的CO2可缓解光期CO2吸收不足，进而提高光合速率 2．【结构与功能观】（2025·重庆·三模）光照过强会使得电子积累过多，过多的电子会产生活性氧破坏类囊体膜，导致光合速率下降，这种现象被称作光抑制。我国科学家利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制，实验结果如图，下列分析不合理的是（    ） A．对照组类囊体膜上水分解释放的电子用于NADH的形成 B．对照组光照强度由I1突然增加到I2，C3含量基本不变 C．实验组中铁氰化钾通过分流电子避免活性氧的产生，对类囊体膜起保护作用 D．分别用I1、I3光照强度处理微藻再加入适量铁氰化钾后置于I3光照强度下，I1组的光合放氧速率高 3．【结构与功能观】（2026·四川绵阳·二模）为提高干旱、半干旱地区农作物产量，科研人员以玉米为材料，在不限制根系生长（未限根组）和限制根系生长（限根组）两种情况下，探究水分与施氮对干旱条件下的玉米光合作用的影响。结果如下表所示。下列分析正确的是（    ） 实验处理测定指标 未限根组 限根组 对照 施氮 灌水+施氮 对照 施氮 灌水+施氮 气孔导度[mmol/（m2·s）] 82 64 194 58 57 176 胞间CO2浓度（μmol/mol） 240 206 109 270 ? 140 RuBPCase活性[μmol/（h·g）] 301 625 696 163 82 451 叶绿素含量（mg/g） 9.6 11.7 12.3 7.2 4.9 11.4 光合速率[mmol/（m2·s）] 6.35 7.88 10.52 3.77 2.70 6.27 A．气孔导度下降，光合作用一定减弱 B．施氮处理必然导致叶绿素合成增多 C．施氮对光合作用的效应与根系生长状况有关 D．“?”处的胞间CO2浓度应显著低于对照组 4．【归纳与概括】（2018·河北石家庄·一模）景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后释放CO2，供叶绿体的碳反应。下列叙述错误的是（　　） A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中 D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中三碳酸的含量短时间内会降低 5．【演绎与推理】（2025·重庆·一模）图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸过程，图2表示细胞质基质中NADH除图1外的转运过程。细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。下列分析正确的是（　　） A．在没有氧气存在的情况下，细胞质基质中会有NADH的积累 B．苹果酸和草酰乙酸间的相互转化是可逆反应 C．线粒体基质中的NADH直接来源于有氧呼吸的一二阶段 D．上述机制可以合理地解释O2充足时无酒精产生 6．【演绎与推理】（2025·广东惠州·三模）研究人员将C6（能提高光反应中电子传递效率）和SBP（可促进卡尔文循环中C5的再生）两个基因分别导入烟草中获得C6和SB株系。利用C6和SB株系获得纯合双转基因C6SB株系，在温室提供一定浓度CO2的条件下，检测四种株系的相关指标，结果如下表。说法错误的是（　　） 组别 电子传递速率（相对值） C5再生速率（μmol·m-2·s-l） 光合速率（μmol·m-2·s-l） 野生型 0.118 121.5 24.6 C6株系 0.123 124.8 25.6 SB株系 0.130 128.7 27.0 C6SB株系 0.140 132.0 27.4 A．C6基因的产物可能与ATP、NADPH生成有关 B．SBP基因的产物在叶绿体基质中发挥作用 C．与野生型相比，C6株系光合速率的增加体现暗反应能促进光反应 D．与SB株系相比，C6SB株系光合速率的增加体现光反应能促进暗反应 7．【演绎与推理】（24-25高三上·甘肃兰州·月考）在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（　　） A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少 B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量 C．叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低 D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力上升 8．【归纳与概括】（2025·天津·一模）研究表明：相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶（AOX）主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。 (1)若要将叶肉细胞中叶绿体与线粒体等其它细胞器分离，常采用的方法是________。 (2)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合成酶，据图推测eATP可能主要来源于________（填场所）产生的iATP。 (3)强光下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以________的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP通过DORN1受体可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为________（填“正反馈”或“负反馈”）。 (4)光饱和点是指当光照强度上升到某一数值之后，光合作用速率不再继续随着光照强度增强而升高时的光照强度，科研人员测定了不同脱水率对海藻浒苔光合作用速率的影响，实验结果如图2所示。据图2结果分析，在一定范围内，随海藻浒苔脱水率增大，其光饱和点将会________（填“升高”“降低”或“不变”）。    9．【演绎与推理】（2026·河北·一模）盐碱胁迫是植物常遭遇的逆境胁迫之一，植物响应盐碱胁迫的核心机制是的转运，SOS1、NHX等转运蛋白跨膜运输离子的过程如图1所示。研究人员对苹果苗施加油菜素内酯（EBL），检测盐碱胁迫和EBL处理对苹果苗植株光合作用的影响，结果如图2所示。回答下列问题： (1)由图1可知，SOS1跨膜运输的方式是_____。盐碱会导致土壤板结，影响植物根系细胞的呼吸作用，从而_____（填“促进”或“抑制”）SOS1运输，原因是_____。 (2)植物进行光合作用固定为糖类的过程中，发生的能量转化为_____。由图2可知，EBL能_____盐碱胁迫对苹果植株光合作用的抑制。盐碱胁迫会诱导植物细胞产生大量自由基，据此推测，盐碱胁迫下净光合速率下降的原因可能是_____。 (3)为研究盐碱胁迫下EBL对植物光合作用的影响机制，科研人员做了相关实验，结果如图3所示。据此推测，EBL影响植物盐碱胁迫的机制为_____。 10．【演绎与推理】（2025·湖南永州·三模）强光下拟南芥叶肉细胞中NADPH积累可能会产生大量自由基，对光系统造成损伤。同时过剩的光能因未及时转化为热能也会对光系统造成损伤，导致光合作用下降。研究发现植物有特殊的“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径和由交替氧化酶（AOX）主导的途径，对强光等逆境起到防御作用，作用机制如下图所示。回答下列有关问题：    (1)叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础是_______。若要探究CO2中的碳如何转化为有机物中的碳，可以使用_______法。 (2)结合图示分析强光下植物体中两条特殊途径的作用机制：________，从而有效缓解强光对光系统的损伤。 (3)结合所学知识分析，图中iATP的合成场所有________（从下列选项中选择）。 A．细胞质基质 B．叶绿体基质 C．线粒体基质 D．线粒体内膜 (4)研究表明，eATP可作为________，可通过影响气孔开度来调节植物的光合作用。请以野生型拟南芥和DORN1缺失拟南芥为材料设计实验加以验证。简要写出实验思路：________。 11．【分析结果与得出结论】（2024·安徽合肥·三模）研究人员对某地红松进行了光合指标日变化的相关测定，结果如图所示。下列相关叙述错误的是（    ） A．光照强度是影响红松净光合速率的主要环境因素之一 B．红松植株一昼夜有机物积累最多的时刻是18时 C．在11点至12点间，红松叶绿体中C3的含量增加 D．适当补充水分可以缓解图中中午时段红松出现的现象 12．【分析结果与得出结论】（2025·陕西宝鸡·二模）景天科植物八宝景天存在特殊的 CO₂固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将 CO₂固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出 CO₂，供暗反应利用，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚 CO₂固定于苹果酸的过程属于____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的 CO₂来自____。 (3)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中¹⁴C 在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中¹⁴C 光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在____中，____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因______。 13．【制定计划与设计实验】（2025·宁夏吴忠·一模）景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天在夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2供暗反应利用，其部分代谢途径如图所示。回答下列问题： (1)绿色植物叶片中色素在滤纸上分离实验使用的试剂是______。光合作用时，叶绿体中能同时吸收红光和蓝紫光的色素是______，光反应的产物有______（答两点）和O2。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需要的CO2由______和______释放，苹果酸的含量和生成葡萄糖的含量可能呈______（填“正相关”或“负相关”）。 (3)农业生产中，在农作物（如水稻、小麦等）结实前农民会适当多施钾肥，促进光合作用产物由叶片运至果实。请以灌浆期（籽粒形成过程中，将通过光合作用产生的淀粉等有机物储存在籽粒中的阶段）的小麦为实验材料，用14CO2为原料补充实验思路，验证钾离子具有上述作用。实验思路：将生长状态一致的灌浆期小麦均分为两组：______。 14．【制定计划与设计实验】（25-26高三上·湖南·月考）相比空气中，CO2在水中扩散速度慢，是制约水生植物光合作用的重要因素。研究揭示了衣藻浓缩CO2（CCM）的机制。 (1)“蛋白核”是真核藻类所特有的结构，其内富含催化CO2固定的酶（Rubisco），推测蛋白核所处的细胞部位是______。 (2)初步推测衣藻CCM与类囊体的两种电子转运蛋白P和F有关，为此构建了衣藻的P、F基因失活突变体，检测野生型和突变体的（达到1/2最大净光合速率所需的浓度），结果如图1所示。值越大说明衣藻CCM能力越_______。实验结果表明：____________。 (3)科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。工程化衣藻进行光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸（光呼吸强度受CO2/O2比值影响）；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图2. ①第I阶段向培养液中通入3%CO2，目的是___________。 ②据图分析，第Ⅳ阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是__________。 ③该系统对助力实现碳中和目标的优势是___________。 15．【制定计划与设计实验】（2026·湖北省直辖县级单位·一模）科学家将某种转基因水稻和野生型水稻分别放在CO2浓度、温度等均完全相同的多个密闭透明装置内，氧气初始浓度为amg/L，分别给予不同的光照强度，2h后测定装置中O2的含量，结果如图2所示（假设实验过程中呼吸速率不变）。图1是水稻叶肉细胞中两种细胞器之间以及细胞器与外界环境之间的气体交换过程。请回答下列问题： (1)图1中细胞器产生和消耗CO2的具体场所分别是______。若图1中只有①、②两个箭头，则此时整个植株的光合速率_____（填“大于”、“小于”或“等于”）呼吸速率。 (2)图2中，当光照强度为0时，装置中O2含量下降至b点，原因是_______。 (3)图2中A~B（不包含A、B两点）限制光合速率的主要环境因素是______（填两种）。 (4)图2中当光照强度大于4klx时，转基因水稻的光合速率大于野生型水稻，判断的理由是_____。 (5)有同学认为，干旱环境对转基因水稻光合作用（以O2释放量为检测指标）的影响比对野生型水稻的小，为探究该同学的观点是否正确，请设计实验，写出实验思路：_______。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题03 光呼吸、C4植物等特殊代谢类型 真题引领练 素养拔高练 高考真题限时测、知己知彼百战不殆 限时：25分钟 1．【新情境】（2025·广西·高考真题）科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。该系统中，工程化衣藻在光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸（光呼吸强度受CO2/O2比值影响）；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图。回答下列问题： 注：μE为光照强度单位μmol.m-2.s-1 (1)第①阶段向培养液中通入3%CO2，目的是______。 (2)第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是______。 (3)据图分析，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是______；第④阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是______。 (4)该系统对助力实现碳中和目标的优势是______。 【答案】(1)抑制光呼吸，有利于衣藻大量繁殖 (2)甘醇酸积累，培养液pH下降，不利于大肠杆菌生存 (3) 光照强度 衣藻光合作用增强，数量增多，产生甘醇酸多，已适应环境的大肠杆菌大量繁殖 (4)生产高价值生物产品，同时减少碳排放 【解析】（1）第①阶段向培养液中通入3%CO2，用于单独培养衣藻目的是抑制光呼吸，有利于衣藻大量繁殖。 （2）第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是通入气体中二氧化碳浓度降低，衣藻光呼吸增强，甘醇酸积累，培养液pH下降，不利于大肠杆菌生存。 （3）对比第③阶段和第④阶段可知，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是光照强度，提高光照强度即可显著加快衣藻干重增加。第④阶段衣藻光合作用增强，数量增多，产生甘醇酸多，已适应环境的大肠杆菌大量繁殖，因此两者干重均增加。 （4）相比于其他方式，该系统对助力实现碳中和目标的优势是生产高价值生物产品，同时减少碳排放。 2．【新情境】（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是______过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是______和______。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自______和______（填生理过程）。7—10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是______。据图3中的数据______（填“能”或“不能”）计算出株系1的总光合速率，理由是______。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是______。 【答案】(1)CO2的固定 (2) 细胞质基质 线粒体基质 (3) 光呼吸 呼吸作用 随着光照增强，光呼吸增强，转基因株系1和2降低了光呼吸，净光合速率比Wt更高 不能 总光合速率=净光合速率+光呼吸速率+细胞呼吸速率，无法获得株系1准确的光呼吸、细胞呼吸产生 CO,的速率，不能计算株系1的总光合速率 (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 【解析】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。 （2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。 （3）由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10时，随着光照强度的增加，光呼吸增强，与WT相比，株系1、株系2降低了光呼吸，净光合速率比Wt更高。总光合速率=净光合速率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO2浓度增加，光合速率增加，光呼吸速率减弱，图3中有净光合速率，该参数已知。当CO2浓度为0时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，此时净光合速率是个负值，取正后相当于呼吸速率，图3曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其与纵轴将交于-10的点，因此呼吸速率也可以大致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2的变化完全未知，导致总光合速率无法计算。 （4）由图2、图3可知，与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大，因此选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势。 3．【新情境】（2023·湖南·高考真题）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K越小，酶对底物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是______（填具体名称）,该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______（填"葡萄糖""蔗糖"或"淀粉"）后，再通过_____长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度_____（填"高于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ____________（答出三点即可）。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________（答出三点即可）。 【答案】(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织（韧皮部） (2) 高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 【解析】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织（韧皮部）。 （2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。 （3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。 4．（2025·全国二卷·高考真题）研究者诱变得到一种小麦黄绿叶突变体，其呼吸特性与野生型植株无差异，但光合特性有明显不同。 (1)光合色素位于叶绿体中的_____________上，在光合作用中具有_____________的功能，因此色素种类和含量的变化会影响光合特性。 (2)测定不同光照处理下两种小麦叶片中的光合色素含量，结果如图1。 由图1可知，突变体叶色变浅主要是由于_____________含量较低，且黄绿表型的出现依赖于_____________。 (3)对两种小麦叶片光合作用相关指标进行测定，结果如下表。 株系 光饱和点（μmol·m-2.s-1） 光补偿点（μmol·m-2.s-1） CO2饱和点（μumol·mol-1） CO2补偿点（μumol·mol-1） 最大净光合速率（μmol·m-2.s-1） 野生型 1619 37.65 610.93 56.51 29.47 突变体 1873 56.84 890.14 51.66 45.96 备注：光饱和点、光补偿点和最大净光合速率在大气CO2浓度和适宜温度下测定，CO2饱和点和CO2补偿点在光照强度1200μmol·m-2·s-1和适宜温度下测定。 ①据表可知，突变体对强光环境的适应性更强，依据是_____________。 ②研究发现，突变体对照射在叶面上的光能吸收率低，但吸收的光能转化为化学能的效率较高。据表推测，光能转化率高的原因是突变体具有更高的_____________能力。 (4)进一步研究发现，突变体叶肉细胞中PEPC酶与叶绿体中ATP合成酶活性显著高于野生型。PEPC酶的功能如图2所示。综合上述信息，以野生型植株为对照，概述突变体光能转化率更高的原因（在方框中以文字和箭头的形式作答）。 【答案】(1) 类囊体薄膜 吸收（捕获）光能 (2) 叶绿素 正常光照强度 (3) 与野生型相比，突变体的光饱和点及最大净光合速率都更高 CO2固定（和还原） (4) 【解析】（1）光合色素位于叶绿体中的类囊体薄膜上，在光合作用中具有吸收（捕获）光能的功能，捕获的光能用于光合作用的光反应过程，并将光能储存到ATP和NADPH中，因此色素种类和含量的变化会影响光合特性。 （2）由图1实验结果可知，突变体叶色变浅主要是由于叶绿素含量低于野生型。据图可知，正常光照下野生型和突变体叶绿素含量差别较大，遮光条件下野生型和突变体色素含量相差不大，故黄绿表型的出现依赖于正常光照强度。 （3）①表中数据显示，突变体的光饱和点及最大净光合速率都比野生型更高，因而可推测，突变体对强光环境的适应性更强。②实验数据显示，突变型光补偿点高，二氧化碳补偿点比野生型低，因而说明光能转化率高的原因是突变体具有更高的CO2固定能力。 （4）进一步研究发现，突变体叶肉细胞中PEPC酶与叶绿体中ATP合成酶活性显著高于野生型。因而在突变型植株的叶肉细胞中可将低浓度二氧化碳更多的转变成草酰乙酸，而草酰乙酸进入到叶绿体中后会分解出二氧化碳和丙酮酸，而后丙酮酸进入到细胞质基质中继续固定低浓度二氧化碳，通过该过程突变体中有了浓缩二氧化碳的机制，因而突变体比野生型有更高的固定二氧化碳能力，进而提升了突变体的光反应速率，因而突变体的光能转化率更高，关图解可表示如下：。 5．【新情境】（2022·全国甲卷·高考真题）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______________。 【答案】(1)O2、[H]和ATP (2)自身呼吸消耗或建造植物体结构 (3)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 【解析】（1）光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。 （2）叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。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）C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisco；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。 6．【实践应用】（2007·广东·高考真题）为了实现燃料供应来源多样化，发展长期替代化石燃料的产品如燃料酒精、生物柴油、沼气等已经列入我国未来10年的发展计划。 广东省是我国甘蔗主产区之一。甘蔗是一种高光效的C4植物，单位面积产量很高，种植面积日益扩大，目前已成为南方地区燃料酒精生产的重要原料。利用甘蔗生产燃料酒精的一般工艺流程为：甘蔗→榨汁(蔗糖)→酵母发酵→蒸馏→成品(燃料酒精)。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)简述甘蔗大规模快速繁殖技术的过程：______。 (2)具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种，对野生酵母菌进行诱变后，通过筛选可以得到具有这些特性的突变菌，诱变及筛选过程如下： 步骤1：将野生菌液培养一段时间后，通过接受紫外线照射进行诱变处理。 步骤2：制备选择培养基。在基本培养基的基础上，注意___和___，加琼脂后灭菌，制成固体平板。 步骤3：将紫外线照射后的菌液稀释涂布平板。 步骤4：根据_______筛选出突变菌。 (3)上述步骤2、3和4的依据分别是____。 (4)利用获得的突变菌和蔗汁进行酒精发酵实验，除了将培养基灭菌、保持空间洁净外，发酵过程中防止外来杂菌入侵还有哪些可行方法?(列举两种)_________________。 (5)甘蔗榨汁以后还有大量的蔗渣废弃物，主要成分为木质素、纤维素和半纤维素，但是酵母菌无法直接利用，原因是其____。请提出解决该问题的方法。(列举两种方法)____。 (6)突变菌往往带有一些特殊的基因。在获得这些基因的过程中，PCR技术相当重要。PCR扩增反应中加入引物和DNA聚合酶的作用分别是什么?_______________________。 【答案】 选取甘蔗外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后通过调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗，(或通过诱导，形成大量胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发，长成幼苗) 添加高浓度蔗糖(葡萄糖) 调低pH 是否能在选择培养基上生长 提供高糖和酸性的筛选环境；获得单菌落；能在选择培养基上生长表示该菌落具有耐高糖和耐酸的特性 ①利用突变菌的耐酸特性，降低培养基的pH，达到抑菌的目的；②利用突变菌的耐高糖特性，通过高糖环境达到抑菌的目的；③保持厌氧环境，达到抑菌的目的；④在培养基中添加一些抑制物如特殊的抗生素，达到抑菌的目的 缺乏相应的分解酶系(或缺乏纤维素酶和半纤维素酶) 在酵母菌中转入分解酶系的相关基因；利用酶或微生物分解蔗渣；利用物理和化学方法分解蔗渣；将酵母菌与其他能分解蔗渣的微生物混合发酵 引物的作用是结合在模板DNA上，提供DNA延伸起始位点；DNA聚合酶的作用是从引物的3'端开始催化DNA链的延伸 【解析】（1）甘蔗大规模快速繁殖技术为植物组织培养技术，其过程为：选取甘蔗外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后通过调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗（或通过诱导大量形成胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发长成幼苗）。 （2）根据题干信息“具有耐高糖和耐酸特性的酵母菌是理想的酒精发酵菌种”可知，制备培养基时，在基本培养基的基础上，注意添加高浓度蔗糖（葡萄糖）和调低pH值，加琼脂后灭菌，制成选择培养基；将紫外线照射后的菌液稀释涂布平板；最后根据酵母菌能否在选择培养基上生存筛选出具有耐高糖和耐酸特性的突变菌。 （3）上述步骤2制备选择培养基的依据是为突变株提供高糖和酸性的筛选环境；步骤3稀释涂布平板的目的是获得单菌落；步骤4的依据是能在选择培养基上生长表示该菌落具有耐高糖和耐酸的特性。 （4）防止外来杂菌入侵的方法除了灭菌、保持空间洁净外，还有①利用突变菌的耐酸特性，降低培养基的pH值，达到抑菌的目的；②利用突变菌的耐高糖特性，通过高糖形成高渗环境达到抑菌的目的；③保持厌氧环境，达到抑菌的目的；④在培养基中添加一些抑制物如特殊的抗生素，达到抑菌的目的。 （5）由于酵母菌缺乏分解纤维素和半纤维素的酶系，所以酵母菌无法直接利用蔗渣废弃物中的成分，为了解决这一问题，可以在酵母菌中转入分解酶系的相关基因；利用酶或微生物分解蔗渣；利用物理和化学方法分解蔗渣；将酵母菌与其他能分解蔗渣的微生物混合发酵。 （6）PCR扩增反应中加入引物的作用是结合在模板DNA上，提供DNA延伸起始位点；DNA聚合酶的作用是从引物的3'端开始催化DNA链的延伸。 【点睛】本题综合考查考生对生物技术实践模块中的植物组织培养、特殊微生物的筛选及应用、酶的应用以及PCR技术的基本操作和应用等内容的掌握；理论联系实际，针对生物学问题进行初步研究，设计实验路线，对实验结果和现象进行正确的分析与判断，综合运用所学知识解决实际问题的能力。 7．【实践应用】（2025·云南·高考真题）不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏，如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响，研究人员分别用压实的土壤（压实组）和未压实的土壤（疏松组）种植黄瓜，得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。 组别 苹果酸/（μmol·g-1） 酒精/（μmol·g-1） 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题： (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成，由此可推测，其为_________（填“有氧”或“无氧”）呼吸的中间产物。 (2)相较于疏松组，压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强，依据是___________________________，为维持根系细胞正常生命活动，压实组消耗的有机物总量更______（填“多”或“少”），原因是___________________________；根吸收水分的能力减弱，叶片气孔_________，光合作用__________________阶段首先受抑制，有机物合成减少。最终导致有机物积累减少，黄瓜生长缓慢。 (3)为解决土壤紧实的问题，可以采取的措施有___________________________（答出2点即可）。 【答案】(1)有氧 (2) 压实组黄瓜根系中酒精含量更高 多 压实组无氧呼吸强，无氧呼吸释放能量少 关闭 暗反应 (3)合理施肥、适度翻耕、减少大型农业机械的不必要碾压等 【解析】（1）有氧呼吸的第二阶段发生在线粒体基质中，本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成，由此可推测，其为有氧呼吸的中间产物。 （2）相较于疏松组，压实组黄瓜根系中酒精含量更高，而酒精是植物细胞无氧呼吸的产物，所以压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强。为维持根系细胞正常生命活动，由于压实组无氧呼吸强，无氧呼吸释放的能量较少，为获得足够能量维持生命活动，压实组消耗的有机物总量更多。根吸收水分的能力减弱，叶片气孔关闭，二氧化碳进入减少，光合作用暗反应阶段首先受抑制，有机物合成减少。最终导致有机物积累减少，黄瓜生长缓慢。 （3）为解决土壤紧实的问题，可以采取的措施有合理施肥，避免不当施肥导致土壤结构破坏；适度翻耕，疏松土壤；减少大型农业机械的不必要碾压等。 8．【新情境】（2021·江苏·高考真题）线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。下图示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题。 (1)叶绿体在___上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是_____。 (2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3），为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生______；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了___个CO2分子。 (3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的______中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为______中的化学能。 (4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是:取培养10~14d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定，计算光合放氧速率（单位为µmolO2•mg-1chl•h-1，chl为叶绿素）。请完成下表。 实验步骤的目的 简要操作过程 配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中 设置寡霉素为单一变量的对照组 ①_______________ ②_______________ 对照组和各实验组均测定多个大麦叶片 光合放氧测定 用氧电极测定叶片放氧 ③_______________ 称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定 【答案】(1) 类囊体薄膜 叶绿素、类胡萝卜素 (2) C5 12 (3) NADPH ATP (4) 在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 减少叶片差异造成的误差 叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量） 【解析】（1）光合作用光反应场所为类囊体薄膜，将光能转变成化学能，参与该反应的光和色素是叶绿素、类胡萝卜素。 （2）据题意在暗反应进行中为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3可以转化为C5继续被利用；一分子蔗糖含12个C原子，C5含有5个碳原子，据图固定1个CO2合成1个C3，应为还要再生出C5，故需要12个CO2合成一分子蔗糖。 （3）NADPH起还原剂的作用，含有还原能，呼吸作用过程中能量释放用于合成ATP中的化学能和热能。 （4）设计实验遵循单一变量原则，对照原则，等量原则，对照组为在水中加入相同体积不含寡霉素丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定其中叶绿素的含量。 【点睛】本题主要考查光合作用与呼吸作用的过程，线粒体与叶绿体功能的理解和应用，意在增强学生设计实验的能力，题目难度中等。 9．【新情境】（2025·山东·高考真题）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所需的电子源自于_____。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H218O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_____。 【答案】(1) 磷脂双分子层 基粒 (2) 水的光解 丙酮酸、[H] 氧气（或O2）和二氧化碳（CO2） (3)途径①光能以电能耗散；途径②光能以热能耗散 【解析】（1）叶绿体膜属于生物膜的范畴，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体中含有许多由类囊体组成的基粒，扩展了受光面积。 （2）据图分析，水在光下分解为O2和H+，同时产生的电子经传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH，即生成NADPH所需的电子源自于水的光解。3H2O被植物细胞吸收后参与光合作用，生成C63H12O6。在有氧呼吸的第一阶段，C63H12O6在细胞质基质中被分解成含有3H的丙酮酸，产生少量的[3H]，并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与3H2O在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成H2O，并释放大量的能量。可见，用含3H2O的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸。培养液中H218O被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，H218O与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带18O标记的气体有O2和CO2。 （3）据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物被活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。 10．【新情境】（2022·江苏·高考真题）图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系（①～⑦表示代谢途径）。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸（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。请都图回各下列问题： (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有___________（从①～⑦中选填），在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是___________。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的___________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0.03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b（图Ⅱ）。 ①曲线a，0～t1时（没有光照，只进行呼吸作用）段释放的CO2源于呼吸作用；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于___________。 ②曲线b，当时间到达t2点后，室内CO2浓度不再改变，其原因是___________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%-50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图Ⅲ代谢途径，通过_________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的___________价值。 【答案】(1) ①⑥ 叶绿素a和叶绿素b (2)过氧化氢 (3) 光呼吸和呼吸作用 光合作用消耗的CO2等于呼吸作用和光呼吸产生的CO2之和 (4) 将乙醇酸转化为苹果酸 直接 【解析】（1）类囊体薄膜发生的反应有水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成，即①⑥。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用红光照射参与反映的主要是叶绿素啊和叶绿素b。 （2）过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，所以在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 （3）a曲线t1～t2时段，有光照，所以CO2是由细胞呼吸和光呼吸共同产生。b曲线有光照后t1～t2时段CO2下降最后达到平衡，说明光呼吸、细胞呼吸和光合作用达到了平衡。 （4）图Ⅲ代谢途径，通过将乙醇酸转化为苹果酸降低了光呼吸，提高了植株生物量，直接提升了流入生态系统的能量，体现了遗传多样性的直接价值。 素养导向限时测、训练解题思维、提升关键能力 限时：30分钟 1．【结构与功能观】（2025·宁夏吴忠·一模）CAM光合途径是指植物的气孔在夜晚张开，进行CO2吸收并转化成苹果酸以主动运输的方式转入液泡中，气孔在白天关闭，储存的苹果酸经过脱羧释放出CO2用于光合作用。而C3植物仅有C3光合途径，即气孔在白天张开以吸收CO2进行光合作用，且无苹果酸合成、转运和脱羧过程。铁皮石斛作为一种兼性CAM植物，其光合作用模式会根据光照环境的变化，在CAM途径与C3途径之间转换。下列相关推测不合理的是（    ） A．高温干旱条件下，铁皮石斛在暗期的气孔开放程度可能大于光期 B．铁皮石斛细胞中液泡的pH在暗期降低、光期上升 C．铁皮石斛暗期的CO2吸收速率较光期低，说明铁皮石斛在暗期的光合速率低于光期 D．铁皮石斛在暗期吸收的CO2可缓解光期CO2吸收不足，进而提高光合速率 【答案】C 【解析】A、高温干旱环境下，为防止过度蒸腾作用，铁皮石斛白天气孔开放程度减小，夜晚开放程度大，夜晚吸收CO2并储存起来，为光期进行光合作用提供充足的CO2，A合理； B、CAM植物在暗期将CO2转化为苹果酸并储存于液泡中，苹果酸是酸性物质，其积累会导致液泡pH降低，光期苹果酸脱羧释放CO2，pH回升，B合理； C、铁皮石斛在暗期气孔开放所吸收的CO2仅用于储存，由于缺乏光照，暗期不进行光合作用，不能算光合速率，C不合理； D、铁皮石斛通过暗期吸收、储存的CO2可缓解光期吸收CO2的不足，从而提高光期光合速率，D合理。 故选C。 2．【结构与功能观】（2025·重庆·三模）光照过强会使得电子积累过多，过多的电子会产生活性氧破坏类囊体膜，导致光合速率下降，这种现象被称作光抑制。我国科学家利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制，实验结果如图，下列分析不合理的是（    ） A．对照组类囊体膜上水分解释放的电子用于NADH的形成 B．对照组光照强度由I1突然增加到I2，C3含量基本不变 C．实验组中铁氰化钾通过分流电子避免活性氧的产生，对类囊体膜起保护作用 D．分别用I1、I3光照强度处理微藻再加入适量铁氰化钾后置于I3光照强度下，I1组的光合放氧速率高 【答案】A 【解析】A、对照组类囊体膜上水分解释放的电子用于NADPH的形成，A错误； B、对照组光照强度由I1增加到I2过程达到光饱和，C3基本不变，B正确； C、实验组中铁氰化钾通过分流电子避免活性氧的产生，对类囊体膜起保护作用，C正确； D、经I1和I3处理的微藻，I1下损伤程度低，加入适量铁氰化钾后置于I3光照强度下，I1组的光合放氧速率高，D正确。 故选A。 3．【结构与功能观】（2026·四川绵阳·二模）为提高干旱、半干旱地区农作物产量，科研人员以玉米为材料，在不限制根系生长（未限根组）和限制根系生长（限根组）两种情况下，探究水分与施氮对干旱条件下的玉米光合作用的影响。结果如下表所示。下列分析正确的是（    ） 实验处理测定指标 未限根组 限根组 对照 施氮 灌水+施氮 对照 施氮 灌水+施氮 气孔导度[mmol/（m2·s）] 82 64 194 58 57 176 胞间CO2浓度（μmol/mol） 240 206 109 270 ? 140 RuBPCase活性[μmol/（h·g）] 301 625 696 163 82 451 叶绿素含量（mg/g） 9.6 11.7 12.3 7.2 4.9 11.4 光合速率[mmol/（m2·s）] 6.35 7.88 10.52 3.77 2.70 6.27 A．气孔导度下降，光合作用一定减弱 B．施氮处理必然导致叶绿素合成增多 C．施氮对光合作用的效应与根系生长状况有关 D．“?”处的胞间CO2浓度应显著低于对照组 【答案】C 【解析】A、气孔导度下降可能减少CO2供应，但光合速率还受叶绿素含量、酶活性等影响。未限根组施氮处理中，气孔导度由82降至64，但光合速率由6.35升至7.88，说明气孔导度下降时光合作用不一定减弱，A错误； B、施氮可促进叶绿素合成，但限根组施氮时叶绿素含量由7.2降至4.9（对照组为7.2），表明在根系受限时施氮反而降低叶绿素含量，B错误； C、未限根组施氮后光合速率上升（6.35→7.88），而限根组施氮后光合速率下降（3.77→2.70），说明施氮效果取决于根系生长状况，C正确； D、限根组施氮处理的光合速率（2.70）显著低于对照组（3.77），且气孔导度相近，但RuBPCase活性大幅下降，表明CO2固定能力减弱，胞间CO2应积累增多。对比限根组灌水+施氮处理（胞间CO2为140）可知，"?"处应高于对照组（270），D错误。 故选C。 4．【归纳与概括】（2018·河北石家庄·一模）景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后释放CO2，供叶绿体的碳反应。下列叙述错误的是（　　） A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中 D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中三碳酸的含量短时间内会降低 【答案】D 【解析】A、在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A正确； B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确； C、晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成草酰乙酸，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，可见，给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在草酰乙酸、苹果酸、三碳酸和有机物中，C正确； D、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。 故选D。 5．【演绎与推理】（2025·重庆·一模）图1表示酵母菌细胞内细胞呼吸过程，图2表示细胞质基质中NADH除图1外的转运过程。细胞内反应物浓度上升或产物浓度下降一般会促进酶促反应速率，反之则抑制。下列分析正确的是（　　） A．在没有氧气存在的情况下，细胞质基质中会有NADH的积累 B．苹果酸和草酰乙酸间的相互转化是可逆反应 C．线粒体基质中的NADH直接来源于有氧呼吸的一二阶段 D．上述机制可以合理地解释O2充足时无酒精产生 【答案】D 【解析】A、在没有氧气存在的情况下，丙酮酸分解产生酒精和二氧化碳时会消耗NADH，细胞质基质中不会有NADH的积累，A错误； B、苹果酸和草酰乙酸间的相互转化是不同的酶催化的反应，场所也不同，不是可逆反应，B错误； C、线粒体基质中的NADH除直接来源于有氧呼吸的一二阶段，还有图2的苹果酸转变成草酰乙酸过程产生，C错误； D、上述机制可以合理地解释O2充足时，NADH被消耗，丙酮酸不能分解产生酒精，D正确。 故选D。 6．【演绎与推理】（2025·广东惠州·三模）研究人员将C6（能提高光反应中电子传递效率）和SBP（可促进卡尔文循环中C5的再生）两个基因分别导入烟草中获得C6和SB株系。利用C6和SB株系获得纯合双转基因C6SB株系，在温室提供一定浓度CO2的条件下，检测四种株系的相关指标，结果如下表。说法错误的是（　　） 组别 电子传递速率（相对值） C5再生速率（μmol·m-2·s-l） 光合速率（μmol·m-2·s-l） 野生型 0.118 121.5 24.6 C6株系 0.123 124.8 25.6 SB株系 0.130 128.7 27.0 C6SB株系 0.140 132.0 27.4 A．C6基因的产物可能与ATP、NADPH生成有关 B．SBP基因的产物在叶绿体基质中发挥作用 C．与野生型相比，C6株系光合速率的增加体现暗反应能促进光反应 D．与SB株系相比，C6SB株系光合速率的增加体现光反应能促进暗反应 【答案】C 7．【演绎与推理】（24-25高三上·甘肃兰州·月考）在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（　　） A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少 B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量 C．叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低 D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力上升 【答案】A 【解析】A、夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确； B、夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响（呼吸酶最适温度高于光合酶），光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误； C、光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上，C错误； D、夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D错误。 故选A。 8．【归纳与概括】（2025·天津·一模）研究表明：相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶（AOX）主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。 (1)若要将叶肉细胞中叶绿体与线粒体等其它细胞器分离，常采用的方法是________。 (2)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合成酶，据图推测eATP可能主要来源于________（填场所）产生的iATP。 (3)强光下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以________的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP通过DORN1受体可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为________（填“正反馈”或“负反馈”）。 (4)光饱和点是指当光照强度上升到某一数值之后，光合作用速率不再继续随着光照强度增强而升高时的光照强度，科研人员测定了不同脱水率对海藻浒苔光合作用速率的影响，实验结果如图2所示。据图2结果分析，在一定范围内，随海藻浒苔脱水率增大，其光饱和点将会________（填“升高”“降低”或“不变”）。    【答案】(1)差速离心法 (2)线粒体 (3) 热能 负反馈 (4)降低 【解析】（1）由于不同的细胞器的重量不同，因此分离细胞器常采用的方法是差速离心法。 （2）据图可知，eATP来源于iATP，而细胞内的ATP主要由细胞有氧呼吸的第三阶段产生，该阶段发生的场所是线粒体。 （3）由图中可知，强光环境下，植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以热能的形式散失从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤；eATP通过DORN1受体可缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为负反馈。 （4）光饱和点为达到最大光合速率时的最小光照强度，故据图2结果可知，在一定范围内，随海藻浒苔脱水率增大，其光饱和点（即图中的转折点）将会降低。 9．【演绎与推理】（2026·河北·一模）盐碱胁迫是植物常遭遇的逆境胁迫之一，植物响应盐碱胁迫的核心机制是的转运，SOS1、NHX等转运蛋白跨膜运输离子的过程如图1所示。研究人员对苹果苗施加油菜素内酯（EBL），检测盐碱胁迫和EBL处理对苹果苗植株光合作用的影响，结果如图2所示。回答下列问题： (1)由图1可知，SOS1跨膜运输的方式是_____。盐碱会导致土壤板结，影响植物根系细胞的呼吸作用，从而_____（填“促进”或“抑制”）SOS1运输，原因是_____。 (2)植物进行光合作用固定为糖类的过程中，发生的能量转化为_____。由图2可知，EBL能_____盐碱胁迫对苹果植株光合作用的抑制。盐碱胁迫会诱导植物细胞产生大量自由基，据此推测，盐碱胁迫下净光合速率下降的原因可能是_____。 (3)为研究盐碱胁迫下EBL对植物光合作用的影响机制，科研人员做了相关实验，结果如图3所示。据此推测，EBL影响植物盐碱胁迫的机制为_____。 【答案】(1) 协助扩散 抑制 土壤板结会抑制细胞呼吸，使产生的ATP减少；SOS1运输由膜两侧浓度梯度供能，膜两侧浓度梯度的维持依赖ATP (2) ATP和NADPH中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能 缓解 自由基破坏类囊体薄膜和光合作用相关酶 (3)EBL能促进SOS1基因和NHX基因的表达，使细胞排出或将储藏在液泡 【解析】（1）SOS1 蛋白借助 H⁺顺浓度梯度的协助扩散所形成的电化学势能，将 Na⁺逆浓度梯度排出细胞，根系细胞的有氧呼吸受抑制，ATP 合成减少，质子泵无法维持 H⁺浓度梯度，进而抑制SOS1对Na⁺的转运。 （2）光合作用暗反应中，ATP和NADPH 中的活跃化学能会转化为糖类等有机物中稳定的化学能。从图 2 能看出，施加 EBL 的盐碱胁迫组，净光合速率相对值高于未施加 EBL 的盐碱胁迫组，说明EBL能缓解盐碱胁迫对光合作用的抑制。自由基会破坏光合色素、类囊体薄膜（光合膜）或光合作用相关的酶，导致光合速率下降。 （3）EBL 通过提高SOS1和NHX蛋白的相对含量，增强植物将Na⁺排出细胞（SOS1 的作用）或把Na⁺区隔化在液泡中（NHX的作用）的能力，从而降低细胞内的Na⁺浓度，减轻盐碱胁迫对细胞的伤害，进而缓解其对光合作用的抑制。 10．【演绎与推理】（2025·湖南永州·三模）强光下拟南芥叶肉细胞中NADPH积累可能会产生大量自由基，对光系统造成损伤。同时过剩的光能因未及时转化为热能也会对光系统造成损伤，导致光合作用下降。研究发现植物有特殊的“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径和由交替氧化酶（AOX）主导的途径，对强光等逆境起到防御作用，作用机制如下图所示。回答下列有关问题：    (1)叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础是_______。若要探究CO2中的碳如何转化为有机物中的碳，可以使用_______法。 (2)结合图示分析强光下植物体中两条特殊途径的作用机制：________，从而有效缓解强光对光系统的损伤。 (3)结合所学知识分析，图中iATP的合成场所有________（从下列选项中选择）。 A．细胞质基质 B．叶绿体基质 C．线粒体基质 D．线粒体内膜 (4)研究表明，eATP可作为________，可通过影响气孔开度来调节植物的光合作用。请以野生型拟南芥和DORN1缺失拟南芥为材料设计实验加以验证。简要写出实验思路：________。 【答案】(1) 类囊体薄膜上分布着光合色素，类囊体薄膜和叶绿体基质中有光合作用必需的酶 （放射性）同位素标记 (2)叶肉细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH以苹果酸的形式转移出叶绿体，其中的能量通过NADH进入线粒体，经AOX途径转化为热能散失 (3)ACD (4) 信号分子/信息分子 用一定浓度的ATP溶液分别处理野生型拟南芥和DORN1缺失拟南芥，在正常光照条件下测定植物的气孔开度和净光合速率 【解析】（1）光合作用需要光合色素吸收光能，而且离不开酶的催化作用，因此叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础是：类囊体薄膜上分布着光合色素，类囊体薄膜和叶绿体基质中有光合作用必需的酶。若要探究CO2中的碳如何转化为有机物中的碳，可以用14C标记CO2，供植物（如小球藻）进行光合作用，然后追踪检测其放射性，即可以使用（放射性）同位素标记法。 （2）由图可知，强光下，植物体的叶肉细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH以苹果酸的形式转移出叶绿体，其中的能量通过NADH进入线粒体，经AOX途径转化为热能散失，从而有效缓解强光对光系统的损伤。 （3）iATP为胞内ATP，ATP合成途径有光合作用的光反应阶段和细胞呼吸。光反应阶段是在叶绿体的类囊体薄膜上进行的；有氧呼吸的三个阶段都有ATP的生成，场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。可见，图中合成场所有细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜，即ACD正确，B错误。 故选ACD。 （4）eATP为胞外ATP。题图显示：eATP与DORN1受体结合，激发细胞内的信号转导，说明eATP是一种信号分子。欲通过实验验证：eATP作为一种信号分子，可通过影响气孔开度来调节植物的光合作用，则自变量是DORN1受体的有无，因变量是气孔开度和净光合速率，而无关变量应控制相同且适宜，因此该实验思路为：用一定浓度的ATP溶液分别处理野生型拟南芥和DORN1缺失拟南芥，在正常光照条件下测定植物的气孔开度和净光合速率。 11．【分析结果与得出结论】（2024·安徽合肥·三模）研究人员对某地红松进行了光合指标日变化的相关测定，结果如图所示。下列相关叙述错误的是（    ） A．光照强度是影响红松净光合速率的主要环境因素之一 B．红松植株一昼夜有机物积累最多的时刻是18时 C．在11点至12点间，红松叶绿体中C3的含量增加 D．适当补充水分可以缓解图中中午时段红松出现的现象 【答案】C 【解析】A、影响植物光合作用的主要环境因素有光照强度、温度和二氧化碳浓度等，因此光照强度是影响红松净光合速率的主要环境因素之一，A正确； B、在18时之前，净光合速率大于0，由此可知红松体内一昼夜有机物积累最多的时刻是18时，B正确； C、在11点至12点间气孔导度降低，导致CO2的供应减少，影响光合作用暗反应中CO2的固定，CO2的固定过程受阻，但光反应仍正常进行，引起细胞中C3含量相对下降，C5含量相对增多，C错误； D、适当补充水分可以缓解中午时段红松出现的气孔导度和净光合速率下降的现象，D正确。 故选C。 12．【分析结果与得出结论】（2025·陕西宝鸡·二模）景天科植物八宝景天存在特殊的 CO₂固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将 CO₂固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出 CO₂，供暗反应利用，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚 CO₂固定于苹果酸的过程属于____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的 CO₂来自____。 (3)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中¹⁴C 在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中¹⁴C 光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在____中，____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因______。 【答案】(1) 吸能 ATP、NADPH (2)苹果酸分解和细胞有氧呼吸 (3) 饲喂叶和第二果节铃 严重干旱 既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行 【解析】（1）据图可知，八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，此过程需要NADH分解提供能量，因此推测夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于吸能反应。④过程表示C3的还原，此过程需要光反应产生的ATP和NADPH供能和供氢。 （2）据图分析可知，参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸的分解，同时细胞呼吸作用产生的CO2也作为卡尔文循环的直接来源。 （3）①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在饲喂叶和第二果节铃，饲喂叶中更多。在严重干旱的条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大（0.31）。 ②气孔振荡既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物生理活动的正常进行。 13．【制定计划与设计实验】（2025·宁夏吴忠·一模）景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天在夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2供暗反应利用，其部分代谢途径如图所示。回答下列问题： (1)绿色植物叶片中色素在滤纸上分离实验使用的试剂是______。光合作用时，叶绿体中能同时吸收红光和蓝紫光的色素是______，光反应的产物有______（答两点）和O2。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需要的CO2由______和______释放，苹果酸的含量和生成葡萄糖的含量可能呈______（填“正相关”或“负相关”）。 (3)农业生产中，在农作物（如水稻、小麦等）结实前农民会适当多施钾肥，促进光合作用产物由叶片运至果实。请以灌浆期（籽粒形成过程中，将通过光合作用产生的淀粉等有机物储存在籽粒中的阶段）的小麦为实验材料，用14CO2为原料补充实验思路，验证钾离子具有上述作用。实验思路：将生长状态一致的灌浆期小麦均分为两组：______。 【答案】(1) 层析液 叶绿素 NADPH、ATP (2) 线粒体 苹果酸 负相关 (3)一组施用正常量钾肥，另一组施用适当多的钾肥，其他营养条件相同，两组均在供应14CO2环境中培养一段时间后，分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性强度并进行比较 【解析】（1） 分离光合色素的试剂是层析液，绿色植物叶片中色素在滤纸上分离实验使用的试剂是层析液；光合色素分为叶绿素和类胡萝卜素两大类，其中能同时吸收红光和蓝紫光的色素是叶绿素；光反应发生的场所是类囊体膜，光反应的产物是ATP、NADPH和O2。 （2） 题图可知，白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需要的 CO2由苹果酸和线粒体释放； 由题图可知苹果酸产生的CO2参与卡尔文循环可以生成葡萄糖，葡萄糖形成中间产物，再变成PEP，PEP与CO2结合形成苹果酸，可见苹果酸的含量与生成葡萄糖的含量可能是负相关。 （3） 实验目的是验证钾离子可以促进光合作用产物由叶片运至果实。以灌浆期（籽粒形成过程中，将通过光合作用产生的淀粉等有机物储存在籽粒中的阶段）的小麦为实验材料，用14CO2为原料设计实验思路为：将生长状态一致的灌浆期小麦均分为两组：一组施用正常量钾肥，另一组施用适当多的钾肥，其他营养条件相同，两组均在供应14CO2环境中培养一段时间后，分别检测两组植株叶片和籽粒的放射性强度并进行比较。 14．【制定计划与设计实验】（25-26高三上·湖南·月考）相比空气中，CO2在水中扩散速度慢，是制约水生植物光合作用的重要因素。研究揭示了衣藻浓缩CO2（CCM）的机制。 (1)“蛋白核”是真核藻类所特有的结构，其内富含催化CO2固定的酶（Rubisco），推测蛋白核所处的细胞部位是______。 (2)初步推测衣藻CCM与类囊体的两种电子转运蛋白P和F有关，为此构建了衣藻的P、F基因失活突变体，检测野生型和突变体的（达到1/2最大净光合速率所需的浓度），结果如图1所示。值越大说明衣藻CCM能力越_______。实验结果表明：____________。 (3)科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。工程化衣藻进行光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C5产生甘醇酸（光呼吸强度受CO2/O2比值影响）；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图2. ①第I阶段向培养液中通入3%CO2，目的是___________。 ②据图分析，第Ⅳ阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是__________。 ③该系统对助力实现碳中和目标的优势是___________。 【答案】(1)叶绿体基质 (2) 弱 衣藻CCM过程依赖于P和F，二者具有可替代性 (3) 为衣藻光合作用提供原料 光照强度增大，衣藻光反应增强，使衣藻暗反应合成有机物增多，同时CO2/O2比值下降使衣藻产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源 可以持续利用CO2，合成高价值生物产品，提高了经济效益 【解析】（1）CO2固定（卡尔文循环）发生在叶绿体基质中，而催化该过程的 Rubisco 酶富集于蛋白核，因此蛋白核所处的细胞部位是叶绿体基质。 （2）K1/2Ci是达到 1/2 最大净光合速率所需的浓度，该值越大，说明需要更高浓度的才能达到1/2 最大净光合速率，即衣藻浓缩 CO2（CCM）的能力越弱。实验结果为P和F双突变体的K1/2Ci值最高，而单突变体的K1/2Ci值与野生型差不多，说明衣藻CCM过程依赖于P和F，二者具有可替代性，只有二者都缺失才会对衣藻产生明显影响。 （3）二氧化碳是光合作用进行暗反应的原料，故第I阶段向培养液中通入3%CO2，目的是为衣藻光合作用提供原料。第 Ⅳ 阶段光照强度提升至 240μE，光照强度增大，衣藻光反应增强，同时CO2/O2比值下降使光呼吸产生的甘醇酸增加，为大肠杆菌提供更多碳源，所以第Ⅳ阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加。该系统中，衣藻通过光合作用固定 CO2，持续利用CO2，同时光呼吸产生的甘醇酸可以合成高价值生物产品，提高了经济效益。 15．【制定计划与设计实验】（2026·湖北省直辖县级单位·一模）科学家将某种转基因水稻和野生型水稻分别放在CO2浓度、温度等均完全相同的多个密闭透明装置内，氧气初始浓度为amg/L，分别给予不同的光照强度，2h后测定装置中O2的含量，结果如图2所示（假设实验过程中呼吸速率不变）。图1是水稻叶肉细胞中两种细胞器之间以及细胞器与外界环境之间的气体交换过程。请回答下列问题： (1)图1中细胞器产生和消耗CO2的具体场所分别是______。若图1中只有①、②两个箭头，则此时整个植株的光合速率_____（填“大于”、“小于”或“等于”）呼吸速率。 (2)图2中，当光照强度为0时，装置中O2含量下降至b点，原因是_______。 (3)图2中A~B（不包含A、B两点）限制光合速率的主要环境因素是______（填两种）。 (4)图2中当光照强度大于4klx时，转基因水稻的光合速率大于野生型水稻，判断的理由是_____。 (5)有同学认为，干旱环境对转基因水稻光合作用（以O2释放量为检测指标）的影响比对野生型水稻的小，为探究该同学的观点是否正确，请设计实验，写出实验思路：_______。 【答案】(1) 线粒体基质、叶绿体基质 小于 (2)光照强度为0时，水稻只进行细胞呼吸，消耗O2，不进行光合作用产生O2，因此装置中O2含量下降 (3)光照强度、CO2浓度 (4)相同时间内，转基因水稻装置中的氧气浓度大于野生型水稻装置中的，说明转基因水稻的净光合速率大于野生型水稻的，二者呼吸速率相同，所以转基因水稻的光合速率大于野生型水稻的 (5)取生长状况相同的转基因水稻均分为甲、乙两组，野生型水稻均分为丙、丁两组；甲、丙两组置于干旱环境中，乙、丁两组置于正常环境中；在相同且适宜的光照等条件下培养一段时间，记录四组的氧气释放量；比较甲、乙两组氧气释放量的差值与丙、丁两组氧气释放量差值的大小 【解析】（1）CO2在线粒体基质（有氧呼吸第二阶段）产生，在叶绿体基质（光合作用暗反应阶段）被消耗；图中仅存在①②说明该叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，但植株中存在大量不能进行光合作用的细胞，整体呼吸消耗大于光合产氧，因此整个植株的光合速率小于呼吸速率。 （2）光照为0时，光合作用无法进行，细胞呼吸持续消耗氧气，因此密闭装置中氧气浓度降低。 （3）A~B段，氧气浓度随光照强度升高持续上升，说明光照强度是主要限制因素；实验装置为密闭容器，光合作用消耗CO2会使装置内CO2浓度降低，因此CO2浓度也是主要限制因素。 （4）光照强度为0时，2h后两种水稻装置氧气浓度都降至b点，说明二者呼吸速率相同；总光合速率=净光合速率+呼吸速率，相同时间内，光照大于4klx时，转基因水稻装置的氧气浓度更高，说明净光合速率更大，因此总光合速率大于野生型水稻。 （5）实验目的是探究干旱对两种水稻光合作用的影响大小，自变量为是否干旱处理，因变量为光合速率大小（以O2释放量为检测指标），所以实验思路为：取生长状况相同的转基因水稻均分为甲、乙两组，野生型水稻均分为丙、丁两组；甲、丙两组置于干旱环境中，乙、丁两组置于正常环境中；在相同且适宜的光照等条件下培养一段时间，记录四组的氧气释放量；比较甲、乙两组氧气释放量的差值与丙、丁两组氧气释放量差值的大小。 / 学科网（北京）股份有限公司 $