2026年高考生物二轮 复习练习细胞代谢专题

2026年祁阳市高中生物名师工作室暨高考研究团队二轮复习资料 2026年高三生物二轮非选择题 细胞代谢专题 【新课程标准】 2.2.3 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转化为糖和氧的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 2.2.4 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量 【2022-2025年湖南卷考情】 2025年：第17题：以栅藻与细菌共培养对硝基苯酚的降解实验为情境，考查光合作用、实验分析 2024年：第17题：光合作用过程、缺钾与叶绿素合成、PCR实验设计 2023年：第17题：图示水稻和玉米的光合作用，分析C3植物和C4植物光合作用机制 2022年：第17题；以水稻种子萌发为背景考查光合作用和细胞呼吸综合 考向1：细胞呼吸与光合作用过程及应用 【研磨典题1】细胞代谢基础知识考查 1、（2024年湖南卷，17题节选）钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶（催化CO2的固定反应）活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题： （1）从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生_______________；光能转化为电能，再转化为____________________中储存的化学能，用于暗反应的过程。 （2）长期缺钾导致该植物的叶绿素含量__________，从叶绿素的合成角度分析，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________（答出两点即可）。 【解题指导】1、绘制光合作用和细胞呼吸过程思维导图 【深度思考】 （1）光合色素的主要功能是吸收、传递、转化光能，其吸收的光能有两个方面的用途：一是将水分解产生氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，H＋与氧化型辅酶Ⅱ（NADP＋）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；二是在有关酶的作用下，提供能量促使ATP的合成。 （2）光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是非还原糖性质较稳定。 2、光合作用和细胞呼吸的过程及联系 【高考基础知识填空】 1．（2024·贵州卷）（1）正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，从物质和能量的角度分析，其代谢特点有__________________________________。 2．（2024·江西卷）（1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的__________________，其释放的能量一部分用于生成_______________，另一部分以______________的形式散失。 3．（2024·甘肃卷）（1）提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是______________________，加入少许碳酸钙可以_________________________________。（2）野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是__________________________________________。 4．（2024·河北卷）（2）光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用__________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是____________________________________________________。 5．（2024·安徽卷）（1）旗叶从外界吸收1分CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受___________________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为__________________。 6．（2024·新课标卷）（1）太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是_____________，原因是_______________________________。 7．（2023全国甲卷）（1）叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是____________（答出1种即可）。叶绿体中光合色素分布_____________上，其中类胡萝卜素主要吸收_______________（填“蓝紫光”“红光”或＂绿光＂）。 8．（2023辽宁卷）（1）花生叶肉细胞中的叶绿素包括_________________，主要吸收__________光，可用_____________________________等有机溶剂从叶片中提取。 9．（2023年海南卷）（1）光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是____________；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第_________________________条。 【真题再练】 2、（2025年四川卷，16）在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。 组别 光照强度μmol·m-2·s-1 CO2浓度μmol·mol-1 净光合速率μmol·m-2·s-1 气孔导度mol·m-2·s-1 叶绿素含量mg·g-1 对照 200 400 7.5 0.08 42.8 甲 400 400 14.0 0.15 59.1 乙 200 800 10.0 0.08 55.3 丙 400 800 17.5 0.13 65.0 注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关 （1）为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用_____________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择_______________（填“蓝紫光”或“红光”）来测定叶绿素含量。 （2）与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的_________________，从而提高了净光合速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是_________________________________。 （3）根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择________________，依据是_________________________。 【研磨典题2】细胞代谢的影响因素及应用 3、（湖南省2022，17题12分）将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10μmol/（s·m2）时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35℃/25℃，光照强度为2μmol/（s·m2），每天光照时长为14小时。 （1）在此条件下，该水稻种子_______（填“能”或“不能”）萌发并成苗（以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗），理由是____________________________________________________________ _____________________________________________________。 （2）若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10μmol/（s·m2），其他条件与上述实验相同，该水稻_________（填“能”或“不能”）繁育出新的种子，理由是__________________________________________________________________________________________________________________（答出两点即可）。 （3）若该水稻种子用于稻田直播（即将种子直接撒播于农田），为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有_________________特性。 【解题指导2】影响细胞呼吸和光合作用的的因素 1．细胞呼吸的影响因素 2．影响光合作用的因素 [深度思考] ①图1和图2的原理分别是影响光反应阶段ATP和NADPH的生成；影响暗反应中C3的生成。 ②图1和图2中限制D点的外因分别是温度、CO2浓度和温度、光照强度。 ③图1和图2中限制D点的内因有色素含量和种类、酶的数量和活性、C5的含量。 3．深度解读总光合速率与呼吸速率的关系 （1）各种速率的表示方法及相互关系 总（真正）光合速率：净光合速率＋呼吸速率。 （2）净光合速率和总（真正）光合速率的判定方法 ①若为坐标曲线形式，当光照强度为0时，CO2吸收值为0，则该曲线表示总（真正）光合速率，若CO2吸收值为负值，则该曲线表示净光合速率。 ②若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净光合速率。 ③有机物积累量表示净光合速率，制造量表示总（真正）光合速率。 【真题再练】 4、（2025年河南卷，17）光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度）。 回答下列问题: （1）光对植物生长发育的作用有___________________和____________________________两个方面。 （2）上述实验需控制变量，为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响，至少应选用上述___________组（填组别）进行对比分析，该实验中的无关变量有__________________ _______________________________________（答出2点即可）。 （3）在光照强度达到光补偿点之前（CO₂消耗量与光照强度视为正相关）,④组的总光合速率______（填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”）③组的总光合速率，判断依据是__________________________________________。 5、（2025年吉林卷，21）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。 （1）Rubisco在叶绿体的__________________中催化______________与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是____________________________。 （2）据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线2与3重合是由于________________不足。A点之前曲线1和2重合的最主要限制因素是__________________________。胞间CO2浓度为300μmol・mol⁻¹时，曲线1比2的光合速率高的具体原因是______________________________________________。 【研磨典题3】植物与微生物共培养情境 6、（2025湖南卷，17）对硝基苯酚可用于生产某些农药和染料，其化学性质稳定。研究发现，某细菌不能在无氧条件下生长，在适宜条件下能降解和利用对硝基苯酚，并释放CO2。在Burk无机培养基和光照条件下，培养某栅藻（真核生物）的过程中，对硝基苯酚含量与栅藻光合放氧量的关系如图a。为进一步分析栅藻与细菌共培养条件下对硝基苯酚（40•mgL－1）的降解情况，开展了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组对比实验，结果如图b。回答下列问题： （1）栅藻的光合放氧反应部位是_____________________（填细胞器名称）。图a结果表明，对硝基苯酚__________________________栅藻的光合放氧反应。 （2）细菌在利用对硝基苯酚时，限制因子是__________________________。 （3）若Ⅰ中对硝基苯酚含量为20•mgL－1，培养10min后，推测该培养液pH会_________，培养液中对硝基苯酚相对含量__________________________________________________。 （4）细菌与栅藻通过原始合作，可净化被对硝基苯酚污染的水体，理由是___________________ _________________________________________________________。 【解题指导】现象—原因类（常考用词：原因是、理由是） ①答题思路 a．在题干文字信息和图表信息中找出“起因”和“结果” b．依据题干或者已学教材中相关知识，分析“起因”和“结果”之间的逻辑关系——原因、依据、理由、解释。 ②答题模式 【真题再练】 7、（2025年广西卷，18）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_______________________________。 考向2：特殊代谢途径（光呼吸、C3植物、C4植物等） 【研磨典题】 8、（2023年湖南卷，17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）。 【解题指导】 1、C4植物的CO2浓缩机制 （1）C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体。所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上。 （2）用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为：CO2→C4→CO2→C3→（CH2O）。 （3）C4植物无“光合午休”现象的原因：PEP羧化酶与CO2的亲和力高，对CO2的利用率高，可以利用低浓度CO2进行光合作用，叶片部分气孔关闭对其光合作用无影响。 （4）在干旱环境中，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：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。 2、景天科植物的CO2固定——CAM途径 （1）景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式。这类植物特别适合于炎热干旱地区，其特点是气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸，贮存于液泡中；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过卡尔文循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖，该机制也称CAM途径。 （2）从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 （3）如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 （4）分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 小结　①比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定。 不同点：C4植物两次固定CO2是空间上错开；CAM植物两次固定CO2是时间上错开。 ②比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 3、光呼吸 （1）发生条件 ①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 ②Rubisco具有两面性（或双功能）。 （2）机制： 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： （3）不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 （4）有利影响 ①光呼吸是进行光合作用的细胞在高光照及高O2低CO2的条件下，为提高抗逆性而形成的一条代谢途径。 ②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 （5）光呼吸与细胞呼吸的区别 ①反应条件不同：光呼吸的强度大致和光照强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 ②产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 【真题再练】 9、（2025年陕晋宁青卷，17节选）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”）。 【高考回顾】 10、（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 。 拓展考点　电子传递链与光抑制 【研磨典题】 11、（2025年山东卷，21）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______________________________________________________________________。 【解题指导】 1、呼吸电子传递链 NADH在NADH脱氢酶的作用下生成H＋和高能电子（e－），电子被镶嵌在线粒体内膜上的一系列特殊蛋白质捕获和传递，最终传递给O2，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。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。 2、光合电子传递链 （1）类囊体膜上的色素分子能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2，O2扩散进入大气。 （2）色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量使H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。 （3）类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，类囊体膜上镶嵌有ATP合酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合酶返回叶绿体基质，推动了ATP的生成。 小结　①电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 ②质子浓度（电化学）梯度的建立 a．PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋；b.质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；c.另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 【高考回顾】 12、（2021年湖南卷，18题）图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题： （1）图b表示图a中的____________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为____________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低．暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会_________（填“加快”或“减慢”）。 （2）为研究的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。据此分析： 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以____________（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于___________________________________，从而提高光反应速率。 ③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_________________________________________________________________________________________________________________________。 考向1：细胞呼吸与光合作用过程及应用 【研磨典题1】细胞代谢基础知识考查 1、（2024年湖南卷，17题节选） （1）电子、O2和H+ ATP和NADPH (2) 减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低 缺钾会影响光合产物的运输和转化，叶绿素合成的底物供应不足 【高考基础知识填空】 1．（2024·贵州卷）（1）有氧条件下，将葡萄糖彻底氧化分解产生能量 2．（2024·江西卷）（1）内膜 ATP 热能 3．（2024·甘肃卷）【答案】(1) 无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成 4．（2024·河北卷）(2) 无水乙醇 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 5．（2024·安徽卷）（1）ATP 和 NADPH 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等 6．（2024·新课标卷）（1） 红光和蓝紫光 光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 7．（2023全国甲卷）（1）（1）差速离心  类囊体（薄）膜   蓝紫光 8．（2023辽宁卷）（1） 叶绿素a和叶绿素b ②. 红光和蓝紫 ③. 无水乙醇 9．（2023年海南卷）（1）叶绿素（或叶绿素a和叶绿素b） 一和二 【真题再练】 2、（2025年四川卷，16）【答案】（1） ①. 无水乙醇##无水酒精##丙酮##C2H5OH ②. 红光 （2） ①. ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH（还原性辅酶II） ②. 环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更多##甲比丙的 CO2多##丙比甲的 CO2少 （3） ①. 光照强度加倍##光强加倍 ②. 甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速率/有机物生成量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大 【解析】 【分析】实验的自变量为光照强度和CO2浓度，因变量包括叶绿素含量、气孔导度、净光合速率。影响光合作用的因素包括内因和外因：内因：色素含量、酶数量等；外因：光照强度、二氧化碳浓度、温度、含水量、矿质元素等。 小问1详解】 叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇/无水酒精/丙酮/C2H5OH提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，光合作用中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含量。 【小问2详解】 与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH（还原性辅酶II），从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的二氧化碳浓度是甲的二倍，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更多(甲比丙的 CO2多/丙比甲的 CO2少）。 【小问3详解】 根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速率/有机物生成量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择光照强度加倍/光强加倍。 【研磨典题2】细胞代谢的影响因素及应用 3、（湖南省2022，17题12分）将纯净 【真题再练】 4、（2025年河南卷，17） (1)为光合作用提供能量 作为信号调节植物生命活动 (2)①③④ 温度、CO₂浓度 (3)始终大于 相较于③组，④组的呼吸速率更高，但光补偿点一致。光照强度在达到光补偿点之前，任一光照强度下，④组CO₂消耗量始终大于③组 5、（2025年吉林卷，21）【试题答案】 (1)基质；C₅/RuBP；ATP和NADPH中（活跃）的化学能转换为(CH₂O)中（稳定）的化学能 (2)光照强度/ATP和NADPH；胞间CO₂浓度；S植株经过补光，光反应速率提高，产生更多的ATP和NADPH，增加的ATP和NADPH加快了C₃的还原 (3)实验思路：选取某作物的WT和S植株为实验材料并分为两组；提供充足的¹⁴CO₂；在相同时间检测每组植株¹⁴C₃放射性强度。 【试题解析】 (1)光合作用过程中，与CO₂结合的物质为C₅，此反应为暗反应中CO₂的固定，发生在叶绿体基质中。CO₂与C₅结合生成C₃，随后被还原生成(CH₂O)等物质，该反应消耗ATP和NADPH，故该反应中能量转换为ATP和NADPH中（活跃）的化学能转换为(CH₂O)中（稳定）的化学能。 (2)在低浓度CO₂环境中，植株S的光合速率较高，说明相同光照强度等条件下，植株S的Rubisco含量增加确实能提高其固定CO₂的能力。胞间CO₂浓度提高到一定程度后，相比于植株WT，植株S已无优势，两曲线重合。另据补光后的植株S（曲线1）光合速率较未补光的植株S高，说明补光前的光照强度并未饱和。综合上述信息推测，在图中CO₂浓度较高的情况下，适当提高光照强度后，相比于植株WT，由于植株S的Rubisco含量较高，光合速率也会较高，因此导致B点后两曲线重合的原因可能是光照强度不足，进而导致光反应产生的ATP和NADPH不足。 A点之后，曲线1和2分离，相比于A点前仅是因为胞间CO₂浓度上升，这说明之前曲线1和2重合可以由胞间CO₂浓度过低导致。分析其机制可知，曲线1和2都是植株S，只是曲线1经过补光，光反应应该能更强，但是A点前两植株光合速率相同，这说明胞间CO₂浓度过低限制了植株S的暗反应，进而限制了其光反应速率。综上可知，A点曲线1和2重合主要是因为胞间CO₂浓度不足。 据图可知，A点后，提高光照强度，植株S光合速率明显提高。试题要求的具体原因需要从光反应和暗反应两个阶段进行分析：一方面，提高光强，光反应速率提高，产生更多的ATP和NADPH；另一方面，增加的ATP和NADPH加快了C₃的还原和C₅的再生。 【研磨典题3】植物与微生物共培养情境 6、（2025湖南卷，17） 【答案】（1） ①. 叶绿体 ②. 抑制 （2）氧气 （3） ①. 升高 ②. 不变 （4）细菌可利用栅藻光合作用产生的氧气生长繁殖，降解对硝基苯酚，减少对硝基苯 酚对栅藻光合作用的抑制，细菌产生的CO2又是栅藻光合作用的原料。 【解析】 【分析】栅藻为真核细胞，其捕获光能的过程发生在光反应阶段，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。 【小问1详解】 栅藻是真核生物， 进行光合作用的细胞器是叶绿体。图a结果表明，对硝基苯酚可抑制栅藻光合放氧反应，且在一定范围内，随着对硝基苯酚浓度增加，栅藻的光合放氧量逐渐下降，对光合放氧的抑制作用增强。 【小问2详解】 由题意知，该细菌不能在无氧条件下生长，栅藻在光照下会产生氧气，分析图b可知，I、Ⅱ、Ⅲ三组对比，I组有氧气，Ⅱ、Ⅲ组有细菌+氧气，Ⅱ、Ⅲ组对硝基苯酚相对含量下降趋势基本一致，I组基本不变，则细菌在有氧条件下可降解对硝基苯酚，可推知细菌利用对硝基苯酚的限制因子是氧气。 【小问3详解】 图b中，I组为“栅藻+光照” ，对硝基苯酚含量为40mg×L-1；分析图a可知，对硝基苯酚含量为20mg×L -1时，栅藻进行光合放氧量较高，而光合作用会消耗培养液中的CO2，故培养液的pH会升高；结合图b的I组可知，对硝基苯酚相对含量不变，栅藻不能吸收利用对硝基苯酚，所以培养液中对硝基苯酚相对含量基本不变。 【小问4详解】 结合题意和图b的I组可知，在光照条件下栅藻进行光合放氧为细菌提供有氧环境，而细菌在有氧环境下可降解对硝基苯酚，并为栅藻提供CO2，故二者可通过原始合作净化被对硝基苯酚污染的水体。 【真题再练】 7、（2025年广西卷，18）【答案】（1）为衣藻光合作用提供原料 （2）培养系统中原有的甘醇酸耗尽，大肠杆菌缺乏碳源 （3） ①. 光照强度 ②. 光照强度提高导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多，另一方面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 （4）可以持续利用CO2合成高价值生物产品，经济效益高 【解析】 【分析】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，而工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品，若将两者共培养，不仅可以消耗大气中的CO2，还能持续产物高价值产品。 【小问1详解】 第①阶段向培养液中通入3%CO2，用于单独培养衣藻目的是为衣藻光合作用提供原料。 【小问2详解】 该培养系统中衣藻可以光合自养，而大肠杆菌只能依赖衣藻产生的甘醇酸作为唯一碳源，第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是培养系统中原有的甘醇酸耗尽，大肠杆菌缺乏碳源。 【小问3详解】 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阶段提高了光照强度导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多，另一方面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，因此两者干重均增加。 【小问4详解】 相比于其他方式，该系统对助力实现碳中和目标的优势是可以持续利用CO2合成高价值生物产品，经济效益高。 考向2：特殊代谢途径（光呼吸、C3植物、C4植物等） 【研磨典题】 8、（2023年湖南卷，17题）下图 【答案】(1) 3-磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织 (2)高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同 【分析】本题主要考查的光合作用过程中的暗反应阶段，也就是卡尔文循环，绿叶通过气孔从外界吸收的 CO2，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。一分子的 CO2 被固定后，很快形成两个 C3 分子。在有关酶的催化作用下，C3 接受 ATP 和 NADPH 释放的能量，并且被 NADPH 还原。随后，一些接受能量并被还原的 C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的 C3，经过一系列变化，又形成 C5。这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，暗反应阶段就形成从 C5 到 C3再到 C5 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。 【详解】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。 （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。 【真题再练】 9、（2025年陕晋宁青卷，17节选）【答案】（1） ①. 基质 ②. ATP、NADPH （2）植株S保卫细胞中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快 （3） ①. 减小 ②. 小 【高考回顾】 10、（2024·吉林·高考真题） 【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 7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程 不能 总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，无法得出呼吸速率， (4)与株系2与WT相比，转基因株系1的净光合速率最大 【分析】1、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）：水的光解产生NADPH与氧气，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有机物；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。 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；第三阶段是氧气和NADH反应生成水，合成大量ATP。 【详解】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成两个C3，这个过程称作CO2的固定，故反应①是CO2的固定过程。 （2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是细胞质基质、线粒体基质。 （3）由图1可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程，因此与WT相比，株系1和2的净光合速率较高。总光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率为光照强度为0时二氧化碳的释放速率，图3的横坐标为二氧化碳的浓度，因此无法得出呼吸速率，故据图3中的数据不能计算出株系1的总光合速率。 （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。 拓展考点　电子传递链与光抑制 【研磨典题】 11、（2025年山东卷，21）【答案】（1） ①. 磷脂双分子层 ②. 基粒 （2） ①. 水的光解 ②. 丙酮酸、[H] ③. 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】 【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。 【小问1详解】 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。 【小问2详解】 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。 【小问3详解】 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。 【高考回顾】 12、（2021年湖南卷，18题） 【答案】     类囊体膜     NADPH     减慢     Fecy     实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DCIP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用     类囊体上的色素吸收光能、转化光能     ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低 【分析】图a表示叶绿体的结构，图b中有水的光解和ATP的生成，表示光合作用的光反应过程。 【详解】（1）光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。 （2）①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DCIP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。 ③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。 1 学科网（北京）股份有限公司 $