第11讲 细胞代谢综合分析（专项训练）（5大考点+分层精练）（全国通用） 2027年高考生物一轮复习讲练测

**基本信息** 聚焦细胞代谢核心考点，以“基础-重难-真题”三级递进设计，融合实验探究与综合计算，构建物质能量观与科学思维训练体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础考点|5个考点14题|曲线分析/图解辨析/实验测定法|从光合呼吸联系到特殊途径，形成“过程-影响-应用”逻辑链| |重难创新|15题|装置变式/双模型计算/逆境机制分析|整合跨学科情境，深化物质能量转化与实验设计能力| |真题实战|10题|高频考点靶向突破法|对接高考命题趋势，强化科学思维与探究实践素养|

第11讲 细胞代谢综合分析（专项训练） 模拟·基础演练 1 考点一 光合作用和呼吸作用的联系 1 考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素 2 考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系 4 考点四 光呼吸和光抑制 5 考点五 C4途径和CAM途径 8 重难·创新演练 9 真题·实战演练 17 模拟·基础演练 考查重点：光合作用和呼吸作用的联系、影响光合作用和呼吸作用的因素、光合速率和呼吸速率的测定及联系、光呼吸和光抑制、 C4途径和CAM途径 考点一 光合作用和呼吸作用的联系 1．【一昼夜 CO₂吸收速率曲线分析（光合与呼吸综合）】（2026·北京海淀·二模）研究者在实验室条件下培养铁皮石斛，除黑暗和恒定光强相互交替外，其他环境条件相同。测定一天中不同时刻的CO2吸收速率，结果如下图。 下列叙述错误的是（    ） A．ab段吸收CO2与光反应无关 B．b点释放的CO2来自细胞呼吸 C．气孔开闭可能会引起be段变化 D．ad段有机物积累量接近于零 2．【光能转化、物质代谢途径综合判断】（2026·河南·三模）某植物细胞内光能转化、储存和利用的部分途径如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于细胞呼吸过程中有机物的分解 B．过程②中活跃化学能转变成稳定化学能仅依赖CO2的固定和C3的还原 C．有机物中稳定化学能转化为ATP中活跃化学能的过程可发生在线粒体中 D．若该类细胞经过程①②形成的有机物大于过程③④消耗的有机物，则该植物一定生长 3．【线粒体、叶绿体电子传递链与能量转换辨析】（2025·陕西宝鸡·二模）呼吸作用和光合作用是生物能量转换的核心生理过程，在线粒体和叶绿体的生物膜上都存在一系列电子载体(传递电子)组成的电子传递链，电子传递过程中释放的能量用于运输H+从而建立起跨膜的 H+浓度梯度，膜两侧的 H+浓度梯度驱动 ATP 合酶合成 ATP，相关过程如图，关于呼吸、光合的电子传递链，下列说法正确的是（    ） A．图 1、2 的生物膜分别是线粒体内膜、叶绿体内膜 B．图 1 和图 2 的最终电子受体分别为 O2、NADP+ C．图示两过程均发生化学能转换为电能 D．合成的 ATP 均能用于生物体的各项生命活动 考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素 4．【同位素标记与氧浓度对光合呼吸综合影响分析】（2026·重庆沙坪坝·模拟预测）为研究不同氧气浓度对植物净光合速率和呼吸作用速率的影响，研究人员将面积为Ncm2的叶片浸入H218O后，置于全为18O2且含量为Xμmol的密闭装置中，测定数据如图所示。已知用强度为M的光照持续照射120秒，测得容器中18O2的量为Yμmol，16O2的量为Zμmol。下列说法错误的是（    ） A．光照条件下，植物通过光合作用制造的有机物中有16O和18O B．黑暗条件下，低氧限制了呼吸作用 C．在500单位光照强度下持续光照12小时，黑暗12小时，高氧更有利于糖分积累 D．光照强度为M时，净光合速率可用 表示 5．【光合呼吸过程图解与温度影响曲线综合分析】（2025·江苏盐城·模拟预测）如图，图1为某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，图2为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率影响的实验结果。下列说法错误的是（    ） A．图1中产生ATP和[H]的生理过程有①③④ B．图1中产生O2与消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜 C．据图2判断，温度为t2时，O2的去向是被线粒体利用和释放到外界环境 D．t3温度下，植株光照12小时积累有机物（按葡萄糖质量计算）的量约为50.6mg 6．【密闭容器温度对光合呼吸影响曲线分析】（2025·陕西宝鸡·二模）科研人员将一盆绿萝放在透明且密闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO₂释放量和适宜光照下CO₂吸收量并绘制曲线如图所示，图2表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是（    ） A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO₂固定速率会大于60mol/s B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率 C．植株的CO₂吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2中③所示 D．在29℃且每天光照10小时的环境中，植株不能积累有机物 考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系 7．【细胞代谢过程图解与昼夜有机物积累计算分析】（2026·黑龙江哈尔滨·三模）图甲是蒲公英叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图，其中①～⑤为生理过程，a～h为物质；图乙为温度对人工种植的蒲公英光合作用与呼吸作用的影响（一昼夜白天和夜间均为12h）。下列叙述错误的是（    ） A．图甲中在光照下能产生ATP的过程有①③④⑤ B．图甲中的c为还原型辅酶Ⅱ，g为核酮糖-1，5-二磷酸 C．由图乙分析可知，蒲公英光合作用的最适温度是25℃ D．P点所对应的温度下培养蒲公英，一昼夜没有有机物的积累 8．（不定项）【有机物积累对光合作用影响实验分析】（2026·辽宁沈阳·模拟预测）为研究有机物的积累对苹果叶片光合作用的影响，研究人员将甲组苹果叶片上下的枝条进行环割处理以阻断有机物的运输，乙组不作处理。然后在白天不同时间测定两组叶片净光合速率的变化，实验结果如曲线A、B所示。下列说法正确的是（　　） A．图2中，B代表甲组 B．13点时B组叶片细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体 C．该实验可以证明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行 D．A组的光合作用产物主要通过韧皮部以葡萄糖的形式运输到植株各处 9．【密闭装置测定光合速率实验综合填空】（2025·吉林·模拟预测）家家户户中都喜欢放几盆盆栽以增加家中的一丝绿意。小明同学为测定光合作用速率的变化，将番茄放入密闭的透明玻璃小室中、如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气量的变化，结果如图乙。请据图分析并回答下列问题：    (1)图乙曲线中，BC段相比于AB段下降放缓的原因是________。D点时番茄叶肉细胞的光合强度________（填“大于”或“等于”或“小于”）呼吸强度，此时产生ATP的场所有____________________。 (2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时对应图乙曲线中的________点。 (3)如果要测定该植物的真正光合作用速率，还需增加一组实验，其设计思路是________________________。 (4)该小组成员将番茄叶片放在温度适宜的密闭容器内，短时间测量容器内O2量参变化，结果如图丙所示。若叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15min内，番茄叶片光合作用的平均速率（用单位时间内O2生量表示）是________mol/min。 考点四 光呼吸和光抑制 10．【光呼吸与卡尔文循环关联机制分析】（2026·重庆·模拟预测）RuBisco普遍分布于玉米、大豆等植物的叶绿体中，它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶，也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。RuBisco的具体作用过程如下图所示。下列说法错误的是（　　） A．据图可推测，玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有叶绿体基质和线粒体内膜 B．在夏季天气晴朗的中午，大豆叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会下降 C．在CO2/O2的值高时，RuBP易与CO2结合发生反应进而形成糖类 D．在CO2/O2的值低时，光呼吸可消耗NADPH以免NADPH对叶绿体造成损伤 11．【光抑制与人工电子梭实验探究分析】（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 12．【盐胁迫、光抑制与植物抗逆机制综合实验填空】（2026·山东淄博·二模）当光照过强时，会破坏植物光反应中心，导致光能转化效率降低，这种现象称为光抑制。 C3 植物可通过光呼吸耗散光合系统中过剩光能，缓解光抑制。研究人员以拟南芥野生型（CoI）与 CaM4 基因缺失突变体（cam4）为材料，在强光下探究盐胁迫对植物光合生理的影响，实验结果如下表所示。 植株类型 处理 叶绿素相对含量 净光合速率 /μmol·m-2·s-1 气孔导度 /mmol·m-2·s-1 胞间 CO2 浓度 /μmol·mol-1 Fv/Fm 暗呼吸速率 /μmol·m^z·s-1 光呼吸速率 /μmol·m-2·s-1 CoI 对照 48.5 10.0 185 280 0.826 2.1 1.6 CoI 盐胁迫 40.1 6.3 118 305 0.765 2.9 2.4 cam4 对照 48.2 9.8 182 282 0.824 2.2 1.5 cam4 盐胁迫 31.8 2.7 75 322 0.688 3.5 1.2 注：暗呼吸指植物在有光、无光条件下均能进行的有氧呼吸。 (1)除 C、H、O 之外，叶绿素分子中含有的主要元素还有_____（写出 2 种即可）。 光呼吸消耗有机物，但不产生 ATP 和 NADPH，推测光呼吸释放的能量主要去向是_____。 (2)据表分析，盐胁迫处理条件下导致 CoI 净光合速率降低的因素属于_____（填 “气孔”或“非气孔”）限制因素，此时净光合速率下降的主要原因是_____。 (3)Fv/Fm 反映光抑制强度，数值越低光抑制越强。盐胁迫条件下，与 CoI 相比，cam4 叶绿素含量下降幅度更大，除盐胁迫直接造成的损伤外，还可能是由于_____。 (4)盐胁迫会造成植物细胞内 Na+ 过量积累，植物可通过 SOS 信号通路将 Na+ 排出以抵御盐胁迫。该通路涉及 SOS3/SCaBP8/CaM4 复合体、SOS1、SOS2 等多种蛋白。为探究该通路机理， 以 CoI 和不同类型的基因缺失突变体为材料， 开展的实验及相关指标检测结果如图所示。盐胁迫信号会促使胞质中 Ca2+ 浓度升高，  Ca2+  优先结合的蛋白是_____，之后会使_____，最终使 SOS1 磷酸化，将细胞内 Na+ 排出。 注：NaCl为盐胁迫处理；突变体1基因SOS3和SCABP8缺失； 突变体2基因CaM4、SOS3和SCABP8缺失。 考点五 C4途径和CAM途径 13．【C4 植物特殊光合途径结构与代谢分析填空】（2025·甘肃庆阳·模拟预测）高粱属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的“花环型”结构，叶肉细胞不能进行暗反应，但可通过C4途径初步固定CO2（酶1对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵”的作用，把CO2 “压进”维管束鞘细胞。这样可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，光合作用部分过程如图所示。回答下列问题： 酶1：PEP羧化酶(PEPC)；酶2：RuBP羧化酶(Rubisco) (1)图中X代表的物质是__________，高粱植株体内固定CO2的场所是____________。 (2)据题推测，PEPC与无机碳的亲和力_________（填“高于”“低于”）Rubisco。 (3)炎热夏季中午，高粱不会出现“光合午休”现象，光合速率仍较高，原因可能是____________________ 。 (4)维管束鞘细胞的叶绿体通常只能进行暗反应，推测其叶绿体结构上的特点是________________________。 分离光合色素所用的试剂是__________________，三碳糖运出叶绿体，在细胞质基质中形成蔗糖，蔗糖__________（填“有”或“没有”）还原性，比较稳定，以该形式运输到其他部位不会造成碳素的丢失。若夜间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是_______________（填物质）。 14．【CAM 植物景天酸代谢与进化适应综合填空】（2026·陕西西安·模拟预测）仙人掌属于景天酸代谢（CAM）植物，具有特殊的CO2固定方式，白天有机酸含量下降，糖类含量升高，夜晚则相反。图1、图2是气孔在不同状态下，细胞内所发生的相应景天酸代谢过程。请回答下列问题： (1)据所学知识及图示分析，仙人掌在景天酸代谢途径中，光合作用合成有机物所需的CO2来源于_________；参与仙人掌固定CO2的酶分布在______________。白天时，光既可为仙人掌的光合作用提供能量，又能作为一种__________影响和调控其生长发育。 (2)在图1和图2中，_______为仙人掌在夜晚时的景天酸代谢过程，理由是__________________________。仙人掌能在高温、干旱环境下生存，这是一种适应，适应形成的必要条件是___________________________________________________________________________。 (3)研究发现，光合作用蛋白是植物体内光反应中的关键功能蛋白，其可通过与光合色素结合介导光能捕获、能量传递与电子转移，实现能量转化中的________；绿叶中的光合色素中，主要吸收红光和蓝紫光的是___________________。 重难·创新演练 设题创新：采用多组密闭装置变式组合，综合考查植物光合呼吸实验逻辑 (T1); 依托细胞代谢过程图解，分层辨析光合呼吸物质能量变化 (T2); 以光质、盐胁迫双重逆境为新切入点，探究作物光合适应机制 (T3); 创新性引入库源比农学概念，考查光合产物分配调控规律 (T4); 结合传统农业俗语创设生活化命题素材，实现知识生活化应用 (T5); 搭建密闭、开放双实验模型，强化光合呼吸定量计算新考法 (T6); 采用通气法原位检测技术，突破传统呼吸光合实验设问模式 (T7); 依托森林群落幼苗光合数据，多角度分析植物生态适应性 (T8); 对经典光合速率曲线进行变式设问，深挖曲线拐点生理意义 (T9); 整合光合呼吸全程物质变化，构建细胞代谢闭环考查体系 (T10); 基于人工仿生光合系统前沿科研素材，考查光合原理创新应用 (T11); 结合水稻逆境育种实际，从离子调控、干旱适应双维度创新设题 (T12); 对比 C3、CAM 两类植物光呼吸差异，深挖植物逆境生存新机制 (T13); 借助转基因改良作物素材，探究 C4 光合机制赋能 C3 植物增产原理 (T14); 回归希尔反应经典科学史，从分子机制层面深度变式拓展设问 (T15)。 学科融合：生物与农业生产融合，结合合理密植、水肥管理、作物育种考查光合原理田间应用 (T4/T5/T12/T14); 生物与生态生理学融合，探究植物盐胁迫、干旱胁迫、林下弱光环境的适应性机制 (T3/T8/T13); 生物与实验工程融合，依托密闭装置、通气法、希尔反应体系创新生物实验设计与分析 (T1/T6/T7/T15); 生物与前沿仿生工程融合，结合人工光合系统设计，实现基础理论与仿生技术交叉 (T11); 生物与植物生理学融合，深度整合光合呼吸物质能量代谢、光呼吸调控核心机理 (T2/T9/T10)。 1．【装置变式考法·密闭装置组合深究植物光合呼吸综合速率】（2026·安徽合肥·模拟预测）科研人员利用以下装置来探究玉米幼苗的某些生理作用。假如玉米幼苗光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不进行产生乳酸的无氧呼吸。下列相关叙述正确的是（    ） A．将装置甲遮光处理，红色液滴测定的是消耗的O2量和释放CO2量的差值 B．若将装置乙中的玉米幼苗移走，该装置可修正环境变化对实验的影响 C．可利用装置丙探究不同浓度的CO2对光合作用速率的影响，光照强度为该实验的无关变量 D．适宜光照条件下，装置乙中的红色液滴会一直向右移动，但移动速率会逐渐减慢 2．【过程图解考法·叶肉细胞多代谢过程逻辑辨析】（2026·河南·模拟预测）如图所示为高等植物叶肉细胞内的部分代谢过程，①～⑦为相关生理过程。下列叙述正确的是（　　） A．③和⑥均在生物膜上进行 B．高温干旱条件下，④受阻的主要原因并非③受阻 C．产生ATP的过程有③⑤⑥，产生的ATP均可为②提供能量 D．③产生的O2多于⑥消耗的O2时，植物干重就会增加 3．【逆境新情境·光质调控盐胁迫下作物光合生理特征】（2026·宁夏石嘴山·三模）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）。下列叙述不正确的是（　　） A．仅选用上述①③④组进行对比分析，还不足以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 B．温度和二氧化碳浓度是该实验的无关变量 C．在光照强度达到光补偿点时（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），④组的总光合速率大于③组的总光合速率 D．光对植物生长的作用有为光合作用提供能量和作为信号调节植物生长发育两个方面 4．【新角度·库源比值调控植物光合产物分配规律】（2026·湖北·二模）叶片是植物给其他器官提供有机物的“源器官”，果实是储存有机物的“库器官”。为研究这两类器官之间的关系，现将若干生长状态相同的某植物均分为库源比（果实数量与叶片数量的比值）不同的甲、乙、丙三组进行实验，用14CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用，实验处理及结果见下表。下列说法错误的是（    ） 项目 甲组（保留枝条顶部1个果实、2片成熟叶） 乙组（保留枝条顶部1个果实、4片成熟叶） 丙组（保留枝条顶部1个果实、6片成熟叶） 库源比 1/2 1/4 1/6 净光合速率/（μmol·m-2·s-1） 9.31 8.99 8.75 果实中含14C的光合产物/mg 21.96 37.38 66.06 单果重/g 11.81 12.21 19.59 注：净光合速率是指植物在单位时间单位叶面积从外界环境吸收的14CO2的量 A．库源比升高，植株的叶片相对减少，可提供给果实的有机物会增多 B．根据三组实验结果可知，随着库源比的升高，该植物净光合速率升高 C．该实验的目的是探究不同库源比对该植物叶片光合作用和光合产物分配的影响 D．蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，因为其不具有还原性，稳定性较高 5．【生活化情境·传统农业谚语蕴含生物原理辨析】（2026·湖南邵阳·三模）我国是农业古国，是全球农业发生最早的国家之一，下列关于农业谚语原理的分析错误的是（　　） A．“地尽其用田不荒，合理密植多打粮”：保证光照强度和二氧化碳浓度，以增强光合作用 B．“薄肥勤施，忌施浓肥”：浓肥会导致土壤溶液浓度低于植物细胞液浓度，引起植物细胞过度失水 C．“白天光照强，夜里露水狂，庄稼丰收有希望”：昼夜温差大，有利于植物有机物的积累 D．“一亩三甽，岁代处”：田垄和田沟的轮番更替有利于农作物充分利用土壤中的无机物 6．【双模型考法·密闭/开放体系光合呼吸定量计算分析】（2026·河南信阳·二模）取某绿色植物两叶片，将甲叶片置于一密闭、恒温的透明玻璃容器内进行相关实验探究，测得数据如图甲所示。将乙叶片置于开放环境中，在一定实验条件下检测其CO2吸收量和释放量，研究温度对叶片光合作用与呼吸作用的影响，测得数据如图乙所示。下列说法错误的是（　　） A．甲叶片在第30min时，叶肉细胞内产生ATP的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质 B．甲叶片第15~45min中叶绿体通过光反应产生的O2量为4×10-7 C．在10~20℃之间，温度对乙叶片光合作用的影响大于呼吸作用的影响 D．22℃和30℃时乙叶片的真正光合速率相同，但积累的有机物的量不同 7．【实验创新考法·通气法原位检测叶片光合呼吸强度】（2026·重庆渝中·模拟预测）通气法可测定植物单个叶片的呼吸作用和光合作用强度，如图所示。将叶片置于同化箱中，在特定的光照、温度条件下，让空气沿箭头方向流动，并检测通入和通出空气中的CO₂浓度变化。下列有关说法错误的是（　　） A．图示条件下，植物叶片产生CO₂的场所是线粒体基质 B．将该装置置于黑暗条件下，可用来测定叶片的呼吸作用强度 C．黑暗条件下测定通入和通出气体体积的差值来检测叶片的呼吸作用强度 D．图中当A、B处气体中的CO₂浓度相等时，说明光合作用与呼吸作用强度相等 8．（不定项）【图表数据考法·森林幼苗光合适应特性对比分析】（2026高三·全国·专题练习）在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层4种主要植物幼苗的生理指标（见表）。下列分析不正确的是（　　） 指标 物种 构树 刺槐 香樟 胡颓子 光补偿点/千勒克斯 6.0 4.0 1.8 1.1 光饱和点/千勒克斯 13.0 9.0 3.5 2.6 注：光补偿点指光合速率等于呼吸速率时的光照强度；光饱和点指达到最大光合速率所需的最小光照强度。 A．当光照强度小于6.0千勒克斯时，构树幼苗叶肉细胞需要的CO2全部来自外界 B．当光照强度为10.0千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度等 C．若将光照强度突然由2.0千勒克斯增加到4.0千勒克斯，短时间内香樟幼苗叶肉细胞中的C3会增加 D．在树冠遮蔽严重、林下光照较弱的环境中，胡颓子和香樟的幼苗存活率高于刺槐和构树 9．（不定项）【曲线变式考法·光照强度对净光合速率调控机制深究】（2026·河北雄安·三模）如图表示某植物叶片在适宜温度、CO2浓度条件下，净光合速率随光照强度变化的曲线。图中A、B、C、D为曲线上的关键点，已知光饱和点为光合速率达到最大值时对应的光照强度。下列叙述错误的是（） A．B点时，植物叶片有机物的生成量等于0 B．若将CO2浓度降低，B点将右移，D点将左移 C．C点为光饱和点，此时光照强度不再是限制光合速率的主要因素 D．当光照强度为D时，植物叶肉细胞中产生的O2会进入线粒体和释放到细胞外 10．（不定项）【整合图解考法·光合与呼吸物质循环综合辨析】（2026·江西·模拟预测）光合作用与细胞呼吸相互依存、密不可分，各自又具有相对的独立性。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，其中I-VII代表物质，①-⑤代表过程。下列叙述正确的是（    ） A．图中物质II和VI为同一种物质，I和IV为不同物质，III和VII为同一种物质 B．VII在线粒体产生后，被相邻细胞的叶绿体利用，至少需要穿过6层磷脂双分子层 C．光合作用合成的糖类，可经细胞呼吸分解供能，细胞呼吸产生的中间产物也可转化为甘油、氨基酸等非糖物质 D．图中过程①的进行需要光、色素和酶，过程③④⑤在有氧、无氧条件下均可部分进行 11．【前沿仿生情境·人工光合系统构建与功能验证】（2026·重庆·模拟预测）科研工作者从小球藻中分离类囊体（TEM），并将其与16种酶一起包裹在油包水液滴中构成人工光合系统，如图甲所示。人工光合系统光照后，有ATP、NADPH产生，并且生成了有机物。 (1)光反应发生在_______上，其主要由______和蛋白质组成的复合物，是光能吸收、转移和转换的功能单位。与叶肉细胞相比，该系统不进行_______（生理过程），因此有利于积累更多的有机物。 (2)为验证G酶对人工光合系统的有效性，研究者进一步开展实验，实验结果如图乙。该实验分为组1~4，除按图乙所示进行相应自变量处理外，同等条件下还需在油包水液滴中分别加入图甲中等量的____________。组1起对照作用，目的是____________；组2检测结果高于组3的原因是________________。 (3)卡尔文使用如图丙装置对光合作用过程中CO2转化为有机物的途径进行研究，在黑暗条件下，卡尔文向藻类细胞提供了含有放射性的CO2，将仪器中相关物质彻底混合，然后打开一盏冷光灯，在每5s的间隔时间里，将一些细胞倒入热酒精中加以固定使反应停止。 卡尔文将固定后的藻类细胞制成匀浆，并进行双向纸层析产生色谱图（丁图中斑点是含有放射性的化合物）。CO2转化为有机物的途径中首先形成的化合物是3-磷酸甘油酸，该化合物对应色谱图上字母_______标示的斑点。 12．【育种应用情境·镁离子调控、干旱突变体水稻光合特性研究】（2026·安徽合肥·模拟预测）水稻是我国重要的粮食作物，水和无机盐等因素对水稻生长能产生重要影响，科学家为探究其影响机制进行了一系列实验。 I、为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给（+Mg2+）、缺乏（-Mg2+）条件，测定了水稻光合作用中叶绿体中Mg2+的相对含量、最大CO2固定速率等指标。 II、水资源短缺限制水稻的生长发育，严重影响水稻的产量。科研人员利用激光照射水稻种子，获得了水稻突变体。将野生型水稻和突变体水稻种植在同样干旱、温度相同且适宜的条件下，检测二者叶肉细胞的各项指标，所得结果如图1、图2、图3所示。回答下列问题： (1)该实验中+Mg2+组为____________（填“实验组”或“对照组”）。 (2)根据测定结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2+相对含量和CO2固定速率都存在“光照下高、黑暗下低”的节律性波动；进一步测定上述过程中酶R的活性（RuBP羧化酶，催化C5与CO2的反应），发现在Mg2+正常供给（+Mg2+）时活性远高于缺乏（-Mg2+）条件，请你结合测定结果及已学知识，阐明Mg2+对水稻光合作用影响的机理：_________；________。（答出两点） (3)图1中，当光照强度为100μmol·m-2·s-1时，野生型水稻植株的干重变化是_________（填“增加”或“减小”），理由是_________。 (4)根据图2、图3分析，在干旱条件下，突变型叶肉细胞的光合作用速率_____（填“大于”或“小于”）野生型叶肉细胞的光合作用速率，判断理由是________（答出两点）。 13．【机制新考法·C3与CAM植物光呼吸差异及逆境适应机制】（2026·河北雄安·三模）RuBP在高CO2含量环境下发生羧化反应，在高O2含量环境下发生加氧反应进行光呼吸。光呼吸是在光照下，Rubisco催化O2与RuBP结合，经过一系列反应释放CO2的过程，光呼吸会消耗能量并降低光合效率，相关过程如图所示。CAM植物可在Rubisco周围富集CO2，从而抑制光呼吸。为探究高温干旱条件下，不同碳代谢途径植物光呼吸的变化及其与光合效率的关系，研究者以水稻（C3植物）和景天（CAM植物，夜间气孔开放，白天气孔关闭）为材料，在适宜条件（28℃，正常供水）和高温干旱条件（38℃，停止供水7天）下，分别测定净光合速率（Pn）、光呼吸速率（Pr）以及光呼吸速率/净光合速率（Pr/Pn），结果如表所示。回答下列问题： 植物类型 处理条件 Pn（μmol·m-2·s-1） Pr（μmol·m-2·s-1） Pr/Pn（%） 水稻 适宜 22.5 6.8 30.2 高温干旱 8.2 5.1 62.2 景天 适宜 3.2 0.3 9.4 高温干旱 2.5 0.4 16.0 (1)由图可知，细胞内光呼吸发生的场所有________。在适宜条件下，与CAM植物相比，C3植物光呼吸速率较高的原因可能是________。 (2)水稻绿叶细胞捕获光能的色素中，含量最高的色素主要吸收的光是________。高温干旱条件下与适宜条件下相比，景天Pn下降幅度________（填“大于”或“小于”）水稻Pn下降幅度。结合CAM植物的CO2固定特点，推测在高温干旱条件下，其光呼吸速率反而上升的原因可能是________。 (3)分析表中水稻的数据，与适宜条件相比，高温干旱条件下水稻的Pn显著下降，而光呼吸速率下降幅度较小，这种变化对植物生存具有一定的积极意义，从能量利用的角度分析，其原因可能是________。 14．【转基因应用情境·C4光合机制改造C3水稻增产机理分析】（2026·山东济南·二模）C4植物在气孔部分关闭时，仍能利用细胞间隙中低浓度的CO2维持光合作用。其机制是：先利用PPDK酶催化丙酮酸生成PEP，再利用PEPC酶催化CO2与PEP反应生成OAA，OAA进一步反应后进入叶绿体基质生成丙酮酸并释放CO2，CO2在RuBP羧化酶的作用下与RuBP反应被固定。水稻作为C3植物，无此机制。科研人员将PPDK酶基因和PEPC酶基因导入原种水稻细胞得到了转双基因水稻，并测量在不同光照强度和不同温度下的净光合速率（以CO2吸收速率表示），结果如下图所示： (1)根据C4植物光合作用机制推测，PEPC酶与RuBP羧化酶相比，PEPC酶对CO2的亲和力__________。在C4植物中，PEPC酶的作用场所是__________。 (2)据图1分析，光照强度为1000Lux时，转双基因水稻的光合速率为__________μmol·m-2·s-1。从光反应与暗反应的影响因素角度解释，在0-400Lux光照强度区间内，两曲线重合的原因是__________。 (3)据图2分析，转双基因水稻净光合速率最大值高于两条曲线中其他各点对应的数值的原因是__________（答出两点即可）。已知O2与CO2竞争性结合RuBP羧化酶，夏季午后常出现高温强光天气，此时转双基因水稻相对于原种水稻可能具有的增产优势是__________。 真题·实战演练 高频考点：光合速率与呼吸速率综合计算分析；光照、温度、光质等环境因素对光合速率的影响；光呼吸机理与作物增产应用；光合作用相关探究实验与结果分析 1．（2025·全国卷·高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸速率（CO2释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．光照强度为a时，该植物的干重不会增加 B．光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长速率逐渐增大 C．光照强度小于b时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率会增大 D．光照强度为b时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低 2．（2023·北京·高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是（　　）      A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 3．（2025·甘肃·高考真题）波长为400~700nm的光属于光合有效辐射（PAR），其中400~500nm为蓝光（B），600~700nm为红光（R）。远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A（高）和B（低）两个位置的PAR、红光/远红光比例（R/FR）和叶片指标（厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸），并分析了施氮肥对以上指标的影响，结果如下表。回答下列问题。 冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度（μm） 叶绿素含量（μg·g-1） 线粒体暗呼吸 A B A（施氮肥） B（施氮肥） 0.90 0.20 0.70 0.02 3.40 0.29 1.75 0.01 160 100 150 — 0.15 0.20 0.28 — 1.08 1.08 1.08 — (1)植物叶片中__________可吸收红光用于光合作用，__________可吸收少量的红光和远红光作为光信号，导致B位置PAR和R/FR较A位置低；__________虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B位置PAR降低。 (2)由表中数据可知，施氮肥__________（填“提高”或“降低”）了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是__________。 (3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片（未施氮肥）在不同光照强度下的净光合作用速率（下图），发现冠层__________位置的叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是__________。 4．（2025·河南·高考真题）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比关系），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．（2024·全国甲卷·高考真题）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________（填“相等”或“不相等”），原因是________________________________。 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是________________________________。 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是________________________________。（答出一点即可） (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在________最大时的温度。 6．（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______。 7．（2026·云南·高考真题）研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响，实验结果如下表。 温度/℃ 28 34 38 光照下CO2吸收速率/（μmol·m-2·s-1） 22.52 23.41 24.15 黑暗下CO2释放速率/（μmol⋅m-2·s-1） 3.26 4.56 5.59 回答下列问题： (1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在________上。光能被吸收后转化为________储存在NADPH和ATP中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的________，部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场所包括________。 (2)在实验设置的三个温度下，水稻固定CO2速率最高的是________℃，理由是________。 (3)某地持续高温（34~38℃）伴随干燥天气，此时，在大田生产中水稻的光合速率会降低，其原因是________。 8．（2025·重庆·高考真题）科研人员以水稻秸秆为原料合成的一种新型纳米材料X，发现其能通过叶面或根部吸收进入植物细胞。 (1)为分析X对植物光能利用的影响，科研人员用添加X的培养液培养水绵，再用通过三棱镜的光照射载有需氧细菌和水绵的临时装片，观察并统计不同光质下需氧细菌数量，结果见下表。 光质处理 蓝光 绿光 黄光 橙光 红光 培养液（对照） 150 12 10 14 89 培养液+X 139 28 7 13 88 结果表明，X能够促进水绵利用________光。在水绵细胞中，X呈现出随机分布的特点，当X分布在叶绿体的________时，水绵光能利用效率最佳。 (2)为进一步探究X对叶绿体功能的影响，开展了下列实验。 ①用离体叶绿体、X和Y（可与NADPH发生反应的化合物）进行实验，在相同光照条件下，实时测定并计算Y的变化量。由图可知，X能________（填“促进”或“抑制”）叶绿体合成NADPH。为保证本实验的严谨性，需增设1个处理，即Y+经煮沸的叶绿体。该处理获得的结果最符合图中曲线的________（填“甲”或“乙”或“丙”）。 ②将清水和X溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片，抽气后，再置于1%的碳酸氢钠溶液中，给予相同的光照，发现X溶液处理的叶圆片先浮出叶面，其原因是________。 (3)研究还发现处理植物的X浓度过高，会出现植物叶片气孔开放度下降的现象，推测与之相关的植物激素及其含量变化是_________。 9．（2017·江苏·高考真题）科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图，图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题： (1)取果肉薄片放入含乙醇的试管，并加入适量________，以防止叶绿素降解。长时间浸泡在无水乙醇中的绿色果肉薄片会变成白色，原因是_______。 (2)图1中影响光合放氧速率的因素有______。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度，测定前应排除反应液中________的干扰。 (3)图1 在反应室中加入NaHCO3的主要作用是_______。若提高反应液中NaHCO3浓度， 果肉放氧速率的变化是_____（填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”）。 (4)图2 中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率，对15~20min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是______；若在20min后停止光照，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有________（填序号：①C5　②ATP　③[H]　④C3 ），可推测20~25min曲线的斜率为________（填“正值”“负值”或“零”）。 10．（2025·天津·高考真题）为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入后，放于氧气置换为的密闭装置中，浓度设正常（21%）和低氧（2%）两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率=光合作用速率-呼吸作用速率。结果如下： (1)光照条件下，密闭装置中逐渐减少，而逐渐增加，此时呼吸作用消耗的氧气来源于_____和_____。设最初密闭装置中的量为，120秒后测得的量为，的量为，叶片面积为，则净光合速率为_____。 (2)低氧下，光照强度下，叶片光合作用速率为_____。 (3)低氧在_____（光照、黑暗、光照和黑暗）条件下构成呼吸作用的限制因素。 (4)在两种氧浓度下，将叶片置于光照（强度为）、黑暗各1小时后，测定叶片中的糖含量。请推测低氧对叶片糖积累是否有利，并给出相应理由：_____。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析（专项训练） 模拟·基础演练 1 考点一 光合作用和呼吸作用的联系 1 考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素 3 考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系 6 考点四 光呼吸和光抑制 9 考点五 C4途径和CAM途径 12 重难·创新演练 15 真题·实战演练 29 模拟·基础演练 考查重点：光合作用和呼吸作用的联系、影响光合作用和呼吸作用的因素、光合速率和呼吸速率的测定及联系、光呼吸和光抑制、 C4途径和CAM途径 考点一 光合作用和呼吸作用的联系 1．【一昼夜 CO₂吸收速率曲线分析（光合与呼吸综合）】（2026·北京海淀·二模）研究者在实验室条件下培养铁皮石斛，除黑暗和恒定光强相互交替外，其他环境条件相同。测定一天中不同时刻的CO2吸收速率，结果如下图。 下列叙述错误的是（    ） A．ab段吸收CO2与光反应无关 B．b点释放的CO2来自细胞呼吸 C．气孔开闭可能会引起be段变化 D．ad段有机物积累量接近于零 【答案】D 【分析】本题结合 CO₂吸收速率曲线，区分光照、黑暗条件下光合与呼吸作用，判断有机物积累情况。 【详解】A、ab段处于黑暗期（0：00~8：00），铁皮石斛没有光反应，无法进行光合作用，ab段吸收CO₂与光反应无关，A正确； B、b点是8：00，刚进入光照期，此时CO₂吸收速率为0，此时光合速率为0，释放的CO₂全部来自细胞呼吸，B正确； C、be段处于光照期，曲线出现波动（先升后降再升），这与光照、温度变化引起的气孔开闭直接相关：气孔开度影响CO₂吸收量，进而影响光合速率，导致CO₂吸收速率出现波动，C正确； D、ad段从0时到16时，ab段就已经吸收了较多CO2贮存，光照阶段进一步合成有机物，整个ad段CO2吸收总量大于0，有机物积累量大于0，不是接近于零，D错误。 故选 D。易错分析：易误选 C。部分学生认为光照下 CO₂吸收波动仅由光照强度决定，忽略气孔开闭会直接影响胞间 CO₂浓度，进而改变 CO₂吸收速率；同时易错判 ad 段有机物积累，混淆 “瞬时速率” 和 “一段时间总积累量”，ad 段整体 CO₂吸收总量大于 0，有机物持续积累。 2．【光能转化、物质代谢途径综合判断】（2026·河南·三模）某植物细胞内光能转化、储存和利用的部分途径如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于细胞呼吸过程中有机物的分解 B．过程②中活跃化学能转变成稳定化学能仅依赖CO2的固定和C3的还原 C．有机物中稳定化学能转化为ATP中活跃化学能的过程可发生在线粒体中 D．若该类细胞经过程①②形成的有机物大于过程③④消耗的有机物，则该植物一定生长 【答案】C 【分析】本题考查光合作用、细胞呼吸中 ATP 与能量的去向，区分细胞与整株植物的有机物积累规律。 【详解】A、过程①光反应产生的ATP和NADPH仅可用于暗反应中C3的还原，不能为细胞呼吸过程供能，A错误； B、过程②中活跃化学能转变为稳定化学能仅依赖C3的还原过程，CO2的固定过程不消耗ATP和NADPH，不涉及该能量转化，B错误； C、线粒体是有氧呼吸第二、第三阶段的反应场所，这两个阶段可将丙酮酸中的稳定化学能转化为ATP中的活跃化学能，C正确； D、图示为植物某类细胞的代谢过程，植物还存在大量无法进行光合作用的细胞（如根细胞）需要消耗有机物，仅该类细胞光合产生的有机物大于自身呼吸消耗的有机物，无法确定整个植物是否有有机物积累，因此植物不一定生长，D错误。 故选 C。 3．【线粒体、叶绿体电子传递链与能量转换辨析】（2025·陕西宝鸡·二模）呼吸作用和光合作用是生物能量转换的核心生理过程，在线粒体和叶绿体的生物膜上都存在一系列电子载体(传递电子)组成的电子传递链，电子传递过程中释放的能量用于运输H+从而建立起跨膜的 H+浓度梯度，膜两侧的 H+浓度梯度驱动 ATP 合酶合成 ATP，相关过程如图，关于呼吸、光合的电子传递链，下列说法正确的是（    ） A．图 1、2 的生物膜分别是线粒体内膜、叶绿体内膜 B．图 1 和图 2 的最终电子受体分别为 O2、NADP+ C．图示两过程均发生化学能转换为电能 D．合成的 ATP 均能用于生物体的各项生命活动 【答案】B 【分析】本题对比有氧呼吸、光反应的电子传递链，考查反应场所、电子受体、能量转换及 ATP 的功能。 【详解】A、图1表示H+与O2反应生成H2O，该生物膜结构属于线粒体内膜，表示的生理过程是有氧呼吸第三阶段，图2表示H2O分解成H+与O2，属于光反应，发生于叶绿体的类囊体薄膜，A错误； B、图 1（有氧呼吸第三阶段）：电子最终传递给O2  ，生成水，最终电子受体是O2， 图 2（光反应）：电子最终传递给NADP+  ，生成NADPH ，最终电子受体是NADP+，B正确； C、图1的能量转换为有机物中的化学能→电能→化学能（ATP），图2的能量转换为光能→电能→化学能，由此可知图2过程没有发生化学能转换为电能，C错误； D、图1呼吸作用产生的ATP可用于各项生命活动，图2光合作用产生的ATP仅用于暗反应，一般不能直接用于其他生命活动，D错误。 故选B。 考点二 影响光合作用和呼吸作用的因素 4．【同位素标记与氧浓度对光合呼吸综合影响分析】（2026·重庆沙坪坝·模拟预测）为研究不同氧气浓度对植物净光合速率和呼吸作用速率的影响，研究人员将面积为Ncm2的叶片浸入H218O后，置于全为18O2且含量为Xμmol的密闭装置中，测定数据如图所示。已知用强度为M的光照持续照射120秒，测得容器中18O2的量为Yμmol，16O2的量为Zμmol。下列说法错误的是（    ） A．光照条件下，植物通过光合作用制造的有机物中有16O和18O B．黑暗条件下，低氧限制了呼吸作用 C．在500单位光照强度下持续光照12小时，黑暗12小时，高氧更有利于糖分积累 D．光照强度为M时，净光合速率可用 表示 【答案】C 【分析】本题结合同位素标记实验，分析氧元素转移路径、氧气浓度对代谢的影响，并计算净光合速率。 【详解】A、光合作用的原料是CO2和H2O，实验中容器里的水是H218O，会参与光反应产生18O2，也会参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2。C18O2会进入暗反应，使有机物中含有18O；同时空气中的C16O2也会被固定，使有机物中含有16O，A正确； B、黑暗条件下低氧时植物呼吸速率明显低于高氧，说明低氧限制了植物的呼吸作用，B正确； C、在500单位光照强度下，低氧和高氧条件下净光合速率相同，但低氧时呼吸速率更低。持续光照12小时，黑暗12小时，由于低氧时呼吸消耗的有机物更少，所以低氧更有利于糖分积累，C错误； D、光照强度为M时，净光合产生的16O2量为Zμmol，产生的18O2的量为Yμmol，原密闭容器中18O2且含量为Xμmol，因此净光合作用产生的O2量为(Y+ Z-X)μmol，净光合速率可用(Y+Z-X)/120Nμmol（m2·s）表示，D正确。 故选 C。 5．【光合呼吸过程图解与温度影响曲线综合分析】（2025·江苏盐城·模拟预测）如图，图1为某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，图2为探究密闭装置中不同温度对该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率影响的实验结果。下列说法错误的是（    ） A．图1中产生ATP和[H]的生理过程有①③④ B．图1中产生O2与消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜 C．据图2判断，温度为t2时，O2的去向是被线粒体利用和释放到外界环境 D．t3温度下，植株光照12小时积累有机物（按葡萄糖质量计算）的量约为50.6mg 【答案】A 【分析】本题结合代谢图解与温度曲线，判断 ATP、[H] 的产生过程、气体去向，同时进行有机物积累量计算。 【详解】A、①是光反应，②是暗反应，③是有氧呼吸的第三阶段，④是有氧呼吸的一、二阶段，图1中产生ATP和[H]的生理过程有①④，A错误； B、图1中光合作用产生O2与呼吸作用消耗O2的场所分别为类囊体薄膜、线粒体内膜，B正确； C、图2中温度为t2时，叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，其产生的O2的去向有被线粒体利用和释放到外界环境中，C正确； D、光照下O2产生量就是实际光合速率，t3温度条件下，叶肉细胞的实际光合速率为12.5 mg/h，呼吸速率为8mg/h，则植株光照12小时积累O2的量约为4.5×12=54mg，结合葡萄糖和O2的摩尔比（1:6）换算，有机物的积累量约为54÷32×1/6×180=50.6mg，D正确。 故选A。解题技巧：区分 ATP、[H] 的产生过程：光反应（①）、有氧呼吸第一、二阶段（④）产生 ATP 和 [H]；有氧呼吸第三阶段（③）只产生 ATP，不产生 [H]，这是本题核心判断依据。 6．【密闭容器温度对光合呼吸影响曲线分析】（2025·陕西宝鸡·二模）科研人员将一盆绿萝放在透明且密闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO₂释放量和适宜光照下CO₂吸收量并绘制曲线如图所示，图2表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是（    ） A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO₂固定速率会大于60mol/s B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率 C．植株的CO₂吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2中③所示 D．在29℃且每天光照10小时的环境中，植株不能积累有机物 【答案】A 【分析】本题结合曲线图与细胞结构示意图，辨析总光合、净光合、呼吸速率，分析植株与叶肉细胞的代谢状态。 【详解】A、二氧化碳固定量等于光照时CO2吸收速率加黑暗条件下CO2释放速率，实线24℃吸收速率约为52mol/s加虚线24℃释放速率10mol/s，故CO2固定速率62mol/s，大于60mol/s，A正确； B、光照时CO2吸收速率为净光合速率，黑暗条件下CO2释放速率为呼吸速率，根据图1可知，29℃两曲线相交，但二者对应数值不同，光合速率大于呼吸速率，B错误； C、由于植物体内存在不进行光合作用的细胞，因此当绿萝植株的CO2吸收速率（净光合速率）为零时，其叶肉细胞的净光合速率应该大于零，因此状态如图2中④所示，C错误； D、29℃时叶片的净光合速率约为38mol/s，细胞呼吸速率约为18mol/s，在每天光照10小时的环境中一昼夜有机物的积累量为38×10-18×（24-10）=128，因此在29℃且每天光照10小时的环境中植株叶片能积累有机物，D错误。 故选A。 考点三 光合速率和呼吸速率的测定及联系 7．【细胞代谢过程图解与昼夜有机物积累计算分析】（2026·黑龙江哈尔滨·三模）图甲是蒲公英叶肉细胞进行光合作用和细胞呼吸的物质变化示意简图，其中①～⑤为生理过程，a～h为物质；图乙为温度对人工种植的蒲公英光合作用与呼吸作用的影响（一昼夜白天和夜间均为12h）。下列叙述错误的是（    ） A．图甲中在光照下能产生ATP的过程有①③④⑤ B．图甲中的c为还原型辅酶Ⅱ，g为核酮糖-1，5-二磷酸 C．由图乙分析可知，蒲公英光合作用的最适温度是25℃ D．P点所对应的温度下培养蒲公英，一昼夜没有有机物的积累 【答案】C 【分析】本题结合代谢过程图和温度影响曲线，判断 ATP 产生场所、物质种类，计算总光合速率与有机物积累量。 【详解】A、光照下，光反应（①）和有氧呼吸的三个阶段（③④⑤）都能产ATP，A正确； B、c是光反应产生的NADPH，也就是还原型辅酶 Ⅱ，g是暗反应中与 CO₂结合的 C₅，即核酮糖-1，5-二磷酸，B正确； C、图乙中 “光照条件下的 CO₂吸收速率” 是净光合速率（总光合 - 呼吸）， 真正的总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率（黑暗条件下的 CO₂释放速率）。总光合速率： 20℃：3.25 + 1.5 = 4.75 ，25℃：3.75 + 2.25 = 6.00 ，30℃：3.5 + 3 = 6.50 ，35℃：3 + 3.5 = 6.50，可以看到，总光合速率在 30℃和 35℃时都比 25℃更高，因此最适温度不是25℃，C错误； D、P 点的净光合速率（光照吸收）= 呼吸速率（黑暗释放）= 3， 白天12h净光合积累：3 × 12 = 36，夜间12h呼吸消耗：3 × 12 = 36，一昼夜的有机物积累 = 36 - 36 = 0，没有积累，D正确。 故选 C。关键提示：判断光合最适温度，必须用总光合速率（总光合 = 净光合 + 呼吸），不能直接用净光合速率。本题 25℃净光合最高，但 30℃、35℃总光合速率更高，因此最适温度不是 25℃。 8．（不定项）【有机物积累对光合作用影响实验分析】（2026·辽宁沈阳·模拟预测）为研究有机物的积累对苹果叶片光合作用的影响，研究人员将甲组苹果叶片上下的枝条进行环割处理以阻断有机物的运输，乙组不作处理。然后在白天不同时间测定两组叶片净光合速率的变化，实验结果如曲线A、B所示。下列说法正确的是（　　） A．图2中，B代表甲组 B．13点时B组叶片细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体 C．该实验可以证明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行 D．A组的光合作用产物主要通过韧皮部以葡萄糖的形式运输到植株各处 【答案】ABC 【分析】本题以枝条环割实验为背景，探究有机物积累对光合作用的影响，分析 ATP 产生场所与有机物运输形式。 【详解】A、甲组环割阻断有机物运输，叶片光合产物无法运出发生积累，抑制光合作用，净光合速率低于未处理的乙组，图中B曲线净光合速率整体更低，代表甲组，A正确； B、13点时B组叶片净光合速率＜0，说明总光合速率＜呼吸速率，但此时仍同时进行光合作用和呼吸作用：叶绿体（类囊体薄膜）光反应阶段产生ATP，细胞质基质（有氧呼吸第一阶段）、线粒体（有氧呼吸第二、三阶段）是呼吸作用产生ATP的场所，因此叶片细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体，B正确； C、两组实验的单一变量为叶片是否有有机物积累，甲组有机物积累后净光合速率显著低于乙组，可证明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行，C正确； D、光合作用的产物主要通过韧皮部以蔗糖的形式运输到植株各处，不是葡萄糖，D错误。 故选 ABC。 9．【密闭装置测定光合速率实验综合填空】（2025·吉林·模拟预测）家家户户中都喜欢放几盆盆栽以增加家中的一丝绿意。小明同学为测定光合作用速率的变化，将番茄放入密闭的透明玻璃小室中、如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气量的变化，结果如图乙。请据图分析并回答下列问题：    (1)图乙曲线中，BC段相比于AB段下降放缓的原因是________。D点时番茄叶肉细胞的光合强度________（填“大于”或“等于”或“小于”）呼吸强度，此时产生ATP的场所有____________________。 (2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时对应图乙曲线中的________点。 (3)如果要测定该植物的真正光合作用速率，还需增加一组实验，其设计思路是________________________。 (4)该小组成员将番茄叶片放在温度适宜的密闭容器内，短时间测量容器内O2量参变化，结果如图丙所示。若叶片的呼吸速率始终不变，则在5～15min内，番茄叶片光合作用的平均速率（用单位时间内O2生量表示）是________mol/min。 【答案】(1) 温度下降，酶活性降低，呼吸作用减弱 大于 细胞质基质、线粒体、叶绿体 (2) H (3) 设置与图甲相同的装置，将其遮光处理，并放在与图甲装置相同的环境条件下 (4) 6×10-8 【分析】分析题图可知，图甲是密闭装置，内有CO2缓冲液，说明实验过程中CO2浓度始终不变，因此刻度移动表示是O2的变化量，液滴移到最右边，此时一天中储存O2最多。图乙中D点和H点时光合作用速率与呼吸作用速率相等。 【详解】（1）图乙曲线中，凌晨2点到4点，此时外界温度降低，酶活性降低，植物的呼吸作用减弱，吸收的氧气也减少，故BC段相比于AB段下降放缓。图乙中，D点时该番茄的光合强度和呼吸强度相等，因该番茄体内存在不能进行光合作用的细胞，所以番茄叶肉细胞的光合强度大于呼吸强度，此时产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。 （2）图甲装置中有色液滴移到最右侧时，装置内氧气含量达到最大，对应乙曲线中的H点。 （3）本实验测得数据为植物的净光合速率，如测定该植物的真正光合作用速率，需测植物的呼吸速率，因为真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故可得实验思路为：设置一组与图甲相同的装置，将其遮光处理，并放在与图甲装置相同的环境条件下，此时植物不能进行光合作用，测定的是植物的呼吸作用速率，最后将测得呼吸作用速率和净光合作用速率相加即可得真正光合作用速率。 （4）由图丙可知：0～5min之间，番茄叶片在黑暗中不能进行光合作用，但能进行呼吸作用，所以呼吸作用速率＝(5－4)×10-7÷5＝2×10-8mol/min；5～l5min之间，番茄的净光合作用速率＝(8－4)×10-7÷10＝4×10-8mol/min。可见，番茄叶片光合作用的平均速率＝净光合作用速率＋呼吸作用速率＝6×10-8mol/min。解题技巧：光合速率计算通用公式：真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率。先根据黑暗阶段算出呼吸速率，再结合光照阶段的气体变化算净光合，二者相加即为总光合速率。 考点四 光呼吸和光抑制 10．【光呼吸与卡尔文循环关联机制分析】（2026·重庆·模拟预测）RuBisco普遍分布于玉米、大豆等植物的叶绿体中，它是光呼吸(细胞在有光、高O2、低CO2情况下发生的生化反应)中不可缺少的加氧酶，也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。RuBisco的具体作用过程如下图所示。下列说法错误的是（　　） A．据图可推测，玉米、大豆叶片中消耗O2的场所有叶绿体基质和线粒体内膜 B．在夏季天气晴朗的中午，大豆叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会下降 C．在CO2/O2的值高时，RuBP易与CO2结合发生反应进而形成糖类 D．在CO2/O2的值低时，光呼吸可消耗NADPH以免NADPH对叶绿体造成损伤 【答案】B 【分析】本题围绕 RuBisco 酶与光呼吸，分析光呼吸场所、环境因素对光呼吸的影响及光呼吸的生理意义。 【详解】A、玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质，A正确； B、在夏季天气晴朗的中午，往往会发生气孔关闭，从而使二氧化碳通过气孔量减少，由题意知细胞在有光、高O2、低CO2情况下光呼吸强度升高，B错误； C、由卡尔文循环，推知RuBP为五碳化合物，在CO2/O2的值高时，RuBisco能以五碳化合物（RuBP）为底物，使其结合二氧化碳发生羧化，进而形成糖类，C正确； D、由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP结合氧气发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，同时产生二氧化碳作为暗反应的原料，以免NADPH对叶绿体造成损伤，D正确。 故选B。 11．【光抑制与人工电子梭实验探究分析】（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 【分析】“电子积累过多会产生活性氧破坏类囊体膜，使光合速率下降”，实验结果中，加入铁氰化钾的组相比对照组在高光照强度下没有光抑制，光合速率持续增加，推测铁氰化钾能将光合作用产生电子及时导出，使细胞内活性氧水平下降，降低类囊体膜受损伤的程度，因而能够有效解除光抑制。 【详解】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。 12．【盐胁迫、光抑制与植物抗逆机制综合实验填空】（2026·山东淄博·二模）当光照过强时，会破坏植物光反应中心，导致光能转化效率降低，这种现象称为光抑制。 C3 植物可通过光呼吸耗散光合系统中过剩光能，缓解光抑制。研究人员以拟南芥野生型（CoI）与 CaM4 基因缺失突变体（cam4）为材料，在强光下探究盐胁迫对植物光合生理的影响，实验结果如下表所示。 植株类型 处理 叶绿素相对含量 净光合速率 /μmol·m-2·s-1 气孔导度 /mmol·m-2·s-1 胞间 CO2 浓度 /μmol·mol-1 Fv/Fm 暗呼吸速率 /μmol·m^z·s-1 光呼吸速率 /μmol·m-2·s-1 CoI 对照 48.5 10.0 185 280 0.826 2.1 1.6 CoI 盐胁迫 40.1 6.3 118 305 0.765 2.9 2.4 cam4 对照 48.2 9.8 182 282 0.824 2.2 1.5 cam4 盐胁迫 31.8 2.7 75 322 0.688 3.5 1.2 注：暗呼吸指植物在有光、无光条件下均能进行的有氧呼吸。 (1)除 C、H、O 之外，叶绿素分子中含有的主要元素还有_____（写出 2 种即可）。 光呼吸消耗有机物，但不产生 ATP 和 NADPH，推测光呼吸释放的能量主要去向是_____。 (2)据表分析，盐胁迫处理条件下导致 CoI 净光合速率降低的因素属于_____（填 “气孔”或“非气孔”）限制因素，此时净光合速率下降的主要原因是_____。 (3)Fv/Fm 反映光抑制强度，数值越低光抑制越强。盐胁迫条件下，与 CoI 相比，cam4 叶绿素含量下降幅度更大，除盐胁迫直接造成的损伤外，还可能是由于_____。 (4)盐胁迫会造成植物细胞内 Na+ 过量积累，植物可通过 SOS 信号通路将 Na+ 排出以抵御盐胁迫。该通路涉及 SOS3/SCaBP8/CaM4 复合体、SOS1、SOS2 等多种蛋白。为探究该通路机理， 以 CoI 和不同类型的基因缺失突变体为材料， 开展的实验及相关指标检测结果如图所示。盐胁迫信号会促使胞质中 Ca2+ 浓度升高，  Ca2+  优先结合的蛋白是_____，之后会使_____，最终使 SOS1 磷酸化，将细胞内 Na+ 排出。 注：NaCl为盐胁迫处理；突变体1基因SOS3和SCABP8缺失； 突变体2基因CaM4、SOS3和SCABP8缺失。 【答案】．(1) N、Mg 以热能的形式散失 (2) 非气孔 盐胁迫下叶绿素含量降低，吸收光能减少，光反应速率降低，同时Fv/Fm降低，光抑制增强，导致光能转化效率降低，进而使净光合速率下降 (3) cam4突变体光呼吸速率降低，无法及时耗散过剩光能，光抑制加剧，进一步导致叶绿素受损 (4) SOS3 SOS2激活 【分析】光合作用在植物细胞的叶绿体中进行，叶绿体类囊体的薄膜上有捕获光能的色素，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中还有许多进行光合作用所必需的酶。光合作用的过程分为光反应和碳（暗）反应两个阶段。光反应阶段发生在类囊体薄膜上，将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，将ATP和NADPH中的化学能转化为储存在糖类等有机物中的化学能。 【详解】（1）叶绿素的组成元素除C、H、O外，还含有N和Mg，因此这两种元素是叶绿素的主要组成元素。根据题干信息，光呼吸消耗有机物，但不产生ATP和NADPH储存能量，因此光呼吸过程中有机物分解释放的能量主要以热能的形式散失。 （2）分析表格可知，盐胁迫处理后，CoI的气孔导度降低，但胞间CO₂浓度反而升高，说明净光合速率降低不是由气孔因素导致CO₂供应不足引起，因此属于非气孔限制因素。从表格数据可知，盐胁迫后CoI的叶绿素相对含量降低，同时Fv/Fm降低，光抑制增强，因此吸收和转化光能的效率下降，光反应速率降低，进而导致暗反应速率降低，净光合速率下降。 （3）由表格可知，盐胁迫下，与CoI相比，cam4突变体的光呼吸速率明显降低，结合题干信息，光呼吸可以耗散光合系统中过剩的光能，缓解光抑制，因此cam4突变体光呼吸速率降低，无法耗散过剩光能，光抑制强度更大，进一步加剧了叶绿素的损伤，因此叶绿素含量下降幅度更大。 （4）根据题意，盐胁迫后磷酸化SOS2蛋白条带明显增强，说明正常情况下盐胁迫可促进SOS2蛋白的磷酸化。突变体1盐胁迫后磷酸化SOS2蛋白条带较弱，而突变体2几乎检测不到磷酸化SOS2蛋白，说明SOS3/SCaBP8/CaM4 复合体（核心为SOS3）是Ca2+信号传递的关键。盐胁迫信号促使胞质中Ca2+浓度升高，结合SOS通路的成分可知，Ca2+作为胞内信号，Ca2+优先与SOS3结合，同时SOS2被激活，活化的SOS2通过使SOS1载体蛋白磷酸化，以激活SOS1将Na⁺排出胞外。 考点五 C4途径和CAM途径 13．【C4 植物特殊光合途径结构与代谢分析填空】（2025·甘肃庆阳·模拟预测）高粱属于C4植物，其叶片存在内层为维管束鞘细胞、外层为叶肉细胞的“花环型”结构，叶肉细胞不能进行暗反应，但可通过C4途径初步固定CO2（酶1对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵”的作用，把CO2 “压进”维管束鞘细胞。这样可以把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，光合作用部分过程如图所示。回答下列问题： 酶1：PEP羧化酶(PEPC)；酶2：RuBP羧化酶(Rubisco) (1)图中X代表的物质是__________，高粱植株体内固定CO2的场所是____________。 (2)据题推测，PEPC与无机碳的亲和力_________（填“高于”“低于”）Rubisco。 (3)炎热夏季中午，高粱不会出现“光合午休”现象，光合速率仍较高，原因可能是____________________ 。 (4)维管束鞘细胞的叶绿体通常只能进行暗反应，推测其叶绿体结构上的特点是________________________。 分离光合色素所用的试剂是__________________，三碳糖运出叶绿体，在细胞质基质中形成蔗糖，蔗糖__________（填“有”或“没有”）还原性，比较稳定，以该形式运输到其他部位不会造成碳素的丢失。若夜间有三碳糖从维管束鞘细胞的叶绿体中运出，其来源最可能是_______________（填物质）。 【答案】(1) ATP和NADPH 叶肉细胞叶绿体和维管束鞘细胞叶绿体 (2) 高于 (3) 高粱叶绿体含有的酶1对CO2的亲和力极高，能利用低浓度的CO2，进行光合作用 (4) 不含类囊体（或“不含基粒”） 层析液 没有 由淀粉转化而来 【分析】光合作用：（1）光反应阶段：水光解产生[H]和氧气，ADP和Pi 结合形成ATP。（2）暗反应阶段：二氧化碳和五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物在ATP和[H]的作用下，还原成五碳化合物，同时ATP水解成ADP和Pi。 【详解】（1）图中X是光反应产生的，参与暗反应过程，所以X是ATP和NADPH，高粱属于C4植物，从图中看出，固定CO2的物质有PEP和五碳糖，所以场所有叶肉细胞叶绿体和维管束鞘细胞叶绿体。 （2）C4植物通过C4途径初步固定CO2（酶1对CO2的亲和力极高），起到“CO2泵”的作用，把CO2 “压进”维管束鞘细胞，所以可以推测PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。 （3）炎热夏季中午，温度较高，部分气孔关闭，CO2供应减少，但高粱叶绿体含有的酶1对CO2的亲和力极高，能利用低浓度的CO2，进行光合作用，故不会出现“光合午休”现象。 （4）类囊体薄膜是光反应场所，叶绿体基质是暗反应场所，维管束鞘细胞的叶绿体只进行暗反应，推测其叶绿体结构上的特点是可能不含类囊体（或“不含基粒”）。不同色素在层析液中溶解度不同，所以在滤纸上扩散速度不同，因此分离光合色素所用的试剂是层析液，蔗糖不是还原糖，没有还原性，夜间不能进行光合作用合成三碳糖，结合图示可知，夜间形成的三碳糖最可能由淀粉转化而来。 14．【CAM 植物景天酸代谢与进化适应综合填空】（2026·陕西西安·模拟预测）仙人掌属于景天酸代谢（CAM）植物，具有特殊的CO2固定方式，白天有机酸含量下降，糖类含量升高，夜晚则相反。图1、图2是气孔在不同状态下，细胞内所发生的相应景天酸代谢过程。请回答下列问题： (1)据所学知识及图示分析，仙人掌在景天酸代谢途径中，光合作用合成有机物所需的CO2来源于_________；参与仙人掌固定CO2的酶分布在______________。白天时，光既可为仙人掌的光合作用提供能量，又能作为一种__________影响和调控其生长发育。 (2)在图1和图2中，_______为仙人掌在夜晚时的景天酸代谢过程，理由是__________________________。仙人掌能在高温、干旱环境下生存，这是一种适应，适应形成的必要条件是___________________________________________________________________________。 (3)研究发现，光合作用蛋白是植物体内光反应中的关键功能蛋白，其可通过与光合色素结合介导光能捕获、能量传递与电子转移，实现能量转化中的________；绿叶中的光合色素中，主要吸收红光和蓝紫光的是___________________。 【答案】(1) 苹果酸分解和细胞呼吸 细胞质基质和叶绿体基质 信号 (2) 图1 图1中气孔开放，吸入CO2，CO2和淀粉经一系列反应最终转化为苹果酸储存在液泡中，有机酸含量升高，糖类含量下降 群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择 (3) 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 叶绿素a和叶绿素b（或叶绿素） 【分析】本题研究 CAM 植物仙人掌的景天酸代谢，考查 CO₂来源、酶的分布、植物适应的形成及光合色素与能量转化。 【详解】（1）据所学知识及图示分析，仙人掌在景天酸代谢途径中，光合作用合成有机物所需的CO2来源于苹果酸分解和细胞呼吸；参与仙人掌固定CO2的酶分布在细胞质基质和叶绿体基质。白天时，光既可为植物的光合作用提供能量，又能作为信号分子影响和调控植物生长发育。 （2）根据题意可知，夜晚时，仙人掌的有机酸含量升高，而糖类含量下降；图1中，气孔开放，仙人掌吸入CO2，CO2和淀粉经一系列反应最终转化为苹果酸储存在液泡中，有机酸含量升高，糖类含量下降。群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择是适应形成的必要条件。 （3）光反应过程中，光能会转化为ATP和NADPH中的化学能。光合色素中，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 重难·创新演练 设题创新：采用多组密闭装置变式组合，综合考查植物光合呼吸实验逻辑 (T1); 依托细胞代谢过程图解，分层辨析光合呼吸物质能量变化 (T2); 以光质、盐胁迫双重逆境为新切入点，探究作物光合适应机制 (T3); 创新性引入库源比农学概念，考查光合产物分配调控规律 (T4); 结合传统农业俗语创设生活化命题素材，实现知识生活化应用 (T5); 搭建密闭、开放双实验模型，强化光合呼吸定量计算新考法 (T6); 采用通气法原位检测技术，突破传统呼吸光合实验设问模式 (T7); 依托森林群落幼苗光合数据，多角度分析植物生态适应性 (T8); 对经典光合速率曲线进行变式设问，深挖曲线拐点生理意义 (T9); 整合光合呼吸全程物质变化，构建细胞代谢闭环考查体系 (T10); 基于人工仿生光合系统前沿科研素材，考查光合原理创新应用 (T11); 结合水稻逆境育种实际，从离子调控、干旱适应双维度创新设题 (T12); 对比 C3、CAM 两类植物光呼吸差异，深挖植物逆境生存新机制 (T13); 借助转基因改良作物素材，探究 C4 光合机制赋能 C3 植物增产原理 (T14); 回归希尔反应经典科学史，从分子机制层面深度变式拓展设问 (T15)。 学科融合：生物与农业生产融合，结合合理密植、水肥管理、作物育种考查光合原理田间应用 (T4/T5/T12/T14); 生物与生态生理学融合，探究植物盐胁迫、干旱胁迫、林下弱光环境的适应性机制 (T3/T8/T13); 生物与实验工程融合，依托密闭装置、通气法、希尔反应体系创新生物实验设计与分析 (T1/T6/T7/T15); 生物与前沿仿生工程融合，结合人工光合系统设计，实现基础理论与仿生技术交叉 (T11); 生物与植物生理学融合，深度整合光合呼吸物质能量代谢、光呼吸调控核心机理 (T2/T9/T10)。 1．【装置变式考法·密闭装置组合深究植物光合呼吸综合速率】（2026·安徽合肥·模拟预测）科研人员利用以下装置来探究玉米幼苗的某些生理作用。假如玉米幼苗光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不进行产生乳酸的无氧呼吸。下列相关叙述正确的是（    ） A．将装置甲遮光处理，红色液滴测定的是消耗的O2量和释放CO2量的差值 B．若将装置乙中的玉米幼苗移走，该装置可修正环境变化对实验的影响 C．可利用装置丙探究不同浓度的CO2对光合作用速率的影响，光照强度为该实验的无关变量 D．适宜光照条件下，装置乙中的红色液滴会一直向右移动，但移动速率会逐渐减慢 【答案】C 【分析】本题结合密闭装置组合，考查光合、呼吸作用的测定原理，分析液滴移动的影响因素、空白对照设置及无关变量判断。 【详解】A、装置甲遮光，玉米只进行呼吸作用，容器内的氢氧化钠溶液会吸收所有呼吸释放的CO2，因此气体体积的减少量就等于有氧呼吸消耗的O2量，A错误； B、若要修正环境变化（温度、气压波动）对实验的影响，空白对照需要满足：除了移除实验生物，其余成分（如溶液）和实验组完全一致。移除玉米的装置乙（含蒸馏水）仅能校正装置乙实验的环境误差，不能修正所有实验的环境影响，B错误； C、若探究不同浓度CO2对光合作用速率的影响，只需将装置丙中CO2缓冲液更换为不同浓度的CO2缓冲液即可，装置中红色液滴的移动速率可反映净光合速率；该实验的自变量是CO2浓度，光照强度属于无关变量，需要保持相同且适宜，C正确； D、适宜光照下，装置乙中是蒸馏水，密闭容器内CO2有限，玉米光合作用大于呼吸作用时，CO2会逐渐被消耗，光合速率逐渐下降，当光合作用强度等于呼吸作用强度时，气体体积不再变化，红色液滴停止移动，不会一直向右移动，D错误。 故选 C。 2．【过程图解考法·叶肉细胞多代谢过程逻辑辨析】（2026·河南·模拟预测）如图所示为高等植物叶肉细胞内的部分代谢过程，①～⑦为相关生理过程。下列叙述正确的是（　　） A．③和⑥均在生物膜上进行 B．高温干旱条件下，④受阻的主要原因并非③受阻 C．产生ATP的过程有③⑤⑥，产生的ATP均可为②提供能量 D．③产生的O2多于⑥消耗的O2时，植物干重就会增加 【答案】B 【分析】本题依托叶肉细胞代谢过程图，辨析光合、呼吸各阶段的场所、ATP 去向以及植株整体有机物积累的判断依据。 【详解】A、③光反应的场所是类囊体薄膜（生物膜），但⑥有氧呼吸第二阶段的场所是线粒体基质，不属于生物膜，因此二者不都在生物膜上进行，A错误； B、高温干旱条件下，植物为减少水分散失会关闭气孔，导致CO2吸收不足，暗反应④因原料不足受阻，主要原因不是光反应③受阻，B正确； C、产ATP的过程为③、⑤、⑥，但光反应③产生的ATP用于暗反应④，无法为②无机盐的主动运输供能，C错误； D、图示为叶肉细胞的代谢过程，③产O₂多于⑥耗O₂仅说明叶肉细胞净光合大于0，但植物还有大量不能进行光合作用的细胞（如根细胞）需要消耗有机物，植株总光合不一定大于总呼吸，干重不一定增加，D错误。 故选 B。关键提示：叶肉细胞净光合＞0 ≠ 整株植物有机物积累。植物存在根、茎等非光合细胞，仅叶肉细胞光合大于呼吸，无法判定整株干重增加；光反应产生的 ATP只能用于暗反应，不能用于其他生命活动。 3．【逆境新情境·光质调控盐胁迫下作物光合生理特征】（2026·宁夏石嘴山·三模）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）。下列叙述不正确的是（　　） A．仅选用上述①③④组进行对比分析，还不足以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 B．温度和二氧化碳浓度是该实验的无关变量 C．在光照强度达到光补偿点时（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），④组的总光合速率大于③组的总光合速率 D．光对植物生长的作用有为光合作用提供能量和作为信号调节植物生长发育两个方面 【答案】A 【分析】本题以光质、盐胁迫为实验背景，结合光补偿点分析实验设计、无关变量、光合速率计算及光的生理作用。 【详解】A、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， 应选择①③④组，①组和③组对照可说明盐胁迫对植物生长具有一定的影响， ①组、③组和④组对照可说明实验光是否完全抵消了盐胁迫对作物生长的影响，A错误； B、实验中除了自变量和因变量，其余变量称为无关变量，该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等，B正确； C、④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度相等，所以④组达到光补偿点时的总光合速率大于③组，C正确； D、光可以为植物光合作用提供光能；同时光可以作为一种光信号调节植物生长发育，故光对植物生长发育的作用有为光合作用提供能量和作为一种信号调节植物生长发育两个方面，D正确。 故选 A。 4．【新角度·库源比值调控植物光合产物分配规律】（2026·湖北·二模）叶片是植物给其他器官提供有机物的“源器官”，果实是储存有机物的“库器官”。为研究这两类器官之间的关系，现将若干生长状态相同的某植物均分为库源比（果实数量与叶片数量的比值）不同的甲、乙、丙三组进行实验，用14CO2供应给各组保留的叶片进行光合作用，实验处理及结果见下表。下列说法错误的是（    ） 项目 甲组（保留枝条顶部1个果实、2片成熟叶） 乙组（保留枝条顶部1个果实、4片成熟叶） 丙组（保留枝条顶部1个果实、6片成熟叶） 库源比 1/2 1/4 1/6 净光合速率/（μmol·m-2·s-1） 9.31 8.99 8.75 果实中含14C的光合产物/mg 21.96 37.38 66.06 单果重/g 11.81 12.21 19.59 注：净光合速率是指植物在单位时间单位叶面积从外界环境吸收的14CO2的量 A．库源比升高，植株的叶片相对减少，可提供给果实的有机物会增多 B．根据三组实验结果可知，随着库源比的升高，该植物净光合速率升高 C．该实验的目的是探究不同库源比对该植物叶片光合作用和光合产物分配的影响 D．蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，因为其不具有还原性，稳定性较高 【答案】A 【分析】本题围绕库源比实验数据，分析库源比例对净光合速率、光合产物分配的影响，同时考查有机物运输的特点。 【详解】A、库源比升高意味着叶片相对减少，实验中甲组库源比最高，但其果实中含14C的光合产物含量最低、单果重最小，说明可提供给果实的有机物更少，A错误； B、三组库源比大小为甲>乙>丙，对应净光合速率甲（9.31μmol·m-2·s-1）>乙（8.99μmol·m-2·s-1）>丙（8.75μmol·m-2·s-1），说明随库源比升高，该植物净光合速率升高，B正确； C、该实验自变量是不同的库源比，检测的净光合速率反映叶片光合作用情况，果实中光合产物含量、单果重反映光合产物的分配情况，因此实验目的是探究不同库源比对该植物叶片光合作用和光合产物分配的影响，C正确； D、蔗糖属于非还原糖，化学性质稳定，不易发生反应，是大多数植物长距离运输有机物的主要形式，D正确。 故选 A。易错分析：审题易忽略表格数据。库源比 = 果实数 / 叶片数，库源比越高，叶片（源）越少，实验中库源比最高的甲组，果实获得的光合产物最少，并非增多。 5．【生活化情境·传统农业谚语蕴含生物原理辨析】（2026·湖南邵阳·三模）我国是农业古国，是全球农业发生最早的国家之一，下列关于农业谚语原理的分析错误的是（　　） A．“地尽其用田不荒，合理密植多打粮”：保证光照强度和二氧化碳浓度，以增强光合作用 B．“薄肥勤施，忌施浓肥”：浓肥会导致土壤溶液浓度低于植物细胞液浓度，引起植物细胞过度失水 C．“白天光照强，夜里露水狂，庄稼丰收有希望”：昼夜温差大，有利于植物有机物的积累 D．“一亩三甽，岁代处”：田垄和田沟的轮番更替有利于农作物充分利用土壤中的无机物 【答案】B 【分析】本题结合农业谚语，考查光合作用、渗透作用、呼吸作用以及物质循环等农业生产相关生物学原理。 【详解】A、合理密植既能保证作物充分利用光照，又能保障田间通风以维持充足的二氧化碳浓度，进而增强光合作用强度，提高作物产量，A正确； B、施加浓肥会使土壤溶液浓度高于植物细胞液浓度，植物细胞会通过渗透作用过度失水出现烧苗现象，B错误； C、白天光照强、温度高，光合作用旺盛，合成的有机物多；夜间温度低，作物呼吸作用受抑制，消耗的有机物少，昼夜温差大有利于植物积累更多有机物，利于作物丰收，C正确； D、田垄和田沟轮番更替耕作，可避免土壤中特定矿质元素被过度消耗，有利于农作物充分吸收利用土壤中的无机物，D正确。 故选 B。 6．【双模型考法·密闭/开放体系光合呼吸定量计算分析】（2026·河南信阳·二模）取某绿色植物两叶片，将甲叶片置于一密闭、恒温的透明玻璃容器内进行相关实验探究，测得数据如图甲所示。将乙叶片置于开放环境中，在一定实验条件下检测其CO2吸收量和释放量，研究温度对叶片光合作用与呼吸作用的影响，测得数据如图乙所示。下列说法错误的是（　　） A．甲叶片在第30min时，叶肉细胞内产生ATP的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质 B．甲叶片第15~45min中叶绿体通过光反应产生的O2量为4×10-7 C．在10~20℃之间，温度对乙叶片光合作用的影响大于呼吸作用的影响 D．22℃和30℃时乙叶片的真正光合速率相同，但积累的有机物的量不同 【答案】B 【分析】本题结合密闭、开放两种实验体系的曲线图，考查光合与呼吸速率的定量计算、ATP 产生场所及有机物积累量分析。 【详解】A、甲叶片在第30分钟时，细胞进行光合作用和呼吸作用，叶肉细胞内产生ATP的部位有叶绿体、线粒体和细胞质基质，A正确； B、OM阶段，容器处于黑暗环境中，此时只进行细胞呼吸，15分钟内消耗氧气为（5-4）×10-7mol=1×10-7mol，故甲叶片第15~45分钟过程中叶绿体通过光反应产生的O2量=净光合+呼吸消耗的量=（8-4）+（1×2）×10-7mol=6×10-7mol，B错误； C、图乙中可知，温度在10℃~20℃之间，随温度的升高，真正光合速率的增幅大于呼吸速率，所以温度在10℃~20℃之间温度对乙叶片光合作用的影响大于呼吸作用的影响，C正确； D、据图可知，22℃和30℃时乙叶片的真正光合速率相同，但积累的有机物的量与净光合速率一致，净光合速率=真正光合速率-呼吸速率，此时两者的呼吸速率不同，故积累的有机物的量不同，D正确。 故选B。 7．【实验创新考法·通气法原位检测叶片光合呼吸强度】（2026·重庆渝中·模拟预测）通气法可测定植物单个叶片的呼吸作用和光合作用强度，如图所示。将叶片置于同化箱中，在特定的光照、温度条件下，让空气沿箭头方向流动，并检测通入和通出空气中的CO₂浓度变化。下列有关说法错误的是（　　） A．图示条件下，植物叶片产生CO₂的场所是线粒体基质 B．将该装置置于黑暗条件下，可用来测定叶片的呼吸作用强度 C．黑暗条件下测定通入和通出气体体积的差值来检测叶片的呼吸作用强度 D．图中当A、B处气体中的CO₂浓度相等时，说明光合作用与呼吸作用强度相等 【答案】C 【分析】本题介绍通气法测定光合、呼吸强度的实验装置，分析不同条件下气体变化、反应场所与速率判定依据。 【详解】A、该装置通气，氧气充足，叶片只进行有氧呼吸，植物叶片产生CO₂的场所是线粒体基质，A正确； B、此装置稍作改变也可以用于细胞呼吸强度的测定，可将该装置置于黑暗条件下来测定A、B处CO2的差值进而确定叶片的呼吸作用强度，B正确； C、叶片有氧呼吸产生的CO₂与消耗O₂量相等，通入和通出的气体体积相等，装置内气体总体积不变，无法通过通入和通出气体的体积差值检测呼吸作用强度，C错误； D、A是通入气体、B是通出气体，若两处CO2浓度相等，说明叶片没有净CO2​交换，净光合速率为0，即总光合作用强度与呼吸作用强度相等，D正确。 故选 C。 8．（不定项）【图表数据考法·森林幼苗光合适应特性对比分析】（2026高三·全国·专题练习）在适宜温度和大气CO2浓度条件下，测得某森林中林冠层4种主要植物幼苗的生理指标（见表）。下列分析不正确的是（　　） 指标 物种 构树 刺槐 香樟 胡颓子 光补偿点/千勒克斯 6.0 4.0 1.8 1.1 光饱和点/千勒克斯 13.0 9.0 3.5 2.6 注：光补偿点指光合速率等于呼吸速率时的光照强度；光饱和点指达到最大光合速率所需的最小光照强度。 A．当光照强度小于6.0千勒克斯时，构树幼苗叶肉细胞需要的CO2全部来自外界 B．当光照强度为10.0千勒克斯时，影响构树和刺槐幼苗光合速率的环境因素都有光照强度和CO2浓度等 C．若将光照强度突然由2.0千勒克斯增加到4.0千勒克斯，短时间内香樟幼苗叶肉细胞中的C3会增加 D．在树冠遮蔽严重、林下光照较弱的环境中，胡颓子和香樟的幼苗存活率高于刺槐和构树 【答案】ABC 【分析】本题根据光补偿点、光饱和点表格数据，分析光照强度对不同树种光合速率的影响，以及弱光环境下植物的适应能力。 【详解】A、当光照强度小于6.0千勒克斯时，构树幼苗叶肉细胞光合作用强度小于呼吸作用强度，所以需要的CO2全部来自细胞呼吸，A错误； B、当光照强度为10.0千勒克斯时，构树幼苗光合速率未达到最大值，影响构树幼苗光合速率的环境因素主要是光照强度。当光照强度为10.0千勒克斯时，刺槐幼苗光合速率达到最大值，此时影响刺槐幼苗光合速率的环境因素主要为CO2浓度，B错误； C、若将光照强度突然由2.0千勒克斯增加到4.0千勒克斯，香樟幼苗叶肉细胞中产生的NADPH和ATP会增多，C3的还原速率加快，C3会减少，C错误； D、由于胡颓子和香樟的光补偿点和光饱和点均较低，在树冠遮蔽严重、林下光照较弱的环境中，胡颓子和香樟的幼苗存活率高于刺槐和构树，D正确。 故选 ABC。 9．（不定项）【曲线变式考法·光照强度对净光合速率调控机制深究】（2026·河北雄安·三模）如图表示某植物叶片在适宜温度、CO2浓度条件下，净光合速率随光照强度变化的曲线。图中A、B、C、D为曲线上的关键点，已知光饱和点为光合速率达到最大值时对应的光照强度。下列叙述错误的是（） A．B点时，植物叶片有机物的生成量等于0 B．若将CO2浓度降低，B点将右移，D点将左移 C．C点为光饱和点，此时光照强度不再是限制光合速率的主要因素 D．当光照强度为D时，植物叶肉细胞中产生的O2会进入线粒体和释放到细胞外 【答案】AC 【分析】本题结合净光合速率 - 光照强度曲线，分析光补偿点、光饱和点的生理含义，以及 CO₂浓度改变对曲线的影响、氧气的去向。 【详解】A、B点时，净光合速率为0，此时总光合速率等于呼吸速率，有机物的生成量（总光合速率）大于0，A错误； B、若将CO₂浓度降低，光合速率降低，需要更强的光照才能使光合速率等于呼吸速率，故B点右移；光饱和点（D点）对应的最大净光合速率下降，故D点左移，B正确； C、C点所对应的横坐标D点为光饱和点，此时光照强度不再是限制光合速率的主要因素，C错误； D、当光照强度为D时，净光合速率大于0，叶肉细胞光合作用产生的O₂一部分进入线粒体参与有氧呼吸，另一部分释放到细胞外，D正确。 故选 AC。 10．（不定项）【整合图解考法·光合与呼吸物质循环综合辨析】（2026·江西·模拟预测）光合作用与细胞呼吸相互依存、密不可分，各自又具有相对的独立性。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，其中I-VII代表物质，①-⑤代表过程。下列叙述正确的是（    ） A．图中物质II和VI为同一种物质，I和IV为不同物质，III和VII为同一种物质 B．VII在线粒体产生后，被相邻细胞的叶绿体利用，至少需要穿过6层磷脂双分子层 C．光合作用合成的糖类，可经细胞呼吸分解供能，细胞呼吸产生的中间产物也可转化为甘油、氨基酸等非糖物质 D．图中过程①的进行需要光、色素和酶，过程③④⑤在有氧、无氧条件下均可部分进行 【答案】BC 【分析】本题借助光合与呼吸综合图解，判断物质种类、物质跨膜层数，分析两大生理过程的联系与各阶段反应条件。 【详解】A、图中I为NADPH，II为氧气，III为二氧化碳，IV为NADH，V为氧气，VI为ATP，VII为二氧化碳，A错误； B、VII为二氧化碳，它要被相邻细胞的叶绿体利用，需要穿过： 自身细胞的线粒体双层膜（2层磷脂双分子层）， 自身细胞的细胞膜（1层），相邻细胞的细胞膜（1层），相邻细胞的叶绿体双层膜（2层），总共2+1+1+2=6层磷脂双分子层，B正确； C、光合作用合成的糖类，可以通过细胞呼吸分解，释放的能量用于各项生命活动；细胞呼吸的中间产物比如丙酮酸，经过转氨基作用等可以转化为非糖物质，比如甘油、氨基酸，C正确； D、过程①是暗反应，不需要光，有光无光都能进行，但需要酶；过程③是细胞呼吸的第一阶段，有氧、无氧条件均可进行；④是有氧呼吸第三阶段，⑤是有氧呼吸第二阶段，这两个过程只能在有氧条件下进行，D错误。 故选 BC。 11．【前沿仿生情境·人工光合系统构建与功能验证】（2026·重庆·模拟预测）科研工作者从小球藻中分离类囊体（TEM），并将其与16种酶一起包裹在油包水液滴中构成人工光合系统，如图甲所示。人工光合系统光照后，有ATP、NADPH产生，并且生成了有机物。 (1)光反应发生在_______上，其主要由______和蛋白质组成的复合物，是光能吸收、转移和转换的功能单位。与叶肉细胞相比，该系统不进行_______（生理过程），因此有利于积累更多的有机物。 (2)为验证G酶对人工光合系统的有效性，研究者进一步开展实验，实验结果如图乙。该实验分为组1~4，除按图乙所示进行相应自变量处理外，同等条件下还需在油包水液滴中分别加入图甲中等量的____________。组1起对照作用，目的是____________；组2检测结果高于组3的原因是________________。 (3)卡尔文使用如图丙装置对光合作用过程中CO2转化为有机物的途径进行研究，在黑暗条件下，卡尔文向藻类细胞提供了含有放射性的CO2，将仪器中相关物质彻底混合，然后打开一盏冷光灯，在每5s的间隔时间里，将一些细胞倒入热酒精中加以固定使反应停止。 卡尔文将固定后的藻类细胞制成匀浆，并进行双向纸层析产生色谱图（丁图中斑点是含有放射性的化合物）。CO2转化为有机物的途径中首先形成的化合物是3-磷酸甘油酸，该化合物对应色谱图上字母_______标示的斑点。 【答案】(1) 类囊体/TEM 光合色素 细胞呼吸 (2) 有机物1和NADP+ 确保NADPH浓度的变化是TEM和G酶引起的（或排除TEM和G酶以外的因素对NADPH浓度的变化产生影响） 缺少G酶，TEM产生的NADPH积累 (3) X 【分析】本题以人工光合系统、卡尔文实验为背景，考查光反应场所与组成、实验对照设计、卡尔文循环的物质变化。 【详解】（1）光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上；类囊体膜上吸收、传递和转换光能的结构是光合色素和蛋白质组成的复合物；该系统是人工模拟的光合作用的场所，不同于进行光合作用的细胞，不能进行呼吸作用，因此有利于有机物的积累。 （2）结合图甲，有机物1、NADPH与G酶催化有关，NADP+是合成NADPH的底物，因此应加入有机物1、NADP+；组1仅加入NADPH，起对照作用，组1的作用是确保NADPH浓度的变化是TEM和G酶引起的排除其他因素对NADPH浓度的变化产生影响；结合图甲可知，G酶催化的反应会消耗光反应产生的NADPH，G酶越多，NADPH消耗越多，剩余浓度越低；组2不添加G酶，NADPH不被消耗，组3添加G酶，NADPH被消耗，因此组2NADPH浓度高于组3。 （3）由图可知，最先出现的斑点为X，根据题干图中斑点是含有放射性的化合物，CO2转化为有机物的途径中首先形成的化合物是3-磷酸甘油酸可知，该化合物对应色谱图上字母X。 12．【育种应用情境·镁离子调控、干旱突变体水稻光合特性研究】（2026·安徽合肥·模拟预测）水稻是我国重要的粮食作物，水和无机盐等因素对水稻生长能产生重要影响，科学家为探究其影响机制进行了一系列实验。 I、为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给（+Mg2+）、缺乏（-Mg2+）条件，测定了水稻光合作用中叶绿体中Mg2+的相对含量、最大CO2固定速率等指标。 II、水资源短缺限制水稻的生长发育，严重影响水稻的产量。科研人员利用激光照射水稻种子，获得了水稻突变体。将野生型水稻和突变体水稻种植在同样干旱、温度相同且适宜的条件下，检测二者叶肉细胞的各项指标，所得结果如图1、图2、图3所示。回答下列问题： (1)该实验中+Mg2+组为____________（填“实验组”或“对照组”）。 (2)根据测定结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2+相对含量和CO2固定速率都存在“光照下高、黑暗下低”的节律性波动；进一步测定上述过程中酶R的活性（RuBP羧化酶，催化C5与CO2的反应），发现在Mg2+正常供给（+Mg2+）时活性远高于缺乏（-Mg2+）条件，请你结合测定结果及已学知识，阐明Mg2+对水稻光合作用影响的机理：_________；________。（答出两点） (3)图1中，当光照强度为100μmol·m-2·s-1时，野生型水稻植株的干重变化是_________（填“增加”或“减小”），理由是_________。 (4)根据图2、图3分析，在干旱条件下，突变型叶肉细胞的光合作用速率_____（填“大于”或“小于”）野生型叶肉细胞的光合作用速率，判断理由是________（答出两点）。 【答案】(1) 对照组 (2) Mg2+参与叶绿素的合成，促进光反应 Mg2+可通过提高酶R的活性，从而提高CO2的固定速率，促进暗反应 (3) 减小 光照强度为100μmol·m-2·s-1时，叶肉细胞的光合作用速率等于呼吸作用速率，但由于存在只进行呼吸作用的细胞，野生型水稻植株的光合作用速率小于呼吸作用速率 (4) 大于 与野生型叶肉细胞相比，突变型叶肉细胞的叶绿素含量高，光反应速率快；RuBP羧化酶含量高，气孔导度大，胞间CO2浓度低，说明CO2固定的多，暗反应速率快 【分析】本题探究镁离子、干旱胁迫对水稻光合作用的影响，结合图表分析离子作用机理、突变体光合特性及植株整体代谢判断。 【详解】（1）本实验的目的是探究Mg2+对光合作用的影响，实验的自变量为Mg2+的有无，因变量为光合作用速率的变化，自然条件Mg2+正常供给（+Mg2+）作为对照组，缺乏（-Mg2+）条件作为实验组。 （2）Mg2+是叶绿素的组成成分：Mg2+充足时，叶绿体中叶绿素相对含量更高，光反应能力增强，可产生更多ATP和NADPH；而ATP和NADPH是暗反应中C3还原的关键能量和还原剂，最终提高CO2固定速率；Mg2+可提高RuBP羧化酶（酶R）的活性：酶R是催化暗反应中CO2固定的关键酶；题干显示+Mg2+条件下酶R活性远高于-Mg2+组，酶活性升高可直接加速CO2固定过程，提升CO2固定速率，即Mg2+对水稻光合作用影响的机理，一方面通过提高叶绿素含量促进光反应过程，另一方面通过提高RuBP羧化酶的活性来提高暗反应速率，进而提高光合作用强度。 （3）图1中，光照强度为100μmol·m-2·s-1时，叶肉细胞的光合作用速率等于呼吸作用速率，但由于植物体中存在只进行呼吸作用的细胞和光合作用较弱的细胞，此时野生型水稻植株的光合作用速率小于呼吸作用速率，所以野生型水稻植株的干重减少。 （4）分析图2、图3可知，与野生型水稻叶肉细胞相比，突变型水稻叶肉细胞的叶绿素含量高，光反应速率快；RuBP羧化酶含量高，气孔导度大，胞间CO2浓度低，说明CO2固定的多，暗反应速率也快，因此突变型叶肉细胞的光合作用速率大于野生型叶肉细胞的光合作用速率。 13．【机制新考法·C3与CAM植物光呼吸差异及逆境适应机制】（2026·河北雄安·三模）RuBP在高CO2含量环境下发生羧化反应，在高O2含量环境下发生加氧反应进行光呼吸。光呼吸是在光照下，Rubisco催化O2与RuBP结合，经过一系列反应释放CO2的过程，光呼吸会消耗能量并降低光合效率，相关过程如图所示。CAM植物可在Rubisco周围富集CO2，从而抑制光呼吸。为探究高温干旱条件下，不同碳代谢途径植物光呼吸的变化及其与光合效率的关系，研究者以水稻（C3植物）和景天（CAM植物，夜间气孔开放，白天气孔关闭）为材料，在适宜条件（28℃，正常供水）和高温干旱条件（38℃，停止供水7天）下，分别测定净光合速率（Pn）、光呼吸速率（Pr）以及光呼吸速率/净光合速率（Pr/Pn），结果如表所示。回答下列问题： 植物类型 处理条件 Pn（μmol·m-2·s-1） Pr（μmol·m-2·s-1） Pr/Pn（%） 水稻 适宜 22.5 6.8 30.2 高温干旱 8.2 5.1 62.2 景天 适宜 3.2 0.3 9.4 高温干旱 2.5 0.4 16.0 (1)由图可知，细胞内光呼吸发生的场所有________。在适宜条件下，与CAM植物相比，C3植物光呼吸速率较高的原因可能是________。 (2)水稻绿叶细胞捕获光能的色素中，含量最高的色素主要吸收的光是________。高温干旱条件下与适宜条件下相比，景天Pn下降幅度________（填“大于”或“小于”）水稻Pn下降幅度。结合CAM植物的CO2固定特点，推测在高温干旱条件下，其光呼吸速率反而上升的原因可能是________。 (3)分析表中水稻的数据，与适宜条件相比，高温干旱条件下水稻的Pn显著下降，而光呼吸速率下降幅度较小，这种变化对植物生存具有一定的积极意义，从能量利用的角度分析，其原因可能是________。 【答案】(1) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 C3植物不能在Rubisco周围富集CO2，Rubisco周围CO2浓度较低，容易与O2结合，易发生光呼吸，因此光呼吸速率更高 (2) 红光和蓝紫光 小于 高温干旱下，景天夜间气孔开放吸收的CO2减少，储存的CO2减少，使Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高 (3) 高温干旱时水稻净光合速率显著下降，暗反应对ATP和NADPH的消耗减少，光呼吸可消耗光反应产生的多余ATP和NADPH，避免多余能量积累损伤光合结构，对植物起到保护作用 【分析】本题对比 C₃植物与 CAM 植物的光呼吸差异，结合表格数据分析逆境条件下光呼吸的变化及生理意义。 【详解】（1）从题图过程可看出，光呼吸的起始步骤发生在叶绿体，后续反应依次经过过氧化物酶体、线粒体，因此光呼吸的发生场所是这三种细胞器。题干明确说明CAM植物可在Rubisco周围富集CO2抑制光呼吸，C3植物不具备该特点，Rubisco周围CO2浓度更低，O2更易与RuBP结合发生加氧反应（光呼吸），因此光呼吸速率更高。 （2）水稻绿叶中含量最高的光合色素是叶绿素a，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。计算净光合速率下降幅度：水稻Pn下降幅度约为63.6%，景天Pn下降幅度约为21.9%，因此景天Pn下降幅度小于水稻。CAM植物的特点是夜间气孔开放吸收CO2储存、白天气孔关闭；高温干旱条件下，景天夜间吸收储存的CO2减少，Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高。 （3）高温干旱会导致水稻气孔关闭，CO2供应不足，净光合速率显著下降，暗反应对光反应产生的ATP、NADPH消耗减少，多余能量会损伤光合结构；光呼吸可消耗多余的ATP和NADPH，避免能量过量积累损伤细胞，因此这种变化对植物生存有积极意义。 14．【转基因应用情境·C4光合机制改造C3水稻增产机理分析】（2026·山东济南·二模）C4植物在气孔部分关闭时，仍能利用细胞间隙中低浓度的CO2维持光合作用。其机制是：先利用PPDK酶催化丙酮酸生成PEP，再利用PEPC酶催化CO2与PEP反应生成OAA，OAA进一步反应后进入叶绿体基质生成丙酮酸并释放CO2，CO2在RuBP羧化酶的作用下与RuBP反应被固定。水稻作为C3植物，无此机制。科研人员将PPDK酶基因和PEPC酶基因导入原种水稻细胞得到了转双基因水稻，并测量在不同光照强度和不同温度下的净光合速率（以CO2吸收速率表示），结果如下图所示： (1)根据C4植物光合作用机制推测，PEPC酶与RuBP羧化酶相比，PEPC酶对CO2的亲和力__________。在C4植物中，PEPC酶的作用场所是__________。 (2)据图1分析，光照强度为1000Lux时，转双基因水稻的光合速率为__________μmol·m-2·s-1。从光反应与暗反应的影响因素角度解释，在0-400Lux光照强度区间内，两曲线重合的原因是__________。 (3)据图2分析，转双基因水稻净光合速率最大值高于两条曲线中其他各点对应的数值的原因是__________（答出两点即可）。已知O2与CO2竞争性结合RuBP羧化酶，夏季午后常出现高温强光天气，此时转双基因水稻相对于原种水稻可能具有的增产优势是__________。 【答案】(1) 更高 （叶肉细胞）的细胞质基质 (2) 30 此时光照较弱，光反应受到限制，CO2不是暗反应的限制因素，故C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合。（或在弱光条件下，光反应产生的ATP和NADPH不足，成为光合作用的限制因素，此时暗反应速率主要受光反应产物供应限制，C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合）。 (3) 酶活性达到最适水平（或此温度是酶活性的最适温度），转双基因水稻固定CO2的能力更强 C4途径的优势得以充分发挥PEPC酶能在气孔关闭、胞间CO2浓度降低时继续固定CO2；抑制光呼吸，减少高温下的光合产物浪费 【分析】本题以转 C₄光合基因水稻为材料，结合曲线图分析 C₄酶的特性、光合速率计算及转基因水稻的增产优势。 【详解】（1）根据题干信息，C4植物可以利用PEPC酶催化CO2与PEP反应生成OAA，让植物在较低CO2维持光合作用，所以推测EPC酶与RuBP羧化酶相比，PEPC酶对CO2的亲和力更高。PPDK酶催化丙酮酸生成PEP，而PEPC酶催化CO2与PEP反应生成OAA，由于丙酮酸存在于细胞质基质，所以PEPC酶的作用场所是（叶肉细胞）的细胞质基质。 （2）据图1分析，光照强度为1000Lux时，转双基因水稻的净光合作用速率为25，呼吸作用速率为5，所以转双基因水稻的光合速率为25+5=30μmol·m-2·s-1。光反应可以为暗反应提供NADPH和ATP，在0-400Lux光照强度区间内，此时光照较弱，光反应受到限制，CO2不是暗反应的限制因素，故C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合。（或在弱光条件下，光反应产生的ATP和NADPH不足，成为光合作用的限制因素，此时暗反应速率主要受光反应产物供应限制，C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合）。 （3）据图2分析，转双基因水稻净光合速率最大值高于两条曲线中其他各点对应的数值的原因，该温度是酶的最适温度，酶活性达到最适水平，且转双基因水稻转入了PPDK酶基因和PEPC酶基因，固定CO2的能力更强。原种水稻在夏季午后气孔关闭，吸收CO2减少，此时光反应强烈，产生O2增多，已知O2与CO2竞争性结合RuBP羧化酶，而转双基因水稻的C4途径的优势得以充分发挥PEPC酶的作用能在气孔关闭、胞间CO2浓度降低时继续固定CO2；抑制光呼吸，减少高温下的光合产物浪费。 真题·实战演练 高频考点：光合速率与呼吸速率综合计算分析；光照、温度、光质等环境因素对光合速率的影响；光呼吸机理与作物增产应用；光合作用相关探究实验与结果分析 1．（2025·全国卷·高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸速率（CO2释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．光照强度为a时，该植物的干重不会增加 B．光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长速率逐渐增大 C．光照强度小于b时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率会增大 D．光照强度为b时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低 【答案】C 【分析】该曲线是植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸速率（CO2释放速率）随光照强度变化的曲线；光照强度为a时，光合速率等于呼吸速率，即 “光补偿点”，此时植物光合作用固定的CO2量，恰好抵消呼吸作用释放的CO2量，净光合为为0，植物干重不增不减 。光照强度为b时，光合速率达到“光饱和点”，此后再增加光照强度，光合速率不再提升（受温度、CO2浓度等其他环境因素或自身酶、色素等内部因素限制），此时光合速率与呼吸速率差值最大，植物积累有机物最快 。 【详解】A、光照强度为a时，光合速率等于呼吸速率，即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合积累有机物，净光合速率=光合速率-呼吸速率，此时净光合为0，干重不会增加，A 正确； B、光照强度从a逐渐增加到b时，光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大，植物积累有机物越多，生长速率逐渐增大，B正确； C、光照强度小于b时，光照强度未达饱和的阶段，在光照强度为主要限制因素时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率不会增大（因为光照不足，光反应提供的ATP和NADPH有限，限制暗反应）；只有当光照强度饱和后，提高CO2浓度，CO2固定速率才会增大，C错误； D、光照强度为b时，光反应为暗反应提供ATP和NADPH。适当降低光反应速率，提供的ATP和NADPH减少，会使暗反应中CO2固定速率降低，D正确。 故选C。 2．（2023·北京·高考真题）在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是（　　）      A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 【答案】C 【分析】本实验的自变量为光照强度和温度，因变量为CO2吸收速率。 【详解】A、CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A正确； B、在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高主要原因是光合酶的活性增强，B正确； C、CP点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C错误； D、图中M点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 故选C。 3．（2025·甘肃·高考真题）波长为400~700nm的光属于光合有效辐射（PAR），其中400~500nm为蓝光（B），600~700nm为红光（R）。远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A（高）和B（低）两个位置的PAR、红光/远红光比例（R/FR）和叶片指标（厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸），并分析了施氮肥对以上指标的影响，结果如下表。回答下列问题。 冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度（μm） 叶绿素含量（μg·g-1） 线粒体暗呼吸 A B A（施氮肥） B（施氮肥） 0.90 0.20 0.70 0.02 3.40 0.29 1.75 0.01 160 100 150 — 0.15 0.20 0.28 — 1.08 1.08 1.08 — (1)植物叶片中__________可吸收红光用于光合作用，__________可吸收少量的红光和远红光作为光信号，导致B位置PAR和R/FR较A位置低；__________虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B位置PAR降低。 (2)由表中数据可知，施氮肥__________（填“提高”或“降低”）了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是__________。 (3)光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片（未施氮肥）在不同光照强度下的净光合作用速率（下图），发现冠层__________位置的叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是__________。 【答案】(1) 叶绿素 光敏色素 类胡萝卜素 (2) 提高 施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少 (3) B B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点 【分析】光合色素包括叶绿素（主要是叶绿素a和b）、类胡罗卜素，叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素吸主要收蓝紫光。光敏色素是一种光受体蛋白，能够感受光刺激，调控植物的生长发育。 【详解】（1）叶绿素（主要是叶绿素a和b）是光合作用中的主要色素，能吸收红光（600-700nm）用于光反应。光敏色素是一种光受体蛋白，能吸收红光（R, 600-700nm）和远红光（FR, 700-750nm），并通过构象变化传递光信号，调节植物生长发育。在冠层中，B位置（低处）的R/FR较低，这是因为上层叶片吸收了更多红光，导致下层红光减少、远红光相对增多，从而降低了R/FR比例。类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、叶黄素）主要吸收蓝光（400-500nm），不吸收红光；在冠层中，上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光，减少了透射到下层的蓝光，导致B位置PAR降低。 （2）由表中数据可知，施氮肥提高了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少。 （3）据表可知，B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点。 4．（2025·河南·高考真题）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比关系），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_______。 【答案】(1) 为光合作用提供能量 作为一种信号调节植物生长发育 (2) ①③④ 温度和二氧化碳浓度 (3) 始终大于 ④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度相等 ，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组 【分析】光补偿点时呼吸作用速率等于光合作用速率，光饱和点以后时影响各种植物的光合作用速率的因素不再是光照强度，影响作物光合作用的因素有光照强度、温度或二氧化碳浓度等。 【详解】（1）光可以为植物光合作用提供光能；同时光可以作为一种光信号调节植物生长发育，故光对植物生长发育的作用有为光合作用提供能量和作为一种信号调节植物生长发育两个方面。 （2）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， 应选择①➂④组，①组和③组对照可说明盐胁迫对植物生长具有一定的影响， ①组、③组和④组对照可说明实验光是否完全抵消了盐胁迫对作物生长的影响。 。实验中除了自变量和因变量，其余变量称为无关变量，该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。 （3）由于④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组。 5．（2024·全国甲卷·高考真题）在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。 (1)该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________（填“相等”或“不相等”），原因是________________________________。 (2)在温度d时，该植物体的干重会减少，原因是________________________________。 (3)温度超过b时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是________________________________。（答出一点即可） (4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在________最大时的温度。 【答案】(1) 不相等 自然条件下，黑暗时温度a和c时的呼吸速率不相等 (2) 温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少 (3) 温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低 (4) 光合速率和呼吸速率差值 【分析】影响光合作用的因素有：光照强度、温度、CO2浓度、酶的活性和数量、光合色素含量等。 【详解】（1）在自然条件下，该植物叶片在温度a和c时的光合速率相等，但由于黑暗时呼吸速率不同，因此叶片有机物积累速率不相等。 （2）在温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植物体的干重会减少。 （3）温度超过b时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO2供应不足，暗反应速率降低；同时使酶的活性降低，导致CO2固定速率减慢，C3还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。 （4）为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在光合速率与呼吸速率差值最大时的温度，有利于有机物的积累。 6．（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 【分析】【关键能力】 （1）信息获取与加工 题干关键信息 所学知识 信息加工 反应过程的判断 光合作用暗反应包括二氧化碳固定和C3还原过程 反应①中五碳化合物与二氧化碳反应生成三碳化合物 有氧呼吸过程产生NADH的场所 有氧呼吸第一、二阶段产生NADH，分别发生在细胞质基质和线粒体基质 有氧呼吸以葡萄糖为底物，葡萄糖氧化分解产生NADH 判断植物光合作用中二氧化碳来源 植物叶片有气孔，叶片可通过气孔与外界交换气体；细胞呼吸也可产生二氧化碳 光呼吸可产生二氧化碳，细胞呼吸也产生二氧化碳，及从外界吸收 株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异的原因 净光合速率等于总光合速率减去呼吸速率 株系1和2是转基因植物，且改变的是光呼吸的相关基因； 计算出株系1的总光合速率 总光合作用速率=净光合作用速率+呼吸速率 光呼吸也提供二氧化碳，故总光合作用速率=净光合作用速率+呼吸速率+光呼吸速率。图3中提供了呼吸速率、净光合速率，但未提供光呼吸速率。 转基因株系1产量具优势的依据 植物的产量以净光合量来衡量 株系1净光合作用速率大 （2）逻辑推理与论证 【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。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。 7．（2026·云南·高考真题）研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响，实验结果如下表。 温度/℃ 28 34 38 光照下CO2吸收速率/（μmol·m-2·s-1） 22.52 23.41 24.15 黑暗下CO2释放速率/（μmol⋅m-2·s-1） 3.26 4.56 5.59 回答下列问题： (1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在________上。光能被吸收后转化为________储存在NADPH和ATP中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的________，部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场所包括________。 (2)在实验设置的三个温度下，水稻固定CO2速率最高的是________℃，理由是________。 (3)某地持续高温（34~38℃）伴随干燥天气，此时，在大田生产中水稻的光合速率会降低，其原因是________。 【答案】(1) 类囊体薄膜 活跃的化学能 有机物（糖类） 细胞质基质和线粒体基质 (2) 38 水稻固定CO2​的速率是总光合速率，总光合速率=净光合速率（光照下CO2​吸收速率）+呼吸速率（黑暗下CO2​释放速率），计算得38℃时总光合速率为29.74，为三组中最大 (3) 高温干燥条件下，水稻为减少水分散失，气孔大量关闭，CO2​吸收量减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降 【分析】本题利用实验表格数据，考查叶绿体结构、能量转化、CO₂产生场所，总光合速率计算以及逆境对光合作用的影响。 【详解】（1）叶绿体中吸收光能的光合色素只分布在类囊体薄膜上；光反应将光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中；暗反应最终将CO2转化为储存能量的有机物（糖类）；水稻是真核植物，有氧呼吸第二阶段在线粒体基质产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质产生CO2，因此产CO2的场所为细胞质基质和线粒体基质。 （2）固定CO2的速率代表总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率：表格中光照下CO2吸收速率是净光合速率，黑暗下CO2释放速率是呼吸速率，计算得：28℃总光合=22.52+3.26=25.78、34℃总光合=23.41+4.56=27.97、38℃总光合=24.15+5.59=29.74，因此38℃时固定CO2速率最高。 （3）高温干燥环境下，水稻蒸腾作用过强，为减少水分散失，叶片气孔会大量关闭，导致CO2吸收量减少，暗反应原料不足，速率下降，最终整体光合速率降低。 8．（2025·重庆·高考真题）科研人员以水稻秸秆为原料合成的一种新型纳米材料X，发现其能通过叶面或根部吸收进入植物细胞。 (1)为分析X对植物光能利用的影响，科研人员用添加X的培养液培养水绵，再用通过三棱镜的光照射载有需氧细菌和水绵的临时装片，观察并统计不同光质下需氧细菌数量，结果见下表。 光质处理 蓝光 绿光 黄光 橙光 红光 培养液（对照） 150 12 10 14 89 培养液+X 139 28 7 13 88 结果表明，X能够促进水绵利用________光。在水绵细胞中，X呈现出随机分布的特点，当X分布在叶绿体的________时，水绵光能利用效率最佳。 (2)为进一步探究X对叶绿体功能的影响，开展了下列实验。 ①用离体叶绿体、X和Y（可与NADPH发生反应的化合物）进行实验，在相同光照条件下，实时测定并计算Y的变化量。由图可知，X能________（填“促进”或“抑制”）叶绿体合成NADPH。为保证本实验的严谨性，需增设1个处理，即Y+经煮沸的叶绿体。该处理获得的结果最符合图中曲线的________（填“甲”或“乙”或“丙”）。 ②将清水和X溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片，抽气后，再置于1%的碳酸氢钠溶液中，给予相同的光照，发现X溶液处理的叶圆片先浮出叶面，其原因是________。 (3)研究还发现处理植物的X浓度过高，会出现植物叶片气孔开放度下降的现象，推测与之相关的植物激素及其含量变化是_________。 【答案】(1) 绿 类囊体/基粒 (2) 促进 丙 x溶液处理叶圆片能提高光能利用率，促进光反应速率，产生氧气速率加快 (3) 脱落酸含量增加 【分析】1、光反应的场所是类囊体薄膜，包括水的光解和ATP的合成。暗反应的场所是叶绿体基质，包括CO2的固定和C3的还原。 2、脱落酸的作用：抑制细胞分裂；促进气孔关闭；促进叶和果实的衰老和脱落；维持种子休眠。 【详解】（1）分析表格数据可知，与对照组相比，添加X的培养液中，绿光下需氧细菌数量增加最为明显。由于需氧细菌会聚集在氧气释放多的部位，而氧气是光合作用光反应的产物，所以X能够促进水绵利用绿光。叶绿体中类囊体薄膜是光反应的场所，能吸收、传递和转化光能，当X分布在叶绿体的类囊体（基粒）时，能更好地促进光能的吸收和利用，使水绵光能利用效率最佳。 （2）由图可知，与没有添加X的组相比，添加X的组中Y的变化量更大，说明X能促进叶绿体合成NADPH。经煮沸的叶绿体已经失去活性，不能进行光合作用，也就不能合成NADPH，Y的量基本不变，所以该处理获得的结果最符合图中曲线的丙。 将清水和X溶液分别处理后的植物叶片用打孔器打出叶圆片，抽气后，再置于1%的碳酸氢钠溶液中，给予相同的光照，发现X溶液处理的叶圆片先浮出叶面，其原因是x溶液处理叶圆片能提高光能利用率，促进光反应速率，产生氧气速率加快。 （3）脱落酸能促进气孔关闭，当处理植物的X浓度过高时，植物叶片气孔开放度下降，推测与之相关的植物激素是脱落酸，且其含量增加。 9．（2017·江苏·高考真题）科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图，图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题： (1)取果肉薄片放入含乙醇的试管，并加入适量________，以防止叶绿素降解。长时间浸泡在无水乙醇中的绿色果肉薄片会变成白色，原因是_______。 (2)图1中影响光合放氧速率的因素有______。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度，测定前应排除反应液中________的干扰。 (3)图1 在反应室中加入NaHCO3的主要作用是_______。若提高反应液中NaHCO3浓度， 果肉放氧速率的变化是_____（填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”）。 (4)图2 中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率，对15~20min 曲线的斜率几乎不变的合理解释是______；若在20min后停止光照，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有________（填序号：①C5　②ATP　③[H]　④C3 ），可推测20~25min曲线的斜率为________（填“正值”“负值”或“零”）。 【答案】(1) CaCO3 光合色素溶解在无水乙醇中 (2) 光照、温度、CO2（NaHCO3）浓度 溶解氧 (3) 提供CO2 增大后稳定 (4) 光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值 【分析】1、绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。 2、影响光合速率的环境因素包括温度、二氧化碳浓度、光照强度、水和矿质元素等。 3、分析图2：图中1﹣15min氧气浓度增加，细胞呼吸速率小于光合速率；15～20min氧气浓度不变，细胞呼吸速率等于光合速率． 【详解】（1）加入少许碳酸钙的目的是为了防止在研磨过程中，叶绿素受到破坏，因为叶绿素分子结构中含有一个镁原子，当细胞破裂时，细胞液内有机酸中的氢可取代镁原子而成为褐色的去镁叶绿素，碳酸钙可中和有机酸以防止去镁反应的发生；色素是有机物，能溶解于无水乙醇等有机溶剂中。 （2）光照影响光合作用光反应阶段，温度影响光合作用相关酶的活性，CO2是光合作用的原料，其浓度会影响光合作用效率；反应液中的溶解氧会影响测量结果。 （3）NaHCO3水解产生CO2，增加NaHCO3浓度，释放CO2的速率提高，光合作用原料增加，速率加快至光饱和点后会趋于稳定。 （4）15~20min时O2浓度不发生变化，代表光合作用速率和呼吸作用速率相等，即光合产氧量与呼吸耗氧量相等，停止光照后，短时间内，光合作用光反应阶段停止，则光反应产物[H]和ATP含量下降，光合作用暗反应阶段中C3还原生成C5需要[H]和ATP，则C3含量增加，C5含量下降，停止光照后，光合作用停止，则O2浓度下降，故曲线斜率会是负值。 10．（2025·天津·高考真题）为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，18O2浓度设正常（21%）和低氧（2%）两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率=光合作用速率-呼吸作用速率。结果如下： (1)光照条件下，密闭装置中18O2逐渐减少，而16O2逐渐增加，此时呼吸作用消耗的氧气来源于_____和_____。设最初密闭装置中18O2的量为，120秒后测得18O2的量为，16O2的量为，叶片面积为，则净光合速率为_____。 (2)低氧下，光照强度下，叶片光合作用速率为_____。 (3)低氧在_____（光照、黑暗、光照和黑暗）条件下构成呼吸作用的限制因素。 (4)在两种氧浓度下，将叶片置于光照（强度为）、黑暗各1小时后，测定叶片中的糖含量。请推测低氧对叶片糖积累是否有利，并给出相应理由：_____。 【答案】(1) 18O2（或光合作用） 光合作用（或18O2） (y+z-x)/(120×a) (2) 10.7 (3) 黑暗 (4)有利，因为光照时两种氧浓度下净光合速率相同，但黑暗时低氧下呼吸作用速率更低 【分析】影响光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和二氧化碳浓度等。光合作用的色素主要吸收红光和蓝紫光。 【详解】（1）光照条件下，植物同时进行光合作用和呼吸作用：叶柄浸入H216O，光合作用光反应会产生16O2。呼吸作用消耗的氧气有两个来源：① 外界的18O2；② 光合作用产生的16O2。净光合速率是单位时间单位面积的氧气积累量：初始18O2为xμmol，120秒后18O2为yμmol，16O2为zμmol。总氧气积累量为(y+z−x)μmol（最终总氧气量y+z减去初始x）。时间为120秒，叶片面积为am2，因此净光合速率为(y+z-x)/(120×a)μmol/(m2⋅s)。 （2）从左侧 “光照强度 - 净光合速率” 图可知，低氧（2% O2）条件下，500μmolPAR/(m2⋅s)时净光合速率为 10 μmol/(m2⋅s)。从右侧 “氧浓度 - 呼吸作用速率” 图可知，低氧（2% O2）黑暗条件下呼吸作用速率为 0.7 μmol/(m2⋅s)。光合作用速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率，因此光合作用速率为10+0.7=10.7μmol/(m2⋅s)。 （3）光照条件下，21% 和 2% O2的呼吸作用速率几乎一致，说明低氧在光照下对呼吸无限制。黑暗条件下，21% O2的呼吸速率高于 2% O2，说明低氧在黑暗条件下限制了呼吸作用。 （4）光照时，两种氧浓度下净光合速率相同（由左侧图可知，500μmolPAR/(m2⋅s)时净光合速率一致），说明光照下有机物积累量相同。黑暗时，低氧下呼吸作用速率更低（由右侧图可知，黑暗条件下低氧呼吸速率小于正常氧），说明黑暗下低氧消耗的有机物更少。综上，低氧对叶片糖积累有利，理由是：光照时两种氧浓度下净光合速率相同，但黑暗时低氧下呼吸作用速率更低，总有机物积累更多。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析（专项训练） 模拟·基础演练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 答案 D C B C A A C ABC B A 9．(1) 温度下降，酶活性降低，呼吸作用减弱 大于 细胞质基质、线粒体、叶绿体 (2) H (3) 设置与图甲相同的装置，将其遮光处理，并放在与图甲装置相同的环境条件下 (4) 6×10-8 12．(1) N、Mg 以热能的形式散失 (2) 非气孔 盐胁迫下叶绿素含量降低，吸收光能减少，光反应速率降低，同时Fv/Fm降低，光抑制增强，导致光能转化效率降低，进而使净光合速率下降 (3) cam4突变体光呼吸速率降低，无法及时耗散过剩光能，光抑制加剧，进一步导致叶绿素受损 (4) SOS3 SOS2激活 13．(1) ATP和NADPH 叶肉细胞叶绿体和维管束鞘细胞叶绿体 (2) 高于 (3) 高粱叶绿体含有的酶1对CO2的亲和力极高，能利用低浓度的CO2，进行光合作用 (4) 不含类囊体（或“不含基粒”） 层析液 没有 由淀粉转化而来 14．(1) 苹果酸分解和细胞呼吸 细胞质基质和叶绿体基质 信号 (2) 图1 图1中气孔开放，吸入CO2，CO2和淀粉经一系列反应最终转化为苹果酸储存在液泡中，有机酸含量升高，糖类含量下降 群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择 (3) 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 叶绿素a和叶绿素b（或叶绿素） 重难·创新演练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B A A B B C ABC AC BC 11．(1) 类囊体/TEM 光合色素 细胞呼吸 (2) 有机物1和NADP+ 确保NADPH浓度的变化是TEM和G酶引起的（或排除TEM和G酶以外的因素对NADPH浓度的变化产生影响） 缺少G酶，TEM产生的NADPH积累 (3) X 12．(1) 对照组 (2) Mg2+参与叶绿素的合成，促进光反应 Mg2+可通过提高酶R的活性，从而提高CO2的固定速率，促进暗反应 (3) 减小 光照强度为100μmol·m-2·s-1时，叶肉细胞的光合作用速率等于呼吸作用速率，但由于存在只进行呼吸作用的细胞，野生型水稻植株的光合作用速率小于呼吸作用速率 (4) 大于 与野生型叶肉细胞相比，突变型叶肉细胞的叶绿素含量高，光反应速率快；RuBP羧化酶含量高，气孔导度大，胞间CO2浓度低，说明CO2固定的多，暗反应速率快 13．(1) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 C3植物不能在Rubisco周围富集CO2，Rubisco周围CO2浓度较低，容易与O2结合，易发生光呼吸，因此光呼吸速率更高 (2) 红光和蓝紫光 小于 高温干旱下，景天夜间气孔开放吸收的CO2减少，储存的CO2减少，使Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高 (3) 高温干旱时水稻净光合速率显著下降，暗反应对ATP和NADPH的消耗减少，光呼吸可消耗光反应产生的多余ATP和NADPH，避免多余能量积累损伤光合结构，对植物起到保护作用 14．(1) 更高 （叶肉细胞）的细胞质基质 (2) 30 此时光照较弱，光反应受到限制，CO2不是暗反应的限制因素，故C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合。（或在弱光条件下，光反应产生的ATP和NADPH不足，成为光合作用的限制因素，此时暗反应速率主要受光反应产物供应限制，C4途径的CO2浓缩机制无法发挥作用，因此两曲线重合）。 (3) 酶活性达到最适水平（或此温度是酶活性的最适温度），转双基因水稻固定CO2的能力更强 C4途径的优势得以充分发挥PEPC酶能在气孔关闭、胞间CO2浓度降低时继续固定CO2；抑制光呼吸，减少高温下的光合产物浪费 真题·实战演练 题号 1 2 答案 C C 3．(1) 叶绿素 光敏色素 类胡萝卜素 (2) 提高 施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少 (3) B B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光（700~750nm，FR）通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点 4．(1) 为光合作用提供能量 作为一种信号调节植物生长发育 (2) ①③④ 温度和二氧化碳浓度 (3) 始终大于 ④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度相等 ，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组 5．(1) 不相等 自然条件下，黑暗时温度a和c时的呼吸速率不相等 (2) 温度d时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致植物体的干重减少 (3) 温度过高，导致部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速率降低 (4) 光合速率和呼吸速率差值 6．(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 7．(1) 类囊体薄膜 活跃的化学能 有机物（糖类） 细胞质基质和线粒体基质 (2) 38 水稻固定CO2​的速率是总光合速率，总光合速率=净光合速率（光照下CO2​吸收速率）+呼吸速率（黑暗下CO2​释放速率），计算得38℃时总光合速率为29.74，为三组中最大 (3) 高温干燥条件下，水稻为减少水分散失，气孔大量关闭，CO2​吸收量减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降 8．(1) 绿 类囊体/基粒 (2) 促进 丙 x溶液处理叶圆片能提高光能利用率，促进光反应速率，产生氧气速率加快 (3)脱落酸含量增加 9．(1) CaCO3 光合色素溶解在无水乙醇中 (2) 光照、温度、CO2（NaHCO3）浓度 溶解氧 (3) 提供CO2 增大后稳定 (4) 光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值 10．(1) （或光合作用） 光合作用（或） (2) 10.7 (3) 黑暗 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $