第11讲 细胞代谢综合分析（5年考情+2大核心速记+2大题型专攻）（专项训练）（北京专用）2027年高考生物一轮复习讲练测

**基本信息** 以北京考情为导向，通过“考情-知识-训练”三层架构系统整合光合作用与呼吸作用的物质能量联系及测定方法，强化代谢联动思维与本土情境应用。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |五年考情·精准定向|2类考情+1本土情境|提炼“代谢联动”“情境串联”“数据解读”3大策略|基于新课标要求构建“考查频次-要点-策略”逻辑链| |两大核心·主干速记|2核心知识+5方法表格|对比法梳理物质能量转化，分类解析3种测定技术|从过程联系到元素转移再到特殊代谢类型的递进式架构| |分层专练·靶向攻关|基础20题+情境10题+压轴5题|基础题聚焦概念辨析，情境题强化图表分析，压轴题突出实验探究|覆盖“概念理解-情境应用-综合探究”的能力进阶路径|

第11讲 细胞代谢综合分析 第一部分 五年考情·精准定向 北京考情概览 北京热点情境 北京备考策略 第二部分 两大核心·主干速记 一图串联·核心梳理·易错辨析 核心知识01 光合作用和呼吸作用的联系 核心知识02 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 第三部分 分层专练·靶向攻关 题型专攻·基础题（北京视野，单选，2大题型） 两年重难·情境题（北京模拟，单选、非选择题） 五年真题·压轴题（北京视野，非选择题，含2026年高考真题） 第一部分 五年考情·精准定向 考情概览 新课标要求 考题统计 1. 光合作用与呼吸作用的联系？ 2. 植物光合速率和呼吸速率的测定？ 2025年北京卷，光合作用和呼吸作用综合分析 2023年北京卷，光合作用和呼吸作用综合分析 1．考查频次：近5年北京高考有两年都考查了光合作用和呼吸作用的关系，该部分知识点主要是通过非选择题的形式考查。 2．考查要点：考查内容聚焦两大板块：一是光合作用和呼吸作用的关系；二是测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法。 热点情境 中科院植物所莱茵衣藻叶绿体-线粒体-发酵代谢互作。该研究在黑暗厌氧下，衣藻启动细胞质、线粒体、叶绿体三处发酵代谢，产生的弱酸反馈抑制光合作用，而线粒体通过增强呼吸消耗弱酸，形成 “发酵 - 光合 - 呼吸” 三者的动态平衡。 对应知识点：光合作用和呼吸作用的关系 备考策略 1.拒绝单一知识点孤立复习，强化 “代谢联动” 思维​ 北京卷从不单独考光合或呼吸，所有大题均围绕 “光合-呼吸协同/制约”“环境胁迫-代谢响应”“物质-能量-信号通路联动”命题。 2.以北京本土情境为载体，串联通用知识点​ 所有复习素材优先对接北京科研（中科院植物所、北大、农科院）、城市工程（矿山修复、冬奥生态、温室农业）、本土物种（月季、毛白杨、油松），形成 “情境→原理→答题话术” 的条件反射（如看到 “高温” 立刻关联 “酶活性下降 + 气孔关闭 + 呼吸代偿”）。 3.重数据解读与实验探究，轻复杂计算​ 北京卷核心考查图表分析（曲线 / 表格 / 电镜图）、实验设计缺陷修正、结果预测，仅涉及基础的 “净光合 = 总光合 - 呼吸” 计算，无需刷复杂分段代谢计算题。 第二部分 两大核心·主干速记 内容速览：光合作用和呼吸作用的联系；测定植物光合速率和呼吸速率的常用方。 一图串联 核心梳理 核心知识1 光合作用和呼吸作用的联系 考点1:光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化 1.过程联系 光合作用 呼吸作用 代谢类型 合成作用(同化作用) 分解作用(异化作用) 发生范围 含叶绿体的植物细胞；蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞 发生场所 叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物) 有氧呼吸：细胞质基质、线粒体(真核生物)；细胞质(原核生物)。 无氧呼吸：细胞质基质 2.光合作用与有氧呼吸过程中元素的转移途径 （1）以C元素为例，用同位素标记法标记CO2中的C，追踪C的转移途径 （2）以H元素为例，用同位素标记法标记H2O中的H，追踪H的转移途径 （3） 以O元素为例，用同位素标记法标记H2O中的O，追踪O的转移途径 3.光合作用与有氧呼吸能量上的联系 【注意】叶绿体光反应产生的ATP只能用于叶绿体，如暗反应或其他吸能反应 4.光合作用与有氧呼吸中有关NADH、NADPH、ATP的来源与去路 物质 过程 来源 去路 NADH 有氧呼吸 第一阶段（葡萄糖）、第二阶段（丙酮酸和水） 第三阶段还原O2，产生H2O（释放大量能量） NADPH 光合作用 光反应阶段水光解产生 用于暗反应阶段还原C3 ATP 有氧呼吸 三阶段均产生 作为各项生命活动（除暗反应外）的直接能源物质 光合作用 光反应 可用于C3的还原 核心知识2 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 考点1:测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 1、总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析 (1)内在关系 ①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。 (2)根据关键词判定 总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率 “同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量 黑暗中释放的CO2的量 “产生”或“制造”的O2的量 “释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量 “产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量 2、光合速率的测定方法 （1）“液滴移动法” ①测定呼吸速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。 b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。 c.置于适宜温度环境中。 d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。 ②测定净光合速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。 b.必须给予足够光照处理，且温度适宜。 c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。 ③物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 (2)“黑白瓶法” 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。 (3)半叶法-测定光合作用有机物的制造量 ①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止有机物的运输。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。 ②计算：设被截取部分初始干重为M。 a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。 b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。 c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。 考点2:特殊代谢类型 1.光呼吸 研究发现，植物叶肉细胞在强光、高浓度O₂条件下，存在吸收O₂、释放CO₂的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸。光呼吸在正常生长条件下会损耗25%～30%的光合产物，在高温干旱等逆境条件下损耗比例可高达50%。 （1）光呼吸是怎样发生的? Rubisco是光合作用的关键酶之一，该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。CO2浓度较高时，该酶催化C5(RuBP)与CO₂反应完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2结合产生三碳酸和乙醇酸(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，如图。 （2）光呼吸有什么“利害”之处? ①害：光呼吸消耗C₅,降低有机物产量。 ②利 提供CO2：强光照下叶片部分气孔关闭，叶片内CO2浓度降低，光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应。保护光合器官：光呼吸是一个耗能反应，可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉，从而避免对叶绿体的损害。 （3）如何改造植物减少光呼吸? 改造Rubisco,使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度等。 2.C4植物 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。干热条件下，C₄植物的生化和结构提高了其利用CO2的效率，在不影响固定CO₂的同时，缩小气孔、保存水分，在维管束鞘细胞中聚集CO₂,有效抑制了Rubisco的氧合能力，减小了光呼吸。 3.CAM植物 CAM植物普遍存在于极干燥环境中。夜间，CO2被PEP羧化酶固定而形成草酰乙酸，而后形成苹果酸。苹果酸积聚在液泡中，可达到很高浓度。日间，苹果酸被转运出液泡，经脱羧生成CO2和丙酮酸，释放出的CO2经卡尔文循环形成糖类。 CAM植物通过调节气孔的开放与关闭适应干旱的环境。在冷且相对较湿的晚上，气孔是开放的，保持最低程度的水流失，而允许CO2进入。在干热的白天，气孔则是关闭的，以阻止水分丢失，但此时苹果酸脱羧可以提供CO2。 第三部分 分层专练·靶向攻关 题型专攻·基础题（北京视野，单选，2大题型） 考查重点：光合作用和呼吸作用的关系；光合速率测定的方法 题型一：光合作用和呼吸作用的联系 1．单羧酸转运蛋白（MCT1）是哺乳动物细胞膜上同向转运乳酸和H+的跨膜蛋白。在癌细胞中，MCT1基因显著表达，导致呼吸作用产生大量乳酸；当葡萄糖充足时，MCTl能将乳酸和H+运出细胞，当葡萄糖缺乏时则将乳酸和H+运进细胞。下列推测错误的是（    ） A．合成与运输MCT1，体现细胞内结构之间的协调配合 B．乳酸被MCT1运进细胞，可作为替代葡萄糖的能源物质 C．癌细胞细胞质中乳酸产生较多使细胞内pH显著降低 D．MCTl会影响癌细胞增殖，其基因可作癌症治疗新靶点 2．下图表示类囊体膜上的电子传递过程及百草枯和敌草隆两种除草剂的作用机制， 相关说法正确的是（    ） A．两种除草剂需混合使用才可起到除草的作用 B．两种除草剂都通过阻断光反应过程起到除草作用 C．两种除草剂都只对杂草起作用，对农作物不起作用 D．两种除草剂都既可阻断植物代谢也可阻断动物代谢 3．关于真核细胞中有机物的合成，下列说法错误的是（    ） A．叶绿体中能合成有机物，线粒体中不能合成有机物 B．细胞合成的某些脂质可调控其他细胞蛋白质的合成 C．水和无机盐可为有机物的合成提供适宜环境或原料 D．基因可通过控制酶的合成，控制糖类、脂质的合成 4．下列关于ATP和ADP的转化，叙述正确的是 A．细胞渗透失水的过程，伴随着ATP转化为ADP B．糖酵解的过程中，伴随着ATP转化为ADP C．细胞有丝分裂过程中，伴随着ATP转化为ADP D．光合作用水的光解过程，伴随着ATP转化为ADP 5．下列关于植物叶肉细胞内ATP的叙述，不正确的是 A．一分子ATP由一分子腺嘌呤和三个磷酸基团构成 B．在叶绿体类囊体膜上生成ATP的过程需要光 C．有氧呼吸的各个阶段都伴随着ATP的合成 D．细胞核和细胞质中都存在ATP的水解反应 6．糖类、脂肪和蛋白质是细胞的主要营养物质，下图是人体有机物代谢过程模式图。图中字母表示物质，数字表示代谢过程。下列叙述错误的是（    ） A．①过程发生在细胞质基质中，A为丙酮酸 B．D为脂肪酸，大多数是饱和的，熔点较高 C．图中三大类营养物质氧化分解过程中形成ATP最多的过程是④ D．⑥和①过程能产生人体所需的8种必需氨基酸 7．蓝细菌可通过CO2浓缩机制主动富集无机碳提高光合效率如图1所示。研究人员利用该机制改造了水稻等农作物(如图2)，对比二者CO2浓缩机制，下列叙述正确的是（　　） A．两者的碳酸酐酶(CA)合成场所可能相同 B．两者糖类的合成均在羧酶体内完成 C．两者均依赖类囊体膜上的光合色素捕获光能 D．两者转运HCO3-所需的ATP来源相同 8．下图为陆生植物叶绿体中发生的相关物质变化的模式图，PSⅡ和PSⅠ是位于类囊体膜中能吸收光能的蛋白质复合体，①是参与光合作用的物质。下列有关叙述错误的是（　　） A．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光 B．若突然停止光照，则短时间内的值变大 C．图中Ⅱ代表暗反应阶段，该阶段不直接依赖光 D．图中物质①可作为还原剂和储存能量的物质 9．气孔是植物与外界进行气体交换的重要器官，气孔开闭与构成气孔的保卫细胞的状态密切相关。保卫细胞膜上的质子泵转运H+时依赖于ATP水解释放的能量，质子泵被ATP激活后，生物膜上K+、Cl﹣通道打开，导致气孔张开，过程如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．图中质子泵转运H+的方式与乙醇跨膜运输的方式相同 B．转运H+的过程中，质子泵磷酸化导致其空间结构改变 C．气孔张开的原因是K+、Cl﹣使细胞液浓度增大，保卫细胞失水 D．可对农作物大量施用钾肥增大植物气孔开度，有利于光合作用 10．绿硫细菌是一类严格厌氧的光合自养细菌，由于缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧光合作用。下图是绿硫细菌的光反应过程示意图，据图分析下列说法错误的是（　　） A．据图分析，绿硫细菌细胞内具有膜结构 B．图中可看出造成内腔和细胞质基质H+浓度差的过程有三个 C．图示H+的运输方式为协助扩散 D．该光合作用过程中最终电子供体是H2S 题型二：光合作用测定的方法 11．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 12．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 13．下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平。下列几种实验结果（给予相同的环境条件），不可能出现的是（　　） A．甲、乙装置水滴都左移 B．甲、乙装置水滴都右移 C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移 D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移 14．某同学利用如图所示装置探究CO2浓度对小球藻净光合速率的影响。下列叙述错误的是（　　） A．X溶液为NaOH溶液，且需要配制一系列浓度梯度 B．实验过程中应保持各组的温度、光照强度等条件相同 C．可根据移液管中液面下降速率判断小球藻净光合速率 D．增大CO2进入叶绿体的阻力会降低小球藻的光合速率 15．某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述，错误的是（　　） A．若X溶液为清水并遮光处理，液滴左移，说明有氧呼吸的底物只有葡萄糖一种 B．若X溶液为NaOH溶液并遮光处理，一段时间后液滴向左移动 C．若X溶液为NaOH溶液并遮光处理，可探究该植物的有氧呼吸强度 D．若X溶液为CO2缓冲液并给予适宜光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度 16．甲同学用如图装置测定虎耳草的真光合速率。实验设计如下：取两株虎耳草放入两个相同的装置中，编号为1号、2号；将1号装置放置在黑暗环境中，2号装置放置在自然光照条件下；实验结束后记录红色液滴移动的刻度。下列说法错误的是（　　） A．虎耳草的生长状况、温度均为无关变量，需保证相同且适宜 B．该实验设计所用的虎耳草太少，实验结果易受偶然因素影响 C．一段时间内2号液滴不动，说明该段时间叶肉细胞的光合强度等于呼吸强度 D．1号中虎耳草呼吸强度随O2浓度下降而下降，导致得出的真光合值偏小 17．黑白瓶法可用于研究赛里木湖中浮游植物生产量，所用白瓶完全透光，黑瓶不透光。用若干个黑白瓶，装入某湖泊一定水层的1L湖水后密闭，进行实验测试，结果如图所示。下列相关说法正确的是（    ） A．a光照强度下白瓶24小时后的溶解氧为浮游植物的总光合量 B．a光照强度下白瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7mg C．a光照强度下不能满足瓶中生物对氧气所需量 D．a光照下白瓶中生物产生ATP的场所是线粒体和叶绿体 18．玉米、甘蔗等C4植物在高温强光下光合效率显著高于水稻、小麦等C3植物。2025年研究进一步阐明了C4植物叶肉细胞与维管束鞘细胞协同固定CO2的机制。据此判断，以下关于光合作用的叙述正确的是：（    ） A．光反应在叶绿体基质中进行，利用光能将水分解为O2和[H]，并合成ATP；暗反应在类囊体膜上利用ATP和[H]固定CO2 B．C3植物中，CO2直接与C5结合形成C3；而C4植物先在叶肉细胞将CO2固定为C4，再转运至维管束鞘细胞释放CO₂供卡尔文循环使用 C．暗反应不需要光，因此只能在夜间进行，而光反应必须在白天进行，二者在时间上严格分离 D．光合作用中，光能最终转化为有机物中稳定的化学能，该过程不涉及任何能量形式的损失 19．CAM植物（如仙人掌）适应干旱环境的能力极强，其独特的CO2固定时间分配机制可减少水分散失，该机制是植物适应性进化的典型案例。下列关于CAM植物（如仙人掌）CO2固定特点的叙述，正确的是（　　） A．白天开放气孔吸收CO2，夜间进行卡尔文循环 B．夜间开放气孔吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中 C．叶肉细胞和维管束鞘细胞分工完成CO2固定 D．光合速率不受光照强度影响 20．景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，景天科植物的CAM途径是一种特殊代谢方式：气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为CAM代谢途径示意图，下列叙述不正确的是（    ） A．景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质 B．景天科植物CO2固定的场所是细胞质基质、叶绿体基质 C．甲发生在白天，乙发生在夜晚 D．景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高，酶B活性低 两年重难·情境题（主要北京模拟，单选、非选择题） 设题创新:光伏农业，考察光合与呼吸的联系(T1);盐碱胁迫强度对本土优势牧草羊草光合特性的影响，考查光合作用与呼吸作用的因素（T3）;光系统，考查不光合与呼吸的关系(T7) 1．光伏农业系统由聚光光伏发电系统和农业大棚两部分组成，农业大棚上方安装聚光板利用太阳能发电，聚光板底部安装滤光膜。夏季蔬菜空心菜对高温有较好的适应性，为探究光伏发电系统对大棚作物生长影响，科研人员将空心菜分两组，分别在滤光膜遮挡（组一）和无滤光膜遮挡（组二）的种植箱中培养，并测量相关指标，结果如下表（差异不显著用相同字母a标识）。下列推测最合理的是（　　） 叶绿素a含量/mg·g-1 叶绿素b含量/mg·g-1 净光合速率/μmol·m-2·s-1 气孔导度/ol·m-2·s-1 胞间（CO₂浓度/μmol·mol-1 日间叶片温度/°C 组一 1.321 0.46 24.48 0.069 681.68 19.9 组二 1.287 0.397 19.41 0.038 1284.50 22.4 A．滤光膜主要吸收蓝紫光和红光 B．组一光能的利用效率小于组二 C．组一日间呼吸作用强度小于组二 D．组一空心菜有机物积累小于组二 2．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 3．2025年5月，中国科学院东北地理与农业生态研究所针对松嫩平原苏打盐碱地植被修复问题，探究了不同盐碱胁迫强度对本土优势牧草羊草光合特性的影响，实验设置对照组（无盐碱胁迫）、轻度盐碱组、中度盐碱组、重度盐碱组，在相同且适宜的光照、温度条件下，测定羊草的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度，结果如下图。下列相关叙述正确的是（　　） 注：气孔导度越大，代表气孔开放程度越高；图中不同小写字母代表组间差异显著。 A．重度盐碱胁迫下，羊草净光合速率下降的主要原因是气孔导度降低，CO₂供应不足 B．若在实验过程中突然降低光照强度，短时间内羊草叶绿体中C₅的含量会上升 C．测定羊草的净光合速率时，需在黑暗条件下测定其呼吸速率后，再计算总光合速率 D．本实验可证明，轻度盐碱胁迫对羊草的光合作用无显著抑制作用，羊草具备一定的耐盐碱能力 4．下图是某植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的过程示意图，其中①~⑤代表生理过程，下列相关叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于过程③④⑤ B．过程②消耗的CO2全部来自过程④产生的CO2 C．过程③④⑤中，只有过程⑤能产生大量ATP D．光照充足时，过程②的速率等于过程③④⑤的总速率 5．室内栽培绿萝能够有效清除甲醛污染。为研究其作用机制，科学家首先研究在密闭环境下绿萝正常的呼吸作用和光合作用，测定环境中的CO2浓度变化，结果如图甲所示；而后将用特殊方法处理的甲醛通入密闭环境，研究绿萝处理甲醛的途径。图乙所示为光合作用和甲醛代谢的相关过程（其中HCHO为甲醛，RU5P和HU6P是中间产物）。下列相关说法错误的是（　　） A．弱光照组叶肉细胞叶绿体产生的O2可扩散至线粒体和细胞外 B．d时间内完全光照组植株固定CO2的速率是（a-c）/d ppm/s C．可采用同位素标记法追踪并探明循环②甲醛的碳同化路径 D．推测绿萝细胞同化甲醛（HCHO）的场所应是叶绿体基粒 6．（25-26高三上·北京东城·期末）学习以下材料，回答以下问题。 无氧呼吸产生的弱酸对光合作用的影响 光合自养型生物依赖光合作用将光能转化为化学能，通过呼吸作用将有机物中的能量释放出来供给代谢活动。有研究发现，在早晚弱光环境及夜晚条件下，无氧呼吸方式对于衣藻的生存很重要。在衣藻中，无氧呼吸过程中产生的丙酮酸具有多条代谢途径，较为特别的是丙酮酸能够进一步代谢产生甲酸、乙酸等各种弱酸（HA）。研究表明，缺氧条件下衣藻无氧呼吸产生的弱酸导致了类囊体腔的酸化。弱酸在衣藻细胞中有未解离的弱酸分子和解离后的离子两种存在形式。其中弱酸分子可以穿过生物膜进入细胞的各区室中，研究人员根据多项研究提出了“离子陷阱”模型（如图1）。研究还发现，类囊体腔的缓冲能力不足细胞质基质和叶绿体基质的二十分之一。有数据表明，无氧呼吸产生的弱酸可以抑制光反应中的光捕获和电子传递。为了模拟黎明时分的光照情况，研究人员将衣藻进行黑暗密闭处理3小时后给予弱光光照，另一组进行相同处理并额外添加氢氧化钾（实验结果如图2所示）。在有氧情况下，相同实验处理发现氢氧化钾对氧气释放情况无影响。在自然环境中，衣藻经历黑暗和弱光条件的交替，黄昏时光合作用减弱，氧气通过有氧呼吸迅速耗尽，衣藻通过活跃无氧呼吸以维持细胞的能量供给。黎明时分无氧呼吸产生的弱酸在一定程度上有利于衣藻释放氧气。该研究为探索光合作用和呼吸作用的关系提供了新思路。 (1)在光合作用的光反应阶段，类囊体薄膜上的_____吸收光能，并将光能转化为____中活跃的化学能参与到暗反应阶段。 (2)下列选项中，可作为证据支持无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化的有_____。 A．类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关 B．外源添加甲酸、乙酸等弱酸后衣藻均出现类囊体腔酸化的现象 C．无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化 (3)结合图1及文中信息分析，弱酸导致类囊体腔酸化的机制是_____。 (4)图2结果显示_____。因此可以认为弱光条件下，无氧呼吸产生的弱酸在一定程度上有利于衣藻释放氧气。为解释此现象，请提出一个需要进一步研究的问题。_____ 7．（25-26高三上·北京·阶段检测）光系统是指由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），图1为光系统发生的反应示意图。D1蛋白是对PSⅡ活性起调节作用的关键蛋白，使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1蛋白含量，以细胞内恒定表达的微管蛋白含量作为参照，结果如图2。 (1)分析图1可知，光系统PSⅡ发生的反应是__________，NADPH在光合作用中的作用是____________。 (2)由图可知，图中ATP合成酶的作用有__________。合成ATP依赖于_________形成的电化学势能。 (3)结合图1、2推测强光导致光合速率降低的原因可能是_________。 (4)强光条件下，叶肉细胞内会生成一系列光有毒产物攻击D1蛋白，使D1蛋白高度磷酸化，并形成D1蛋白交联聚合物，从而损伤光合结构。在正常条件下，植物可以降解D1蛋白交联聚合物，聚合物的降解包含去磷酸化和交联聚合物解聚两个过程。已知用一定浓度氟化钠处理叶片可抑制去磷酸化。请设计实验探究D1蛋白交联聚合物降解过程的先后顺序，并预期实验结果。 实验思路：_____________。 预期结果：若___________，先发生去磷酸化。 若_______________，先发生交联聚合物解聚。 8．（25-26高三上·北京·阶段检测）学习下列材料，回答（1）~（5）题。 叶绿体与细胞核双定位Y蛋白对于番茄抗低温的机制分析 番茄易受低温伤害，导致严重减产。我国科研人员从番茄低温诱导表达数据库中发现了丫基因，低温处理使其转录量升高。Y基因编码的Y蛋白是植物特有的DNA结合蛋白，定位于叶绿体和细胞核。4℃低温处理后，Y基因过表达株系比野生型明显耐低温，而敲除Y基因的株系的低温耐受能力低于野生型。 低温会导致活性氧（ROS）产生，而大量的ROS会破坏植物细胞光合膜系统。电镜观察叶绿体超微结构发现，与野生型相比，低温处理后Y基因过表达株系的类囊体结构相对完整、叶绿体中淀粉粒数量少，而敲除Y基因的株系类囊体受损更严重且淀粉粒数量更多。科研人员对Y蛋白的作用机制进行了研究。 类囊体膜上的光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的重要场所，叶绿体基因编码的D1蛋白是PSII的核心蛋白，低温会被破坏D1蛋白。常温下Y基因过表达株系中的D1蛋白含量与野生型相同，而低温处理下，野生型中D1蛋白含量下降，Y基因过表达植株的D1蛋白含量基本保持稳定，从而保护了PSII。 I酶和A酶分别参与叶绿体中淀粉的合成与降解。在细胞核中，Y蛋白可通过与两者启动子结合，调控I酶和A酶基因的转录，降低低温下叶绿体中淀粉的积累。 R酶由8个大亚基蛋白和8个小亚基蛋白组成，是CO2固定过程中的限速酶，对低温胁迫尤为敏感。小亚基蛋白由S基因编码，S基因过表达植株与野生型相比，低温下R酶含量更高且耐低温能力更强。研究还发现，Y蛋白能够与S基因的启动子结合并增强其转录，从而在低温胁迫下维持R酶的含量。 农业生产中，Y基因的发现及其调控机制的研究，为增强冷敏感作物的低温抗性提供了有效途径。 (1)低温破坏叶绿体类囊体膜，影响光反应的进行，为碳反应提供的__________减少，降低了植物光合速率。据文中信息，低温下Y基因过表达植株有利于光反应进行的直接原因有___________________。 (2)研究过程中为确定Y蛋白在低温胁迫下维持D1蛋白含量稳定的作用机制，科研人员进行了如下实验： 实验材料 实验处理 检测指标 实验结果 Y基因过表达植株及野生型 施加硫酸链霉素（可抑制叶绿体编码基因翻译）后，低温处理 D1蛋白含量 Y基因过表达植株 I 野生型 低温处理 与D1蛋白降解相关基因的转录量 Y基因过表达植株 II 野生型 结果说明在番茄中过量表达Y基因增加了D1蛋白的合成，而未减少D1蛋白降解。请在上述表格I、II处将实验结果补充完整I_______________________；II_____________________。 (3)叶绿体中的淀粉粒积累抑制光合作用。根据Y蛋白功能特点，结合文中信息，推测细胞核中的Y蛋白低温下减少叶绿体中淀粉积累的具体机制是_______________________________________________。 (4)如图为野生型、Y基因过表达及敲除植株，在4℃处理12小时后在一定光照强度下测定的净光合速率。下列相关分析不合理的是 。 A．Y基因过表达植株的CO2饱和点大于野生型 B．CO2浓度等于250时，若突然增大光强，叶绿体内C5将减少 C．低温下Y基因过表达植株R酶的小亚基蛋白含量高，固定CO2能力强于野生型 D．CO2浓度大于250时，限制野生型和Y基因敲除植株净光合速率增加的环境因素可能是光强 9．（24-25高三下·北京西城·阶段检测）有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。为研究植物对强光的适应性，科研人员以拟南芥为材料进行研究。 (1)光合作用的光反应发生在________上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体可吸收、传递、转化光能。其中叶绿素主要吸收_______光。强光下，该反应中的电子积累导致活性氧增加。 (2)用不同浓度的MV（一种可产生活性氧的物质）对野生型和C37缺失突变体叶进行处理，检测叶绿素含量，结果如图1。 MV模拟_____环境，实验结果显示，C37突变体的叶绿素含量_____野生型。 (3)研究表明光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，如图2。 ①在光照条件下，光系统Ⅱ（PSⅡ）吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从_____中夺取电子引起O2释放。 ②光系统Ⅰ（PSⅠ）吸收光能产生的高势能电子部分用于合成_______；PSⅡ产生的电子和 PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，该过程释放的能量用于_______的合成，同时维持电子传递相对平衡。 ③C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，作用机理如图3所示。 从稳态与平衡的角度解释C37突变体在强光下易引发萎黄病的原因：_______。 (4)综合上述研究，从进化与适应的角度分析C37基因碱基序列相对保守的意义_______。 10．（25-26高三上·北京·期中）蝴蝶兰蜜露是叶片分泌的透明粘稠物，该物质有甜味，容易使蝴蝶兰叶片感染霉菌，从而影响植物正常生长。为研究其形成机制，科学家利用两种蝴蝶兰“大辣椒”和“双龙”做了如下实验。 (1)蝴蝶兰是热带植物，为了避免因高温导致的_____流失，它在夜间打开气孔，吸收并储存_____，用于光合作用的_____反应。 (2)为测量两种蝴蝶兰的净光合速率，分别选择长势相近的新叶（从上往下第一片叶子）、功能叶（从上往下第二片叶子）、老叶（从上往下第三片叶子），进行实验： ①上午八点，利用打孔器分别在叶片上相同位置取下1cm2小叶片若干，并称量计算平均干重为a（单位：g）。 ②下午四点，利用打孔器分别在叶片上已取位置附近，再取下等量1cm2小叶片，并称量平均干重为b（单位：g）。叶片的净光合速率=_____g/cm2·h，由计算结果绘制图1，据图分析，两种蝴蝶兰品种中，_____的不同类型叶片净光合速率有显著差异。要想测得蝴蝶兰叶片在该时段的总光合速率，需要增加一组实验，从早上八点开始，进行_____处理至下午四点。 (3)研究发现，新叶中光合作用产生的大量可溶性糖会运输到茎中储备，而老叶的物质输出能力很差。科学家进一步检测了两种蝴蝶兰叶片的可溶性糖含量，结果如图2所示。据此推测，_____（填“双龙”或“大辣椒”）的_____（填“新”、“功能”或“老”）叶更容易产生蜜露；其原因为大量的可溶性糖积累会通过_____调节，抑制光合作用，为了减轻这种抑制效果，便有蜜露分泌现象。 (4)植物在生长发育过程中，叶的非季节性脱落往往都有正面意义。“双龙”和“大辣椒”两种蝴蝶兰的老叶脱落具有不同的方式，请分析在光照有限、植物生产力偏低的情况下，大辣椒的策略不利于适应环境的原因？_____。 五年真题·压轴题（主要北京视野，非选择题） 高频考点：光合作用和呼吸作用的联系 1．（2025·北京·高考真题）植物的光合作用效率与叶绿体的发育（形态结构建成）密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控，以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。 (1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定，其BG基因功能缺失，命名为bg。图1是使用_________观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比，可见突变体基粒（“[”所示）中的_________增多。 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk（叶绿素含量降低）及双突变体bggk。对三种突变体进行观察，发现双突变体的表型与突变体__________相同，由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。 (3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制，将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后，再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段，反应一段时间后，经电泳检测DNA所在位置，结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是___________。 (4)基于突变体bg的表型，从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义_______。 2．（2023·北京·高考真题）学习以下材料，回答下面问题。 调控植物细胞活性氧产生机制的新发现 能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生，活性氧可以调控细胞代谢，并与细胞凋亡有关。 我国科学家发现一个拟南芥突变体m（M基因突变为m基因），在受到长时间连续光照时，植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比，突变体m中M酶活性下降，脂肪酸含量显著降低。为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡，但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径（如图）：A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。 在上述研究中，科学家从拟南芥突变体m入手，揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途径。对A酸-B酸循环的进一步研究，将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。 (1)叶绿体通过___________作用将CO2转化为糖。从文中可知，叶绿体也可以合成脂肪的组分___________。 (2)结合文中图示分析，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：_____，A酸转运到线粒体，最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。 (3)请将下列各项的序号排序，以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路：___________。 ①确定相应蛋白的细胞定位和功能②用诱变剂处理突变体m③鉴定相关基因④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株 (4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容，请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明___________。 3．（2026·四川·高考真题）农光互补能在同一片土地上兼顾太阳能光伏发电与农业生产，有利于推动资源综合利用。在某干旱农业区农光互补系统的光伏板下，光照强度最大值降低近75%，研究人员测定了该系统对某作物净光合速率的影响，结果如图1。回答下列问题。 (1)光合作用与农作物的产量联系密切，_________________作为直接原料参与植物的光合作用。 (2)11:00到15:00期间，与全日照相比，农光互补系统下该作物的净光合速率更高，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)农光互补系统下，该作物全天光合作用吸收CO2总量较全日照下__________。 (4)正常灌溉是全日照下的最适灌溉。推测在农光互补系统中，适当减量灌溉更适合该作物生长，从而提高产量。有人测量了不同处理下该作物的产量，正常灌溉组应为图2中的________组，请综合分析后，在图2方框内画出符合上述推测的实验结果________。 4．（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_________。 5．（2025·海南·高考真题）三角梅为海南的省花，其特化的苞片（变态叶）酷似花瓣，色彩丰富，被广泛用于园林绿化。回答下列问题。 (1)人工培育三角梅通常采用无性繁殖技术，其中传统技术有_____，现代生物技术有_____（各答1种即可）。 (2)三角梅苞片呈现红、粉、白等多种颜色，其原因之一是苞片细胞中含有不同的色素，这些色素主要分布在_____（填细胞器名称）。 (3)某团队研究了不同补光光源对三角梅叶片总叶绿素含量及开花数量的影响，补光时间为20：00~24：00，同一光照强度连续补光20天，处理后45天测定相关指标，结果见表。 测定指标 对照 紫光 红光 白光 总叶绿素含量（mg/g） 16.28 29.92 21.56 21.52 开花数（朵/株） 23.83 171.17 104.33 47.83 据表判断，三种补光光源中，最有利于三角梅开花的光源是_____，从光合作用角度分析其原因是_____。 (4)某小组为探究补光光源A和水溶性激素B同时作用对三角梅开花数量的影响，开展了如下实验， 组别 处理条件 开花数 实验目的或结论 对照组 无处理 + 作为对照。 实验组1 补充光源A ++ 与对照组相比，表明补充光源A有利于开花。 实验组2 喷施激素B溶液 +++ 与对照组和实验组1相比，表明①_____。 实验组3 ②_____ ++ 与实验组1相比，表明喷施激素B溶液的溶剂对开花无影响。 实验组4 补充光源A+喷施激素B溶液 +++++ 与实验组1和实验组2相比，表明③_____。 结论：补光光源A和水溶性激素B对三角梅开花数量的影响具有④_____作用。 20 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析 分层专练·靶向攻关 题型专攻·基础题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B A C A D A B B C 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 C C B A A C B B B C 二年重难·情境题 题号 1 2 3 4 5 答案 C C D C D 6．(1) 光合色素 ATP、NADPH (2)ABC (3)弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，导致腔内氢离子不断积累，出现酸化 (4) 弱光组释放氧气的时间早于KOH+弱光组，且更快达到最大氧气释放量 无氧呼吸产生的弱酸可以抑制有氧呼吸吗？无氧呼吸产生的弱酸抑制有氧呼吸的程度比抑制光合作用的程度高吗？ 7．(1) 水的光解 作为还原剂，参与暗反应中C3的还原，同时储存部分能量供暗反应利用 (2) 催化ATP合成、作为H⁺通道 H⁺（质子） (3)强光使D1蛋白含量降低，导致PSⅡ活性降低，进而影响光合作用的光反应阶段，使光合速率降低 (4) 实验思路：取生长状况相同的植物叶片若干，均分为两组，编号为A、B，均给以强光处理。然后A组不做处理，B组用一定浓度氟化钠处理叶片。一段时间后，检测叶片中D1蛋白交联聚合物和D1蛋白的含量 A组D1蛋白交联聚合物含量少于B组，D1蛋白含量小于B组 A组D1蛋白交联聚合物含量与B组相差不大，D1蛋白含量高于B组 8．(1) ATP和NADPH Y基因过表达植株叶绿体的类囊体结构相对完整；低温下Y基因过表达植株的D1蛋白含量稳定，从而保护了PSII (2) D1 蛋白含量基本等于 与D1蛋白降解相关基因的转录量基本等于 (3)细胞核中Y蛋白可与编码I酶和A酶基因的启动子结合，抑制编码I酶基因转录，促进编码A酶的基因转录，导致I酶减少、A酶增加，从而使淀粉合成减少，分解增多，降低叶绿体中淀粉的积累 (4)B 9．(1) 类囊体薄膜 红光和蓝紫光 (2) 强光 低于 (3) H2O NADPH ATP 强光下，PSⅠ和PSII产生的电子增多，C37蛋白缺失导致Cb6/f复合体活性降低，减少了从Cb6/f复合体到PSⅠ的电子传递，导致电子积累在Cb6/f复合体的上游，活性氧增加，促进叶绿素分解，从而引发细胞凋亡导致萎黄病 (4) C37基因突变会引起细胞凋亡，碱基序列相对保守是经过长期环境选择的结果，是植物对不良环境的一种适应。 10．(1) 水分 二氧化碳 暗 (2) （b-a）/8 “双龙” 黑暗处理 (3) 双龙 新 （负）反馈 (4)叶片是植物光合作用的主要部位，光照有限、植物生产力偏低的情况下，叶片脱落会进一步导致光合作用降低 五年真题·压轴题 1．(1) 电子显微镜 类囊体 (2)gk (3)BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 (4)BG响应光照强度变化，调控植物叶绿体发育（叶绿素含量），以实现不同光照条 件下光合效率最大化 2．(1) 光合 脂肪酸 (2)M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过多 (3)②④③① (4)线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态 3．(1)CO2和H2O (2)该时间段内温度较高，植物为减少蒸腾作用失水会关闭气孔，导致二氧化碳吸收量减少，光合速率下降，农光互补系统下光照强度降低，蒸腾作用减弱，气孔关闭程度小，二氧化碳吸收量较多，净光合速率更高 (3)更大 (4) A 4．(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 5．(1) 扞插、嫁接和压条 植物组织培养 (2)液泡或有色体 (3) 紫光 三角梅在紫光补光下叶绿素含量高于红光和白光组，叶绿素含量高则光合速率强，产生更多的有机物，引起植物开花更多 (4) 喷施激素B有利于开花，且开花数比补充光源A更有利于开花 喷施激素B溶液的溶剂+补充光源A 补充光源A和施加激素B能相互促进，开更多的花 协同 20 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析 第一部分 五年考情·精准定向 北京考情概览 北京热点情境 北京备考策略 第二部分 两大核心·主干速记 一图串联·核心梳理·易错辨析 核心知识01 光合作用和呼吸作用的联系 核心知识02 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 第三部分 分层专练·靶向攻关 题型专攻·基础题（北京视野，单选，2大题型） 两年重难·情境题（北京模拟，单选、非选择题） 五年真题·压轴题（北京视野，非选择题，含2026年高考真题） 第一部分 五年考情·精准定向 考情概览 新课标要求 考题统计 1. 光合作用与呼吸作用的联系？ 2. 植物光合速率和呼吸速率的测定？ 2025年北京卷，光合作用和呼吸作用综合分析 2023年北京卷，光合作用和呼吸作用综合分析 1．考查频次：近5年北京高考有两年都考查了光合作用和呼吸作用的关系，该部分知识点主要是通过非选择题的形式考查。 2．考查要点：考查内容聚焦两大板块：一是光合作用和呼吸作用的关系；二是测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法。 热点情境 中科院植物所莱茵衣藻叶绿体-线粒体-发酵代谢互作。该研究在黑暗厌氧下，衣藻启动细胞质、线粒体、叶绿体三处发酵代谢，产生的弱酸反馈抑制光合作用，而线粒体通过增强呼吸消耗弱酸，形成 “发酵 - 光合 - 呼吸” 三者的动态平衡。 对应知识点：光合作用和呼吸作用的关系 备考策略 1.拒绝单一知识点孤立复习，强化 “代谢联动” 思维​ 北京卷从不单独考光合或呼吸，所有大题均围绕 “光合-呼吸协同/制约”“环境胁迫-代谢响应”“物质-能量-信号通路联动”命题。 2.以北京本土情境为载体，串联通用知识点​ 所有复习素材优先对接北京科研（中科院植物所、北大、农科院）、城市工程（矿山修复、冬奥生态、温室农业）、本土物种（月季、毛白杨、油松），形成 “情境→原理→答题话术” 的条件反射（如看到 “高温” 立刻关联 “酶活性下降 + 气孔关闭 + 呼吸代偿”）。 3.重数据解读与实验探究，轻复杂计算​ 北京卷核心考查图表分析（曲线 / 表格 / 电镜图）、实验设计缺陷修正、结果预测，仅涉及基础的 “净光合 = 总光合 - 呼吸” 计算，无需刷复杂分段代谢计算题。 第二部分 两大核心·主干速记 内容速览：光合作用和呼吸作用的联系；测定植物光合速率和呼吸速率的常用方。 一图串联 核心梳理 核心知识1 光合作用和呼吸作用的联系 考点1:光合作用与细胞呼吸的物质和能量转化 1.过程联系 光合作用 呼吸作用 代谢类型 合成作用(同化作用) 分解作用(异化作用) 发生范围 含叶绿体的植物细胞；蓝细菌、光合细菌等 所有活细胞 发生场所 叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物) 有氧呼吸：细胞质基质、线粒体(真核生物)；细胞质(原核生物)。 无氧呼吸：细胞质基质 2.光合作用与有氧呼吸过程中元素的转移途径 （1）以C元素为例，用同位素标记法标记CO2中的C，追踪C的转移途径 （2）以H元素为例，用同位素标记法标记H2O中的H，追踪H的转移途径 （3） 以O元素为例，用同位素标记法标记H2O中的O，追踪O的转移途径 3.光合作用与有氧呼吸能量上的联系 【注意】叶绿体光反应产生的ATP只能用于叶绿体，如暗反应或其他吸能反应 4.光合作用与有氧呼吸中有关NADH、NADPH、ATP的来源与去路 物质 过程 来源 去路 NADH 有氧呼吸 第一阶段（葡萄糖）、第二阶段（丙酮酸和水） 第三阶段还原O2，产生H2O（释放大量能量） NADPH 光合作用 光反应阶段水光解产生 用于暗反应阶段还原C3 ATP 有氧呼吸 三阶段均产生 作为各项生命活动（除暗反应外）的直接能源物质 光合作用 光反应 可用于C3的还原 核心知识2 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 考点1:测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 1、总光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨析 (1)内在关系 ①细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③总光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。 (2)根据关键词判定 总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率 “同化”“固定”或“消耗”的CO2的量 “从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量 黑暗中释放的CO2的量 “产生”或“制造”的O2的量 “释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量 黑暗中吸收的O2的量 “产生”“合成”或“制造”的有机物的量 “积累”“增加”或“净产生”的有机物的量 黑暗中消耗的有机物的量 2、光合速率的测定方法 （1）“液滴移动法” ①测定呼吸速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。 b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。 c.置于适宜温度环境中。 d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。 ②测定净光合速率 a.装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。 b.必须给予足够光照处理，且温度适宜。 c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。 ③物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 (2)“黑白瓶法” 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。 (3)半叶法-测定光合作用有机物的制造量 ①测定：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤)阻止有机物的运输。在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB。 ②计算：设被截取部分初始干重为M。 a．被截取部分的呼吸速率＝(M－MA)/6。 b．被截取部分的净光合速率＝(MB－M)/6。 c．被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝(MB－MA)/6。 考点2:特殊代谢类型 1.光呼吸 研究发现，植物叶肉细胞在强光、高浓度O₂条件下，存在吸收O₂、释放CO₂的现象，该过程与光合作用同时发生，称为光呼吸。光呼吸在正常生长条件下会损耗25%～30%的光合产物，在高温干旱等逆境条件下损耗比例可高达50%。 （1）光呼吸是怎样发生的? Rubisco是光合作用的关键酶之一，该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。CO2浓度较高时，该酶催化C5(RuBP)与CO₂反应完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2结合产生三碳酸和乙醇酸(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，如图。 （2）光呼吸有什么“利害”之处? ①害：光呼吸消耗C₅,降低有机物产量。 ②利 提供CO2：强光照下叶片部分气孔关闭，叶片内CO2浓度降低，光呼吸能把产生的CO2和三碳酸提供给暗反应。保护光合器官：光呼吸是一个耗能反应，可把光反应产生的多余NADPH和ATP消耗掉，从而避免对叶绿体的损害。 （3）如何改造植物减少光呼吸? 改造Rubisco,使其具有更高的CO2亲和力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2机制，提升Rubisco附近的CO2浓度等。 2.C4植物 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。 CO2进入叶肉细胞，在有关酶催化下，被PEP固定，生成C4(草酰乙酸),再转变为苹果酸或天冬氨酸，通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞。这些C4脱羧生成丙酮酸(C3),并释放CO2,释放的CO2经卡尔文循环生成有机物。脱羧产生的C3转运回叶肉细胞，重新转变为PEP。干热条件下，C₄植物的生化和结构提高了其利用CO2的效率，在不影响固定CO₂的同时，缩小气孔、保存水分，在维管束鞘细胞中聚集CO₂,有效抑制了Rubisco的氧合能力，减小了光呼吸。 3.CAM植物 CAM植物普遍存在于极干燥环境中。夜间，CO2被PEP羧化酶固定而形成草酰乙酸，而后形成苹果酸。苹果酸积聚在液泡中，可达到很高浓度。日间，苹果酸被转运出液泡，经脱羧生成CO2和丙酮酸，释放出的CO2经卡尔文循环形成糖类。 CAM植物通过调节气孔的开放与关闭适应干旱的环境。在冷且相对较湿的晚上，气孔是开放的，保持最低程度的水流失，而允许CO2进入。在干热的白天，气孔则是关闭的，以阻止水分丢失，但此时苹果酸脱羧可以提供CO2。 第三部分 分层专练·靶向攻关 题型专攻·基础题（北京视野，单选，2大题型） 考查重点：光合作用和呼吸作用的关系；光合速率测定的方法 题型一：光合作用和呼吸作用的联系 1．单羧酸转运蛋白（MCT1）是哺乳动物细胞膜上同向转运乳酸和H+的跨膜蛋白。在癌细胞中，MCT1基因显著表达，导致呼吸作用产生大量乳酸；当葡萄糖充足时，MCTl能将乳酸和H+运出细胞，当葡萄糖缺乏时则将乳酸和H+运进细胞。下列推测错误的是（    ） A．合成与运输MCT1，体现细胞内结构之间的协调配合 B．乳酸被MCT1运进细胞，可作为替代葡萄糖的能源物质 C．癌细胞细胞质中乳酸产生较多使细胞内pH显著降低 D．MCTl会影响癌细胞增殖，其基因可作癌症治疗新靶点 【答案】C 【解析】由题意知：在癌细胞中，MCT1显著高表达，呼吸作用会产生大量的乳酸，说明进行无氧呼吸；当葡萄糖充足时，MCT1能将乳酸和H+运出细胞，当葡萄糖缺乏时则运进细胞，说明乳酸被MCT1运进细胞，可作为替代葡萄糖的能源物质。 【详解】A、MCT1是哺乳动物细胞膜上的蛋白质，其合成与运输需要核糖体、内质网、高尔基体之间的协调配合，A正确； B、根据题干信息“当葡萄糖缺乏时则将乳酸运进细胞”，说明乳酸可作为替代葡萄糖的能源物质，B正确； C、癌细胞细胞质中乳酸产生较多，但当葡萄糖缺乏时则将乳酸运进细胞，说明癌细胞存在乳酸代谢，使细胞内pH不会显著降低，C错误； D、MCT1会通过影响细胞代谢从而影响癌细胞增殖，其基因可作癌症治疗新靶点，D正确。 故选C。 2．下图表示类囊体膜上的电子传递过程及百草枯和敌草隆两种除草剂的作用机制， 相关说法正确的是（    ） A．两种除草剂需混合使用才可起到除草的作用 B．两种除草剂都通过阻断光反应过程起到除草作用 C．两种除草剂都只对杂草起作用，对农作物不起作用 D．两种除草剂都既可阻断植物代谢也可阻断动物代谢 【答案】B 【分析】敌草隆和百草枯是光合电子传递抑制剂，敌草隆竞争性结合QB位点，阻断其还原，因而阻断电子传递过程，百草枯抑制电子向NADP+的传递，这些除草剂通过阻断电子传递从而抑制光合作用，杀除杂草。 【详解】A、两种除草剂单独使用也可起到除草的作用，A错误； B、两种除草剂能阻断光合电子传递链，阻断光反应起到除草的作用，B正确； C、两种除草剂既对杂草起作用，也对农作物起作用，C错误； D、两种除草剂不能阻断动物代谢，D错误。 故选B。 3．关于真核细胞中有机物的合成，下列说法错误的是（    ） A．叶绿体中能合成有机物，线粒体中不能合成有机物 B．细胞合成的某些脂质可调控其他细胞蛋白质的合成 C．水和无机盐可为有机物的合成提供适宜环境或原料 D．基因可通过控制酶的合成，控制糖类、脂质的合成 【答案】A 【分析】1、叶绿体、线粒体中都含有DNA和核糖体，能合成蛋白质，都属于半自主细胞器。 2、动物激素的本质是蛋白质、固醇类或氨基酸衍生物等，故细胞内合成的某些脂质和蛋白质也可以参与细胞间的信息传递。 【详解】A、线粒体中含有DNA和核糖体，能合成蛋白质，因此可以合成有机物，A错误； B、细胞合成的某些脂质可作为激素调控其他细胞蛋白质的合成，B正确； C、水可为细胞内的各种化学反应提供液体环境，某些无机盐是细胞内复杂化合物的组成成分，如合成叶绿素需要镁，C正确； D、细胞内糖类、脂质的合成都需要酶的催化，D正确。 故选A。 4．下列关于ATP和ADP的转化，叙述正确的是 A．细胞渗透失水的过程，伴随着ATP转化为ADP B．糖酵解的过程中，伴随着ATP转化为ADP C．细胞有丝分裂过程中，伴随着ATP转化为ADP D．光合作用水的光解过程，伴随着ATP转化为ADP 【答案】C 【分析】ATP与ADP之间的相互转化过程并不是可逆反应。反应的场所、条件、反应式中的“能量”均不同： ATP合成 ATP分解 场所 细胞质基质、线粒体和叶绿体 包括细胞内所有需要能量来进行生命活动的结构 条件 由合成酶催化 由水解酶催化 “能量” 合成ATP的能量主要来自有机物分解释放的化学能和光合作用中吸收的光能 ATP水解释放的能量是储存在ATP高能磷酸键中的化学能 【详解】细胞渗透失水的过程，水分子通过细胞膜的方式是自由扩散，不需要消耗能量，因此不会发生ATP转化为ADP的过程，A错误；糖酵解的过程中，伴随着ADP转化为ATP，B错误；细胞有丝分裂过程需要消耗能量，因此该过程伴随者ATP转化为ADP，C正确；光合作用的水的光解过程，伴随着ADP转化为ATP，D错误。 5．下列关于植物叶肉细胞内ATP的叙述，不正确的是 A．一分子ATP由一分子腺嘌呤和三个磷酸基团构成 B．在叶绿体类囊体膜上生成ATP的过程需要光 C．有氧呼吸的各个阶段都伴随着ATP的合成 D．细胞核和细胞质中都存在ATP的水解反应 【答案】A 【详解】A、一分子ATP由一分子腺苷和三个磷酸基团构成，A项错误； B、在叶绿体类囊体膜上通过光反应生成ATP，B项正确； C、有氧呼吸的三个阶段可以产生ATP，C项正确； D、细胞核和细胞质中都存在吸能反应，需要ATP水解供能，D项正确。 故选A。 6．糖类、脂肪和蛋白质是细胞的主要营养物质，下图是人体有机物代谢过程模式图。图中字母表示物质，数字表示代谢过程。下列叙述错误的是（    ） A．①过程发生在细胞质基质中，A为丙酮酸 B．D为脂肪酸，大多数是饱和的，熔点较高 C．图中三大类营养物质氧化分解过程中形成ATP最多的过程是④ D．⑥和①过程能产生人体所需的8种必需氨基酸 【答案】D 【分析】分析题图，图中①是糖酵解过程，②是有氧呼吸第二阶段，③是三羧酸循环，④是有氧呼吸第三阶段，⑤⑥⑦⑧分别是丙酮酸和其他物质的相互转化，⑨⑩是二氧化碳和脂肪酸的相互转化，⑪⑫第α—草酰乙酸与氨基酸的相互转化。A是丙酮酸，B是[H]，C是水，D是脂肪酸。 【详解】A、①过程是糖酵解过程，即葡萄糖经一系列氧化分解转变为丙酮酸的过程，故A是丙酮酸，该过程发生的场所是细胞质基质，A正确； B、D是脂肪酸，脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，大多数动物脂肪含饱和脂肪酸，熔点较高，室温下呈固态，B正确； C、图中④过程，即[H]和氧气生成水的过程会产生大量的ATP，较其他过程氧化分解释放的ATP多，C正确； D、必需氨基酸是人体不能自己合成的，必须从外界环境获取的，故⑥和①过程均不能产生人体的必需氨基酸，D错误。 故选D。 7．蓝细菌可通过CO2浓缩机制主动富集无机碳提高光合效率如图1所示。研究人员利用该机制改造了水稻等农作物(如图2)，对比二者CO2浓缩机制，下列叙述正确的是（　　） A．两者的碳酸酐酶(CA)合成场所可能相同 B．两者糖类的合成均在羧酶体内完成 C．两者均依赖类囊体膜上的光合色素捕获光能 D．两者转运HCO3-所需的ATP来源相同 【答案】A 【详解】A、碳酸酐酶（CA）的本质是蛋白质，蛋白质的合成场所为核糖体。蓝细菌是原核生物，细胞内含有核糖体；水稻是真核生物，细胞质基质、叶绿体中都存在核糖体，因此二者CA的合成场所可能均为核糖体，A正确； B、蓝细菌的糖类合成可依赖羧酶体的反应完成，但改造后的水稻中羧酶体仅释放CO2，糖类是在叶绿体基质中经暗反应多步合成，并非在羧酶体内完成，B错误； C、类囊体是真核生物叶绿体特有的结构，蓝细菌为原核生物，无叶绿体和类囊体，其光合色素分布在光合片层上，不依赖类囊体膜捕获光能，C错误； D、蓝细菌转运HCO3-的ATP可来自细胞呼吸和光合作用光反应；水稻叶绿体转运HCO3-的ATP仅来自细胞呼吸，二者ATP来源不同，D错误。 8．下图为陆生植物叶绿体中发生的相关物质变化的模式图，PSⅡ和PSⅠ是位于类囊体膜中能吸收光能的蛋白质复合体，①是参与光合作用的物质。下列有关叙述错误的是（　　） A．叶绿素主要吸收蓝紫光和红光 B．若突然停止光照，则短时间内的值变大 C．图中Ⅱ代表暗反应阶段，该阶段不直接依赖光 D．图中物质①可作为还原剂和储存能量的物质 【答案】B 【详解】A、叶绿素包括叶绿素a、叶绿素b，主要吸收可见光中的蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A正确； B、若突然停止光照，光反应立刻停止，短时间内ATP和NADPH的生成量减少，C3的还原速率下降，C5的生成量减少，而CO2的固定仍在正常消耗C5生成C3，因此C3含量上升、C5含量下降，C5/C3的值变小，B错误； C、图中Ⅱ代表卡尔文循环，属于光合作用的暗反应阶段，该阶段不需要光直接参与，仅需要光反应提供的ATP和NADPH即可进行，因此不直接依赖光，C正确； D、图中物质①是NADPH（还原型辅酶Ⅱ，高中阶段也可称为[H]），在暗反应中既可作为还原剂还原C3，也储存了能量供暗反应合成有机物使用，D正确。 9．气孔是植物与外界进行气体交换的重要器官，气孔开闭与构成气孔的保卫细胞的状态密切相关。保卫细胞膜上的质子泵转运H+时依赖于ATP水解释放的能量，质子泵被ATP激活后，生物膜上K+、Cl﹣通道打开，导致气孔张开，过程如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．图中质子泵转运H+的方式与乙醇跨膜运输的方式相同 B．转运H+的过程中，质子泵磷酸化导致其空间结构改变 C．气孔张开的原因是K+、Cl﹣使细胞液浓度增大，保卫细胞失水 D．可对农作物大量施用钾肥增大植物气孔开度，有利于光合作用 【答案】B 【详解】A、质子泵转运H+依赖ATP水解释放的能量，属于主动运输；乙醇跨膜运输的方式为自由扩散，二者运输方式不同，A错误； B、转运H+的主动运输过程中，ATP水解产生的磷酸基团可使质子泵（载体蛋白）发生磷酸化，导致其空间结构发生改变，进而完成H+的转运，B正确； C、K+、Cl﹣进入保卫细胞后使细胞液浓度增大，细胞液渗透压升高，保卫细胞吸水膨胀，使气孔张开，C错误； D、大量施用钾肥会导致土壤溶液浓度过高，植物根细胞无法吸水甚至失水，出现烧苗现象，反而不利于植物生长和光合作用，D错误。 10．绿硫细菌是一类严格厌氧的光合自养细菌，由于缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧光合作用。下图是绿硫细菌的光反应过程示意图，据图分析下列说法错误的是（　　） A．据图分析，绿硫细菌细胞内具有膜结构 B．图中可看出造成内腔和细胞质基质H+浓度差的过程有三个 C．图示H+的运输方式为协助扩散 D．该光合作用过程中最终电子供体是H2S 【答案】C 【详解】A、图中的光合片层能够吸收光能对H2S进行光解，在功能上相当于高等植物的类囊体膜，因此绿硫细菌细胞内具有膜结构，A正确； B、内腔和细胞质基质H+浓度差形成的原因包括①高能电子（e-）提供能量进行H+的跨膜运输、②内腔中H2S分解产生H+、③细胞质基质中NADPH合成消耗H+，B正确； C、ATP合酶运输H+是顺浓度梯度进行的，属于协助扩散；经电子和H+传递链进入内腔的H+的运输方式为逆浓度梯度运输，属于主动运输，C错误； D、绿硫细菌进行不产氧光合作用，H2S代替了H2O，该光合作用过程中最终电子供体是H2S，D正确。 题型二：光合作用测定的方法 11．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 【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。 12．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 【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。 13．下图是某生物兴趣小组探究不同条件下光合作用和呼吸作用过程中气体产生情况的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的二氧化碳浓度在恒定水平。下列几种实验结果（给予相同的环境条件），不可能出现的是（　　） A．甲、乙装置水滴都左移 B．甲、乙装置水滴都右移 C．甲装置水滴不动，乙装置水滴左移 D．甲装置水滴右移，乙装置水滴左移 【答案】B 【详解】A、在黑暗条件下，甲乙装置都只进行呼吸作用，呼吸作用消耗氧气，而装置中二氧化碳量保持平衡，因此水滴都左移，A正确； B、如果甲、乙装置水滴都右移，说明装置中气体量会增多，青蛙呼吸作用不可能使气体量增多，B错误； C、甲装置中的绿色植物光合作用等于呼吸作用时水滴不动，乙装置水滴应向左移，C正确； D、甲装置中的绿色植物光合作用大于呼吸作用时装置中水滴向右移，乙装置水滴应向左移，D正确。 故选B。 14．某同学利用如图所示装置探究CO2浓度对小球藻净光合速率的影响。下列叙述错误的是（　　） A．X溶液为NaOH溶液，且需要配制一系列浓度梯度 B．实验过程中应保持各组的温度、光照强度等条件相同 C．可根据移液管中液面下降速率判断小球藻净光合速率 D．增大CO2进入叶绿体的阻力会降低小球藻的光合速率 【答案】A 【详解】A、本实验的目的是探究CO2浓度对小球藻净光合速率的影响，NaOH溶液的作用是吸收CO2，若用NaOH溶液作为X溶液，会使装置内CO2浓度降低甚至为0，无法设置不同的CO2浓度梯度来探究实验目的，X溶液应选择可提供不同CO2浓度的溶液（如NaHCO3溶液），A错误； B、实验过程中温度、光照强度属于无关变量，为保证实验结果的准确性，需要保持各组的无关变量相同且适宜，B正确； C、小球藻进行光合作用产生氧气，会使装置内气压升高，导致移液管中液面下降，液面下降速率可反映小球藻的净光合速率，C正确； D、增大CO2进入叶绿体的阻力，暗反应速率减慢，进而使小球藻的光合速率降低，D正确。 故选A。   15．某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25℃下进行了一系列的实验，对实验过程中装置条件及结果的叙述，错误的是（　　） A．若X溶液为清水并遮光处理，液滴左移，说明有氧呼吸的底物只有葡萄糖一种 B．若X溶液为NaOH溶液并遮光处理，一段时间后液滴向左移动 C．若X溶液为NaOH溶液并遮光处理，可探究该植物的有氧呼吸强度 D．若X溶液为CO2缓冲液并给予适宜光照，液滴移动距离可表示净光合作用强度 【答案】A 【详解】A、若X溶液为清水，清水对气体的消耗和产生几乎没有影响，在遮光条件下，可排除光合作用的影响，已知不考虑无氧呼吸，若液滴左移，说明O2的消耗量大于CO2的释放量，说明有氧呼吸的底物可能存在非糖物质的氧化分解，即不止葡萄糖一种，A错误； B、若X溶液为NaOH溶液，吸收CO2，遮光时，光合作用不能正常进行，所以液滴的移动反映了O2的消耗量，即植物的有氧呼吸强度，一段时间后，液滴向左移动，B正确； C、若X溶液为NaOH溶液，吸收CO2，遮光时，光合作用不能正常进行，所以液滴的移动反映了O2的消耗量，即植物的有氧呼吸强度，可探究该植物的有氧呼吸强度，C正确； D、若X溶液为CO2缓冲液，该溶液可以维持装置中CO2浓度的相对稳定，在给予适宜光照时，液滴的移动距离可表示O2的释放量，即净光合作用强度，D正确。 故选A。 16．甲同学用如图装置测定虎耳草的真光合速率。实验设计如下：取两株虎耳草放入两个相同的装置中，编号为1号、2号；将1号装置放置在黑暗环境中，2号装置放置在自然光照条件下；实验结束后记录红色液滴移动的刻度。下列说法错误的是（　　） A．虎耳草的生长状况、温度均为无关变量，需保证相同且适宜 B．该实验设计所用的虎耳草太少，实验结果易受偶然因素影响 C．一段时间内2号液滴不动，说明该段时间叶肉细胞的光合强度等于呼吸强度 D．1号中虎耳草呼吸强度随O2浓度下降而下降，导致得出的真光合值偏小 【答案】C 【详解】A、该实验的自变量是“有无光照”，因变量是液滴移动刻度（反映O2变化）。虎耳草生长状况（如长势、叶片数量）、温度会影响光合和呼吸速率，属于无关变量，需保证相同且适宜，避免干扰实验结果，A正确； B、实验仅用两株虎耳草，样本数量过少，易受植株个体差异、偶然损伤等因素影响，导致实验结果误差较大，重复性差，B正确； C、2号装置液滴不动，说明整个植株的净光合速率为0。但植株中存在根、茎等非光合细胞，这些细胞只进行呼吸作用，不进行光合作用。因此，叶肉细胞的光合强度必须大于其呼吸强度，才能弥补非光合细胞的呼吸消耗，使整体净光合速率为0，C错误； D、1号装置在黑暗环境中，虎耳草只进行呼吸作用，消耗O2、释放CO2（被CO2缓冲液吸收）。随着O2浓度下降，呼吸强度会逐渐降低，测得的呼吸速率偏小。而真光合速率=净光合速率+呼吸速率，呼吸速率测量值偏小会导致最终计算的真光合值偏小，D正确。 故选C。 17．黑白瓶法可用于研究赛里木湖中浮游植物生产量，所用白瓶完全透光，黑瓶不透光。用若干个黑白瓶，装入某湖泊一定水层的1L湖水后密闭，进行实验测试，结果如图所示。下列相关说法正确的是（    ） A．a光照强度下白瓶24小时后的溶解氧为浮游植物的总光合量 B．a光照强度下白瓶中生物24小时呼吸消耗氧气量为7mg C．a光照强度下不能满足瓶中生物对氧气所需量 D．a光照下白瓶中生物产生ATP的场所是线粒体和叶绿体 【答案】B 【详解】A、分析题意，白瓶是透光瓶，可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶是不透光瓶，只能进行呼吸作用，在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据可以得知正常的呼吸耗氧量，白瓶中氧气的变化量是净光合作用量，白瓶中24小时后的溶解氧代表初始溶解氧+光合生产量-呼吸消耗量，A错误； B、黑瓶中生物只进行呼吸作用，瓶中呼吸消耗氧气量代表了湖水中生物的呼吸强度，消耗的氧气为10-3=7mg，B正确； C、a光照下，瓶中生物24小时后溶解氧的含量还是为10，说明净光合作用等于0，即a光照下，可以满足瓶中生物对氧气所需量，C错误； D、a光照下白瓶中植物可进行呼吸作用和光合作用，其场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，D错误。 故选B。 18．玉米、甘蔗等C4植物在高温强光下光合效率显著高于水稻、小麦等C3植物。2025年研究进一步阐明了C4植物叶肉细胞与维管束鞘细胞协同固定CO2的机制。据此判断，以下关于光合作用的叙述正确的是：（    ） A．光反应在叶绿体基质中进行，利用光能将水分解为O2和[H]，并合成ATP；暗反应在类囊体膜上利用ATP和[H]固定CO2 B．C3植物中，CO2直接与C5结合形成C3；而C4植物先在叶肉细胞将CO2固定为C4，再转运至维管束鞘细胞释放CO₂供卡尔文循环使用 C．暗反应不需要光，因此只能在夜间进行，而光反应必须在白天进行，二者在时间上严格分离 D．光合作用中，光能最终转化为有机物中稳定的化学能，该过程不涉及任何能量形式的损失 【答案】B 【详解】A、光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，利用光能分解水产生O2和[H]，并合成ATP；暗反应在叶绿体基质中利用ATP和[H]还原CO2，A错误； B、C3植物中，CO2直接与C5结合形成C3（卡尔文循环）；C4植物在叶肉细胞中，CO2先与PEP结合形成C4（草酰乙酸），C4转运至维管束鞘细胞后释放CO2供卡尔文循环使用，B正确； C、暗反应虽然不需要光，但需要光反应提供的ATP和[H]，因此在白天光反应进行时，暗反应通常也同时进行，并非只能在夜间进行，C错误； D、光合作用中，光能转化为有机物中化学能的过程存在能量损失，例如部分光能以热或荧光形式散失，能量转换效率并非100%，D错误。 故选B。 19．CAM植物（如仙人掌）适应干旱环境的能力极强，其独特的CO2固定时间分配机制可减少水分散失，该机制是植物适应性进化的典型案例。下列关于CAM植物（如仙人掌）CO2固定特点的叙述，正确的是（　　） A．白天开放气孔吸收CO2，夜间进行卡尔文循环 B．夜间开放气孔吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中 C．叶肉细胞和维管束鞘细胞分工完成CO2固定 D．光合速率不受光照强度影响 【答案】B 【详解】A、CAM植物在白天关闭气孔以减少水分散失，因此白天不开放气孔吸收CO₂；其卡尔文循环（暗反应）主要在白天利用夜间固定的CO₂进行，A错误； B、CAM植物在夜间开放气孔吸收CO₂，通过PEP羧化酶固定CO₂生成草酰乙酸，并转化为苹果酸储存于液泡中；白天再释放CO₂供卡尔文循环使用，B正确； C、叶肉细胞与维管束鞘细胞分工协作是C4植物（如玉米）的特点，CAM植物仅由叶肉细胞完成CO₂固定与卡尔文循环，C错误； D、光照强度直接影响光反应阶段ATP和[H]的合成，进而影响卡尔文循环速率，因此CAM植物的光合速率仍受光照强度影响，D错误。 故选B。 20．景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，景天科植物的CAM途径是一种特殊代谢方式：气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为CAM代谢途径示意图，下列叙述不正确的是（    ） A．景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质 B．景天科植物CO2固定的场所是细胞质基质、叶绿体基质 C．甲发生在白天，乙发生在夜晚 D．景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高，酶B活性低 【答案】C 【详解】AB、气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环，景天科植物CAM途径发生的场所是细胞质基质， CO2固定的场所均是细胞质基质和叶绿体基质，AB正确； C、景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，甲过程气孔打开时，PEP 与外界进入的 CO2反应生成草酰乙酸（OAA），并进一步被还原成苹果酸，发生在夜晚；乙过程表示气孔关闭时，苹果酸又可分解释放 CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环，发生在白天，C错误； D、景天科植物起源于南非并分布于全球几乎所有的干旱环境，夜晚合成苹果酸，因此甲过程比较旺盛，酶A活性高，酶B活性低，D正确。 故选C。 两年重难·情境题（主要北京模拟，单选、非选择题） 设题创新:光伏农业，考察光合与呼吸的联系(T1);盐碱胁迫强度对本土优势牧草羊草光合特性的影响，考查光合作用与呼吸作用的因素（T3）;光系统，考查不光合与呼吸的关系(T7) 1．光伏农业系统由聚光光伏发电系统和农业大棚两部分组成，农业大棚上方安装聚光板利用太阳能发电，聚光板底部安装滤光膜。夏季蔬菜空心菜对高温有较好的适应性，为探究光伏发电系统对大棚作物生长影响，科研人员将空心菜分两组，分别在滤光膜遮挡（组一）和无滤光膜遮挡（组二）的种植箱中培养，并测量相关指标，结果如下表（差异不显著用相同字母a标识）。下列推测最合理的是（　　） 叶绿素a含量/mg·g-1 叶绿素b含量/mg·g-1 净光合速率/μmol·m-2·s-1 气孔导度/ol·m-2·s-1 胞间（CO₂浓度/μmol·mol-1 日间叶片温度/°C 组一 1.321 0.46 24.48 0.069 681.68 19.9 组二 1.287 0.397 19.41 0.038 1284.50 22.4 A．滤光膜主要吸收蓝紫光和红光 B．组一光能的利用效率小于组二 C．组一日间呼吸作用强度小于组二 D．组一空心菜有机物积累小于组二 【答案】C 【详解】A、叶绿素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用，若滤光膜主要吸收这两种光，组一可利用的光合有效辐射会减少，净光合速率应低于组二，与表格中组一净光合速率更高的结果矛盾，A错误； B、组一叶绿素a、叶绿素b含量均高于组二，且净光合速率更高，说明组一对光能的利用效率大于组二，B错误； C、一定范围内温度越高，呼吸酶活性越强，呼吸作用强度越大，组一日间叶片温度低于组二，因此呼吸作用强度小于组二，C正确； D、净光合速率直接反映单位时间单位面积有机物的积累量，组一净光合速率显著高于组二，因此组一空心菜有机物积累大于组二，D错误。 2．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 【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。 3．2025年5月，中国科学院东北地理与农业生态研究所针对松嫩平原苏打盐碱地植被修复问题，探究了不同盐碱胁迫强度对本土优势牧草羊草光合特性的影响，实验设置对照组（无盐碱胁迫）、轻度盐碱组、中度盐碱组、重度盐碱组，在相同且适宜的光照、温度条件下，测定羊草的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度，结果如下图。下列相关叙述正确的是（　　） 注：气孔导度越大，代表气孔开放程度越高；图中不同小写字母代表组间差异显著。 A．重度盐碱胁迫下，羊草净光合速率下降的主要原因是气孔导度降低，CO₂供应不足 B．若在实验过程中突然降低光照强度，短时间内羊草叶绿体中C₅的含量会上升 C．测定羊草的净光合速率时，需在黑暗条件下测定其呼吸速率后，再计算总光合速率 D．本实验可证明，轻度盐碱胁迫对羊草的光合作用无显著抑制作用，羊草具备一定的耐盐碱能力 【答案】D 【详解】A、重度盐碱胁迫下，羊草的气孔导度显著降低，但胞间CO₂浓度却显著升高，说明净光合速率下降的主要原因并非CO₂供应不足，而是盐碱胁迫破坏了叶绿体结构、降低了光合酶活性，导致叶肉细胞对CO₂的固定能力下降，A错误； B、突然降低光照强度，光反应速率下降，产生的ATP和NADPH减少，C₃的还原速率减慢，而CO₂的固定仍在正常进行，因此短时间内叶绿体中C₅的含量会下降，C₃含量会上升，B错误； C、净光合速率可直接通过红外线CO₂分析仪在光下测定，无需先测呼吸速率再计算；总光合速率=净光合速率+呼吸速率，需要分别测定净光合速率和黑暗条件下的呼吸速率后计算，C错误； D、由图可知，轻度盐碱组与对照组相比，净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度均无显著差异（无相同小写字母代表差异显著），说明轻度盐碱胁迫对羊草光合作用无显著抑制作用，羊草具备一定的耐盐碱能力，D正确。 4．下图是某植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的过程示意图，其中①~⑤代表生理过程，下列相关叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于过程③④⑤ B．过程②消耗的CO2全部来自过程④产生的CO2 C．过程③④⑤中，只有过程⑤能产生大量ATP D．光照充足时，过程②的速率等于过程③④⑤的总速率 【答案】C 【详解】A、过程①光反应阶段产生的ATP和NADPH，用于②暗反应C3的还原，不用于③④⑤细胞呼吸各阶段过程，A错误； B、当细胞净光合速率大于0时，过程②暗反应阶段消耗的CO2除了来自过程④有氧呼吸第二阶段产生的CO2外，还有从外界环境中吸收的CO2，B错误； C、过程③④⑤中，③④阶段产生少量的ATP，过程⑤中产生大量的ATP，C正确； D、光照充足时，净光合速率大于0，过程②暗反应阶段固定的CO2速率（总光合速率）大于③④⑤的速率（细胞呼吸速率），D错误。 5．室内栽培绿萝能够有效清除甲醛污染。为研究其作用机制，科学家首先研究在密闭环境下绿萝正常的呼吸作用和光合作用，测定环境中的CO2浓度变化，结果如图甲所示；而后将用特殊方法处理的甲醛通入密闭环境，研究绿萝处理甲醛的途径。图乙所示为光合作用和甲醛代谢的相关过程（其中HCHO为甲醛，RU5P和HU6P是中间产物）。下列相关说法错误的是（　　） A．弱光照组叶肉细胞叶绿体产生的O2可扩散至线粒体和细胞外 B．d时间内完全光照组植株固定CO2的速率是（a-c）/d ppm/s C．可采用同位素标记法追踪并探明循环②甲醛的碳同化路径 D．推测绿萝细胞同化甲醛（HCHO）的场所应是叶绿体基粒 【答案】D 【详解】A、弱光照组密闭环境中二氧化碳含量没有变化，推测绿萝植物光合作用速率等于呼吸作用速率，由于植株存在不能进行光合作用的细胞，所以弱光照组叶肉细胞的光合速率大于其呼吸速率，其叶绿体产生的O₂可扩散至线粒体和细胞外，A正确； B、根据图甲可知， d时间内呼吸作用释放二氧化碳量为（a-b）， 净光合作用吸收的二氧化碳量为b-c，d时间内完全光照组植株的固定CO2的速率（总光合作用速率）=呼吸作用速率+净光合作用速率=（a-b）/d+（b-c）/d=（a-c）/d ppm/s，B正确； C、同位素示踪法是利用放射性元素或稀有稳定元素作为示踪剂，对研究对象进行标记的微量分析方法，故可采用同位素标记法追踪并探明循环②甲醛的碳同化路径，C正确； D、据图乙可知，循环①的名称是卡尔文循环，由图可知，同化甲醛（HCHO）的场所应是叶绿体基质，D错误 6．（25-26高三上·北京东城·期末）学习以下材料，回答以下问题。 无氧呼吸产生的弱酸对光合作用的影响 光合自养型生物依赖光合作用将光能转化为化学能，通过呼吸作用将有机物中的能量释放出来供给代谢活动。有研究发现，在早晚弱光环境及夜晚条件下，无氧呼吸方式对于衣藻的生存很重要。在衣藻中，无氧呼吸过程中产生的丙酮酸具有多条代谢途径，较为特别的是丙酮酸能够进一步代谢产生甲酸、乙酸等各种弱酸（HA）。研究表明，缺氧条件下衣藻无氧呼吸产生的弱酸导致了类囊体腔的酸化。弱酸在衣藻细胞中有未解离的弱酸分子和解离后的离子两种存在形式。其中弱酸分子可以穿过生物膜进入细胞的各区室中，研究人员根据多项研究提出了“离子陷阱”模型（如图1）。研究还发现，类囊体腔的缓冲能力不足细胞质基质和叶绿体基质的二十分之一。有数据表明，无氧呼吸产生的弱酸可以抑制光反应中的光捕获和电子传递。为了模拟黎明时分的光照情况，研究人员将衣藻进行黑暗密闭处理3小时后给予弱光光照，另一组进行相同处理并额外添加氢氧化钾（实验结果如图2所示）。在有氧情况下，相同实验处理发现氢氧化钾对氧气释放情况无影响。在自然环境中，衣藻经历黑暗和弱光条件的交替，黄昏时光合作用减弱，氧气通过有氧呼吸迅速耗尽，衣藻通过活跃无氧呼吸以维持细胞的能量供给。黎明时分无氧呼吸产生的弱酸在一定程度上有利于衣藻释放氧气。该研究为探索光合作用和呼吸作用的关系提供了新思路。 (1)在光合作用的光反应阶段，类囊体薄膜上的_____吸收光能，并将光能转化为____中活跃的化学能参与到暗反应阶段。 (2)下列选项中，可作为证据支持无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化的有_____。 A．类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关 B．外源添加甲酸、乙酸等弱酸后衣藻均出现类囊体腔酸化的现象 C．无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化 (3)结合图1及文中信息分析，弱酸导致类囊体腔酸化的机制是_____。 (4)图2结果显示_____。因此可以认为弱光条件下，无氧呼吸产生的弱酸在一定程度上有利于衣藻释放氧气。为解释此现象，请提出一个需要进一步研究的问题。_____ 【答案】(1) 光合色素 ATP、NADPH (2)ABC (3)弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，导致腔内氢离子不断积累，出现酸化 (4) 弱光组释放氧气的时间早于KOH+弱光组，且更快达到最大氧气释放量 无氧呼吸产生的弱酸可以抑制有氧呼吸吗？无氧呼吸产生的弱酸抑制有氧呼吸的程度比抑制光合作用的程度高吗？ 【详解】（1）光合色素位于类囊体薄膜上，光合有关的酶位于叶绿体类囊体薄膜和叶绿体基质中。光反应阶段，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，并将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 （2）A、类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关，即无氧呼吸产生弱酸的总积累量多，进而类囊体腔内的酸化程度高，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，A正确； B、甲酸、乙酸都是弱酸，外源添加弱酸后衣藻均出现类囊体腔酸化的现象，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，B正确； C、无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化，产生弱酸的突变体在黑暗条件下发现类囊体腔酸化,可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，C正确； 故选ABC。 （3）由图1可知，弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由于氢离子无法直接穿过类囊体膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，导致腔内氢离子不断积累，出现酸化。 （4）衣藻暗处理3小时后一组给予弱光光照，另一组进行相同处理并额外添加氢氧化钾，由图2可知，弱光组释放氧气的时间早于KOH+弱光组，且更快达到最大氧气释放量。弱光条件下，无氧呼吸产生的弱酸在一定程度上有利于衣藻释放氧气。为解释此现象，需要进一步研究无氧呼吸产生的弱酸对有氧呼吸的影响，如无氧呼吸产生的弱酸可以抑制有氧呼吸吗？无氧呼吸产生的弱酸抑制有氧呼吸的程度比抑制光合作用的程度高吗？ 7．（25-26高三上·北京·阶段检测）光系统是指由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），图1为光系统发生的反应示意图。D1蛋白是对PSⅡ活性起调节作用的关键蛋白，使用蛋白质凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1蛋白含量，以细胞内恒定表达的微管蛋白含量作为参照，结果如图2。 (1)分析图1可知，光系统PSⅡ发生的反应是__________，NADPH在光合作用中的作用是____________。 (2)由图可知，图中ATP合成酶的作用有__________。合成ATP依赖于_________形成的电化学势能。 (3)结合图1、2推测强光导致光合速率降低的原因可能是_________。 (4)强光条件下，叶肉细胞内会生成一系列光有毒产物攻击D1蛋白，使D1蛋白高度磷酸化，并形成D1蛋白交联聚合物，从而损伤光合结构。在正常条件下，植物可以降解D1蛋白交联聚合物，聚合物的降解包含去磷酸化和交联聚合物解聚两个过程。已知用一定浓度氟化钠处理叶片可抑制去磷酸化。请设计实验探究D1蛋白交联聚合物降解过程的先后顺序，并预期实验结果。 实验思路：_____________。 预期结果：若___________，先发生去磷酸化。 若_______________，先发生交联聚合物解聚。 【答案】(1) 水的光解 作为还原剂，参与暗反应中C3的还原，同时储存部分能量供暗反应利用 (2) 催化ATP合成、作为H⁺通道 H⁺（质子） (3)强光使D1蛋白含量降低，导致PSⅡ活性降低，进而影响光合作用的光反应阶段，使光合速率降低 (4) 实验思路：取生长状况相同的植物叶片若干，均分为两组，编号为A、B，均给以强光处理。然后A组不做处理，B组用一定浓度氟化钠处理叶片。一段时间后，检测叶片中D1蛋白交联聚合物和D1蛋白的含量 A组D1蛋白交联聚合物含量少于B组，D1蛋白含量小于B组 A组D1蛋白交联聚合物含量与B组相差不大，D1蛋白含量高于B组 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成；②暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。 【详解】（1）分析图1可知，光系统PSⅡ发生的反应是水的光解，即H2O在光的作用下分解为O2和H+，同时释放电子。即水的光解，产生氧气、氢离子和电子；NADPH在光合作用中的作用是：作为还原剂，参与暗反应中C3的还原，同时储存部分能量供暗反应利用。 （2） 图中ATP合成酶有两个作用：一是催化ATP的合成（将ADP+Pi合成 ATP）；二是作为H⁺的通道，让H⁺顺浓度梯度跨膜运输。光反应中，H⁺在类囊体腔侧积累，形成H⁺（质子）电化学势能，为ATP合成提供能量。 （3）结合图1、2，从图2可以看出，较强光照强度（W2）照射2小时后，D1蛋白含量低于适宜光照强度（CK）照射2小时后的含量，而D1蛋白是对PSⅡ活性起调节作用的关键蛋白，所以推测强光导致光合速率降低的原因可能是：强光使D1蛋白含量降低，导致PSⅡ活性降低，进而影响光合作用的光反应阶段，使光合速率降低。 （4）在正常条件下，植物可以降解D1蛋白交联聚合物，聚合物的降解包含去磷酸化和交联聚合物解聚两个过程。已知用一定浓度氟化钠处理叶片可抑制去磷酸化，设计实验探究D1蛋白交联聚合物降解过程的先后顺序，自变量为是否用氟化钠处理，因变量为D1蛋白交联聚合物和D1蛋白的含量。 实验思路：取生长状况相同的植物叶片若干，均分为两组，编号为A、B，均给以强光处理。然后A组不做处理，B组用一定浓度氟化钠处理叶片。一段时间后，检测三组叶片中D1蛋白交联聚合物及D1蛋白含量。 预期结果：若A组D1蛋白交联聚合物含量少于B组，D1蛋白含量高于B组，则先发生去磷酸化。因为B组抑制了去磷酸化，交联聚合物降解受阻，含量会高于A组，D1蛋白含量小于A组； 若A组D1蛋白交联聚合物含量与B组相差不大，D1蛋白含量高于B组，则先发生交联聚合物解聚。因为先发生交联聚合物解聚，B组用一定浓度氟化钠处理对交联聚合物含量影响不大，A组和B组含量相等，B组抑制了去磷酸化，D1蛋白含量小于A组。 8．（25-26高三上·北京·阶段检测）学习下列材料，回答（1）~（5）题。 叶绿体与细胞核双定位Y蛋白对于番茄抗低温的机制分析 番茄易受低温伤害，导致严重减产。我国科研人员从番茄低温诱导表达数据库中发现了丫基因，低温处理使其转录量升高。Y基因编码的Y蛋白是植物特有的DNA结合蛋白，定位于叶绿体和细胞核。4℃低温处理后，Y基因过表达株系比野生型明显耐低温，而敲除Y基因的株系的低温耐受能力低于野生型。 低温会导致活性氧（ROS）产生，而大量的ROS会破坏植物细胞光合膜系统。电镜观察叶绿体超微结构发现，与野生型相比，低温处理后Y基因过表达株系的类囊体结构相对完整、叶绿体中淀粉粒数量少，而敲除Y基因的株系类囊体受损更严重且淀粉粒数量更多。科研人员对Y蛋白的作用机制进行了研究。 类囊体膜上的光合复合体PSII是光反应中吸收、传递并转化光能的重要场所，叶绿体基因编码的D1蛋白是PSII的核心蛋白，低温会被破坏D1蛋白。常温下Y基因过表达株系中的D1蛋白含量与野生型相同，而低温处理下，野生型中D1蛋白含量下降，Y基因过表达植株的D1蛋白含量基本保持稳定，从而保护了PSII。 I酶和A酶分别参与叶绿体中淀粉的合成与降解。在细胞核中，Y蛋白可通过与两者启动子结合，调控I酶和A酶基因的转录，降低低温下叶绿体中淀粉的积累。 R酶由8个大亚基蛋白和8个小亚基蛋白组成，是CO2固定过程中的限速酶，对低温胁迫尤为敏感。小亚基蛋白由S基因编码，S基因过表达植株与野生型相比，低温下R酶含量更高且耐低温能力更强。研究还发现，Y蛋白能够与S基因的启动子结合并增强其转录，从而在低温胁迫下维持R酶的含量。 农业生产中，Y基因的发现及其调控机制的研究，为增强冷敏感作物的低温抗性提供了有效途径。 (1)低温破坏叶绿体类囊体膜，影响光反应的进行，为碳反应提供的__________减少，降低了植物光合速率。据文中信息，低温下Y基因过表达植株有利于光反应进行的直接原因有___________________。 (2)研究过程中为确定Y蛋白在低温胁迫下维持D1蛋白含量稳定的作用机制，科研人员进行了如下实验： 实验材料 实验处理 检测指标 实验结果 Y基因过表达植株及野生型 施加硫酸链霉素（可抑制叶绿体编码基因翻译）后，低温处理 D1蛋白含量 Y基因过表达植株 I 野生型 低温处理 与D1蛋白降解相关基因的转录量 Y基因过表达植株 II 野生型 结果说明在番茄中过量表达Y基因增加了D1蛋白的合成，而未减少D1蛋白降解。请在上述表格I、II处将实验结果补充完整I_______________________；II_____________________。 (3)叶绿体中的淀粉粒积累抑制光合作用。根据Y蛋白功能特点，结合文中信息，推测细胞核中的Y蛋白低温下减少叶绿体中淀粉积累的具体机制是_______________________________________________。 (4)如图为野生型、Y基因过表达及敲除植株，在4℃处理12小时后在一定光照强度下测定的净光合速率。下列相关分析不合理的是 。 A．Y基因过表达植株的CO2饱和点大于野生型 B．CO2浓度等于250时，若突然增大光强，叶绿体内C5将减少 C．低温下Y基因过表达植株R酶的小亚基蛋白含量高，固定CO2能力强于野生型 D．CO2浓度大于250时，限制野生型和Y基因敲除植株净光合速率增加的环境因素可能是光强 【答案】(1) ATP和NADPH Y基因过表达植株叶绿体的类囊体结构相对完整；低温下Y基因过表达植株的D1蛋白含量稳定，从而保护了PSII (2) D1 蛋白含量基本等于 与D1蛋白降解相关基因的转录量基本等于 (3)细胞核中Y蛋白可与编码I酶和A酶基因的启动子结合，抑制编码I酶基因转录，促进编码A酶的基因转录，导致I酶减少、A酶增加，从而使淀粉合成减少，分解增多，降低叶绿体中淀粉的积累 (4)B 【分析】分析题文信息可知，Y基因过表达株系比野生型明显耐低温，而敲除Y基因的株系的低温耐受能力低于野生型。低温会导致活性氧（ROS）产生，而大量的ROS会破坏植物细胞光合膜系统，使光反应减弱，而与野生型相比，低温处理后Y基因过表达株系的类囊体结构相对完整、叶绿体中淀粉粒数量少，而敲除Y基因的株系类囊体受损更严重且淀粉粒数量更多。I酶和A酶分别参与叶绿体中淀粉的合成与降解。在细胞核中，Y蛋白可通过与两者启动子结合，调控I酶和A酶基因的转录，降低低温下叶绿体中淀粉的积累。 【详解】（1）根据题意，“低温会导致活性氧（ROS）产生，而大量的ROS会破坏植物细胞光合膜系统”，所以低温导致番茄细胞产生大量的ROS破坏叶绿体类囊体膜，影响光反应的进行，光反应产生的为ATP和NADPH减少，即为碳反应提供的ATP和NADPH减少，降低了植物光合速率。根据题意“与野生型相比，低温处理后Y基因过表达株系的类囊体结构相对完整、叶绿体中淀粉粒数量少，而敲除Y基因的株系类囊体受损更严重且淀粉粒数量更多”、“常温下Y基因过表达株系中的D1蛋白含量与野生型相同，而低温处理下，野生型中D1蛋白含量下降，Y基因过表达植株的D1蛋白含量基本保持稳定，从而保护了PSII”，可知，低温下Y基因过表达植株叶绿体的类囊体结构相对完整；低温下Y基因过表达植株的D1蛋白含量稳定，从而保护了PSII，从而有利于光反应进行。 （2）实验结果说明在番茄中过量表达Y基因增加了D1蛋白的合成，而未减少D1蛋白降解，可知在施加硫酸链霉素（可抑制叶绿体编码的基因翻译）后，低温处理组的Y基因过表达植株I的D1 蛋白含量基本等于野生型；而Y基因过表达植株II的与D1蛋白降解相关基因的转录量基本等于野生型。 （3）由题意可知“I酶和A酶分别参与叶绿体中淀粉的合成与降解。在细胞核中，Y蛋白可通过与两者启动子结合，调控I酶和A酶基因的转录，降低低温下叶绿体中淀粉的积累”，所以可推测在低温条件下，细胞核中Y蛋白可与编码I酶和A酶基因的启动子结合，抑制编码I酶基因转录，促进编码A酶的基因转录，导致I酶减少、A酶增加，从而使淀粉合成减少，分解增多，降低叶绿体中淀粉的积累。 （4）A、由图可知，不同处理方式下植物的呼吸速率相同，而Y基因过表达植株达到最大净光合速率时对应的CO2浓度大于野生型达到最大净光合速率时对应的CO2浓度，可知Y基因过表达植株的CO2饱和点大于野生型，A正确； BD、CO2浓度等于250μmol·mol-1时，野生型和Y基因敲除植株均已达到了最大净光合速率，此时的限制因素可能是光照强度，若突然增大光强，ATP和NADPH产生增加，使C3的还原速率加快，生成的C5增加，短时间内CO2的固定速率不变，故叶绿体内C5将增加，B错误，D正确； C、Y基因过表达株系比野生型明显耐低温，Y蛋白能够与S基因的启动子结合并增强其转录，从而在低温胁迫下维持R酶的含量，所以低温下Y基因过表达植株R酶的小亚基蛋白含量高，使固定CO2能力强于野生型，C正确。 故选B。 9．（24-25高三下·北京西城·阶段检测）有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。为研究植物对强光的适应性，科研人员以拟南芥为材料进行研究。 (1)光合作用的光反应发生在________上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体可吸收、传递、转化光能。其中叶绿素主要吸收_______光。强光下，该反应中的电子积累导致活性氧增加。 (2)用不同浓度的MV（一种可产生活性氧的物质）对野生型和C37缺失突变体叶进行处理，检测叶绿素含量，结果如图1。 MV模拟_____环境，实验结果显示，C37突变体的叶绿素含量_____野生型。 (3)研究表明光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，如图2。 ①在光照条件下，光系统Ⅱ（PSⅡ）吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从_____中夺取电子引起O2释放。 ②光系统Ⅰ（PSⅠ）吸收光能产生的高势能电子部分用于合成_______；PSⅡ产生的电子和 PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，该过程释放的能量用于_______的合成，同时维持电子传递相对平衡。 ③C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f复合体的活性，作用机理如图3所示。 从稳态与平衡的角度解释C37突变体在强光下易引发萎黄病的原因：_______。 (4)综合上述研究，从进化与适应的角度分析C37基因碱基序列相对保守的意义_______。 【答案】(1) 类囊体薄膜 红光和蓝紫光 (2) 强光 低于 (3) H2O NADPH ATP 强光下，PSⅠ和PSII产生的电子增多，C37蛋白缺失导致Cb6/f复合体活性降低，减少了从Cb6/f复合体到PSⅠ的电子传递，导致电子积累在Cb6/f复合体的上游，活性氧增加，促进叶绿素分解，从而引发细胞凋亡导致萎黄病 (4) C37基因突变会引起细胞凋亡，碱基序列相对保守是经过长期环境选择的结果，是植物对不良环境的一种适应。 【详解】（1）光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，膜上蛋白与光合色素形成的复合体，能够吸收、传递、转化光能；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。 （2）强光下，光反应中的电子积累导致活性氧增加，MV是一种可产生活性氧的物质，因此MV模拟强光环境；由图可知，左边为野生型，右边为C37缺失突变体，在不同浓度的MV下 ，C37突变体的叶绿素含量均低于野生型。 （3） ①PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从水中夺取电子，即水分解为氧和H+、电子，引起O2释放。②光系统Ⅰ（PSⅠ）吸收光能产生的高势能电子与H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，该过程释放的能量用于ATP的合成。③由图2可知，在强光下，PSⅠ和PSII产生的电子增多，C37蛋白缺失导致Cb6/f复合体活性降低，减少了从Cb6/f复合体到PSⅠ的电子传递，导致电子积累在Cb6/f复合体的上游，活性氧增加，促进叶绿素分解，从而引发细胞凋亡导致萎黄病，因此C37突变体在强光下易引发萎黄病。 （4） C37基因突变会引起细胞凋亡，碱基序列相对保守是经过长期环境选择的结果，是植物对不良环境的一种适应，因此C37基因碱基序列相对保守。 10．（25-26高三上·北京·期中）蝴蝶兰蜜露是叶片分泌的透明粘稠物，该物质有甜味，容易使蝴蝶兰叶片感染霉菌，从而影响植物正常生长。为研究其形成机制，科学家利用两种蝴蝶兰“大辣椒”和“双龙”做了如下实验。 (1)蝴蝶兰是热带植物，为了避免因高温导致的_____流失，它在夜间打开气孔，吸收并储存_____，用于光合作用的_____反应。 (2)为测量两种蝴蝶兰的净光合速率，分别选择长势相近的新叶（从上往下第一片叶子）、功能叶（从上往下第二片叶子）、老叶（从上往下第三片叶子），进行实验： ①上午八点，利用打孔器分别在叶片上相同位置取下1cm2小叶片若干，并称量计算平均干重为a（单位：g）。 ②下午四点，利用打孔器分别在叶片上已取位置附近，再取下等量1cm2小叶片，并称量平均干重为b（单位：g）。叶片的净光合速率=_____g/cm2·h，由计算结果绘制图1，据图分析，两种蝴蝶兰品种中，_____的不同类型叶片净光合速率有显著差异。要想测得蝴蝶兰叶片在该时段的总光合速率，需要增加一组实验，从早上八点开始，进行_____处理至下午四点。 (3)研究发现，新叶中光合作用产生的大量可溶性糖会运输到茎中储备，而老叶的物质输出能力很差。科学家进一步检测了两种蝴蝶兰叶片的可溶性糖含量，结果如图2所示。据此推测，_____（填“双龙”或“大辣椒”）的_____（填“新”、“功能”或“老”）叶更容易产生蜜露；其原因为大量的可溶性糖积累会通过_____调节，抑制光合作用，为了减轻这种抑制效果，便有蜜露分泌现象。 (4)植物在生长发育过程中，叶的非季节性脱落往往都有正面意义。“双龙”和“大辣椒”两种蝴蝶兰的老叶脱落具有不同的方式，请分析在光照有限、植物生产力偏低的情况下，大辣椒的策略不利于适应环境的原因？_____。 【答案】(1) 水分 二氧化碳 暗 (2) （b-a）/8 “双龙” 黑暗处理 (3) 双龙 新 （负）反馈 (4)叶片是植物光合作用的主要部位，光照有限、植物生产力偏低的情况下，叶片脱落会进一步导致光合作用降低 【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP的生成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。 【详解】（1）分析题意，蝴蝶兰是热带植物，为了避免因高温导致的水分流失，需要在夜间打开气孔，吸收并储存二氧化碳，二氧化碳是暗反应的原料，可参与二氧化碳的固定过程。 （2）分析题意，上午八点，叶片的平均干重为a，下午四点平均干重为b，共有8个小时，该阶段植物既进行光合作用也进行呼吸作用，则b-a是该时间段净光合值，故叶片的净光合速率=（b-a）/8g/cm2·h；据图1分析可知，与“大辣椒”相比，“双龙”不同部位的叶片净光合速率差别较大；植物的总光合速率=净光合速率＋呼吸速率，故要想测得蝴蝶兰叶片在该时段的总光合速率，需要增加一组实验，从早上八点开始，进行黑暗处理至下午四点，以测定其呼吸速率。 （3）已知新叶中光合作用产生的大量可溶性糖会运输到茎中储备，而老叶的物质输出能力很差，结合图2可知，“双龙”新叶中可溶性糖含量最高，据此推测“双龙”的新叶更容易产生蜜露；其原因为大量的可溶性糖积累会通过负反馈调节，抑制光合作用，故为了减轻这种抑制效果，便有蜜露分泌现象。 （4）植物叶片是进行光合作用的主要部位，结合题意可知，在光照有限、植物生产力偏低的情况下，叶片脱落会进一步导致光合作用降低。 五年真题·压轴题（主要北京视野，非选择题） 高频考点：光合作用和呼吸作用的联系 1．（2025·北京·高考真题）植物的光合作用效率与叶绿体的发育（形态结构建成）密切相关。叶绿体发育受基因的精细调控，以适应环境。科学家对光响应基因BG在此过程中的作用进行了研究。 (1)实验中发现一株叶绿素含量升高的拟南芥突变体。经鉴定，其BG基因功能缺失，命名为bg。图1是使用_________观察到的叶绿体亚显微结构。与野生型相比，可见突变体基粒（“[”所示）中的_________增多。 (2)已知GK蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG蛋白可以与GK蛋白结合。研究者构建了GK功能缺失突变体gk（叶绿素含量降低）及双突变体bggk。对三种突变体进行观察，发现双突变体的表型与突变体__________相同，由此推测BG通过抑制GK的功能影响叶绿体发育。 (3)为进一步证明BG对GK的抑制作用并探索其作用机制，将一定浓度的GK蛋白与系列浓度BG蛋白混合后，再加入GK蛋白靶基因CAO的启动子DNA片段，反应一段时间后，经电泳检测DNA所在位置，结果如图2。分析实验结果可得出BG抑制GK功能的机制是___________。 (4)基于突变体bg的表型，从进化与适应的角度推测光响应基因BG存在的意义_______。 【答案】(1) 电子显微镜 类囊体 (2)gk (3)BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 (4)BG响应光照强度变化，调控植物叶绿体发育（叶绿素含量），以实现不同光照条 件下光合效率最大化 【分析】叶绿体是进行光合作用的场所，叶绿体是双层膜结构，其内部含有基粒，基粒是类囊体堆叠而成，类囊体膜上含有光合作用有关的色素和酶。 【详解】（1）观察叶绿体亚显微结构需要使用电子显微镜。因为光学显微镜的分辨率有限，无法观察到叶绿体内部的精细结构，而电子显微镜能够提供更高的分辨率，从而清晰地看到叶绿体的亚显微结构。基粒是由类囊体堆叠而成的结构。与野生型相比，突变体叶绿素含量升高，且 BG 基因功能缺失，观察可知突变体基粒中的类囊体（片层）增多。因为叶绿素主要分布在类囊体薄膜上，类囊体增多可能是导致叶绿素含量升高的原因之一。 （2）已知 GK 蛋白促进叶绿体发育相关基因的转录，BG 蛋白可以与 GK 蛋白结合。GK 功能缺失突变体 gk 叶绿素含量降低，若 BG 通过抑制 GK 的功能影响叶绿体发育，那么双突变体 bggk 中，由于 GK 本身功能缺失，BG 也无法发挥抑制 GK 的作用，此时双突变体的表型应该与 gk 突变体相同。 （3）观察图 2 可知，随着 BG 蛋白与 GK 蛋白浓度比的增大，与 GK 蛋白结合的 DNA 片段逐渐减少，游离 DNA 片段逐渐增多。 这表明 BG 蛋白的存在阻碍了 GK 蛋白与 CAO 启动子 DNA 片段的结合 。因为 GK 蛋白要发挥功能，需要与靶基因 CAO 的启动子 DNA 片段结合来调控基因表达，而 BG 蛋白浓度越高，这种结合就越少。所以，BG 抑制 GK 功能的机制是 BG 通过与 CAO 启动子 DNA 片段竞争结合 GK 蛋白，从而抑制 GK 与 CAO 启动子 DNA 片段的结合。 （4）从进化与适应的角度来看，生物体内的基因存在必然是对生物的生存和繁衍有积极意义的。突变体 bg 由于缺乏光响应基因 BG，其表型可能在某些环境条件下不利于生存。而正常存在光响应基因 BG 时，植物可以通过 BG 对光信号做出响应，从而更好地调节自身的生理过程，例如，在光照过强时，BG 基因表达产物可能通过抑制 GK 功能，调节相关基因表达，避免植物因光照过强而受到伤害；在光照较弱时，可能通过调节使植物更好地利用有限的光能进行光合作用等。这使得植物在不同的光照环境中能够更有效地进行光合作用，获取能量，提高自身的生存和繁殖能力，以适应复杂多变的环境。 2．（2023·北京·高考真题）学习以下材料，回答下面问题。 调控植物细胞活性氧产生机制的新发现 能量代谢本质上是一系列氧化还原反应。在植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量代谢的重要场所。叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要。在细胞的氧化还原反应过程中会有活性氧产生，活性氧可以调控细胞代谢，并与细胞凋亡有关。 我国科学家发现一个拟南芥突变体m（M基因突变为m基因），在受到长时间连续光照时，植株会出现因细胞凋亡而引起的叶片黄斑等表型。M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。与野生型相比，突变体m中M酶活性下降，脂肪酸含量显著降低。为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡，但仍保留m基因的突变株。通过对所获一系列突变体的详细解析，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程。由此揭示出一条活性氧产生的新途径（如图）：A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活性氧。活性氧超过一定水平后引发细胞凋亡。 在上述研究中，科学家从拟南芥突变体m入手，揭示出在叶绿体和线粒体之间存在着一条A酸-B酸循环途径。对A酸-B酸循环的进一步研究，将为探索植物在不同环境胁迫下生长的调控机制提供新的思路。 (1)叶绿体通过___________作用将CO2转化为糖。从文中可知，叶绿体也可以合成脂肪的组分___________。 (2)结合文中图示分析，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：_____，A酸转运到线粒体，最终导致产生过量活性氧并诱发细胞凋亡。 (3)请将下列各项的序号排序，以呈现本文中科学家解析“M基因突变导致细胞凋亡机制”的研究思路：___________。 ①确定相应蛋白的细胞定位和功能②用诱变剂处理突变体m③鉴定相关基因④筛选保留m基因但不表现凋亡的突变株 (4)本文拓展了高中教材中关于细胞器间协调配合的内容，请从细胞器间协作以维持稳态与平衡的角度加以概括说明___________。 【答案】(1) 光合 脂肪酸 (2)M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过多 (3)②④③① (4)线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态 【分析】本实验为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，由此揭示A酸作为叶绿体中氧化还原平衡的调节物质，从叶绿体经细胞质基质进入到线粒体中，在mMDH酶的作用下产生NADH（[H]）和B酸，NADH被氧化会产生活性氧。 【详解】（1）叶绿体通过光合作用将CO2转化为糖。由于M基因编码叶绿体中催化脂肪酸合成的M酶。可推测叶绿体也可以合成脂肪的组分脂肪酸。 （2）据图可知，M基因突变为m后，植株在长时间光照条件下出现细胞凋亡的原因是：M酶活性下降使脂肪酸合成受阻，NADH 消耗减少，同时长时间光照促进产生NADH，NADH 含量升高，导致A 酸合成过多。 （3）为探究M基因突变导致细胞凋亡的原因，研究人员以诱变剂处理突变体m，筛选不表现细胞凋亡（不出现叶片黄斑），但仍保留m基因的突变株（叶绿体中脂肪酸含量减低），通过对所获一系列突变体的详细解析，进而③鉴定相关基因，①确定相应蛋白的细胞定位和功能，发现叶绿体中pMDH酶、线粒体中mMDH酶和线粒体内膜复合物I（催化有氧呼吸第三阶段的酶）等均参与细胞凋亡过程，最后正确顺序为②④③①。 （4）结合题意和图文，叶绿体内氧化还原稳态的维持对叶绿体行使正常功能非常重要，叶绿体和线体协调配合，维持细胞的稳态与平衡：线粒体与叶绿体之间通过A 酸-B 酸循环协同合作，将叶绿体中的[H]运输到线粒体氧化，以维持叶绿体内氧化还原稳态。 3．（2026·四川·高考真题）农光互补能在同一片土地上兼顾太阳能光伏发电与农业生产，有利于推动资源综合利用。在某干旱农业区农光互补系统的光伏板下，光照强度最大值降低近75%，研究人员测定了该系统对某作物净光合速率的影响，结果如图1。回答下列问题。 (1)光合作用与农作物的产量联系密切，_________________作为直接原料参与植物的光合作用。 (2)11:00到15:00期间，与全日照相比，农光互补系统下该作物的净光合速率更高，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)农光互补系统下，该作物全天光合作用吸收CO2总量较全日照下__________。 (4)正常灌溉是全日照下的最适灌溉。推测在农光互补系统中，适当减量灌溉更适合该作物生长，从而提高产量。有人测量了不同处理下该作物的产量，正常灌溉组应为图2中的________组，请综合分析后，在图2方框内画出符合上述推测的实验结果________。 【答案】(1)CO2和H2O (2)该时间段内温度较高，植物为减少蒸腾作用失水会关闭气孔，导致二氧化碳吸收量减少，光合速率下降，农光互补系统下光照强度降低，蒸腾作用减弱，气孔关闭程度小，二氧化碳吸收量较多，净光合速率更高 (3)更大 (4) A 【详解】（1）光合作用光反应的原料是水，暗反应的原料是二氧化碳，因此CO2和H2O是光合作用的直接原料。 （2）该区域气候干旱，11:00~15:00 全日照条件下光照强、温度高，植物蒸腾作用过强，为减少水分散失，叶片气孔大量关闭，CO2吸收减少，暗反应受限，净光合速率降低； 农光互补模式下光照强度大幅降低，既能满足光合作用对光照的需求，又避免了强光高温引发的气孔关闭，植物气孔开放程度更高，CO2供应充足，同时蒸腾作用减弱，水分散失少，缓解了光合午休现象，因此净光合速率更高。 （3）全天光合作用吸收CO2总量代表总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由图1可知：两组为同种作物且无关变量一致，呼吸速率无显著差异，结合白天大部分时段农光互补组净光合速率更高，可推出其全天光合作用吸收CO2总量更大。 （4）题干说明正常灌溉是全日照下的最适灌溉，A 组全日照的作物产量高于B 组全日照，因此A为正常灌溉组，B为减量灌溉组。推测农光互补+减量灌溉的产量应高于B组全日照，且可能接近或高于A组全日照的产量。画图时，B组的“农光互补”柱形高度应高于B组全日照柱形，且可接近或略高于A组全日照柱形，示意图如下：。 4．（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。 5．（2025·海南·高考真题）三角梅为海南的省花，其特化的苞片（变态叶）酷似花瓣，色彩丰富，被广泛用于园林绿化。回答下列问题。 (1)人工培育三角梅通常采用无性繁殖技术，其中传统技术有_____，现代生物技术有_____（各答1种即可）。 (2)三角梅苞片呈现红、粉、白等多种颜色，其原因之一是苞片细胞中含有不同的色素，这些色素主要分布在_____（填细胞器名称）。 (3)某团队研究了不同补光光源对三角梅叶片总叶绿素含量及开花数量的影响，补光时间为20：00~24：00，同一光照强度连续补光20天，处理后45天测定相关指标，结果见表。 测定指标 对照 紫光 红光 白光 总叶绿素含量（mg/g） 16.28 29.92 21.56 21.52 开花数（朵/株） 23.83 171.17 104.33 47.83 据表判断，三种补光光源中，最有利于三角梅开花的光源是_____，从光合作用角度分析其原因是_____。 (4)某小组为探究补光光源A和水溶性激素B同时作用对三角梅开花数量的影响，开展了如下实验， 组别 处理条件 开花数 实验目的或结论 对照组 无处理 + 作为对照。 实验组1 补充光源A ++ 与对照组相比，表明补充光源A有利于开花。 实验组2 喷施激素B溶液 +++ 与对照组和实验组1相比，表明①_____。 实验组3 ②_____ ++ 与实验组1相比，表明喷施激素B溶液的溶剂对开花无影响。 实验组4 补充光源A+喷施激素B溶液 +++++ 与实验组1和实验组2相比，表明③_____。 结论：补光光源A和水溶性激素B对三角梅开花数量的影响具有④_____作用。 【答案】(1) 扞插、嫁接和压条 植物组织培养 (2)液泡或有色体 (3) 紫光 三角梅在紫光补光下叶绿素含量高于红光和白光组，叶绿素含量高则光合速率强，产生更多的有机物，引起植物开花更多 (4) 喷施激素B有利于开花，且开花数比补充光源A更有利于开花 喷施激素B溶液的溶剂+补充光源A 补充光源A和施加激素B能相互促进，开更多的花 协同 【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段发生在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解和ATP的合成，暗反应发生在叶绿体基质，完成二氧化碳的固定和三碳化合物的合成。 【详解】（1）人工培育三角梅通常采用无性繁殖技术，其中传统技术有扞插、嫁接和压条，现代生物技术有植物组织培养，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。 （2）三角梅苞片呈现红、粉、白等多种颜色，其原因之一是苞片细胞中含有不同的色素，这些色素主要分布在液泡中，液泡与植物细胞形态的维持有关，调控植物细胞的吸水和失水。 （3）据表判断，三种补光光源中，最有利于三角梅开花的光源是紫光，表中信息显示，三角梅在紫光补光下叶绿素含量高于红光和白光组，叶绿素含量高则光合速率强，产生更多的有机物，引起植物开花更多。 （4）某小组为探究补充光源A和水溶性激素B同时作用对三角梅开花数量的影响，则本实验至少需要设置四组实验，依次为空白对照组、补充光源A组、喷施激素B溶液组和补充光源A+喷施激素B溶液，因变量是三角梅开花数量的不同，根据实验目的可知实验结果为：与对照组和实验组1相比，喷施激素B溶液组有利于开花，且开花数比补充光源A更有利于开花；与实验组1和实验组2相比，实验组4开花数更多，表明补充光源A和施加激素B能相互促进，因而可开更多的花。据此实验结论是补光光源A和水溶性激素B对三角梅开花数量的影响具有协同作用。 20 / 21 学科网（北京）股份有限公司 $