微难点01光合作用与细胞呼吸综合（3大热考角度+3大重难研析+好题精练）（专项训练）（江苏专用）2027年高考生物一轮复习讲练测

**基本信息** 以“物质与能量观”为核心，构建“概念辨析-定量计算-曲线综合”三阶方法体系，通过真实情境典例深化科学思维与探究实践。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |物质能量转化|5题（含航天/酶调节情境）|对比维度定位法、分层记忆法|元素转移路径→辅酶功能差异→跨细胞器代谢关联| |三率计算|5题（含表格/装置分析）|速率定义区分法、数据拆解法|呼吸/净光合/总光合概念→测定方法（液滴/半叶法）→情境数据推导| |昼夜曲线|5题（含胁迫/梯度曲线）|坐标轴识别法、分段机制分析法|净光合曲线含义→光补偿点/午休等关键节点→环境因素对曲线影响|

微难点01：光合作用与细胞呼吸综合（专项训练） 考情速览 深刻剖析真题，探寻命题立意 重难研析 重难知识研析，疑难困惑一网打尽 重难01 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 重难02 光合呼吸三率计算 重难03 昼夜曲线 典题精练 揭秘高考动向，零距离练透重难 3年考情精析 本专题是江苏高考生物的核心重难点，选择题、非选择题均高频考查，分值占比 8~12 分。题型以图表分析、定量计算、实验探究为主，常结合农业生产、逆境生理等真实情境，侧重考查 “物质与能量观”“科学探究” 核心素养，是区分度最高的模块之一。 3类热考角度 物质能量转化、净 / 总 / 呼吸三率计算与测定、综合曲线识图；常考长句依据分析、速率推导计算，侧重考查信息提取与逻辑推理，是拉开分差的核心题型。 5大命题预测 （1）重过程推演，聚焦物质能量转化、细胞器间 ATP 与辅酶转运动态机理； （2）重真实情境，结合大棚种植、盐碱育种、人工光合、密闭实验等素材； （3）重图表分析，依托昼夜速率曲线、装置图、实验数据表，融合三率定量计算； （4）重知识综合，联动酶、物质跨膜运输、ATP 代谢等模块； （5）重实验探究，考查速率测定实验设计、误差分析、逻辑说理。 3大高效备考策略 （1）抓牢过程本质：厘清光合与呼吸各阶段的场所、物质与能量转化路径，精准辨析三率概念，从原理层面理解公式逻辑，杜绝机械记背。 （2）固化解题模板：针对三率计算、曲线分析、实验测定三类核心题型，总结标准化解题步骤，强化拆分法、对照法的应用，提升计算准确率。 （3）强化情境迁移：聚焦大棚种植、盐碱胁迫、密闭培养等真实情境，训练从图表、数据中提取关键信息的能力，规范长句表述的答题逻辑。 重点1 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 1.转化图解 2.物质与能量转化 比较项目 光合作用 有氧呼吸 总反应式 核心原料 CO2、H2O C6H12O6、H2O、O2 终产物 有机物、O2 CO2、H2O 碳元素转移路径 CO2→C3→(CH2O) (CH2O)→丙酮酸→CO2 氢元素转移路径 H2O→NADPH→(CH2O)+H2O C6H12O6+H2O→NADH→H2O 氧元素转移路径 H2O→O2;CO2→(CH2O) (CH2O)+H2O→CO2；O2→H2O 能量转化方向 光能→ATP和NADPH 中活跃化学能→有机物中稳定化学能 有机物中稳定化学能→ATP 中活跃化学能 + 热能 指点迷津：ATP 和还原型辅酶的转移方向 叶绿体与细胞质基质间：叶绿体产生的 ATP 基本不转移至细胞质基质，仅用于暗反应；NADPH 主要在叶绿体内发挥作用。 线粒体与细胞质基质间：线粒体产生的 ATP 可转移至细胞质基质，供给各项生命活动；细胞质基质中 NADH 可通过穿梭系统进入线粒体参与有氧呼吸第三阶段；细胞质基质的 ATP 不进入线粒体。 【典例】（2026·江苏·三模）关于NADH和NADPH的叙述，错误的是（　　） A．两者组成元素均有C、H、O、N、P B．两者均可在植物的叶肉细胞中生成 C．两者均可作为还原剂参与细胞代谢 D．两者均可作为辅酶降低反应活化能 解题通法 1.定核心对比对象：题干同时出现 NADH、NADPH，立刻锁定 4 个对比维度：元素组成、产生场所、功能、本质（是否为酶）。 2.分层记忆基础属性： 元素：二者均含 C、H、O、N、P（核苷酸衍生物，必对） 场所：NADH→细胞质基质、线粒体（细胞呼吸）；NADPH→叶绿体类囊体（光反应）；叶肉细胞两种细胞器都存在，故均可生成 功能：均为还原剂、递氢载体；仅酶能降低活化能，辅酶无催化作用（高频陷阱） 3.逐选项对标排除：把每个选项匹配上面 3 条基础属性，出现 “辅酶能降低活化能、NADPH 运出叶绿体供呼吸” 等表述直接判错。 4.总结易错陷阱：区分 3 组易混概念： ① NADPH（光合专用）≠NADH（呼吸专用）； ② 辅酶（递氢）≠酶（催化、降活化能）； ③ 叶绿体 ATP/NADPH 仅限暗反应，不能运出供细胞其他生命活动。 重点2 光合呼吸三率计算 1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 A：黑暗环境，只进行呼吸作用，CO₂全部释放到细胞外 B：弱光环境，总光合速率 < 呼吸速率，部分 CO₂供光合，剩余释放到胞外 C：光补偿点，总光合速率 = 呼吸速率，线粒体产生的 CO₂全部供给叶绿体 D：强光环境，总光合速率 > 呼吸速率，叶绿体还需从外界吸收额外 CO₂ 2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法 指标 呼吸速率 （黑暗下测定） 净光合速率 （光照下实测，又称表观光合） 真正（总）光合速率 （推导计算值） CO₂ 单位时间内，细胞呼吸的CO₂释放量（产生量） 单位时间内，植物从外界环境的CO₂吸收量 单位时间内，叶绿体的CO₂固定量（消耗量 / 同化量） O₂ 单位时间内，细胞呼吸的O₂吸收量（消耗量） 单位时间内，植物向外界释放的O₂释放量 单位时间内，叶绿体的O₂产生量（生成量 / 总产生量） 有机物 单位时间内，有机物的消耗量（分解量），表现为干重减少 单位时间内，有机物的积累量，表现为干重增加 单位时间内，有机物的制造量（合成量 / 生产量） 3.计算公式：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 4．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 (1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化 ①“黑暗”下，有色液滴左移距离代表有氧呼吸消耗O2,量，即呼吸速率 ②“光照”下，有色液滴右移距离代表释放O2的量，即净光合速率 ③在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，即“真正光合速率”。 ④物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。与图示两装置相比，对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。 (2)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量 同一叶片，给予遮光和光照处理且阻止两部分的物质和能量转移，截取对称位置面积均为S的叶片，烘干称重，记为WA和WB， △W=WB-WA（△ W表示截取部分叶片在t小时内光合作用合成的有机物） 真正光合速率=△W的平均值／（S×t)即单位时间单位面积的叶片制造的有机物的量。 将叶片一半遮光、一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。 (3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化 ①从某一水层取样，装入若干等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量 ②)把黑、白瓶悬于原水深处 ③一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值 a．“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。 b．在有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为真正光合作用量。 c．在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝真正光合作用量。 (4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量 本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 【典例】（2025·江苏镇江·三模）油菜素内酯（BR）可提高植物的耐热性来缓解高温胁迫对作物的影响。某研究小组以娃娃菜为试材，通过喷施不同浓度BR（T1-T4），探究BR对高温胁迫的缓解效应及作用机制，结果如表所示。回答下列问题： CK HT HT+ T1 HT+ T2 HT+ T3 HT+ T4 气孔导度mol/（m2•s-1） 380 250 263 275 328 310 胞间CO2浓度μmol/mol 210 350 325 310 280 295 表观光合速率μmol/（m2•s-1） 5.8 3.8 4.0 5.7 5.8 5.2 过氧化氢酶活性U/g 50 20 51 48 49 50 可溶性糖含量mg/g 0.09 0.12 0.14 0.18 0.24 0.15 注：CK：常温对照（20℃）；HT：高温对照（38℃）； T1：0.05mg/L； T2：0.1mg/L； T3：0.5mg/L； T4：1mg/L (1)高温胁迫下叶绿素含量会下降，可用纸层析法分离进行比较，色素可以在滤纸条上分离是因为其______不同。高温使娃娃菜的光合速率下降，一方面通过对光系统（光合色素蛋白复合体）的抑制，使光反应产物______减少；另一方面通过抑制______，降低碳反应各个步骤的反应速率。 (2)将CK组娃娃菜转移至强光（会破坏色素复合体）下，短时间内其C3含量增加，这是由______速率共同决定的。植物细胞中可溶性还原糖的升高，有利于植物细胞______，可以有效缓解高温引起的水分胁迫。 (3)在高温胁迫下，植物细胞内的活性氧（如H2O2）增多，会攻击蛋白质、磷脂等物质。喷洒BR可有效缓解，提高光反应速率，据表格数据分析，原因是______。 (4)研究表明，高温胁迫下植物的光系统遭受损害，其中光系统Ⅱ光化学活性降低，而热耗散非光化学淬灭系数（NPQ，植物耗散过剩光能为热的比例）会升高，不同浓度BR处理后的实验结果如下图。 实验结果表明高温条件下，BR浓度与光系统Ⅱ光化学活性的下降呈______（正/负）相关。推测BR提高光合作用效率的机理是BR通过______。 解题通法 1.先区分三类速率定义： 黑暗指标 = 呼吸速率；表格 “表观光合速率”=净光合速率；总光合 = 净光合 + 呼吸； 气孔导度、胞间 CO₂：反映暗反应原料供应；酶活性、色素：反映光反应强弱。 锁定自变量、对照组 本题自变量：高温、不同 BR 浓度；对照组 CK（常温）、HT（高温无 BR）；所有分析以两组对照差值为依据。 2.分层拆解速率变化逻辑链： 环境 / 物质变化→光反应（色素 / 酶 / ATP、NADPH）/ 暗反应（CO₂固定、酶）→净光合速率升降 例：高温→色素 / 光系统受损→ATP、NADPH 减少→C₃还原减慢→光合下降。 3.表格数据横向、纵向对比 横向：同一处理组各项指标联动；纵向：随 BR 浓度升高，指标先升后降，找最适浓度（T3）。 4.图像类关联分析： NPQ = 光能以热能散失；NPQ 越高，用于光合的光能越少； 5.负相关判定：BR 浓度越高，光系统 Ⅱ 活性下降越少，NPQ 越低→提升光合效率。 重点3 昼夜曲线 1. （1）图1坐标轴与核心含义 纵坐标：CO₂的吸收速率，代表净光合速率（表观光合速率） 正值：植物从外界吸收 CO₂ → 总光合速率 > 呼吸速率，有机物积累 0值：植物与外界无净 CO₂交换 → 总光合速率 = 呼吸速率（光补偿点） 负值：植物向外界释放 CO₂ → 总光合速率 < 呼吸速率（或只进行呼吸作用），有机物消耗 横坐标：时刻，对应一昼夜的时间变化：深夜→日出→正午→日落→深夜 （2）分段解读生理过程 ① 夜间 / 弱光阶段（A→D 前：光合 ≤ 呼吸） A 点：深夜无光照，只进行细胞呼吸，数值绝对值代表呼吸速率 A→B：夜间温度降低，呼吸酶活性下降，呼吸减弱，CO₂ 释放减少 B→C：日出前温度小幅回升，呼吸略有增强；微弱光合不足以抵消呼吸回升 C→D：日出后光照增强，光合持续上升，但总光合仍小于呼吸，净释放CO₂ 减少 D 点：日出光补偿点，总光合 = 呼吸；D 点后有机物从 “消耗” 转为 “积累” ② 白天光合主导阶段（D→F：总光合 > 呼吸） D→第一高峰：光照升高，光合快速上升，净光合增大，有机物积累加快 E 点：光合午休，正午高温部分气孔关闭，CO₂ 供应减少，净光合下降；易错提醒：E 点净光合仍为正，有机物仍在积累，仅积累速率减慢 E→第二高峰：午后降温，气孔开放，光合回升 第二高峰→F：傍晚光照减弱，光合下降，净光合减小 F 点：日落光补偿点，总光合 = 呼吸；F 点后有机物从 “积累” 转为 “消耗” 关键结论：F 点是一昼夜有机物积累总量最多的时刻 ③ 夜间呼吸阶段（F→G 及之后） F→G：日落光合停止，只进行呼吸；夜间降温，呼吸减弱，曲线趋于平稳 G 点后：深夜温度稳定，呼吸速率维持稳定 2． （1）D'、H' 点：CO2浓度拐点，对应光补偿点，总光合 = 呼吸速率 （2）D'→H'：CO2浓度持续下降，总光合 > 呼吸，有机物持续积累 （3）H' 点：CO2浓度最低，有机物积累量最多 （4）图2 所示一昼夜密闭容器中植物能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是J′点低于A′点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合作用量大于总细胞呼吸量。 13．（2026·江苏无锡·一模）水稻体内部分物质代谢关系如图1所示，R酶是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化CO2固定和C5与O2反应形成C2等化合物，C2在过氧化物酶体和线粒体的协同下经一系列化学反应释放CO2。请回答下列问题： (1)光合作用过程中，类囊体薄膜直接参与的阶段是___________，在红光照射下，参与该过程的主要色素是___________。 (2)水稻体内进行光合作用的细胞中消耗O2的场所有___________。 (3)线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图1.为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶含量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图2.相同光照条件下，植株S叶片净光合速率高于植株W，原因是___________。 (4)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从18%升高到39%时，植株S的净光合速率___________(填“增大”或“减小”)，据图分析其原因是___________；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度___________(填“大”“小”)。 (5)干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，影响水稻的正常生长。研究人员将长势一致的水稻植株若干株分为4组，进行相关实验，测定叶片净光合速率(Pn)，结果如图3.复水是指恢复正常灌水，使其土壤含水量达到对照组的水平。 ①请从光合作用的光反应和暗反应两个角度分析，干旱处理组水稻的Pn下降的主要原因是___________。 ②据图可知，相比于干旱处理第9天复水，第6天复水更有利于水稻恢复生长，依据是___________。 解题通法 ×××××× 1.第一步识别坐标轴含义 纵坐标 CO₂吸收 / O₂释放 =净光合速率；负值 = 只呼吸；0 = 光补偿点； 横坐标：光照强度 / 时间（昼夜 / 干旱天数）。 2.拆分两条核心曲线规律 ① 光照强度曲线：起点（光照 0，只呼吸）→补偿点→饱和点；曲线越高，净光合越强； ② 时间动态曲线：分积累段、消耗段，曲线最高点 / 补偿点 = 有机物积累最大值。 3.双植株对比（S/W）解题逻辑 两条曲线对比，差值就是自变量（G 酶）的作用； 分两层机制： 内部：G 酶促进光呼吸产生 CO₂，补充暗反应原料； 外部：可溶性糖升高→细胞渗透压上升→气孔开度变大，外界 CO₂吸收增多。 4.胁迫类（高温 / O₂升高 / 干旱）统一分析思路 胁迫条件→竞争结合 R 酶 / 叶绿体结构破坏→C₅消耗增多 / 光反应产物减少→暗反应减弱→净光合下降。 5.复水恢复类答题固定模板 复水早→叶绿体结构更快修复→光反应快速恢复→净光合回升更快，峰值更高；复水晚损伤不可逆，恢复慢。 6.高频踩分术语固定写法 光反应：类囊体、色素、ATP、NADPH； 暗反应：R 酶、CO₂固定、C₃还原、C₅； 光呼吸：O₂竞争 R 酶、消耗 C₅、释放 CO₂。 命题点1 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 一、单选题 1．【航天情境创新】（2026·江苏徐州·三模）“天宫水族箱”是中国空间站中的密闭生态实验模块，其中4条斑马鱼和4克金鱼藻被密布小孔的挡板分隔在鱼室和植物培养间，由LED灯提供光源。下列相关叙述错误的是（    ） A．LED光源的调控对维持系统内O2和CO2的动态平衡至关重要 B．微重力可能影响水体中O2、CO2及排泄物的扩散分布，进而影响物质循环效率 C．该密闭系统中，斑马鱼和金鱼藻间的能量传递效率为10%～20% D．若LED光源意外关闭，短时间内斑马鱼细胞内乳酸含量可能上升 2．【酶反馈调节机理】（2026·江苏徐州·三模）在糖酵解过程中，若ATP浓度高，则ATP与磷酸果糖激酶结合，抑制该酶活性，糖酵解速率减慢，ATP合成减少；反之酶活性恢复，反应正常进行。下列相关叙述正确的是（    ） A．生物体内ATP含量高，以确保能量的供应 B．磷酸果糖激酶作为信号分子，调节ATP的合成 C．ATP含量的动态平衡是某些酶被反馈调节的结果 D．抑制磷酸果糖激酶的活性，不影响有氧呼吸第二、三阶段ATP的合成 3．【人体运动生理】（2026·江苏南通·二模）激烈运动时，肌肉细胞中有氧呼吸产生NADH的速度超过再生的速度，细胞中的丙酮酸会转变为乳酸。相关叙述正确的是（    ） A．有氧呼吸时NADH产生于线粒体基质和线粒体内膜 B．丙酮酸转化为乳酸的过程中会产生和ATP C．乳酸的产生会使肌细胞内的pH值明显下降 D．乳酸的产生有利于葡萄糖分解成丙酮酸产生ATP 二、多选题 4．【线粒体代谢图解】（2026·江苏南通·三模）特定条件下，哺乳动物线粒体NADH会出现富余，影响线粒体的结构和功能。最新研究发现哺乳动物线粒体在NADH富余时能产生乳酸，并运输到细胞质基质中，过程如图。相关叙述正确的是（　　） A．有氧呼吸第一、二、三阶段均能产生NADH B．哺乳动物细胞质基质、线粒体基质均能产生乳酸 C．丙酮酸转化为乳酸时会产生NADH和少量ATP D．该机制有利于保护线粒体结构和维持糖酵解的运行 5．【原核生物代谢通路】（2026·江苏·一模）下图表示的是大肠杆菌细胞内发生的部分代谢过程，下列相关叙述正确的有（    ） A．催化生成乳酸和生成乙醇的酶能出现在同一个细胞内 B．过程①②③能产生ATP，过程④⑤会导致NADH积累 C．过程②③分别发生在线粒体基质和内膜，过程④⑤发生在细胞质基质 D．过程②需要消耗水且是物质合成代谢和分解代谢之间的枢纽 三、非选择题 6．【新型产氢综合实验】（2026·江苏南京·二模）小球藻光合产氢是一种绿色环保的制氢方式，其机理如图1所示。氢酶是其中的关键酶，遇氧易失活。研究表明，亚铁离子（Fe2+）可诱导小球藻形成细胞聚集体，通过聚集体内部形成厌氧微环境实现持续产氢，如图2所示。请回答下列问题： (1)图1所示膜结构的基本支架是_____；NADPH参与卡尔文循环中_____阶段。 (2)自然状态下小球藻产氢效率低，原因可能是：白天光照条件下，_____；夜晚黑暗条件下，_____。Fe2+诱导小球藻聚集后，聚集体内部形成厌氧微环境的原因有_____。 (3)小球藻可用于处理氨氮废水。为研究处理氨氮废水后小球藻聚集体的产氢效果，研究人员用_____的培养基模拟废水培养小球藻，然后添加Fe2+诱导其聚集产氢，测定培养基中剩余含量、小球藻叶绿素含量和产氢量，如图3所示。分析曲线可知：与低浓度处理相比，高浓度条件下，小球藻去除效果和产氢量分别是_____，产氢量变化的原因可能是_____。 (4)以下措施可能提高小球藻光合产氢效果的有_____（填字母）。 a、延长光照时间提高小球藻光合效率  b、定点突变改造氢酶分子结构 c、基因工程构建小球藻耗氧酶体系  d、将小球藻和厌氧细菌共同培养 命题点2 光合呼吸三率计算 一、非选择题 1．【光质 CO₂响应图像】（2026·江苏常州·三模）我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。在适宜温度下测定了番茄的光合作用相关指标并拟合 CO2 响应曲线（图a）；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异（图b），鉴定到突变体发生了 PIL15 基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。据图回答下列问题： (1)图 a 中，当胞间 CO2 浓度在 900～1200 μmol.mol- 1 范围时，红光下光合速率的限制因子有_______，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因可能是 _______。 (2)图 b 中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是 _____________。 (3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物生长的两条通路（图c）：通路 1 中，吸收光的物质①为____ , 通路 1 中吸收的光在叶绿体中最终被转化为 _______ 。通路 2 中吸收光的物质②为 _______ ，分布在__________ 的细胞内比较丰富。在图 c 中箭头旁用“（+） ”或“（-） ”标注 a 、b 的作用，（+）表示正相关，（-）表示负相关：a：_______、b：_______ 。总结图 c 中光对植物生长的作用，通路 1体现光是植物 _______和通路 2 中光作为_______ ，进而影响植物生理过程。 2．【固氮藻数据表格】（2026·江苏·二模）固氮鱼腥藻是一种多细胞蓝细菌，主要由营养细胞和异形胞组成。图示其相关生理活动机制，其中的固氮酶必须在较为严苛的低氧环境中合成并发挥作用。请回答下列问题： (1)营养细胞和异形胞是两种功能互补的细胞。营养细胞通过光合作用合成有机物，并主要以___________的形式运输至异形胞，为后续反应提供NADPH；异形胞中的固氮酶可将N2转化为NH3，利于合成_____________等小分子有机物，以提供自身及营养细胞的营养需求。 (2)在营养细胞的光合作用过程中，PSⅡ受光激发，________分解并释放电子，电子经系列传递最终被________接受，以形成____________所需的还原剂。参与该过程的PSⅠ和PSⅡ都含有色素，这些色素的作用是______________。 (3)在异形胞固氮的相关生理过程中，PSⅠ受光激发形成的电子传递环使跨膜质子浓度梯度_____________，ATP的合成量_____________。该过程没有PSⅡ的参与，生理学意义是_____________。 (4)为探究固氮鱼腥藻能否成为新型肥料，科研人员在水稻田中进行了相关实验，结果如下表（各项数值单位均为相应的标准单位）。 指标 土壤理化性质 水稻产量 组别 铵态氮 硝态氮 有机质 每穴穗数 穗粒数 千粒重 未接种固氮鱼腥藻 6.01 2.5 23.26 12.26 200.39 21.47 接种固氮鱼腥藻 7.6 2.45 23.7 15.41 182.07 22.44 据表分析，固氮鱼腥藻可作为新型肥料，判断依据是_____________。 3．【CO₂梯度定量探究】（2026·江苏·一模）随着大气CO2浓度增加，作为重要“碳汇”生物的小球藻的生长变化可能对水域生态系统产生重要影响。请回答下列问题： (1)小球藻叶绿体内部分生理过程如图1所示，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ含有光反应中心，是色素—蛋白复合体，该复合体通过蛋白中富含____________（选填“亲水性”或“疏水性”）氨基酸残基的区段整合于____________中。 (2)据图1分析，光系统Ⅱ的功能有____________，光反应中能量的转化依次是____________（用文字和箭头表示）。除NADPH外，卡尔文循环中CO2还需在____________的作用下转变成糖类。 (3)水样中小球藻叶绿素a总量和小球藻细胞数量呈正相关，因此研究中常用叶绿素a的含量评估小球藻细胞数量；取10mL藻液，____________后收集细胞，加入90%丙酮萃取液，避光环境萃取24h后离心，测定____________（选填“上清液”或“沉淀”）中叶绿素a的吸光度，将吸光度换算成叶绿素a的含量，进而得出小球藻细胞数量。 (4)为探究CO2浓度变化对小球藻生长的影响，科研人员根据当前全球CO2浓度的变化趋势，分别在低（400ppm）、中（800ppm）、高（2000ppm）CO2浓度条件下，将采集的小球藻样本连续培养35天，测定相关数据进行分析。 ①科研人员测定了小球藻叶绿素a含量（图2），据图2分析，和低CO2浓度相比，高CO2浓度对小球藻数量的影响是____________。 ②已知小球藻吸收利用能力显著高于，为了探究上述CO2浓度对小球藻生长影响的原因，科研人员检测了小球藻培养液中的pH值变化（图3）。据图3结果，对图2中从第25天到35天，中、高CO2浓度下小球藻叶绿素a含量变化的解释是____________，光合速率降低，增殖受到抑制。 (5)科研人员进一步研究了第25天到35天不同CO2浓度小球藻固碳情况（图4），结合图2可以推测，在中、高CO2浓度下，____________，促进水体中分解者分解作用，增加向大气中排放CO2，从而导致小球藻从“碳汇”转变成“碳源”。 4．【人工光合柱状数据分析】（2026·江苏·一模）我国科学家将新鲜菠菜叶绿体中的类囊体（TK）与某种化合物（主要成分是CdTe+）进行结合，构建Tk-CdTe杂化能量模块，如图1。将Tk-CdTe、相关酶、底物、缓冲液等封装成人工光合作用细胞，以获得定制化产物。请回答下列问题： (1)图1中步骤①为获取类囊体。首先将菠菜叶肉细胞破碎后，通过_____法获取叶绿体，再在4℃条件下用______（填“低渗”“等渗”或“高渗”）缓冲溶液处理叶绿体释放出类囊体。类囊体活性与叶绿素含量呈正相关，可用分光光度计测定类囊体对______光的吸光度来计算叶绿素含量。 (2)据图1分析，在适宜条件下Tk-CdTe杂化能量模块进行相关生化反应产生的还原型辅酶有______，Tk-CdTe中CdTe+的主要作用有_____。 (3)将相关物质封装在油包水微滴中形成如图2所示的人工光合作用细胞。从结构分析，人工光合作用细胞的膜由_____层磷脂分子构成。与菠菜叶肉细胞相比，在同等条件下该人工细胞能积累更多有机物的原因有______。 (4)科研人员将图2中的还原酶替换为NADH依赖型甲酸脱氢酶生产定制化产物——甲酸（不直接消耗ATP）来研究人工光合作用细胞的生产效率，设置了三个实验组，分别封装CdTe+、Tk和Tk-CdTe，其他物质相同，其中物质B是______。在适宜条件下光照1h后分别检测甲酸盐的生成量，结果如图3。实验结果说明______。 5．【CETCH 人工固碳循环】（2026·江苏南通·二模）科研人员提取莱茵衣藻的类囊体并构建了人工光合细胞，其光合作用过程如图所示，请回答下列问题： (1)提取莱茵衣藻类囊体时，先破碎细胞，采用______法获取叶绿体，再将叶绿体置于______溶液中使其破碎，再用______法获得类囊体。提取莱茵衣藻类囊体前，应对其进行暗处理，其目的是______。 (2)构建人工叶绿体前需对提取的类囊体进行功能检测，其检测指标有______。 (3)人工光合细胞光反应过程中，提供电子的最初供体是______，电子沿着电子传递链传递过程中，泵入类囊体腔，为ATP的合成提供______。 (4)人造叶绿体光反应为CETCH循环直接提供______（物质），CETCH循环过程中固定的底物有______。 (5)构建CETCH循环的意义有______。 ①提高固碳效率以期未来取代卡尔文循环 ②根据需要，可实现对自然代谢的定向改造 ③将CETCH循环与下游代谢耦合，生产特定产物 ④为实现碳中和提供可行的生物技术方案 命题点3 昼夜曲线 一、非选择题 1．【蓝细菌 CO₂浓缩机制】（2025·江苏南通·一模）CO2是制约水生植物光合作用的重要因素。蓝细菌具有特殊的CO2浓缩机制，其中羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散，相关过程如图所示。请分析回答： (1)蓝细菌的光合片层膜上吸收光能的两类主要光合色素有______________，暗反应Rubisco催化的反应称为____________，该反应需要的条件有________(选填：ATP、NADPH、酶)。 (2)蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中CO2浓度，据图分析CO2浓缩的具体机制为：细胞膜上转运蛋白和光合片层膜上CO2转运蛋白分别通过______________________方式吸收、CO2，且羧化体具有蛋白质外壳，可限制CO2气体扩散。 (3)若将蓝细菌的转运蛋白基因和CO2转运蛋白基因转入烟草内并成功表达和发挥作用，理论上该转基因烟草在光照充足的条件下，光补偿点和光饱和点分别会____________(填“提高”“降低”或“不变”)。 (4)除了CO2制约水生植物光合作用外，许多植物在高光强环境下会产生过剩的电子，与O2结合生成活性氧，导致光合系统损伤。某些植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。下图为水生植物绿藻进化出的抑制光系统损伤的机制示意图。 ①离心收集的绿藻放入含H218O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，产生的带18O标记的气体的生理过程有__________________________。 ②据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给________，生成超氧化物，进而被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤，途径②将叶绿体吸收的过剩光能________________，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。 2．【番茄成熟时序曲线】（2025·江苏徐州·一模）番茄是我国栽培的主要作物之一，因其营养丰富广受人们的喜爱。光是影响番茄果实成熟的重要环境因素，尤其是光质。为研究红光对番茄成熟的影响，研究者进行了系列实验。回答下列问题： (1)番茄果实的外观色泽是反映果实成熟与否的最直接指标，果实中类胡萝卜素的含量与其密切相关，而番茄叶片中的类胡萝卜素可用_______法提取分离，其主要吸收_______。将野生型番茄（WT）培养至开花20天时，开始使用白光（W）及红光（R）LED光源照射，测得相关数据如图1所示。在番茄成熟过程中叶绿素和类胡萝卜素的含量大致趋势分别是_______、_______。番茄类胡萝卜素的含量与成熟度呈正相关，由此可推出红光的作用是_______。 (2)研究证实，红光和激素X均会影响番茄果实中类胡萝卜素的含量，进而影响番茄的品质。现对野生型番茄（WT）果实进行相关处理，测得其中类胡萝卜素的相对含量变化如图2所示。回答下列问题： ①据图2可知，随着处理天数的增加，红光、激素X均能提高类胡萝卜素的相对含量，且根据红光和激素X共同作用的结果可进一步得出结论：红光和激素X共同作用的效果_______（填“大于”“小于”或“等于”）两者单独使用的效果，即具有_______作用。 ②选取若干长势相同的野生型番茄（WT）植株，分别采摘一定比例的果实，几天后测得各组叶片CO2的固定速率均下降，原因是_______。 (3)野生型番茄（WT）光合作用固定CO2的部位是叶肉细胞的_______。请写出18O2中的氧进入葡萄糖（C6H1218O6）的代谢转化途径: _______（用化学式和箭头表示）。当光照强度为植物的光补偿点时，番茄叶肉细胞呼吸作用消耗的有机物量_______（填“大于”“等于”或“小于”）该细胞中光合作用制造的有机物量。若将不遮阴条件下正常生长的番茄植株进行短时间遮光处理，植物叶肉细胞内C3_______（填“增加”“减少”或“不变”）。 3．【镁离子昼夜调控曲线】（2026·江苏南通·一模）Mg2+在植物光合作用中发挥重要作用，图1是Mg2+参与调控水稻光合作用的部分机制，请回答下列问题。 (1)卡尔文循环进行的场所是_________。物质A、B分别是________、________。 (2)光照条件下，类囊体腔中H+浓度升高的原因有__________。类囊体腔中H+浓度升高，一方面为物质F的合成提供_________，另一方面____________。 (3)卡尔文循环通常在光下才能进行，南通某中学兴趣小组通过多个智能体寻找原因，并甄别总结如下。其中与图1中信息匹配的有________。 ①Rubisco活化酶的激活需要光 ②卡尔文循环需要光反应提供物质和能量 ③光敏色素接受红光后调控Rubisco基因的表达 ④类囊体在光下才能排出足量的Mg2+，激活相关的酶 ⑤光促进气孔打开，进入叶片的CO2增多 (4)已知水稻叶绿体对Mg2+的吸收在黎明时达到峰值，随后逐渐下降，研究表明这与光合产物蔗糖的积累有关。为了进一步探究其机制，研究人员做了相关实验，结果如图2，其中OsPRR59能与OsMGT3（Mg2+运输载体）基因启动子结合。 ①据图1、2分析，叶绿体对Mg2+的吸收在黎明达到峰值的直接原因是_______，意义是_______。 ②据实验结果分析，白天OsMGT3表达水平降低的机制是：白天光合作用合成有机物→________。 4．【希尔反应电子传递曲线】（2026·江苏镇江·一模）1937年，英国植物学家希尔以繁缕和野芝麻的叶片为实验材料，探究光合作用的相关原理。图1为希尔反应的经典反应式，图2为希尔反应的现代分子生物学机制。请回答下列问题： (1)据图1分析，希尔将离体的叶绿体置于一定浓度的蔗糖溶液中，制成无CO2的叶绿体悬浮液，使用一定浓度的蔗糖溶液的目的是______。接着他给予叶绿体悬浮液一定的______条件并添加铁盐（高铁氰化钾），选取该物质除了作为氧化剂参与反应外还具有______的优点。 (2)在分子水平上，类囊体膜上的光合色素吸收光能，通过电子传递链将电子最终传递给______。该过程中通过______途径形成类囊体膜两侧的H+浓度差驱动ATP的合成。ATP合酶由CF0单元和CF1单元组成，由图2推测CF0单元多由______（选填“疏水性”或“亲水性”）氨基酸残基组成，该单元体现了蛋白质的______功能。 (3)叶绿体中本身含有氧化剂，希尔实验时仍需要额外添加铁盐的原因是______。希尔的实验说明光合作用过程中水的光解和糖的合成不是同一个反应，但不能证明光合过程中产生的氧气的氧元素全部来自水，原因是______。 5．【光呼吸光照梯度双曲】（2026·江苏徐州·一模）高温、强光环境下，植物的气孔开度减少甚至气孔关闭，同时光合系统产生的O2增多，此时CO2供应不足，植物会产生光呼吸；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图1所示。回答下列问题。 (1)图1中R酶在光合作用中参与________过程，其产物经过一系列反应形成（CH2O），后一过程所需能量来源于________（物质）。 (2)结合图1分析保卫细胞中消耗氧气的场所有________；光呼吸会使光合作用产生的有机物的量________（填“增加”或“减少”），原因是________。 (3)研究发现，在高温、强光环境下，植物保卫细胞中G酶相关基因的表达会增强，为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，通过基因工程构建了仅在保卫细胞中过表达G酶的植株S，相关实验结果如图2所示。植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图1、2可知，相同光照条件下植株S的净光合速率高于植株W的，其机制是植株S保卫细胞中G酶表达量提高，通过________，双重促进光合作用。 (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。 设置实验组 通过基因工程构建________的植株T和植株S各10株 设置对照组 长势相似的野生型植株10株 植株培养 在相同且适宜条件下培养 测定实验结果 在相同光照强度范围内，测定三组植物的________随光照强度的变化 实验结果预测 ________ 4 / 20 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 微难点01：光合作用与细胞呼吸综合（专项训练） 考情速览 深刻剖析真题，探寻命题立意 重难研析 重难知识研析，疑难困惑一网打尽 重难01 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 重难02 光合呼吸三率计算 重难03 经典光合呼吸曲线专攻 典题精练 揭秘高考动向，零距离练透重难 3年考情精析 本专题是江苏高考生物的核心重难点，选择题、非选择题均高频考查，分值占比 8~12 分。题型以图表分析、定量计算、实验探究为主，常结合农业生产、逆境生理等真实情境，侧重考查 “物质与能量观”“科学探究” 核心素养，是区分度最高的模块之一。 3类热考角度 物质能量转化、净 / 总 / 呼吸三率计算与测定、综合曲线识图；常考长句依据分析、速率推导计算，侧重考查信息提取与逻辑推理，是拉开分差的核心题型。 5大命题预测 （1）重过程推演，聚焦物质能量转化、细胞器间 ATP 与辅酶转运动态机理； （2）重真实情境，结合大棚种植、盐碱育种、人工光合、密闭实验等素材； （3）重图表分析，依托昼夜速率曲线、装置图、实验数据表，融合三率定量计算； （4）重知识综合，联动酶、物质跨膜运输、ATP 代谢等模块； （5）重实验探究，考查速率测定实验设计、误差分析、逻辑说理。 3大高效备考策略 （1）抓牢过程本质：厘清光合与呼吸各阶段的场所、物质与能量转化路径，精准辨析三率概念，从原理层面理解公式逻辑，杜绝机械记背。 （2）固化解题模板：针对三率计算、曲线分析、实验测定三类核心题型，总结标准化解题步骤，强化拆分法、对照法的应用，提升计算准确率。 （3）强化情境迁移：聚焦大棚种植、盐碱胁迫、密闭培养等真实情境，训练从图表、数据中提取关键信息的能力，规范长句表述的答题逻辑。 重点1 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 1.转化图解 2.物质与能量转化 比较项目 光合作用 有氧呼吸 总反应式 核心原料 CO2、H2O C6H12O6、H2O、O2 终产物 有机物、O2 CO2、H2O 碳元素转移路径 CO2→C3→(CH2O) (CH2O)→丙酮酸→CO2 氢元素转移路径 H2O→NADPH→(CH2O)+H2O C6H12O6+H2O→NADH→H2O 氧元素转移路径 H2O→O2;CO2→(CH2O) (CH2O)+H2O→CO2；O2→H2O 能量转化方向 光能→ATP和NADPH 中活跃化学能→有机物中稳定化学能 有机物中稳定化学能→ATP 中活跃化学能 + 热能 指点迷津：ATP 和还原型辅酶的转移方向 1.叶绿体与细胞质基质间：叶绿体产生的 ATP 基本不转移至细胞质基质，仅用于暗反应；NADPH 主要在叶绿体内发挥作用。 2.线粒体与细胞质基质间：线粒体产生的 ATP 可转移至细胞质基质，供给各项生命活动；细胞质基质中 NADH 可通过穿梭系统进入线粒体参与有氧呼吸第三阶段；细胞质基质的 ATP 不进入线粒体。 【典例】（2026·江苏·三模）关于NADH和NADPH的叙述，错误的是（　　） A．两者组成元素均有C、H、O、N、P B．两者均可在植物的叶肉细胞中生成 C．两者均可作为还原剂参与细胞代谢 D．两者均可作为辅酶降低反应活化能 【答案】D 【详解】A、NADH和NADPH均属于核苷酸类衍生物，组成元素都包含C、H、O、N、P，A正确； B、植物叶肉细胞可通过细胞呼吸（有氧呼吸第一、二阶段、无氧呼吸第一阶段）产生NADH，通过光合作用光反应阶段产生NADPH，因此两者均可在叶肉细胞中生成，B正确； C、NADH可作为还原剂参与有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段的反应，NADPH可作为还原剂参与光合作用暗反应中C3的还原过程，两者均可作为还原剂参与细胞代谢，C正确； D、只有酶能降低化学反应的活化能，NADH和NADPH的功能是作为递氢体、还原剂参与代谢反应，无法降低反应活化能，D错误。 解题通法 1.定核心对比对象：题干同时出现 NADH、NADPH，立刻锁定 4 个对比维度：元素组成、产生场所、功能、本质（是否为酶）。 2.分层记忆基础属性： 元素：二者均含 C、H、O、N、P（核苷酸衍生物，必对） 场所：NADH→细胞质基质、线粒体（细胞呼吸）；NADPH→叶绿体类囊体（光反应）；叶肉细胞两种细胞器都存在，故均可生成 功能：均为还原剂、递氢载体；仅酶能降低活化能，辅酶无催化作用（高频陷阱） 3.逐选项对标排除：把每个选项匹配上面 3 条基础属性，出现 “辅酶能降低活化能、NADPH 运出叶绿体供呼吸” 等表述直接判错。 4.总结易错陷阱：区分 3 组易混概念： ① NADPH（光合专用）≠NADH（呼吸专用）； ② 辅酶（递氢）≠酶（催化、降活化能）； ③ 叶绿体 ATP/NADPH 仅限暗反应，不能运出供细胞其他生命活动。 重点2 光合呼吸三率计算 1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 A：黑暗环境，只进行呼吸作用，CO₂全部释放到细胞外 B：弱光环境，总光合速率 < 呼吸速率，部分 CO₂供光合，剩余释放到胞外 C：光补偿点，总光合速率 = 呼吸速率，线粒体产生的 CO₂全部供给叶绿体 D：强光环境，总光合速率 > 呼吸速率，叶绿体还需从外界吸收额外 CO₂ 2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法 指标 呼吸速率 （黑暗下测定） 净光合速率 （光照下实测，又称表观光合） 真正（总）光合速率 （推导计算值） CO₂ 单位时间内，细胞呼吸的CO₂释放量（产生量） 单位时间内，植物从外界环境的CO₂吸收量 单位时间内，叶绿体的CO₂固定量（消耗量 / 同化量） O₂ 单位时间内，细胞呼吸的O₂吸收量（消耗量） 单位时间内，植物向外界释放的O₂释放量 单位时间内，叶绿体的O₂产生量（生成量 / 总产生量） 有机物 单位时间内，有机物的消耗量（分解量），表现为干重减少 单位时间内，有机物的积累量，表现为干重增加 单位时间内，有机物的制造量（合成量 / 生产量） 3.计算公式：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 4．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 (1)“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化 ①“黑暗”下，有色液滴左移距离代表有氧呼吸消耗O2,量，即呼吸速率 ②“光照”下，有色液滴右移距离代表释放O2的量，即净光合速率 ③在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，即“真正光合速率”。 ④物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。与图示两装置相比，对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。 (2)“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量 同一叶片，给予遮光和光照处理且阻止两部分的物质和能量转移，截取对称位置面积均为S的叶片，烘干称重，记为WA和WB， △W=WB-WA（△ W表示截取部分叶片在t小时内光合作用合成的有机物） 真正光合速率=△W的平均值／（S×t)即单位时间单位面积的叶片制造的有机物的量。 将叶片一半遮光、一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。 (3)“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化 ①从某一水层取样，装入若干等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量 ②)把黑、白瓶悬于原水深处 ③一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值 a．“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。 b．在有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量；二者之和为真正光合作用量。 c．在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝真正光合作用量。 (4)“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量 本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。 净光合速率＝(z－y)/2S；呼吸速率＝(x－y)/2S；真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。 【典例】（2025·江苏镇江·三模）油菜素内酯（BR）可提高植物的耐热性来缓解高温胁迫对作物的影响。某研究小组以娃娃菜为试材，通过喷施不同浓度BR（T1-T4），探究BR对高温胁迫的缓解效应及作用机制，结果如表所示。回答下列问题： CK HT HT+ T1 HT+ T2 HT+ T3 HT+ T4 气孔导度mol/（m2•s-1） 380 250 263 275 328 310 胞间CO2浓度μmol/mol 210 350 325 310 280 295 表观光合速率μmol/（m2•s-1） 5.8 3.8 4.0 5.7 5.8 5.2 过氧化氢酶活性U/g 50 20 51 48 49 50 可溶性糖含量mg/g 0.09 0.12 0.14 0.18 0.24 0.15 注：CK：常温对照（20℃）；HT：高温对照（38℃）； T1：0.05mg/L； T2：0.1mg/L； T3：0.5mg/L； T4：1mg/L (1)高温胁迫下叶绿素含量会下降，可用纸层析法分离进行比较，色素可以在滤纸条上分离是因为其______不同。高温使娃娃菜的光合速率下降，一方面通过对光系统（光合色素蛋白复合体）的抑制，使光反应产物______减少；另一方面通过抑制______，降低碳反应各个步骤的反应速率。 (2)将CK组娃娃菜转移至强光（会破坏色素复合体）下，短时间内其C3含量增加，这是由______速率共同决定的。植物细胞中可溶性还原糖的升高，有利于植物细胞______，可以有效缓解高温引起的水分胁迫。 (3)在高温胁迫下，植物细胞内的活性氧（如H2O2）增多，会攻击蛋白质、磷脂等物质。喷洒BR可有效缓解，提高光反应速率，据表格数据分析，原因是______。 (4)研究表明，高温胁迫下植物的光系统遭受损害，其中光系统Ⅱ光化学活性降低，而热耗散非光化学淬灭系数（NPQ，植物耗散过剩光能为热的比例）会升高，不同浓度BR处理后的实验结果如下图。 实验结果表明高温条件下，BR浓度与光系统Ⅱ光化学活性的下降呈______（正/负）相关。推测BR提高光合作用效率的机理是BR通过______。 【答案】(1) 在层析液中的溶解度 O2、ATP、NADPH 酶的活性 (2) CO2的固定速率和C3的还原 渗透吸水（渗透压升高吸水） (3)BR处理使过氧化氢酶活性升高，清除细胞内的活性氧，减少对类囊体膜的伤害 (4) 负 缓解光系统Ⅱ光化学活性的下降而降低NPQ，降低光能转化成热能的比例，提高了光合作用的效率 【详解】（1）分离色素的原理是绿叶中的四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，因而不同色素分子可以在滤纸条上分离。 光反应的产物是O2、ATP、NADPH。碳反应（暗反应）各个步骤都是在相应酶的催化下完成的，高温会抑制酶的活性，进而降低碳反应各个步骤的反应速率。 （2）将CK组娃娃菜转移至强光条件下，色素复合体被破坏，光反应速率下降，使光反应阶段产生的ATP、NADPH减少，而二氧化碳的固定速率暂时不变，故短时间内其C3含量增加，是由CO2固定速率和三碳酸还原速率共同决定的。植物细胞中可溶性还原糖的升高，使植物细胞的渗透压增加，有利于植物细胞渗透吸水，因而可以有效缓解高温引起的水分胁迫。 （3）植物细胞内的活性氧 （如H2O2）增多，攻击蛋白质、磷脂等物质，蛋白质和磷脂是膜的主要成分。表中数据显示：喷施不同浓度BR（T1-T4）的实验组，它们的过氧化氢酶活性明显高于高温对照（HT）组，表明BR处理后，细胞内过氧化氢酶的活性升高，可以有效清除细胞内的活性氧（如H2O2），减少对类囊体膜以及酶的伤害，从而提高光反应速率。 （4）根据实验结果，随着 BR 浓度的增大，光系统II 光化学活性下降得越少，两者呈负相关，在此过程中，NPQ 也随着减少，由此可推测BR提高光合作用效率的机理是：BR通过缓解光系统Ⅱ光化学活性的下降而降低NPQ，降低光能转化成热能的比例，提高了光合作用的效率。 解题通法 1.先区分三类速率定义： 黑暗指标 = 呼吸速率；表格 “表观光合速率”=净光合速率；总光合 = 净光合 + 呼吸； 气孔导度、胞间 CO₂：反映暗反应原料供应；酶活性、色素：反映光反应强弱。 锁定自变量、对照组 本题自变量：高温、不同 BR 浓度；对照组 CK（常温）、HT（高温无 BR）；所有分析以两组对照差值为依据。 2.分层拆解速率变化逻辑链： 环境 / 物质变化→光反应（色素 / 酶 / ATP、NADPH）/ 暗反应（CO₂固定、酶）→净光合速率升降 例：高温→色素 / 光系统受损→ATP、NADPH 减少→C₃还原减慢→光合下降。 3.表格数据横向、纵向对比 横向：同一处理组各项指标联动；纵向：随 BR 浓度升高，指标先升后降，找最适浓度（T3）。 4.图像类关联分析： NPQ = 光能以热能散失；NPQ 越高，用于光合的光能越少； 5.负相关判定：BR 浓度越高，光系统 Ⅱ 活性下降越少，NPQ 越低→提升光合效率。 重点3 经典光合呼吸曲线专攻 1. （1）图1坐标轴与核心含义 纵坐标：CO₂的吸收速率，代表净光合速率（表观光合速率） 正值：植物从外界吸收 CO₂ → 总光合速率 > 呼吸速率，有机物积累 0值：植物与外界无净 CO₂交换 → 总光合速率 = 呼吸速率（光补偿点） 负值：植物向外界释放 CO₂ → 总光合速率 < 呼吸速率（或只进行呼吸作用），有机物消耗 横坐标：时刻，对应一昼夜的时间变化：深夜→日出→正午→日落→深夜 （2）分段解读生理过程 ① 夜间 / 弱光阶段（A→D 前：光合 ≤ 呼吸） A 点：深夜无光照，只进行细胞呼吸，数值绝对值代表呼吸速率 A→B：夜间温度降低，呼吸酶活性下降，呼吸减弱，CO₂ 释放减少 B→C：日出前温度小幅回升，呼吸略有增强；微弱光合不足以抵消呼吸回升 C→D：日出后光照增强，光合持续上升，但总光合仍小于呼吸，净释放CO₂ 减少 D 点：日出光补偿点，总光合 = 呼吸；D 点后有机物从 “消耗” 转为 “积累” ② 白天光合主导阶段（D→F：总光合 > 呼吸） D→第一高峰：光照升高，光合快速上升，净光合增大，有机物积累加快 E 点：光合午休，正午高温部分气孔关闭，CO₂ 供应减少，净光合下降；易错提醒：E 点净光合仍为正，有机物仍在积累，仅积累速率减慢 E→第二高峰：午后降温，气孔开放，光合回升 第二高峰→F：傍晚光照减弱，光合下降，净光合减小 F 点：日落光补偿点，总光合 = 呼吸；F 点后有机物从 “积累” 转为 “消耗” 关键结论：F 点是一昼夜有机物积累总量最多的时刻 ③ 夜间呼吸阶段（F→G 及之后） F→G：日落光合停止，只进行呼吸；夜间降温，呼吸减弱，曲线趋于平稳 G 点后：深夜温度稳定，呼吸速率维持稳定 2． （1）D'、H' 点：CO2浓度拐点，对应光补偿点，总光合 = 呼吸速率 （2）D'→H'：CO2浓度持续下降，总光合 > 呼吸，有机物持续积累 （3）H' 点：CO2浓度最低，有机物积累量最多 （4）图2 所示一昼夜密闭容器中植物能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是J′点低于A′点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合作用量大于总细胞呼吸量。 【典例】 13．（2026·江苏无锡·一模）水稻体内部分物质代谢关系如图1所示，R酶是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化CO2固定和C5与O2反应形成C2等化合物，C2在过氧化物酶体和线粒体的协同下经一系列化学反应释放CO2。请回答下列问题： (1)光合作用过程中，类囊体薄膜直接参与的阶段是___________，在红光照射下，参与该过程的主要色素是___________。 (2)水稻体内进行光合作用的细胞中消耗O2的场所有___________。 (3)线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图1.为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，构建了G酶含量仅在保卫细胞中增加的植株S，实验结果如图2.相同光照条件下，植株S叶片净光合速率高于植株W，原因是___________。 (4)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从18%升高到39%时，植株S的净光合速率___________(填“增大”或“减小”)，据图分析其原因是___________；相较于植株W，植株S的净光合速率变化幅度___________(填“大”“小”)。 (5)干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，影响水稻的正常生长。研究人员将长势一致的水稻植株若干株分为4组，进行相关实验，测定叶片净光合速率(Pn)，结果如图3.复水是指恢复正常灌水，使其土壤含水量达到对照组的水平。 ①请从光合作用的光反应和暗反应两个角度分析，干旱处理组水稻的Pn下降的主要原因是___________。 ②据图可知，相比于干旱处理第9天复水，第6天复水更有利于水稻恢复生长，依据是___________。 【答案】(1) 光反应阶段 叶绿素（叶绿素a和叶绿素b） (2)叶绿体（叶绿体基质）、线粒体（线粒体内膜） (3)与植株W相比，植株S气孔开度增大，吸收CO2增多；G酶含量高，催化甘氨酸分解生成CO2增多，进入叶绿体用于光合作用的CO2较多 (4) 减小 O2浓度升高，利于C5与O2结合，消耗了C5导致用于光合作用暗反应CO2固定的C5减少 小 (5) 干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，与光反应有关的色素和酶量减少，因而光反应产生的ATP和NADPH减少，进而导致暗反应速率下降 第6天复水与第9天复水相比，净光合速率快速上升，且有高于对照组的时段 【详解】（1）光合作用的过程根据是否需要光能，分为光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段在类囊体的薄膜上进行；绿叶中的色素有4种，可归为两大类，叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素又包括叶绿素a和叶绿素b,类胡萝卜素又包括胡萝卜素和叶黄素两类，其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，故在红光照射下，参与该过程的主要色素是叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）。 （2）由图1分析可知，O2与CO2竞争结合R酶的同一位点，R酶参与光合作用暗反应过程，场所为叶绿体基质，在此处R酶可催化C5与O2反应生成C2等化合物；同时植株可进行有氧呼吸过程消耗O2，场所为线粒体内膜。 （3）根据题意可知，线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸和CO2，相同光照条件下，与植物W相比，植株S保卫细胞中G酶含量较高，催化甘氨酸分解生成的CO2较多，CO2可直接进入叶绿体用于CO2的固定；气孔开度增大，从而吸收更多的CO2，故相同光照条件下，植株S叶片的净光合速率高于植株W。 （4）分析题意可知，O2浓度升高，在与CO2竞争R酶时占优势，导致R酶催化固定CO2的量减少，因此植株S的净光合速率会减小；相较于植株W，植株S保卫细胞中G酶含量高，G酶催化甘氨酸生成丝氨酸和CO2的量更多，气孔开度较大，吸收CO2多，因而植株S的净光合速率变化幅度小。 （5）①结合图示可知，图中Pn的观测指标是单位时间、单位叶面积吸收的二氧化碳量。干旱胁迫会导致水稻叶绿体中的基粒减少，因而与光反应有关的色素和酶量减少，光反应产生的ATP和NADPH减少，进而导致暗反应速率下降，因而表现为净光合速率下降，此外干旱胁迫可能会导致与暗反应有关酶合成量减少，进而影响了暗反应导致净光合速率下降。 ②实验结果显示，第6天复水与第9天复水相比，净光合速率快速上升，且有高于对照组的时段，而第9天复水效果较差，净光合速率没有明显上升，因而推测，第6天复水更有利于水稻恢复生长。 解题通法 ×××××× 1.第一步识别坐标轴含义 纵坐标 CO₂吸收 / O₂释放 =净光合速率；负值 = 只呼吸；0 = 光补偿点； 横坐标：光照强度 / 时间（昼夜 / 干旱天数）。 2.拆分两条核心曲线规律 ① 光照强度曲线：起点（光照 0，只呼吸）→补偿点→饱和点；曲线越高，净光合越强； ② 时间动态曲线：分积累段、消耗段，曲线最高点 / 补偿点 = 有机物积累最大值。 3.双植株对比（S/W）解题逻辑 两条曲线对比，差值就是自变量（G 酶）的作用； 分两层机制： 内部：G 酶促进光呼吸产生 CO₂，补充暗反应原料； 外部：可溶性糖升高→细胞渗透压上升→气孔开度变大，外界 CO₂吸收增多。 4.胁迫类（高温 / O₂升高 / 干旱）统一分析思路 胁迫条件→竞争结合 R 酶 / 叶绿体结构破坏→C₅消耗增多 / 光反应产物减少→暗反应减弱→净光合下降。 5.复水恢复类答题固定模板 复水早→叶绿体结构更快修复→光反应快速恢复→净光合回升更快，峰值更高；复水晚损伤不可逆，恢复慢。 6.高频踩分术语固定写法 光反应：类囊体、色素、ATP、NADPH； 暗反应：R 酶、CO₂固定、C₃还原、C₅； 光呼吸：O₂竞争 R 酶、消耗 C₅、释放 CO₂。 命题点1 细胞呼吸、光合作用的物质和能量转化 一、单选题 1．【航天情境创新】（2026·江苏徐州·三模）“天宫水族箱”是中国空间站中的密闭生态实验模块，其中4条斑马鱼和4克金鱼藻被密布小孔的挡板分隔在鱼室和植物培养间，由LED灯提供光源。下列相关叙述错误的是（    ） A．LED光源的调控对维持系统内O2和CO2的动态平衡至关重要 B．微重力可能影响水体中O2、CO2及排泄物的扩散分布，进而影响物质循环效率 C．该密闭系统中，斑马鱼和金鱼藻间的能量传递效率为10%～20% D．若LED光源意外关闭，短时间内斑马鱼细胞内乳酸含量可能上升 【答案】C 【详解】A、LED光源为金鱼藻光合作用提供能量，调控LED光照强度可直接影响金鱼藻的光合速率，进而调控系统内O2释放和CO2吸收速率，对维持O2和CO2的动态平衡至关重要，A正确； B、微重力环境下水体不存在重力驱动的对流作用，会减慢O2、CO2、排泄物等物质的扩散速率，进而降低生态系统的物质循环效率，B正确； C、能量传递效率10%～20%是生态系统中相邻两个营养级之间的能量传递规律，且题干未说明斑马鱼以金鱼藻为食，无法计算二者的能量传递效率，C错误； D、LED光源关闭后，金鱼藻无法进行光合作用产生O2，水体中O2含量短时间内下降，斑马鱼会通过无氧呼吸补充能量，动物无氧呼吸产物为乳酸，因此其细胞内乳酸含量可能上升，D正确。 2．【酶反馈调节机理】（2026·江苏徐州·三模）在糖酵解过程中，若ATP浓度高，则ATP与磷酸果糖激酶结合，抑制该酶活性，糖酵解速率减慢，ATP合成减少；反之酶活性恢复，反应正常进行。下列相关叙述正确的是（    ） A．生物体内ATP含量高，以确保能量的供应 B．磷酸果糖激酶作为信号分子，调节ATP的合成 C．ATP含量的动态平衡是某些酶被反馈调节的结果 D．抑制磷酸果糖激酶的活性，不影响有氧呼吸第二、三阶段ATP的合成 【答案】C 【详解】A、生物体内ATP含量很低，但ATP与ADP的相互转化速率极快，可满足能量供应需求，A错误； B、磷酸果糖激酶是酶，功能是催化相关化学反应，不属于信号分子，信号分子起传递信息的作用，无催化功能，B错误； C、由题干可知，ATP浓度高时会抑制磷酸果糖激酶的活性，减少ATP的合成；ATP浓度低时酶活性恢复，ATP合成增加，该负反馈调节机制可维持ATP含量的动态平衡，C正确； D、磷酸果糖激酶参与的糖酵解是有氧呼吸第一阶段，抑制其活性会导致有氧呼吸第一阶段的产物（丙酮酸、NADH）生成量减少，进而影响有氧呼吸第二、三阶段的反应，会使这两个阶段的ATP合成量下降，D错误。 3．【人体运动生理】（2026·江苏南通·二模）激烈运动时，肌肉细胞中有氧呼吸产生NADH的速度超过再生的速度，细胞中的丙酮酸会转变为乳酸。相关叙述正确的是（    ） A．有氧呼吸时NADH产生于线粒体基质和线粒体内膜 B．丙酮酸转化为乳酸的过程中会产生和ATP C．乳酸的产生会使肌细胞内的pH值明显下降 D．乳酸的产生有利于葡萄糖分解成丙酮酸产生ATP 【答案】D 【详解】A、有氧呼吸中NADH产生于细胞质基质和线粒体基质，A错误； B、丙酮酸转化为乳酸属于无氧呼吸第二阶段，该过程消耗NADH生成NAD⁺，不产生ATP，B错误； C、肌细胞内存在缓冲对，可以中和乳酸，因此细胞内pH不会出现明显下降，C错误； D、乳酸产生过程可再生NAD⁺，而NAD⁺是葡萄糖分解为丙酮酸的必需原料，因此乳酸的产生可保障第一阶段持续进行，有利于该阶段产生ATP，D正确。 易错提醒： 场所易错：有氧呼吸 NADH 生成场所是细胞质基质、线粒体基质，线粒体内膜是 NADH 与 O₂结合消耗 NADH，极易误选 A； 无氧呼吸产能陷阱：生成乳酸的第二阶段不合成 ATP，只消耗 NADH 再生 NAD⁺，很多同学误以为全程产 ATP，错选 B； 缓冲体系忽略：细胞内含碳酸氢盐缓冲对，乳酸不会造成 pH 大幅下降，C 是高频错误选项； 核心逻辑盲区：糖酵解持续进行必须消耗 NAD⁺，产乳酸是回收 NAD⁺的途径，这是本题核心得分点。 二、多选题 4．【线粒体代谢图解】（2026·江苏南通·三模）特定条件下，哺乳动物线粒体NADH会出现富余，影响线粒体的结构和功能。最新研究发现哺乳动物线粒体在NADH富余时能产生乳酸，并运输到细胞质基质中，过程如图。相关叙述正确的是（　　） A．有氧呼吸第一、二、三阶段均能产生NADH B．哺乳动物细胞质基质、线粒体基质均能产生乳酸 C．丙酮酸转化为乳酸时会产生NADH和少量ATP D．该机制有利于保护线粒体结构和维持糖酵解的运行 【答案】BD 【详解】A、有氧呼吸第一、第二阶段可产生NADH；第三阶段是NADH与O₂结合生成水，消耗NADH，A错误； B、哺乳动物无氧呼吸时，细胞质基质中丙酮酸可转化为乳酸；结合题干和图示可知，线粒体NADH富余时，也可在线粒体基质中将丙酮酸转化为乳酸并运出，因此两个场所均能产生乳酸，B正确； C、丙酮酸转化为乳酸属于无氧呼吸第二阶段，该过程消耗NADH生成NAD⁺，无ATP生成，C错误； D、该机制可消耗富余的NADH，避免其损伤线粒体结构和功能；同时反应生成的NAD⁺可作为糖酵解的反应物，维持糖酵解正常运行，D正确。 5．【原核生物代谢通路】（2026·江苏·一模）下图表示的是大肠杆菌细胞内发生的部分代谢过程，下列相关叙述正确的有（    ） A．催化生成乳酸和生成乙醇的酶能出现在同一个细胞内 B．过程①②③能产生ATP，过程④⑤会导致NADH积累 C．过程②③分别发生在线粒体基质和内膜，过程④⑤发生在细胞质基质 D．过程②需要消耗水且是物质合成代谢和分解代谢之间的枢纽 【答案】AD 【详解】A、结合图示可知，催化丙酮酸生成乳酸和生成乙醇的酶能出现在同一个细胞内，A正确； B、过程①②③为有氧呼吸的三个阶段，均能产生ATP，过程④⑤为无氧呼吸的第二阶段，没有ATP生成，该过程中有NADH的消耗，因而不会导致NADH积累，B错误； C、在真核细胞内过程②③分别发生在线粒体基质和内膜，过程④⑤发生在细胞质基质，但大肠杆菌没有线粒体，因而②④⑤均发生在细胞质基质，③发生在细胞膜，C错误； D、过程②表示有氧呼吸第二阶段，该过程需要消耗水且是物质合成代谢和分解代谢之间的枢纽，D正确。 三、非选择题 6．【新型产氢综合实验】（2026·江苏南京·二模）小球藻光合产氢是一种绿色环保的制氢方式，其机理如图1所示。氢酶是其中的关键酶，遇氧易失活。研究表明，亚铁离子（Fe2+）可诱导小球藻形成细胞聚集体，通过聚集体内部形成厌氧微环境实现持续产氢，如图2所示。请回答下列问题： (1)图1所示膜结构的基本支架是_____；NADPH参与卡尔文循环中_____阶段。 (2)自然状态下小球藻产氢效率低，原因可能是：白天光照条件下，_____；夜晚黑暗条件下，_____。Fe2+诱导小球藻聚集后，聚集体内部形成厌氧微环境的原因有_____。 (3)小球藻可用于处理氨氮废水。为研究处理氨氮废水后小球藻聚集体的产氢效果，研究人员用_____的培养基模拟废水培养小球藻，然后添加Fe2+诱导其聚集产氢，测定培养基中剩余含量、小球藻叶绿素含量和产氢量，如图3所示。分析曲线可知：与低浓度处理相比，高浓度条件下，小球藻去除效果和产氢量分别_____，产氢量变化的原因可能是_____。 (4)以下措施可能提高小球藻光合产氢效果的有_____（填字母）。 a、延长光照时间提高小球藻光合效率  b、定点突变改造氢酶分子结构 c、基因工程构建小球藻耗氧酶体系  d、将小球藻和厌氧细菌共同培养 【答案】(1) 磷脂双分子层 C3的还原 (2) 水光解产生的氧气使氢酶失活   光反应无法进行，无大量H+和e-生成 Fe2+被氧化消耗氧气；聚集体内部光照不足产氧量下降；细胞呼吸仍在进行 (3) 不同NH4+浓度 更差、更低 叶绿素含量低 (4)bc 【详解】（1）图1为叶绿体类囊体薄膜，属于生物膜，生物膜的基本支架是磷脂双分子层，NADPH在卡尔文循环中作为还原剂，同时提供能量，参与卡尔文循环中C3的还原过程。 （2）氢酶遇氧易失活，白天光照下光反应水的光解产生O2，使氢酶失活。氢酶产氢依赖光反应产生的电子、H⁺和ATP，黑暗条件下光反应无法进行，无大量H+和e-生成，产氢缺乏原料。聚集体内部细胞呼吸仍在进行消耗O2；Fe²⁺被氧化为Fe(OH)₃的过程消耗O2；聚集体内部光照不足产氧量下降均会使内部形成厌氧微环境。 （3）实验目的是研究不同浓度氨氮废水的影响，需用不同NH4+浓度的培养基模拟废水培养小球藻。由图分析可知，高浓度组剩余NH₄⁺更多，说明与低浓度NH4+处理相比，高浓度NH4+条件下，小球藻去除NH4+效果更差、产氢量更低。高浓度NH₄⁺使小球藻叶绿素含量降低，光反应减弱，产生的ATP和NADPH减少，氢酶产氢的原料不足，进而产氢量下降。 （4）a、延长光照时间可增加光反应总时长，光反应水的光解产生O2，使氢酶失活，不能提高产氢效果，a错误； b、定点突变改造氢酶结构，可提高其耐氧性，避免被O₂失活，延长产氢时间、提高效率，b正确； c、构建耗氧酶体系可主动消耗细胞内O₂，降低局部氧浓度，保护氢酶活性，c正确； d、严格厌氧细菌无法进行有氧呼吸，不能消耗O₂，反而会被小球藻产生的O₂抑制生长，无法形成厌氧环境，还可能竞争营养，d错误。 命题点2 光合呼吸三率计算 一、非选择题 1．【光质 CO₂响应图像】（2026·江苏常州·三模）我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。在适宜温度下测定了番茄的光合作用相关指标并拟合 CO2 响应曲线（图a）；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异（图b），鉴定到突变体发生了 PIL15 基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。据图回答下列问题： (1)图 a 中，当胞间 CO2 浓度在 900～1200 μmol.mol- 1 范围时，红光下光合速率的限制因子有_______，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因可能是 _______。 (2)图 b 中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是 _____________。 (3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物生长的两条通路（图c）：通路 1 中，吸收光的物质①为____ , 通路 1 中吸收的光在叶绿体中最终被转化为 _______ 。通路 2 中吸收光的物质②为 _______ ，分布在__________ 的细胞内比较丰富。在图 c 中箭头旁用“（+） ”或“（-） ”标注 a 、b 的作用，（+）表示正相关，（-）表示负相关：a：_______、b：_______ 。总结图 c 中光对植物生长的作用，通路 1体现光是植物 _______和通路 2 中光作为_______ ，进而影响植物生理过程。 【答案】(1) 光照强度、（光质） 蓝光被光合色素吸收的效率更高 (2)突变体中 PIL15 基因功能缺失，阻断了光信号对气孔开放程度的调控 (3) 光合色素 有机物中的化学能 光敏色素 分生组织 （-） （-） 进行光合作用的能量来源 光信号调控基因表达 【详解】（1）当胞间CO2浓度在900−1200μmol⋅mol−1范围时，从图a中红光曲线来看，随着CO2浓度增加，光合速率不再上升，说明此时CO2浓度不是限制因子，而可能是光照强度、光质等因素限制了光合速率。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。对于蓝光下净光合速率更高的原因，可能是蓝光被光合色素吸收的效率更高。 （2）已知红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物的相关反应与夜间相似，突变体发生了 PILI5 基因的功能缺失，且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测原因可能是突变体中 PIL15 基因功能缺失，阻断了光信号对气孔开放程度的调控，从而蒸腾速率接近。 （3）在通路1中，吸收光的物质①为光合色素，光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上，在叶绿体中，吸收的光经过光反应和暗反应，最终被转化为有机物中的化学能。 通路2中吸收光的物质②为光敏色素，分布在分生组织的细胞内比较丰富。从图c中可以看出，光敏色素接受光信号后，对气孔开放程度起负相关（-）作用，对脱落酸信号也起负相关（-）作用。总结图 c 中光对植物生长的作用，通路 1体现光是植物进行光合作用的能量来源，通路2中植物利用光的方式是通过光敏色素接受光信号调控基因表达，进而影响植物生理过程。 2．【固氮藻数据表格】（2026·江苏·二模）固氮鱼腥藻是一种多细胞蓝细菌，主要由营养细胞和异形胞组成。图示其相关生理活动机制，其中的固氮酶必须在较为严苛的低氧环境中合成并发挥作用。请回答下列问题： (1)营养细胞和异形胞是两种功能互补的细胞。营养细胞通过光合作用合成有机物，并主要以___________的形式运输至异形胞，为后续反应提供NADPH；异形胞中的固氮酶可将N2转化为NH3，利于合成_____________等小分子有机物，以提供自身及营养细胞的营养需求。 (2)在营养细胞的光合作用过程中，PSⅡ受光激发，________分解并释放电子，电子经系列传递最终被________接受，以形成____________所需的还原剂。参与该过程的PSⅠ和PSⅡ都含有色素，这些色素的作用是______________。 (3)在异形胞固氮的相关生理过程中，PSⅠ受光激发形成的电子传递环使跨膜质子浓度梯度_____________，ATP的合成量_____________。该过程没有PSⅡ的参与，生理学意义是_____________。 (4)为探究固氮鱼腥藻能否成为新型肥料，科研人员在水稻田中进行了相关实验，结果如下表（各项数值单位均为相应的标准单位）。 指标 土壤理化性质 水稻产量 组别 铵态氮 硝态氮 有机质 每穴穗数 穗粒数 千粒重 未接种固氮鱼腥藻 6.01 2.5 23.26 12.26 200.39 21.47 接种固氮鱼腥藻 7.6 2.45 23.7 15.41 182.07 22.44 据表分析，固氮鱼腥藻可作为新型肥料，判断依据是_____________。 【答案】(1) 蔗糖 氨基酸、核苷酸 (2) 水 NADP+ C3的还原 吸收、传递、转化光能 (3) 上升 上升 避免水的光解产生氧气，利于固氮酶的合成和发挥作用 (4)接种固氮鱼腥藻组大幅提高土壤中铵态氮含量及总产量 【详解】（1）在植物细胞中，光合产物主要以蔗糖的形式进行运输，蔗糖是适合长距离运输的糖类形式，能从营养细胞运输到异形胞。N₂被固氮酶转化为NH₃后，NH₃可以作为氮源参与氨基酸（蛋白质的基本单位）、核苷酸（核酸的基本单位）等含氮小分子有机物的合成，这些物质能满足两种细胞的营养需求。 （2）在光合作用的光反应阶段，PSⅡ（光系统Ⅱ）受光激发后，会催化水的光解，水分解产生电子、质子和氧气，电子进入电子传递链。电子经过一系列传递后，最终被NADP⁺接受，同时结合质子形成NADPH。NADPH是碳反应（暗反应）中C₃还原过程的还原剂，为该过程提供能量和氢。PSⅠ和PSⅡ中的色素，首先吸收光能，然后将光能传递给反应中心的叶绿素a，最终将光能转化为电能，启动光反应。 （3）PSⅠ受光激发形成的电子传递过程，会将质子（H⁺）运输到膜内，使得跨膜质子浓度梯度上升。质子浓度梯度是ATP合成的动力，梯度上升会促使ATP合成量上升。题目中提到固氮酶需要在低氧环境中合成并发挥作用，该过程没有PSⅡ参与，就不会发生水的光解产生氧气，从而维持异形胞内的低氧环境，保证固氮酶正常工作。 （4）从表格数据可以看出： 接种固氮鱼腥藻后，土壤中的铵态氮含量从6.01提升到7.6，土壤氮素营养增加；同时水稻的每穴穗数、千粒重都有所提升，最终产量相关指标改善，说明固氮鱼腥藻能提高土壤肥力，促进水稻生长，所以可作为新型肥料。 3．【CO₂梯度定量探究】（2026·江苏·一模）随着大气CO2浓度增加，作为重要“碳汇”生物的小球藻的生长变化可能对水域生态系统产生重要影响。请回答下列问题： (1)小球藻叶绿体内部分生理过程如图1所示，光系统Ⅰ和光系统Ⅱ含有光反应中心，是色素—蛋白复合体，该复合体通过蛋白中富含____________（选填“亲水性”或“疏水性”）氨基酸残基的区段整合于____________中。 (2)据图1分析，光系统Ⅱ的功能有____________，光反应中能量的转化依次是____________（用文字和箭头表示）。除NADPH外，卡尔文循环中CO2还需在____________的作用下转变成糖类。 (3)水样中小球藻叶绿素a总量和小球藻细胞数量呈正相关，因此研究中常用叶绿素a的含量评估小球藻细胞数量；取10mL藻液，____________后收集细胞，加入90%丙酮萃取液，避光环境萃取24h后离心，测定____________（选填“上清液”或“沉淀”）中叶绿素a的吸光度，将吸光度换算成叶绿素a的含量，进而得出小球藻细胞数量。 (4)为探究CO2浓度变化对小球藻生长的影响，科研人员根据当前全球CO2浓度的变化趋势，分别在低（400ppm）、中（800ppm）、高（2000ppm）CO2浓度条件下，将采集的小球藻样本连续培养35天，测定相关数据进行分析。 ①科研人员测定了小球藻叶绿素a含量（图2），据图2分析，和低CO2浓度相比，高CO2浓度对小球藻数量的影响是____________。 ②已知小球藻吸收利用能力显著高于，为了探究上述CO2浓度对小球藻生长影响的原因，科研人员检测了小球藻培养液中的pH值变化（图3）。据图3结果，对图2中从第25天到35天，中、高CO2浓度下小球藻叶绿素a含量变化的解释是____________，光合速率降低，增殖受到抑制。 (5)科研人员进一步研究了第25天到35天不同CO2浓度小球藻固碳情况（图4），结合图2可以推测，在中、高CO2浓度下，____________，促进水体中分解者分解作用，增加向大气中排放CO2，从而导致小球藻从“碳汇”转变成“碳源”。 【答案】(1) 疏水性 类囊体膜 (2) 吸收、传递和转化光能，促进水的裂解，传递电子 光能→电能→化学能 ATP、C5和（多种）酶 (3) 过滤（离心） 上清液 (4) 培养到25天时，高CO2浓度更能促进小球藻数量增加；培养到35天时，高CO2浓度导致小球藻数量下降 培养液中pH过高（大于10），CO2溶于水后主要以CO32-形式存在，小球藻吸收和利用CO2能力下降 (5)更多的小球藻细胞破裂，释放出有机物 【详解】（1）光系统I和光系统Ⅱ是位于类囊体膜上的色素-蛋白复合体，类囊体膜是脂双层结构，疏水性氨基酸残基可以嵌入膜中，而亲水性氨基酸残基则暴露在膜两侧的水环境中，因此，这些复合体需要通过疏水性氨基酸残基段整合到类囊体膜中。 （2）分析图1可知，光系统Ⅱ参与水的光解（H2O→O2+H++e-），同时将吸收的光能转化为电能（或活跃的化学能），并驱动电子传递链。光反应中能量转换的过程是：光能→电能→化学能。暗反应（卡尔文循环）包括CO2的固定、C3的还原，需要光反应产生的NADPH、ATP提供能量和还原[H]、以及C5和（多种）酶的参与。 （3）水样中小球藻叶绿素a总量和小球藻细胞数量呈正相关，因此研究中常用叶绿素a的含量评估小球藻细胞数量；取10mL藻液，通过离心（或过滤）将细胞与培养液分离，收集细胞，加入90%丙酮萃取液（叶绿素溶于有机溶剂丙酮中），避光环境萃取24h后离心，叶绿素a位于上清液中，应测定上清液中叶绿素a的吸光度，将吸光度换算成叶绿素a的含量，进而得出小球藻细胞数量。 （4）①据图2分析，培养时间为5天的时候，三组不同CO2浓度时，叶绿素含量无显著区别，培养到25天时，高CO2浓度更能促进小球藻数量增加；培养到35天时，高CO2浓度导致小球藻数量下降。 ②分析图3可知，培养液中pH过高（大于10），CO2溶于水后主要以CO32-形式存在，小球藻吸收和利用CO2能力下降，光合速率降低，增殖受到抑制，由于水样中小球藻叶绿素a总量和小球藻细胞数量呈正相关，故导致水样中小球藻叶绿素a总量下降。 （5）结合图2可以推测，在中、高CO2浓度下，水样中小球藻叶绿素a总量下降，说明更多的小球藻细胞破裂，释放出有机物，促进水体中分解者分解作用，增加向大气中排放CO2，从而导致小球藻从“碳汇”转变成“碳源”。 易错提醒： 单一描述失分：大量同学只写 “促进” 或 “抑制”，忽略时间分段差异，答题不完整直接丢分； CO₂存在形式误区：误以为高 CO₂环境碳源充足，忽略水体 pH 升高后游离 CO₂大幅减少，藻无法吸收； 因果逻辑颠倒：易错写成 “叶绿素下降导致 pH 升高”，实际是高 CO₂长期改变水体酸碱度，间接破坏叶绿素合成； 概念混淆：把 “碳酸盐” 等同于可利用 CO₂，碳酸盐不能直接参与卡尔文循环，属于答题踩分盲区。 4．【人工光合柱状数据分析】（2026·江苏·一模）我国科学家将新鲜菠菜叶绿体中的类囊体（TK）与某种化合物（主要成分是CdTe+）进行结合，构建Tk-CdTe杂化能量模块，如图1。将Tk-CdTe、相关酶、底物、缓冲液等封装成人工光合作用细胞，以获得定制化产物。请回答下列问题： (1)图1中步骤①为获取类囊体。首先将菠菜叶肉细胞破碎后，通过_____法获取叶绿体，再在4℃条件下用______（填“低渗”“等渗”或“高渗”）缓冲溶液处理叶绿体释放出类囊体。类囊体活性与叶绿素含量呈正相关，可用分光光度计测定类囊体对______光的吸光度来计算叶绿素含量。 (2)据图1分析，在适宜条件下Tk-CdTe杂化能量模块进行相关生化反应产生的还原型辅酶有______，Tk-CdTe中CdTe+的主要作用有_____。 (3)将相关物质封装在油包水微滴中形成如图2所示的人工光合作用细胞。从结构分析，人工光合作用细胞的膜由_____层磷脂分子构成。与菠菜叶肉细胞相比，在同等条件下该人工细胞能积累更多有机物的原因有______。 (4)科研人员将图2中的还原酶替换为NADH依赖型甲酸脱氢酶生产定制化产物——甲酸（不直接消耗ATP）来研究人工光合作用细胞的生产效率，设置了三个实验组，分别封装CdTe+、Tk和Tk-CdTe，其他物质相同，其中物质B是______。在适宜条件下光照1h后分别检测甲酸盐的生成量，结果如图3。实验结果说明______。 【答案】(1) 差速离心 低渗 红 (2) NADPH和NADH 吸收光能，为光反应传递电子 (3) 1/一 人工细胞无呼吸作用，不会消耗生成的有机物，且Tk−CdTe对光能利用率更高，合成更多有机物 (4) NAD+ Tk−CdTe杂化模块产甲酸的效率显著高于单独的CdTe+和Tk，二者结合具有协同增效作用 【详解】（1）分离获取不同细胞器的常用方法是差速离心法；低渗溶液中，叶绿体渗透吸水涨破，可释放出类囊体，因此选择低渗缓冲液处理；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素也吸收蓝紫光，因此可通过测定对红光的吸光度计算叶绿素含量。 （2）从图1可直接看出，该过程将NADP+还原为NADPH、NAD+还原为NADH，因此产生的还原型辅酶为NADPH和NADH；根据图示电子流向，CdTe+可以吸收光能，并释放电子传递给类囊体光系统，为光反应提供电子。 （3）该人工细胞是油包水结构：内侧是水、外侧是油，磷脂分子亲水头部朝向内侧水，疏水尾部朝向外侧油，因此膜仅由1层磷脂分子构成；和天然叶肉细胞相比，人工细胞没有线粒体等结构，不能进行细胞呼吸消耗有机物，同时杂化模块对光能利用率更高，因此能积累更多有机物。 （4）实验中还原酶替换为NADH依赖型甲酸脱氢酶，反应需要NADH作为还原剂，图2中物质B是NAD+；从图3结果可知，Tk-CdTe组甲酸盐产量远高于单独CdTe⁺组和单独Tk组，说明二者结合形成的杂化模块产甲酸效率远高于单独组分，存在协同效应。 5．【CETCH 人工固碳循环】（2026·江苏南通·二模）科研人员提取莱茵衣藻的类囊体并构建了人工光合细胞，其光合作用过程如图所示，请回答下列问题： (1)提取莱茵衣藻类囊体时，先破碎细胞，采用______法获取叶绿体，再将叶绿体置于______溶液中使其破碎，再用______法获得类囊体。提取莱茵衣藻类囊体前，应对其进行暗处理，其目的是______。 (2)构建人工叶绿体前需对提取的类囊体进行功能检测，其检测指标有______。 (3)人工光合细胞光反应过程中，提供电子的最初供体是______，电子沿着电子传递链传递过程中，泵入类囊体腔，为ATP的合成提供______。 (4)人造叶绿体光反应为CETCH循环直接提供______（物质），CETCH循环过程中固定的底物有______。 (5)构建CETCH循环的意义有______。 ①提高固碳效率以期未来取代卡尔文循环 ②根据需要，可实现对自然代谢的定向改造 ③将CETCH循环与下游代谢耦合，生产特定产物 ④为实现碳中和提供可行的生物技术方案 【答案】(1) 差速离心 低渗/蒸馏水 密度梯度离心 消耗淀粉，防止离心时淀粉粒对类囊体造成损伤 (2)产电子（氧气）能力、产质子（H+）能力，产ATP能力 (3) 水 电化学势能（H+化学势能） (4) ATP C3、C4 (5)②③④ 【详解】（1）分离细胞器常用的方法是差速离心法，所以提取莱茵衣藻类囊体时，先破碎细胞，采用差速离心法获取叶绿体，再将叶绿体置于蒸馏水或低渗溶液中，使叶绿体吸水，破碎，再用密度梯度离心法获得类囊体。类囊体是进行光合作用光反应的场所，提取莱茵衣藻类囊体前，应对其进行暗处理，其目的是消耗淀粉，防止离心时淀粉粒对类囊体造成损伤。 （2）类囊体是光合作用光反应的场所，光反应的产物是O2、ATP、NADPH，所以对类囊体进行功能检测，可通过检测产电子（氧气）能力、产质子（H+）能力，产ATP能力进行。 （3）据图可知，人工光合细胞光反应过程中，提供电子的最初供体来自水，电子沿着电子传递链传递过程中，H+泵入类囊体腔，从而建立电化学势能（H+化学势能），进而为ATP的合成提供动力。 （4）据图可知，人造叶绿体光反应可以为CETCH循环直接提供ATP，CETCH循环过程中，CO2分别与C3、C4结合被固定，因此，固定CO2的底物是C3和C4。 （5）人工构建CETCH循环，可提高固碳效率、定向改造自然代谢、耦合下游代谢生产特定产物，也为实现碳中和提供了新的生物技术方案，但不会取代卡尔文循环，②③④正确。 命题点3 昼夜曲线 一、非选择题 1．【蓝细菌 CO₂浓缩机制】（2025·江苏南通·一模）CO2是制约水生植物光合作用的重要因素。蓝细菌具有特殊的CO2浓缩机制，其中羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散，相关过程如图所示。请分析回答： (1)蓝细菌的光合片层膜上吸收光能的两类主要光合色素有______________，暗反应Rubisco催化的反应称为____________，该反应需要的条件有________(选填：ATP、NADPH、酶)。 (2)蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中CO2浓度，据图分析CO2浓缩的具体机制为：细胞膜上转运蛋白和光合片层膜上CO2转运蛋白分别通过______________________方式吸收、CO2，且羧化体具有蛋白质外壳，可限制CO2气体扩散。 (3)若将蓝细菌的转运蛋白基因和CO2转运蛋白基因转入烟草内并成功表达和发挥作用，理论上该转基因烟草在光照充足的条件下，光补偿点和光饱和点分别会____________(填“提高”“降低”或“不变”)。 (4)除了CO2制约水生植物光合作用外，许多植物在高光强环境下会产生过剩的电子，与O2结合生成活性氧，导致光合系统损伤。某些植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。下图为水生植物绿藻进化出的抑制光系统损伤的机制示意图。 ①离心收集的绿藻放入含H218O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，产生的带18O标记的气体的生理过程有__________________________。 ②据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给________，生成超氧化物，进而被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤，途径②将叶绿体吸收的过剩光能________________，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。 【答案】(1) 藻蓝素、叶绿素 CO2的固定 酶 (2)主动运输、主动运输 (3)降低、提高 (4) 光反应、有氧呼吸第二阶段 氧气 转化为热能散失 【详解】（1）蓝细菌属于原核生物，不含叶绿体，能进行光合作用是因为其光合片层膜上含有藻蓝素、叶绿素及相关的酶，暗反应Rubisco催化CO2与C5反应生成C3，这个反应称为CO2的固定，该反应需要酶的催化，不需要ATP和NADPH。 （2）分析题意及题图可知，CO2浓缩的具体机制为：细胞膜上含有HCO3−转运蛋白，并需要能量，因此通过主动运输的方式吸收HCO3−，HCO3−在羧化体内可转变为CO2；光合片层膜上含有CO2转运蛋白，也需要能量，因此通过主动运输的方式吸收CO2。 （3）CO2是暗反应的原料，由题意可知，HCO3− 转运蛋白和CO2转运蛋白有助于提高羧化体中CO2浓度。若将蓝细菌的HCO3−转运蛋白基因和CO2转运蛋白基因转入烟草内，则转基因成功后，通过CO2浓缩机制，进入叶绿体中的CO2浓度增大，在较弱的光照条件下，光合作用强度即可等于呼吸作用强度。可见，理论上该转基因植株光补偿点比正常烟草要低。由于提高了二氧化碳浓度，因此光合速率会提高，那么光饱和点会提高。 （4）①培养液中H218O被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，H218O与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带18O标记的气体有O2和CO2。 ②根据图可以推知，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物被活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。 2．【番茄成熟时序曲线】（2025·江苏徐州·一模）番茄是我国栽培的主要作物之一，因其营养丰富广受人们的喜爱。光是影响番茄果实成熟的重要环境因素，尤其是光质。为研究红光对番茄成熟的影响，研究者进行了系列实验。回答下列问题： (1)番茄果实的外观色泽是反映果实成熟与否的最直接指标，果实中类胡萝卜素的含量与其密切相关，而番茄叶片中的类胡萝卜素可用_______法提取分离，其主要吸收_______。将野生型番茄（WT）培养至开花20天时，开始使用白光（W）及红光（R）LED光源照射，测得相关数据如图1所示。在番茄成熟过程中叶绿素和类胡萝卜素的含量大致趋势分别是_______、_______。番茄类胡萝卜素的含量与成熟度呈正相关，由此可推出红光的作用是_______。 (2)研究证实，红光和激素X均会影响番茄果实中类胡萝卜素的含量，进而影响番茄的品质。现对野生型番茄（WT）果实进行相关处理，测得其中类胡萝卜素的相对含量变化如图2所示。回答下列问题： ①据图2可知，随着处理天数的增加，红光、激素X均能提高类胡萝卜素的相对含量，且根据红光和激素X共同作用的结果可进一步得出结论：红光和激素X共同作用的效果_______（填“大于”“小于”或“等于”）两者单独使用的效果，即具有_______作用。 ②选取若干长势相同的野生型番茄（WT）植株，分别采摘一定比例的果实，几天后测得各组叶片CO2的固定速率均下降，原因是_______。 (3)野生型番茄（WT）光合作用固定CO2的部位是叶肉细胞的_______。请写出18O2中的氧进入葡萄糖（C6H1218O6）的代谢转化途径: _______（用化学式和箭头表示）。当光照强度为植物的光补偿点时，番茄叶肉细胞呼吸作用消耗的有机物量_______（填“大于”“等于”或“小于”）该细胞中光合作用制造的有机物量。若将不遮阴条件下正常生长的番茄植株进行短时间遮光处理，植物叶肉细胞内C3_______（填“增加”“减少”或“不变”）。 【答案】(1) 纸层析 蓝紫光 下降 上升 促进番茄早熟 (2) 大于 协同 摘除果实使叶肉细胞中有机物的输出减少而积累（必须提到叶肉细胞中有机物积累），从而抑制光合作用的进行（或使光合作用速率下降） (3) 叶绿体基质 18O2→H218O→C18O2→C6H1218O6 小于 增加 【详解】（1）提取番茄叶片中的类胡萝卜素可用纸层析法，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。由图1可知，在番茄成熟过程中叶绿素的含量下降，类胡萝卜素的含量上升。番茄类胡萝卜素的含量与成熟度呈正相关，由此可推测红光的作用是促进番茄早熟。 （2）①由图2可知，红光和激素X共同作用时，类胡萝卜素的相对含量大于单独使用红光或激素X时的相对含量，这说明红光和激素X共同作用的效果大于两者单独使用的效果，即红光和激素X在提高类胡萝卜素的含量上具有协同作用。 ②分析题意可知，摘除果实使叶肉细胞中有机物的输出减少而积累，从而抑制光合作用的进行（或使光合作用速率下降），导致CO2的固定速率下降，故采摘一定比例的果实后各组叶片CO2的固定速率下降。 （3）植物光合作用固定CO2是通过暗反应实现的，其场所为叶绿体基质。18O2进入番茄细胞中首先参与有氧呼吸的第三阶段，产生H218O；水是流动的，H218O参与有氧呼吸的第二阶段，产生C18O2；C18O2参与光合作用的暗反应过程形成葡萄糖（C6H1218O6），因此，其转化过程可表示为18O2→H218O→C18O2→C6H1218O6。当光照强度为植物的光补偿点时，植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，但植物体内存在无法进行光合作用的细胞，则植物叶肉细胞中光合作用强度大于呼吸作用强度，说明该细胞呼吸作用消耗的有机物量小于其光合作用制造的有机物量。将不遮阴条件下正常生长的番茄植株，进行短时间的遮光处理，光照强度减弱，光反应减弱，产生的ATP和NADPH减少，C3的还原过程减弱导致C3的消耗减少，而C18O2固定仍在进行，因此植物叶肉细胞内C3会增加。 3．【镁离子昼夜调控曲线】（2026·江苏南通·一模）Mg2+在植物光合作用中发挥重要作用，图1是Mg2+参与调控水稻光合作用的部分机制，请回答下列问题。 (1)卡尔文循环进行的场所是_________。物质A、B分别是________、________。 (2)光照条件下，类囊体腔中H+浓度升高的原因有__________。类囊体腔中H+浓度升高，一方面为物质F的合成提供_________，另一方面____________。 (3)卡尔文循环通常在光下才能进行，南通某中学兴趣小组通过多个智能体寻找原因，并甄别总结如下。其中与图1中信息匹配的有________。 ①Rubisco活化酶的激活需要光 ②卡尔文循环需要光反应提供物质和能量 ③光敏色素接受红光后调控Rubisco基因的表达 ④类囊体在光下才能排出足量的Mg2+，激活相关的酶 ⑤光促进气孔打开，进入叶片的CO2增多 (4)已知水稻叶绿体对Mg2+的吸收在黎明时达到峰值，随后逐渐下降，研究表明这与光合产物蔗糖的积累有关。为了进一步探究其机制，研究人员做了相关实验，结果如图2，其中OsPRR59能与OsMGT3（Mg2+运输载体）基因启动子结合。 ①据图1、2分析，叶绿体对Mg2+的吸收在黎明达到峰值的直接原因是_______，意义是_______。 ②据实验结果分析，白天OsMGT3表达水平降低的机制是：白天光合作用合成有机物→________。 【答案】(1) 叶绿体基质 CO2 C3 (2) 水光解产生H+、H+从叶绿体基质运入类囊体 H+的电化学势能 促进Mg2+排出类囊体 (3)①②④ (4) OsMGT3在黎明的表达量达到峰值 快速激活光合作用相关的酶，保证光合作用的高效进行 蔗糖积累增多→OsPRR59表达水平升高→OsMGT3表达水平降低 【详解】（1）卡尔文循环即暗反应阶段，进行的场所是叶绿体基质。从图中可知，光激活Rubisco活化酶后，促使钝化状态的Rubisco转变为激活状态，Rubisco可催化CO2和RuBP反应生成C3，所以物质A为CO2，物质B为C3。 （2）从图中可知，光照条件下，水的光解产生H+，同时H+从叶绿体基质运入类囊体，导致类囊体腔中H+浓度升高。类囊体腔中H+浓度升高，一方面为物质F（ATP）的合成提供H+的电化学势能（通过H+的电化学势能推动ATP合成酶合成ATP ），另一方面促使Mg2+排出类囊体。 （3）①从图中可看出Rubisco活化酶的激活需要光，与图1信息匹配；②光反应为卡尔文循环提供ATP和NADPH，其中ATP提供能量，NADPH既提供还原物质也提供能量，图中体现了光反应和暗反应的联系，与图1信息匹配；③图1中未体现光敏色素接受红光后调控Rubisco基因的表达，与图1信息不匹配；④从图中可知在光下类囊体腔中H+浓度升高，促使类囊体排出足量的Mg2+，进而激活Rubisco等相关酶，与图1信息匹配；⑤图1中未体现光促进气孔打开，进入叶片的CO2增多，与图1信息不匹配。所以与图1信息匹配的有①②④。 （4）①从图2可知黎明时OsMGT3基因相对表达量达到峰值，而OsMGT3是Mg2+运输载体，所以叶绿体对Mg2+的吸收在黎明达到峰值，由于Mg2+参与光合作用相关酶激活等过程，所以叶绿体对Mg2+的吸收在黎明达到峰值的意义是快速激活光合作用相关的酶，保证光合作用的高效进行。②据实验结果分析，白天光合作用合成有机物（蔗糖），蔗糖积累增多使得OsPRR59表达水平升高，而OsPRR59与OsMGT3基因启动子结合，抑制了OsMGT3基因的表达，导致白天OsMGT3表达水平降低。 4．【希尔反应电子传递曲线】（2026·江苏镇江·一模）1937年，英国植物学家希尔以繁缕和野芝麻的叶片为实验材料，探究光合作用的相关原理。图1为希尔反应的经典反应式，图2为希尔反应的现代分子生物学机制。请回答下列问题： (1)据图1分析，希尔将离体的叶绿体置于一定浓度的蔗糖溶液中，制成无CO2的叶绿体悬浮液，使用一定浓度的蔗糖溶液的目的是______。接着他给予叶绿体悬浮液一定的______条件并添加铁盐（高铁氰化钾），选取该物质除了作为氧化剂参与反应外还具有______的优点。 (2)在分子水平上，类囊体膜上的光合色素吸收光能，通过电子传递链将电子最终传递给______。该过程中通过______途径形成类囊体膜两侧的H+浓度差驱动ATP的合成。ATP合酶由CF0单元和CF1单元组成，由图2推测CF0单元多由______（选填“疏水性”或“亲水性”）氨基酸残基组成，该单元体现了蛋白质的______功能。 (3)叶绿体中本身含有氧化剂，希尔实验时仍需要额外添加铁盐的原因是______。希尔的实验说明光合作用过程中水的光解和糖的合成不是同一个反应，但不能证明光合过程中产生的氧气的氧元素全部来自水，原因是______。 【答案】(1) （维持渗透压平衡）保持叶绿体的形态 光照 反应过程中存在颜色变化（便于实验结果的观察） (2) NADP+ 水的分解产生H+，PQ运输H+，合成NADPH消耗H+ 疏水性 运输 (3) 没有提供CO2，叶绿体无法完成暗反应，NADP+更新不足 没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移 【详解】（1）叶绿体有类似半透膜的结构，外界溶液浓度过低会导致叶绿体吸水涨破，过高则会失水皱缩。使用一定浓度的蔗糖溶液可以（维持渗透压平衡）保持叶绿体的正常形态，保证后续实验能正常进行。希尔实验模拟的是光合作用的光反应阶段，光反应必须在光照条件下才能进行，只有光照才能驱动水的光解和ATP的合成。实验中使用的是 铁盐（如Fe3+）作为电子受体，它在接受电子后会被还原成Fe2+，反应过程中存在颜色变化（便于实验结果的观察），溶液颜色会从黄绿色变为亮黄色，能直观证明光反应的发生。 （2）在自然光合作用的光反应中，NADP⁺是最终的电子受体，它会接受电子和质子形成NADPH，用于暗反应中C3的还原。水的分解产生H+，PQ运输H+，将H⁺从叶绿体基质转运到类囊体腔中以及合成NADPH消耗H+，这三个过程共同作用，会在类囊体膜两侧形成H⁺浓度梯度。类囊体膜的内部是疏水环境，ATP合酶的CF0单元需要嵌入膜中，因此它的结构需要具备疏水性，才能稳定存在于膜内。CF0单元是H⁺的通道，H⁺会顺着浓度梯度通过CF0单元，这体现了蛋白质的运输功能。 （3）叶绿体中自身存在的氧化剂需要暗反应中C3还原过程才能还原，而希尔反应没有添加CO2，叶绿体无法完成暗反应，NADP+更新不足，因此需要额外添加铁盐。希尔实验只证明了光照下叶绿体可以产生氧气，但没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移，因此无法确定产生的氧气中的氧元素是否全部来自水，后来的同位素标记实验才最终证实了氧气的氧元素来自水。 5．【光呼吸光照梯度双曲】（2026·江苏徐州·一模）高温、强光环境下，植物的气孔开度减少甚至气孔关闭，同时光合系统产生的O2增多，此时CO2供应不足，植物会产生光呼吸；线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图1所示。回答下列问题。 (1)图1中R酶在光合作用中参与________过程，其产物经过一系列反应形成（CH2O），后一过程所需能量来源于________（物质）。 (2)结合图1分析保卫细胞中消耗氧气的场所有________；光呼吸会使光合作用产生的有机物的量________（填“增加”或“减少”），原因是________。 (3)研究发现，在高温、强光环境下，植物保卫细胞中G酶相关基因的表达会增强，为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W为参照，通过基因工程构建了仅在保卫细胞中过表达G酶的植株S，相关实验结果如图2所示。植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图1、2可知，相同光照条件下植株S的净光合速率高于植株W的，其机制是植株S保卫细胞中G酶表达量提高，通过________，双重促进光合作用。 (4)若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。 设置实验组 通过基因工程构建________的植株T和植株S各10株 设置对照组 长势相似的野生型植株10株 植株培养 在相同且适宜条件下培养 测定实验结果 在相同光照强度范围内，测定三组植物的________随光照强度的变化 实验结果预测 ________ 【答案】(1) CO2的固定   ATP和NADPH (2) 叶绿体、线粒体 减少 光呼吸导致光合作用暗反应中C5与CO2结合形成C3的过程减弱，C3含量下降，进而导致C3还原产生的有机物的量减少。 (3)促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放CO2用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖；可溶性糖等溶质的增多提高了保卫细胞的细胞液浓度，保卫细胞吸水，气孔开度增大，CO2吸收加快，暗反应速率加快。 (4) G酶表达量仅在保卫细胞中减少 净光合速率 植株T净光合速率小于野生型植株，植株S净光合速率大于野生型植株 【详解】（1）根据图像信息可知，R酶在光合作用中催化CO2与C5结合生成C3即CO2的固定过程。C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，一部分C3转化为糖类等有机物。 （2）根据图像信息可知，在叶绿体中R酶还参与光呼吸，催化O2与C5结合生成C3和C2，消耗氧气；有氧呼吸的第三阶段[H]和氧气结合生成水，会消耗氧气，场所在线粒体内膜。光呼吸O2与C5结合生成C3和C2，就会导致光合作用暗反应中C5与CO2结合形成C3的过程减弱，C3含量下降，进而导致C3还原产生的有机物的量减少。 （3）基因工程构建了仅在保卫细胞中过表达G酶的植株S，那么植株S保卫细胞的线粒体中G酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放CO2用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖；可溶性糖等溶质的增多提高了保卫细胞的细胞液浓度，保卫细胞吸水，气孔开度增大，CO2吸收加快，暗反应速率加快，双重促进光合作用。 （4）为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响，以野生型植株为参照，通过基因工程构建了仅在保卫细胞中过表达G酶的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T，实验思路是以野生型植株为对照组，构建了仅在保卫细胞中过表达G酶的植株S和构建了G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。根据上述分析，G酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T净光合速率小于野生型植株，植株S净光合速率大于野生型植株。 4 / 20 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $