第11讲 细胞代谢综合分析（知识清单）（知识脑图+5考点+3进阶+6考向）2027年高考生物一轮复习讲练测

该高中生物学高考复习知识清单聚焦细胞代谢综合分析，涵盖光合作用与细胞呼吸的过程及物质能量关系、光合与呼吸速率的辨析和测定、光呼吸与特殊代谢类型，以及光系统、气孔导度、逆境胁迫等深度拓展内容，构建完整知识体系。 清单通过知识脑图搭建核心脉络，考点分层突破重难点，如标注光呼吸危害与意义等关键要点，提炼液滴移动法等实验测定方法培养科学思维与探究实践能力。关联高考真题考向，助力学生自主梳理知识，教师可据此精准指导复习，提升备考效率。

第11讲 细胞代谢综合分析 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 目录导航 01知识脑图·核心脉络搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点深研·知能分层突破——深挖高频考点，分层突破重难点 ▶重难突破·考点深研 【考点一】 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 【考点二】 辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 【考点三】 光合速率和呼吸速率的测定 【考点四】 光呼吸、光抑制和光保护 【考点五】 C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 03能力进阶·方法专项提炼——总结解题方法，突破专项难点 【专项突破01】 光系统及电子传递链（深度拓展） 【专项突破02】 气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 (疑难解读) 【专项突破03】 逆境胁迫对光合作用的影响及应用（总结应用） 04高考精练·专题实战通关——精选高考真题，强化实战应用 【考向一】 光合作用和呼吸作用的综合应用 【考向二】电子传递链 【考向三】 CO2固定的其他途径 【考向四】 光呼吸 【考向五】 气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 【考向六】 逆境胁迫对光合作用的影响及应用 知识脑图·核心脉络搭 考点深研·知能分层突破 重难突破・考点深研——要点提炼 考点一 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 1.图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 2.光合作用与细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 呼吸作用 发生范围 含叶绿体的植物细胞；光合细菌（如蓝细菌）等 所有活细胞 发生场所 叶绿体（真核生物）细胞质（原核生物） 真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质 原核细胞：细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 能量变化 光能→化学能 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物（或简单有机物）；释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C：CO2（CH2O）丙酮酸CO2 O：H2OO2H2O H：H2OH＋―→NADPH（CH2O）[H]H2O 过程联系 考点二 辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 1.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 2.植物三率间的关系 （1）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。 （2）净光合速率：植物绿色组织在有光条件下光合作用和细胞呼吸同时进行测得的数据。 （3）真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 3.光合速率与呼吸速率的常用表示方法 项目 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量） O2 CO2 有机物 真正光合速率 O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2速率 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2速率 有机物产生（制造、生成）速率 净光合速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 4.曲线模型及分析 曲线图中“三率”的判定 当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率变化曲线，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率变化曲线。 5.“三率”的常考曲线分析 考点三 光合速率和呼吸速率的测定 1.“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化 甲 乙 甲图“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。 乙图“光照”下，有色液滴右移距离代表释放O2的量，即净光合速率。 ①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”。 ②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 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“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。 ②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。 ③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。 5.间隔光照法 光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉，持续光照，暗反应会限制光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔时会利用光照时积累的光反应的产物，进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照总时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相对多。 6.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率 （1）实验原理 （2）实验装置分析 ①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 ②中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。 ③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量（或浮起相同数量的叶片所用的时间长短）来衡量光合作用的强弱。 考点四 光呼吸、光抑制和光保护 光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能运行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。 1．光呼吸的起因 (1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做RuBP羧化/加氧酶，就是核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶，这个酶可以缩写为Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。 (2)二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的C3，进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基本过程见下图。 (3)由图可见，光呼吸和光合作用关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶)构造不完善，一部分原材料(核酮糖－1,5－二磷酸)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一些补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。 2．光呼吸的过程 (1)发生光呼吸的细胞需要三个细胞器的协同作用才能将光呼吸起始阶段产生的“次品”修复，耗时耗能。这也是早期光呼吸被人们称作“卡尔文循环中的漏逸”，“Rubisco的构造缺陷”的原因。 (2)下图展示了卡尔文循环和光呼吸的详细过程。光合碳循环中催化CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化RuBP的加氧反应，生成磷酸乙醇酸和3－磷酸甘油酸(PGA)，磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和NH3各一分子。这便是光呼吸的释放CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸，再被还原及磷酸化成为PGA，后者又进入光合碳循环。光呼吸主要涉及的细胞器有：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 3．光呼吸的危害 如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 4．光呼吸的意义 其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下： (1)回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和CO2，那1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。 (2)防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。 (3)消除乙醇酸对细胞的毒害。 归纳总结　光呼吸与暗呼吸的比较 比较项目 光呼吸 暗呼吸(有氧呼吸) 底物 乙醇酸 糖、脂肪、蛋白质 发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗ATP和NADPH) 产生能量 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 5.光抑制与光保护 考点五 C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 1．C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 　 3．CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 归纳总结　C3植物、C4植物和CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 4.蓝细菌的CO2浓缩机制 5.光合产物及运输 能力进阶·方法专项提炼 【专项突破01】光系统及电子传递链（深度拓展） 1．光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 2．电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。 3．电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 4．类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 【专项突破02】气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 (疑难解读) 1.气孔的开闭及影响因素 (1)气孔开闭运动的机理 (2)影响气孔开闭的因素 光 在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失 CO₂ 低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭 水 干旱或蒸腾作用过强失水多，导致气孔关闭 植物激素 细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭，从而适应干旱环境 温度 气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30~50℃时，气孔开度最大 （3）脱落酸影响气孔开闭的机理 2.气孔导度对细胞代谢的影响 通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面: 【专项突破03】逆境胁迫对光合作用的影响及应用（总结应用） 1.逆境(胁迫)对光合作用的影响 (1)逆境的种类 ①非生物逆境主要有水分(干旱和淹涝)、温度(高温和低温)、盐碱、环境污染等理化逆境; ②生物逆境主要包括病害、虫害、杂草等。 (2)影响非生物逆境的主要因素 类型 影响原理 主要表现 光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体薄膜造成损伤 CO₂ CO₂是光合作用的反应物，低于CO₂补偿点的CO₂浓度会通过降低暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足，导致暗反应C3含量下降 温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；引起气孔关闭，影响CO₂的吸收 水分 包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭影响CO₂的吸收从而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害 无机盐 矿质元素对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg+);②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性 2.传统农业生产模式及应用 高考精练·专题实战通关 考向一　光合作用和呼吸作用的综合应用 1.(2026·山东，21)某细菌是严格厌氧的光合细菌，在光线充足的条件下主要通过光合作用为自身供能。其光合作用与呼吸作用过程如图所示，其中①~④表示反应过程。 （1）与高等植物相比，该细菌特有的光反应产物有_______和_______。①和②属于光合作用的______阶段。 （2）②与高等植物有氧呼吸第一阶段的反应过程相反，图中C3是_______（填物质名称），②的进行除C3外还需要的原料有_______和_______。 （3）①和③是合成C3的两个路径，在光线充足、乙酸含量高的环境中，该菌会优先通过③进行光合作用。从能量的角度推测，其原因是________________________________________________________。 【答案】（1） ①. S ②. NADH ③. 暗反应 （2） ①. 3-磷酸甘油酸 ②. ATP ③. NADH （3）路径③合成有机物消耗的光能更少，能节省光反应固定的能量，且乙酸中的能量可以转移到糖类等有机物中，能量利用效率更高。 【解析】1.高等植物光反应以水为供氢体，产物是氧气、ATP、NADPH；该光合细菌以H2S为供氢体，分解产生S，还原剂是NADH而非NADPH，因此特有产物为S和NADH。①二氧化碳固定生成C3、②C3还原生成葡萄糖，均属于光合作用暗反应阶段发生的物质变化。 2.高等植物有氧呼吸第一阶段葡萄糖分解为丙酮酸；②过程是合成葡萄糖，和该过程完全相反，因此图中三碳化合物是3-磷酸甘油酸；暗反应还原过程需要光反应提供的能量载体ATP、还原剂NADH，所以②的进行除C3外还需要的原料有ATP、NADH。 3.路径①需要直接固定，要消耗更多光反应产生的ATP、NADH；乙酸是有机物，通过路径③合成无需大量消耗光能，节省光反应产生的能量，且乙酸中的能量可以转移到糖类等有机物中，能量利用效率更高，因此乙酸充足时优先走③途径。 考向二 电子传递链 2．(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。回答下列问题： (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是_______________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 (3)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是_______________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有__________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有__________________________(答两点)。 【答案】(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温　 (2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差　 (3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高　水　 (4)NADPH、ATP和CO2　增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度 【解析】（1）类囊体具有生物膜，若置于低渗溶液，外界水分子大量进入，类囊体吸水破裂。适宜浓度蔗糖溶液维持渗透压，避免渗透吸水涨破，保证结构完整。蛋白酶会降解膜蛋白，低温可以抑制蛋白酶的活性，减少膜蛋白水解；常温下蛋白酶活性高，容易破坏蛋白质。 (2)从图Ⅱ实验可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，因为实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差。 (3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源是水。 (4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。 【归纳拓展】化学渗透假说 (1)1961年，米切尔提出了化学渗透假说：①线粒体(叶绿体)的电子传递链将H＋由线粒体基质(叶绿体基质)泵入线粒体内、外膜间基质(类囊体基质)；②线粒体内膜(类囊体膜)的磷脂双分子层不允许H＋回流，膜内外产生H＋浓度梯度；③H＋顺浓度梯度通过ATP合酶回流释放能量合成ATP。 (2)1963年，贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH＝4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的A组pH＝8和B组pH＝4的缓冲溶液中，一段时间后A组有ATP产生。贾格道夫实验表明：类囊体膜内外存在H＋浓度差是类囊体合成ATP的直接动力。 3．(2021·重庆，6)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列错误的是(　　) A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 【答案】　A 【解析】　水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，有氧呼吸过程中氧气在线粒体内膜上被利用，氧气从穿过叶绿体类囊体薄膜开始，再穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，需穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确。 考向三　CO2固定的其他途径 4.(2025·陕晋宁青卷,17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的　　　　,产物C3在光反应生成的　　　　参与下合成糖类等有机物。 (2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率　　　　(填“增大” 或“减小”)；相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度　　　　(填“大”“小”或“无法判断”)。 (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。写出实验思路及预期结果:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】　(1)基质　ATP和NADPH　(2)植株S保卫细胞中G酶表达量提高,使更多甘氨酸转化为丝氨酸和CO2,从而使保卫细胞细胞质中HC和可溶性糖等溶质增加,渗透压增大,保卫细胞吸水,气孔开度增大,CO2吸收量增加,净光合速率增大 (3)减小　小　(4)构建G酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株(或敲除G酶基因或用G酶抑制剂处理),其他条件与对照组(植株W)相同,培养一段时间后检测两组叶片净光合速率;预期结果为实验组净光合速率低于对照组 【解析】 (1)光合作用暗反应的场所是叶绿体基质,物质变化主要包括CO2的固定和C3的还原,故R酶催化CO2固定的场所是叶绿体基质,暗反应中C3转化成糖类的过程需要光反应生成的ATP和NADPH的参与。 (2)由图(a)可知,植株S保卫细胞中G酶表达量提高,可促进保卫细胞中HC和可溶性糖等溶质含量增加,细胞渗透压增大,保卫细胞吸水膨胀,气孔开度增大。由图(b)可知,在相同光照条件下,植株S的气孔开度大于植株W,CO2供应充足,有利于光合作用的进行,提高净光合速率。 (3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,有利于R酶催化C5与O2反应,不利于暗反应进行,植物光合作用受到抑制,故植株S的净光合速率会减小。与植株W相比,植株S保卫细胞中G酶的表达量高, 有利于CO2的生成(甘氨酸→丝氨酸+CO2)和吸收(气孔开度更大),CO2是光合作用的原料,故相较于植株W,环境中 CO2浓度不变,O2浓度提高时,植株S的净光合速率变化(减小)幅度小。 (4)本实验的目的是确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响,由此可知自变量是G酶的有无或多少,因变量是叶片净光合速率的大小,实验思路及预期结果见答案。 5．(2023·湖南，17)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(K越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是________________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成__________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过____________长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是_____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 【答案】　(1) 3－磷酸甘油醛　蔗糖　韧皮部(或筛管，或韧皮部中的筛管)　(2)高于　玉米PEPC对CO2的亲和力大，利用低浓度CO2的能力强；维管束鞘细胞中O2含量低，光呼吸弱；玉米维管束鞘细胞的光合产物转运至输导组织的速度快　(3)水稻的光吸收转化能力弱，产生的NADPH和ATP有限；碳同化酶活性有限；同化产物转运能力不强 考向四 光呼吸 6．(2024·黑吉辽，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题： (1)反应①是________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________________和________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7－10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 【答案】　(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)光呼吸　细胞呼吸　7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，净光合速率比WT更高　不能　总光合速率是净光合速率与光呼吸速率、细胞呼吸速率之和，株系1的光呼吸速率、细胞呼吸速率未知，所以无法计算出株系1的总光合速率　(4)与株系2和WT相比，转基因株系1的净光合速率高，有机物积累更多 【解析】　(3)由图1可知，在线粒体进行光呼吸的过程中，也会产生CO2，因此植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸、细胞呼吸。7—10时，随着光照强度的增加，株系1和2由于转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，净光合速率逐渐大于WT，因而逐渐产生了差异。 考向五　气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 7.(2026·安徽卷,17)为探究钾对番茄光合作用的影响，研究人员测定了番茄的缺钾处理植株（LK）和正常培养植株（CK）在光照—遮阴—光照（）条件下的相关指标，结果见图1。 回答下列问题。 （1）叶肉细胞间隙中的CO2扩散至CO2固定位点至少需要跨______层生物膜。 （2）据图1分析，在遮阴条件下，CK与LK净光合速率曲线重合，限制净光合速率的最主要因素是______。在遮阴—光照转换初期，缺钾对番茄叶片气孔开闭的影响是______。 （3）研究发现，叶片钾含量与编码碳酸酐酶（催化CO2与之间的可逆反应）和RuBP羧化酶（催化CO2固定）基因的相对表达量均呈正相关。据此解释缺钾影响番茄光合作用的机制：______。 （4）在光照（0~2min）和黑暗（2~5min）条件下，叶绿体中3-磷酸甘油酸（PGA）和被还原的C3（TP）相对含量变化如图2。5~8min恢复光照，PGA相对含量的变化趋势是______，原因是______。 【答案】（1）3 （2） ①. 光照强度 ②. 抑制气孔开放，促进气孔关闭 （3）酸酐酶活性的降低，限制CO₂的扩散能力，导致吸收的CO2减少，RuBP羧化酶减少，导致固定的CO2减少 （4） ①. 先减少后趋于稳定 ②. 光照增强，光反应增加，产生的[H]和ATP增多，消耗的C3增加，导致PGA含量下降；暗反应强度随后增强，一定时间后PGA含量维持相对稳定 8.(2025·云南卷,17)不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏,如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响,研究人员分别用压实的土壤(压实组)和未压实的土壤(疏松组)种植黄瓜,得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。 组别 苹果酸/(μmol·g-1) 酒精/(μmol·) 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题: (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为　　　　(填“有氧”或“无氧”)呼吸的中间产物。  (2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强,依据是　　　　　　　　　　　　,  为维持根系细胞正常生命活动,压实组消耗的有机物总量更　　　　(填“多”或“少”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　;根吸收水分的能力减弱,叶片气孔　　　　,光合作用　　　　阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。  (3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (答出2点即可)。 【答案】　(1)有氧　(2)压实组黄瓜根系中酒精含量更高　多　压实组无氧呼吸强,无氧呼吸释放能量少　导度降低　暗反应　(3)合理施肥、适度翻耕、减少大型农业机械的不必要碾压等 【解析】　(1)有氧呼吸的第二阶段发生在线粒体基质中,本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为有氧呼吸的中间产物。(2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系中酒精含量更高,而酒精是植物细胞无氧呼吸的产物,所以压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强。由于压实组无氧呼吸强,无氧呼吸释放的能量较少,为获得足够能量维持生命活动,压实组消耗的有机物总量更多。根吸收水分的能力减弱,叶片气孔导度降低,二氧化碳进入减少,光合作用暗反应阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。(3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有合理施肥,避免不当施肥导致土壤结构破坏;适度翻耕,疏松土壤;减少大型农业机械的不必要碾压等。 考向六 逆境胁迫对光合作用的影响及应用 9.(2025·河南卷,17)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。 回答下列问题: (1)光对植物生长发育的作用有　　　　和　　　　两个方面。  (2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述　　　　组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　(答出2点即可)。  (3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率　　　　　　(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。 【答案】　(1)为光合作用提供能量　作为一种信号调节植物生长发育　(2)①③④　温度和二氧化碳浓度　(3)始终大于　④组呼吸作用强于③组,但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸速率时的光照强度相等,所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组 解析　(1)光既是光合作用的能量来源,又是一种信号,影响、调控植物生长、发育的全过程。(2)通过①③比较盐胁迫对该作物的生长影响,再通过①③④比较可判断实验光是否完全抵消盐胁迫对作物生长的影响。无关变量包含温度、二氧化碳浓度、光照时长等。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 目录导航 01知识脑图·核心脉络搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点深研·知能分层突破——深挖高频考点，分层突破重难点 ▶重难突破·考点深研 【考点一】 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 【考点二】 辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 【考点三】 光合速率和呼吸速率的测定 【考点四】 光呼吸、光抑制和光保护 【考点五】 C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 03能力进阶·方法专项提炼——总结解题方法，突破专项难点 【专项突破01】 光系统及电子传递链（深度拓展） 【专项突破02】 气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 (疑难解读) 【专项突破03】 逆境胁迫对光合作用的影响及应用（总结应用） 04高考精练·专题实战通关——精选高考真题，强化实战应用 【考向一】 光合作用和呼吸作用的综合应用 【考向二】电子传递链 【考向三】 CO2固定的其他途径 【考向四】 光呼吸 【考向五】 气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 【考向六】 逆境胁迫对光合作用的影响及应用 知识脑图·核心脉络搭 考点深研·知能分层突破 重难突破・考点深研——要点提炼 考点一 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 1.图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 2.光合作用与细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 呼吸作用 发生范围 含叶绿体的植物细胞；光合细菌（如蓝细菌）等 所有活细胞 发生场所 叶绿体（真核生物）细胞质（原核生物） 真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质 原核细胞：细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 能量变化 光能→化学能 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物（或简单有机物）；释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C：CO2（CH2O）丙酮酸CO2 O：H2OO2H2O H：H2OH＋―→NADPH（CH2O）[H]H2O 过程联系 考点二 辨析真正光合速率、净光合速率和呼吸速率 1.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 2.植物三率间的关系 （1）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。 （2）净光合速率：植物绿色组织在有光条件下光合作用和细胞呼吸同时进行测得的数据。 （3）真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 3.光合速率与呼吸速率的常用表示方法 项目 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量） O2 CO2 有机物 真正光合速率 O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2速率 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2速率 有机物产生（制造、生成）速率 净光合速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 4.曲线模型及分析 曲线图中“三率”的判定 当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率变化曲线，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率变化曲线。 5.“三率”的常考曲线分析 考点三 光合速率和呼吸速率的测定 1.“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化 甲 乙 甲图“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。 乙图“光照”下，有色液滴右移距离代表释放O2的量，即净光合速率。 ①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”。 ②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 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“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。 ②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。 ③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。 5.间隔光照法 光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉，持续光照，暗反应会限制光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔时会利用光照时积累的光反应的产物，进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照总时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相对多。 6.叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率 （1）实验原理 （2）实验装置分析 ①自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 ②中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。 ③因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量（或浮起相同数量的叶片所用的时间长短）来衡量光合作用的强弱。 考点四 光呼吸、光抑制和光保护 光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能运行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。 1．光呼吸的起因 (1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做RuBP羧化/加氧酶，就是核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶，这个酶可以缩写为Rubisco。核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。 (2)二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的C3，进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。基本过程见下图。 (3)由图可见，光呼吸和光合作用关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶)构造不完善，一部分原材料(核酮糖－1,5－二磷酸)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一些补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。 2．光呼吸的过程 (1)发生光呼吸的细胞需要三个细胞器的协同作用才能将光呼吸起始阶段产生的“次品”修复，耗时耗能。这也是早期光呼吸被人们称作“卡尔文循环中的漏逸”，“Rubisco的构造缺陷”的原因。 (2)下图展示了卡尔文循环和光呼吸的详细过程。光合碳循环中催化CO2固定的核酮糖－1,5－二磷酸羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化RuBP的加氧反应，生成磷酸乙醇酸和3－磷酸甘油酸(PGA)，磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸；乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和NH3各一分子。这便是光呼吸的释放CO2的反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸，再被还原及磷酸化成为PGA，后者又进入光合碳循环。光呼吸主要涉及的细胞器有：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 3．光呼吸的危害 如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 4．光呼吸的意义 其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义，这也许是进化过程中形成光呼吸的原因。光呼吸的主要生理意义如下： (1)回收碳元素。就是2分子的C2形成1分子的C3和CO2，那1分子C3通过光呼吸过程又返回到卡尔文循环中，不至于全部流失掉。即通过光呼吸回收了3/4的碳元素。 (2)防止强光对叶绿体的破坏。强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此，叶肉细胞中会积累ATP和NADPH，这些物质积累会产生自由基，尤其是超氧阴离子，这些自由基能损伤叶绿体，而强光下，光呼吸加强，会消耗光反应过程中积累的ATP和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。当然植物体还有很多避免强光下损伤叶绿体的机制。光呼吸算是其中之一。 (3)消除乙醇酸对细胞的毒害。 归纳总结　光呼吸与暗呼吸的比较 比较项目 光呼吸 暗呼吸(有氧呼吸) 底物 乙醇酸 糖、脂肪、蛋白质 发生部位 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 细胞质基质、线粒体 反应条件 光照 光或暗都可以 能量 消耗能量(消耗ATP和NADPH) 产生能量 共同点 消耗氧气，放出二氧化碳 5.光抑制与光保护 考点五 C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 1．C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 　 3．CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 归纳总结　C3植物、C4植物和CAM植物的比较 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物 C3 C4 草酰乙酸 CO2固定的时间 白天 白天 夜晚和白天 光反应的场所 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 叶肉细胞类囊体薄膜 卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质 有无光合午休 有 无 无 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 4.蓝细菌的CO2浓缩机制 5.光合产物及运输 能力进阶·方法专项提炼 【专项突破01】光系统及电子传递链（深度拓展） 1．光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 2．电子(e－)经过电子传递链：质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白→NADPH。 3．电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入到囊腔侧，从而建立了质子浓度(电化学)梯度。当然，光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)以及在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程，为建立质子浓度(电化学)梯度也有所贡献。 4．类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 【专项突破02】气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 (疑难解读) 1.气孔的开闭及影响因素 (1)气孔开闭运动的机理 (2)影响气孔开闭的因素 光 在一般情况下，白天打开气孔进行光合作用，晚上通过关闭气孔来减少水分损失 CO₂ 低浓度时促进气孔开放，高浓度时不管在光照或黑暗条件下都能促进气孔关闭 水 干旱或蒸腾作用过强失水多，导致气孔关闭 植物激素 细胞分裂素促进气孔开放，而脱落酸却引起气孔关闭，从而适应干旱环境 温度 气孔开度一般随温度的上升而增大，可以通过加强蒸腾作用降低植物体温，是植物抗热的保护机制。在30~50℃时，气孔开度最大 （3）脱落酸影响气孔开闭的机理 2.气孔导度对细胞代谢的影响 通常认为在自然环境条件下光合作用降低的原因包括两个方面: 【专项突破03】逆境胁迫对光合作用的影响及应用（总结应用） 1.逆境(胁迫)对光合作用的影响 (1)逆境的种类 ①非生物逆境主要有水分(干旱和淹涝)、温度(高温和低温)、盐碱、环境污染等理化逆境; ②生物逆境主要包括病害、虫害、杂草等。 (2)影响非生物逆境的主要因素 类型 影响原理 主要表现 光照 主要指不合乎植物生长要求的光照强度和光质条件，通过影响光反应来影响农作物的光合作用 影响植物叶绿素的合成；对类囊体薄膜造成损伤 CO₂ CO₂是光合作用的反应物，低于CO₂补偿点的CO₂浓度会通过降低暗反应速率而影响光合作用强度 光合作用原料CO2不足，导致暗反应C3含量下降 温度 低温逆境和高温逆境，主要通过影响酶的活性和气孔开放程度来影响光合作用 叶绿体的结构和酶的功能受到破坏；引起气孔关闭，影响CO₂的吸收 水分 包括干旱和水淹两种情况。干旱时气孔关闭影响CO₂的吸收从而影响暗反应，进而影响光合作用；农作物被水淹时，根细胞进行无氧呼吸产生酒精，对细胞造成毒害 无机盐 矿质元素对光合作用的影响主要包括：①影响叶绿体中物质和结构的形成，如叶绿素(Mg+);②盐胁迫影响根系吸水，进而影响气孔开放程度；③重金属盐会影响叶绿素的合成和光合作用有关酶的活性 2.传统农业生产模式及应用 高考精练·专题实战通关 考向一　光合作用和呼吸作用的综合应用 1.(2026·山东，21)某细菌是严格厌氧的光合细菌，在光线充足的条件下主要通过光合作用为自身供能。其光合作用与呼吸作用过程如图所示，其中①~④表示反应过程。 （1）与高等植物相比，该细菌特有的光反应产物有_______和_______。①和②属于光合作用的______阶段。 （2）②与高等植物有氧呼吸第一阶段的反应过程相反，图中C3是_______（填物质名称），②的进行除C3外还需要的原料有_______和_______。 （3）①和③是合成C3的两个路径，在光线充足、乙酸含量高的环境中，该菌会优先通过③进行光合作用。从能量的角度推测，其原因是________________________________________________________。 考向二 电子传递链 2．(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。回答下列问题： (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是_______________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 (3)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是_______________________________________ ____________________________________________________________________________________________。 类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有__________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有__________________________(答两点)。 3．(2021·重庆，6)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列错误的是(　　) A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 考向三　CO2固定的其他途径 4.(2025·陕晋宁青卷,17)叶绿体中R酶既能催化CO2固定,也能催化C5与O2反应,CO2和O2两种底物竞争R酶同一活性位点;线粒体中G酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸,如图(a)。为探究保卫细胞中G酶对植物光合作用的影响,研究者以野生型植株W为参照,构建了G酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S,实验结果如图(b)。回答下列问题。 (1)R酶催化CO2固定的场所是叶绿体的　　　　,产物C3在光反应生成的　　　　参与下合成糖类等有机物。 (2)植物保卫细胞吸水,气孔开度增大。由图(a)(b)可知,相同光照条件下植株S保卫细胞中G酶表达量提高,叶片的净光合速率高于植株W,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)保持环境中CO2浓度不变,当O2浓度从21%升高到40%时,植株S的净光合速率　　　　(填“增大” 或“减小”)；相较于植株W,植株S的净光合速率变化幅度　　　　(填“大”“小”或“无法判断”)。 (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。写出实验思路及预期结果:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 5．(2023·湖南，17)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450 μmol·L－1(K越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是________________(填具体名称)，该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成__________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过____________长距离运输到其他组织器官。 (2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是_____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 (3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是_____________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。 考向四 光呼吸 6．(2024·黑吉辽，21)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题： (1)反应①是________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是________________和________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自________和________(填生理过程)。7－10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 考向五　气孔导度、植物激素(ABA等)对光合作用的影响 7.(2026·安徽卷,17)为探究钾对番茄光合作用的影响，研究人员测定了番茄的缺钾处理植株（LK）和正常培养植株（CK）在光照—遮阴—光照（）条件下的相关指标，结果见图1。 回答下列问题。 （1）叶肉细胞间隙中的CO2扩散至CO2固定位点至少需要跨______层生物膜。 （2）据图1分析，在遮阴条件下，CK与LK净光合速率曲线重合，限制净光合速率的最主要因素是______。在遮阴—光照转换初期，缺钾对番茄叶片气孔开闭的影响是______。 （3）研究发现，叶片钾含量与编码碳酸酐酶（催化CO2与之间的可逆反应）和RuBP羧化酶（催化CO2固定）基因的相对表达量均呈正相关。据此解释缺钾影响番茄光合作用的机制：______。 （4）在光照（0~2min）和黑暗（2~5min）条件下，叶绿体中3-磷酸甘油酸（PGA）和被还原的C3（TP）相对含量变化如图2。5~8min恢复光照，PGA相对含量的变化趋势是______，原因是______。 8.(2025·云南卷,17)不当施肥、人为踩踏、大型农业机械碾压等因素均会导致土壤结构破坏,如土壤紧实等。为研究土壤紧实对植物生长发育的影响,研究人员分别用压实的土壤(压实组)和未压实的土壤(疏松组)种植黄瓜,得到黄瓜根系中苹果酸和酒精含量数据如表。 组别 苹果酸/(μmol·g-1) 酒精/(μmol·) 压实组 0.271±0.005 6.114±0.013 疏松组 0.467±0.004 2.233±0.040 回答下列问题: (1)本实验中苹果酸主要在根系细胞的线粒体基质中生成,由此可推测,其为　　　　(填“有氧”或“无氧”)呼吸的中间产物。  (2)相较于疏松组,压实组黄瓜根系的无氧呼吸更强,依据是　　　　　　　　　　　　,  为维持根系细胞正常生命活动,压实组消耗的有机物总量更　　　　(填“多”或“少”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　;根吸收水分的能力减弱,叶片气孔　　　　,光合作用　　　　阶段首先受抑制,有机物合成减少。最终导致有机物积累减少,黄瓜生长缓慢。  (3)为解决土壤紧实的问题,可以采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (答出2点即可)。 考向六 逆境胁迫对光合作用的影响及应用 9.(2025·河南卷,17)光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量(盐胁迫)下某作物生长的影响,将作物分组处理一段时间后,结果如图所示(光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。 回答下列问题: (1)光对植物生长发育的作用有　　　　和　　　　两个方面。  (2)上述实验需控制变量,为探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响,至少应选用上述　　　　组(填组别)进行对比分析,该实验中的无关变量有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　(答出2点即可)。  (3)在光照强度达到光补偿点之前(CO2消耗量与光照强度视为正比关系),④组的总光合速率　　　　　　(填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”)③组的总光合速率,判断依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $