第11讲 细胞代谢综合分析（复习讲义）（3大考点+7大知识+长句作答）（全国通用）2027年高考生物一轮复习讲练测

第11讲 细胞代谢综合分析 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 知识建联·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，突破命题考向 知识解构+即时演练+高分破译 考点一 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 知识点1 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 知识点2 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 考点二 光合与呼吸速率的测定方法 知识点1 液滴移动法 知识点2​黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 考点三 特殊代谢途径与适应机制 知识点1 光呼吸的过程、条件及生理意义 知识点2​C₃与C₄植物的结构及代谢差异 知识点3​景天科（CAM）植物的碳固定特点 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应 知识溯源：光合与呼吸曲线分析 题组二 情景设定：光伏发电与农业生产的资源综合利用 知识溯源：净光合速率的影响因素分析 题组三 情景设定：植物光合作用暗反应阶段的关键酶Rubisco 知识溯源：酶对光合作用的影响 题组四 情景设定：当年生总枝条在一个生长季节内各项指标 知识溯源：总、净光合与呼吸分析 题组五 情景设定：探究温度对某品种水稻产量的影响 知识溯源：光合呼吸物质能量辨析 05 情境探究·素养拓展 深挖素材脉络，规范长句作答 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考查概述 高考对细胞代谢综合的考查以非选择题为主、选择题为辅，侧重图文转换能力、定量计算能力与长句表达逻辑。核心覆盖：①光合与呼吸的物质/能量联系及速率关系（真光合=净光合+呼吸）；②一昼夜CO₂吸收/释放曲线与密闭容器24h气体变化的计算；③液滴移动法、黑白瓶法、半叶法等测定速率的实验原理与误差分析；④光呼吸、C₄植物、CAM途径等特殊代谢的生理意义与农业生产应用。 考查形式 选择题：聚焦曲线拐点分析（光补偿点、饱和点、光合午休）、液滴移动方向判断、黑白瓶溶解氧计算； 非选择题：依托自然情境（如大棚昼夜温差、干旱胁迫、作物间作），考查净光合与真光合的定量计算、特殊代谢途径的机理阐述、实验方案的评价与完善。 课标要求 明确目标 1. 阐明光合与呼吸的综合关系：理解两者在物质循环和能量流动中的联系，掌握真光合、净光合、呼吸速率的表示方法及其数量关系。（生命观念、科学思维） 2. 掌握代谢速率的测定方法：能解释液滴移动法、黑白瓶法、半叶法的实验原理，分析变量控制与误差来源。（科学探究） 3. 分析特殊代谢途径的适应意义：比较C₃、C₄、CAM植物的碳固定特点，运用原理解释作物抗旱、高产等生产现象。（科学思维、社会责任） 高考前沿 1. 光合-呼吸综合曲线的深度解读与定量计算 2026·甘肃卷，17；2026·四川卷，16；2026·广东卷，17；2026·黑吉辽蒙卷，21；2026·云南卷，17；2025·天津卷，15；2025·重庆卷，16； 2. 特殊代谢途径的机理分析与农业生产应用 2026·四川卷，16；2026·黑吉辽蒙卷，21；2026·云南卷，17；2025·天津卷，15；2025·甘肃卷，15；2025·河南卷，17； 知识建联·脉络梳理 细胞代谢综合分析 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 ​ 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 物质联系 能量联系 核心公式 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 一昼夜CO₂吸收/释放曲线 密闭容器24h气体变化 光合与呼吸速率的测定方法 液滴移动法 装置原理 结果计算 黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 黑白瓶法 半叶法 叶片收获法 特殊代谢途径与适应机制 光呼吸的过程、条件及生理意义 发生条件 过程 C₃与C₄植物的结构及代谢差异 C3植物 C₄植物 景天科（CAM）植物的碳固定特点 核心策略 适应意义 与C₄植物区别 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，突破命题考向 自主研学·梳理教材 (1) 阐明光合作用与细胞呼吸的物质联系：光合作用产生的O₂和葡萄糖是细胞呼吸的底物，细胞呼吸产生的CO₂和H₂O是光合作用的原料；叶绿体中的C₅、C₃与线粒体中的丙酮酸通过中间产物（如磷酸丙糖）相互转化，构成细胞内碳、氧循环。 (2) 阐述光合作用与细胞呼吸的能量转化关系：光能经光反应转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，暗反应将其转化为葡萄糖等有机物中的稳定化学能；细胞呼吸将有机物中的稳定化学能释放，转化为ATP中的活跃化学能（直接供能）和热能（散失）。 (3) 掌握真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的数量关系：真正（总）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率；净光合速率可用O₂释放量、CO₂吸收量、有机物积累量表示；真正光合速率可用O₂产生量、CO₂固定量、有机物制造量表示；呼吸速率可用黑暗中O₂吸收量、CO₂释放量、有机物消耗量表示。 (4) 分析环境条件骤变时C₃、C₅、ATP、NADPH等物质的瞬时含量变化：突然停止光照，光反应停止，ATP、NADPH减少，C₃还原受阻导致C₃含量上升、C₅含量下降；突然停止CO₂供应，CO₂固定受阻，C₅消耗减少而积累导致C₅含量上升、C₃生成减少导致C₃含量下降。 (5) 解读一昼夜（日变化）CO₂吸收/释放曲线：a点（凌晨）只进行细胞呼吸释放CO₂；b、e点为光补偿点（光合=呼吸），此时CO₂吸收量为0；c→d段因高温导致气孔关闭出现"光合午休"，CO₂吸收量短暂下降；全天有机物积累量 = 白天CO₂吸收正面积 − 夜间CO₂释放负面积。 (6) 分析密闭容器24小时气体体积变化曲线：若容器内放置NaHCO₃缓冲液维持CO₂恒定，则气体体积变化直接反映O₂的变化量；曲线中CO₂浓度最高/最低点对应光合=呼吸的时刻；若终点CO₂浓度低于起点，说明全天有机物有净积累。 (7) 说明小圆形叶片上浮法测定光合速率的原理与操作：通过注射器抽气排出叶片细胞间隙原有气体使其沉底，光照下光合作用产生的O₂在细胞间积累使叶片上浮；单位时间内上浮叶片数或上浮平均时间代表净光合速率；自变量可为光照强度（台灯距离）或CO₂浓度（NaHCO₃浓度）。 (8) 掌握液滴移动法测定光合与呼吸速率的装置原理：甲装置放置NaOH溶液吸收CO₂，黑暗下液滴左移距离代表呼吸耗O₂量，光照下液滴右移距离代表净O₂产生量（净光合速率）；增设死植物对照可排除温度、气压等物理因素干扰。 (9) 阐述黑白瓶法测定水生植物光合速率的方法：黑瓶（遮光）只进行细胞呼吸，溶解氧减少量代表呼吸速率；白瓶（透光）光合+呼吸同时进行，溶解氧增加量代表净光合速率；真正光合速率 = 白瓶溶解氧变化量 + 黑瓶溶解氧变化量绝对值。 (10) 说明半叶法和叶片收获法测定光合产物积累的原理：半叶法将对称叶片一半遮光、一半曝光，阻断有机物运输后测干重差，代表净光合积累量；叶片收获法在不同时间点取样测叶片干重，干重增加速率代表净光合速率。 (11) 阐述光呼吸的过程、条件及生理意义：在高O₂、低CO₂条件下，Rubisco酶催化C₅与O₂结合启动光呼吸，过程涉及叶绿体、过氧化物酶体和线粒体，消耗ATP和NADPH并释放CO₂；其意义在于消耗过剩光能、保护光合机构免受强光氧化损伤。 (12) 比较C₃植物与C₄植物的结构与代谢差异：C₃植物（如水稻、小麦）无花环型结构，叶肉细胞中Rubisco直接固定CO₂，高温干旱下光呼吸强；C₄植物（如玉米、甘蔗）具有花环型结构（外层叶肉细胞+内层维管束鞘细胞），叶肉细胞中PEP羧化酶对CO₂亲和力高，将CO₂浓缩后泵入维管束鞘细胞，抑制光呼吸，光合效率更高。 (13) 说明景天科（CAM）植物的碳固定特点及适应意义：CAM植物（如仙人掌、菠萝）夜间气孔开放，PEP羧化酶固定CO₂生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO₂进入卡尔文循环；这种昼夜分离的策略极大减少了水分散失，适应干旱环境。 (14) 分析多因素对光合速率的综合影响及限制因素判断：低光照强度下光是主要限制因素，光照充足且CO₂浓度较低时CO₂成为限制因素，光照和CO₂均充足时温度（影响酶活性）成为限制因素；农业生产中合理密植、间作套种、通风透光可提高光能利用率和CO₂供应。 (15) 归纳光合作用原理在农业生产中的综合应用：温室大棚白天适当升温促进光合、夜间适当降温抑制呼吸，增大昼夜温差；增施农家肥（微生物分解有机物释放CO₂）提高CO₂浓度；人工补光优先选用红光或蓝紫光LED灯；补充N、Mg、P等矿质元素保证叶绿素和酶的合成。 考点一 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 知●识●解●构 知识点1 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 1. 物质联系 (1) 光合作用产生的O₂供细胞呼吸利用；细胞呼吸产生的CO₂和H₂O供光合作用利用。 (2) 叶绿体中的C₅、C₃与线粒体中的丙酮酸通过中间产物（如磷酸丙糖）相互转化，构成细胞内物质循环。 2. 能量联系 光能 → 光反应 → ATP/NADPH（活跃化学能） → 暗反应 → 葡萄糖（稳定化学能） → 细胞呼吸 → ATP（直接供能） + 热能（散失） 3. 速率关系（核心公式） (1) 真正（总）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 (2) 净光合速率指标：O₂释放量、CO₂吸收量、有机物积累量（表观光合）。 (3) 真正光合速率指标：O₂产生量、CO₂固定量、有机物制造量。 (4) 呼吸速率指标：黑暗中O₂吸收量、CO₂释放量、有机物消耗量。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为"光照下测得的CO₂吸收量"就是真正光合速率——这是净光合速率，需加上黑暗中呼吸速率才是真正光合。 (2) 误以为"O₂产生量"等于"O₂释放量"——O₂产生量是真正光合，O₂释放量是净光合（产生量-呼吸消耗量）。 (3) 误以为停止光照后暗反应立即停止——ATP/NADPH会维持短暂还原，随后C₃积累、C₅下降。 (4) 误以为净光合速率>0时植物就能持续生长——还需考虑夜间呼吸消耗，全天有机物积累量>0才是真正生长。 知识点2 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 1. 一昼夜CO₂吸收/释放曲线 (1) a点→凌晨，温度降低，呼吸作用减弱，CO₂释放减少 (2) b点→有微弱光照，植物开始进行光合作用 (3) bc段→光合作用强度小于呼吸作用强度 (4) c、e点→光合作用强度等于呼吸作用强度 (5) ce段→光合作用强度大于呼吸作用强度 (6) d点→温度过高，部分气孔关闭，出现光合“午休”现象 (7) ef段→光合作用强度小于呼吸作用强度 (8) fg段→没有光照，光合作用停止，只进行呼吸作用 (9) bf段→制造有机物的时间段 (10) ce段→积累有机物的时间段 (11) 一昼夜有机物的积累量→S₁-(S₂+S₃) 2. 密闭容器24h气体变化 (1) 若容器内放置NaHCO₃缓冲液（维持CO₂恒定），则气体体积变化仅反映O₂的变化：光照下O₂产生>消耗→体积增大；黑暗下O₂消耗→体积减小。 (2) 若无缓冲液，气体体积变化 = O₂产生量 - O₂消耗量 + CO₂释放量 - CO₂固定量，计算需同时考虑两种气体。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为光合午休是因为光照太强直接抑制光反应——主要是气孔关闭导致CO₂供应不足，间接抑制暗反应。 (2) 误以为密闭容器中24h后O₂增加量就是净光合——若初始有生物（如小鼠），还需考虑其他生物的呼吸消耗。 (3) 误以为夜间植物完全不进行光合作用——只要有光（如路灯下、月光），弱光下仍可进行微弱光合，但通常忽略不计。 (4) 误以为光补偿点时有机物积累量为正——此时光合=呼吸，净积累为0，但夜间仍消耗，全天为负。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.真正（总）光合速率可以用O₂产生量、CO₂固定量或有机物制造量表示，净光合速率可以用O₂释放量、CO₂吸收量或有机物积累量表示。（ ） 2.将一株植物置于密闭透明容器中，给予适宜光照，若容器内O₂量增加，则说明植物真正光合速率大于呼吸速率。（ ） 3.突然停止光照，短时间内叶绿体中ATP和NADPH含量下降，C₃含量上升，C₅含量下降。（ ） 4.若突然降低环境中CO₂浓度，短时间内叶绿体中C₅含量减少，C₃含量增加。（ ） 5.光照下测得的CO₂吸收量代表真正光合速率，黑暗下测得的CO₂释放量代表呼吸速率。（ ） 6.一昼夜CO₂吸收/释放曲线中，b点和e点（光补偿点）时，光合速率等于呼吸速率，此时有机物积累量为零。（ ） 7.夏季晴朗中午植物出现"光合午休"现象，主要原因是光照过强直接破坏类囊体薄膜上的色素，导致光反应受阻。（ ） 8.一昼夜CO₂吸收/释放曲线中，全天有机物积累量等于白天CO₂吸收正面积减去夜间CO₂释放负面积。（ ） 9.密闭透明容器中若放置NaHCO₃缓冲液维持CO₂浓度恒定，则容器内气体体积的变化量可直接反映植物光合作用产生O₂与呼吸作用消耗O₂的差值。（ ） 10.密闭容器中24h后若终点CO₂浓度低于起点，说明该时间段内植物全天有有机物的净积累。（ ） 考向01 一昼夜CO₂曲线各点含义与全天有机物积累计算 1．（多选）为研究某绿色植物的代谢情况，将该植物置于密闭容器内（已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等，气体含量相对值为1）。在早上6：00将该容器移至阳光下，日落后移到暗室中，测得容器中两种气体的相对含量如图所示。对此过程分析错误的是（　　） A．8：00时叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度 B．10：00~20：00，O2含量大于CO2含量，说明此时间段光合作用强度大于呼吸作用强度 C．17：00时，该绿色植物有机物积累量最大，经历一昼夜该植物干重下降 D．20：00后，该绿色植物呼吸作用的底物除了糖类之外，可能还有脂肪 2．回答有关光合作用和呼吸作用的问题。 甲图表示某植物细胞中部分结构发生反应的概要图，乙图表示该植物在夏季晴朗的某一天CO2吸收量的变化曲线。①-⑨表示物质，A-H表示某一天中的时间，Ⅰ-Ⅲ表示曲线与坐标轴所围成区域的面积。 (1)写出下列物质名称：④_______；⑥_______。 (2)甲图中由物质③形成ADP的场所是_______。产生物质⑧的部位是_______。 (3)据乙图分析可知，该植物一昼夜有机物的积累量可用图中符号表示为_______。 (4)据乙图推测，在时间C—D段与E—H段曲线下降可能的原因，前者是_______；后者是______。 (5)若将该植物置于白天均为C点状态的理想环境中，连续光照10小时，则一昼夜积累的葡萄糖为_______mg/dm2（结果保留一位小数） 考向02 密闭容器24h气体变化与骤变时C₃/C₅含量动态分析 3．下图甲表示某绿色植物的细胞代谢状况；图乙表示在一定条件下测得的该植物光照强度与光合速率的关系；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO₂浓度与时间关系的曲线。请分析回答： (1)图甲中的两种细胞器分别用什么方式增大膜面积_________，图甲所示的该植物细胞代谢情况可用图乙的__________点表示。 (2)当植物细胞内的部分代谢活动处于图乙中的b点时，叶绿体中ATP的移动方向是__________。 (3)由图丙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是__________点；丙图中光合作用释放的O₂量和呼吸作用消耗的O₂相等的是__________点。（用图中字母回答）。 (4)由图丙可推知，该植物经过一昼夜后，是否积累了有机物？__________（填“是”或“否”。） 4．（多选）如图1为水稻叶肉细胞内物质代谢过程示意图，①~⑥代表相关过程。图2是某科研小组利用密闭的透明玻璃小室探究水稻植株光合作用速率的装置。图3是图2装置放在自然环境下测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物氧气释放速率的变化所得到的曲线图，下列相关说法正确的是（　　） A．图1过程①~⑥中，能产生ATP的过程只有②⑤⑥ B．给该植物浇灌H218O，在细胞中可出现C3H418O3（丙酮酸）、（CH218O）、H218O、C18O2、18O2 C．图3中在8时叶肉细胞光合作用强度等于呼吸作用强度 D．图3中出现a点的原因可能是温度降低导致呼吸作用减弱 考点二 光合与呼吸速率的测定方法 知●识●解●构 知识点1 液滴移动法 1、 装置原理 (1) 甲装置：液滴移动距离 = O₂释放量（代表净光合中的O₂净产生量）。 (2) 乙装置：不进行光合作用，只进行呼吸作用，液滴移动距离 = O₂消耗量。 (3) 光照条件：测定净光合速率（液滴移动反映O₂净产生量）。 (4) 黑暗条件：测定呼吸速率（液滴左移距离 = 呼吸耗O₂量）。 2、 结果计算 (1) 净光合速率 = 光照下甲装置液滴左移距离（O₂产生-消耗的差值）。 (2) 呼吸速率 = 黑暗下甲装置液滴左移距离。 (3) 真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为乙装置液滴右移就是只进行有氧呼吸——无氧呼吸产CO₂也会导致右移。 (2) 误以为甲装置液滴不动就是没有细胞呼吸——可能光合产O₂量=呼吸耗O₂量，净O₂变化为0。 (3) 误以为液滴移动距离可以直接换算为摩尔数——需已知装置体积和气体摩尔体积。 知识点2 黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 1、 黑白瓶法（水生植物） (1) 黑瓶（遮光）：只进行细胞呼吸，溶解氧减少量 = 呼吸速率。 (2) 白瓶（透光）：光合+呼吸，溶解氧变化量 = 净光合速率。 (3) 真正光合速率​ = 白瓶溶解氧变化量 + |黑瓶溶解氧变化量|。 2、 半叶法 (1) 将叶片一半遮光、一半曝光，一段时间后测两部分干重。 (2) 净光合速率​ = （曝光半叶干重 - 遮光半叶干重）/ 时间 / 面积。 3、 叶片收获法 (1) 在不同时间点取样测叶片干重，干重增加速率代表净光合速率。 (2) 若同时测夜间干重减少量，可估算呼吸速率。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为黑瓶中溶解氧一定减少——若瓶内有自养细菌或污染物，可能异常。 (2) 误以为半叶法中遮光半叶干重不变——呼吸消耗会使干重略有下降。 (3) 误以为叶片收获法测的是真正光合——测的是净光合，需另测呼吸速率。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.液滴移动法中，乙装置在黑暗条件下液滴左移，说明植物进行了有氧呼吸并消耗了O₂。（ ） 2.液滴移动法中，光照下甲装置液滴右移，说明植物光合产O₂量大于呼吸耗O₂量，即净光合速率大于零。（ ） 3.液滴移动法中，若光照下甲装置液滴不动，说明植物没有进行光合作用。（ ） 4.液滴移动法中，增设一个放置死亡植物其他条件相同的装置作为对照，可排除温度、气压等物理因素对液滴移动的干扰。（ ） 5.利用液滴移动法计算真正光合速率时，需将光照下测得的净光合速率（液滴右移距离）与黑暗下测得的呼吸速率（液滴左移距离）相加。（ ） 6.黑白瓶法中，黑瓶（遮光）溶解氧减少量代表呼吸速率，白瓶（透光）溶解氧增加量代表净光合速率，真正光合速率等于白瓶溶解氧增加量与黑瓶溶解氧减少量之和。（ ） 7.半叶法中，将对称叶片一半遮光、一半曝光，一段时间后测干重，曝光半叶与遮光半叶的干重差值代表真正光合速率。（ ） 8.半叶法实验中，用热水烫叶柄或涂凡士林的目的是杀死筛管细胞，防止有机物运输，保证两部分叶片独立进行代谢。（ ） 9.叶片收获法通过在不同时间点取样测定同部位叶片的干重，干重增加速率可代表该时段的净光合速率。（ ） 10.黑白瓶法中，若实验前未测定初始溶解氧浓度，则无法计算出该植物的真正光合速率。（ ） 考向01 液滴移动法装置原理与净光合、呼吸速率计算 5．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 6．图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法正确的是（    ） A．如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会发生图乙中从a到b的变化，净光合速率可能会发生从b到a的变化 B．若图乙表示图甲完全培养液中SiO44-浓度，由a到b的变化表明了该植物不需要该离子 C．若图甲中的液滴不移动，则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率 D．若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化，则b到a的变化可能是突然停止光照或者光照减弱 考向02 黑白瓶与半叶法的实验设计逻辑及干重差分析 7．（多选）黑白瓶测氧法是通过测定曝光（白瓶）与遮光（黑瓶）条件下溶解氧的差值，来量化水生浮游生物代谢表现的方法（设瓶中初始溶解氧量为C0，实验后测量黑瓶溶氧量Cb和白瓶溶氧量Cw）。研究人员在某一时间段内选取同一河流的干流岸边缓流区、干流主流区和支流汇口回流区3个检测点处开展黑白瓶实验，测量各处浮游生物的代谢表现。下列说法正确的是（    ） A．浮游生物利用光能将无机物转化为有机物的能力，可以用Cw-Cb表示 B．不同检测点所呈现出的生物种类差异，体现了群落的水平结构特征 C．若测得某地区Cw-C0=0，说明此时该地区水体中藻类的光合与呼吸强度相等 D．支流区的净光合强度高于干流区，可能与其更高的藻密度、水体透明度等有关 8．（多选）图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度，装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，将对称叶片的一部分（C）遮光处理，另一部分（D）不做处理，且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后，在C、D的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重为MC和MD．下列说法正确的是（    ） A．图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物 B．图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓度 C．图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD D．图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD-MC 考点三 特殊代谢途径与适应机制 知●识●解●构 知识点1 光呼吸的过程、条件及生理意义 1、 发生条件 (1) 高O₂、低CO₂浓度（如气孔关闭的午间）。 (2) Rubisco酶具有双向催化活性：既能催化CO₂固定（羧化），也能催化O₂结合（加氧）。 2、 过程（C₂循环） (1) 叶绿体：Rubisco催化C₅ + O₂ → 1分子C₃ + 1分子磷酸乙醇酸​ → 分解为乙醇酸运出叶绿体。 (2) 过氧化物酶体：乙醇酸氧化为乙醛酸并释放CO₂。 (3) 线粒体：甘氨酸脱羧产生CO₂和NH₃。 (4) 消耗ATP和NADPH，不产生有机物，反而释放CO₂（"浪费"能量）。 3、 生理意义 (1) 保护光合机构：消耗过剩光能，防止强光下光系统II被氧化损伤。 (2) 回收碳：部分碳可重新进入卡尔文循环。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光呼吸是"呼吸作用"——光呼吸只在光下发生，且消耗O₂释放CO₂，但不产生ATP。 (2) 误以为光呼吸完全有害——适度光呼吸可保护光合机构免受光抑制。 (3) 误以为Rubisco只催化CO₂固定——它是双向酶，是地球上最丰富的酶但催化效率受O₂/CO₂比调控。 知识点2 C₃与C₄植物的结构及代谢差异 1、 C₃植物（水稻、小麦等） (1) 结构：无花环型结构，只有叶肉细胞含叶绿体。 (2) 固定：Rubisco直接在叶肉细胞中固定CO₂。 (3) 缺点：高温干旱下气孔关闭，O₂/CO₂比升高，光呼吸强，光合效率下降。 2、 C₄植物（玉米、甘蔗、高粱等） (1) 结构：花环型结构——外层叶肉细胞 + 内层维管束鞘细胞（含大型叶绿体）。 (2) 途径：叶肉细胞中PEP羧化酶（对CO₂亲和力极高，Km小）固定CO₂ → 生成C₄酸​ → 转运至维管束鞘细胞释放CO₂ → 进入卡尔文循环。 (3) 优势：CO₂浓缩机制，使维管束鞘细胞内CO₂浓度升高，抑制Rubisco的加氧活性，大幅降低光呼吸。 (4) 结果：高温、强光、干旱下光合速率显著高于C₃植物。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为C₄植物的维管束鞘细胞不能进行光合作用——维管束鞘细胞含叶绿体，是卡尔文循环的场所。 (2) 误以为C₄途径替代了卡尔文循环——C₄途径是"前置浓缩"，最终碳仍进入卡尔文循环。 (3) 误以为所有热带植物都是C₄植物——只有部分（如玉米、甘蔗），很多热带植物仍是C₃。 知识点3 景天科（CAM）植物的碳固定特点 1、 核心策略：昼夜分离 (1) 夜间：气孔开放，PEP羧化酶固定CO₂ → 生成苹果酸​ → 储存在液泡中。 (2) 白天：气孔关闭（减少水分散失），苹果酸从液泡运出 → 脱羧释放CO₂ → 进入卡尔文循环。 2、 适应意义 (1) 极大减少蒸腾失水，适应干旱、沙漠环境（如仙人掌、景天、菠萝）。 (2) 白天气孔关闭但仍能进行光合作用（利用夜间储存的CO₂）。 3、 与C₄的区别 (1) C₄：空间分离（叶肉细胞→维管束鞘细胞）；CAM：时间分离（夜间→白天）。 (2) C₄需要特殊的花环型结构；CAM不需要，同一细胞即可完成。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为CAM植物白天不进行光合作用——白天利用储存的CO₂进行暗反应，光反应正常进行。 (2) 误以为CAM植物夜间不消耗有机物——夜间PEP羧化固定CO₂需要ATP（来自细胞呼吸）。 (3) 误以为CAM植物没有光呼吸——仍有，但气孔关闭时内部CO₂浓度高，光呼吸较弱。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光呼吸只在光下发生，需要消耗光反应产生的ATP和NADPH，过程中消耗O₂并释放CO₂，但不产生糖类等有机物。（ ） 2.在高O₂、低CO₂条件下，Rubisco酶可催化C₅与O₂结合启动光呼吸，该过程需要叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器共同参与。（ ） 3.光呼吸完全是一种浪费能量的过程，对植物的生长和生存没有任何积极意义。（ ） 4.C₃植物（如水稻、小麦）的维管束鞘细胞中含有正常发育的叶绿体，能独立进行卡尔文循环合成有机物。（ ） 5.C₄植物（如玉米、甘蔗）具有"花环型"结构，其维管束鞘细胞含有大型叶绿体，是卡尔文循环发生的场所。（ ） 6.C₄植物叶肉细胞中PEP羧化酶对CO₂的亲和力比Rubisco高，能将CO₂浓缩后泵入维管束鞘细胞，从而完全消除光呼吸。（ ） 7.C₄途径是C₃途径的替代方式，C₄植物最终碳不再进入卡尔文循环，而是直接合成有机物。（ ） 8.CAM植物（如仙人掌、菠萝）夜间气孔开放，利用PEP羧化酶固定CO₂生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO₂进入卡尔文循环。（ ） 9.CAM植物白天气孔完全关闭，因此不能进行光合作用，只能依赖夜间储存的苹果酸维持生存。（ ） 10.C₄植物和CAM植物适应干旱、高温环境的策略本质不同：C₄植物是空间上的分离（叶肉细胞与维管束鞘细胞之间），CAM植物是时间上的分离（夜间与白天之间）。（ ） 考向01 光呼吸过程、Rubisco双向催化与C₄花环结构 9．C3途径和C4途径是植物利用CO2的两种途径。图1所示为高粱的光合作用途径（含C3、C4途径），而花生的光合作用途径只有C3途径，R酶的作用是催化C5与CO2反应，在O2浓度较高时能催化O2与C5结合引发光呼吸。图2为外界CO2浓度对高粱和花生CO2吸收速率影响的曲线，研究小组将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，实验开始时，容器中CO2浓度为图2中C点，其余条件适宜。回答下列问题： (1)据图1分析，高粱体内PEP的作用是________。 (2)在相同的高温、高光照强度环境下，高粱将光能转化为糖类中化学能的效率比花生几乎高2倍，原因是P酶与CO2的亲和力________（填“大于”“基本等于”或“小于”）R酶，再通过苹果酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R酶的过程中占优势，能抑制________过程。 (3)图2中CO2浓度为B点时，花生的叶肉细胞光合作用强度________（填“大于”“等于”或“小于”）呼吸作用强度。C点之后，影响花生和高粱CO2吸收速率的内因有________（答出2点）等。 (4)据图2分析，两种植物在培养过程中先停止生长的是________（填“花生”或“高粱”），判断依据是_______。 10．RuBP在高CO2含量环境下发生羧化反应，在高O2含量环境下发生加氧反应进行光呼吸。光呼吸是在光照下，Rubisco催化O2与RuBP结合，经过一系列反应释放CO2的过程，光呼吸会消耗能量并降低光合效率，相关过程如图所示。CAM植物可在Rubisco周围富集CO2，从而抑制光呼吸。为探究高温干旱条件下，不同碳代谢途径植物光呼吸的变化及其与光合效率的关系，研究者以水稻（C3植物）和景天（CAM植物，夜间气孔开放，白天气孔关闭）为材料，在适宜条件（28℃，正常供水）和高温干旱条件（38℃，停止供水7天）下，分别测定净光合速率（Pn）、光呼吸速率（Pr）以及光呼吸速率/净光合速率（Pr/Pn），结果如表所示。回答下列问题： 植物类型 处理条件 Pn（μmol·m-2·s-1） Pr（μmol·m-2·s-1） Pr/Pn（%） 水稻 适宜 22.5 6.8 30.2 高温干旱 8.2 5.1 62.2 景天 适宜 3.2 0.3 9.4 高温干旱 2.5 0.4 16.0 (1)由图可知，细胞内光呼吸发生的场所有________。在适宜条件下，与CAM植物相比，C3植物光呼吸速率较高的原因可能是________。 (2)水稻绿叶细胞捕获光能的色素中，含量最高的色素主要吸收的光是________。高温干旱条件下与适宜条件下相比，景天Pn下降幅度________（填“大于”或“小于”）水稻Pn下降幅度。结合CAM植物的CO2固定特点，推测在高温干旱条件下，其光呼吸速率反而上升的原因可能是________。 (3)分析表中水稻的数据，与适宜条件相比，高温干旱条件下水稻的Pn显著下降，而光呼吸速率下降幅度较小，这种变化对植物生存具有一定的积极意义，从能量利用的角度分析，其原因可能是________。 考向02 CAM昼夜碳固定策略及与C₄适应方式的区别 11．仙人掌是典型的旱生植物，其在长期干旱条件下进化出的光合作用模式，与 C3直接固定CO2成三碳化合物)、C4 (先固定成四碳化合物，再送进维管束鞘细胞进行光合作用)类植物光合作用存在明显区别。如图1为仙人掌光合作用同化途径，图2为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性昼夜转换机制。据图回答相关问题。 (1)仙人掌可将___________过程产生的 CO₂ 运入叶绿体参与卡尔文循环完成光合作用。仙人掌在夜晚吸收的CO₂，能否立即用于C₃ 途径?_____(填“能”或“不能”)，可能的原因是___________。 (2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，吸收的CO₂与PEP结合被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中，据图分析这种存储的生理学意义：①_____________②_____________。 (3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成，根据图1和图2分析其原因与呼吸减弱导致________和______含量下降有关。 (4)不同植物碳浓缩机制的差异是长期自然选择形成的对环境_______的结果。 12．在中国，水稻与玉米有着悠久的种植历史，且在农业经济领域里处于重要地位。这两种作物的光合作用机制并不完全相同，水稻属于C3植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还原。玉米是C4植物，碳的固定多了C4途径，其光合作用由叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成（如图1）。 注：PEP酶固定CO2的效率远高于Rubisco酶，Rubisco酶具有双重功能，当CO2浓度较高时，它更倾向于催化C5与CO2发生反应；而当O2浓度较高时，它则更倾向于催化C5与O2反应产生CO2，这一过程为“光呼吸”。 (1)水稻光合作用的过程可以用________反应式表示。光呼吸时能________（提高/降低）NADPH的积累速率。 (2)在水稻田中偶然能见到白化苗，可用________对叶绿体中的光合色素加以分离，从而展开研究。 (3)由图1可知，C4植物中能固定CO2的受体是________，图2为水稻与玉米的光合速率与环境CO2体积分数的关系曲线，其中最可能表示玉米的是曲线________，判断的依据是__________________。 (4)实验中多次打孔玉米叶片获得叶圆片，并对叶圆片干燥后称重，得到如下表所示的结果（假设整个实验过程中叶圆片的细胞呼吸速率不变）。那么，叶圆片经过1h光照制造的有机物量是________g·cm2（用表中相关字母表示）。 实验前 黑暗1h后 再光照1h后 叶圆片干燥称重（g/cm2） x y z 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应 知识溯源：光合与呼吸综合曲线分析 1．（2026·甘肃·高考真题）植物光合作用的检测与定量有助于准确评估生态系统的固碳效应。植物叶绿素吸收阳光后可释放出能量较低的光（日光诱导叶绿素荧光，SIF），在一定条件下其强度与净光合作用速率（An）成正比，可用于估算生态系统生产力。研究者分析了两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应，以及气温对An-SIF关系的影响（下图）。回答下列问题。 (1)叶绿体中SIF发生的具体部位是__________，发生在光合作用的__________阶段。 (2)若以气温25℃时植物A的数据建立An-SIF模型，则高温胁迫下植物A的An被__________（填“高”或“低”）估；当时，若将该模型用于植物，则An被__________（填“高”或“低”）估。 (3)据本研究结果，应用SIF估算生态系统生产力需考虑的影响因素有：__________、__________、__________。 (4)叶片胞间浓度是分析光合作用常用的参数。某同学拟以植物B为材料，探究温度（、和）对的影响。 ①除测定外，该同学还应测定和__________（记为）。 ②在PAR为的条件下，温度从提高到和，若无显著变化，则的可能变化趋势是__________，原因是__________。 题组二 情景设定：太阳能光伏发电与农业生产的资源综合利用 知识溯源：净光合速率的影响因素分析 2．（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________。 题组三 情景设定：植物光合作用暗反应阶段的关键酶Rubisco 知识溯源：酶对光合作用的影响 3．（2026·广东·高考真题）Rubisco是植物光合作用暗反应阶段的关键酶。水稻中的Rubisco由核基因（S）编码的小亚基和叶绿体基因（L）编码的大亚基组成。通过对野生型水稻S基因进行编辑，获得了单基因突变体植株，以研究Rubisco对光合作用的影响。 回答下列问题： (1)S基因在__________中转录形成的mRNA在细胞质翻译成肽链后进入叶绿体，肽链在叶绿体基质中形成一定空间结构后与____________组装构成完整Rubisco。 (2)研究发现，突变体与野生型叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变，但突变体叶片中Rubisco总活性显著降低，可能的原因是____________________________________________________。 (3)水稻在大气CO2浓度条件下净光合速率与光照强度关系如图所示。已知突变体与野生型的呼吸速率基本一致，推测突变体的净光合速率变化曲线。与野生型相比，突变体的光饱和点___________（填“升高”“不变”或“降低”）；在达到光饱和点之前，突变体净光合速率的限制因素是_____________；在C区提高_____________________________时，野生型净光合速率的变化趋势为先升高后趋于稳定。 注：a点为光饱和点（光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度） (4)野生型与突变体净光合速率的变化曲线会出现部分重合，重合部分一定会在__________区出现，推测曲线重合的原因是______________________________________________________________________。 题组四 情景设定：当年生总枝条在一个生长季节内各项指标 知识溯源：总、净光合与呼吸分析 4．（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）研究人员以森林中某落叶阔叶树为对象，测定了树冠顶部和底部当年生总枝条的相关指标，结果如表所示。当年生总枝条是指在一个生长季节内（通常是春季萌芽到秋季落叶前）萌发、生长并木质化的枝条及其上的所有叶片。回答下列问题。 相关指标 总枝条位置 叶片最大光合速率 （CO2μmol·m-2·s-1） 叶片呼吸速率 （CO2μmol·m-2·s-1） 相对碳成本 （%） 比叶面积 （m2·kg-1） 树冠顶部 11.9 1.8 15.6 9.8 树冠底部 9.5 1.1 15.2 13.5 注：相对碳成本=（当年生总枝条的碳总量/叶片脱落前该总枝条从环境中吸收的碳总量）×100%； 比叶面积=叶面积/叶干重。 (1)实验中测定最大光合速率时，除使用饱和光照外，还应保证________和________等环境因子一致且适宜。与测定光合速率不同，测定叶片的呼吸速率必须在________环境条件下。 (2)已知，光合速率=净光合速率＋呼吸速率。以一定强度的光照射该植物顶部叶片，此时顶部叶片的呼吸速率与光合速率相等，若用同强度的光照射底部叶片，此时底部叶片的净光合速率应________（填“>0”、“<0”或“=0”）。 (3)植株生长过程中，总枝条可向根等部位输出有机物，总枝条输出有机物的能力与相对碳成本呈________（填“正”或“负”）相关。底部与顶部总枝条的相对碳成本接近，但底部总枝条所处环境光照较弱，在此条件下，据表中数据分析，底部总枝条通过________和________，使其碳输出量实现最大化。此外，其叶片还可能通过哪些生理或结构变化来提高光能捕获效率？________（答出2点即可），这些变化的作用是________（从光反应的物质和能量转化角度作答）。 题组五 情景设定：人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响 知识溯源：光合呼吸物质能量辨析 5．（2026·云南·高考真题）研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响，实验结果如下表。 温度/℃ 28 34 38 光照下CO2吸收速率/（μmol·m-2·s-1） 22.52 23.41 24.15 黑暗下CO2释放速率/（μmol⋅m-2·s-1） 3.26 4.56 5.59 回答下列问题： (1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在________上。光能被吸收后转化为________储存在NADPH和ATP中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的________，部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场所包括________。 (2)在实验设置的三个温度下，水稻固定CO2速率最高的是________℃，理由是________。 (3)某地持续高温（34~38℃）伴随干燥天气，此时，在大田生产中水稻的光合速率会降低，其原因是________。 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1．（2026·浙江金华·模拟）图甲表示在相对封闭的大棚内，番茄植株在一天内吸收二氧化碳速率的变化情况。图乙表示在晴朗夏季，将用完全培养液培养的番茄植株放入密闭的玻璃罩内继续培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成如图所示曲线(水平虚线：实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图分析： 图甲 （1）图甲中C点代表上午10：00，E点代表中午12：00。C～E时间段中，该植物吸收的CO2量约为________mg。 （2）图甲中如果在C、F时刻，植株合成葡萄糖的速率相等，则C、F两点的呼吸强度的比较结果是________。 （3）如果土壤中长期缺乏Mg2+，则图甲中J点向_____ （上或下）移动，G点向____（左或右）移动；若B点和G点所对应时刻的温度相同，则B点时的光照强度________（＞、=、＜）G点时的光照强度。 （4）番茄植株在图甲B点的整体生理状态与图乙中__________点的整体生理状态相等。影响BC段变缓的主要外界因素是_____________。 （5）当罩内的CO2浓度位于图乙中B点时，番茄植株的叶肉细胞的生理状态可用下面的图_____表示。 （6）该番茄植株经过一昼夜后，是否积累了有机物？并说明理由。_______，______________。 2．（2026·辽宁·模拟）光合作用暗反应又称卡尔文循环。图1是水稻（C3植物）叶肉细胞光合作用暗反应示意图，Rubisco（RuBP羧化酶）催化RuBP（C5）和CO2发生羧化反应；图2是玉米（C4植物）光合作用部分过程示意图，相比Rubisco，PEP羧化酶对CO2的亲和力更高，PEP羧化酶催化CO2固定生成C4，C4转运到维管束鞘细胞后再进行卡尔文循环。请回答下列问题： (1)据图1和图2分析，用14CO2培养水稻和玉米，那么水稻叶肉细胞和玉米叶肉细胞中最先出现的放射性有机物分别是________、________（填具体名称），前者进一步被还原需要________提供能量。 (2)玉米维管束鞘细胞的叶绿体中没有________（填结构），不能进行光反应，玉米叶肉细胞的叶绿体中几乎没有Rubisco，通常不能进行卡尔文循环。图2中固定CO2的受体有________。 (3)据图1和图2分析，与水稻相比，玉米仅在高温干旱条件下才体现生长快的优势，在正常环境条件下优势不明显，其原因是________。 (4)相对于C3植物和C4植物，毛颖草比较特别，为“C3-C4”中间型植物，其细胞可以同时进行如图1所示的C3途径和如图2所示的C4途径。设置常温CK（20℃）和高温胁迫HT（35℃）两种生长条件下，测定了两组毛颖草在不同二氧化碳浓度条件下表现出的光合速率，结果如图3所示： ①据图3分析，毛颖草在________组条件下的光合作用特征表现的与C4途径相似，判断依据为________。 ②试从分子水平推测，毛颖草除了能进行C4途径还能进行C3途径的直接原因可能是________。 ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3．（2026·湖北·模拟） 下图甲是水稻生长过程中，在不同光照强度下，测得叶片吸收和释放气体体积变化的曲线 (假定植物叶片的呼吸速率不变) ，图乙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的 CO2浓度与时间关系的曲线。A 装置和 B 装置是某同学为了测定三倍体西瓜苗净光合作用强度而设计的实验装置。请据图回答下列问题： (1)图甲中，A 点光照强度为 0，此时叶肉细胞中产生 ATP 场所是________。B点被称为________点，在B 点突然升高CO2浓度，短时间内 NADPH的量____________ (填“增加”或“减少”)，B 点将____________ (填“左移”或“右移”)。 (2)由图乙可推知，密闭玻璃温室中 O2浓度最大的是________点，j 点与 e 点相比，植物体内有机物含量将________ (填“增加”、“减少”或“不变”)。 (3)A、B 装置烧杯中溶液分为________、______ (填“NaOH”或“NaHCO3”)。实验进行30分钟后，记录到 A 装置中的红色液滴向_____ (填“左”或“右”) 移动 5.5cm，B装置中的红色液滴向右移动0.5cm。 若红色液滴每移动 1cm，西瓜苗内葡萄糖增加或减少2g，那么该西瓜苗的净光合速率是_____g/h。 (4)兴趣小组的同学查阅文献得知淀粉和蔗糖是光合作用的主要末端产物，产物的积累会影响植物光合速率，基因M 能指导细胞膜上蔗糖转运蛋白的合成。请以南瓜为实验材料设计实验，探究光合产物是否能以蔗糖的形式转运出叶片。(简要写出实验思路) _______________ 4．（2026·上海奉贤·模拟）回答关于光合作用的问题： 下图甲曲线表示某植物在恒温30℃时光合速率与光照强度的关系，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。试回答： （1）图甲曲线中，当光照强度为X点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________。 （2）已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25℃，甲曲线中a点将向______移动，b点将向_____移动。 （3）图乙装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱可以吸收灯光的热量，避免________________。 （4）若实验中每隔5min改变一次试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是： ①________________________________________________________； ②________________________________________________________。 （5）为了探究光照强度对光合速率的影响，利用乙图装置进行实验的设计思路是：_____________________________________________________________________。 （6）某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为12 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下（由a→e逐渐加强），24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下： 光照强度（klx） 0（黑暗） a b c d e 白瓶溶氧量mg/L 4 12 18 26 32 32 黑瓶溶氧量mg/L 4 4 4 4 4 4 该瓶中所有生物细胞在24 h内呼吸消耗的O2量为_____mg/L。当水层光照强度为c 时，在24h内白瓶中植物产生的氧气量为______mg/L。光照强度至少为______（填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。当光照强度为_______（填字母）时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。 ——科技前沿改编，开放选拔特训 5．（2026·辽宁本溪·模拟）（一）、绿色植物中RuBP羧化酶（Rubisco）具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应（如图1所示）。过氧物酶体为细胞质中单层膜结构，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2（乙醇酸）氧化为乙醛酸和过氧化氢。 (1)据图1中的信息，绿色植物在Rubisco催化下___________与C5反应，形成的___________中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。图中光合作用的产物主要以___________形式运到储存部位。 (2)科学家利用水稻自身基因构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而___________（“促进”或“抑制”）光呼吸。研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是___________。 （二）研究人员以某绿色植物为材料，利用多套图甲装置，对影响光合作用的环境因素进行研究。 为了探究温度对光合作用的影响，首先应在图甲装置的烧杯内加入二氧化碳缓冲液，然后再打开该装置的活塞开关，使U型管两侧的液面如图甲所示，关闭活塞。实验的观察指标是U型管A侧液面的变化值。在每一给定温度，其他条件均相同且适宜的情况下光照1h，实验数据如下表所示。 温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35 水柱高度（mm·h-1） 1.0 1.7 2.5 3.2 3.7 3.5 3.0 (3)请分析水柱的高度变化是由___________之间的关系引起的。（填生理过程） (4)夏季去除图甲的水浴装置和小烧杯后，置于自然环境条件下，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同，且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对CO2浓度的影响均忽略不计，利用CO2浓度测定仪测定了该玻璃罩内一昼夜CO2浓度的变化情况，绘制成如图乙所示曲线。一昼夜中植物体内的有机物总量___________（填“增多”或“减少”）。 (5)若用甲装置来探究温度对绿色植物的呼吸速率的影响，首先烧杯中应该加入试剂___________，其次还要将甲装置进行___________处理。 (6)图乙D到G段玻璃罩内二氧化碳浓度下降的原因是___________，光合速率等于呼吸速率的点是___________。 6．（2026·辽宁丹东·模拟）水稻等C3植物是直接把CO2固定成C3，而玉米等C4植物有一种CO2浓缩机制，即在卡尔文循环之前CO2先在叶肉细胞中被固定成四碳化合物（C4），然后运输到相邻的维管束鞘细胞中再分解，释放出CO2用于卡尔文循环，部分过程如下图1所示。图1中的RuBP羧化酶是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，其本身的催化效率低。而C4植物拥有的这种CO2浓缩机制，可提高RuBP羧化酶附近的CO2浓度，大大增强了光合作用效率。请分析回答： (1)图1中光合作用光反应阶段可以为苹果酸的合成提供的物质是_____（写出中文名称），由丙酮酸转变为PEP的过程属于_____反应（填“吸能”或“放能”）。 (2)为提高水稻的产量，科学家将玉米的PEP羧化酶基因与PPDK酶（催化CO2初级受体PEP的生成）基因导入水稻后，在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻的光合速率影响，结果如下图2。图3是在光照为1000Lux下测得温度影响光合速率的变化曲线（注：图2和图3除自变量外其余条件相同）。回答下列问题： ①培育转双基因水稻的核心工作是基因表达载体的构建，基因表达载体常有特殊的标记基因，标记基因的作用是_____。 ②结合图3判断，图1曲线所对应的温度应为_____℃，若将温度调至25℃，A点将向_____移动。 ③图2中，在光照强度为1000Lux时，转双基因水稻和原种水稻固定CO2速率比值为_____，而在光照强度为400Lux时，二者的比值为1：1，由此说明转双基因水稻更适合栽种在强光环境中。 ④有研究人员进一步提出疑问：在高光照强度下，转双基因水稻净光合速率的增大是两个基因的叠加效果，还是单一基因的作用效果？请利用转双基因水稻、PEP酶抑制剂、PPDK酶抑制剂、蒸馏水等材料设计探究实验，请写出简要的实验思路：_____。（不要求写出预期结果和结论） 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 知识建联·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，突破命题考向 知识解构+即时演练+高分破译 考点一 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 知识点1 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 知识点2 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 考点二 光合与呼吸速率的测定方法 知识点1 液滴移动法 知识点2​黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 考点三 特殊代谢途径与适应机制 知识点1 光呼吸的过程、条件及生理意义 知识点2​C₃与C₄植物的结构及代谢差异 知识点3​景天科（CAM）植物的碳固定特点 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应 知识溯源：光合与呼吸曲线分析 题组二 情景设定：光伏发电与农业生产的资源综合利用 知识溯源：净光合速率的影响因素分析 题组三 情景设定：植物光合作用暗反应阶段的关键酶Rubisco 知识溯源：酶对光合作用的影响 题组四 情景设定：当年生总枝条在一个生长季节内各项指标 知识溯源：总、净光合与呼吸分析 题组五 情景设定：探究温度对某品种水稻产量的影响 知识溯源：光合呼吸物质能量辨析 05 情境探究·素养拓展 深挖素材脉络，规范长句作答 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考查概述 高考对细胞代谢综合的考查以非选择题为主、选择题为辅，侧重图文转换能力、定量计算能力与长句表达逻辑。核心覆盖：①光合与呼吸的物质/能量联系及速率关系（真光合=净光合+呼吸）；②一昼夜CO₂吸收/释放曲线与密闭容器24h气体变化的计算；③液滴移动法、黑白瓶法、半叶法等测定速率的实验原理与误差分析；④光呼吸、C₄植物、CAM途径等特殊代谢的生理意义与农业生产应用。 考查形式 选择题：聚焦曲线拐点分析（光补偿点、饱和点、光合午休）、液滴移动方向判断、黑白瓶溶解氧计算； 非选择题：依托自然情境（如大棚昼夜温差、干旱胁迫、作物间作），考查净光合与真光合的定量计算、特殊代谢途径的机理阐述、实验方案的评价与完善。 课标要求 明确目标 1. 阐明光合与呼吸的综合关系：理解两者在物质循环和能量流动中的联系，掌握真光合、净光合、呼吸速率的表示方法及其数量关系。（生命观念、科学思维） 2. 掌握代谢速率的测定方法：能解释液滴移动法、黑白瓶法、半叶法的实验原理，分析变量控制与误差来源。（科学探究） 3. 分析特殊代谢途径的适应意义：比较C₃、C₄、CAM植物的碳固定特点，运用原理解释作物抗旱、高产等生产现象。（科学思维、社会责任） 高考前沿 1. 光合-呼吸综合曲线的深度解读与定量计算 2026·甘肃卷，17；2026·四川卷，16；2026·广东卷，17；2026·黑吉辽蒙卷，21；2026·云南卷，17；2025·天津卷，15；2025·重庆卷，16； 2. 特殊代谢途径的机理分析与农业生产应用 2026·四川卷，16；2026·黑吉辽蒙卷，21；2026·云南卷，17；2025·天津卷，15；2025·甘肃卷，15；2025·河南卷，17； 知识建联·脉络梳理 细胞代谢综合分析 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 ​ 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 物质联系 能量联系 核心公式 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 一昼夜CO₂吸收/释放曲线 密闭容器24h气体变化 光合与呼吸速率的测定方法 液滴移动法 装置原理 结果计算 黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 黑白瓶法 半叶法 叶片收获法 特殊代谢途径与适应机制 光呼吸的过程、条件及生理意义 发生条件 过程 C₃与C₄植物的结构及代谢差异 C3植物 C₄植物 景天科（CAM）植物的碳固定特点 核心策略 适应意义 与C₄植物区别 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，突破命题考向 自主研学·梳理教材 (1) 阐明光合作用与细胞呼吸的物质联系：光合作用产生的O₂和葡萄糖是细胞呼吸的底物，细胞呼吸产生的CO₂和H₂O是光合作用的原料；叶绿体中的C₅、C₃与线粒体中的丙酮酸通过中间产物（如磷酸丙糖）相互转化，构成细胞内碳、氧循环。 (2) 阐述光合作用与细胞呼吸的能量转化关系：光能经光反应转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，暗反应将其转化为葡萄糖等有机物中的稳定化学能；细胞呼吸将有机物中的稳定化学能释放，转化为ATP中的活跃化学能（直接供能）和热能（散失）。 (3) 掌握真正光合速率、净光合速率与呼吸速率的数量关系：真正（总）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率；净光合速率可用O₂释放量、CO₂吸收量、有机物积累量表示；真正光合速率可用O₂产生量、CO₂固定量、有机物制造量表示；呼吸速率可用黑暗中O₂吸收量、CO₂释放量、有机物消耗量表示。 (4) 分析环境条件骤变时C₃、C₅、ATP、NADPH等物质的瞬时含量变化：突然停止光照，光反应停止，ATP、NADPH减少，C₃还原受阻导致C₃含量上升、C₅含量下降；突然停止CO₂供应，CO₂固定受阻，C₅消耗减少而积累导致C₅含量上升、C₃生成减少导致C₃含量下降。 (5) 解读一昼夜（日变化）CO₂吸收/释放曲线：a点（凌晨）只进行细胞呼吸释放CO₂；b、e点为光补偿点（光合=呼吸），此时CO₂吸收量为0；c→d段因高温导致气孔关闭出现"光合午休"，CO₂吸收量短暂下降；全天有机物积累量 = 白天CO₂吸收正面积 − 夜间CO₂释放负面积。 (6) 分析密闭容器24小时气体体积变化曲线：若容器内放置NaHCO₃缓冲液维持CO₂恒定，则气体体积变化直接反映O₂的变化量；曲线中CO₂浓度最高/最低点对应光合=呼吸的时刻；若终点CO₂浓度低于起点，说明全天有机物有净积累。 (7) 说明小圆形叶片上浮法测定光合速率的原理与操作：通过注射器抽气排出叶片细胞间隙原有气体使其沉底，光照下光合作用产生的O₂在细胞间积累使叶片上浮；单位时间内上浮叶片数或上浮平均时间代表净光合速率；自变量可为光照强度（台灯距离）或CO₂浓度（NaHCO₃浓度）。 (8) 掌握液滴移动法测定光合与呼吸速率的装置原理：甲装置放置NaOH溶液吸收CO₂，黑暗下液滴左移距离代表呼吸耗O₂量，光照下液滴右移距离代表净O₂产生量（净光合速率）；增设死植物对照可排除温度、气压等物理因素干扰。 (9) 阐述黑白瓶法测定水生植物光合速率的方法：黑瓶（遮光）只进行细胞呼吸，溶解氧减少量代表呼吸速率；白瓶（透光）光合+呼吸同时进行，溶解氧增加量代表净光合速率；真正光合速率 = 白瓶溶解氧变化量 + 黑瓶溶解氧变化量绝对值。 (10) 说明半叶法和叶片收获法测定光合产物积累的原理：半叶法将对称叶片一半遮光、一半曝光，阻断有机物运输后测干重差，代表净光合积累量；叶片收获法在不同时间点取样测叶片干重，干重增加速率代表净光合速率。 (11) 阐述光呼吸的过程、条件及生理意义：在高O₂、低CO₂条件下，Rubisco酶催化C₅与O₂结合启动光呼吸，过程涉及叶绿体、过氧化物酶体和线粒体，消耗ATP和NADPH并释放CO₂；其意义在于消耗过剩光能、保护光合机构免受强光氧化损伤。 (12) 比较C₃植物与C₄植物的结构与代谢差异：C₃植物（如水稻、小麦）无花环型结构，叶肉细胞中Rubisco直接固定CO₂，高温干旱下光呼吸强；C₄植物（如玉米、甘蔗）具有花环型结构（外层叶肉细胞+内层维管束鞘细胞），叶肉细胞中PEP羧化酶对CO₂亲和力高，将CO₂浓缩后泵入维管束鞘细胞，抑制光呼吸，光合效率更高。 (13) 说明景天科（CAM）植物的碳固定特点及适应意义：CAM植物（如仙人掌、菠萝）夜间气孔开放，PEP羧化酶固定CO₂生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO₂进入卡尔文循环；这种昼夜分离的策略极大减少了水分散失，适应干旱环境。 (14) 分析多因素对光合速率的综合影响及限制因素判断：低光照强度下光是主要限制因素，光照充足且CO₂浓度较低时CO₂成为限制因素，光照和CO₂均充足时温度（影响酶活性）成为限制因素；农业生产中合理密植、间作套种、通风透光可提高光能利用率和CO₂供应。 (15) 归纳光合作用原理在农业生产中的综合应用：温室大棚白天适当升温促进光合、夜间适当降温抑制呼吸，增大昼夜温差；增施农家肥（微生物分解有机物释放CO₂）提高CO₂浓度；人工补光优先选用红光或蓝紫光LED灯；补充N、Mg、P等矿质元素保证叶绿素和酶的合成。 考点一 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 知●识●解●构 知识点1 光合与呼吸的物质、能量联系及速率关系 1. 物质联系 (1) 光合作用产生的O₂供细胞呼吸利用；细胞呼吸产生的CO₂和H₂O供光合作用利用。 (2) 叶绿体中的C₅、C₃与线粒体中的丙酮酸通过中间产物（如磷酸丙糖）相互转化，构成细胞内物质循环。 2. 能量联系 光能 → 光反应 → ATP/NADPH（活跃化学能） → 暗反应 → 葡萄糖（稳定化学能） → 细胞呼吸 → ATP（直接供能） + 热能（散失） 3. 速率关系（核心公式） (1) 真正（总）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 (2) 净光合速率指标：O₂释放量、CO₂吸收量、有机物积累量（表观光合）。 (3) 真正光合速率指标：O₂产生量、CO₂固定量、有机物制造量。 (4) 呼吸速率指标：黑暗中O₂吸收量、CO₂释放量、有机物消耗量。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为"光照下测得的CO₂吸收量"就是真正光合速率——这是净光合速率，需加上黑暗中呼吸速率才是真正光合。 (2) 误以为"O₂产生量"等于"O₂释放量"——O₂产生量是真正光合，O₂释放量是净光合（产生量-呼吸消耗量）。 (3) 误以为停止光照后暗反应立即停止——ATP/NADPH会维持短暂还原，随后C₃积累、C₅下降。 (4) 误以为净光合速率>0时植物就能持续生长——还需考虑夜间呼吸消耗，全天有机物积累量>0才是真正生长。 知识点2 一昼夜（日变化）曲线与密闭容器24h气体变化 1. 一昼夜CO₂吸收/释放曲线 (1) a点→凌晨，温度降低，呼吸作用减弱，CO₂释放减少 (2) b点→有微弱光照，植物开始进行光合作用 (3) bc段→光合作用强度小于呼吸作用强度 (4) c、e点→光合作用强度等于呼吸作用强度 (5) ce段→光合作用强度大于呼吸作用强度 (6) d点→温度过高，部分气孔关闭，出现光合“午休”现象 (7) ef段→光合作用强度小于呼吸作用强度 (8) fg段→没有光照，光合作用停止，只进行呼吸作用 (9) bf段→制造有机物的时间段 (10) ce段→积累有机物的时间段 (11) 一昼夜有机物的积累量→S₁-(S₂+S₃) 2. 密闭容器24h气体变化 (1) 若容器内放置NaHCO₃缓冲液（维持CO₂恒定），则气体体积变化仅反映O₂的变化：光照下O₂产生>消耗→体积增大；黑暗下O₂消耗→体积减小。 (2) 若无缓冲液，气体体积变化 = O₂产生量 - O₂消耗量 + CO₂释放量 - CO₂固定量，计算需同时考虑两种气体。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为光合午休是因为光照太强直接抑制光反应——主要是气孔关闭导致CO₂供应不足，间接抑制暗反应。 (2) 误以为密闭容器中24h后O₂增加量就是净光合——若初始有生物（如小鼠），还需考虑其他生物的呼吸消耗。 (3) 误以为夜间植物完全不进行光合作用——只要有光（如路灯下、月光），弱光下仍可进行微弱光合，但通常忽略不计。 (4) 误以为光补偿点时有机物积累量为正——此时光合=呼吸，净积累为0，但夜间仍消耗，全天为负。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.真正（总）光合速率可以用O₂产生量、CO₂固定量或有机物制造量表示，净光合速率可以用O₂释放量、CO₂吸收量或有机物积累量表示。（ ✓ ） 2.将一株植物置于密闭透明容器中，给予适宜光照，若容器内O₂量增加，则说明植物真正光合速率大于呼吸速率。（ ✗ ） 3.突然停止光照，短时间内叶绿体中ATP和NADPH含量下降，C₃含量上升，C₅含量下降。（ ✓ ） 4.若突然降低环境中CO₂浓度，短时间内叶绿体中C₅含量减少，C₃含量增加。（ ✗ ） 5.光照下测得的CO₂吸收量代表真正光合速率，黑暗下测得的CO₂释放量代表呼吸速率。（ ✗ ） 6.一昼夜CO₂吸收/释放曲线中，b点和e点（光补偿点）时，光合速率等于呼吸速率，此时有机物积累量为零。（ ✓ ） 7.夏季晴朗中午植物出现"光合午休"现象，主要原因是光照过强直接破坏类囊体薄膜上的色素，导致光反应受阻。（ ✗ ） 8.一昼夜CO₂吸收/释放曲线中，全天有机物积累量等于白天CO₂吸收正面积减去夜间CO₂释放负面积。（ ✓ ） 9.密闭透明容器中若放置NaHCO₃缓冲液维持CO₂浓度恒定，则容器内气体体积的变化量可直接反映植物光合作用产生O₂与呼吸作用消耗O₂的差值。（ ✓ ） 10.密闭容器中24h后若终点CO₂浓度低于起点，说明该时间段内植物全天有有机物的净积累。（ ✓ ） 考向01 一昼夜CO₂曲线各点含义与全天有机物积累计算 1．（多选）为研究某绿色植物的代谢情况，将该植物置于密闭容器内（已知该容器内CO2和O2的初始浓度相等，气体含量相对值为1）。在早上6：00将该容器移至阳光下，日落后移到暗室中，测得容器中两种气体的相对含量如图所示。对此过程分析错误的是（　　） A．8：00时叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度 B．10：00~20：00，O2含量大于CO2含量，说明此时间段光合作用强度大于呼吸作用强度 C．17：00时，该绿色植物有机物积累量最大，经历一昼夜该植物干重下降 D．20：00后，该绿色植物呼吸作用的底物除了糖类之外，可能还有脂肪 【答案】ABD 【详解】A、8:00 时，容器内 O₂和 CO₂的相对含量相等，说明此时整个植株的净光合速率为 0，即光合作用强度等于呼吸作用强度。但叶肉细胞作为主要光合部位，其光合作用强度会大于呼吸作用强度，才能抵消非绿色组织的呼吸消耗，A 错误； B、O₂和 CO₂含量的大小关系，与净光合速率的正负并无直接对应关系，净光合速率的正负由 O₂含量的变化趋势决定，8：00到17：00，光合作用速率大于呼吸作用速率，CO2含量下降，B 错误； C、17：00光合作用与呼吸作用相等，此时植物体内有机物积累量最大，干重最大，经历一昼夜后，CO2含量相比刚开始时增多，有机物积累量减少。说明植物整体的呼吸作用消耗大于光合作用合成的有机物，因此干重下降，C 正确； D、20:00 后，两条曲线不再对称， O2的吸收量小于CO2的释放量，说明该植物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，D错误。 故选 ABD。 2．回答有关光合作用和呼吸作用的问题。 甲图表示某植物细胞中部分结构发生反应的概要图，乙图表示该植物在夏季晴朗的某一天CO2吸收量的变化曲线。①-⑨表示物质，A-H表示某一天中的时间，Ⅰ-Ⅲ表示曲线与坐标轴所围成区域的面积。 (1)写出下列物质名称：④_______；⑥_______。 (2)甲图中由物质③形成ADP的场所是_______。产生物质⑧的部位是_______。 (3)据乙图分析可知，该植物一昼夜有机物的积累量可用图中符号表示为_______。 (4)据乙图推测，在时间C—D段与E—H段曲线下降可能的原因，前者是_______；后者是______。 (5)若将该植物置于白天均为C点状态的理想环境中，连续光照10小时，则一昼夜积累的葡萄糖为_______mg/dm2（结果保留一位小数） 【答案】(1) NADP+ 氧气 (2) 叶绿体基质 线粒体内膜 (3)Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ (4) 光照过强导致气孔关闭二氧化碳供应不足 光照强度减弱使光合作用减弱 (5)169.1 【分析】分析甲图：左侧是叶绿体，是光合作用的场所，其中①～⑤依次是H2O、O2、ATP、NADP+、CO2；右侧是线粒体，是有氧呼吸的主要场所，其中⑥～⑨依次是O2、[H]、H2O、CO2；分析图乙：图乙表示该植物在夏季晴朗的某一天CO2吸收量的变化曲线．A点之前：植物只进行呼吸作用；AB段时间内，植物呼吸速率大于光合速率；BF段：植物呼吸速率小于光合速率；B点和F点：植物呼吸速率等于光合速率；FH段：植物呼吸速率大于光合速率；H点之后：植物只进行呼吸作用． 【详解】（1）由图甲分析可知，④参与形成NADPH，所以④是NADP+，⑥参与有氧呼吸的第三阶段，所以⑥是氧气。 （2）光反应合成的ATP用于暗反应中三碳化合物的还原，所以ADP的形成是在暗反应阶段，场所是叶绿体基质。物质⑧是水，在有氧呼吸的第三阶段产生，场所是线粒体内膜 （3）Ⅰ表示B点之前消耗有机物的量，Ⅱ表示BF段有机物的积累量，Ⅲ表示F点之后消耗有机物的量，所以该植物一昼夜有机物的积累量为Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ。 （4）C-D段光照过强导致气孔关闭二氧化碳供应不足，E-H段光照强度减弱使光合作用减弱。 （5）将该植物置于白天均为C点状态的理想环境中，连续光照10小时，则一昼夜消耗CO2的量=36×10-8×14=248mg/dm2，一昼夜积累的葡萄糖量为248/44×180×1/6=169.1mg/dm2。 考向02 密闭容器24h气体变化与骤变时C₃/C₅含量动态分析 3．下图甲表示某绿色植物的细胞代谢状况；图乙表示在一定条件下测得的该植物光照强度与光合速率的关系；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO₂浓度与时间关系的曲线。请分析回答： (1)图甲中的两种细胞器分别用什么方式增大膜面积_________，图甲所示的该植物细胞代谢情况可用图乙的__________点表示。 (2)当植物细胞内的部分代谢活动处于图乙中的b点时，叶绿体中ATP的移动方向是__________。 (3)由图丙可推知，密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是__________点；丙图中光合作用释放的O₂量和呼吸作用消耗的O₂相等的是__________点。（用图中字母回答）。 (4)由图丙可推知，该植物经过一昼夜后，是否积累了有机物？__________（填“是”或“否”。） 【答案】(1) 叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，线粒体通过内膜向内形成嵴 d (2)从叶绿体的类囊体薄膜流向叶绿体基质（或基粒向叶绿体基质） (3) h f、h (4)否 【分析】分析甲图：甲图表示某绿色植物的细胞代谢状况，光合作用所需要的二氧化碳来自线粒体和外界环境，说明光合速率大于呼吸速率；分析乙图：a点细胞只进行呼吸作用；b段表示光合速率小于呼吸速率；c点时光合速率等于呼吸速率；d段光合速率大于呼吸速率；分析丙图：丙图表示密闭玻璃室内的CO2浓度与时间关系的曲线，其中ef段表示光合速率小于呼吸速率；fh段表示光合速率大于呼吸速率；f点和h点表示光合速率等于呼吸速率；hj段表示光合速率小于呼吸速率。 【详解】（1）叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，线粒体通过内膜向内形成嵴；根据分析，图甲光合作用大于呼吸作用，可以用图乙的d点表示。 （2）图乙中的b点光合作用小于呼吸作用，光合作用过程中，光反应产生的ATP被暗反应利用，所以叶绿体内ATP的移动方向是从类囊体薄膜至叶绿体基质。 （3）图丙为密闭容器内的二氧化碳浓度变化曲线图，从f点到h点，容器内二氧化碳持续减少，说明光合作用大于呼吸作用强度，氧气积累，h点最高；f点和h点时，光合作用强度等于呼吸作用强度。 （4）j点时二氧化碳浓度高于e点，表明j点时消耗的有机物更多，与e点比植物体内有机物减少，没有积累有机物。 4．（多选）如图1为水稻叶肉细胞内物质代谢过程示意图，①~⑥代表相关过程。图2是某科研小组利用密闭的透明玻璃小室探究水稻植株光合作用速率的装置。图3是图2装置放在自然环境下测定夏季一昼夜（零点开始）小室内植物氧气释放速率的变化所得到的曲线图，下列相关说法正确的是（　　） A．图1过程①~⑥中，能产生ATP的过程只有②⑤⑥ B．给该植物浇灌H218O，在细胞中可出现C3H418O3（丙酮酸）、（CH218O）、H218O、C18O2、18O2 C．图3中在8时叶肉细胞光合作用强度等于呼吸作用强度 D．图3中出现a点的原因可能是温度降低导致呼吸作用减弱 【答案】BD 【分析】据图分析：图1表示光合作用与有氧呼吸过程，其中，①是三碳化合物的还原过程，②是细胞呼吸第一阶段，③是有氧呼吸第二阶段，④是二氧化碳的固定过程，⑤是有氧呼吸第三阶段，⑥是光合作用光反应阶段。图2是密闭装置，内有二氧化碳缓冲液，说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变，因此刻度移动表示是氧气的变化量。图3中c点之前表示光合速率小于呼吸速率；cg之间表示光合速率大于呼吸速率；c点和g点表示光合速率等于呼吸速率；g点后，光合速率小于呼吸速率。 【详解】A、有氧呼吸的三个阶段都可以产生ATP，光合作用的光反应阶段也可以产生ATP，据图分析可知，②③⑤⑥可以产生ATP，A错误； B、在实验过程中，给该植物浇灌H2l8O，其转化途径是：H218O参与有氧呼吸第二阶段生成C18O2，C18O2再参与光合作用生成有机物（CH218O），（CH218O）有可能再次参加呼吸作用，在有氧呼吸的第一阶段生成C3H418O3（丙酮酸），B正确； C、图3中c点之前表示植物的光合速率小于呼吸速率；cg之间表示光合速率大于呼吸速率；c点（8时）和g点表示植物光合速率等于呼吸速率，但是此时植物的叶肉细胞光合作用强度大于呼吸作用强度，C错误； D、图3中出现a点的原因是夜间温度降低，导致相关酶活性降低，所以呼吸作用减弱，D正确。 故选BD。 考点二 光合与呼吸速率的测定方法 知●识●解●构 知识点1 液滴移动法 1、 装置原理 (1) 甲装置：液滴移动距离 = O₂释放量（代表净光合中的O₂净产生量）。 (2) 乙装置：不进行光合作用，只进行呼吸作用，液滴移动距离 = O₂消耗量。 (3) 光照条件：测定净光合速率（液滴移动反映O₂净产生量）。 (4) 黑暗条件：测定呼吸速率（液滴左移距离 = 呼吸耗O₂量）。 2、 结果计算 (1) 净光合速率 = 光照下甲装置液滴左移距离（O₂产生-消耗的差值）。 (2) 呼吸速率 = 黑暗下甲装置液滴左移距离。 (3) 真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为乙装置液滴右移就是只进行有氧呼吸——无氧呼吸产CO₂也会导致右移。 (2) 误以为甲装置液滴不动就是没有细胞呼吸——可能光合产O₂量=呼吸耗O₂量，净O₂变化为0。 (3) 误以为液滴移动距离可以直接换算为摩尔数——需已知装置体积和气体摩尔体积。 知识点2 黑白瓶法、半叶法、叶片收获法 1、 黑白瓶法（水生植物） (1) 黑瓶（遮光）：只进行细胞呼吸，溶解氧减少量 = 呼吸速率。 (2) 白瓶（透光）：光合+呼吸，溶解氧变化量 = 净光合速率。 (3) 真正光合速率​ = 白瓶溶解氧变化量 + |黑瓶溶解氧变化量|。 2、 半叶法 (1) 将叶片一半遮光、一半曝光，一段时间后测两部分干重。 (2) 净光合速率​ = （曝光半叶干重 - 遮光半叶干重）/ 时间 / 面积。 3、 叶片收获法 (1) 在不同时间点取样测叶片干重，干重增加速率代表净光合速率。 (2) 若同时测夜间干重减少量，可估算呼吸速率。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为黑瓶中溶解氧一定减少——若瓶内有自养细菌或污染物，可能异常。 (2) 误以为半叶法中遮光半叶干重不变——呼吸消耗会使干重略有下降。 (3) 误以为叶片收获法测的是真正光合——测的是净光合，需另测呼吸速率。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.液滴移动法中，乙装置在黑暗条件下液滴左移，说明植物进行了有氧呼吸并消耗了O₂。（ ✓ ） 2.液滴移动法中，光照下甲装置液滴右移，说明植物光合产O₂量大于呼吸耗O₂量，即净光合速率大于零。（ ✓ ） 3.液滴移动法中，若光照下甲装置液滴不动，说明植物没有进行光合作用。（ ✗ ） 4.液滴移动法中，增设一个放置死亡植物其他条件相同的装置作为对照，可排除温度、气压等物理因素对液滴移动的干扰。（ ✓ ） 5.利用液滴移动法计算真正光合速率时，需将光照下测得的净光合速率（液滴右移距离）与黑暗下测得的呼吸速率（液滴左移距离）相加。（ ✓ ） 6.黑白瓶法中，黑瓶（遮光）溶解氧减少量代表呼吸速率，白瓶（透光）溶解氧增加量代表净光合速率，真正光合速率等于白瓶溶解氧增加量与黑瓶溶解氧减少量之和。（ ✓ ） 7.半叶法中，将对称叶片一半遮光、一半曝光，一段时间后测干重，曝光半叶与遮光半叶的干重差值代表真正光合速率。（ ✗ ） 8.半叶法实验中，用热水烫叶柄或涂凡士林的目的是杀死筛管细胞，防止有机物运输，保证两部分叶片独立进行代谢。（ ✓ ） 9.叶片收获法通过在不同时间点取样测定同部位叶片的干重，干重增加速率可代表该时段的净光合速率。（ ✓ ） 10.黑白瓶法中，若实验前未测定初始溶解氧浓度，则无法计算出该植物的真正光合速率。（ ✗ ） 考向01 液滴移动法装置原理与净光合、呼吸速率计算 5．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。 6．图甲为光合作用最适温度条件下植物光合速率测定装置图，图乙中a、b为测定过程中某些生理指标相对值的变化。下列说法正确的是（    ） A．如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会发生图乙中从a到b的变化，净光合速率可能会发生从b到a的变化 B．若图乙表示图甲完全培养液中SiO44-浓度，由a到b的变化表明了该植物不需要该离子 C．若图甲中的液滴不移动，则该植株叶肉细胞光合速率等于呼吸速率 D．若图乙表示图甲中植物的叶肉细胞内C5的变化，则b到a的变化可能是突然停止光照或者光照减弱 【答案】D 【详解】A、图甲是在光合作用最适温度条件下进行的，如果适当提高温度，其他条件不变，则总光合速率会降低，发生从b到a的变化；呼吸速率有可能升高，从而净光合速率可能降低，发生从b到a的变化，A错误； B、若图乙表示图甲完全培养液中SiO44-浓度，由a到b的变化表明了该植物对SiO44-的吸收速率小于对水分吸收的相对速率或不需要该离子，B错误； C、若图甲中的液滴不移动，则该植株光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误； D、突然停止光照或者光照减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原受阻，则C5的来路受阻，短时间内去路不变，结果导致其含量下降，D正确。 考向02 黑白瓶与半叶法的实验设计逻辑及干重差分析 7．（多选）黑白瓶测氧法是通过测定曝光（白瓶）与遮光（黑瓶）条件下溶解氧的差值，来量化水生浮游生物代谢表现的方法（设瓶中初始溶解氧量为C0，实验后测量黑瓶溶氧量Cb和白瓶溶氧量Cw）。研究人员在某一时间段内选取同一河流的干流岸边缓流区、干流主流区和支流汇口回流区3个检测点处开展黑白瓶实验，测量各处浮游生物的代谢表现。下列说法正确的是（    ） A．浮游生物利用光能将无机物转化为有机物的能力，可以用Cw-Cb表示 B．不同检测点所呈现出的生物种类差异，体现了群落的水平结构特征 C．若测得某地区Cw-C0=0，说明此时该地区水体中藻类的光合与呼吸强度相等 D．支流区的净光合强度高于干流区，可能与其更高的藻密度、水体透明度等有关 【答案】ABD 【详解】A、总光合速率=净光合速率+呼吸速率=Cw-C0+（C0-Cb）=Cw−Cb ，代表浮游生物固定无机物制造有机物的总能力，A正确； B、同一河流不同区段（岸边、主流、支流）生物种类差异，是不同地段种群分布差异，属于群落水平结构，B正确； C、Cw−C0​=0， 整瓶浮游生物总净光合 = 0，是所有浮游生物群落光合 = 呼吸，不只是藻类，还有浮游动物等，C错误； D、支流区的藻密度高、水体透明度高，利于光合作用，净光合强度更高，D正确。 故选ABD。 8．（多选）图1为通气法测定植物叶片的光合作用强度，装置中通入的气体CO2浓度可以调节。将适量叶片置于同化箱中，在一定的光照强度和温度条件下，让空气沿箭头方向缓慢流动，并用CO2分析仪测定A、B两处气体CO2浓度的变化。图2为“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，将对称叶片的一部分（C）遮光处理，另一部分（D）不做处理，且阻断两部分的物质和能量转移。在适宜光照条件照射1小时后，在C、D的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重为MC和MD．下列说法正确的是（    ） A．图1中可通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物 B．图1中可通过控制同化箱内的CO2浓度和光照强度来调控B处气体CO2浓度 C．图2中D叶片所截取部分每小时光合作用积累的有机物总量为MD D．图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量为MD-MC 【答案】ABD 【分析】分析实验装置：A处气体CO2浓度表示起始浓度、B处气体CO2浓度表示已经过呼吸作用或光合作用后的浓度，因此两处的差值就可以表示有氧呼吸产生的CO2或光合作用净吸收的CO2量。在黑暗条件下，植物只进行呼吸作用，因此两处的差值就可以表示有氧呼吸释放的CO2量。在光照条件下既进行光合作用又进行呼吸作用，则两处的差值就可以表示光合作用净吸收的CO2量。 【详解】A、如图1所示，A处代表原始CO2浓度，B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度，通过A、B两处气体的CO2浓度高低推测出叶片是否积累有机物，A正确； B、B处代表植物经过光合作用与呼吸作用后的CO2浓度，可以通过控制光照强度来调节植物的呼吸作用强度与光合作用相强度，来调控B处气体CO2浓度，B正确； CD、假设C、D的对应部位截取同等面积的叶片初始质量为M（处理前），因此M-MC表示每小时呼吸作用消耗的有机物总量，MD-M表示每小时光合作用积累的有机物总量，则图2中D叶片所截取部分每小时光合作用合成的有机物总量=（MD-M）+（M-MC）=MD-MC，C错误，D正确。 故选ABD。 考点三 特殊代谢途径与适应机制 知●识●解●构 知识点1 光呼吸的过程、条件及生理意义 1、 发生条件 (1) 高O₂、低CO₂浓度（如气孔关闭的午间）。 (2) Rubisco酶具有双向催化活性：既能催化CO₂固定（羧化），也能催化O₂结合（加氧）。 2、 过程（C₂循环） (1) 叶绿体：Rubisco催化C₅ + O₂ → 1分子C₃ + 1分子磷酸乙醇酸​ → 分解为乙醇酸运出叶绿体。 (2) 过氧化物酶体：乙醇酸氧化为乙醛酸并释放CO₂。 (3) 线粒体：甘氨酸脱羧产生CO₂和NH₃。 (4) 消耗ATP和NADPH，不产生有机物，反而释放CO₂（"浪费"能量）。 3、 生理意义 (1) 保护光合机构：消耗过剩光能，防止强光下光系统II被氧化损伤。 (2) 回收碳：部分碳可重新进入卡尔文循环。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光呼吸是"呼吸作用"——光呼吸只在光下发生，且消耗O₂释放CO₂，但不产生ATP。 (2) 误以为光呼吸完全有害——适度光呼吸可保护光合机构免受光抑制。 (3) 误以为Rubisco只催化CO₂固定——它是双向酶，是地球上最丰富的酶但催化效率受O₂/CO₂比调控。 知识点2 C₃与C₄植物的结构及代谢差异 1、 C₃植物（水稻、小麦等） (1) 结构：无花环型结构，只有叶肉细胞含叶绿体。 (2) 固定：Rubisco直接在叶肉细胞中固定CO₂。 (3) 缺点：高温干旱下气孔关闭，O₂/CO₂比升高，光呼吸强，光合效率下降。 2、 C₄植物（玉米、甘蔗、高粱等） (1) 结构：花环型结构——外层叶肉细胞 + 内层维管束鞘细胞（含大型叶绿体）。 (2) 途径：叶肉细胞中PEP羧化酶（对CO₂亲和力极高，Km小）固定CO₂ → 生成C₄酸​ → 转运至维管束鞘细胞释放CO₂ → 进入卡尔文循环。 (3) 优势：CO₂浓缩机制，使维管束鞘细胞内CO₂浓度升高，抑制Rubisco的加氧活性，大幅降低光呼吸。 (4) 结果：高温、强光、干旱下光合速率显著高于C₃植物。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为C₄植物的维管束鞘细胞不能进行光合作用——维管束鞘细胞含叶绿体，是卡尔文循环的场所。 (2) 误以为C₄途径替代了卡尔文循环——C₄途径是"前置浓缩"，最终碳仍进入卡尔文循环。 (3) 误以为所有热带植物都是C₄植物——只有部分（如玉米、甘蔗），很多热带植物仍是C₃。 知识点3 景天科（CAM）植物的碳固定特点 1、 核心策略：昼夜分离 (1) 夜间：气孔开放，PEP羧化酶固定CO₂ → 生成苹果酸​ → 储存在液泡中。 (2) 白天：气孔关闭（减少水分散失），苹果酸从液泡运出 → 脱羧释放CO₂ → 进入卡尔文循环。 2、 适应意义 (1) 极大减少蒸腾失水，适应干旱、沙漠环境（如仙人掌、景天、菠萝）。 (2) 白天气孔关闭但仍能进行光合作用（利用夜间储存的CO₂）。 3、 与C₄的区别 (1) C₄：空间分离（叶肉细胞→维管束鞘细胞）；CAM：时间分离（夜间→白天）。 (2) C₄需要特殊的花环型结构；CAM不需要，同一细胞即可完成。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为CAM植物白天不进行光合作用——白天利用储存的CO₂进行暗反应，光反应正常进行。 (2) 误以为CAM植物夜间不消耗有机物——夜间PEP羧化固定CO₂需要ATP（来自细胞呼吸）。 (3) 误以为CAM植物没有光呼吸——仍有，但气孔关闭时内部CO₂浓度高，光呼吸较弱。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光呼吸只在光下发生，需要消耗光反应产生的ATP和NADPH，过程中消耗O₂并释放CO₂，但不产生糖类等有机物。（ ✓ ） 2.在高O₂、低CO₂条件下，Rubisco酶可催化C₅与O₂结合启动光呼吸，该过程需要叶绿体、过氧化物酶体和线粒体三种细胞器共同参与。（ ✓ ） 3.光呼吸完全是一种浪费能量的过程，对植物的生长和生存没有任何积极意义。（ ✗ ） 4.C₃植物（如水稻、小麦）的维管束鞘细胞中含有正常发育的叶绿体，能独立进行卡尔文循环合成有机物。（ ✗ ） 5.C₄植物（如玉米、甘蔗）具有"花环型"结构，其维管束鞘细胞含有大型叶绿体，是卡尔文循环发生的场所。（ ✓ ） 6.C₄植物叶肉细胞中PEP羧化酶对CO₂的亲和力比Rubisco高，能将CO₂浓缩后泵入维管束鞘细胞，从而完全消除光呼吸。（ ✗ ） 7.C₄途径是C₃途径的替代方式，C₄植物最终碳不再进入卡尔文循环，而是直接合成有机物。（ ✗ ） 8.CAM植物（如仙人掌、菠萝）夜间气孔开放，利用PEP羧化酶固定CO₂生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO₂进入卡尔文循环。（ ✓ ） 9.CAM植物白天气孔完全关闭，因此不能进行光合作用，只能依赖夜间储存的苹果酸维持生存。（ ✗ ） 10.C₄植物和CAM植物适应干旱、高温环境的策略本质不同：C₄植物是空间上的分离（叶肉细胞与维管束鞘细胞之间），CAM植物是时间上的分离（夜间与白天之间）。（ ✓ ） 考向01 光呼吸过程、Rubisco双向催化与C₄花环结构 9．C3途径和C4途径是植物利用CO2的两种途径。图1所示为高粱的光合作用途径（含C3、C4途径），而花生的光合作用途径只有C3途径，R酶的作用是催化C5与CO2反应，在O2浓度较高时能催化O2与C5结合引发光呼吸。图2为外界CO2浓度对高粱和花生CO2吸收速率影响的曲线，研究小组将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，实验开始时，容器中CO2浓度为图2中C点，其余条件适宜。回答下列问题： (1)据图1分析，高粱体内PEP的作用是________。 (2)在相同的高温、高光照强度环境下，高粱将光能转化为糖类中化学能的效率比花生几乎高2倍，原因是P酶与CO2的亲和力________（填“大于”“基本等于”或“小于”）R酶，再通过苹果酸定向运输和转化，提高了维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R酶的过程中占优势，能抑制________过程。 (3)图2中CO2浓度为B点时，花生的叶肉细胞光合作用强度________（填“大于”“等于”或“小于”）呼吸作用强度。C点之后，影响花生和高粱CO2吸收速率的内因有________（答出2点）等。 (4)据图2分析，两种植物在培养过程中先停止生长的是________（填“花生”或“高粱”），判断依据是_______。 【答案】(1)固定CO2（或与CO2反应转变成C4） (2) 大于 光呼吸 (3) 大于 光合色素的含量、酶的活性和数量、C5的数量 (4) 花生 开始时，两株植物的光合作用强度大于呼吸强度，容器中CO2浓度下降，随着CO2的浓度下降至B点时，花生净光合作为0，植株停止生长，而高粱能够继续生长 【详解】（1）根据图1分析可知，高粱体内PEP的作用是固定CO2（与CO2反应转变成C4）。 （2）在相同的高温、高光照强度环境下，高粱将光能转化为糖类中化学能的效率比花生几乎高2倍，说明P酶与CO2的亲和力大于R酶，能够将更多的CO2固定下来，再通过苹果酸定向运输和转化，提高维管束鞘细胞中CO2浓度，提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R酶的过程中占优势，抑制了光呼吸过程。 （3）图2中CO2浓度为B点时，花生CO2吸收速率为零，整个植株的光合作用强度等于呼吸作用强度，植株中只有叶肉细胞能够进行光合作用，故叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度；C点之后，两种植物均达到了CO2饱和点，可能是受暗（碳）反应所需ATP、NADPH限制，也可能是暗（碳）反应过程所需酶已饱和，或酶的活性限制了光合作用，此时影响两种植物CO2吸收速率的内因有光合色素的含量、酶的活性和数量、C5的数量等。 （4）将两种植物各一株共同置于同一密闭容器中，开始时，两株植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，随着实验的进行，CO2浓度逐渐降低，当CO2浓度降低至B点时，花生光合作用强度等于呼吸作用强度，植株停止生长，此时高粱CO2吸收速率大于零，植株仍可生长，因此花生先停止生长。 10．RuBP在高CO2含量环境下发生羧化反应，在高O2含量环境下发生加氧反应进行光呼吸。光呼吸是在光照下，Rubisco催化O2与RuBP结合，经过一系列反应释放CO2的过程，光呼吸会消耗能量并降低光合效率，相关过程如图所示。CAM植物可在Rubisco周围富集CO2，从而抑制光呼吸。为探究高温干旱条件下，不同碳代谢途径植物光呼吸的变化及其与光合效率的关系，研究者以水稻（C3植物）和景天（CAM植物，夜间气孔开放，白天气孔关闭）为材料，在适宜条件（28℃，正常供水）和高温干旱条件（38℃，停止供水7天）下，分别测定净光合速率（Pn）、光呼吸速率（Pr）以及光呼吸速率/净光合速率（Pr/Pn），结果如表所示。回答下列问题： 植物类型 处理条件 Pn（μmol·m-2·s-1） Pr（μmol·m-2·s-1） Pr/Pn（%） 水稻 适宜 22.5 6.8 30.2 高温干旱 8.2 5.1 62.2 景天 适宜 3.2 0.3 9.4 高温干旱 2.5 0.4 16.0 (1)由图可知，细胞内光呼吸发生的场所有________。在适宜条件下，与CAM植物相比，C3植物光呼吸速率较高的原因可能是________。 (2)水稻绿叶细胞捕获光能的色素中，含量最高的色素主要吸收的光是________。高温干旱条件下与适宜条件下相比，景天Pn下降幅度________（填“大于”或“小于”）水稻Pn下降幅度。结合CAM植物的CO2固定特点，推测在高温干旱条件下，其光呼吸速率反而上升的原因可能是________。 (3)分析表中水稻的数据，与适宜条件相比，高温干旱条件下水稻的Pn显著下降，而光呼吸速率下降幅度较小，这种变化对植物生存具有一定的积极意义，从能量利用的角度分析，其原因可能是________。 【答案】(1) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 C3植物不能在Rubisco周围富集CO2，Rubisco周围CO2浓度较低，容易与O2结合，易发生光呼吸，因此光呼吸速率更高 (2) 红光和蓝紫光 小于 高温干旱下，景天夜间气孔开放吸收的CO2减少，储存的CO2减少，使Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高 (3) 高温干旱时水稻净光合速率显著下降，暗反应对ATP和NADPH的消耗减少，光呼吸可消耗光反应产生的多余ATP和NADPH，避免多余能量积累损伤光合结构，对植物起到保护作用 【详解】（1）从题图过程可看出，光呼吸的起始步骤发生在叶绿体，后续反应依次经过过氧化物酶体、线粒体，因此光呼吸的发生场所是这三种细胞器。题干明确说明CAM植物可在Rubisco周围富集CO2抑制光呼吸，C3植物不具备该特点，Rubisco周围CO2浓度更低，O2更易与RuBP结合发生加氧反应（光呼吸），因此光呼吸速率更高。 （2）水稻绿叶中含量最高的光合色素是叶绿素a，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。计算净光合速率下降幅度：水稻Pn下降幅度约为63.6%，景天Pn下降幅度约为21.9%，因此景天Pn下降幅度小于水稻。CAM植物的特点是夜间气孔开放吸收CO2储存、白天气孔关闭；高温干旱条件下，景天夜间吸收储存的CO2减少，Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高。 （3）高温干旱会导致水稻气孔关闭，CO2供应不足，净光合速率显著下降，暗反应对光反应产生的ATP、NADPH消耗减少，多余能量会损伤光合结构；光呼吸可消耗多余的ATP和NADPH，避免能量过量积累损伤细胞，因此这种变化对植物生存有积极意义。 考向02 CAM昼夜碳固定策略及与C₄适应方式的区别 11．仙人掌是典型的旱生植物，其在长期干旱条件下进化出的光合作用模式，与 C3直接固定CO2成三碳化合物)、C4 (先固定成四碳化合物，再送进维管束鞘细胞进行光合作用)类植物光合作用存在明显区别。如图1为仙人掌光合作用同化途径，图2为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性昼夜转换机制。据图回答相关问题。 (1)仙人掌可将___________过程产生的 CO₂ 运入叶绿体参与卡尔文循环完成光合作用。仙人掌在夜晚吸收的CO₂，能否立即用于C₃ 途径?_____(填“能”或“不能”)，可能的原因是___________。 (2)沙漠中的仙人掌通常在白天关闭气孔，夜间气孔开放，吸收的CO₂与PEP结合被固定，并最终将苹果酸储存在液泡中而不是细胞质基质中，据图分析这种存储的生理学意义：①_____________②_____________。 (3)夜晚仙人掌叶肉细胞呼吸减弱会影响细胞中苹果酸的生成，根据图1和图2分析其原因与呼吸减弱导致________和______含量下降有关。 (4)不同植物碳浓缩机制的差异是长期自然选择形成的对环境_______的结果。 【答案】(1) 细胞呼吸和苹果酸分解（脱羧） 不能 夜晚无光照，光反应无法进行，缺少 ATP 和 NADPH，卡尔文循环不能进行 (2) 液泡酸性环境可避免苹果酸分解 防止细胞质基质 pH 过低，影响细胞质中酶的活性 (3) 丙酮酸 NADH（[H]） (4)适应 【详解】（1）在图1中，夜晚时，仙人掌进行细胞呼吸产生CO2，CO2被PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）固定形成苹果酸，苹果酸储存在液泡中；白天，苹果酸从液泡中释放出来，分解产生CO2，同时还有细胞呼吸产生CO2，CO2进入叶绿体参与卡尔文循环（暗反应），完成光合作用过程。夜晚无光照，光反应无法进行，不能为卡尔文循环（C3途径）提供所需的ATP和NADPH（还原氢）。 （2）苹果酸储存于液泡的意义：一方面保护苹果酸，液泡酸性环境可避免苹果酸分解，如果碱性环境就会被破坏；另一方面将酸性的苹果酸与细胞质基质分隔开，避免细胞质pH下降影响酶活性，保证细胞代谢正常进行。 （3）由图1可知，苹果酸生成需要PEP作为CO2受体，还需要NADH还原草酰乙酸；丙酮酸（PEP）的合成依赖呼吸作用供能，NADH本身就是呼吸作用的产物，因此呼吸减弱会导致丙酮酸和NADH含量下降，进而抑制苹果酸生成。 （4）这种特殊的碳浓缩机制，是长期自然选择下仙人掌对干旱环境适应的结果。 12．在中国，水稻与玉米有着悠久的种植历史，且在农业经济领域里处于重要地位。这两种作物的光合作用机制并不完全相同，水稻属于C3植物，通过卡尔文循环完成碳的固定和还原。玉米是C4植物，碳的固定多了C4途径，其光合作用由叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成（如图1）。 注：PEP酶固定CO2的效率远高于Rubisco酶，Rubisco酶具有双重功能，当CO2浓度较高时，它更倾向于催化C5与CO2发生反应；而当O2浓度较高时，它则更倾向于催化C5与O2反应产生CO2，这一过程为“光呼吸”。 (1)水稻光合作用的过程可以用________反应式表示。光呼吸时能________（提高/降低）NADPH的积累速率。 (2)在水稻田中偶然能见到白化苗，可用________对叶绿体中的光合色素加以分离，从而展开研究。 (3)由图1可知，C4植物中能固定CO2的受体是________，图2为水稻与玉米的光合速率与环境CO2体积分数的关系曲线，其中最可能表示玉米的是曲线________，判断的依据是__________________。 (4)实验中多次打孔玉米叶片获得叶圆片，并对叶圆片干燥后称重，得到如下表所示的结果（假设整个实验过程中叶圆片的细胞呼吸速率不变）。那么，叶圆片经过1h光照制造的有机物量是________g·cm2（用表中相关字母表示）。 实验前 黑暗1h后 再光照1h后 叶圆片干燥称重（g/cm2） x y z 【答案】(1) CO2+H2O(CH2O)+O2 ​ 降低 (2)纸层析法 (3) PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）和C5 ​ A 玉米是C₄植物，PEP酶固定CO₂的效率远高于Rubisco酶，可在低CO₂浓度下维持较高光合速率，符合曲线A的特征 (4) x+z−2y 【详解】（1）光合作用总反应式为CO2+H2O(CH2O)+O2 ​；光呼吸过程会引起光反应产生的NADPH的间接被消耗，因此会降低NADPH的积累速率。 （2）叶绿体光合色素的分离方法为纸层析法，利用不同色素在层析液中溶解度不同、扩散速度不同实现分离。 （3）由图1可知，C₄植物存在两次CO₂固定：叶肉细胞中PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）作为受体固定低浓度CO₂，维管束鞘细胞中C₅再固定C₄释放的CO₂，因此固定CO₂的受体为PEP和C₅。C₄植物的PEP酶固定CO₂效率更高，低CO₂浓度下光合速率远高于C₃植物水稻，对应图2中曲线A。 （4）“制造的有机物量”是总光合产量。由表格可知：黑暗1h呼吸消耗有机物量为x−y，即呼吸速率为x−y；光照1h的净有机物积累量为z−y；总光合产量=净积累量+呼吸消耗量= (z−y)+(x−y)=x+z−2y。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应 知识溯源：光合与呼吸综合曲线分析 1．（2026·甘肃·高考真题）植物光合作用的检测与定量有助于准确评估生态系统的固碳效应。植物叶绿素吸收阳光后可释放出能量较低的光（日光诱导叶绿素荧光，SIF），在一定条件下其强度与净光合作用速率（An）成正比，可用于估算生态系统生产力。研究者分析了两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应，以及气温对An-SIF关系的影响（下图）。回答下列问题。 (1)叶绿体中SIF发生的具体部位是__________，发生在光合作用的__________阶段。 (2)若以气温25℃时植物A的数据建立An-SIF模型，则高温胁迫下植物A的An被__________（填“高”或“低”）估；当时，若将该模型用于植物，则An被__________（填“高”或“低”）估。 (3)据本研究结果，应用SIF估算生态系统生产力需考虑的影响因素有：__________、__________、__________。 (4)叶片胞间浓度是分析光合作用常用的参数。某同学拟以植物B为材料，探究温度（、和）对的影响。 ①除测定外，该同学还应测定和__________（记为）。 ②在PAR为的条件下，温度从提高到和，若无显著变化，则的可能变化趋势是__________，原因是__________。 【答案】(1) 类囊体薄膜（基粒） 光反应 (2) 高 低 (3) 光照强度（PAR） 气温 植物种类 (4) 气孔导度 逐渐升高 X（气孔导度）无显著变化意味着CO₂进入叶肉细胞的量没有明显改变，但温度升高后植物净光合速率An下降，叶肉细胞固定利用的CO₂减少，因此胞间积累的CO₂浓度Ci升高 【详解】（1）根据题意可知植物叶绿素吸收阳光后可释放出能量较低的光（SIF)，叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，因此叶绿体中SIF发生的具体部位是类囊体薄膜。吸收光能后释放荧光的过程属于光合作用的光反应阶段。 （2）从植物A的An-SIF曲线可知：相同SIF下，35℃高温胁迫时的An低于25℃的An，即高温条件下An较低，所以若用25℃的模型通过SIF反推An，得到的数值会比实际高温下的真实An大，因此An被高估；从左侧SIF-PAR图可知PAR>500时，相同光照下植物B的SIF比植物A更高，若用植物A的25℃An-SIF模型，通过偏小的SIF反推得到的An会比植物B的真实An小，因此An被低估。 （3）结合题干中3个坐标图显示的实验变量可知：SIF受光照强度PAR影响、净光合作用速率（An）气温、植物种类（A和B）的影响，因此应用SIF估算生态系统生产力时需考虑的影响这三类因素。 （4）① 胞间CO₂浓度Ci同时受两个因素影响：气孔从外界向胞间输入CO₂的能力、叶肉细胞光合作用消耗CO₂的速率，因此除了测定净光合速率An，还需要测定气孔导度来分析Ci的变化原因。 ② 当气孔导度X无显著变化时，CO₂的输入量没有明显改变，但温度升高到35℃时植物B的An下降，叶肉细胞消耗固定的CO₂减少，多余的CO₂在胞间积累，因此Ci随温度升高逐渐上升。 题组二 情景设定：太阳能光伏发电与农业生产的资源综合利用 知识溯源：净光合速率的影响因素分析 2．（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，植物因蒸腾作用过强导致关闭气孔，二氧化碳吸收量减少，光合速率下降；农光互补系统下光伏板遮光导致光照强度降低，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； 农光互补模式下因光伏板遮挡，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。按此推测，农光互补组，B组要高于A组。示意图如下： 题组三 情景设定：植物光合作用暗反应阶段的关键酶Rubisco 知识溯源：酶对光合作用的影响 3．（2026·广东·高考真题）Rubisco是植物光合作用暗反应阶段的关键酶。水稻中的Rubisco由核基因（S）编码的小亚基和叶绿体基因（L）编码的大亚基组成。通过对野生型水稻S基因进行编辑，获得了单基因突变体植株，以研究Rubisco对光合作用的影响。 回答下列问题： (1)S基因在__________中转录形成的mRNA在细胞质翻译成肽链后进入叶绿体，肽链在叶绿体基质中形成一定空间结构后与____________组装构成完整Rubisco。 (2)研究发现，突变体与野生型叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变，但突变体叶片中Rubisco总活性显著降低，可能的原因是____________________________________________________。 (3)水稻在大气CO2浓度条件下净光合速率与光照强度关系如图所示。已知突变体与野生型的呼吸速率基本一致，推测突变体的净光合速率变化曲线。与野生型相比，突变体的光饱和点___________（填“升高”“不变”或“降低”）；在达到光饱和点之前，突变体净光合速率的限制因素是_____________；在C区提高_____________________________时，野生型净光合速率的变化趋势为先升高后趋于稳定。 注：a点为光饱和点（光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度） (4)野生型与突变体净光合速率的变化曲线会出现部分重合，重合部分一定会在__________区出现，推测曲线重合的原因是______________________________________________________________________。 【答案】(1) 细胞核 L基因编码的大亚基 (2)突变体中Rubisco酶合成量减少，酶总浓度降低，酶总催化活性显著下降 (3) 降低 光照强度 CO2​浓度（二氧化碳浓度） (4) A 低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH不足，是光合速率的主要限制因素，A区光照强度较低，Rubisco活性差异不影响暗反应速率 【详解】（1）S是核基因，真核生物的核基因转录发生在细胞核中；Rubisco由核基因（S）编码的小亚基和叶绿体基因（L）编码的大亚基组成，S编码的小亚基进入叶绿体后，需要和叶绿体基因L编码的大亚基组装才能形成完整的Rubisco。 （2）突变体叶片中Rubisco的蛋白结构无明显差异且功能未发生改变，说明单个Rubisco的催化能力不变；突变是S基因被编辑，S负责编码小亚基，因此S基因突变后，小亚基合成量减少，能组装得到的完整Rubisco总数量减少、总浓度降低，最终导致总催化活性显著下降。 （3）突变体Rubisco总活性更低，暗反应固定CO₂的能力更弱，较低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH就能满足减弱的暗反应需求，光合速率就会达到饱和，因此和野生型相比，突变体的光饱和点降低；达到光饱和点之前，净光合速率随光照强度升高而升高，说明此时光照强度是净光合速率的主要限制因素；C区是光照强度超过野生型光饱和点的区域，此时光照已经不再是限制因素，大气CO₂浓度条件下，暗反应的限制因素主要是CO₂浓度，因此提高CO₂浓度（二氧化碳浓度）后，暗反应速率提升，净光合速率先升高，CO₂饱和后趋于稳定。 （4）结合题意及题图信息可知，A区光照强度极低，此时限制光合作用的关键因素是光照强度：低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH不足，是光合速率的主要限制因素，A区光照强度较低，Rubisco活性差异不影响暗反应速率，因此突变体和野生型净光合速率没有明显差异，曲线重合。 题组四 情景设定：当年生总枝条在一个生长季节内各项指标 知识溯源：总、净光合与呼吸分析 4．（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）研究人员以森林中某落叶阔叶树为对象，测定了树冠顶部和底部当年生总枝条的相关指标，结果如表所示。当年生总枝条是指在一个生长季节内（通常是春季萌芽到秋季落叶前）萌发、生长并木质化的枝条及其上的所有叶片。回答下列问题。 相关指标 总枝条位置 叶片最大光合速率 （CO2μmol·m-2·s-1） 叶片呼吸速率 （CO2μmol·m-2·s-1） 相对碳成本 （%） 比叶面积 （m2·kg-1） 树冠顶部 11.9 1.8 15.6 9.8 树冠底部 9.5 1.1 15.2 13.5 注：相对碳成本=（当年生总枝条的碳总量/叶片脱落前该总枝条从环境中吸收的碳总量）×100%； 比叶面积=叶面积/叶干重。 (1)实验中测定最大光合速率时，除使用饱和光照外，还应保证________和________等环境因子一致且适宜。与测定光合速率不同，测定叶片的呼吸速率必须在________环境条件下。 (2)已知，光合速率=净光合速率＋呼吸速率。以一定强度的光照射该植物顶部叶片，此时顶部叶片的呼吸速率与光合速率相等，若用同强度的光照射底部叶片，此时底部叶片的净光合速率应________（填“>0”、“<0”或“=0”）。 (3)植株生长过程中，总枝条可向根等部位输出有机物，总枝条输出有机物的能力与相对碳成本呈________（填“正”或“负”）相关。底部与顶部总枝条的相对碳成本接近，但底部总枝条所处环境光照较弱，在此条件下，据表中数据分析，底部总枝条通过________和________，使其碳输出量实现最大化。此外，其叶片还可能通过哪些生理或结构变化来提高光能捕获效率？________（答出2点即可），这些变化的作用是________（从光反应的物质和能量转化角度作答）。 【答案】(1) CO2​浓度 温度 黑暗 (2)>0 (3) 负 降低呼吸速率 增大比叶面积 增加叶绿素含量、增大叶面积（或增加叶绿体类囊体膜面积，合理即可） 吸收更多光能，促进光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，提高光反应效率 【详解】（1）测定最大光合速率时，除光照强度外，需要保证其他影响光合作用的环境因子如CO2​浓度、温度等处于适宜且一致的状态；测定呼吸速率时，为排除光合作用吸收CO2​对结果的干扰，必须在黑暗条件下进行。 （2）根据题干定义，光合速率（总光合）=净光合速率+呼吸速率，题目中该光强下顶部叶片总光合=呼吸速率，说明顶部净光合为0，该光强为顶部（阳生叶）的光补偿点。底部叶片是阴生叶，光补偿点低于阳生叶，即该光强高于底部的光补偿点，因此底部叶片净光合速率大于0。 （3）相对碳成本是当年生枝条自身保留的碳量占总吸收碳量的比例，保留比例越高，可输出的碳越少，因此枝条输出有机物的能力与相对碳成本呈负相关。 底部光照较弱，结合表格数据可知：底部叶片通过降低呼吸速率减少自身有机物消耗、增大比叶面积（相同叶干重获得更大光合面积）捕获更多光能，在相对碳成本接近时实现碳输出量最大化。 弱光环境下，植物还可通过增加叶绿素含量、扩大类囊体膜/叶面积等变化提高光能捕获效率；从光反应的物质能量转化角度看，这些变化能吸收更多光能，促进光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，提高光反应效率。 题组五 情景设定：人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响 知识溯源：光合呼吸物质能量辨析 5．（2026·云南·高考真题）研究人员使用人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响，实验结果如下表。 温度/℃ 28 34 38 光照下CO2吸收速率/（μmol·m-2·s-1） 22.52 23.41 24.15 黑暗下CO2释放速率/（μmol⋅m-2·s-1） 3.26 4.56 5.59 回答下列问题： (1)水稻叶绿体中吸收光能的色素分布在________上。光能被吸收后转化为________储存在NADPH和ATP中参与暗反应。暗反应将CO2转化为储存能量的________，部分CO2来自细胞呼吸。细胞中产生CO2的场所包括________。 (2)在实验设置的三个温度下，水稻固定CO2速率最高的是________℃，理由是________。 (3)某地持续高温（34~38℃）伴随干燥天气，此时，在大田生产中水稻的光合速率会降低，其原因是________。 【答案】(1) 类囊体薄膜 活跃的化学能 有机物（糖类） 细胞质基质和线粒体基质 (2) 38 水稻固定CO2​的速率是总光合速率，总光合速率=净光合速率（光照下CO2​吸收速率）+呼吸速率（黑暗下CO2​释放速率），计算得38℃时总光合速率为29.74，为三组中最大 (3) 高温干燥条件下，水稻为减少水分散失，气孔大量关闭，CO2​吸收量减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降 【详解】（1）叶绿体中吸收光能的光合色素只分布在类囊体薄膜上；光反应将光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中；暗反应最终将CO2转化为储存能量的有机物（糖类）；水稻是真核植物，有氧呼吸第二阶段在线粒体基质产生CO2，无氧呼吸在细胞质基质产生CO2，因此产CO2的场所为细胞质基质和线粒体基质。 （2）固定CO2的速率代表总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率：表格中光照下CO2吸收速率是净光合速率，黑暗下CO2释放速率是呼吸速率，计算得：28℃总光合=22.52+3.26=25.78、34℃总光合=23.41+4.56=27.97、38℃总光合=24.15+5.59=29.74，因此38℃时固定CO2速率最高。 （3）高温干燥环境下，水稻蒸腾作用过强，为减少水分散失，叶片气孔会大量关闭，导致CO2吸收量减少，暗反应原料不足，速率下降，最终整体光合速率降低。 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1．（2026·浙江金华·模拟）图甲表示在相对封闭的大棚内，番茄植株在一天内吸收二氧化碳速率的变化情况。图乙表示在晴朗夏季，将用完全培养液培养的番茄植株放入密闭的玻璃罩内继续培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成如图所示曲线(水平虚线：实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图分析： 图甲 （1）图甲中C点代表上午10：00，E点代表中午12：00。C～E时间段中，该植物吸收的CO2量约为________mg。 （2）图甲中如果在C、F时刻，植株合成葡萄糖的速率相等，则C、F两点的呼吸强度的比较结果是________。 （3）如果土壤中长期缺乏Mg2+，则图甲中J点向_____ （上或下）移动，G点向____（左或右）移动；若B点和G点所对应时刻的温度相同，则B点时的光照强度________（＞、=、＜）G点时的光照强度。 （4）番茄植株在图甲B点的整体生理状态与图乙中__________点的整体生理状态相等。影响BC段变缓的主要外界因素是_____________。 （5）当罩内的CO2浓度位于图乙中B点时，番茄植株的叶肉细胞的生理状态可用下面的图_____表示。 （6）该番茄植株经过一昼夜后，是否积累了有机物？并说明理由。_______，______________。 【答案】 60 C＜F 下 左 ＜ D、H 温度 4 是 密闭装置内二氧化碳K点比A点低，说明番茄植株细胞光合作用合成有机物的总量多余细胞呼吸消耗有机物的总量，因此有积累有机物 【详解】试题分析：据图分析：图甲为光合速率随时间和光照强度的变化，B、G为光补偿点，J点为光饱和点，CE段为由于气孔关闭导致的光合午休现象，图乙表示植物在密闭的玻璃罩内二氧化碳浓度的变化，其中D点、H点为光合速率和呼吸速率相等的点，即光补偿点． 解：（1）图甲中C点代表上午10：00，E点代表中午12：00．C～E时间段中，每小时的净光合速率平均为（36+24）÷2=30，故C～E为2个小时，该植物吸收的CO2量约为60克． （2）由于呼吸速率=真正光合速率﹣净光合速率，图中C、F时刻，植株合成葡萄糖的速率相等，即真正光合速率相等，而净光合速率C＞F，则C、F两点的呼吸强度的是C＜F． （3）如果土壤中长期缺乏Mg2+，叶绿素合成减少，光合作用减弱，则光饱和点降低，故图甲中J点下移，而G点为傍晚时的光补偿点，此时由于光合作用减弱，呼吸作用不变，故G点左移；若B点和G点所对应时刻的温度相同，说明呼吸速率相等，由于光合速率等于呼吸速率，且B点二氧化碳浓度高于G点，故B点时的光照强度＜G点时的光照强度． （4）番茄植株在图甲B点为光合速率和呼吸速率相等的点，图乙中光合速率和呼吸速率相等的点为D点和H点，故图甲B点的整体生理状态与图乙中D、H点的整体生理状态相等．BC段为凌晨呼吸作用有所降低的时刻，影响BC段变缓的主要外界因素是温度有所降低． （5）图乙中B点时为夜间，只有呼吸作用，没有光合作用，故可用图4来表示． （6）据图乙可知，K点的二氧化碳浓度比A点低，说明该番茄植株经过一昼夜后，吸收了二氧化碳，即番茄植株细胞光合作用合成有机物的总量多余细胞呼吸消耗有机物的总量，因此有积累有机物． 故答案为 （1）60 （2）C＜F （3）下  左＜ （4）D、H 温度 （5）4 （6）是 密闭装置内二氧化碳K点比A点低，说明番茄植株细胞光合作用合成有机物的总量多余细胞呼吸消耗有机物的总量，因此有积累有机物 考点：光反应、暗反应过程的能量变化和物质变化；细胞呼吸的过程和意义． 2．（2026·辽宁·模拟）光合作用暗反应又称卡尔文循环。图1是水稻（C3植物）叶肉细胞光合作用暗反应示意图，Rubisco（RuBP羧化酶）催化RuBP（C5）和CO2发生羧化反应；图2是玉米（C4植物）光合作用部分过程示意图，相比Rubisco，PEP羧化酶对CO2的亲和力更高，PEP羧化酶催化CO2固定生成C4，C4转运到维管束鞘细胞后再进行卡尔文循环。请回答下列问题： (1)据图1和图2分析，用14CO2培养水稻和玉米，那么水稻叶肉细胞和玉米叶肉细胞中最先出现的放射性有机物分别是________、________（填具体名称），前者进一步被还原需要________提供能量。 (2)玉米维管束鞘细胞的叶绿体中没有________（填结构），不能进行光反应，玉米叶肉细胞的叶绿体中几乎没有Rubisco，通常不能进行卡尔文循环。图2中固定CO2的受体有________。 (3)据图1和图2分析，与水稻相比，玉米仅在高温干旱条件下才体现生长快的优势，在正常环境条件下优势不明显，其原因是________。 (4)相对于C3植物和C4植物，毛颖草比较特别，为“C3-C4”中间型植物，其细胞可以同时进行如图1所示的C3途径和如图2所示的C4途径。设置常温CK（20℃）和高温胁迫HT（35℃）两种生长条件下，测定了两组毛颖草在不同二氧化碳浓度条件下表现出的光合速率，结果如图3所示： ①据图3分析，毛颖草在________组条件下的光合作用特征表现的与C4途径相似，判断依据为________。 ②试从分子水平推测，毛颖草除了能进行C4途径还能进行C3途径的直接原因可能是________。 【答案】(1) 3-磷酸甘油酸 草酰乙酸 ATP、NADPH (2) 类囊体薄膜（基粒） C3（磷酸烯醇式丙酮酸）、C5 (3)在高温干旱条件下，气孔大量关闭，CO₂吸收少，玉米的PEP羧化酶对CO₂的亲和力比水稻的Rubisco（RuBP羧化酶）更高，有利于固定低浓度的CO₂，对于环境中的CO₂利用更充分；在正常环境条件下，CO₂较充足，玉米利用CO₂的过程中有额外的ATP消耗，与水稻比起来不具优势 (4) 高温胁迫HT（35℃） 在低浓度二氧化碳条件下，HT组光合速率明显高于CK组，高浓度二氧化碳条件下，HT组光合速率与CK组无差异 毛颖草的叶肉细胞中同时具有Rubisco（RuBP羧化酶）和PEP羧化酶 【详解】（1）水稻（C₃植物）：CO₂直接进入叶肉细胞的叶绿体，与RuBP（核酮糖二磷酸，C₅）结合，生成3 - 磷酸甘油酸（C₃），这个过程叫CO₂的固定，之后 3 - 磷酸甘油酸需要光反应产生的 ATP（提供能量）和 NADPH（提供氢和能量）来还原，最终生成葡萄糖。 玉米（C₄植物）：CO₂先在叶肉细胞中与PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）结合，生成草酰乙酸（C₄），然后草酰乙酸会被转运到维管束鞘细胞中释放 CO₂，再进入卡尔文循环（和 C₃植物一样）。 （2）玉米维管束鞘细胞的叶绿体没有类囊体，而类囊体是光反应的场所，所以它不能进行光反应，只能进行暗反应。 图 2 中固定 CO₂的受体有两个：一个是叶肉细胞中的C3（磷酸烯醇式丙酮酸），另一个是维管束鞘细胞中的C5。 （3）正常环境（CO₂充足）：C₃植物（水稻）的 Rubisco 酶可以直接高效固定 CO₂，而 C₄植物（玉米）的 C₄途径需要额外消耗 ATP（把 CO₂“搬运” 到维管束鞘细胞），所以此时玉米的生长优势不明显。 在高温干旱条件下，气孔大量关闭，CO₂吸收少，玉米的PEP羧化酶对CO₂的亲和力比水稻的Rubisco（RuBP羧化酶）更高，有利于固定低浓度的CO₂，对于环境中的CO₂利用更充分。 （4）①高温胁迫（HT，35℃）组：毛颖草在低 CO₂浓度下光合速率就快速上升，这和 C₄植物的特征一致（C₄植物能在低 CO₂下高效固定 CO₂）。 ②分子水平推测：毛颖草同时表达C₃途径的 Rubisco 酶和C₄途径的 PEP 羧化酶，所以既能进行 C₃途径，又能进行 C₄途径。 ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3．（2026·湖北·模拟） 下图甲是水稻生长过程中，在不同光照强度下，测得叶片吸收和释放气体体积变化的曲线 (假定植物叶片的呼吸速率不变) ，图乙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的 CO2浓度与时间关系的曲线。A 装置和 B 装置是某同学为了测定三倍体西瓜苗净光合作用强度而设计的实验装置。请据图回答下列问题： (1)图甲中，A 点光照强度为 0，此时叶肉细胞中产生 ATP 场所是________。B点被称为________点，在B 点突然升高CO2浓度，短时间内 NADPH的量____________ (填“增加”或“减少”)，B 点将____________ (填“左移”或“右移”)。 (2)由图乙可推知，密闭玻璃温室中 O2浓度最大的是________点，j 点与 e 点相比，植物体内有机物含量将________ (填“增加”、“减少”或“不变”)。 (3)A、B 装置烧杯中溶液分为________、______ (填“NaOH”或“NaHCO3”)。实验进行30分钟后，记录到 A 装置中的红色液滴向_____ (填“左”或“右”) 移动 5.5cm，B装置中的红色液滴向右移动0.5cm。 若红色液滴每移动 1cm，西瓜苗内葡萄糖增加或减少2g，那么该西瓜苗的净光合速率是_____g/h。 (4)兴趣小组的同学查阅文献得知淀粉和蔗糖是光合作用的主要末端产物，产物的积累会影响植物光合速率，基因M 能指导细胞膜上蔗糖转运蛋白的合成。请以南瓜为实验材料设计实验，探究光合产物是否能以蔗糖的形式转运出叶片。(简要写出实验思路) _______________ 【答案】(1) 线粒体、细胞质基质 光补偿点 减少 左移 (2) h 减少 (3) NaHCO3 NaHCO3 右 20 (4)设置两组实验，实验组敲除M基因（或抑制M基因表达），对照组不做处理；将两组南瓜植株置于相同且适宜的条件下培养，一段时间后测定并比较植株的光合速率 【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。呼吸作用一般指机体将来自环境的或细胞自己储存的有机营养物的分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过一步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧化碳、乳酸、乙醇等）的过程。光合与呼吸的差值可用净光合速率来表示，具体指标可以是氧气释放量、二氧化碳吸收量、有机物积累量等，图中曲线表示净光合速率。 【详解】（1）图甲中A点只能进行呼吸作用，此时叶肉细胞中产生ATP场所是线粒体、细胞质基质。而B点光合作用等于呼吸作用，称为光补偿点，在B点突然升高CO2 浓度，生成的C3增多，C3还原需要消耗NADPH，而NADPH的生成几乎不受影响，因此短时间内NADPH的量会下降。若提高CO2 浓度，光合作用速率上升，在较低的光照强度下就可使光合作用强度等于呼吸作用强度，故B点应左移。 （2）图乙f和h点光合作用强度等于呼吸作用强度，fh之间光合作用强度大于呼吸作用强度， O2浓度在降低， O2浓度在增大，O2 浓度最大的是h点。j点在e点上面，中间的差值是此段时间内该作物呼吸作用的 净产生量，说明植物体内有机物减少， （3）测净光合速率时，A、B装置烧杯中溶液为NaHCO3，用来给光合作用提供CO2，A装置为实验组，B装置为对照组，为死亡的三倍体幼苗，排除环境的影响。实验进行30分钟后，A装置进行光合作用强于呼吸作用，植物释放 ，所以红色液滴向右移动。B装置中红色液滴右移是环境因素（如气压等）对实验产生影响的结果，主要起对照作用，A装置同样受环境因素的影响，因此三倍体西瓜苗的净光合速率的测定值是（5.5-0.5）*2g/30分钟=10g/30分钟，所以净光合速率每小时为20g/h。 （4）本实验的课题是探究光合产物是否能以蔗糖的形式转运出叶片，自变量是细胞膜上是否有蔗糖转运蛋白，因变量是植株的光合速率，无关变量是培养条件。所以实验思路是：设置两组实验，实验组敲除M基因（或抑制M基因表达），对照组不做处理；将两组南瓜植株置于相同且适宜的条件下培养，一段时间后测定并比较植株的光合速率。 4．（2026·上海奉贤·模拟）回答关于光合作用的问题： 下图甲曲线表示某植物在恒温30℃时光合速率与光照强度的关系，图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。试回答： （1）图甲曲线中，当光照强度为X点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有___________________。 （2）已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25℃，甲曲线中a点将向______移动，b点将向_____移动。 （3）图乙装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱可以吸收灯光的热量，避免________________。 （4）若实验中每隔5min改变一次试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是： ①________________________________________________________； ②________________________________________________________。 （5）为了探究光照强度对光合速率的影响，利用乙图装置进行实验的设计思路是：_____________________________________________________________________。 （6）某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解氧的含量为12 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下（由a→e逐渐加强），24小时后，实测获得六对黑白瓶中溶解氧的含量，记录数据如下： 光照强度（klx） 0（黑暗） a b c d e 白瓶溶氧量mg/L 4 12 18 26 32 32 黑瓶溶氧量mg/L 4 4 4 4 4 4 该瓶中所有生物细胞在24 h内呼吸消耗的O2量为_____mg/L。当水层光照强度为c 时，在24h内白瓶中植物产生的氧气量为______mg/L。光照强度至少为______（填字母）时，该水层产氧量才能维持生物正常生活耗氧量所需。当光照强度为_______（填字母）时，再增加光照强度，瓶中溶解氧的含量也不会增加。 【答案】 细胞质基质、线粒体和叶绿体 上 左 避免光照对试管内水温的影响 光照强度减弱，光合作用产生的O2减少 水中CO2含量逐渐下降，光合作用产生的O2减少 用多组相同装置，只更换灯泡大小（或只改变试管与光源之间的距离），进行对照实验 8 22 a d 【分析】在解答产生ATP的场所时要分情况答题：只进行呼吸作用（细胞质基质、线粒体）和同时进行光合作用和呼吸作用（叶绿体、细胞质基质、线粒体）．温度会影响酶的活性，要根据题中所给条件，确定将温度调节到25℃后光合作用和呼吸作用的酶活性分别如何改变．在解答第（4）小题时，关键要从影响光合作用的环境因素的角度分析。 表格中数据分析，黑瓶中氧气的减少量是呼吸作用，白瓶中氧气增加量是净光合作用。 【详解】（1）当光照强度为X点时光合作用强度达到最大值，光反应和呼吸作用都能产生ATP，呼吸作用是在细胞质基质、线粒体中进行的，所以产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。 （2）将温度调节到25 ℃时，光合作用加强，吸收的CO2量增多，而呼吸作用减弱，释放CO2的量减少，因此曲线中a点将向上移动，b点将向左移动。 （3）实验中探究光照强度对光合速率的影响，温度是无关变量，必须是相等的，为了避免光照时产生的热量对试管内水温的影响，在灯与试管之间增加一个盛水玻璃柱。 （4）①改变试管与玻璃柱之间的距离，随着距离的增加，光照强度减弱，造成光合作用速率降低，所以气泡产生速率下降。 ②水中CO2含量逐渐下降，光合作用原料不足，造成光合作用产生的O2减少。 （5）图乙装置可通过更换灯泡功率或改变试管与光源之间的距离改变光照强度，其他条件不变，以探究光照强度对光合作用的影响。 （6）由于在黑暗条件下，水中植物不能进行光合作用产生氧气，而黑瓶中的生物不断消耗氧气导致溶解氧含量下降，瓶中所有生物呼吸消耗的氧气量为瓶内溶解氧的减少量：12-4=8（mg/L）； 光照强度为c时，白瓶中植物产生的氧气量应为：氧气增加量+呼吸作用消耗氧气量等于（26-12）+（12-4）=22（mg/L·24h）； 由于呼吸作用为12-4=8，所以至少需要光照强度为a时，水层中植物产生的氧气量=所有生物呼吸作用消耗氧气量； 从表格中看出d光照下，随着光照强度的增强，瓶中溶解氧的含量也不会增加。 【点睛】本题中的前三小题难度适中，（4）考生的得分率往往较低，并且主观性较强，对考生的分析能力和实验设计能力有较高的要求，考生在平时学习过程中要注意知识的积累和实验设计能力的培养。解答（6）需要考生分析表格中的数据，理解总光合作用、净光合作用和呼吸作用之间的关系。 ——科技前沿改编，开放选拔特训 5．（2026·辽宁本溪·模拟）（一）、绿色植物中RuBP羧化酶（Rubisco）具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应（如图1所示）。过氧物酶体为细胞质中单层膜结构，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2（乙醇酸）氧化为乙醛酸和过氧化氢。 (1)据图1中的信息，绿色植物在Rubisco催化下___________与C5反应，形成的___________中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。图中光合作用的产物主要以___________形式运到储存部位。 (2)科学家利用水稻自身基因构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而___________（“促进”或“抑制”）光呼吸。研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是___________。 （二）研究人员以某绿色植物为材料，利用多套图甲装置，对影响光合作用的环境因素进行研究。 为了探究温度对光合作用的影响，首先应在图甲装置的烧杯内加入二氧化碳缓冲液，然后再打开该装置的活塞开关，使U型管两侧的液面如图甲所示，关闭活塞。实验的观察指标是U型管A侧液面的变化值。在每一给定温度，其他条件均相同且适宜的情况下光照1h，实验数据如下表所示。 温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35 水柱高度（mm·h-1） 1.0 1.7 2.5 3.2 3.7 3.5 3.0 (3)请分析水柱的高度变化是由___________之间的关系引起的。（填生理过程） (4)夏季去除图甲的水浴装置和小烧杯后，置于自然环境条件下，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同，且空气湿度对植物蒸腾作用的影响、微生物对CO2浓度的影响均忽略不计，利用CO2浓度测定仪测定了该玻璃罩内一昼夜CO2浓度的变化情况，绘制成如图乙所示曲线。一昼夜中植物体内的有机物总量___________（填“增多”或“减少”）。 (5)若用甲装置来探究温度对绿色植物的呼吸速率的影响，首先烧杯中应该加入试剂___________，其次还要将甲装置进行___________处理。 (6)图乙D到G段玻璃罩内二氧化碳浓度下降的原因是___________，光合速率等于呼吸速率的点是___________。 【答案】(1) O2 C2（乙醇酸） 蔗糖 (2) 抑制 高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸 (3)光合作用与呼吸作用 (4)减少 (5) 氢氧化钠溶液　 遮光/黑暗 (6) 光合速率大于呼吸速率 D、G 【分析】1、光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。 2、图甲实验装置中，如果烧杯中放置二氧化碳缓冲液，并且提供光照，该缓冲液可以为光合作用提供稳定的二氧化碳来源，此时装置测定的是净光合速率强度；如果烧杯中放置NaOH溶液，并且提供黑暗条件，此时该值可以表示呼吸速率。 3、图乙中，AC段植物只进行呼吸作用；CD段，光合作用速率小于呼吸作用速率；D点时，光合作用速率等于呼吸作用速率；DG段，光合作用速率大于呼吸作用速率；G点时，光合作用速率等于呼吸作用速率；GH段，光合作用速率小于呼吸作用速率。 【详解】（1）据图1可知，在Rubisco催化下氧气与C5反应形成C2，C2中的C原子最终进入线粒体放出二氧化碳，称之为光呼吸。光合作用的原料（根吸收）溶解在水中沿导管自下而上运输到叶绿体，光合作用的产物（有机物）沿筛管运输到植物体其它部位，植物叶片光合作用的产物，通常以蔗糖的形式运输到叶片以外的其他部位。 （2）GOC支路使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被完全分解为CO2，从而抑制光呼吸。细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸。 （3）图甲实验装置中，如果烧杯中放置二氧化碳缓冲液，并且提供光照，该缓冲液可以为光合作用提供稳定的二氧化碳来源，此时装置中变化的气体是氧气，因此左侧的水柱高度能够表示净光合速率强度，净光合作用强度=光合作用强度=呼吸作用强度，即水柱的高度变化是由光合作用与呼吸作用之间的关系引起的。 （4）由图乙可知，H点高于A点，罩内CO2浓度升高，可知呼吸作用量大于光合作用量，因此没有有机物积累，即一昼夜中植物体内的有机物总量减少，植物不能生长。 （5）测定呼吸作用要排除光照的影响，故需要遮光处理，同时还需要加入氢氧化钠溶液吸收呼吸作用产生的CO2。 （6）中午光照过强，温度过高导致气孔关闭，吸收CO2少，使光合速率降低，图中DG段二氧化碳量处于下降趋势，表明光合作用速率大于呼吸作用速率，CO2含量减少；据图可知，AD段只进行呼吸作用或者呼吸作用大于光合作用，DG段光合作用大于呼吸作用，GH段呼吸作用大于光合作用，因此D、G表示光合速率等于呼吸速率。 6．（2026·辽宁丹东·模拟）水稻等C3植物是直接把CO2固定成C3，而玉米等C4植物有一种CO2浓缩机制，即在卡尔文循环之前CO2先在叶肉细胞中被固定成四碳化合物（C4），然后运输到相邻的维管束鞘细胞中再分解，释放出CO2用于卡尔文循环，部分过程如下图1所示。图1中的RuBP羧化酶是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，其本身的催化效率低。而C4植物拥有的这种CO2浓缩机制，可提高RuBP羧化酶附近的CO2浓度，大大增强了光合作用效率。请分析回答： (1)图1中光合作用光反应阶段可以为苹果酸的合成提供的物质是_____（写出中文名称），由丙酮酸转变为PEP的过程属于_____反应（填“吸能”或“放能”）。 (2)为提高水稻的产量，科学家将玉米的PEP羧化酶基因与PPDK酶（催化CO2初级受体PEP的生成）基因导入水稻后，在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻的光合速率影响，结果如下图2。图3是在光照为1000Lux下测得温度影响光合速率的变化曲线（注：图2和图3除自变量外其余条件相同）。回答下列问题： ①培育转双基因水稻的核心工作是基因表达载体的构建，基因表达载体常有特殊的标记基因，标记基因的作用是_____。 ②结合图3判断，图1曲线所对应的温度应为_____℃，若将温度调至25℃，A点将向_____移动。 ③图2中，在光照强度为1000Lux时，转双基因水稻和原种水稻固定CO2速率比值为_____，而在光照强度为400Lux时，二者的比值为1：1，由此说明转双基因水稻更适合栽种在强光环境中。 ④有研究人员进一步提出疑问：在高光照强度下，转双基因水稻净光合速率的增大是两个基因的叠加效果，还是单一基因的作用效果？请利用转双基因水稻、PEP酶抑制剂、PPDK酶抑制剂、蒸馏水等材料设计探究实验，请写出简要的实验思路：_____。（不要求写出预期结果和结论） 【答案】(1) 还原型辅酶Ⅱ 吸能 (2) 便于重组DNA分子的筛选 30 左下 27：22 在高光照强度下，分别对转双基因水稻用等量蒸馏水、PEP酶抑制剂、PPDK酶抑制剂、PEP酶抑制剂和PPDK酶抑制剂处理，其他条件相同且适宜，一段时间后，测定四组转双基因水稻的净光合速率 【分析】1、光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在类囊体的薄膜上进行的。 2、叶绿体中的光合色素吸收的光能，有两方面用途①是将水分解成氧和[H]，氧直接以分子的形成释放出去，[H]则被传递到叶绿体内的基质中，作为活跃的还原剂，参与到暗反应阶段的化学反应中去，②是在有关酶的催化作用下促成ADP与Pi发生化学反应，形成ATP。这样光能就转变为储存在ATP中的化学能，这些ATP将参与光合作用第二个阶段的化学反应。 【详解】（1）由图1可知，草酰乙酸转换为苹果酸的过程中需要消耗光反应提供的NADPH，即还原型辅酶Ⅱ。由丙酮酸转变为PEP的过程需消耗ATP，故属于吸能反应。 （2）①基因表达载体常有特殊的标记基因，通常是抗生素抗性基因，作用是便于重组DNA分子的筛选。 ②图2中光照强度为1000Lux下，原种水稻的净光合速率为20μmol·m-2·s-1，结合图3判断，图2曲线对应的温度应为30℃，A点是原种水稻的光饱和点，温度降低，净光合速率降低，A点将向左下移动。 ③光照强度为1000Lux时，转双基因水稻和原种水稻的净光合速率分别为25μmol·m-2·s-1、20μmol·m-2·s-1，呼吸速率为2μmol·m-2·s-1，固定CO2速率比值为（25+2）：（20+2）=27：22。 ④探究在高光照强度下，转双基因水稻净光合速率的增大是两个基因的叠加效果，还是单一基因的作用效果，实验的自变量是转基因产物的数量，因变量是双转基因的净光合速率，实验思路是：在高光照强度下，分别对转双基因水稻用等量蒸馏水、PEP酶抑制剂、PPDK酶抑制剂、PEP酶抑制剂和PPDK酶抑制剂处理，其中蒸馏水作为对照组，其他三组是实验组，其他条件相同且适宜，一段时间后，测定四组转双基因水稻的净光合速率。 【点睛】本题以转基因水稻为情境，综合考查光合作用和呼吸作用，需要考生具备一定的图文转换能力和综合分析能力。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 细胞代谢综合分析 答案版 考点精讲·靶向突破 考点一 光合与呼吸的综合关系及曲线分析 即●时●演●练 考向01 一昼夜CO₂曲线各点含义与全天有机物积累计算 1．ABD 2．【答案】(1) NADP+ 氧气 (2) 叶绿体基质 线粒体内膜 (3)Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ (4) 光照过强导致气孔关闭二氧化碳供应不足 光照强度减弱使光合作用减弱 (5)169.1 考向02 密闭容器24h气体变化与骤变时C₃/C₅含量动态分析 3． 【答案】(1) 叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，线粒体通过内膜向内形成嵴 d (2)从叶绿体的类囊体薄膜流向叶绿体基质（或基粒向叶绿体基质） (3) h f、h (4)否 4． BD 考点二 光合与呼吸速率的测定方法 考●向●破●译 考向01 液滴移动法装置原理与净光合、呼吸速率计算 5．C 6．D 考向02 黑白瓶与半叶法的实验设计逻辑及干重差分析 7．ABD 8．ABD 考点三 特殊代谢途径与适应机制 考●向●破●译 考向01 光呼吸过程、Rubisco双向催化与C₄花环结构 9．【答案】(1)固定CO2（或与CO2反应转变成C4） (2) 大于 光呼吸 (3) 大于 光合色素的含量、酶的活性和数量、C5的数量 (4) 花生 开始时，两株植物的光合作用强度大于呼吸强度，容器中CO2浓度下降，随着CO2的浓度下降至B点时，花生净光合作为0，植株停止生长，而高粱能够继续生长 10．【答案】(1) 叶绿体、过氧化物酶体、线粒体 C3植物不能在Rubisco周围富集CO2，Rubisco周围CO2浓度较低，容易与O2结合，易发生光呼吸，因此光呼吸速率更高 (2) 红光和蓝紫光 小于 高温干旱下，景天夜间气孔开放吸收的CO2减少，储存的CO2减少，使Rubisco周围CO2浓度降低，对光呼吸的抑制作用减弱，因此光呼吸速率升高 (3) 高温干旱时水稻净光合速率显著下降，暗反应对ATP和NADPH的消耗减少，光呼吸可消耗光反应产生的多余ATP和NADPH，避免多余能量积累损伤光合结构，对植物起到保护作用 考向02 CAM昼夜碳固定策略及与C₄适应方式的区别 11．【答案】(1) 细胞呼吸和苹果酸分解（脱羧） 不能 夜晚无光照，光反应无法进行，缺少 ATP 和 NADPH，卡尔文循环不能进行 (2) 液泡酸性环境可避免苹果酸分解 防止细胞质基质 pH 过低，影响细胞质中酶的活性 (3) 丙酮酸 NADH（[H]） (4)适应 12．【答案】(1) CO2+H2O(CH2O)+O2 ​ 降低 (2)纸层析法 (3) PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）和C5 ​ A 玉米是C₄植物，PEP酶固定CO₂的效率远高于Rubisco酶，可在低CO₂浓度下维持较高光合速率，符合曲线A的特征 (4) x+z−2y 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：两种植物SIF对光照强度（PAR）的响应 知识溯源：光合与呼吸综合曲线分析 1．【答案】(1) 类囊体薄膜（基粒） 光反应 (2) 高 低 (3) 光照强度（PAR） 气温 植物种类 (4) 气孔导度 逐渐升高 X（气孔导度）无显著变化意味着CO₂进入叶肉细胞的量没有明显改变，但温度升高后植物净光合速率An下降，叶肉细胞固定利用的CO₂减少，因此胞间积累的CO₂浓度Ci升高 题组二 情景设定：太阳能光伏发电与农业生产的资源综合利用 知识溯源：净光合速率的影响因素分析 2．【答案】(1)CO2和H2O (2)该时间段内温度较高，植物因蒸腾作用过强导致关闭气孔，二氧化碳吸收量减少，光合速率下降；农光互补系统下光伏板遮光导致光照强度降低，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 题组三 情景设定：植物光合作用暗反应阶段的关键酶Rubisco 知识溯源：酶对光合作用的影响 3．【答案】(1) 细胞核 L基因编码的大亚基 (2)突变体中Rubisco酶合成量减少，酶总浓度降低，酶总催化活性显著下降 (3) 降低 光照强度 CO2​浓度（二氧化碳浓度） (4) A 低光照强度下，光反应产生的ATP和NADPH不足，是光合速率的主要限制因素，A区光照强度较低，Rubisco活性差异不影响暗反应速率 题组四 情景设定：当年生总枝条在一个生长季节内各项指标 知识溯源：总、净光合与呼吸分析 4．【答案】(1) CO2​浓度 温度 黑暗 (2)>0 (3) 负 降低呼吸速率 增大比叶面积 增加叶绿素含量、增大叶面积（或增加叶绿体类囊体膜面积，合理即可） 吸收更多光能，促进光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，提高光反应效率 题组五 情景设定：人工气候室探究温度对某品种水稻产量的影响 知识溯源：光合呼吸物质能量辨析 5．【答案】(1) 类囊体薄膜 活跃的化学能 有机物（糖类） 细胞质基质和线粒体基质 (2) 38 水稻固定CO2​的速率是总光合速率，总光合速率=净光合速率（光照下CO2​吸收速率）+呼吸速率（黑暗下CO2​释放速率），计算得38℃时总光合速率为29.74，为三组中最大 (3) 高温干燥条件下，水稻为减少水分散失，气孔大量关闭，CO2​吸收量减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1.【答案】 60 C＜F 下 左 ＜ D、H 温度 4 是 密闭装置内二氧化碳K点比A点低，说明番茄植株细胞光合作用合成有机物的总量多余细胞呼吸消耗有机物的总量，因此有积累有机物 2.【答案】(1) 3-磷酸甘油酸 草酰乙酸 ATP、NADPH (2) 类囊体薄膜（基粒） C3（磷酸烯醇式丙酮酸）、C5 (3)在高温干旱条件下，气孔大量关闭，CO₂吸收少，玉米的PEP羧化酶对CO₂的亲和力比水稻的Rubisco（RuBP羧化酶）更高，有利于固定低浓度的CO₂，对于环境中的CO₂利用更充分；在正常环境条件下，CO₂较充足，玉米利用CO₂的过程中有额外的ATP消耗，与水稻比起来不具优势 (4) 高温胁迫HT（35℃） 在低浓度二氧化碳条件下，HT组光合速率明显高于CK组，高浓度二氧化碳条件下，HT组光合速率与CK组无差异 毛颖草的叶肉细胞中同时具有Rubisco（RuBP羧化酶）和PEP羧化酶 ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3.【答案】(1) 线粒体、细胞质基质 光补偿点 减少 左移 (2) h 减少 (3) NaHCO3 NaHCO3 右 20 (4)设置两组实验，实验组敲除M基因（或抑制M基因表达），对照组不做处理；将两组南瓜植株置于相同且适宜的条件下培养，一段时间后测定并比较植株的光合速率 4.【答案】 细胞质基质、线粒体和叶绿体 上 左 避免光照对试管内水温的影响 光照强度减弱，光合作用产生的O2减少 水中CO2含量逐渐下降，光合作用产生的O2减少 用多组相同装置，只更换灯泡大小（或只改变试管与光源之间的距离），进行对照实验 8 22 a d ——科技前沿改编，开放选拔特训 5.【答案】(1) O2 C2（乙醇酸） 蔗糖 (2) 抑制 高浓度CO2可减少Rubisco与O2结合，减少光呼吸 (3)光合作用与呼吸作用 (4)减少 (5) 氢氧化钠溶液　 遮光/黑暗 (6) 光合速率大于呼吸速率 D、G 6.【答案】(1) 还原型辅酶Ⅱ 吸能 (2) 便于重组DNA分子的筛选 30 左下 27：22 在高光照强度下，分别对转双基因水稻用等量蒸馏水、PEP酶抑制剂、PPDK酶抑制剂、PEP酶抑制剂和PPDK酶抑制剂处理，其他条件相同且适宜，一段时间后，测定四组转双基因水稻的净光合速率 1 / 19 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 学科网（北京）股份有限公司 $