2027届高三生物人教版一轮复习光合作用原理拓展练习

光合作用原理拓展练习 目录：考向01 电子传递链 考向02 环式电子传递 考向03 光抑制 考向04 光呼吸 考向05 C4途径 考向06 CAM途径 考向07 光合细菌 考向08 蓝细菌光合 考向09 光合作用经典实验 考向01 电子传递链 1．（25-26高三上·重庆·期中）绿色植物叶肉细胞中存在如图所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ两个光化学复合物。光系统Ⅰ和光系统Ⅱ是以串联的方式通过协同作用完成电子从H2O到NADP+的传递，该电子传递链最终驱动ATP的生成。下列叙述错误的是（    ） A．CF1和CF0所组成蛋白质复合体的功能是催化ATP的合成、转运H+ B．该过程中电子传递发生在叶绿体的类囊体膜上，NADP+是最终电子受体 C．M膜上无胆固醇，甲侧为叶绿体基质，乙侧是类囊体腔 D．若某因素导致光合电子传递链受阻，短期内叶绿体基质中C5的含量会增加 2．（25-26高三下·吉林长春·期末）根据材料回答问题： 材料1：光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）。 材料2：电子传递过程是高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌（PQ）利用这部分能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体基质侧泵入囊腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。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。 材料3：研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。 (1)图1中O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_____（填“PSⅠ”或“PSⅡ”）吸收利用的。电子传递链中电子供体是_____；最终电子受体是_____。同一个细胞，水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过_____层膜。 (2)质体醌（PQ）传递质子的运输方式为_____，H+通过ATP合酶的运输方式为_____。ATP合酶的功能_____。 (3)叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获_____（“增强”“减弱”），根据材料信息并结合图2说明，弱光下植物调节捕获光能的机制_____。 考向02 环式电子传递 3．（26-27高三上·重庆·开学考试）植物的光反应具体过程如下图所示。图中PSⅠ和PSⅡ是叶绿素和蛋白质复合体，PQ、细胞色素、PC等是传递电子的蛋白质，适宜光照条件时进行线性电子传递，强光条件下还会进行环式电子传递，可减弱过强光照时产生的光抑制现象。下列说法正确的是（     ） A．位于叶绿体内膜上的PSⅡ吸收利用光能进行电子传递，是最初的电子供体 B．氧化型辅酶Ⅰ最终接受电子产生还原剂可还原3-磷酸甘油酸并为此过程提供能量 C．强光激活PSⅡ推动的环式电子传递，此时NADPH产生速率下降，ATP产生速率增加 D．NADPH、ATP在图中膜的A侧产生，利于（）的快速合成 4．（2026·湖南长沙·模拟预测）植物叶绿体中存在两条交替电子传递途径，分别为线性电子传递（LET）和环式电子传递（CET）。LET可同时产生ATP和NADPH，伴随O2释放；CET仅驱动ATP合成，不产生NADPH、不释放O2，主要用于补充暗反应所需ATP。高温强光下，植物会主动上调CET比例，降低LET比例。下列分析错误的是（     ） A．高温强光下CET增强，可缓解NADPH过量积累导致的光抑制损伤 B．CET与LET的协同调控，可适配暗反应对ATP、NADPH的比例需求 C．暗反应速率下降时，CET比例降低，LET比例升高以减少光能吸收 D．两种电子传递途径均依赖类囊体薄膜上的光合色素与电子传递蛋白 5．（2026·四川成都·模拟预测）研究发现某种耐阴植物能在富含远红光（700~750nm）的弱光环境下高效进行光合作用，并且其光补偿点与光饱和点都低于阳生植物。光系统主要包括光系统Ⅱ（PSⅡ）、质体醌PQ、细胞色素b6f和光系统I（PSⅠ），如图所示，光系统具有吸收、传递和转化光能的作用，产生的高能电子会沿光合电子传递链依次传递。回答下列问题： (1)耐阴植物的光补偿点很低，说明其__________强度低，在低光照条件下即可积累有机物；达到光饱和点后，限制耐阴植物光合速率的外界因素有__________（答出2点）等。 (2)光系统理论上提供的ATP：NADPH≈1.33：1，卡尔文循环消耗ATP与NADPH的比例为3∶2，ATP与NADPH用于卡尔文循环中的__________（填具体过程）；远红光下耐阴植物还能启动环式电子传递（CEF）方式，据图分析，CEF可__________（填“提高”或“降低”）ATP/NADPH的比例。结合题图推测CEF对耐阴植物适应弱光环境的意义是________________________________________。 (3)百草枯是PQ的类似物，可接受来自PSⅡ反应中心的电子，且能够与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f，抑制H+的运输。从电子传递角度分析，使用百草枯后叶绿体中ATP的合成量可能减少的原因是________________________________________。 (4)生产中人们常常将阳生植物高粱和阴生植物绿豆共同种植或桃树下面种植薄荷、韭菜等，这样做的好处是________________________________________。 6．（2026·湖南郴州·三模）叶绿体依靠光系统进行吸收、传递和转化光能。过多的光能会损害光合结构并降低光合作用效率，这种现象称为光抑制。光系统主要包括光系统Ⅱ（PSⅡ）、质体醌（PQ）、细胞色素b₆f（Cytb₆f）和光系统Ⅰ（PSⅠ），光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递，在光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。研究发现，在强光条件下，NADP⁺不足、NADPH积累时，PSⅠ会将电子传递给Cytb₆f形成环式电子传递，不再接受PSⅡ提供的电子，PSⅡ工作暂时停止，如图甲。色素在层析液中的分离结果如图乙。 请回答下列问题： (1)PSⅠ、PSⅡ位于叶绿体的____。分离绿叶中的色素常用的方法是____，图乙中Ⅳ代表的色素为____。 (2)据图分析，在PSⅡ处水分解为氧气和H+，在膜两侧建立H+梯度，并且释放出电子，电子经过传递最终可用于合成____，该过程中还会通过____进一步提高膜两侧的H+浓度差，用于推动ATP的合成。 (3)不同强度光照下，叶绿体在植物细胞中分布的位置会改变，与叶绿体移动直接相关的细胞结构是________。据图分析，强光条件下环式电子传递的增强可________（填“提高”或“降低”）NADPH/ATP的比例。 (4)从进化和适应的角度分析，环式电子传递对植物生长的意义是____________（答出1点即可）。 考向03 光抑制 7．（2026·陕西·模拟预测）叶绿体在细胞膜内侧的分布依光照情况而变化。光照较弱时，叶绿体会汇集到细胞顶面，称作积聚响应（图1）。当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。光能过剩时，叶肉细胞内因NADP+不足，使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基（O2-）等一系列光有毒产物，破坏叶绿素和PSⅡ反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，使光合速率下降。回答下列问题： (1)叶绿体出现积聚响应对于植物生长的意义是_________。图1中属于强光照射的是___________（填“A”或“B”）。叶肉细胞内与叶绿体的移动有关的细胞结构是__________。 (2)为研究Ca2+对花生幼苗光抑制的影响，将长势相同的花生幼苗进行分组处理（分成CK组、C6组和C12组），将各组置于相同的高温强光环境中培养，其他条件相同且适宜，培养至20天，测量植株干重和超氧阴离子的含量，结果如表所示。 分组 Ca2+浓度（mmol/L） 植株干重（g） CK组 0 1.06 C6组 6 1.40 C12组 12 1.56 ①PSⅡ参与的生理过程的能量转化是__________。若提取PSⅡ中的光合色素，需要使用的试剂是_________。根据表中结果可以得出的结论是__________。有人提出若继续增大Ca2+浓度，植株干重会继续增加，你___________（填“支持”或“不支持”）这个观点，原因是________。 ②PSⅡ反应中心的开放程度直接影响水的光解的进行，结合图2分析，Ca2+对花生光抑制产生影响的机制可能是__________。一般来说植物在夏季中午的高温强光条件下发生光抑制，然后在光照减弱后，光合速率会出现恢复情况，但是在实验条件下，若高温强光胁迫时间过长，植物的光合速率下降后难以恢复，请结合本实验分析原因可能是___________。 8．（2026·湖南·二模）植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，会引起光能转化效率下降，该现象称为光抑制。某研究团队以水稻为模型，在低氧环境中探究光抑制的缓解机制。研究发现：当光能过量时，PS Ⅱ中电子（e−）积累会产生活性氧破坏PS Ⅱ；而低氧条件下，叶绿体内氢化酶活性提高，部分电子流向生成H2的代谢过程（图1）。该团队利用人工电子梭——铁氰化钾接收多余电子，有效解除光抑制（图2）。回答下列问题： (1)晴朗的白天，水稻根尖细胞产生ATP的具体场所有_______。在水稻叶肉细胞的类囊体膜上，_______与相关蛋白质组成的复合体PS Ⅰ和PS Ⅱ捕获光能后，将能量转移至PS Ⅱ，使H2O分解，产生的_______释放到类囊体腔内，维持腔内pH，进而将光能转化为化学能。 (2)低氧环境中，氢化酶活性提高使部分电子用于H2生成，减少了用于NADPH合成的电子，导致碳固定效率降低，NADPH的作用是_______。从图2可知，当光照强度由Ⅰ1增加到Ⅰ2时，对照组的光能转化效率_______（填“下降”“上升”或“基本不变”）。 (3)结合题目信息，根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是_______。 (4)水稻的类囊体膜上存在M蛋白（一种磷脂合成酶），检测其在不同光照条件下的表达情况，结果如图3，请推测低光和强光下，M蛋白提高光合速率的途径可能是_______。 9．（2026·天津·一模）当光照过强时，会引起植物光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。铁氰化钾可有效解除植物的光抑制现象。菠菜植株光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成，如图1所示。ROS积累破坏PSⅡ引起光抑制的机理，如图2所示。根据所学知识回答下列问题： (1)光系统PSⅡ分布在叶绿体的________上。适宜环境下，光反应H2O裂解释放的电子（e-）经过一系列传递，最终被NADP+接受形成NADPH，该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的________过程。 (2)强光时，若NADP+不足，则________结合使ROS大量增加，可通过________和________两条途径使PSⅡ失活抑制光反应，导致光抑制现象。 (3)NADP+生成的具体场所有________，加入铁氰化钾后，NADP+和NADPH之间的转化速度会________，并最终通过e-→NADP+→NADPH→铁氰化钾的途径将过多的e-转移到细胞外形成亚铁氰化钾，有效解除光抑制现象。 考向04 光呼吸 10．（25-26高二下·山东烟台·期末）光照下，O2与CO2竞争性结合C5，经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。某种衣藻光呼吸会产生并分泌甘醇酸，某种大肠杆菌可利用甘醇酸作为唯一碳源合成生物产品。科学家构建衣藻和大肠杆菌共培养系统，实验过程及结果如图，下列说法错误的是（     ） （注：空气中CO2浓度约为0.03%；μE为光照强度单位：μmol·m-2·s-1） A．光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体基质中 B．第Ⅰ阶段通入3%CO2可为衣藻光合作用提供原料，促进衣藻繁殖 C．第Ⅱ阶段大肠杆菌干重下降的原因是与衣藻竞争营养物质时不占优势 D．第Ⅳ阶段衣藻的光合作用强度和光呼吸强度都增加 11．（25-26高二下·四川巴中·期末）植物的光合作用依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高氧和低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，见下图（Rubisco表示1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）。回答下列问题。 (1)图示卡尔文循环发生在________________（具体场所）；C3生成糖类的过程中NADPH的作用是______________________；光反应发生在__________（具体场所）；若突然停止光照，C5的含量将_____________（填“增加”“不变”或“减少”）。 (2)据图可知，Rubisco既可催化_____________与C5结合，生成C3；又能催化_____________与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。强光下，叶肉细胞的光呼吸会增强，原因是__________________。 (3)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。据图分析，请写出光呼吸和暗呼吸的相同点________________________（答出两个方面）。 12．（24-25高一下·江苏南通·阶段检测）光呼吸指绿色植物在光下吸收O2释放CO2的过程，该过程会抵消约30%的光合作用，降低光呼吸强度成为提高光合效率的研究方向之一。科研人员将四种酶基因GLO、CAT、GCL、TSR导入水稻叶绿体中，创造了一条新的光呼吸代谢支路——GCGT支路（图中虚线部分），从而降低了光呼吸速率。下图中字母表示物质，甲、乙、丙表示过程。请回答下列问题： (1)卡尔文循环发生的场所是______。A物质在卡尔文循环中的作用是______。 (2)Rubisco是一种双功能酶，既能催化CO2与C5反应生成______，也能催化C6发生加氧反应进行光呼吸。水稻在较强光照下，CO2/O2分压______（升高、降低），光呼吸增强，水稻产量降低。在构建GCGT支路时需要导入过氧化氢酶（CAT）基因的原因是导入的CAT酶基因表达出的CAT酶能催化______的分解，减少其对叶绿体的损害。 (3)研究人员用具有GCGT支路的甲、乙、丙3种转基因水稻及野生型水稻（WT）在试验田进行相关实验。与野生型水稻相比，转基因水稻的产量有所提高，结合下列实验结果，分析其原因有______。 (4)蓝细菌能利用下图所示的机制抑制光呼吸。 ①光合片层是蓝细菌细胞内的一种生物膜，其功能类似叶绿体内的______，其上含有光合色素有______，光合色素在光合作用中的功能是______。 ②据图分析，羧酶体结构的存在能抑制光呼吸的原因是______。 13．（2026·广西贵港·模拟预测）Rubisco酶是光合作用暗反应的关键酶，能催化CO2与C5（RuBP）结合生成两分子C3；但在O2浓度高、CO2浓度低时，Rubisco酶也可催化C5与O2结合，生成一分子C3和一分子C2，C2进一步在线粒体等结构中转化为CO2，这一过程称为光呼吸。光呼吸会消耗已固定的有机物，降低光合效率。科研人员为探究水分胁迫对某植物光合作用及光呼吸的影响，在人工气候室中开展实验，测得的有关数据如下表所示（数据为均值）： 处理 净光合速率（μmolCO2·m-2·s-1） 气孔导度（mmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（μmol·mol-1） 光呼吸速率（μmolCO2·m-2·s-1） 对照（正常供水） 12.8 125.6 280.5 2.1 轻度干旱 9.6 82.3 285.8 3.5 中度干旱 6.1 46.7 292.2 4.8 重度干旱 3.2 28.4 312.6 5.9 注：光呼吸速率以单位时间内CO2释放量表示。 请回答： (1)Rubisco酶催化C5与CO2结合的过程属于光合作用暗反应中的__________阶段。光照充足时，若突然降低环境中CO2浓度，短时间内C5的含量将_____（填“升高”“降低”或“不变”），原因是_________。 (2)导致光合速率降低的因素包括气孔限制因素（CO2供应不足）和非气孔限制因素（CO2得不到充分利用）。据表分析，引起轻度干旱组净光合速率下降的主要原因可能是_______（填“气孔因素”或“非气孔因素”），判断理由是_________________。 (3)随着干旱程度加重，该植物的光呼吸速率呈_____（填“上升”或“下降”）趋势。从光呼吸的发生条件推测，原因可能是_________。 (4)从减少有机物消耗的角度，提出一项提高干旱地区作物产量的具体措施：__________。 考向05 C4途径 14．（25-26高三下·甘肃金昌·阶段检测）甘蔗是典型的C4植物，叶片光合细胞包括叶肉细胞和维管束鞘细胞。与叶肉细胞叶绿体相比，维管束鞘细胞的叶绿体较大，无基粒。两种细胞进行光合作用的过程如图所示，其中PEP为磷酸烯醇式丙酮酸；NADP-ME为NADP-苹果酸酶，NADP-MDH为NADP-苹果酸脱氢酶。回答下列问题： (1)由图可知，在NADP-ME作用下，苹果酸氧化脱羧成_______，此时维管束鞘细胞内[ATP]/[NADPH]比值___________。 (2)欲设计实验证明甘蔗进行光合作用时，叶片中只有维管束鞘细胞内出现淀粉粒。实验小组选取生长健壮的甘蔗植株，首先对甘蔗叶片进行___________处理，其目的是_______，然后制作叶横切临时装片，在光照、温度等适宜条件下，培养一段时间后将叶片用碘蒸气处理，镜检发现只有_______，则可证明该结论成立。 (3)甘蔗对的利用率较高，能固定空气中浓度极低的，推测其的补偿点（光合速率等于呼吸速率时的浓度）___________（填“高于”“等于”或“低于”）普通的绿色植物。 (4)植物绿色细胞在强光照下吸收并释放的过程，被称为光呼吸。此过程中叶肉细胞内的与竞争性结合，与结合后经一系列化学反应会释放。研究发现，甘蔗的维管束鞘细胞进行光合作用时不产生氧气，从光呼吸角度分析其意义是_________。 15．（2026·湖北·二模）玉米是高光合效率的C4植物，其光合作用与光呼吸过程需叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成。Rubisco酶为双功能酶：CO2浓度高时，倾向于催化五碳糖与CO2反应；O2浓度高时倾向于催化五碳化合物与O2反应并释放CO2（即光呼吸）。下图表示玉米的光合作用和光呼吸过程，据图回答下列问题： 注：PEP羧化酶固定CO2的效率远高于Rubisco酶 (1)由图可知，玉米维管束鞘细胞的叶绿体中没有类囊体，因此不能完成的生理活动是______；玉米细胞中能固定CO2的酶是______。 (2)光呼吸会______（填“降低”“促进”或“不影响”）光合作用效率，据题推测，C4植物能显著降低光呼吸强度的原因是______。 (3)高温条件下气孔关闭导致空气中的CO2不易进入细胞时，维管束鞘细胞仍能进行CO2的固定，此时CO2的来源有______（答出三点）。 (4)C3植物水稻较玉米的光呼吸强度大，造成显著损耗。我国科研团队通过转基因技术，引入3个细菌来源的酶（GCS、GCCM5、MCR）到水稻叶绿体中，构建了一条全新光呼吸旁路（TaCo路径），绕过天然光呼吸的高耗能过程，使水稻产量显著增加。为保证三种酶在水稻中稳定表达并发挥作用，路径构建过程中需进行两项优化：①密码子优化：将细菌基因的密码子替换为水稻偏好的密码子，目的是______。 ②肽段的融合：通过基因融合的手段，在酶蛋白N端添加特定的信号肽。若信号肽设计失误，则酶蛋白滞留细胞质基质中，无法发挥作用。推测信号肽的作用是______。 考向06 CAM途径 16．（25-26高二下·安徽合肥·期末）火龙果是原产于美洲热带地区的仙人掌科植物，具有典型的景天酸代谢（CAM）途径，其CO2固定方式特殊：夜晚气孔开放，CO2被固定后转化为苹果酸储存于液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO2供光合作用利用，从而减少水分蒸腾，适应干旱环境。我国南方某火龙果种植区的土壤为红壤，因淋溶作用导致镁元素易流失，影响火龙果的正常生长和产量。为探究镁对火龙果CAM途径及有机物积累的影响，科研人员用不同浓度镁离子（0、0.5、2、4 mmol·L-1）处理火龙果幼苗，一段时间后测定植株干物质含量和PEP羧化酶活性，结果如图2所示。请结合图1、图2回答下列问题。 (1)图1中，夜晚进入细胞的CO2在________的催化下与PEP结合生成草酰乙酸，草酰乙酸进一步还原为________。 (2)白天，液泡中储存的苹果酸运出并分解，释放的CO2进入叶绿体参与________（填生理过程），最终合成淀粉等有机物；该过程需要光反应提供________和ATP。 (3)分析图2可知，与镁离子浓度为0mmol·L-1时相比，0.5mmol·L-1处理组的干物质含量和PEP羧化酶活性均________（填“升高”或“降低”）；在实验浓度范围内，镁离子浓度为________mmol·L-1时干物质含量最高，说明适量镁可提高________的活性，促进有机物积累。 17．（25-26高三上·宁夏银川·阶段检测）景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供暗反应利用，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于_____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是_____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的CO2来自_____。 (3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作叶绿体的“脂质仓库”，这些颗粒随叶绿体的生长体积逐渐变小，可能的原因是_____。 (4)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中14C在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中14C光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在_____中，_____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因_____。 考向07 光合细菌 18．（2025·福建厦门·二模）紫色硫细菌是一种光合细菌。下图为该细菌光复合系统参与代谢过程的简图。下列叙述正确的是（    ） A．紫色硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质 B．光复合系统上氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ C．图示过程在紫色硫细菌的类囊体薄膜上完成 D．紫色硫细菌能为其他生物提供氧气和有机物 19．（24-25高三上·黑龙江大庆·期中）在光合作用过程中，植物以H2O为供氢体而产生O2；而古老的光合细菌——绿硫细菌以H2S为供氢体。如图表示绿硫细菌的光反应过程示意图，下列叙述正确的是（    ） A．菌绿素复合体分布于叶绿体的类囊体薄膜上 B．ATP合酶以协助扩散方式运输H+并驱动ATP合成 C．ATP中的化学能来源于H2S分解时产生的能量 D．绿硫细菌在光合作用的光反应中产生O2和NADPH 20．（2024·贵州·二模）科学家在厌氧型光合细菌中发现了一种利用菌绿素的原始光合作用机制，其基本原理如图所示。该细菌的光合作用与高等植物相比，下列叙述错误的是（    ）    A．ATP的合成同样依赖色素分子吸收光能 B．菌绿素和叶绿素同样位于类囊体薄膜 C．（CH2O）的合成都需要ATP和NADPH的参与 D．该细菌不释放O2是因为NADPH的H来自H2S 21．（25-26高二下·吉林长春·期末）细菌X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。回答下列问题。 注：①～④表示反应过程；“→”表示光合作用，“----→”表示呼吸作用。 (1)高等植物光合作用产生的（CH2O）中的“H”原子来自反应物中的____________。 (2)与高等植物相比，细菌X特有的光反应产物有____________。①和②属于光合作用的____________阶段。 (3)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____________。高等植物有氧呼吸产生的CO2中的“O”原子来自反应物中的____________。 (4)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，细菌X会优先通过③进行光合作用。从能量角度推测，其主要原因是____________（答出1点即可）。 22．（2026·山东青岛·二模）人工固碳技术是解决温室效应与资源短缺的重要途径。某研究团队构建了一种模块化的光驱动仿生合成系统，并整合到沼泽红假单胞菌Rp（一种光合细菌）内部，实现了CO2的高效固定，以及具有较高经济价值的番茄红素的大量合成，其工作机制如图所示。 (1)番茄红素是一种重要的类胡萝卜素，其在层析液中的溶解度________（填“大于”或“小于”）叶绿素。该菌CO2固定过程发生在________（填场所）中，培养该菌时需向培养液中持续通入3%的CO2，其目的是________。 (2)研究发现，在该系统驱动下Rp固定CO2的速率显著提升。据图分析，该系统可以提高Rp内________（填物质名称）的含量促进暗反应的进行。质子梯度模块上发生的能量转化为________，若该模块停止工作一段时间后，Rp中番茄红素的产量将________（填“增加”或“减少”）。 (3)TCA和MEP分别指细胞中的分解供能和物质合成的两条代谢途径。当细胞中能量充足时，该系统有利于番茄红素的大量合成，结合本题信息分析，原因是________。 考向08 蓝细菌光合 23．（26-27高三上·河南·阶段检测）“内共生假说”认为绿色植物的叶绿体起源于蓝细菌，因此研究蓝细菌的光合机制可为提高绿色植物的光合作用提供理论依据。相较于水稻等绿色植物，蓝细菌具有较高效率的固定CO2机制，如图。回答下列问题： (1)图中①和②过程属于光合作用中的___________阶段，其中___________（填“①”或“②”）过程需要光反应提供的___________。 (2)CO2通过细胞膜和光合片层的方式分别是____________、________________；Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应（光呼吸），光呼吸会使光合速率下降，原因是______________；相比于水稻，蓝细菌几乎不会进行光呼吸，推测原因可能是_______________________。 (3)实验人员将蓝细菌羧酶体合成相关基因导入水稻细胞，成功表达出了完整的羧酶体，但转基因水稻的光合速率无明显变化，据图分析其原因可能是_______________________。 24．（25-26高二下·福建厦门·期末）相较于早期地球的大气环境，现今大气中的CO2浓度相对较低。蓝细菌在进化过程中形成了一套能够在低CO2环境中高效进行碳固定的CO2浓缩机制（CCM）。该机制的核心结构为羧酶体，这是一种由蛋白质外壳包裹的微区室，内部封存有碳酸酐酶（CA）和Rubisco。下图为CCM的示意图。 请回答： (1)蓝细菌内的光合片层（与类囊体膜相似）上附着的____________捕获、吸收光能，并将光能转化为活跃的化学能，进而驱动卡尔文循环中的____________过程的进行。 (2)据图分析，细胞膜上的碳酸氢盐转运蛋白消耗ATP将HCO3-泵入胞内，该跨膜运输方式属于____________，该生理过程的意义是____________。 (3)羧酶体外壳对HCO3-和CO2的通透性存在差异，这一特性对于CCM至关重要，其原因是____________，从而使CO2在羧酶体内富集，为Rubisco提供高浓度的底物。 (4)Rubisco作为一种双功能酶，在CO2占比高时，催化CO2与C5化合物生成C3；在O2占比高时，催化O2与C5化合物的加氧反应，该加氧反应会引发光呼吸，从而消耗有机物和能量。结合CCM分析，蓝细菌在低CO2、高O2环境中仍能维持较高净光合速率的原因是____________。 (5)基于CCM高效固碳的特点，试举一项其在生产或环保中的应用前景：____________。 考向09 光合作用经典实验 25．（26-27高三上·湖北黄冈·开学考试）科学家在对光合作用的探究中相继进行了多个经典实验。下列实验过程及现象与实验结论对应错误的是（     ） 选项 实验过程及现象 实验结论 A 在离体叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2）中加入铁盐，在光照下释放出O2 植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水 B 在黑暗中用极细的光束照射水绵，需氧细菌只向叶绿体被照射的部位集中 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 C 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光 D 用14CO2供小球藻进行光合作用，放射性先后出现在C3、C6中 光合作用过程中碳元素转移路径：CO2→C3→C6 A．A B．B C．C D．D 26．（25-26高三上·辽宁大连·期末）科学家在探索光合作用原理的过程中做过一些经典实验，回答下列问题。 Ⅰ.希尔发现，离体叶绿体的悬浮液(不含CO2)中加入外源氧化剂(如Fe3+)，在光照下可以释放出氧气。希尔对上述现象解释为：。 (1)希尔的实验模拟了光合作用的___________阶段的部分变化。希尔将叶片置于溶液a中，用机械法制备叶绿体的悬浮液，从理化性质的角度分析，溶液a应满足的主要条件是___________(答出2点即可)。 (2)Fe3+是一种电子受体。在叶绿体中，___________(填物质)也可作为电子受体，与水分解时产生的电子结合。 (3)希尔的实验说明水的光解产生氧气，却不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水，理由是___________。 Ⅱ.卡尔文用小球藻做了如图所示的实验。 (4)卡尔文利用___________法来追踪光合作用中碳原子的转移途径。 (5)步骤④中煮沸的甲醇的作用是：一方面可以快速___________，终止光合作用；另一方面用来___________被标记的化合物。 (6)为了找到光合作用中CO2参与形成的第一种物质，他重复进行上图实验多次(保证每次实验时小球藻细胞中不含放射性物质)，不断___________(填“延长”或者“缩短”)步骤③中的光照时间，其它步骤不变，分离并鉴定出含放射性的化合物种类越来越少，最终只剩一种，并证明其是C3。 (7)在寻找与CO2结合的物质的过程中，卡尔文通过改变CO2的供应量进行进一步实验，并推测出C5是与CO2结合的物质。下表表示该实验的方法及结果，请将表格中__________部分及C3的变化曲线补充完整__________。 27．（2026·辽宁大连·模拟预测）科学家通过一系列经典实验揭示光合作用的原理与过程。基于相关研究成果，人工光合作用技术模拟植物光合作用过程，在清洁能源开发领域有广阔应用前景。 (1)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是和___________相伴随。 (2)制备类囊体：将分离得到的类囊体放置在等渗溶液中，目的是___________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持___________(“低温”或“常温”)。 (3)在探究光合作用中ATP生成的直接能量来源时，贾格道夫完成如下实验，该实验全程在黑暗中进行的目的是___________，H+从类囊体腔(内)向叶绿体基质(外)的运输方式___________，依据实验结果，可得出实验结论___________。 (4)研究团队构建人工叶绿体时发现，若仅组装了类囊体结构、光合色素与ATP合酶，无法合成糖类，若要实现完整的碳固定，还需补充的关键条件是___________。若发现即使增加光照强度，多碳化合物产量也不再增加，从碳反应的角度分析，可采取的有效措施有___________(答两点)。 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 光合作用原理拓展练习 目录：考向01 电子传递链 考向02 环式电子传递 考向03 光抑制 考向04 光呼吸 考向05 C4途径 考向06 CAM途径 考向07 光合细菌 考向08 蓝细菌光合 考向09 光合作用经典实验 考向01 电子传递链 1．（25-26高三上·重庆·期中）绿色植物叶肉细胞中存在如图所示的光系统Ⅰ和光系统Ⅱ两个光化学复合物。光系统Ⅰ和光系统Ⅱ是以串联的方式通过协同作用完成电子从H2O到NADP+的传递，该电子传递链最终驱动ATP的生成。下列叙述错误的是（    ） A．CF1和CF0所组成蛋白质复合体的功能是催化ATP的合成、转运H+ B．该过程中电子传递发生在叶绿体的类囊体膜上，NADP+是最终电子受体 C．M膜上无胆固醇，甲侧为叶绿体基质，乙侧是类囊体腔 D．若某因素导致光合电子传递链受阻，短期内叶绿体基质中C5的含量会增加 【答案】D 【详解】A、CF1-CF0复合体是ATP合成酶，既能转运 H+（顺浓度梯度跨膜），又能催化ADP+Pi合成ATP，A正确； B、光反应发生在类囊体膜（M 膜），电子最终从H2O传递到NADP+，NADP+是最终电子受体，生成NADPH，B正确； C、叶绿体类囊体膜（M 膜）属于生物膜，但植物细胞的叶绿体膜中无胆固醇，胆固醇主要存在于动物细胞膜；乙侧有H2O分解产生O2和H+，应为类囊体腔，甲侧则是叶绿体基质，C正确； D、光合电子传递链受阻，ATP和NADPH合成减少，暗反应中C3还原减慢，而CO2固定（C5消耗）正常进行，故短期内C5含量减少，D错误。 2．（25-26高三下·吉林长春·期末）根据材料回答问题： 材料1：光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）。 材料2：电子传递过程是高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌（PQ）利用这部分能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体基质侧泵入囊腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。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。 材料3：研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。 (1)图1中O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_____（填“PSⅠ”或“PSⅡ”）吸收利用的。电子传递链中电子供体是_____；最终电子受体是_____。同一个细胞，水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过_____层膜。 (2)质体醌（PQ）传递质子的运输方式为_____，H+通过ATP合酶的运输方式为_____。ATP合酶的功能_____。 (3)叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获_____（“增强”“减弱”），根据材料信息并结合图2说明，弱光下植物调节捕获光能的机制_____。 【答案】(1) PSⅡ H2O NADP+ 5 (2) 主动运输 协助扩散 催化ATP合成、运输H+ (3) 增强 弱光下，LHC蛋白激酶活性降低，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体捕获光能增强 【详解】（1）从图1可知，水光解产生O2需要的光能是通过PSⅡ吸收利用的。水光解产生电子、氧气和H+，所以电子传递链中电子供体是H2O。NADP+接受电子并与H+在PSI处结合形成NADPH，因此最终电子受体是NADP+。水光解产生O2的场所是类囊体腔，O2若被同一个细胞的有氧呼吸利用，需要从类囊体腔穿出类囊体膜（1层）、穿出叶绿体膜（2层）、进入线粒体膜（2层），共穿过5层膜。 （2）材料2表明，质体醌（PQ）利用电子传递过程中释放的能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体基质侧泵入囊腔侧，这种运输方式是主动运输。类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，H+通过ATP合酶的运输方式为协助扩散。从材料2可知，ATP合酶既能催化ATP的合成，还能运输H+。 （3）材料3指出，LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，更多的LHCⅡ与PSⅡ结合，会增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。依据材料3和图2，弱光下LHC蛋白激酶活性降低，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，更多的LHCⅡ与PSⅡ结合，从而增强对光能的捕获，以适应弱光环境。 考向02 环式电子传递 3．（26-27高三上·重庆·开学考试）植物的光反应具体过程如下图所示。图中PSⅠ和PSⅡ是叶绿素和蛋白质复合体，PQ、细胞色素、PC等是传递电子的蛋白质，适宜光照条件时进行线性电子传递，强光条件下还会进行环式电子传递，可减弱过强光照时产生的光抑制现象。下列说法正确的是（     ） A．位于叶绿体内膜上的PSⅡ吸收利用光能进行电子传递，是最初的电子供体 B．氧化型辅酶Ⅰ最终接受电子产生还原剂可还原3-磷酸甘油酸并为此过程提供能量 C．强光激活PSⅡ推动的环式电子传递，此时NADPH产生速率下降，ATP产生速率增加 D．NADPH、ATP在图中膜的A侧产生，利于（）的快速合成 【答案】D 【详解】A、光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，PSⅡ位于类囊体薄膜而非叶绿体内膜，A错误； B、光合作用中接受电子的是氧化型辅酶Ⅱ（），生成的NADPH可还原3-磷酸甘油酸并供能，氧化型辅酶Ⅰ是细胞呼吸的相关物质，不参与光合作用，B错误； C、由图可知环式电子传递是PSⅠ推动的，并非PSⅡ；环式电子传递过程中电子不用于合成NADPH，仅驱动跨膜运输促进ATP合成，因此NADPH产生速率下降，ATP产生速率增加，C错误； D、图中A侧为叶绿体基质，NADPH、ATP都在A侧产生，而暗反应合成的过程的场所是叶绿体基质，该分布可减少物质运输距离，利于有机物快速合成，D正确。 4．（2026·湖南长沙·模拟预测）植物叶绿体中存在两条交替电子传递途径，分别为线性电子传递（LET）和环式电子传递（CET）。LET可同时产生ATP和NADPH，伴随O2释放；CET仅驱动ATP合成，不产生NADPH、不释放O2，主要用于补充暗反应所需ATP。高温强光下，植物会主动上调CET比例，降低LET比例。下列分析错误的是（     ） A．高温强光下CET增强，可缓解NADPH过量积累导致的光抑制损伤 B．CET与LET的协同调控，可适配暗反应对ATP、NADPH的比例需求 C．暗反应速率下降时，CET比例降低，LET比例升高以减少光能吸收 D．两种电子传递途径均依赖类囊体薄膜上的光合色素与电子传递蛋白 【答案】C 【详解】A、高温强光下CET增强、LET比例降低，NADPH生成量减少，可避免NADPH过量积累引发的光抑制损伤，A正确； B、LET可同时产生ATP和NADPH，CET仅产生ATP，二者协同调控可调节ATP与NADPH的生成比例，适配暗反应对二者的比例需求，B正确； C、暗反应速率下降时，对ATP和NADPH的消耗减少，若CET比例降低、LET比例升高，会导致NADPH和ATP过量积累，加重光损伤，且LET比例升高无法减少光能吸收，C错误； D、两种电子传递途径均属于光反应过程，发生在类囊体薄膜上，都依赖类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，以及电子传递蛋白完成电子传递过程，D正确。 5．（2026·四川成都·模拟预测）研究发现某种耐阴植物能在富含远红光（700~750nm）的弱光环境下高效进行光合作用，并且其光补偿点与光饱和点都低于阳生植物。光系统主要包括光系统Ⅱ（PSⅡ）、质体醌PQ、细胞色素b6f和光系统I（PSⅠ），如图所示，光系统具有吸收、传递和转化光能的作用，产生的高能电子会沿光合电子传递链依次传递。回答下列问题： (1)耐阴植物的光补偿点很低，说明其__________强度低，在低光照条件下即可积累有机物；达到光饱和点后，限制耐阴植物光合速率的外界因素有__________（答出2点）等。 (2)光系统理论上提供的ATP：NADPH≈1.33：1，卡尔文循环消耗ATP与NADPH的比例为3∶2，ATP与NADPH用于卡尔文循环中的__________（填具体过程）；远红光下耐阴植物还能启动环式电子传递（CEF）方式，据图分析，CEF可__________（填“提高”或“降低”）ATP/NADPH的比例。结合题图推测CEF对耐阴植物适应弱光环境的意义是________________________________________。 (3)百草枯是PQ的类似物，可接受来自PSⅡ反应中心的电子，且能够与细胞色素b6f特异性结合，阻止电子传递到细胞色素b6f，抑制H+的运输。从电子传递角度分析，使用百草枯后叶绿体中ATP的合成量可能减少的原因是________________________________________。 (4)生产中人们常常将阳生植物高粱和阴生植物绿豆共同种植或桃树下面种植薄荷、韭菜等，这样做的好处是________________________________________。 【答案】(1) 呼吸作用 温度和CO2浓度 (2) C3还原生成C5和糖类 提高 CEF方式提高了ATP/NADPH的比例，更符合卡尔文循环的需求，提高植物的暗反应速率，进而提高光合速率 (3)抑制H+的运输，导致类囊体膜两侧H+的浓度差减小，为ATP合成提供的H+梯度势能减少 (4)提高光能利用率，充分利用空间、土地、养分 【详解】（1）光补偿点是光合作用速率等于呼吸作用速率时的光照强度，耐阴植物光补偿点低，说明其细胞呼吸强度更低，低光照下即可让光合速率大于呼吸速率，积累有机物。光饱和点后光照不再是限制因素，限制光合速率的外界因素主要是CO2浓度、温度等。 （2）卡尔文循环中，只有三碳化合物还原成C5和糖类的过程需要ATP供能、NADPH作为还原剂。从题图可知，环式电子传递不生成NADPH，仍能促进ATP合成，因此会提高ATP/NADPH的比例；卡尔文循环消耗ATP:NADPH=3:2，高于普通电子传递产生的比例，环式电子传递补充了不足的ATP，提高了ATP/NADPH的比例，使ATP和NADPH的比例满足卡尔文循环需求，提高植物的暗反应速率，进而提高光合速率，帮助耐阴植物适应弱光环境。 （3）叶绿体ATP的合成依赖类囊体膜两侧的H+浓度差提供动力。百草枯阻断电子传递、抑制H+运输，使类囊体膜两侧的H+浓度差下降，ATP合酶合成ATP的动力不足，因此ATP合成量减少。 （4）阳生植物和耐阴植物对光照的需求不同，高矮搭配套种可以充分利用不同冠层的光能，提高农田整体的光能利用率，充分利用空间、土地、养分，最终提高单位面积的作物总产量。 6．（2026·湖南郴州·三模）叶绿体依靠光系统进行吸收、传递和转化光能。过多的光能会损害光合结构并降低光合作用效率，这种现象称为光抑制。光系统主要包括光系统Ⅱ（PSⅡ）、质体醌（PQ）、细胞色素b₆f（Cytb₆f）和光系统Ⅰ（PSⅠ），光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递，在光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。研究发现，在强光条件下，NADP⁺不足、NADPH积累时，PSⅠ会将电子传递给Cytb₆f形成环式电子传递，不再接受PSⅡ提供的电子，PSⅡ工作暂时停止，如图甲。色素在层析液中的分离结果如图乙。 请回答下列问题： (1)PSⅠ、PSⅡ位于叶绿体的____。分离绿叶中的色素常用的方法是____，图乙中Ⅳ代表的色素为____。 (2)据图分析，在PSⅡ处水分解为氧气和H+，在膜两侧建立H+梯度，并且释放出电子，电子经过传递最终可用于合成____，该过程中还会通过____进一步提高膜两侧的H+浓度差，用于推动ATP的合成。 (3)不同强度光照下，叶绿体在植物细胞中分布的位置会改变，与叶绿体移动直接相关的细胞结构是________。据图分析，强光条件下环式电子传递的增强可________（填“提高”或“降低”）NADPH/ATP的比例。 (4)从进化和适应的角度分析，环式电子传递对植物生长的意义是____________（答出1点即可）。 【答案】(1) 类囊体薄膜 纸层析 胡萝卜素 (2) NADPH PQ和细胞色素b6f转运H+ (3) 细胞骨架 降低 (4)强光下可减少过多光能对叶绿体结构的损伤，缓解光抑制，有利于植物适应强光环境（或环式电子传递既可以减少PS Ⅱ的工作避免光能损伤，又可以调整ATP和NADPH的比例，维持光合作用进行，是植物对强光环境的适应） 【详解】（1）PSⅠ、PSⅡ在叶绿体中分布的位置是类囊体薄膜，参与光合作用的光反应。分离绿叶中的色素常用的方法是纸层析。根据图乙中色素带的宽窄（叶绿素含量多于类胡萝卜素）以及在层析液中的溶解度推出Ⅳ代表胡萝卜素。 （2）线性电子传递中，高能电子最终传递给NADP⁺，用于合成NADPH；由图甲可知，电子传递过程中，PQ和细胞色素b6f转运H+，进一步增大类囊体膜两侧的H⁺浓度差，为ATP合成提供动力。 （3）不同强度光照下，叶绿体在植物细胞中分布的位置会改变，与叶绿体移动直接相关的细胞结构是细胞骨架，细胞骨架锚定着许多细胞器，与细胞中的物质运输、能量转化和信息传递有关。题意显示，在强光条件下，NADP+不足、NADPH积累时，PSⅠ会将电子传递给Cytb6f形成环式电子传递，Cytb6f不再接受PSⅡ提供的电子，PSⅡ工作暂时停止，因而推测，强光条件下环式电子传递的增强可减少NADPH的产生，进而降低NADPH/ATP的比例。 （4）从进化和适应的角度，环式电子传递使植物在强光下可减少过多光能对叶绿体结构的损伤，缓解光抑制，有利于植物适应强光环境（或环式电子传递既可以减少PSⅡ的工作避免光能损伤，又可以调整ATP和NADPH的比例，维持光合作用进行，是植物对强光环境的适应）。 考向03 光抑制 7．（2026·陕西·模拟预测）叶绿体在细胞膜内侧的分布依光照情况而变化。光照较弱时，叶绿体会汇集到细胞顶面，称作积聚响应（图1）。当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。光能过剩时，叶肉细胞内因NADP+不足，使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基（O2-）等一系列光有毒产物，破坏叶绿素和PSⅡ反应中心（参与光反应的色素—蛋白质复合体）的D1蛋白，使光合速率下降。回答下列问题： (1)叶绿体出现积聚响应对于植物生长的意义是_________。图1中属于强光照射的是___________（填“A”或“B”）。叶肉细胞内与叶绿体的移动有关的细胞结构是__________。 (2)为研究Ca2+对花生幼苗光抑制的影响，将长势相同的花生幼苗进行分组处理（分成CK组、C6组和C12组），将各组置于相同的高温强光环境中培养，其他条件相同且适宜，培养至20天，测量植株干重和超氧阴离子的含量，结果如表所示。 分组 Ca2+浓度（mmol/L） 植株干重（g） CK组 0 1.06 C6组 6 1.40 C12组 12 1.56 ①PSⅡ参与的生理过程的能量转化是__________。若提取PSⅡ中的光合色素，需要使用的试剂是_________。根据表中结果可以得出的结论是__________。有人提出若继续增大Ca2+浓度，植株干重会继续增加，你___________（填“支持”或“不支持”）这个观点，原因是________。 ②PSⅡ反应中心的开放程度直接影响水的光解的进行，结合图2分析，Ca2+对花生光抑制产生影响的机制可能是__________。一般来说植物在夏季中午的高温强光条件下发生光抑制，然后在光照减弱后，光合速率会出现恢复情况，但是在实验条件下，若高温强光胁迫时间过长，植物的光合速率下降后难以恢复，请结合本实验分析原因可能是___________。 【答案】(1) 可以最大限度吸收和利用光能，进行光合作用制造有机物促进生长 B 细胞骨架 (2) 光能（先转化为电能再）转化为ATP和NADPH中的化学能 无水乙醇 高温强光条件下，一定浓度的Ca2+溶液处理能够增加花生植株干重，且12mmol/L Ca2+浓度效果优于6mmol/L 不支持 Ca2+溶液浓度过高影响植物吸水，植物无法生长 Ca2+通过清除超氧阴离子自由基或抑制超氧阴离子自由基的产生，降低对D1蛋白的破坏而缓解光抑制 PSⅡ中的D1蛋白被大量破坏后而难以恢复或再生，光反应不能正常进行 【详解】（1）光照较弱时，叶绿体会汇集到细胞顶面，称作积聚响应，叶绿体出现积聚响应对于植物生长的意义是可以最大限度吸收和利用光能，进行光合作用制造有机物促进生长。当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，在强光下需要减少光能的吸收，因此图1中属于强光照射的是B。叶肉细胞内与叶绿体的移动有关的细胞结构是细胞骨架。 （2）①PSⅡ参与的生理过程的能量转化是光能（先转化为电能再）转化为ATP和NADPH中的化学能。若提取PSⅡ中的光合色素，需要使用的试剂是无水乙醇。与CK组相比，C6组和C12组的植株干重变大，且C12组的植株干重大于C6组，可以得出的结论是高温强光条件下，一定浓度的Ca2+溶液处理能够增加花生植株干重，且12mmol/L Ca2+浓度效果优于6mmol/L。我不支持若继续增大Ca2+浓度，植株干重会继续增加，原因是Ca2+溶液浓度过高影响植物吸水，植物无法生长。 ②图2中，随着胁迫时间的延长，细胞内的超氧阴离子逐渐增加，且相比CK组，C6组和C12组的超氧阴离子较少，由此分析Ca2+对花生光抑制产生影响的机制可能是Ca2+通过清除超氧阴离子自由基或抑制超氧阴离子自由基的产生，降低对D1蛋白的破坏而缓解光抑制。一般来说植物在夏季中午的高温强光条件下发生光抑制，然后在光照减弱后，光合速率会出现恢复情况，但是在实验条件下，若高温强光胁迫时间过长，植物的光合速率下降后难以恢复，原因可能是PSⅡ中的D1蛋白被大量破坏后而难以恢复或再生，光反应不能正常进行。 8．（2026·湖南·二模）植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，会引起光能转化效率下降，该现象称为光抑制。某研究团队以水稻为模型，在低氧环境中探究光抑制的缓解机制。研究发现：当光能过量时，PS Ⅱ中电子（e−）积累会产生活性氧破坏PS Ⅱ；而低氧条件下，叶绿体内氢化酶活性提高，部分电子流向生成H2的代谢过程（图1）。该团队利用人工电子梭——铁氰化钾接收多余电子，有效解除光抑制（图2）。回答下列问题： (1)晴朗的白天，水稻根尖细胞产生ATP的具体场所有_______。在水稻叶肉细胞的类囊体膜上，_______与相关蛋白质组成的复合体PS Ⅰ和PS Ⅱ捕获光能后，将能量转移至PS Ⅱ，使H2O分解，产生的_______释放到类囊体腔内，维持腔内pH，进而将光能转化为化学能。 (2)低氧环境中，氢化酶活性提高使部分电子用于H2生成，减少了用于NADPH合成的电子，导致碳固定效率降低，NADPH的作用是_______。从图2可知，当光照强度由Ⅰ1增加到Ⅰ2时，对照组的光能转化效率_______（填“下降”“上升”或“基本不变”）。 (3)结合题目信息，根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是_______。 (4)水稻的类囊体膜上存在M蛋白（一种磷脂合成酶），检测其在不同光照条件下的表达情况，结果如图3，请推测低光和强光下，M蛋白提高光合速率的途径可能是_______。 【答案】(1) 细胞质基质、线粒体/细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜 光合色素 H+ (2) 为C3的还原提供能量和还原剂 下降 (3)铁氰化钾能及时消耗光合作用产生的电子，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度 (4)低光和强光下，M蛋白表达量升高，通过促进类囊体膜上磷脂的合成，增加类囊体膜面积（或修复类囊体膜），进而促进光反应 【详解】（1）水稻根尖细胞无叶绿体，能产生ATP的过程只有细胞呼吸，产生ATP的具体场所有细胞质基质、线粒体（线粒体基质、线粒体内膜）。复合体PSⅠ和PSⅡ是由光合色素和蛋白质组成的，光合色素捕获光能后，将能量转移至PSⅡ，使H2O分解，产生的H+释放到类囊体腔内，维持腔内pH，进而将光能转化为化学能。 （2）NADPH为暗反应中C3的还原提供能量和还原剂。低氧时氢化酶活化，部分电子用于产生H2，导致用于NADPH合成的电子减少，NADPH生成不足，进而使暗反应碳固定效率下降。光照强度从Ⅰ1增加到Ⅰ2时，对照组的光合放氧速率基本不变，但输入的光照强度升高，因此光能转化效率下降。 （3）由题干信息可知，“电子积累会产生活性氧破坏PSⅡ”，推测铁氰化钾能及时消耗光合作用产生的电子，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，进而能够有效解除光抑制。 （4）M蛋白是磷脂合成酶，而类囊体膜的主要成分是磷脂，低光和强光下，M蛋白通过合成更多磷脂，增加类囊体膜的面积和修复类囊体膜；类囊体膜是光反应的场所，膜面积扩大可提高光反应相关物质的附着量，进而提升光反应速率，增强光合效率。 9．（2026·天津·一模）当光照过强时，会引起植物光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。铁氰化钾可有效解除植物的光抑制现象。菠菜植株光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统等光合复合体组成，如图1所示。ROS积累破坏PSⅡ引起光抑制的机理，如图2所示。根据所学知识回答下列问题： (1)光系统PSⅡ分布在叶绿体的________上。适宜环境下，光反应H2O裂解释放的电子（e-）经过一系列传递，最终被NADP+接受形成NADPH，该过程产生的ATP和NADPH用于卡尔文循环中的________过程。 (2)强光时，若NADP+不足，则________结合使ROS大量增加，可通过________和________两条途径使PSⅡ失活抑制光反应，导致光抑制现象。 (3)NADP+生成的具体场所有________，加入铁氰化钾后，NADP+和NADPH之间的转化速度会________，并最终通过e-→NADP+→NADPH→铁氰化钾的途径将过多的e-转移到细胞外形成亚铁氰化钾，有效解除光抑制现象。 【答案】(1) 类囊体（薄膜） C3的还原 (2) 电子（e-）和氧气结合 抑制D1蛋白合成 损伤D1蛋白（破坏或改变D1蛋白的空间结构） (3) 细胞质基质和叶绿体基质 加快 【详解】（1）光系统是光反应的功能结构，光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，因此PSⅡ分布于此；卡尔文循环（暗反应）中，光反应产生的ATP和NADPH为C3​（三碳化合物）提供能量和还原剂，用于C3​的还原过程。 （2）强光下NADP⁺不足时，水光解产生的多余电子（e-）无法传递给NADP⁺，会与O2结合生成大量ROS；结合图2可知，ROS通过两条途径使PSⅡ失活：一是抑制D1蛋白合成，二是损伤D1蛋白（破坏或改变D1蛋白的空间结构），最终导致PSⅡ整体失活，引发光抑制。 （3）正常光合作用中，NADPH在叶绿体基质参与C3还原，被氧化后生成NADP⁺，结合题图，NADPH还可转运出叶绿体到细胞质基质中，被氧化生成NADP⁺，因此NADP⁺的生成场所是叶绿体基质和细胞质基质；加入铁氰化钾后，多余电子可通过题干所述途径被转移，解决了NADP⁺不足的问题，因此NADP⁺和NADPH之间的转化速度会加快，减少ROS积累，解除光抑制。 考向04 光呼吸 10．（25-26高二下·山东烟台·期末）光照下，O2与CO2竞争性结合C5，经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。某种衣藻光呼吸会产生并分泌甘醇酸，某种大肠杆菌可利用甘醇酸作为唯一碳源合成生物产品。科学家构建衣藻和大肠杆菌共培养系统，实验过程及结果如图，下列说法错误的是（     ） （注：空气中CO2浓度约为0.03%；μE为光照强度单位：μmol·m-2·s-1） A．光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体基质中 B．第Ⅰ阶段通入3%CO2可为衣藻光合作用提供原料，促进衣藻繁殖 C．第Ⅱ阶段大肠杆菌干重下降的原因是与衣藻竞争营养物质时不占优势 D．第Ⅳ阶段衣藻的光合作用强度和光呼吸强度都增加 【答案】C 【详解】A、暗反应中CO₂与C₅结合的反应发生在叶绿体基质，光呼吸是O₂与CO₂竞争性结合C₅的过程，C5存在于叶绿体基质中，因此该反应也发生在叶绿体基质，A正确； B、CO₂是光合作用暗反应的原料，第Ⅰ阶段通入3%CO₂，提高了CO₂浓度，可促进衣藻的光合作用，增加有机物积累，进而促进衣藻繁殖，B正确； C、衣藻是自养生物，可利用CO₂合成有机物，大肠杆菌以衣藻光呼吸分泌的甘醇酸为唯一碳源，二者营养来源不同，不存在竞争营养物质的关系；第Ⅱ阶段大肠杆菌干重下降是因为前期甘醇酸积累量少，大肠杆菌碳源不足，C错误； D、第Ⅳ阶段光照强度升高，光反应增强，为暗反应提供更多的ATP和NADPH，衣藻光合作用强度增加；同时光反应释放的O₂增多，O₂与C₅结合的概率升高，光呼吸强度也增加，D正确。 11．（25-26高二下·四川巴中·期末）植物的光合作用依赖光照，但光能超过光合系统所能利用的能量时，光合器官可能遭到破坏，该现象称为光抑制。光呼吸能利用部分有机物，在吸收O2放出CO2的同时消耗多余光能，对光合器官起保护作用。光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照、高氧和低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，见下图（Rubisco表示1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）。回答下列问题。 (1)图示卡尔文循环发生在________________（具体场所）；C3生成糖类的过程中NADPH的作用是______________________；光反应发生在__________（具体场所）；若突然停止光照，C5的含量将_____________（填“增加”“不变”或“减少”）。 (2)据图可知，Rubisco既可催化_____________与C5结合，生成C3；又能催化_____________与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2）。强光下，叶肉细胞的光呼吸会增强，原因是__________________。 (3)与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。据图分析，请写出光呼吸和暗呼吸的相同点________________________（答出两个方面）。 【答案】(1) 叶绿体基质 作为还原剂和提供能量 类囊体薄膜 减少 (2) CO2 O2 叶肉细胞内O2浓度升高，CO2浓度降低，Rubisco更倾向于催化C5与O2发生反应 (3)都是利用O2，分解有机物，释放CO2 【详解】（1）光合作用的暗反应又称卡尔文循环，在叶绿体基质中完成CO2固定和C3的还原，C3的还原过程中NADPH的作用是作为还原剂和提供能量。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜；若突然停止光照，光反应停止，ATP和NADPH生成停止，C3​还原生成C5​的过程减慢，而C5​仍在固定CO2​中持续消耗，因此C5​含量减少。 （2）从图中可知Rubisco是双功能酶，Rubisco酶能催化CO2与C5结合生成C3进行羧化反应，又能催化O2与C5结合生成C3和C2进行加氧反应，借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。强光下，叶肉细胞的光呼吸会增强，叶肉细胞内O2浓度升高，CO2浓度降低，Rubisco更倾向于催化C5与O2发生反应。 （3）细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。光呼吸是细胞在Rubisco酶的催化下，消耗O2，生成CO2，借助叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的消耗能量的反应。光呼吸和暗呼吸都是利用O2，分解有机物，释放CO2。 12．（24-25高一下·江苏南通·阶段检测）光呼吸指绿色植物在光下吸收O2释放CO2的过程，该过程会抵消约30%的光合作用，降低光呼吸强度成为提高光合效率的研究方向之一。科研人员将四种酶基因GLO、CAT、GCL、TSR导入水稻叶绿体中，创造了一条新的光呼吸代谢支路——GCGT支路（图中虚线部分），从而降低了光呼吸速率。下图中字母表示物质，甲、乙、丙表示过程。请回答下列问题： (1)卡尔文循环发生的场所是______。A物质在卡尔文循环中的作用是______。 (2)Rubisco是一种双功能酶，既能催化CO2与C5反应生成______，也能催化C6发生加氧反应进行光呼吸。水稻在较强光照下，CO2/O2分压______（升高、降低），光呼吸增强，水稻产量降低。在构建GCGT支路时需要导入过氧化氢酶（CAT）基因的原因是导入的CAT酶基因表达出的CAT酶能催化______的分解，减少其对叶绿体的损害。 (3)研究人员用具有GCGT支路的甲、乙、丙3种转基因水稻及野生型水稻（WT）在试验田进行相关实验。与野生型水稻相比，转基因水稻的产量有所提高，结合下列实验结果，分析其原因有______。 (4)蓝细菌能利用下图所示的机制抑制光呼吸。 ①光合片层是蓝细菌细胞内的一种生物膜，其功能类似叶绿体内的______，其上含有光合色素有______，光合色素在光合作用中的功能是______。 ②据图分析，羧酶体结构的存在能抑制光呼吸的原因是______。 【答案】(1) 叶绿体基质 作为还原剂并提供能量 (2) PGA 降低 H2O2/双氧水 (3)提高水稻的净光合速率；增加水稻的分蘖数 (4) 类囊体薄膜 叶绿素和藻蓝素 吸收、传递和转化光能 羧酶体阻挡二氧化碳扩散出羧酶体，阻挡氧气扩散进入羧酶体，使得Rubisco周围的二氧化碳浓度升高，氧气浓度下降，从而导致Rubisco更多催化固定CO2，降低光呼吸的速率 【详解】（1）卡尔文循环是光合作用暗反应，场所是叶绿体基质；图中甲为光反应，A是光反应产物ATP和NADPH，在卡尔文循环中为三碳化合物的还原提供能量和还原剂。 （2）光合作用中CO2​与C5​结合固定生成PGA；较强光照下光反应放氧多，细胞内O2​浓度升高，CO2​/O2​分压降低，光呼吸增强；过氧化氢酶（CAT）的功能是催化过氧化氢分解，减少过氧化氢对叶绿体的损伤。 （3）结合柱形图结果，转基因水稻净光合速率、分蘖数都显著高于野生型，所以提高水稻的净光合速率；增加水稻的分蘖数，转基因水稻的产量有所提高。 （4）①叶绿体中光反应的场所是类囊体薄膜，蓝细菌的光合片层是光反应的场所，功能类似类囊体薄膜；蓝细菌含有的光合色素是叶绿素和藻蓝素，光合色素的功能是吸收、传递和转化光能。 ②结合题图信息，羧酶体阻挡二氧化碳扩散出羧酶体，阻挡氧气扩散进入羧酶体，使得Rubisco周围的二氧化碳浓度升高，氧气浓度下降，从而导致Rubisco更多催化固定CO2，降低光呼吸的速率，从而抑制光呼吸。 13．（2026·广西贵港·模拟预测）Rubisco酶是光合作用暗反应的关键酶，能催化CO2与C5（RuBP）结合生成两分子C3；但在O2浓度高、CO2浓度低时，Rubisco酶也可催化C5与O2结合，生成一分子C3和一分子C2，C2进一步在线粒体等结构中转化为CO2，这一过程称为光呼吸。光呼吸会消耗已固定的有机物，降低光合效率。科研人员为探究水分胁迫对某植物光合作用及光呼吸的影响，在人工气候室中开展实验，测得的有关数据如下表所示（数据为均值）： 处理 净光合速率（μmolCO2·m-2·s-1） 气孔导度（mmol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度（μmol·mol-1） 光呼吸速率（μmolCO2·m-2·s-1） 对照（正常供水） 12.8 125.6 280.5 2.1 轻度干旱 9.6 82.3 285.8 3.5 中度干旱 6.1 46.7 292.2 4.8 重度干旱 3.2 28.4 312.6 5.9 注：光呼吸速率以单位时间内CO2释放量表示。 请回答： (1)Rubisco酶催化C5与CO2结合的过程属于光合作用暗反应中的__________阶段。光照充足时，若突然降低环境中CO2浓度，短时间内C5的含量将_____（填“升高”“降低”或“不变”），原因是_________。 (2)导致光合速率降低的因素包括气孔限制因素（CO2供应不足）和非气孔限制因素（CO2得不到充分利用）。据表分析，引起轻度干旱组净光合速率下降的主要原因可能是_______（填“气孔因素”或“非气孔因素”），判断理由是_________________。 (3)随着干旱程度加重，该植物的光呼吸速率呈_____（填“上升”或“下降”）趋势。从光呼吸的发生条件推测，原因可能是_________。 (4)从减少有机物消耗的角度，提出一项提高干旱地区作物产量的具体措施：__________。 【答案】(1) CO₂的固定 升高 光照充足时，C₃的还原正常进行，C₅生成速率不变；但 CO₂浓度降低，C₅与 CO₂结合生成 C₃的速率减慢，C₅消耗减少，因此短时间内 C₅含量升高 (2) 非气孔因素 轻度干旱组气孔导度显著下降，但胞间 CO₂浓度与对照组相比无明显下降，说明净光合速率下降不是由气孔导度降低导致的，而是叶肉细胞利用 CO₂的能力下降 (3) 上升 干旱程度加重时，气孔导度降低，O₂浓度相对升高，Rubisco 酶更易催化 C₅与 O₂结合，使光呼吸速率上升 (4)选育低光呼吸的作物品种（或适当提高环境 CO₂浓度、合理灌溉减轻干旱胁迫等，合理即可）。 【详解】（1）Rubisco 酶催化 C₅（RuBP）与 CO₂结合生成 C₃，这是光合作用暗反应中CO₂的固定阶段。光照充足时，光反应正常进行，会持续为暗反应提供 ATP 和 NADPH，使 C₃的还原过程正常进行，不断生成 C₅；但突然降低环境中 CO₂浓度时，CO₂的固定速率下降，C₅与 CO₂结合生成 C₃的过程受阻，C₅的消耗减少，而生成仍在继续，因此短时间内 C₅含量会升高。 （2）轻度干旱组的气孔导度（82.3）相比对照组（125.6）显著下降，说明气孔开放度降低，CO₂进入叶肉细胞的量减少；但胞间 CO₂浓度（285.8）与对照组（280.5）相比没有明显下降，说明净光合速率下降不是由气孔导度降低导致的，而是叶肉细胞利用 CO₂的能力下降，即非气孔因素。 （3）光呼吸的发生条件是 Rubisco 酶催化 C₅与 O₂结合，而干旱程度加重时，植物气孔导度降低，O₂浓度相对升高，Rubisco 酶在 O₂浓度高、CO₂浓度低时，更容易催化 C₅与 O₂结合，从而使光呼吸速率上升。同时，表格数据也直接显示：随着干旱程度从对照→轻度→中度→重度加重，光呼吸速率从 2.1→3.5→4.8→5.9 持续升高，与趋势一致。 （4）选育低光呼吸的作物品种； 适当提高环境中 CO₂浓度（如增施有机肥、CO₂气肥），抑制 Rubisco 酶与 O₂结合，减少光呼吸； 合理灌溉，减轻干旱胁迫，降低光呼吸速率； 调控环境中的 O₂浓度，降低 Rubisco 酶与 O₂结合的概率。 考向05 C4途径 14．（25-26高三下·甘肃金昌·阶段检测）甘蔗是典型的C4植物，叶片光合细胞包括叶肉细胞和维管束鞘细胞。与叶肉细胞叶绿体相比，维管束鞘细胞的叶绿体较大，无基粒。两种细胞进行光合作用的过程如图所示，其中PEP为磷酸烯醇式丙酮酸；NADP-ME为NADP-苹果酸酶，NADP-MDH为NADP-苹果酸脱氢酶。回答下列问题： (1)由图可知，在NADP-ME作用下，苹果酸氧化脱羧成_______，此时维管束鞘细胞内[ATP]/[NADPH]比值___________。 (2)欲设计实验证明甘蔗进行光合作用时，叶片中只有维管束鞘细胞内出现淀粉粒。实验小组选取生长健壮的甘蔗植株，首先对甘蔗叶片进行___________处理，其目的是_______，然后制作叶横切临时装片，在光照、温度等适宜条件下，培养一段时间后将叶片用碘蒸气处理，镜检发现只有_______，则可证明该结论成立。 (3)甘蔗对的利用率较高，能固定空气中浓度极低的，推测其的补偿点（光合速率等于呼吸速率时的浓度）___________（填“高于”“等于”或“低于”）普通的绿色植物。 (4)植物绿色细胞在强光照下吸收并释放的过程，被称为光呼吸。此过程中叶肉细胞内的与竞争性结合，与结合后经一系列化学反应会释放。研究发现，甘蔗的维管束鞘细胞进行光合作用时不产生氧气，从光呼吸角度分析其意义是_________。 【答案】(1) 丙酮酸、、NADPH 降低 (2) 一定时间的饥饿（黑暗或无光） 消耗叶片中原有的淀粉 维管束鞘细胞处呈现深蓝色 (3)低于 (4)有利于降低细胞光呼吸，增加净光合作用强度，从而提高作物的产量 【详解】（1）结合题图可知，苹果酸在NADP-ME作用下氧化脱羧，生成丙酮酸、NADPH和CO2，为维管束鞘细胞的卡尔文循环提供CO2；该过程会将NADP+还原为NADPH，使细胞内NADPH含量升高，因此[ATP]/[NADPH]比值降低。 （2）本实验目的是观察光合作用新合成淀粉的分布，因此实验前需要对甘蔗叶片进行一定时间的暗（饥饿）处理，目的是消耗叶片原有的淀粉，避免原有淀粉干扰实验结果；淀粉遇碘变蓝，若结论“只有维管束鞘细胞内出现淀粉粒”成立，则碘蒸气处理后镜检，仅能观察到维管束鞘细胞出现深蓝色（淀粉粒）。 （3）CO2补偿点是光合速率等于呼吸速率时的环境CO2浓度，甘蔗可以利用空气中极低浓度的CO2，在更低的CO2浓度下就能让光合速率等于呼吸速率，因此其CO2补偿点低于普通绿色植物。 （4）根据题意，光呼吸是O2与CO2竞争性结合C5​，最终会消耗有机物释放CO2。甘蔗维管束鞘细胞不产生氧气，细胞内O2​浓度低，减少了O2​与C5​的结合，降低了光呼吸强度，减少了有机物的浪费，有利于增加净光合作用强度积累有机物，从而提高作物的产量。 15．（2026·湖北·二模）玉米是高光合效率的C4植物，其光合作用与光呼吸过程需叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成。Rubisco酶为双功能酶：CO2浓度高时，倾向于催化五碳糖与CO2反应；O2浓度高时倾向于催化五碳化合物与O2反应并释放CO2（即光呼吸）。下图表示玉米的光合作用和光呼吸过程，据图回答下列问题： 注：PEP羧化酶固定CO2的效率远高于Rubisco酶 (1)由图可知，玉米维管束鞘细胞的叶绿体中没有类囊体，因此不能完成的生理活动是______；玉米细胞中能固定CO2的酶是______。 (2)光呼吸会______（填“降低”“促进”或“不影响”）光合作用效率，据题推测，C4植物能显著降低光呼吸强度的原因是______。 (3)高温条件下气孔关闭导致空气中的CO2不易进入细胞时，维管束鞘细胞仍能进行CO2的固定，此时CO2的来源有______（答出三点）。 (4)C3植物水稻较玉米的光呼吸强度大，造成显著损耗。我国科研团队通过转基因技术，引入3个细菌来源的酶（GCS、GCCM5、MCR）到水稻叶绿体中，构建了一条全新光呼吸旁路（TaCo路径），绕过天然光呼吸的高耗能过程，使水稻产量显著增加。为保证三种酶在水稻中稳定表达并发挥作用，路径构建过程中需进行两项优化：①密码子优化：将细菌基因的密码子替换为水稻偏好的密码子，目的是______。 ②肽段的融合：通过基因融合的手段，在酶蛋白N端添加特定的信号肽。若信号肽设计失误，则酶蛋白滞留细胞质基质中，无法发挥作用。推测信号肽的作用是______。 【答案】(1) 光反应 PEP羧化酶和Rubisco酶 (2) 降低 PEP羧化酶对CO2的亲和力较高，能固定更多的CO2，使维管束鞘细胞中CO2浓度较高，可减少O2对Rubisco酶的竞争，从而抑制光呼吸 (3)细胞呼吸、C4的释放、光呼吸释放 (4) （匹配水稻翻译系统）使目的基因在水稻中正确、高效翻译 引导酶蛋白进入叶绿体 【详解】（1）叶绿体类囊体薄膜是植物进行光反应的场所，分析题意可知，玉米维管束鞘细胞的叶绿体没有类囊体，故无法进行光反应；PEP羧化酶能在CO2浓度低时固定CO2，Rubisco酶能在CO2浓度高时催化五碳糖和CO2反应，所以能固定CO2的酶是PEP羧化酶和Rubisco酶。 （2）光呼吸消耗五碳糖、释放CO₂，会消耗光合作用的中间产物，消耗能量，因此降低光合作用效率，结合题干信息可知，PEP羧化酶对CO2的亲和力较高，能固定更多的CO2，使维管束鞘细胞中CO2浓度较高，可减少O2对RuBP羧化酶的竞争，从而抑制光呼吸。 （3）外界CO₂因气孔关闭无法进入时，玉米细胞内CO₂有三个来源：叶肉细胞中C₄分解释放、光呼吸过程释放、细胞自身有氧呼吸产生。 （4）①密码子是mRNA上编码氨基酸的三个相邻碱基，将细菌基因中的密码子替换为水稻所偏好的密码子，目的是（匹配水稻翻译系统）使目的基因在水稻中正确、高效翻译，提高目标基因的表达水平，从而增加合成酶的量，进而更有效地构建光呼吸旁路。 ②在酶蛋白的N端添加特定的信号肽后，酶蛋白就能进入叶绿体并发挥其作用。但如果信号肽的设计有误，酶蛋白就会滞留在细胞质基质中而无法发挥作用。据此推断，信号肽的作用就是引导酶蛋白进入叶绿体。 考向06 CAM途径 16．（25-26高二下·安徽合肥·期末）火龙果是原产于美洲热带地区的仙人掌科植物，具有典型的景天酸代谢（CAM）途径，其CO2固定方式特殊：夜晚气孔开放，CO2被固定后转化为苹果酸储存于液泡中；白天气孔关闭，苹果酸分解释放CO2供光合作用利用，从而减少水分蒸腾，适应干旱环境。我国南方某火龙果种植区的土壤为红壤，因淋溶作用导致镁元素易流失，影响火龙果的正常生长和产量。为探究镁对火龙果CAM途径及有机物积累的影响，科研人员用不同浓度镁离子（0、0.5、2、4 mmol·L-1）处理火龙果幼苗，一段时间后测定植株干物质含量和PEP羧化酶活性，结果如图2所示。请结合图1、图2回答下列问题。 (1)图1中，夜晚进入细胞的CO2在________的催化下与PEP结合生成草酰乙酸，草酰乙酸进一步还原为________。 (2)白天，液泡中储存的苹果酸运出并分解，释放的CO2进入叶绿体参与________（填生理过程），最终合成淀粉等有机物；该过程需要光反应提供________和ATP。 (3)分析图2可知，与镁离子浓度为0mmol·L-1时相比，0.5mmol·L-1处理组的干物质含量和PEP羧化酶活性均________（填“升高”或“降低”）；在实验浓度范围内，镁离子浓度为________mmol·L-1时干物质含量最高，说明适量镁可提高________的活性，促进有机物积累。 【答案】(1) PEP羧化酶 苹果酸 (2) 暗反应（或卡尔文循环） NADPH (3) 升高 2 PEP羧化酶 【详解】（1）结合图1信息和题干描述，夜晚进入细胞的CO2​在PEP羧化酶的催化下与PEP结合生成草酰乙酸，最终转化为苹果酸储存于液泡中，因此第二空为苹果酸。 （2）白天苹果酸分解释放的CO2​进入叶绿体，参与光合作用的暗反应（或卡尔文循环），用于合成淀粉等有机物；暗反应需要光反应提供NADPH和ATP。 （3）分析图2柱形图可知：与镁离子浓度为0 mmol·L−1相比，0.5 mmol·L−1处理组的干物质含量、PEP羧化酶活性均升高；实验浓度范围内，镁离子浓度为2 mmol·L−1时干物质含量最高，结合结果可知适量镁可提高PEP羧化酶的活性，促进夜晚CO2​固定，进而促进有机物积累。 17．（25-26高三上·宁夏银川·阶段检测）景天科植物八宝景天存在特殊的CO2固定方式，称为景天酸代谢途径（CAM）。八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供暗反应利用，过程如图所示。回答下列问题： (1)夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于_____（填“吸能”或“放能”）反应。④过程需要的能量物质是_____。 (2)白天八宝景天叶肉细胞进行光合作用所需的CO2来自_____。 (3)在电子显微镜下观察，可看到叶绿体内部有一些颗粒，它们被看作叶绿体的“脂质仓库”，这些颗粒随叶绿体的生长体积逐渐变小，可能的原因是_____。 (4)研究人员进一步研究了干旱胁迫对光合产物分配的影响：将长势一致的吐絮期棉株平均分成三组，其中一组为对照组，另两组设置为中度干旱和严重干旱组，相同条件下，光合作用一段时间后，测定主茎叶中14C在不同部位光合产物中的分布情况，得到下表中的数据： 不同干旱胁迫吐絮期上部主茎叶中14C光合产物的分配（%） 处理 对照 中度干旱 严重干旱 处理 对照 中度干旱 严重干旱 饲喂叶 54.33 52.48 50.57 果枝其他 0.57 0.27 0.21 第二果节铃 1.78 31.46 40.86 上位果枝 0.12 0.05 0.05 第二果节叶 0.07 0.07 0.06 下位果枝 0.13 0.22 0.31 第三果节铃 0.01 0 0 其他 42.96 15.45 8.14 第三果节叶 0.04 0 0 ①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在_____中，_____条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大。 ②大多数植物在干旱条件下，气孔会以数十分钟为周期进行周期性的闭合，称为“气孔振荡”，“气孔振荡”是植物对干旱条件的一种适应性反应，有利于植物生理活动的正常进行，原因_____。 【答案】(1) 吸能 ATP、NADPH (2)苹果酸分解和细胞有氧呼吸 (3)颗粒中的脂质参与构成叶绿体中的膜结构 (4) 饲喂叶和第二果节铃 严重干旱 既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行 【分析】光合作用：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成； ②暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。景天科植物晚上气孔开放，吸收CO2以苹果酸的形式储存起来，白天苹果酸释放出CO2，用于光合作用。 【详解】（1）据图可知，八宝景天夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，此过程需要NADH分解提供能量，因此推测夜晚CO2固定于苹果酸的过程属于吸能反应。④过程表示C3的还原，此过程需要光反应产生的ATP和NADPH供能和供氢，光反应产生ATP和NADPH的场所是（叶绿体）类囊体薄膜。 （2）据图分析可知，参与卡尔文循环的CO2直接来源于苹果酸的分解，同时细胞呼吸作用产生的CO2也作为卡尔文循环的直接来源。八宝景天气孔开闭的特点是适应干旱环境的方式，这种特点的形成是自然选择的结果。 （3）脂质减少时叶绿体生长，叶绿体膜主要由磷脂双分子层和蛋白质组成，所以可能脂质参与叶绿体中的膜结构的组成。 （4）①由表中数据可知，主茎叶中的光合产物主要分布在饲喂叶和第一果节铃，饲喂叶中更多。在严重干旱的条件下，饲喂叶向下位果枝运输的光合产物比例最大（0.31）。 ②气孔振荡既能降低蒸腾作用强度，减少水分的散失，又能保障CO2供应，使光合作用正常进行，有利于植物生理活动的正常进行。 考向07 光合细菌 18．（2025·福建厦门·二模）紫色硫细菌是一种光合细菌。下图为该细菌光复合系统参与代谢过程的简图。下列叙述正确的是（    ） A．紫色硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质 B．光复合系统上氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ C．图示过程在紫色硫细菌的类囊体薄膜上完成 D．紫色硫细菌能为其他生物提供氧气和有机物 【答案】A 【分析】题图分析，光复合系统参与的是光合作用的光反应，光反应需要光能和H2S，合成了NADPH和ATP，也产生了单质硫。 【详解】A、绿硫细菌的光复合系统能吸收光能，并发生化学反应（需要相关酶），说明绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质，A正确； B、光复合系统上氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）转化成还原型辅酶Ⅱ（NADPH），B错误； C、紫色硫细菌为原核生物，不具有叶绿体结构，因而也不具有类囊体薄膜，C错误； D、紫色硫细菌利用的是H2S作为氢供体，因而不能产生氧气，也不能为其他生物提供氧气，D错误。 故选A。 19．（24-25高三上·黑龙江大庆·期中）在光合作用过程中，植物以H2O为供氢体而产生O2；而古老的光合细菌——绿硫细菌以H2S为供氢体。如图表示绿硫细菌的光反应过程示意图，下列叙述正确的是（    ） A．菌绿素复合体分布于叶绿体的类囊体薄膜上 B．ATP合酶以协助扩散方式运输H+并驱动ATP合成 C．ATP中的化学能来源于H2S分解时产生的能量 D．绿硫细菌在光合作用的光反应中产生O2和NADPH 【答案】B 【分析】绿硫细菌属于原核生物，其细胞内只有核糖体一种细胞器，含有能够进行光合作用的色素和酶；绿硫细菌在进行光合作用时，光反应需要光能和H2S，合成了NADPH和ATP，也产生了单质硫。 【详解】A、绿硫细菌没有叶绿体，其进行光合作用的色素在细胞质基质中，A错误； B、由图可知，H+从高浓度的一侧通过ATP合酶运输至低浓度的一侧，该运输方式为协助扩散，且驱动ATP合成，B正确； C、绿硫细菌将光能转化成有机物中的化学能，而不是H2S 中的能量，C错误； D、绿硫细菌光合作用过程中产生的是单质硫，不产生O2，D错误。 故选B。 20．（2024·贵州·二模）科学家在厌氧型光合细菌中发现了一种利用菌绿素的原始光合作用机制，其基本原理如图所示。该细菌的光合作用与高等植物相比，下列叙述错误的是（    ）    A．ATP的合成同样依赖色素分子吸收光能 B．菌绿素和叶绿素同样位于类囊体薄膜 C．（CH2O）的合成都需要ATP和NADPH的参与 D．该细菌不释放O2是因为NADPH的H来自H2S 【答案】B 【分析】1、原核细胞与真核细胞的主要区别是没有以核膜为界限的细胞核。由真核细胞构成的生物叫作真核生物，如植物、动物、真菌等。由原核细胞构成的生物叫作原核生物，如细菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体等。蓝细菌细胞内含有藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物，但是没有叶绿体等细胞器，只有核糖体一种细胞器。 2、识图分析可知，图中厌氧型光合细菌利用菌绿素吸收光能合成了ATP，同时H2S转变为SO42-的过程中合成了NADPH，合成的ATP和NADPH用于CO2的还原生成了（CH2O）。 【详解】A、高等植物光合作用过程中，ATP的合成依赖光合色素吸收光能，识图分析可知，厌氧型光合细菌中ATP的合成同样依赖色素分子（菌绿素）吸收光能，A正确； B、菌绿素是厌氧型光合细菌中分布的色素，细菌属于原核生物，没有叶绿体，也没用类囊体薄膜存在，高等植物的叶绿素位于类囊体薄膜上，B错误； C、高等植物暗反应过程中C3还原需要ATP和NADPH的参与，生成（CH2O），图中厌氧型光合细菌（CH2O）的合成也需要ATP和NADPH的参与，C正确； D、识图分析可知，图中H2S转变为SO42-的过程中合成了NADPH，因此该细菌不释放O2是因为NADPH的H来自H2S，D正确。 21．（25-26高二下·吉林长春·期末）细菌X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。回答下列问题。 注：①～④表示反应过程；“→”表示光合作用，“----→”表示呼吸作用。 (1)高等植物光合作用产生的（CH2O）中的“H”原子来自反应物中的____________。 (2)与高等植物相比，细菌X特有的光反应产物有____________。①和②属于光合作用的____________阶段。 (3)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____________。高等植物有氧呼吸产生的CO2中的“O”原子来自反应物中的____________。 (4)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，细菌X会优先通过③进行光合作用。从能量角度推测，其主要原因是____________（答出1点即可）。 【答案】(1)H2O (2) S和NADH 暗反应 (3) 丙酮酸 ATP和NADH C6H12O6和H2O (4)路径③乙酸中的能量可转移到糖类等有机物中，合成有机物消耗的光能少 【详解】（1）高等植物光合作用产生的（CH2O）中的“H”原子来自反应物中的H2O。 （2）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。 （3）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丙酮酸；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。高等植物有氧呼吸产生的CO2中的“O”原子来自反应物中的C6H12O6和H2O。 （4）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，合成有机物消耗的光能少，因此乙酸充足时优先走③途径。 22．（2026·山东青岛·二模）人工固碳技术是解决温室效应与资源短缺的重要途径。某研究团队构建了一种模块化的光驱动仿生合成系统，并整合到沼泽红假单胞菌Rp（一种光合细菌）内部，实现了CO2的高效固定，以及具有较高经济价值的番茄红素的大量合成，其工作机制如图所示。 (1)番茄红素是一种重要的类胡萝卜素，其在层析液中的溶解度________（填“大于”或“小于”）叶绿素。该菌CO2固定过程发生在________（填场所）中，培养该菌时需向培养液中持续通入3%的CO2，其目的是________。 (2)研究发现，在该系统驱动下Rp固定CO2的速率显著提升。据图分析，该系统可以提高Rp内________（填物质名称）的含量促进暗反应的进行。质子梯度模块上发生的能量转化为________，若该模块停止工作一段时间后，Rp中番茄红素的产量将________（填“增加”或“减少”）。 (3)TCA和MEP分别指细胞中的分解供能和物质合成的两条代谢途径。当细胞中能量充足时，该系统有利于番茄红素的大量合成，结合本题信息分析，原因是________。 【答案】(1) 大于 细胞质基质 提供光合作用原料 (2) NADPH、ATP 光能转化为电化学势能进而转化为化学能 减少 (3)能量充足时TCA途径减弱，丙酮酸更多的流向MEP途径 【详解】（1）纸层析法分离色素的原理是：色素在层析液中溶解度越大，扩散速度越快。类胡萝卜素（包括番茄红素）的扩散速度快于叶绿素，因此溶解度大于叶绿素。沼泽红假单胞菌是原核生物，无叶绿体，其固定CO2的暗反应发生在细胞质基质中。持续通入CO2的目的是为暗反应提供充足原料，促进番茄红素合成。 （2）据图可知，该人工系统在光驱动下生成更多的NADPH和ATP，二者为暗反应提供还原剂和能量，可促进暗反应进行。质子梯度模块依靠光能驱动ATP合成，能量转化过程是光能转化为电化学势能进而转化为ATP中活跃的化学能。若该模块停止工作，ATP合成受阻，暗反应速率下降，丙酮酸生成减少，因此番茄红素产量减少。 （3）题干说明TCA是分解供能途径、MEP是合成番茄红素的途径；当细胞能量充足时，不需要丙酮酸大量经TCA分解供能，更多丙酮酸会流入MEP途径用于合成番茄红素，因此番茄红素可以大量合成。 考向08 蓝细菌光合 23．（26-27高三上·河南·阶段检测）“内共生假说”认为绿色植物的叶绿体起源于蓝细菌，因此研究蓝细菌的光合机制可为提高绿色植物的光合作用提供理论依据。相较于水稻等绿色植物，蓝细菌具有较高效率的固定CO2机制，如图。回答下列问题： (1)图中①和②过程属于光合作用中的___________阶段，其中___________（填“①”或“②”）过程需要光反应提供的___________。 (2)CO2通过细胞膜和光合片层的方式分别是____________、________________；Rubisco酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应（光呼吸），光呼吸会使光合速率下降，原因是______________；相比于水稻，蓝细菌几乎不会进行光呼吸，推测原因可能是_______________________。 (3)实验人员将蓝细菌羧酶体合成相关基因导入水稻细胞，成功表达出了完整的羧酶体，但转基因水稻的光合速率无明显变化，据图分析其原因可能是_______________________。 【答案】(1) 暗反应 ② ATP和NADPH (2) 自由扩散 主动运输 C5与O2反应会消耗可用于固定CO2的C5，也会竞争性结合催化CO2固定的Rubisco酶，导致CO2固定量减少，暗反应速率下降，进而光合速率下降 蓝细菌的Rubisco酶被包裹在羧酶体内，羧酶体可限制O2扩散进入，同时能富集CO2，使羧酶体内部CO2浓度远高于O2浓度，因此Rubisco酶几乎不会催化C5与O2的反应，蓝细菌几乎不进行光呼吸（或依赖细胞膜上的转运蛋白、光合片层上的CO2转运蛋白和NDH，以的形式促进羧酶体中CO2的富集，使羧酶体内部CO2浓度远高于O2浓度，因此Rubisco酶几乎不会催化C5与O2的反应，蓝细菌几乎不进行光呼吸） (3)水稻中缺少CO2转运蛋白和转运蛋白，不能对CO2进行富集 【详解】（1）图中①是CO₂的固定（C₅和CO₂生成C₃）、②是C₃的还原，二者都属于光合作用的暗反应阶段；其中C₃的还原，即②过程需要光反应提供的ATP供能、NADPH作为还原剂供能和供氢。 （2）由图可知，CO₂跨细胞膜时不需要转运蛋白，不需要能量，其运输方式为自由扩散；CO₂通过光合片层时需要借助CO₂转运蛋白且该过程消耗能量，属于主动运输。C5与O2反应会消耗可用于固定CO2的C5，也会竞争性结合催化CO2固定的Rubisco酶，导致CO2固定量减少，暗反应速率下降，进而光合速率下降；蓝细菌的Rubisco酶被包裹在羧酶体内，羧酶体可限制O2扩散进入，同时能富集CO2，使羧酶体内部CO2浓度远高于O2浓度，因此Rubisco酶几乎不会催化C5与O2的反应，蓝细菌几乎不进行光呼吸。 （3）蓝细菌能实现CO₂高效富集，依赖细胞膜上的CO₂转运蛋白、HCO₃⁻转运蛋白，以及光合片层上的HCO₃⁻转化富集系统，仅导入羧酶体合成基因的水稻，缺少上述配套的CO₂富集转运机制，无法在羧酶体内部形成高CO₂环境，因此不能提升光合速率。 24．（25-26高二下·福建厦门·期末）相较于早期地球的大气环境，现今大气中的CO2浓度相对较低。蓝细菌在进化过程中形成了一套能够在低CO2环境中高效进行碳固定的CO2浓缩机制（CCM）。该机制的核心结构为羧酶体，这是一种由蛋白质外壳包裹的微区室，内部封存有碳酸酐酶（CA）和Rubisco。下图为CCM的示意图。 请回答： (1)蓝细菌内的光合片层（与类囊体膜相似）上附着的____________捕获、吸收光能，并将光能转化为活跃的化学能，进而驱动卡尔文循环中的____________过程的进行。 (2)据图分析，细胞膜上的碳酸氢盐转运蛋白消耗ATP将HCO3-泵入胞内，该跨膜运输方式属于____________，该生理过程的意义是____________。 (3)羧酶体外壳对HCO3-和CO2的通透性存在差异，这一特性对于CCM至关重要，其原因是____________，从而使CO2在羧酶体内富集，为Rubisco提供高浓度的底物。 (4)Rubisco作为一种双功能酶，在CO2占比高时，催化CO2与C5化合物生成C3；在O2占比高时，催化O2与C5化合物的加氧反应，该加氧反应会引发光呼吸，从而消耗有机物和能量。结合CCM分析，蓝细菌在低CO2、高O2环境中仍能维持较高净光合速率的原因是____________。 (5)基于CCM高效固碳的特点，试举一项其在生产或环保中的应用前景：____________。 【答案】(1) 光合色素（叶绿素和藻蓝素） C3的还原 (2) 主动运输 为羧酶体内的碳固定提供充足的无机碳源，保证卡尔文循环高效进行 (3)允许HCO3−​通过进入羧酶体，而生成的CO2无法通过羧酶体外壳向外扩散，能够阻止CO2流失 (4)CCM机制可将HCO3-转运到细胞内并在羧酶体中转化为CO2，提高羧酶体内CO2浓度，既促进Rubisco催化CO2固定的反应，又抑制O2与C5的加氧反应，降低光呼吸消耗，保证暗反应高效进行 (5)将CCM相关基因导入作物，提高作物光合效率，增加作物产量；或利用该机制开发低CO2环境下的固碳装置，降低大气中CO2浓度，缓解温室效应 【详解】（1）吸收、捕获光能的物质是光合色素，吸收的光能转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，为卡尔文循环中C3的还原提供能量和还原剂。 （2）细胞膜上的碳酸氢盐转运蛋白消耗ATP将HCO3-泵入胞内，说明该过程是消耗能量的、逆浓度梯度运输的主动运输。由图可知，HCO3-可进入羧酶体并分解为暗反应所需的CO2，进而促进卡尔文循环，因此细胞膜上的碳酸氢盐转运蛋白逆浓度转运HCO3-可为羧酶体内的碳固定提供充足的无机碳源，保证卡尔文循环高效进行。 （3）由图可知，HCO3-可透过羧酶体外壳进入羧酶体，但分解形成的CO2不易从羧酶体扩散到细胞质，从而使CO2在羧酶体内富集，为Rubisco提供高浓度的底物。 （4）蓝细菌的CCM可使羧酶体内富集高浓度的CO2，同时抑制O2进入羧酶体，一方面高浓度CO2提高了Rubisco催化CO2​固定的效率，促进暗反应合成有机物，提升光合速率；另一方面高CO2​、低O2的环境抑制了Rubisco的加氧反应，减少了光呼吸对有机物和能量的消耗，降低了呼吸消耗，因此最终可以维持较高的净光合速率。 （5）将CCM相关基因导入农作物，改良作物的光合固碳能力，从而提高农作物产量。如构建含高效CCM的工程菌，吸收大气中的CO2，缓解温室效应。或利用CCM提高微生物固碳效率，生产生物能源，缓解能源危机。 考向09 光合作用经典实验 25．（26-27高三上·湖北黄冈·开学考试）科学家在对光合作用的探究中相继进行了多个经典实验。下列实验过程及现象与实验结论对应错误的是（     ） 选项 实验过程及现象 实验结论 A 在离体叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2）中加入铁盐，在光照下释放出O2 植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水 B 在黑暗中用极细的光束照射水绵，需氧细菌只向叶绿体被照射的部位集中 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 C 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光 D 用14CO2供小球藻进行光合作用，放射性先后出现在C3、C6中 光合作用过程中碳元素转移路径：CO2→C3→C6 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A、该实验为希尔反应，仅能证明离体叶绿体在光照条件下可分解H2O产生O2，无法证明光合作用产生的氧气中的氧全部来自水，该结论是鲁宾和卡门利用同位素标记法分别标记H2O和CO2中的氧探究得出的，A错误； B、该实验为恩格尔曼的经典实验，需氧细菌会聚集在氧气充足的区域，黑暗中仅被光束照射的叶绿体部位分布有需氧细菌，说明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，B正确； C、需氧细菌大量聚集在红光和蓝紫光区域，说明该区域水绵光合作用更强、释放氧气更多，可得出水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光的结论，C正确； D、该实验为卡尔文探究暗反应碳转移路径的实验，14CO2的放射性先后出现在C3、C6中，可推断光合作用中碳元素转移路径为CO2→C3→C6，D正确。 26．（25-26高三上·辽宁大连·期末）科学家在探索光合作用原理的过程中做过一些经典实验，回答下列问题。 Ⅰ.希尔发现，离体叶绿体的悬浮液(不含CO2)中加入外源氧化剂(如Fe3+)，在光照下可以释放出氧气。希尔对上述现象解释为：。 (1)希尔的实验模拟了光合作用的___________阶段的部分变化。希尔将叶片置于溶液a中，用机械法制备叶绿体的悬浮液，从理化性质的角度分析，溶液a应满足的主要条件是___________(答出2点即可)。 (2)Fe3+是一种电子受体。在叶绿体中，___________(填物质)也可作为电子受体，与水分解时产生的电子结合。 (3)希尔的实验说明水的光解产生氧气，却不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水，理由是___________。 Ⅱ.卡尔文用小球藻做了如图所示的实验。 (4)卡尔文利用___________法来追踪光合作用中碳原子的转移途径。 (5)步骤④中煮沸的甲醇的作用是：一方面可以快速___________，终止光合作用；另一方面用来___________被标记的化合物。 (6)为了找到光合作用中CO2参与形成的第一种物质，他重复进行上图实验多次(保证每次实验时小球藻细胞中不含放射性物质)，不断___________(填“延长”或者“缩短”)步骤③中的光照时间，其它步骤不变，分离并鉴定出含放射性的化合物种类越来越少，最终只剩一种，并证明其是C3。 (7)在寻找与CO2结合的物质的过程中，卡尔文通过改变CO2的供应量进行进一步实验，并推测出C5是与CO2结合的物质。下表表示该实验的方法及结果，请将表格中__________部分及C3的变化曲线补充完整__________。 【答案】(1) 光反应 pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同 (2)NADP+  (氧化型辅酶Ⅱ) (3)该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰(或“没有直接观察到氧元素的转移”“希尔反应中没有CO2参与，无法证明光合作用中释放的氧气不来自于CO2”) (4)(放射性)同位素标记/示踪 (5) 杀死小球藻/使酶失活/杀死细胞 提取 (6)缩短 (7) 停止通入CO2降低CO2的浓度/通入小于0.1%的CO2 【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成；光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】（1）希尔反应需要光能，分解水产生氧气，因此希尔的实验模拟了光合作用的光反应阶段的部分变化。希尔将叶片置于溶液a中，用机械法制备叶绿体的悬浮液，溶液a不能破坏叶绿体的结构，同时要保持其生理活性，因此从理化性质的角度分析，溶液a应满足pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同等条件。 （2）Fe3+是一种电子受体，在叶绿体中NADP+ (氧化型辅酶Ⅱ)作为电子受体，与水分解时产生的电子和H+结合形成NADPH。 （3）叶绿体中其他物质也含有氧元素，有可能氧气来自这些物质的代谢过程，即该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，所以不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。 （4）卡尔文向小球藻中通入14CO2，通过同位素示踪法来追踪光合作用中碳原子的转移途径。 （5）要想终止光合作用，必须杀死小球藻，因此煮沸甲醇的目的之一是杀死小球藻；步骤④之后的步骤⑤是用一定的方法分离并鉴定提取物，因此步骤④还有一个目的是提取被标记的化合物。 （6）缩短光照时间，其它步骤不变，在短时间内光反应产生的ATP和NADPH的量减少，形成的第一种物质还原减少，而生成保持不变，所以形成的第一种物质含量增加，有利于分离并鉴定。 （7）在寻找与CO2结合的物质的过程中，卡尔文通过改变CO2的供应量进行进一步实验，一组通入0.1%的CO2，则另一组可以停止通入CO2降低CO2的浓度或通入小于0.1%的CO2。当减少CO2的供应量时，在其他条件不变的情况下，在短时间内，C3的还原保持不变，而C3的生成在减少，因此C3的含量会减少，后保持相对稳定，C3的变化如图所示。 27．（2026·辽宁大连·模拟预测）科学家通过一系列经典实验揭示光合作用的原理与过程。基于相关研究成果，人工光合作用技术模拟植物光合作用过程，在清洁能源开发领域有广阔应用前景。 (1)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是和___________相伴随。 (2)制备类囊体：将分离得到的类囊体放置在等渗溶液中，目的是___________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持___________(“低温”或“常温”)。 (3)在探究光合作用中ATP生成的直接能量来源时，贾格道夫完成如下实验，该实验全程在黑暗中进行的目的是___________，H+从类囊体腔(内)向叶绿体基质(外)的运输方式___________，依据实验结果，可得出实验结论___________。 (4)研究团队构建人工叶绿体时发现，若仅组装了类囊体结构、光合色素与ATP合酶，无法合成糖类，若要实现完整的碳固定，还需补充的关键条件是___________。若发现即使增加光照强度，多碳化合物产量也不再增加，从碳反应的角度分析，可采取的有效措施有___________(答两点)。 【答案】(1)水的光解 (2) 维持类囊体正常形态与结构 低温 (3) 避免光反应产生H+和ATP 协助扩散 ATP生成的直接能量来自H+浓度梯度(而非光能) (4) 暗反应相关的酶、C5、CO2等物质 提高CO2浓度、调节温度至酶的最适温度(合理即可) 【详解】（1）在光照下，叶绿体可合成ATP，这是光反应的过程，该过程总是和水的光解相伴随。 （2）制备类囊体时，将分离得到的类囊体放置在等渗溶液中，目的是维持类囊体正常形态与结构。为避免膜蛋白被降解，提取液应保持低温，原因是低温会抑制酶的活性。 （3）在探究光合作用中ATP生成的直接能量来源时，贾格道夫完成如下实验，该实验全程在黑暗中进行的目的是避免光反应产生H+和ATP。类囊体腔内的pH低于腔外，说明类囊体腔内的H+多，H+从类囊体腔(内)向叶绿体基质(外)的运输是顺浓度运输，方式是协助扩散。结果是形成了ATP，由此可说明ATP生成的直接能量来自H+浓度梯度(而非光能)。 （4）光合作用包括光反应过程和暗反应过程，因此若要实现完整的碳固定，还需补充的关键条件是暗反应相关的酶、C5、CO2等物质。若发现即使增加光照强度，多碳化合物产量也不再增加，从碳反应的角度分析，可能的原因是原料二氧化碳不足，也可能是温度不适，酶活性较弱，因此可采取的有效措施有提高CO2浓度、调节温度至酶的最适温度。 1 学科网（北京）股份有限公司 $