高中生物大概念:“细胞的生存需要能量和营养物质”核心好题解读

1.(2023·全国乙卷，2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是()

A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素

B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上

C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰

D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢

答案D

解析N元素和Mg元素都是构成叶绿素的必需元素，A正确；叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确；叶绿体中的色素在层析液中溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。

2.(2025·新课标卷，2)在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率(CO₂固定速率)和呼吸速率(CO₂释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是()

A.光照强度为a时，该植物的干重不会增加

B.光照强度从a逐渐增加到b时，该植物生长速率逐渐增大

C.光照强度小于b时，提高大田CO₂浓度，CO₂固定速率会增大

D.光照强度为b时，适当降低光反应速率，CO₂固定速率会降低

答案C

解析　光照强度为a时，光合速率等于呼吸速率，即净光合速率为0；植物干重增加依赖净光合积累有机物，此时净光合速率为0，干重不会增加，A正确；光照强度从a逐渐增加到b时，光合速率与呼吸速率差值逐渐增大；净光合速率越大，植物积累有机物越多，生长速率逐渐增大，B正确；光照强度小于b时，光照强度未达饱和的阶段，在光照强度为主要限制因素时，提高大田CO₂浓度，CO₂固定速率不一定增大(因为光照不足，光反应提供的ATP和NADPH有限，限制暗反应)，C错误；光照强度为b时，光反应为暗反应提供ATP和NADPH；适当降低光反应速率，提供的ATP和NADPH减少，会使暗反应中CO₂固定速率降低，D正确。

3.(2024·海南卷，16)海南是我国芒果(也称杧果)的重要种植地，芒果的生长和果实储藏受诸多因素影响。回答下列问题：

(1)芒果的生长依赖于光合作用：光合作用必需的酶分布在叶绿体的_____和________。

(2)生产中用植物生长调节剂乙烯利浸泡采摘后的芒果，可促进果实成熟，原因是

_______。

(3)为延长芒果的储藏期，应减弱芒果的呼吸作用，其目的是________。

从环境因素考虑，除了降低温度外，减弱芒果呼吸作用的措施还有_____(答出1点即可)。

(4)芒果在冷藏期间呼吸速率会降低，有利于保鲜。但芒果对低温敏感，冷藏期间易受到冷害，导致呼吸速率持续下降，影响果实品质。为了探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用，请以呼吸速率为测定指标，简要写出实验设计思路、预期结果和结论________(注：褪黑素可用蒸馏水配制成溶液)。

答案(1)类囊体薄膜　基质

(2)乙烯利能释放出乙烯促进果实的成熟

(3)减少有机物的消耗　降低氧浓度

(4)实验设计思路：将采摘后的生长状况相同的芒果均分为两组，标记为甲组和乙组，甲组用褪黑素进行处理，乙组不做处理，两组在相同条件下进行冷藏，实验开始及之后每隔一段时间测定甲、乙两组水果的呼吸速率

预期结果和结论：若甲组呼吸速率高于乙组，说明冷藏前用褪黑素处理芒果具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率与乙组相差不多，说明冷藏前用褪黑素处理芒果不具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率低于乙组，说明冷藏前用褪黑素处理芒果加重了冷害的作用

解析(1)光合作用包括光反应和暗反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的场所发生在叶绿体基质，两个过程都需要酶的催化作用，因此光合作用必需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质。(2)乙烯利与水或含羟基化合物反应放出乙烯，乙烯能够促进果实成熟。(3)呼吸作用会分解有机物，为延长芒果的储藏期，应减弱芒果的呼吸作用，减少有机物的消耗。影响细胞呼吸的环境因素包括温度、水、氧浓度和二氧化碳浓度等，除了降低温度外，减弱芒果呼吸作用的措施还有降低氧浓度。(4)根据题意，该实验的目的是探究冷藏前用褪黑素处理芒果是否具有减轻冷害的作用，实验的自变量是冷藏前是否用褪黑素处理，因变量为呼吸速率。实验设计遵循单一变量和对照性原则，那么实验设计思路为：将采摘后的生长状况相同的芒果均分为两组，标记为甲组和乙组，甲组用褪黑素进行处理，乙组不做处理，两组在相同条件下进行冷藏，实验开始及之后每隔一段时间测定甲、乙两组水果的呼吸速率。预期结果和结论：若甲组呼吸速率高于乙组，说明冷藏前用褪黑素处理芒果具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率与乙组相差不多，说明冷藏前用褪黑素处理芒果不具有减轻冷害的作用；若甲组呼吸速率低于乙组，说明冷藏前用褪黑素处理芒果加重了冷害的作用。

4.(2025·四川卷，16)在温室中种植番茄，光照强度和CO₂浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m^－2·s^－1，CO₂浓度约为400 μmol·mol^－1。为提高温室番茄产量，有人测定了补充光照和CO₂后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。

注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关。

(1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择________(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。

(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的____________，从而提高了净光合速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO₂浓度却更高，可能的原因是_________。

(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO₂浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择________，依据是________。

答案(1)无水乙醇　红光　(2)ATP和NADPH　环境的CO₂更多　(3)光照强度加倍　与CO₂浓度加倍相比，光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大

解析(1)叶绿素可溶解在有机溶剂中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，光合作用中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含量。(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP和NADPH，从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的CO₂浓度是甲组的二倍，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO₂浓度却更高，可能的原因是环境的CO₂更多。(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，与CO₂浓度加倍相比，光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故应选择光照强度加倍。

5.(2025·广西卷，18)科学家利用衣藻和大肠杆菌设计了一种共培养系统。该系统中，工程化衣藻在光合作用时，会通过光呼吸竞争性消耗C₅产生甘醇酸(光呼吸强度受CO₂/O₂比值影响)；工程化大肠杆菌利用甘醇酸合成高价值生物产品。实验过程及结果见图。回答下列问题：

注：μE为光照强度单位μmol·m^－2·s^－1。

(1)第①阶段向培养液中通入3%CO₂，目的是___________。

(2)第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是___________。

(3)据图分析，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是________；第④阶段衣藻和大肠杆菌的干重均增加，原因是________。

(4)该系统对助力实现碳中和目标的优势是________。

答案(1)为衣藻光合作用提供原料　(2)培养系统中原有的甘醇酸耗尽，大肠杆菌缺乏碳源　(3)光照强度　光照强度提高导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多，另一方面CO₂/O₂比值下降使衣藻产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源　(4)可以持续利用CO₂合成高价值生物产品

解析(1)第①阶段向培养液中通入3%CO₂，用于单独培养衣藻的目的是为衣藻光合作用提供原料。(2)该培养系统中衣藻可以光合自养，而大肠杆菌只能依赖衣藻产生的甘醇酸作为唯一碳源，第②阶段大肠杆菌干重下降的主要原因是培养系统中原有的甘醇酸消耗减少，大肠杆菌缺乏碳源。(3)对比第③阶段和第④阶段可知，限制第③阶段衣藻干重增加的主要因素是光照强度，提高光照强度即可显著加快衣藻干重增加。第④阶段提高了光照强度导致衣藻光反应增强，一方面使衣藻暗反应合成有机物增多，另一方面CO₂/O₂比值下降使衣藻产生更多甘醇酸，为大肠杆菌提供更多碳源，因此两者干重均增加。(4)相比于其他方式，该系统对助力实现碳中和目标的优势是可以持续利用CO₂合成高价值生物产品。

6.(2024·全国甲卷，29)在自然条件下，某植物叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。回答下列问题。

(1)该植物叶片在温度A和C时的光合速率相等，叶片有机物积累速率________(填“相等”或“不相等”)，原因是_______。

(2)在温度D时，该植物体的干重会减少，原因是_______。

(3)温度超过B时，该植物由于暗反应速率降低导致光合速率降低。暗反应速率降低的原因可能是_________(答出一点即可)。

(4)通常情况下，为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在_____________最大时的温度。

答案(1)不相等　叶片的呼吸速率不相等

(2)在温度D时，该植物叶片的光合速率与呼吸速率相等，植物体的非绿色部分只进行呼吸作用

(3)温度超过B时，随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO₂减少(或温度超过B时，随着温度升高，与暗反应有关酶的活性降低)(合理即可)

(4)光合速率与呼吸速率差值(或净光合速率)

解析(1)有机物的积累速率代表净光合速率，净光合速率＝光合速率－呼吸速率。由图可知，该植物叶片在温度A和C时光合速率相等，呼吸速率不相等，即该植物叶片在温度A和C时的净光合速率不相等，因此该植物叶片在温度A和C时的有机物积累速率不相等。(2)在温度D时，该叶片的光合速率与呼吸速率相等，即该植物叶片的净光合速率为0，没有有机物积累，该植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，这些细胞需要通过细胞呼吸消耗有机物，因此，在温度D时，该植物体的干重会减少。(3)温度较高时，蒸腾作用较强，植物气孔部分关闭，以防止水分大量散失。气孔部分关闭时，通过气孔进入叶片的CO₂减少，暗反应速率降低，导致光合速率降低。因此温度超过B时，该植物暗反应速率降低的原因可能是随着温度升高，植物气孔开度降低，进入叶片的CO₂减少。(4)植物的净光合速率越大，积累的有机物越多，因此为了最大程度地获得光合产物，农作物在温室栽培过程中，白天温室的温度应控制在净光合速率最大时的温度。

【练·一年好题】

7.(2026·河南郑州一中测试)高温、干旱、盐碱和强光等非生物胁迫是影响小麦光合作用的主要因素。请回答相关问题。

(1)植物的光反应系统由PS Ⅰ和PS Ⅱ构成，二者均由光合色素和相关蛋白质构成。小麦的PS Ⅱ(D1蛋白是PS Ⅱ的重要组成成分)更易受高温胁迫影响，机理如图所示：一方面，高温使_________膜流动性增强，PS Ⅱ从膜上脱落；另一方面，高温引起活性氧(ROS)含量增多，可通过_________和________两条途径使PS Ⅱ失活抑制光反应。

(2)干旱是土壤缺水引起的非生物胁迫。干旱处理后的小麦根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔变小，光合作用速率________。干旱条件下，脱落酸对植物生命活动的积极意义是_________。

(3)盐碱胁迫会抑制小麦生长。科研工作者进行了如下研究，根据表中数据分析，重度盐碱胁迫使小麦净光合速率下降，是否由气孔导度变化引起？________(填“是”或“否”)，依据是____________。

注：气孔导度是衡量气孔开放程度的指标。

(4)强光下植物光合速率下降的现象称为“光抑制”现象，产生光抑制的主要原因是强光下叶片吸收的光能过剩，会破坏叶绿体的结构。植物体能调整自身生理结构或者调节光能在叶片上的去向进行自我保护。据此推测植物体应对“光抑制”的具体措施：____________(答出1点即可)。

答案(1)类囊体　抑制D1蛋白合成　直接损伤D1蛋白(破坏D1蛋白的空间结构)(2)降低　干旱条件下脱落酸含量升高，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分　(3)否　重度盐碱胁迫下，小麦气孔导度虽然减小，但胞间CO₂浓度反而增大　(4)叶绿体避光运动或增加热耗散

解析(1)光反应发生的场所是类囊体薄膜，高温使类囊体膜流动性增强，PS Ⅱ从膜上脱落。ROS过量，一方面能抑制D1蛋白合成，另一方面能破坏D1蛋白的空间结构，进而使PS Ⅱ失活，抑制光反应。

(2)

(3)分析表格数据可知，重度盐碱胁迫下，小麦的气孔导度虽然减小，但胞间CO₂浓度反而增大，说明CO₂不是限制植物光合作用的因素，因此小麦净光合速率下降不是由气孔导度变化引起的。(4)根据题干信息“光能过剩”推出措施①：增加热耗散；根据题干信息“破坏叶绿体的结构”“调节光能在叶片上的去向”推出措施②：叶绿体避光运动。