2026 河北ATP真题深度溯源解析,叶绿体也能给细胞质供能?

期刊：New Phytologist（2024）

实验手段：利用荧光共振能量转移（FRET）荧光ATP生物传感器，实时监测细胞质基质ATP随光照和黑暗交替的动态变化；设置三组实验：（1）野生型（对应本题①组）；（2）线粒体呼吸复合体突变体（有氧呼吸部分受抑制，对应本题②组）；（3）DCMU抑制叶绿体光反应株系（对应本题③组）。

论文核心结论（完全对应题干文字+曲线图）：光照条件下，叶绿体可以向外输出能量，造成细胞质基质ATP快速升高；叶绿体被DCMU抑制后，光照不再引起细胞质ATP上升。

线粒体呼吸能够持续向细胞质基质供给ATP；当光照转为黑暗、叶绿体停止供能时，线粒体可以缓冲ATP下降；呼吸突变体的ATP回落幅度显著大于野生型。

叶绿体与线粒体共同作为细胞质基质ATP的两大供给源：光照期主要靠叶绿体输出ATP，黑暗期完全依靠线粒体维持ATP稳态。

二、试题逐项分析

没有官方答案的情况下，对该试题纠结的A答案如何理解？

首先说一说，DCMU（敌草隆）的作用机理：彻底切断PSⅡ向下游的电子传递通路，水光解产生的电子无法继续向后传递，跨类囊体膜的质子梯度无法建立；质子动力势消失，ATP合酶无法合成 ATP；结果叶绿体光反应不再产生ATP，既不能供给暗反应，也不能向外输出ATP到细胞质基质，完美对应试题③组曲线。

①与③的唯一变量是是否用DCMU抑制叶绿体光反成的ATP生成，从横坐标上看，实验前有较长时间暗处理，三组①②③都消耗掉了原有储存的光合产物，三组细胞内初始光合底物水平完全一致，实验材料①组同样光合产物缺乏，但光照下细胞质质ATP明显升高，③组光照下ATP无显著变化，根本原因应该是光反应受阻、叶绿体无法产生并向细胞质基质输送ATP，而不是光合产物缺少，A错误。

据图可知，②（部分有氧呼吸受抑制）、③（叶绿体ATP合成被抑制）分别与①（野生型）比，第一次光照时②③组细胞质基质ATP相对含量均低于①，说明①中ATP的增加与叶绿体、线粒体均有关，B正确。

据高中生物学知识，CO₂的固定，不消耗ATP，只有C3酸的还原消耗光反应ATP，C错误。

由题图可知，①野生型和②呼吸受抑制突变体对比：光照转黑暗，叶绿体停止向外输出ATP，②组ATP下降幅度远大于①，证明线粒体持续向细胞质基质补充 ATP，缓冲ATP下跌，维持细胞质基质ATP稳定供应，D正确。

综上所述，该试题的参考答案为BD。

三、试题带来的问题——小立碗藓叶绿体可以向细胞质基质输送ATP（高等被子植物一般不行）

小立碗藓（苔藓，陆生早期植物）的特殊性：

有关论文明确写明：小立碗藓的叶绿体仅在特定条件下可向细胞质输出ATP，而线粒体持续为细胞质供给ATP。

苔藓叶绿体保留了原始性状：在碳固定速率下降时，光反应多余的ATP可以通过磷酸丙糖穿梭机制向外输出，提升细胞质基质ATP水平。

光照下：叶绿体向外输出能量，细胞质ATP上升；叶绿体被DCMU阻断光反应，光照无法提升细胞质ATP（对应③曲线）；线粒体持续提供基础ATP，保障明暗切换时细胞质ATP不会剧烈暴跌（对应①与②的差异）。

高等被子植物（水稻、拟南芥）常规情况：

叶绿体光反应产生的ATP几乎全部留在叶绿体内，只用于暗反应；叶绿体膜上核苷酸三磷酸转运蛋白（NTT转运蛋白）只负责从细胞质摄入ATP，几乎不向外输出ATP。细胞质ATP全程只能依靠线粒体呼吸供给。

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