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题型三 综合大题
专练11 细胞代谢 （必刷20 题）
1．（2024·江苏·高考真题）科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a 含量等进行了系列研究。图1 是蓝
细菌光合作用部分过程示意图，图2 是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题：
(1)图1 中H+从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP 合酶，而O2能自由通过类囊体膜，说明类囊体膜具有的特性是
。碳反应中C3在 的作用下转变为（CH2O），此过程发生的区域位于蓝细菌的 中。
(2)图2 中蓝细菌光合放氧的曲线是 （从“甲”“乙”中选填），理由为 。
(3)在一定条件下，测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a 含量，建立叶绿素a 含量与蓝细菌密度的相关曲线，用于估
算水体中蓝细菌密度。请完成下表：
实验目的
简要操作步骤
测定样液蓝细菌数
量
按一定浓度梯度稀释样液，分别用血细胞计数板计数，取样前需①
浓缩蓝细菌
②
③
将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④
用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放
建立相关曲线
用分光光度计测定叶绿素a 含量，计算
【答案】(1) 选择透过性 ATP 和NADPH 细胞质基质
(2) 乙 常温下光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样植物才能积累有机物，正常生长
(3) 摇匀 稀释样液离心，取下层沉淀物 提取叶绿素 防止叶绿素降解
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP 的生成，暗反应包括二氧化碳
的固定和三碳化合物的还原等。
【详解】（1）类囊体膜允许某些物质通过，而限制另一些物质通过，这体现了类囊体膜具有选择透过性。碳反应
中，C3 在光反应产生的ATP 和NADPH 的作用下，三碳化合物被还原为糖类等有机物，蓝细菌是原核生物，此过程
发生在蓝细菌的细胞质基质中。
（2）光合作用产生氧气，而呼吸作用消耗氧气。一般来说，光合作用在一定温度范围内随温度升高而增强，产生
的氧气增多；呼吸作用在一定温度范围内随温度升高而增强，消耗的氧气增多。但通常光合作用产生氧气的量大
于呼吸作用消耗氧气的量，这样 植物才能积累有机物，正常生长，所以图2 中蓝细菌光合放氧的曲线是乙。
（3）第一步：测定样液蓝细菌密度时，取样前需摇匀，以保证计数的准确性。
第二步：浓缩蓝细菌，将稀释样液离心，取下层沉淀物。
第三步：将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮，是为了提取叶绿素 。
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第四步：用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放，以防止叶绿素降解。
2．（2024·重庆·高考真题）重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和
（光合速率不再随光强增加而增加）和光抑制（光能过剩导致光合速率降低）现象。
(1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。
①黄连的光饱和点约为 umol*m-2*s-1。光强大于1300umol*m-2*s-1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于
。
②推测光强对黄连生长的影响主要表现为 。黄连叶片适应弱光的特征有 （答2 点）。
(2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏（主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合
体），为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向（题图2）的比例，提升修复能力等防御机制，具体可
包括 （多选）。①叶片叶绿体避光运动，②提高光合产物生成速率，③自由基清除能力增强，④提高叶
绿素含量，⑤增强热耗散。
(3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施施及其作用
是 。
【答案】(1) 500 光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加 黄连在弱光随光强增加生
长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制 叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体
类囊体膜面积更大）
(2)①②③⑤
(3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应
【分析】分析图1：光照强度小于500umol*m-2*s-1 时，净光合速率随着光照强度的增强而增强，当光照强度大于
500umol*m-2*s-1 时，随着光照强度的增强而减弱；胞间二氧化碳浓度随着光照强度的增强先下降后缓慢上升；气
孔导度随着光照强度的增强而缓慢上升。
分析图2：叶片对入射太阳辐射的主要去向为热消耗。
【详解】（1）①光饱和点为光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度，由图1 净光合速率的曲线可知当光照
强大达到500umol*m-2*s-1 时光合速率不再增加；光强大于1300umol*m-2*s-1 后，由图1 可知光合作用受到抑制，
且气孔导度增加，所以胞间二氧化碳浓度增加主要是由于光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度
增加。
②由图1 净光合速率曲线可知光强对黄连生长的影响主要表现为在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强
其生长受到抑制；弱光时，可通过增加受光面积或增加光合色素的含量来增加光合速率，所以黄连叶片适应弱光
的特征有叶片较薄，叶绿素较多，（叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大）。
（2）为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，由图2 可看出光能的主要去向为热消耗，所以
黄连提升修复能力等防御机制，具体可包括⑤增强热耗散；①叶片叶绿体避光运动：减少对光的吸收；②提高光
合产物生成速率，从而提高光合速率消耗更多的光能；③自由基清除能力增强：减少对光合结构的破坏。而④提
高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。
（3）为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用有合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反
应，合理密植等。
3．（2024·贵州·高考真题）农业生产中，旱粮地低洼处易积水，影响作物根细胞的呼吸作用。据研究，某作物根
细胞的呼吸作用与甲、乙两种酶相关，水淹过程中其活性变化如图所示。
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回答下列问题。
(1)正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，从物质和能量的角度分析，其代谢特点有 ；
参与有氧呼吸的酶是 （选填“甲”或“乙”）。
(2)在水淹0～3d 阶段，影响呼吸作用强度的主要环境因素是 ；水淹第3d 时，经检测，作物根的CO2释
放量为0.4μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，若不考虑乳酸发酵，无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的
倍。
(3)若水淹3d 后排水、作物长势可在一定程度上得到恢复，从代谢角度分析，原因是 （答出2 点即
可）。
【答案】(1) 需要氧气参与；有机物被彻底氧化分解；释放大量能量，生成大量ATP 乙
(2) O2的含量 3
(3)无氧呼吸积累的酒精较少，对细胞毒害较小；0~3d 无氧呼吸产生的能量维持了基本的生命活动；催化有氧呼吸
的酶活性并未完全丧失
【分析】细胞呼吸主要为有氧呼吸，有氧呼吸分为三个阶段：
第一阶段：在细胞质的基质中，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，同时脱下4 个[H](活化氢)；在葡萄糖
分解的过程中释放出少量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生少量的ATP。这一阶段不需要氧的参与，是
在细胞质基质中进行的。
第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，两分子丙酮酸和6 个水分子中的氢全部脱下，共脱下20 个[H]，丙酮酸被
氧化分解成二氧化碳；在此过程释放少量的能量，其中一部分用于合成ATP，产生少量的能量。这一阶段也不需要
氧的参与，是在线粒体基质中进行的。
第三阶段：在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24 个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6 个O2结合成水；
在此过程中释放大量的能量，其中一部分能量用于合成ATP，产生大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒
体内膜上进行的。
【详解】（1）正常情况下，作物根细胞的呼吸方式主要是有氧呼吸，有氧呼吸是在氧气充足的情况下，将葡萄糖
彻底氧化分解，将能量释放出来。随着水淹天数的增多，乙的活性降低，说明乙是与有氧呼吸有关的酶。
（2）在水淹0～3d 阶段，随着水淹天数的增加，氧气含量减少，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强。CO2释放量为
0.4μmol·g-1·min-1，O2吸收量为0.2μmol·g-1·min-1，有氧呼吸需要消耗氧气，葡萄糖的消耗量、氧气消耗量和CO2
释放量为1：6：6，无氧呼吸葡萄糖消耗量和CO2 释放量比为1：2，无氧呼吸和无氧呼吸均产生产生
0.2μmol·g-1·min-1 CO2，所以无氧呼吸强度是有氧呼吸强度的3 倍。
（3）若水淹3d 后排水，植物长势可在一定程度上得到恢复，一方面是排水后氧气含量上升，有氧呼吸增强，产
生的能量增多；另一方面，由图可知，第四天无氧呼吸有关的酶活性显著降低，可能是第四天无氧呼吸产生的酒
精毒害作用达到了一定程度，之后就很难恢复，所以要在水淹3 天排水。
4．（2024·江西·高考真题）当某品种菠萝蜜成熟到一定程度，会出现呼吸速率迅速上升，再迅速下降的现象。研
究人员以新采摘的该菠萝蜜为实验材料，测定了常温有氧贮藏条件下果实的呼吸速率和乙烯释放速率，变化趋势
如图。回答下列问题：
3
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(1)菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的 ，其释放的能量一部分用于生成 ，另一部分
以 的形式散失。
(2)据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，这体现了乙烯产生的调节方式为 。
(3)据图推测，菠萝蜜在贮藏5 天内可溶性糖的含量变化趋势是 。
为证实上述推测，拟设计实验进行验证。假设菠萝蜜中的可溶性糖均为葡萄糖，现有充足的新采摘菠萝蜜、仪器
设备（如比色仪，可用于定量分析溶液中物质的浓度）、玻璃器皿和试剂（如DNS 试剂，该试剂能够和葡萄糖在
沸水浴中加热产生棕红色的可溶性物质）等。简要描述实验过程：
① ；
②分别制作匀浆，取等量匀浆液；
③ ；
④分别在沸水浴中加热；
⑤ 。
(4)综合上述发现，新采摘的菠萝蜜在贮藏过程中释放的乙烯能调控果实的呼吸速率上升，其原因是 。
【答案】(1)内膜 ATP 热能
(2)正反馈调节
(3) 逐渐上升而后相对稳定 将采摘后分别放置0、1、2、3、4、5 天的菠萝蜜分成6 组，编号为①、②、③、
④、⑤、⑥ 在6 支试管中分别添加等量的DNS 试剂，混匀 在加热的过程中，使用比色仪分别测定各组
试管中棕红色可溶性物质的浓度，记录并分析
(4)呼吸速率随乙烯释放速率的增加而增加，乙烯释放速率降低后，呼吸速率也随之降低，表明两者的相关性
【分析】生物组织中化合物的鉴定：斐林试剂可用于鉴定还原糖，在水浴加热的条件下，溶液的颜色变化为砖红
色（沉淀）．斐林试剂只能检验生物组织中还原糖（如葡萄糖、麦芽糖、果糖）存在与否，而不能鉴定非还原性
糖（如淀粉）；植物激素，是在植物的生命活动中起调节作用的微量有机物。
【详解】（1）菠萝蜜在贮藏期间，细胞呼吸的耗氧场所是线粒体的内膜，即消耗氧气的阶段是有氧呼吸的第三阶
段，发生在线粒体内膜上，其释放的能量一部分用于生成ATP，另一部分以热能的形式散失，其中转移到ATP 中的
能量可以用于耗能的生命活动。
（2）据图可知，菠萝蜜在贮藏初期会释放少量乙烯，随后有大量乙烯生成，进而加速了果实的成熟，这体现了乙
烯产生的调节方式为正反馈调节。
（3）图中显示，菠萝蜜在贮藏5 天内呼吸速率迅速上升而后下降，同时乙烯的产生量也表现出先上升后下降的趋
势，据此推测，该过程中可溶性糖的含量变化趋势是逐渐上升而后相对稳定。为证实上述推测，拟设计实验进行
验证。假设菠萝蜜中的可溶性糖均为葡萄糖，现有充足的新采摘菠萝蜜、仪器设备（如比色仪，可用于定量分析
溶液中物质的浓度）、玻璃器皿和试剂（如DNS 试剂，该试剂能够和葡萄糖在沸水浴中加热产生棕红色的可溶性
物质）等，本实验的目的是检测葡萄糖含量的变化，利用的原理是颜色反应，颜色的深浅代表葡萄糖含量的多少，
据此简要描述实验过程：
①分组编号，将采摘后分别放置0、1、2、3、4、5 天的菠萝蜜分成6 组，编号为①、②、③、④、⑤，⑥，实验
中保证采摘后用于实验的菠萝蜜生长状态一致；
②分别取等量的5 组菠萝蜜制作匀浆，取等量（1 毫升）匀浆液分别置于5 支干净的试管中；
③在5 支试管中分别添加等量的DNS 试剂，混匀；
④分别在沸水浴中加热；
⑤在加热的过程中在加热的过程中，使用比色仪分别测定各组试管中棕红色可溶性物质的浓度，记录并分析。
（4）图中呼吸速率与乙烯释放速率变化趋势相同，且正好比乙烯释放速率的变化滞后一天，因此答案可以表述为：
4
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呼吸速率随乙烯释放速率的增加而增加，乙烯释放速率降低后，呼吸速率也随之降低。表明两者的相关性。
5．（2024·湖南·高考真题）土壤中的微生物数量与脲酶活性可反映土壤的肥力状况。为研究不同施肥方式对土壤
微生物数量和脲酶活性的影响，试验分组如下：不施肥（CK）、有机肥（M）、化肥（NP）、麦秸还田（S）、有
机肥+化肥（M+NP）、麦秸还田+化肥（S+NP），其中，NP 中氮肥为尿素，麦秸未经处理直接还田，结果如图所
示。回答下列问题：
(1)从生态系统组成成分分析，土壤中的微生物主要属于 ，施用的肥料属于 。M、NP 和S 三种施肥方式
中，对土壤微生物数量影响最大的是 。
(2)研究还表明，与CK 组相比，S 组小麦产量差异不显著。据图a 分析，其原因是 ；秸秆可用于生产畜禽饲料
和食用菌，畜禽粪便和使用过的食用菌培养基用于还田，该利用方式能降低生态足迹的原因是 。
(3)下列说法错误的是 （填序号）。
①合理施肥可以提高氮的循环效率
②施肥可增加土壤微生物数量和脲酶活性
③为提高土壤肥力，短期内施用有机肥比化肥更有效
④施用有机肥时，松土可促进有氧呼吸
【答案】(1)分解者 非生物的物质和能量 NP
(2)麦秸还田对微生物的数量几乎没有影响，不能增加土壤中营养成分的含量 实现物质和能量的多级利用，提
高能量利用率，减少人类对生态和环境的影响
(3)②③
【分析】图a 分析，与不施肥作对比，施用有机肥（M）、化肥（NP）、麦秸还田（S）、有机肥+化肥
（M+NP）、麦秸还田+化肥（S+NP），均能在一定程度上增加微生物数量。图b 分析，与对照组相比，化肥
（NP）、有机肥+化肥（M+NP）、麦秸还田+化肥（S+NP）能够在一定程度上提高脲酶的活性。
【详解】（1）生态系统的组成成分包括生物成分和非生物成分，生物成分包括生产者、消费者和分解者，非生物
成分包括非生物的物质和能量。分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，土壤中的微生物的作用主
要是将有机物分解为无机物，因此主要属于分解者；
施用的肥料属于非生物的物质和能量。根据图a 可知，与CK 相比，M、NP 和S 三种施肥方式中对土壤微生物效援
影响最大的是NP。
（2）已知S 组施用的麦秸未经处理，从图a 的结果可以看出，与CK 组相比，S 组对微生物的数量几乎没有影响，
不能增加土壤中营养成分的含量，导致小麦产量差异不显著。
秸秆用于生产畜禽饲料和食用菌，畜禽粪便和使用过的食用菌培养基用于还田，这种利用方式实现了物质和能量
的多级利用，可提高能量的利用率，从而减少了人类对生态和环境的影响，降低了生存所需的生产资源和吸纳废
物的土地与水域的面积，导致生态足迹降低。
（3）根据图示信息，合理施肥可以增加土壤中微生物的数量和脲酶的活性，从而提高氮的循环效率，①正确；
施肥的方法不同，土壤微生物数量和脲酶活性也存在差异，麦秸还田对土壤微生物的数量几乎没有影响，并可降
低脲酶活性，②错误；
为提高土壤肥力，短期内施用化肥比有机肥更有效，因为使用化肥后土壤微生物数量增加的速度和脲酶活性增大
的幅度都最大，③错误；
施用有机肥时，松土可增加土壤中的空气含量，利于土壤中需氧微生物的有氧呼吸，促进有机肥的分解利用，④
正确。
6．（2024·湖南·高考真题）钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促
5
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进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；
Rubisco 的羧化酶（催化CO2的固定反应）活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：
(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生 ；光能转化为电能，再
转化为 中储存的化学能，用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量 ，从叶绿素的合成角度分析，原因是 （答出两点即可）。
(3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标
均与缺钾时相近，推测是Rubisco 的编码基因发生突变所致。Rubisco 由两个基因（包括1 个核基因和1 个叶绿体基
因）编码，这两个基因及两端的DNA 序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位
点。写出关键实验步骤：① ；② ；③ ；④基因测序；⑤ 。
【答案】(1) O2 和H+ ATP 和NADPH
(2)减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N 等的
吸收，使叶绿素合成减少
(3)分别提取该组织细胞的细胞核DNA 和叶绿体DNA（取突变体叶片，提取DNA） 根据编码Rubisco 的两个基
因的两端DNA 序列设计相应引物 利用提取的DNA 和设计的引物分别进行PCR 扩增并电泳 和已知基因序
列进行比较
【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段：
1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的
形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。还原型辅酶Ⅱ作为活泼的还
原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；在有关酶的催化作用下，提供能量
促使ADP 与Pi 反应形成ATP。
2、暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。在有关
酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原。一些接受能量并被还原的三碳
化合物，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的三碳化合物，经过一系列变化，
又形成五碳化合物。
【详解】（1）植物光反应过程中水的光解会产生O2 和H+，H+和NADP+结合产生NADPH。该过程中光能转化为电
能，电能再转化为储存在ATP 和NADPH 中的化学能。
（2）长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活
性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N 等的吸收，而Mg 和N 是合成叶绿素的原
料，因此最终会影响叶绿素的合成。
（3）Rubisco 由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA 序列已知，因此检测其是否突变的基本思路利利用PCR
技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。其具体步骤为：①分别提取该组织细胞的细胞核DNA
和叶绿体DNA；②根据编码Rubisco 的两个基因的两端DNA 序列设计相应引物；③利用提取的DNA 和设计的引物
分别进行PCR 扩增并电泳；④基因测序；⑤和已知基因序列进行比较。
7．（2024·浙江·高考真题）原产热带的观赏植物一品红，花小，顶部有像花瓣一样的红色叶片，下部叶片绿色。
回答下列问题：
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色，提出了问题：红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料：植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法，先将叶片浸入沸水处
理；再转入热甲醇处理；然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开，滴加碘-碘化钾溶液（或碘液），观察颜
色变化。
③结合上述资料，作出可通过实验验证的假设： 。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理，并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理
预期结果
绿叶+光照
变蓝
绿叶+黑暗
不变蓝
6
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ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
⑤分析：检测叶片淀粉的方法中，叶片浸入沸水处理的目的是 。热甲醇处理的目的是 ．
(2)对一品红研究发现，红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02g（Chl）·m-2和0.20g（Chl）·m-2，红叶含有较多的水溶
性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率（ETR）值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗
散的方式去除过剩光能的能力；ETR 值反映光合膜上电子传递的速率，与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的
吸收光谱如图丙所示。
①分析图甲可知，在光强500～2000μmol·m-2·s-1范围内，相对于绿叶，红叶的 能力较弱。分析图乙可知，在
光强800～2000μmol·m-2·s-1，范围内，红叶并未出现类似绿叶的光合作用被 现象。结合图丙可知，强光下，
贮藏于红叶细胞 内的花青素可通过 方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实，生长在高光强环境下的一品红，红叶叶面积大，颜色更红。综合上述研究结果可知，在强光环
境下，红叶具有较高花青素含量和较大叶面积，其作用除了能进行光合作用外，还有保护 的功能。一品红的
花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引 ，完成传粉。
【答案】(1)假设一：若一品红的红色叶片具有光合作用的能力，则红色叶片内可检测到淀 粉；
假设二：若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力，则红色叶片内无法检 测到淀粉 红叶+光照 变蓝
（对应假设一）或不变蓝（对应假设二） 红叶+黑暗 不变蓝 增加细胞透性，使水溶性色素渗出
充分去除脂溶性色素
(2) 叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能 抑制 液泡 吸收过剩光能的 自身和下部绿叶
媒介昆虫（蜜蜂、蝴蝶等）
【分析】1、花青素功能：①光保护作用：花青素具有2 个吸收高峰，分别位于270~290 nm 紫外光区域和500~550
nm 可见光区域，这也就决定了植物中所含的花青素在一定程度上会影响光合作用，因此，推测其具有吸收过滤可
见光和紫外光的保护作用。②渗透调节作用：花青素作为一种水溶性色素，具有渗透调节的作用。在低温胁迫下，
植物花青素合成的相关酶活性增加，促使营养器官中积累的碳水化合物转化为花青素，表皮细胞液泡中的花青素
使得叶片渗透势降低，降低冰点以减少冻害，从而抵御逆境胁迫。
2、根据题意及表格内容可知，该实验为对照实验，需要设置绿叶+光照、绿叶+黑暗、红叶+光照、红叶+黑暗四个
小组。
3、图甲：自变量为光照强度和叶片颜色，因变量为qNP 值；图乙：自变量为光照强度和叶片颜色，因变量为ETR
值。
【详解】（1）根据实验的问题，提出假设一：若一品红的红色叶片具有光合作用的能力，则红色叶片内可检测到
淀 粉；
假设二：若一品红的红色叶片不具有光合作用的能力，则红色叶片内无法检 测到淀粉。
为探究红叶是否像绿叶一样具有光合作用的能力，需分别设置绿叶+光照、绿叶+黑暗、红叶+光照、红叶+黑暗四
个小组。若假设红叶具有光合作用能力成立，则红叶+光照组中，溶液变蓝；红叶+黑暗组中，溶液不变蓝。若假
设红叶不具有光合作用能力成立，则红叶+光照组中，溶液不变蓝；红叶+黑暗组中，溶液不变蓝。整个实验步骤
中，先用沸水处理叶片，增加细胞透性，使水溶性色素渗出；再将叶片转移到甲醇溶液中充分去除脂溶性色素，
以免影响后续实验结果的观察。
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（2）分析图甲可知，自变量为光照强度和叶片颜色，因变量为qNP 值，当光照强度为500～2000μmol·m-2·s-1 范
围内时，红叶的qNP 值较小，即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。
分析图乙可知，随着光照强度的增加，绿叶的ETR 值显增大，当光照强度超过800μmol·m-2·s-1 时，ETR 值减小，
即随着光照强度增加，绿叶光合速率先增大后减小，推出光照强度超过一定范围时，绿叶的光合作用反而被抑制。
而根据图示可知，在光照强度为500～2000μmol·m-2·s-1 范围内时，红叶并未出现光合作用被抑制的情况。
红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较低，结合图丙可知，储藏在细胞的液泡中花青素，可通过
吸收吸收多余光能（蓝光、绿光）的方式，从而保护叶绿体不受强光损伤。
大量研究表明，花青素具有缓解叶片中光氧化损伤的潜力，主要通过屏蔽叶绿体过多的高能量量子和清除活性氧
物质。综合上述研究结果可知，在强光环境下，大面积的红叶细胞中富含花青素，能有效保护自身和下部绿叶不
受强光损伤。一品红的花小，不受关注，但能依赖花瓣状的红叶吸引昆虫（蜜蜂、蝴蝶等），为其完成传粉工作。
8．（2024·甘肃·高考真题）类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物
的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白
色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消
失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光（1μmol·m-2•s-1）下培养一周，提取并测定叶
片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是 ，加入少许碳酸钙可以 。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是 。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为 。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；② 。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X 的合成缺陷，X 最可能是 。若以上推断合理，则干旱处理能够提高
野生型中激素X 的含量，但不影响纯合突变体中X 的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在 条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、
B 两组，将突变体植株均分为C、D 两组，A、C 组为对照，B、D 组干旱处理4 小时。
②测量指标：每组取3-5 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的 。
③预期结果： 。
【答案】(1) 无水乙醇 防止研磨中色素被破坏
(2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
(3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需
求，
(4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零）。
(5) 脱落酸 弱光及其他条件适宜且相同 气孔开度或气孔大小 预期结果：B 组气孔开度小于A 组。
CD 组气孔开度基本相同，且大于AB 组
【分析】影响植物光合作用的因素有光合色素的含量、光照、水等。细胞分裂素能够促进叶绿素的合成。
【详解】（1）叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙
可以防止研磨中色素被破坏。
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（2）叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱
光下高。
（3）在正常光照下（400μmol·m-2•s-1），纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素
的相对含量都极低，分别为0.3 和0.1，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，使
得植株难以生长，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。
（4）由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低（几乎为零），说明此突变体与类胡萝卜
素合成有关。
（5）纯合突变体中可能存在某种植物激素X 的合成缺陷，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发， 脱落酸具有
抑制种子萌发的作用，据此可推知：X 最可能是脱落酸。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X 的
含量，但不影响纯合突变体中X 的含量。为检验上述假设，并结合题意“在正常光照下，纯合突变体叶片中叶绿
体发育异常、类囊体消失”可知：该实验的自变量是植株的种类和培养条件，因变量是气孔开度或气孔大小，而
在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变
量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在弱光及其他条件适宜且相同的条件下培养培养一周，
然后将野生型植株均分为A、B 两组，将突变体植株均分为C、D 两组，A、C 组为对照，B、D 组干旱处理4 小时。
②测量指标：每组取3-5 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的气孔开度或气孔大小，取其平均值。
③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X 的含量，但不影响纯
合突变体中X 的含量，所以预期的结果是：B 组气孔开度小于A 组。CD 组气孔开度基本相同，且大于AB 组。
9．（2024·安徽·高考真题）为探究基因 OsNAC 对光合作用的影响研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型
(WT)、OsNAC 敲除突变体(KO)及 OsNAC 过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿
素含量,结果见下表。回答下列问题。
净光合速率（umol.m2.s-1）
叶绿素含量（mg·g-1）
WT
24.0
4.0
KO
20.3
3.2
OE
27.7
4.6
(1)旗叶从外界吸收1 分子 CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2 分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的
作用下，3-磷酸甘油酸接受 释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为 。
(2)与WT 相比，实验组KO 与OE 的设置分别采用了自变量控制中的 、 （填科学方法）。
(3)据表可知，OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率 。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中
编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
结合图表，分析OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：① ；②
。
【答案】(1) ATP 和 NADPH 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等
(2)减法原理 加法原理
(3)增大 与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶
光合作用 与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更多的光合产物(蔗糖)
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向外运出,从而促进旗叶的光合作用速率
【分析】在对照实验中，控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。与常态比较，人为增加某种影响因
素的称为“加法原理”。与常态比较，人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。
【详解】（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2 被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶的催化作
用下，接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5－二磷酸
（C5）和淀粉等。
（2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO 为OsNAC 敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法
原理；实验组OE 为 OsNAC 过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。
（3）题图和表中信息显示：OE 组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单
株产量都明显高于WT 组和KO 组，OE 组蔗糖含量却低于WT 组和KO 组，说明OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速
率增大，究其原因有：①与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，
促进旗叶光合作用；②与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合
产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
10．（2024·广东·高考真题）某湖泊曾处于重度富营养化状态，水面漂浮着大量浮游藻类。管理部门通过控源、清
淤、换水以及引种沉水植物等手段，成功实现了水体生态恢复。引种的3 种多年生草本沉水植物（①金鱼藻、②
黑藻、③苦草，答题时植物名称可用对应序号表示）在不同光照强度下光合速率及水质净化能力见图。
回答下列问题：
(1)湖水富营养化时，浮游藻类大量繁殖，水体透明度低，湖底光照不足。原有沉水植物因光合作用合成的有机物
少于 的有机物，最终衰退和消亡。
(2)生态恢复后，该湖泊形成了以上述3 种草本沉水植物为优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是 ，
其原因是 。
(3)为了达到湖水净化的目的，选择引种上述3 种草本沉水植物的理由是 ，三者配合能实现综合治理效果。
(4)上述3 种草本沉水植物中只有黑藻具有C4光合作用途径（浓缩CO2形成高浓度C4后，再分解成CO2传递给C5）
使其在CO2受限的水体中仍可有效地进行光合作用，在水生植物群落中竞争力较强。根据图a 设计一个简单的实验
方案，验证黑藻的碳浓缩优势，完成下列表格。
实验设计方案
实验材料
对照组： 实验组：黑藻
实验条件
控制光照强度为 μmol·m-2·s-1
营养及环境条件相同且适宜，培养时间相同
控制条件
测量指标
(5)目前在湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，此外，大量沉水植物叶片凋落，需及时打捞，增
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加维护成本。针对这两个实际问题从生态学角度提出合理的解决措施 。
【答案】(1)呼吸作用消耗
(2) ③②① 最大光合速率对应光强度依次升高
(3)①(金鱼藻)除藻率高，②(黑藻)除氮率高，③(苦草)除磷高
(4) 金鱼藻 500 二氧化碳浓度较低且相同 氧气释放量
(5)合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片为食物的生物
【分析】图a 分析，一定范围内光照强度增大，三种植物的光合速率加快，光照强度超过一定范围，三种植物的
光合速率均减小。图b 分析，金鱼藻、黑藻和苦草都能在一定程度上去除氮和磷、藻。
【详解】（1）由于湖底光照不足，导致原有沉水植物因光合作用合成的有机物少于细胞呼吸消耗的有机物，生物
量在减少，不足以维持生长，最终衰退和消亡。
（2）据图分析，最大光合速率对应光强度依次升高，因此生态恢复后，该湖泊形成了以上述3 种草本沉水植物为
优势的群落垂直结构，从湖底到水面依次是③②①。
（3）据图b 分析，金鱼藻除藻率高，黑藻除氮率高，苦草除磷率高，三者配合能高效的去除氮、磷和藻，能实现
综合治理效果。
（4）根据图a，在相同光照强度下，①金鱼藻与②黑藻的光合作用强度高度接近，尤其在光照强度为500 时，两
者光合作用强度完全相同，有利于控制无关变量一致，而③苦草的光照强度与②黑藻相差较大。根据题干“上述3
种草本沉水植物中只有黑藻具有C4 光合作用途径”可知①、③均无C4 途径，而除了上述3 种草本沉水植物外的其
他植物是否有C4 途径不确定，所以不能从①、③外的其他植物为②选对照组。
验证黑藻的碳浓缩优势，因此控制条件为低二氧化碳浓度。因变量是光合速率的快慢，因此检测指标是单位时间
释放氧气的量。
（5）目前的两个实际问题是湖边浅水区种植的沉水植物因强光抑制造成生长不良，大量沉水植物叶片凋落，需及
时打捞，增加维护成本，因此可以合理引入浮水植物，减弱沉水植物的光照强度；合理引入以沉水植物凋落叶片
为食物的生物。
11．（2024·河北·高考真题）心率为心脏每分钟搏动的次数。心肌P 细胞可自动产生节律性动作电位以控制心脏搏
动。同时，P 细胞也受交感神经和副交感神经的双重支配。受体阻断剂A 和B 能与各自受体结合，并分别阻断两类
自主神经的作用，以受试者在安静状态下的心率为对照，检测了两种受体阻断剂对心率的影响，结果如图。
回答下列问题：
(1)调节心脏功能的基本中枢位于 。大脑皮层通过此中枢对心脏活动起调节作用，体现了神经系统的
调节。
(2)心肌P 细胞能自动产生动作电位，不需要刺激，该过程涉及
的跨膜转运。神经细胞只有受刺激后，才引起
离子跨膜转运的增加，进而形成膜电位为 的兴奋状态。上述两个过程中离子跨膜转运方式相同，均为
。
(3)据图分析，受体阻断剂A 可阻断 神经的作用。兴奋在此神经与P 细胞之间进行传递的结构为 。
(4)自主神经被完全阻断时的心率为固有心率。据图分析，受试者在安静状态下的心率 （填“大于”“小
于”或“等于”）固有心率。若受试者心率为每分钟90 次，比较此时两类自主神经的作用强度：
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。
【答案】(1) 脑干 分级
(2) Na+ 外负内正 协助扩散
(3) 副交感 突触
(4) 小于 交感神经和副交感神经都起作用，副交感神经作用更强
【分析】静息时，神经细胞膜对钾离子的通透性大，钾离子大量外流，形成内负外正的静息电位；受到刺激后，
神经细胞膜的通透性发生改变，对钠离子的通透性增大，钠离子内流，形成内正外负的动作电位。兴奋部位和非
兴奋部位形成电位差，产生局部电流，膜外电流由未兴奋部位流向兴奋部位兴奋，膜内电流由兴奋部位流向未兴
奋部位兴奋，而兴奋传导的方向与膜内电流方向一致。
【详解】（1）调节心脏功能的基本中枢位于脑干。大脑皮层通过此中枢对心脏活动起调节作用，体现了神经系统
的分级调节。
（2）神经细胞只有受刺激后，才引起Na+离子跨膜转运的增加，进而形成膜电位为外负内正的兴奋状态。上述两
个过程中离子跨膜转运方式相同，均为协助扩散。
（3）交感神经可以使心跳加快、加强，副交感神经使心跳减慢、减弱，据图分析可知，与对照组相比，当受体阻
断剂A 与受体结合后，心率比安静时明显加快，而受体阻断剂B 与受体结合后，心率下降，所以受体阻断剂A 可
阻断副交感神经的作用，受体阻断剂B 可阻断交感神经的作用。此神经与P 细胞之间在反射弧中可以作为效应器，
故兴奋在此神经与P 细胞之间进行传递的结构为突触。
（4）自主神经被完全阻断时的心率为固有心率，后一空的解析不对（与之相似的题目的解析也不对）。正确解析
是：与固有心率（即自主神经完全被阻断也就是最后一组的心率100）相比，心率90 较低。如果只有交感神经作
用，则应该为115（即第二组副交感被阻断的心率）；如果只有副交感神经作用，则应该为50（即第三组交感神
经被阻断的心率），现在为90，说明既有交感神经也有副交感神经作用。
12．（2024·河北·高考真题）高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对
藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，
结果如图、表所示。
覆膜处
理
叶绿素含量（mg/g）
类胡萝卜素含量（mg/g）
白膜
1.67
0.71
蓝膜
2.20
0.90
绿膜
1.74
0.65
回答下列问题：
(1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中 光可被位于叶绿体
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上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的
还原转化为 和 。与白膜覆盖相比，
蓝膜和绿膜透过的 较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利
用 作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是 。
(3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为
（答出两点即可）。
【答案】(1) 蓝光 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光
(2) 无水乙醇 叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，选择红光可
排除类胡萝卜素的干扰
(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和
绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用
【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放
出氧气的过程。光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是
在类囊体的薄膜上进行的产物有O2、ATP 和NADPH。光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这
个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。在这一阶段， CO2 被利用，经过一
系列的反应后生成糖类。
【详解】（1）叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊
状结构称为类囊 体。吸收光能的4 种色素就分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光和
红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这 4 种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色
素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化
为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜
透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。
（2）绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a 和叶绿
素b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量
时，应选择红光而不能选择蓝紫光。
（3）据图可知，与覆盖其它色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐
射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，
有利幼苗进行光合作用。
13．（2024·山东·高考真题）从开花至籽粒成熟，小麦叶片逐渐变黄。与野生型相比，某突变体叶片变黄的速度慢，
籽粒淀粉含量低。研究发现，该突变体内细胞分裂素合成异常，进而影响了类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活
性，而呼吸代谢不受影响。类囊体膜蛋白稳定性和蔗糖转化酶活性检测结果如图所示，开花14 天后植株的胞间
CO2浓度和气孔导度如表所示，其中Lov 为细胞分裂素合成抑制剂，KT 为细胞分裂素类植物生长调节剂，气孔导度
表示气孔张开的程度。已知蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖。
检测指标
植株
14 天
21 天
28 天
胞间CO2浓度（μmolCO2mol-1）
野生
型
140
151
270
突变
体
110
140
205
气孔导度（molH2Om-2s-1）
野生
型
125
95
41
突变
体
140
112
78
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(1)光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有 。结合细胞分裂素的作用，据图分析，与野生型
相比，开花后突变体叶片变黄的速度慢的原因是 。
(2)光饱和点是光合速率达到最大时的最低光照强度。据表分析，与野生型相比，开花14 天后突变体的光饱和点
（填“高”或“低”），理由是 。
(3)已知叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处。据图分析，突变体籽粒淀粉含量低的原因是 。
【答案】(1)ATP、NADPH 突变体细胞分裂素合成更多，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成，且叶绿素降解少
(2)高 突变体气孔导度更大而胞间CO2 浓度更小，而呼吸作用不受影响，说明相同光照强度下，突变体光合作
用消耗CO2 速率更大，因此突变体吸收利用光能的效率更高。在其他限制因素相同的情况下，突变体可以利用更
多的光能，因此光饱和点更高
(3)叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，表中突变体蔗糖转化
酶活性大于野生型，因此突变体内可向外运输到籽粒的蔗糖少于野生型
【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[H]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[H]的作用下
还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）光反应产生的ATP 和NADPH 可用于暗反应C3 的还原。对比野生型和突变型不同条件下类囊体膜蛋
白稳定性可知，不同条件下突变型类囊体膜蛋白稳定性均高于野生型，可能是突变型细胞分裂素合成增加，使类
囊体膜蛋白稳定性增强，而细胞分裂素可促进叶绿素的合成，叶绿素降解少，故与野生型相比，开花后突变体叶
片变黄的速度慢。
（2）据表可知，突变体气孔导度更大而胞间CO2 浓度更小，而呼吸作用不受影响，说明相同光照强度下，突变体
光合作用消耗CO2 速率更大，因此突变体吸收利用光能的效率更高，在其他限制因素相同的情况下，突变体可以
利用更多的光能，因此光饱和点更高。
（3）据图可知，与野生型相比，突变体蔗糖转化酶活性更高，而蔗糖转化酶催化蔗糖分解为单糖，故突变体内蔗
糖减少，且叶片的光合产物主要以蔗糖的形式运输到植株各处，因此突变体向外运输的蔗糖减少，导致籽粒淀粉
含量低。
14．（2024·宁夏四川·高考真题）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
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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 温度a 和c 时的呼吸速率不相等
(2)温度d 时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但植物的根部等细胞不进行光合作用，仍呼吸消耗有机物，导致
植物体的干重减少
(3)温度过高，导致部分气孔关闭，CO2 供应不足，暗反应速率降低；温度过高，导致酶的活性降低，使暗反应速
率降低
(4)光合速率和呼吸速率差值
【分析】影响光合作用的因素有：光照强度、温度、CO2 浓度、酶的活性和数量、光合色素含量等。
【详解】（1）在自然条件下，该植物叶片在温度a 和c 时的净光合速率相等，但由于黑暗时呼吸速率不同，因此
叶片有机物积累速率不相等。
（2）在温度d 时，叶片的光合速率与呼吸速率相等，但由于植物有些细胞不进行光合作用如根部细胞，因此该植
物体的干重会减少。
（3）温度超过b 时，为了降低蒸腾作用，部分气孔关闭，使CO2 供应不足，暗反应速率降低；同时使酶的活性降
低，导致CO2 固定速率减慢，C3 还原速率减慢，进而使暗反应速率降低。
（4）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光合速率与呼吸速率差
值最大时的温度，有利于有机物的积累。
15．（2024·湖北·高考真题）气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制
CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调
控气孔关闭的机理（图1）。已知ht1 基因、rhc1 基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用
野生型（wt）、ht1 基因功能缺失突变体（h）、rhc1 基因功能缺失突变体（r）和ht1/rhc1 双基因功能缺失突变体
（h/r），进行了相关实验，结果如图2 所示。
回答下列问题：
(1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞 （填“吸水”或“失水”），引起气孔关闭，进而
使植物光合作用速率 （填“增大”或“不变”或“减小”）。
(2)图2 中的wt 组和r 组对比，说明高浓度CO2时rhc1 基因产物 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭。
(3)由图1 可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是 。
(4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是 （填“ht1”或“rhc1”）。
【答案】(1)失水 减小
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(2)促进
(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物
能够在干旱中生存
(4)rhc1
【分析】1、溶液的渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
2、脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多，脱落酸是植物生
长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和提高抗逆能力等
作用。
3、分析图2 可知，高浓度CO2 时，r 组气孔开放度均高于wt 组、h 组和h/r 组，结合图1 分析，高浓度CO2 时蛋
白甲经过一系列调控机制最终使气孔关闭。r 组是rhc1 基因功能缺失突变体，高浓度CO2 时，r 组气孔开放度高，
说明缺失rhc1 基因编码的蛋白质不能够引起气孔关闭，由此推测，rhc1 基因编码的是蛋白甲。
【详解】（1）保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致细胞液的渗透压降低，保卫细胞失水引起气孔关闭。气孔
关闭后，CO2 吸收减少，光合速率减小。
（2）r 组是rhc1 基因功能缺失突变体，即缺少rhc1 基因产物，wt 组能正常表达rhc1 基因产物。分析图2，高浓度
CO2 时，wt 组气孔开放度低于r 组，说明rhc1 基因产物能促进气孔关闭。
（3）脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落。干旱条
件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内水分，使植物能够在干
旱中生存。
（4）根据图1 可知，蛋白甲、乙作用的上下游关系为蛋白甲在上游、蛋白乙在下游，即缺失蛋白甲，蛋白乙仍然
能够发挥调控作用，而若缺失蛋白乙，则蛋白甲即使存在也不能发挥调控作用，因蛋白甲必须通过蛋白乙发挥作
用。根据图2，h 组、h/r 组气孔开度相同，可知在缺失h 的前提下，r 存在与否都不影响气孔开度，即r 不能单独
发挥调控作用，必须通过h 进行调控，即r 在h 上游；r 组、h/r 组气孔开度不同，可知在缺失r 的前提下，h 仍然
能够发挥调控作用，h 在r 下游。综上，蛋白甲、乙关系为甲→乙，h 和r 关系为r→h，可知甲对应r，即蛋白甲由
rhc1 编码。
16．（2024·吉林·高考真题）在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2比值低时，C5也能与O2反应形成
C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与
线粒体中主要物质变化如图1。
光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。
(1)反应①是 过程。
(2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是 和 。
(3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株（WT），得到转基因株系1 和2，测定净光合
速率，结果如图2、图3。图2 中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自 和 （填生理
过程）。7—10 时株系1 和2 与WT 净光合速率逐渐产生差异，原因是 。据图3 中的数据 （填“能”
或“不能”）计算出株系1 的总光合速率，理由是 。
(4)结合上述结果分析，选择转基因株系1 进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是 。
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【答案】(1)CO2 的固定
(2)细胞质基质 线粒体基质
(3)光呼吸 呼吸作用 净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10 时，随着光照强度的增加，与
WT 相比，株系1、株系2 因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度 不能 总光合速率=净光合速
率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，在图3 中，能看到净光合速率和呼吸作用速率，但无法得知光呼吸速率
(4)与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大
【分析】1、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，①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；②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；光合作用是指绿色植物通过叶绿
体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。
2、有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一 阶段是葡
萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP；第
三阶段是氧气和NADH 反应生成水，合成大量ATP。
【详解】（1）在光合作用的暗反应过程中，CO2 在特定酶的作用下，与C5 结合形成两个C3，这个过程称作CO2
的固定，故反应①是CO2 的固定过程。
（2）有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜。有氧呼吸第一阶段是葡
萄糖分解成丙酮酸和NADH，合成少量ATP；第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和NADH，合成少量ATP，以
葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH 的场所是细胞质基质、线粒体基质。
（3）由图1 可知，在线粒体中进行光呼吸的过程中，也会产生二氧化碳，因此植物光合作用CO2 的来源除了有外
界环境外，还可来自光呼吸、呼吸作用。净光合速率=总光合速率-呼吸速率-光呼吸速率，7—10 时，随着光照强度
的增加，与WT 相比，株系1、株系2 因转基因，增强了总光合速率，降低了光呼吸强度。总光合速率=净光合速
率+细胞呼吸速率+光呼吸速率，随着CO2 浓度增加，光合速率增加，光呼吸速率减弱，图3 中有净光合速率，该
参数已知。当CO2 浓度为0 时，不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，此时净光合速率是个负值，取正后相当
于呼吸速率，图3 曲线虽然没有与纵轴相交，但稍微延长即可见其与纵轴将交于-10 的点，因此呼吸速率也可以大
致确定。但公式中的最后一项参数光呼吸速率随CO2 的变化完全未知，导致总光合速率无法计算。
（4）由图2、图3 可知，与株系2 与WT 相比，转基因株系1 的净光合速率最大，因此选择转基因株系1 进行种植
产量可能更具优势。
17．（2024·全国·高考真题）某同学将一种高等植物幼苗分为4 组（a、b、c、d），分别置于密闭装置中照光培养，
a、b、c、d 组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内O2浓度，结果如图所
示，其中M 为初始O2浓度，c、d 组O2浓度相同。回答下列问题。
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(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是 ，原因是 。
(2)光照t 时间时，a 组CO2浓度 （填“大于”“小于”或“等于”）b 组。
(3)若延长光照时间c、d 组O2浓度不再增加，则光照t 时间时a、b、c 中光合速率最大的是 组，判断依据
是 。
(4)光照t 时间后，将d 组密闭装置打开，并以c 组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会 （填“升高”
“降低”或“不变”）。
【答案】(1)红光和蓝紫光 光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，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
(2)大于
(3)b 再延长光照时长，c 和d 组氧气的浓度不再增加，说明此时受CO2 的影响，光合速率等于呼吸速率，由于
温度保持恒定，所以a、b、c 三组的呼吸速率都是一样的，ac 两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c 两组的
光合速率都相等且都等于呼吸速率，而b 组的由于光照较弱，消耗的CO2 较少，所以t 时光合速率仍然大于呼吸速
率
(4)升高
【分析】1、光合作用的过程：
（1）光反应阶段：①场所：类囊体薄膜；②物质变化：水的光解、ATP 的合成；③能量变化：光能→ATP、NADPH
中的化学能。
（1）暗反应阶段：①场所：叶绿体基质；②物质变化：CO2 的固定、C3 的还原；③能量变化：ATP、NADPH 中的
化学能→有机物中稳定的化学能。
2、分析题干：将植株置于密闭容器中并给予光照，植株会进行光合作用和呼吸作用，瓶内O2 浓度的变化可表示
净光合速率。a、b、c、d 组的光照强度依次增大，但c、d 组O2 浓度相同，说明c 点的光照强度为光饱和点。
【详解】（1）光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类，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，属于可见光。
（2）植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2 产生O2，呼吸作用消耗O2 产生CO2。分析图可知，光
照t 时间时，a 组中的O2 浓度少于b 组，说明b 组产生的O2 更多，光合速率更大，消耗的CO2 更多，即a 组CO2
浓度大于b 组。
（3）再延长光照时长，c 和d 组氧气的浓度不再增加，说明此时受CO2 的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温
度保持恒定，所以a、b、c 三组的呼吸速率都是一样的，ac 两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c 两组的光
合速率都相等且都等于呼吸速率，而b 组的由于光照较弱，消耗的CO2 较少，所以t 时光合速率仍然大于呼吸速率。
（4）光照t 时间后，c、d 组O2 浓度相同，即c、d 组光合速率不再变化，c 组的光照强度为光饱和点。将d 组密闭
装置打开，会增加CO2 浓度，并以c 组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。
18．（2024·浙江·高考真题）长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物
根系长期缺氧，对植株造成的胁迫及伤害。
回答下列问题：
(1)发生渍害时，油菜地上部分以有氧（需氧）呼吸为主，有氧呼吸释放能量最多的是第 阶段。地下部分细胞
利用丙酮酸进行乙醇发酵。这一过程发生的场所是 ，此代谢过程中需要乙醇脱氢酶的催化，促进氢接受体
（NAD+）再生，从而使 得以顺利进行。因此，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种越 （耐渍害/不耐渍
害）。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结果见下
表。
光合速率
蒸腾速率
气孔导度
胞间CO2浓度
叶绿素含量
光合速率
1
蒸腾速率
0.95
1
气孔导度
0.99
0.94
1
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胞间CO2浓度
-0.99
-0.98
-0.99
1
叶绿素含量
0.86
0.90
0.90
-0.93
1
注：表中数值为相关系数（r），代表两个指标之间相关的密切程度。当|r|接近1 时，相关越密切，越接近0 时相
关越不密切。
据表分析，与叶绿素含量呈负相关的指标是 。已知渍害条件下光合速率显著下降，则蒸腾速率呈 趋势。
综合分析表内各指标的相关性，光合速率下降主要由 （气孔限制因素/非气孔限制因素）导致的，理由是 。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内 （激素）大量积累，诱导气孔关闭，调整相关
反应，防止有毒物质积累，提高植物对渍害的耐受力；渍害发生后，有些植物根系细胞通过 ，将自身某些薄
壁组织转化腔隙，形成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
【答案】(1) 三/3 细胞质基质 葡萄糖分解（糖酵解） 耐渍害
(2) 胞间CO2 浓度 下降 非气孔限制因素 胞间CO2 浓度与光合速率和气孔导度呈负相关
(3) 脱落酸 程序性死亡/凋亡
【分析】有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段在细胞质进行，第二阶段在线粒体基质进行，第三阶段在线粒体内膜
进行，且第三阶段释放的能量最多。无氧呼吸分为两个阶段，均在细胞质基质进行。
由表可知，胞间CO2 浓度与光合速率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2 上升，说明光合速
率下降主要由非气孔限制因素导致的。
【详解】（1）有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜进行，是有氧呼吸过程中释放能量最多的阶段。乙醇发酵（无氧呼
吸）的场所是细胞质基质。葡萄糖分解形成丙酮酸和NADH，该过程需要NAD+参与，所以氢接受体（NAD+）再生，
有利于葡萄糖分解的正常进行，由此可知，渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种能产生更多的能量维持生命活
动的进行，更加耐渍害。
（2）由表可知，叶绿素含量与胞间CO2 浓度的相关系数为负值，说明二者呈负相关。光合速率与蒸腾速率的相关
系数为0.95，为正相关，所以光合速率显著下降，则蒸腾速率呈下降趋势。由于胞间CO2 浓度与光合速率和气孔
导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2 上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因素导致的。
（3）脱落酸具有诱导气孔关闭的功能，在受渍害时，其诱导气孔关闭，调整相关反应，防止有毒物质积累，提高
植物对渍害的耐受力。渍害发生后，有些植物根系细胞通过通过凋亡（程序性死亡），从而形成腔隙，进一步形
成通气组织，促进氧气运输到根部，缓解渍害。
19．（2023·全国·高考真题）某种观赏植物的花色有红色和白色两种。花色主要是由花瓣中所含色素种类决定的，
红色色素是由白色底物经两步连续的酶促反应形成的，第1 步由酶1 催化，第2 步由酶2 催化，其中酶1 的合成由
A 基因控制，酶2 的合成由B 基因控制。现有甲、乙两个不同的白花纯合子，某研究小组分别取甲、乙的花瓣在缓
冲液中研磨，得到了甲、乙花瓣的细胞研磨液，并用这些研磨液进行不同的实验。
实验一：探究白花性状是由A 或B 基因单独突变还是共同突变引起的
①取甲、乙的细胞研磨液在室温下静置后发现均无颜色变化。
②在室温下将两种细胞研磨液充分混合，混合液变成红色。
③将两种细胞研磨液先加热煮沸，冷却后再混合，混合液颜色无变化。
实验二：确定甲和乙植株的基因型
将甲的细胞研磨液煮沸，冷却后与乙的细胞研磨液混合，发现混合液变成了红色。
回答下列问题。
(1)酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是 （答出3 点即可）；煮沸会使细
胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高温破坏了酶的 。
(2)实验一②中，两种细胞研磨液混合后变成了红色，推测可能的原因是 。
(3)根据实验二的结果可以推断甲的基因型是 ，乙的基因型是 ；若只将乙的细胞研磨液煮沸，冷却
后与甲的细胞研磨液混合，则混合液呈现的颜色是 。
【答案】(1)高效性、专一性、作用条件温和 空间结构
(2)一种花瓣中含有酶1 催化产生的中间产物，另一种花瓣中含有酶2，两者混合后形成红色色素
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(3) AAbb aaBB 白色
【分析】由题干信息可知，甲、乙两个不同的白花纯合子，基因型是AAbb 或aaBB。而根据实验一可知，两者基
因型不同；根据实验二可知，甲为AAbb，乙为aaBB。
【详解】（1）与无机催化剂相比，酶所具有的特性是高效性、专一性、作用条件温和。
高温破坏了酶的空间结构，导致酶失活而失去催化作用。
（2）根据题干可知白花纯合子的基因型可能是AAbb 或aaBB，而甲、乙两者细胞研磨液混合后变成了红色，推测
两者基因型不同，一种花瓣中含有酶1 催化产生的中间产物，另一种花瓣中含有酶2，两者混合后形成红色色素。
（3）实验二的结果甲的细胞研磨液煮沸，冷却后与乙的细胞研磨液混合，发现混合液变成了红色，可知甲并不是
提供酶2 的一方，而是提供酶1 催化产生的中间产物，因此基因型为AAbb，而乙则是提供酶2 的一方，基因型为
aaBB。
若只将乙的细胞研磨液煮沸，冷却后与甲的细胞研磨液混合，由于乙中的酶2 失活，无法催化红色色素的形成，
因此混合液呈现的颜色是白色。
20．（2023·全国·高考真题）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时
气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆
浓度梯度吸收K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某
植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 （答出2 点即可）等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一
步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 （填“能”或“不
能”）维持一定的开度。
【答案】(1)光合作用和呼吸作用
(2)叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光合作用制造有机物，使保卫细胞的渗
透压上升，细胞吸水膨胀，气孔开放
(3)蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上升，细胞吸水膨胀，气孔张开
(4)能
【分析】1、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。
2、气孔既是CO2 进出的场所，也是蒸腾作用的通道，气孔张开既能增加蒸腾作用强度，又能保障CO2 供应，使光
合作用正常进行。
【详解】（1）气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气
都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有机物，使细胞的渗透压，促进保
卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。
（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力
增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。
（4）保卫细胞渗透压的调节有光合作用产生有机物的因素，还有非光合作用因素----蓝光照射引起钾离子的吸收。
所以当光合作用被阻断，钾离子在蓝光的调节下仍可以进入细胞，提高细胞的渗透压，引起细胞吸水，气孔维持
一定开度。
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