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专题01 光合作用和细胞呼吸
细胞代谢是高考考查的重点和难点之一,本专题知识的综合性较强，与生产、生活的联系密切。从考查题型
看,近年高考的考查点主要集中在以下几个方面:①以文字表述的形式考查光合作用、细胞呼吸等的基本原
理、过程的基础题;②以流程图的形式或者信息背景迁移形式考查光合作用或细胞呼吸的中等难度题);③以
图表的形式考查光合作用和细胞呼吸的综合题。总体来说,本专题内容侧重于考查学生的理解能力、获取信
息的能力和学科内知识综合应用的能力
1、（2023·广东·高考真题）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型
（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl 产量更高，其相关
生理特征见下表和图。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中
吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。
水稻材
料
叶绿素（mg/g）
类胡萝卜素（mg/g）
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
分析图表，回答下列问题：
(1)ygl 叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和 ，叶片主要吸收可见光中的 光。
(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl 的净光合速率较WT 更高，但两者净光合速率都不再随
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光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl WT（填“高于”、“低于”或“等
于”）。ygl 有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和 。
(3)与WT 相比，ygl 叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl 群体的净光合速
率较高，表明该群体 ，是其高产的原因之一。
(4)试分析在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，WT 和ygl 净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制
净光合速率趋势曲线 。在此基础上，分析图a 和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条
件下WT 和ygl 的净光合速率，提出一个科学问题 。
2、（2022·广东·高考真题）研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 天后（图a），测定相关指标（图
b），探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A 组相比，C 组叶片叶绿素含量 ，原因可能是 。
(2)比较图b 中B1 与A 组指标的差异，并结合B2 相关数据，推测B 组的玉米植株可能会积累更多的
，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B 组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由
2
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此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期 一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90 株。
实验方法：按图a 所示的条件，分A、B、C 三组培养玉米幼苗，每组30 株；其中以 为
对照，并保证除 外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是 。
高考对本专题知识点的考查常结合坐标曲线考查光合作用、细胞呼吸的影响因素及其在
生产实践中的应用，对总光合速率、净光合速率与呼吸速率的考查也较多。强化对相关原理
的分析及相关曲线模型的归纳整合与加强针对性训练是备考的关键。
坐标曲线中，多以时间、位置、温度等易测量的因素为横坐标，以事物的某种性质为纵
坐标，用曲线表示事物的变化及性质间的相互关系，常用来分析生命现象，从而揭示生物体
结构、代谢、生命活动及生物环境相互作用的关系等方面的本质特性。坐标曲线图的类型很
多，有单—曲线型、多重曲线型等。坐标曲线图无论多么复杂，关键是数和形。数就是曲线
中的点——起点、转折点和终点;形就是曲线的变化趋势，乃至将来的动态。解题思维模板如
下∶
具体分析∶（1）快速确认曲线图中"总光合速率"与"净光合速率"。若光照强度为"0"时，
CO2吸收量（或光合速率）从"0"开始，则描述指标为"总光合速率"，若此时CO2吸收量从负
值开始，则描述指标应为"净光合速率"。
（2）读曲线图时必须"全线"关注，不可就某些"片段"盲目下结论。
解答光合作用相关曲线的基本步骤如下∶
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1．微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富且光合利用度高的自养植物。植物吸收光能超过光合作
用所能利用的量时，会引起光能转化效率下降，这种现象称为光抑制。光抑制主要发生在PSⅡ上，PSⅡ是
由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H+并释放电子。电子积累过多时产生的活性氧破
坏PSⅡ，使光合速率下降。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的
人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图所示。请回答下列问题：
(1)PSⅡ分解水的场所是 ，PSⅡ将水分解释放的电子用于与 结合，形成NADPH，该过程
中发生的能量转化为 。
(2)据图分析，在光照强度由Ⅰ2降低到Ⅰ1的过程中，对照组微藻的光能转化效率 （填“降低”
“不变”或“提高”），理由是 。
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(3)若用对照组中经Ⅰ1和Ⅰ3光照强度处理的微藻进行实验，分别加入铁氰化钾后，再置于Ⅰ3光照强度下，
则经Ⅰ1光照强度处理的微藻的光合放氧速率 （填“较高”或“较低”），原因是 。
2．甜瓜是一种重要的经济作物，但苗期易受盐胁迫影响而减产。为研究甜菜碱（一种植物生长调节剂，
用GB 表示）对甜瓜苗期盐胁迫的缓解作用，将甜瓜幼苗用不同浓度GB 预处理3d，再用低浓度NaCl
（75mmol/L）胁迫处理7d 后，其相关生理指标相对值见下表。
处理
净光合速
率
气孔导
度
胞间CO2浓
度
可溶性糖含
量
脯氨酸含
量
营养液
0.9
0.9
0.9
0
0
？
0.1
0
0
0.4
0.7
营养液+5mmol/L GB+75mmol/L
NaCl
1.0
0.7
1.0
1.0
1.0
营养液+10mmol/L GB+75mmol/L
NaCl
0.5
0.5
0.8
0.9
0.9
营养液+20mmol/L GB+75mmol/L
NaCl
0.1
0.2
0.7
0.8
0.8
回答下列问题：
(1)土壤的盐浓度较高时，会使甜瓜细胞 ，进而出现“烧苗”；还会通过离子改变各种酶的 ，
使酶活性降低。
(2)表中处理“？”，具体为 。据表分析：①一定浓度甜菜碱预处理能缓解低浓度NaCl 胁迫，
其中 mmol/L 的甜菜碱根施预处理缓解效果最佳；②此时甜瓜会出现的适应性变化是 ，以维持
细胞正常的形态。
(3)施用外源甜菜碱的效果取决于多种因素，请你列举其中两个影响因素： 。
(4)研究人员继续实验获得GB 的最适施用浓度后，仍有人提出，以上实验设计不足以证明GB 对甜瓜苗期
盐胁迫一定有缓解作用。为了达到实验目的，请你提出进一步研究的问题： 。
3．调整行株距配置是优化水稻冠层结构（群体内植株个体之间，以及叶片、茎杆等器官之间的空间关
系）、提高光能利用率和产量最直接最高效的手段。常用的行株距配置有行距与株距不同的栽插模式、宽
行与窄行不同的栽插模式两种类型，如图所示。为探究不同行株距对水稻产量的影响，科研人员设置了3
个行株距栽插水平，开展了相关基地试验。试验结果如表所示。
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组
别
行距×株距
(cmxcm)
种植密度
(株/m2)
叶绿素
含量
冠层温
度(°C)
气孔导度
[mol(m2.s)]
净光合速率
[umol(m2.s)]
产量 (kg/
hm2)
CK
30x12
83.34
33.58
31.8
0.18
19.44
8078
R1
30x14
71.43
35.98
31.2
0.26
21.22
8268
R2
(20+40) × 12
83.34
37.26
30.6
0.22
23.26
10489
注：冠层温度是指水稻冠层茎、叶、穗表面温度的平均值；气孔导度是指气孔张开的程度。
分析图表，回答下列问题：
(1)与CK 相比，R1处理的水稻植株叶绿素含量增加，有利于增强叶片对 光的捕获能力。水稻冠层温
度降低，有利于叶片在高温天气下减缓 ，进而减少对暗反应的影响，最终使水稻植株产量提高。
(2)宽窄行处理（R2处理）有助于改善水稻群体透光度和通风情况，显著提高水稻群体产量的原因包括：①
可以使 到达作物中下层叶片，提高单位面积的光能利用效率；②可以为水稻植株提供 ，使R2处
理的水稻群体暗反应速率提高。
(3)与CK 相比，R1、R2处理水稻的叶绿素含量、冠层温度、气孔导度均与CK 有差异，说明 改变，
均会影响上述光合指标，进而影响净光合速率和产量。
(4)科研人员进一步研究发现另一行株距配置为25cm×14cm 的实验组也可以显著提高水稻产量。若将本试
验经验（3 个实验组的研究结果）用于提高其他粮食作物的产量，则可以在种植试验时从 等方面上调
整行株距配置。
4．某科研小组在9 月份选择晴朗天气对自然条件下生长的红花和粉白花野生巨紫荆的光合参数日变化情况
进行观测，得到如下调查结果。请回答下列问题：
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(1)为保证实验结果的准确性，科研人员应注意减小 对实验结果的影响。
(2)红花和粉白花野生巨紫荆叶片净光合速率日变化曲线均为双峰曲线，且第一个峰值均大于第二个峰值，
试分析原因： 。
(3)12：00，光合午休现象明显，研究人员提出两种推测：一种是气孔导度降低，引起 ，直接
影响暗反应；一种是温度升高，导致 上的光合色素或酶的活性降低，使光反应减弱，供给
暗反应的 减少，导致光合能力降低。
(4)水分利用效率（WUE）也是农业生产中需要关注的一个重要指标，可用净光合速率/蒸腾速率来表示。
蒸腾速率是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。净光合速率相同的情况下，即产量相似时，WUE
数值越低意味着在实际农业生产中 。10：00～12：00，红花野生巨紫荆的WUE 数值的变化
为 （填“上升”“不变”或“下降”），原因是 。
5．光质是影响草莓生长发育和果实品质的重要条件。为探究冬季弱光条件下对草莓的最佳补光措施，科
研人员以“红颜草莓”为材料，得到以下实验数据：
组别
净光合速率Pn
（μmolCO2/m2/s）
胞间CO2浓度Ci
（μmolCO2/mol）
气孔导度Gs
（μmolH2O/m2/s）
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A 组（白光）
2.49
340.3
0.056
B 组（红光）
1.42
465.44
0.049
C 组（蓝光）
1.79
435.53
0.09
D 组（红光：白
光=1：3）
2.85
444.3
0.06
E 组（蓝光：白光
=1：3）
4.61
273.41
0.069
注：气孔导度表示的是气孔张开的程度，它是影响植物光合作用，呼吸作用及蒸腾作用的主要因素
回答下列问题：
(1)本实验的对照组是 （选用字母“A/B/C/D/E”作答）组，本实验中测得净光合速率大小的指标为 。
(2)由上表数据推测， （选用“白/红/蓝”作答）光可以促进气孔开放。机理是：该颜色的光能促进保卫
细胞吸收K+，使保卫细胞内渗透压 ，保卫细胞 ，从而促进气孔开放。
(3)在同一大气环境条件下生长的同种植物，胞间CO2浓度=进入CO2浓度—消耗CO2浓度。与C 组相比，E
组胞间CO2浓度较低的原因是 。
(4)有同学认为E 组（蓝光：白光=1：3）不一定是最佳补光组合，请据此简要写出进一步探究的实验思路：
。
6．砂糖橘是华南地区栽培面积最大的柑橘品种，常用来制作果汁汽水等饮品。异地引种时砂糖橘常会因
土壤盐碱度高而导致品质和产量下降。为研究盐胁迫对砂糖橘光合作用的影响，研究人员利用砂糖橘苗开
展实验。对照组不进行盐胁迫处理，实验组用NaCI 溶液或NaHCO3溶液肋迫处理，90 天后检测相关生理
指标，结果如图所示。
回答下列问题。
(1)用砂糖橘制作果汁时常添加 去除细胞壁，以提高果汁产量，使果汁变得清亮。
(2)某盐碱地区引种砂糖橘时常出现口感干涩的情况，可能是 ，导致砂糖橘含水量下降。据图
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分析，砂糖橘在盐碱地区栽培时净光合速率下降的原因是 。
(3)研究表明，土壤类型和含盐量（一般在0.1%-0.7%之间）对砂糖橘生长有较大影响。某小组确定了“探
究盐土（NaCI）和碱土（NaHCO3）的盐含量对砂糖橘光合速率的影响”课题，请为该小组设计一个结果
记录表 。
7．光反应依赖类囊体薄膜上的PSⅡ光复合体（叶绿素—蛋白质复合体）。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吸收，LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化，
其过程如图1 所示。回答下列问题：
(1)PSⅡ光复合体上光合色素可用 提取，主要吸收可见光中的 。
(2)根据信息分析，强光条件下，植物减弱对光能吸收的机理是 。
(3)光饱和点是指当光照强度上升到某一数值之后，光合作用速率不再继续随着光照强度增强而升高时的光
照强度，科研人员测定了不同脱水率对海藻浒苔植物光合作用速率的影响，实验结果如图2 所示。
①据图2 结果分析，在一定范围内，随海藻浒苔脱水率增大，其光饱和点将会 （填“升高”“降低”
或“不变”）。已知酶活性会受含水量影响，据此分析脱水导致光饱和点发生该变化的原因是 。
②在高潮沉水状态下，海藻浒苔对HCO3
-的利用能力很强，能直接吸收利用水中的HCO3
-作为光合无机碳
源。在低潮干出状态下，海藻浒苔和空气直接接触，其光合作用速率会急剧下降，分析其原因是 。
8．科研人员探究了不同遮荫处理对某植物A 多项指标的影响，以期为开发及优化林下种植植物A 技术提
供依据。相关结果见下表，请回答下列问题：
测定指标
遮荫处理
遮荫率85%
遮荫率56%
全光照
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叶绿素含量（μg/cm2）
34.58
33.01
28.43
叶片厚度（mm）
1.15
1.65
1.84
单片叶面积（cm2）
17.67
14.66
8.58
光饱和点[μmol/（m2·s）]
355
586
468
最大净光合速率[μmol/（m2·s）]
7.46
10.73
9.12
注：光饱和点是指光合速率不再随光强增加而增强时的光照强度。
(1)与全光照条件相比，遮荫率85%处理后，植物A 的最大净光合速率较低，主要原因是 ，为暗反应提
供的 减少，进而导致在叶绿体 中利用的CO2量减少。
(2)据表中数据分析可知：遮荫处理后，植物A 叶片厚度变小（变薄）， ，从而使植物A 适应弱光环境。
(3)植物A 有一定的适应弱光的能力，但科研人员认为过低的光照强度不利于其生长，判断依据是 。因
此当我们在推广林下种植植物A 时应该采取的合理措施是 。
9．叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。为研究光反应过程中的能量转换，研究人员从菠菜叶中提取
叶绿体和类囊体进行了相关实验。回答下列问题：
(1)用叶绿体悬液制备类囊体时，加入清水使叶绿体吸水涨破，经 得到类囊体，然后将类囊体重新悬浮。
为保持类囊体的活性，类囊体悬液应在无光、低温条件下保存，原因在 。
(2)研究人员进行了类囊体产质子（H+）能力实验（实验一）和类囊体产ATP 实验（实验二），结果如下图。
分析实验一和实验二的实验结果，研究人员对光反应过程中能量的转移途径做出如下推测：光能→H+电化
学势能→ATP。做出上述推测的依据是 。此能量转移路径缺少一环节的证明，这个环节为 ，请利
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用已平衡的类囊体悬液（类囊体内外的pH=4）、甲液（含ADP、Pi、pH=4 的缓冲液）、乙液（含ADP、
Pi、pH=8 的缓冲液）设计实验，补齐这一环节。实验思路为 ，若此环节成立，实验结果为 。
(3)研究人员用人工脂双层包裹类囊体膜构建了“人工细胞”，用以研究光合作用过程。若在黑暗条件下利
用“人工细胞”模拟暗反应，则脂双层内还应加入 等物质（答出3 点即可）。研究人员认为，与叶肉
细胞相比，理论上“人工细胞”可能具有更高的净光合效率，依据是 。
10．研究人员发现大豆细胞中GmPLP1（一种光受体蛋白）的表达量在强光下显著下降。据此，他们作出
GmPLP1 参与强光胁迫响应的假设。为验证该假设，他们选用WT（野生型）、GmPLP1-ox（GmPLP1 过
表达）和GmPLP1-i（GmPLP1 低表达）转基因大豆幼苗为材料进行相关实验，结果如图1 所示。请回答下
列问题
(1)强光胁迫时，过剩的光能会对光反应关键蛋白复合体（PSII）造成损伤，并产生活性氧（影响PSII 的修
复），进而影响 和ATP 的供应，导致暗反应 （填生理过程）减弱，生成的有机物减少，致使
植物减产。
(2)图1 中，光照强度大于1500umol/m2/s 时，随着光照强度的增加，三组实验大豆幼苗的净光合速率均增
加缓慢，分析其原因可能是 （试从暗反应角度答出2 点）。该实验结果表明GmPLP1 参与强光胁迫
响应，判断依据是 。
(3)研究小组在进一步的研究中发现，强光会诱导蛋白GmVTC2b 的表达。为探究GmVTC2b 是否参与大豆
对强光胁迫的响应，他们测量了弱光和强光下WT（野生型）和GmVTC2b-ox（GmVTC2b 过表达）转基
因大豆幼苗中抗坏血酸（可清除活性氧）的含量，结果如图2 所示。
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依据结果可推出在强光胁迫下GmVTC2b 增强了大豆幼苗对强光胁迫的耐受性（生物对强光胁迫的忍耐程
度），其原理是 。
(4)经进一步的研究，研究人员发现GmPLP1 通过抑制GmVTC2b 的功能，减弱大豆幼苗对强光胁迫的耐受
性。若在第（3）小题实验的基础上增设一个实验组进行验证，该实验组的选材为 的转基因大豆幼
苗（提示：可通过转基因技术得到相应基因过表达和低表达的植物）。根据以上信息，试提出一个可提高
大豆对强光胁迫的耐受性，从而达到增产目的的思路 （答出1 点即可）。
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