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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
1
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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 。
【答案】(1) 类胡萝卜素/叶绿素比例上升 红光和蓝紫
(2) 高于 呼吸速率较高
(3)光能利用率较高
(4)
为什么在低光照强度下，WT 的净光合速率大
于ygl，而在高光照强度下，WT 的净光合速率小于ygl（补充答案：为什么在低光照强度下，WT 的净光
合速率大于ygl； 为什么在高光照强度下，WT 的净光合速率小于ygl）
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【分析】分析题表和题图：与WT 相比，ygl 植株的叶绿素和类胡萝卜素含量都较低，但类胡萝卜素/叶绿
素较高，光饱和点较高，呼吸速率较高。
【详解】（1）根据表格信息可知，ygl 植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现
出黄绿色。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，由ygl 叶色呈黄绿可推测，主要
吸收红光和蓝紫光。
（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
再随光照强度的增加而增加，从柱状图中看出，ygl 的呼吸速率高于WT，因此ygl 的最大实际光合速率高
于WT，因此达到最大实际光合速率需要的最小光照强度大，即ygl 的光饱和点高于WT。光补偿点是光合
速率等于呼吸速率的光照强度，据图b 和图c 可知，ygl 有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同
光照强度下光合速率较低，且由图c 可知ygl 呼吸速率较高。
（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，表明该群体光能利用率高，是其高产的原因之一。
（4）由于ygl 呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0~50μmol m-2 s-1 范围的低光照强度下，WT
和ygl 的净光合速率如下图：
分析图a 和图示曲线，高光照强度WT 的净光合速率小于ygl，低光照强度下WT 的净光合速率大于ygl，
在此基础上，可对这一现象的原因进行探究。
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。
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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
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 。
【答案】(1) 高 遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3) 光照条件 A 组、C 组 遮光程度 探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多
少
【分析】分析题图a 可知，A 组未遮阴，B 组植株一半遮阴（50%遮阴），C 株全遮阴（100%遮阴）。
【详解】（1）分析题图b 结果可知，培养10 天后，A 组叶绿素含量为4.2，C 组叶绿素含量为4.7，原因
可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。
（2）比较图b 中B1 叶绿素含量为 5.3，B2 组的叶绿素含量为3.9，A 组叶绿素含量为4.2；B1 净光合速率
为20.5，B2 组的净光合速率为7.0，A 组净光合速率为11.8，可推测B 组的玉米植株总叶绿素含量为
（5.3+3.9）÷2=4.6，净光合速率为（20.5+7.0）/2=13.75，两项数据B 组均高于A 组，推测B 组可能会积累
更多的糖类等有机物，因而生长更快。
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（3）分析题意可知，该实验目的是探究B 组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度，
因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变
量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种
幼苗90 株。实验方法：按图a 所示条件，分为A、B、C 三组培养玉米幼苗，每组30 株；其中以A 组、C
组为对照，并保证除遮光条件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B 组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高
作物产量的具体的最适遮光比例是多少。
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。
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解答光合作用相关曲线的基本步骤如下∶
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”
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“不变”或“提高”），理由是 。
(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 。
【答案】(1) 类囊体的薄膜 NADP+和H+ 光能转化为（NADPH 中活跃的）化学能
(2) 提高 光照强度降低，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，因此光能
转化效率提高
(3) 较高 Ⅰ1 光照强度下，微藻细胞中PSⅡ没有被破坏，加入铁氰化钾后，光抑制解除，光合放
氧速率会升高；而I3 光照强度下，微藻细胞中PSⅡ被破坏，加入铁氰化钾后，光合放氧速率仍然较低
【分析】由题干信息可知，“电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降”，实验结果中，加
入铁氰化钾的组相比对照组在高光照强度下没有光抑制，光合速率持续增加，推测铁氰化钾能将光合作用
产生电子及时导出，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因而能够有效解除光抑制。
【详解】（1）光反应场所是类囊体的薄膜，光反应中，水分解为O2、H+和电子，电子与H+、NADP+结
合形成NADPH，该过程中光能转化为NADPH 中活跃的化学能；
（2）由图可知，光照强度从Ⅰ2 降低到Ⅰ1 的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的
光能不变，但光照强度降低，因此光能转化效率提高；
（3）对照组中经Ⅰ1 光照强度处理的微藻细胞中PSⅡ没有被破坏，加入铁氰化钾后，光抑制解除，再置
于Ⅰ3 光照强度下，光合放氧速率会升高；而对照组中经Ⅰ3 光照强度处理的微藻细胞中PSⅡ已经被累积
的电子破坏，加入铁氰化钾后，PSⅡ并不能恢复，光合放氧速率仍然较低。
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
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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： 。
【答案】(1) 失水过多 空间结构
(2) 营养液（+0mmol/LGB）+75mmol/LNaCl 5 增加可溶性糖和脯氨酸的含量
(3)植物（或物种或作物）类型、施用时的植物发育阶段（施用时间）、甜菜碱的浓度、甜菜碱施用次数等
(4)根施甜菜碱对甜瓜幼苗在高浓度NaCl 胁迫下是否具有缓解效应？
【分析】由人工合成的，对植物的 生长、发育有调节作用的化学物质，称为植物生长调节剂。 植物生长
调节剂具有原料广泛、容易合成、效果稳定等优点。
【详解】（1）土壤的盐浓度较高时，则土壤渗透压大，会使甜瓜细胞渗透失水过多，进而出现“烧苗”；
由于物质的结构和功能相适应，通过离子改变各种酶的空间结构，可使活性降低。
（2）本实验目的是研究甜菜碱（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，依据
题表处理方式，可知处理“？”，具体为营养液（+0mmol/LGB）+75mmol/LNaCl。题表中，营养液
+5mmol/L GB+75mmol/L NaCl 处理下，净光合速率最高，可见5mmol/L 的甜菜碱根施预处理缓解效果最佳，
此时甜瓜会增加可溶性糖和脯氨酸的含量，以维持细胞正常的形态。
（3）施用外源甜菜碱的效果会受到植物（或物种或作物）类型、施用时的植物发育阶段（施用时间）、
甜菜碱的浓度、甜菜碱施用次数等因素的影响。
（4）为了进一步证明GB 对甜瓜苗期盐胁迫一定有缓解作用，可以进一步探究：根施甜菜碱对甜瓜幼苗在
高浓度NaCl 胁迫下是否具有缓解效应？
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。
【答案】(1) 红光和蓝紫光 冠层温度的上升
(2) 光照 二氧化碳
(3)不同行株距和栽种密度
(4)株距和行距
【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
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ATP 和[H]的作用下还原生成有机物。
影响光合作用的环境因素。
1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光
合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二
氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增
加到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】（1）与CK 相比，R1 处理的水稻植株叶绿素含量增加，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此叶
绿素含量增加，有利于增强叶片对红光和蓝紫光的捕获能力。水稻冠层温度降低，有利于叶片在高温天气
下减缓冠层温度的上升，进而减弱了温度对酶活性的影响，进而减少对暗反应的影响，也能避免呼吸速率
因为温度过高而消耗有机物过多，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，其具体表
现在：
①可以使光照到达作物中下层叶片，进而促进中下层叶片的光合作用，进而提高单位面积的光能利用效率；
②由于通风情况改善，可以为水稻植株提供较多的二氧化碳，进而使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，说明不同行株
距和栽种密度的改变，均会影响上述光合指标，进而影响净光合速率和产量，实验结果显示，R2 种植模式
下，作物的产量更高。
（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。由于本
实验的结果说明R2 模式产量最高，因此，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株距和行距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 。
【答案】(1)植株大小、光照、温度、湿度、土壤条件等无关变量
(2)10：00 与14：00 相比，气孔导度高，有利于暗反应进行
(3) 二氧化碳供应不足 叶绿体类囊体薄膜 NADPH 和ATP
(4) 蒸腾速率越高（或需要补充更多的水分） 下降 10：00～12：00，红花野生巨紫荆的净
光合速率下降，而蒸腾速率基本不变，所以其WUE 数值下降
【分析】为保证实验结果的准确性，科研人员应注意减小植株大小、光照、温度、湿度、土壤条件等无关
变量对实验结果的影响。
【详解】（1）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，可得到图
示曲线，为保证实验结果的准确性，科研人员应注意减小植株大小、光照、温度、湿度、土壤条件等无关
变量对实验结果的影响。
（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，且第一个峰值均出现在10：
00，第二个峰值均出现在14：00，10：00 与14：00 相比，光照强度类似，气孔导度高，有利于暗反应进
行。
（3）光合午休的两种推测：一种是气孔导度降低，引起二氧化碳供应不足，直接影响暗反应；一种是温
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度升高，导致叶绿体类囊体薄膜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NADPH 和
ATP 减少，导致光合能力降低。
（4）根据水分利用效率的定义可知，在净光合速率相同的情况下，WUE 数值越低意味着在实际农业生产
中蒸腾速率越高，即一定时间内单位叶面积蒸腾的水量越多。10：00～12：00，红花野生巨紫荆的净光合
速率降低，而蒸腾速率基本不变，故此期间红花野生巨紫荆的WUE 数值下降。
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）
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：
。
【答案】(1) A 单位时间单位叶面积的CO2 吸收量
(2) 蓝 升高 吸水膨胀
(3)气孔导度低，进入CO2 浓度低
(4)增加红光、蓝光与白光的补光比例的处理组（并将结果与E 组对比）；增加红光和蓝光不同比例补光的
处理组（并将结果与E 组对比）：增加若干实验组，增加不同光质的补光比例组合（并将结果与E 组对
比）
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【分析】分析题干可知，自变量为不同光质，因变量为净光合速率Pn、胞间CO2 浓度Ci、气孔导度Gs。
【详解】（1）对照组是不做特殊处理或者实验结果已知的组，本实验A 组用白光处理属于对照组。净光
合速率可以用光照条件下，单位时间内，O2 释放量，CO2 吸收量，有机物的积累量表示，由表格可知，
本实验表示净光合速率大小的指标为单位时间单位叶面积的CO2 吸收量。
（2）与对照组白光相比，红光气孔导度Gs 减小，蓝光气孔导度Gs 最大，说明蓝光能促进气孔开放，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升高，保卫细胞吸水膨胀，从而促进气
孔开放。
（3）与C 组相比，E 组气孔导度Gs 减小，进入CO2 浓度低，胞间CO2 浓度=进入CO2 浓度—消耗CO2
浓度，所以，E 组胞间CO2 浓度比C 组低。
（4）有同学认为E 组（蓝光：白光=1：3）不一定是最佳补光组合，可以增加不同的光质组合及比例的实
验组，与E 组对照，比较净光合速率大小，确定最佳补光组合，具体思路：可以增加红光、蓝光与白光的
补光比例的处理组（并将结果与E 组对比），或增加红光和蓝光不同比例补光的处理组（并将结果与E 组
对比），或增加若干实验组，增加不同光质的补光比例组合（并将结果与E 组对比）等。
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
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
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记录表 。
【答案】(1)纤维素酶和果胶酶
(2) 盐碱地区土壤溶液的渗透压较高，根部细胞吸水量减少 叶片叶绿素含量(减)少，植株吸收光
能减少，光反应 减弱，叶片气孔导度(降)低，吸收的 CO2 减 少，暗反应减弱
(3)
【分析】分析题图可知，盐胁迫会导致砂糖橘落叶重量增大，叶绿素含量下降，气孔导度和净光合速率降
低。
【详解】（1）去除细胞壁的方法为酶解法，可以用纤维素酶和果胶酶处理。
（2）盐碱地区无机盐浓度较高，导致盐碱地区土壤溶液的渗透压较高，根部细胞吸水量减少，导致砂糖
橘含水量下降；分析题图可知，砂糖橘在盐碱地区栽培时叶片叶绿素含量(减)少，植株吸收光能减少，光
反应 减弱，叶片气孔导度(降)低，吸收的 CO2 减 少，暗反应减弱。
（3）“探究盐土（NaCI）和碱土（NaHCO3）的盐含量对砂糖橘光合速率的影响”实验中，自变量为盐含
量，因变量为光合速率，该实验的结果记录表格如下：
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，
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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 。
【答案】(1) 无水乙醇 红光和蓝紫光
(2)强光条件下，LHC 蛋白激酶活性增强，促进LHCⅡ与PSⅡ的分离，使吸收的光能减少
(3) 降低 脱水降低了光合作用有关酶的活性，导致光饱和点降低 空气中的CO2 浓度较低，
影响了暗反应阶段，导致光合作用速率下降
【分析】影响光合作用的环境因素
1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光
合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二
氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增
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加到一定的值，光合作用强度不再增强。
4、色素的作用：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。
【详解】（1）PSⅡ光复合体是叶绿素-蛋白质复合体，叶绿素溶解于无水乙醇中，所以PSⅡ光复合体上光
合色素可用无水乙醇提取，叶绿素能吸收可见光中的红光和蓝紫光。
（2）LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化，据题图可知，强光条件下，LHCⅡ与PSⅡ分离，因
此强光条件下植物减弱对光能吸收的机理是，LHC 蛋白激酶活性增强，促进LHCⅡ与PSⅡ的分离，使其吸
收的光能减少。
（3）①根据图示可知，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升高时的
光照强度，随着海藻浒苔脱水率的增大，其光饱和点会降低。已知酶活性会受含水量影响，则说明脱水降
低了光合作用有关酶的活性，导致光合作用速率降低，导致光合作用速率达到最大值时的光照强度降低，
即光饱和点降低。
②海藻浒苔能直接吸收海水中的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，
无法利用HCO3-为光合无机碳源，而且空气中的CO2 浓度较低，影响了暗反应阶段，导致光合作用速率下
降。
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
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 。
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【答案】(1) 光照强度较弱（或光反应较弱） ATP 和NADPH 基质
(2)叶绿素含量增加，单片叶面积增大
(3) 与遮荫56%相比，遮荫85%时植物A 的光饱和点和最大净光合速率都下降 合理密植乔木冠层
植物，以达较适合植物A 生长的遮荫率（或适量修整乔木冠层的密度，以达较适合植物A 生长的遮荫率或
及时调控乔木冠层的透光率）
【分析】1、光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水光解形成氧气和还原氢的过程，
该过程中光能转变成活跃的化学能储存在ATP 中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，
二氧化碳固定是二氧化碳与1 分子五碳化合物结合形成2 分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳
化合物在光反应产生的还原氢和ATP 的作用下形成有机物和五碳化合物的过程;
2、影响光合作用的环境因素包括：光照强度、温度、二氧化碳浓度、含水量以及矿质元素的含量等。
【详解】（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，这是因为遮荫处
理时，光照强度较弱，光反应速率下降，ATP 和NADPH 产生量减少，因此，光反应为暗反应提供的产物
ATP 和NADPH 少，C3 还原速率下降，进而表现为二氧化碳固定速率下降，即在叶绿体基质中消耗的CO2
量减少;
（2）结合表中信息可知，遮荫处理后，植物A 叶片厚度会变薄，叶绿素含量增加，单片叶面积增大，这
样有利于捕获更多光能，进而弥补光照不足对光合速率造成的影响，从而使植物A 适应弱光环境。
（3）表中显示，植物A 在弱光条件下产生了一系列适应弱光环境的变化，但其最大净光合速率随着遮阴
程度的增加，净光合速率呈下降趋势，即表现为与遮荫56%相比，遮荫85%时植物A 的光饱和点和最大净
光合速率都下降，因此过低的光照强度不利于其生长，综合信息可知，植物A 的遮荫率低于56%为较适宜;
根据表中信息可知，植物A 具有一定的适应弱光环境的能力，因此在种植时可合理密植乔木冠层植物，以
达较适合植物A 生长的遮荫率（56%），进而有利于植物A 的生长；同时也可通过适量修整乔木冠层的密
度，以达较适合植物A 生长的遮荫率。
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。
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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
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 。
【答案】(1) 差速离心法 避免膜蛋白被降解
(2) 光照条件下类囊体悬液的pH 降低，类囊体产质子（H+），且光照条件下在有ADP 和Pi 条件下
ATP 产生量随时间增多 没有证明pH 对于该过程的影响 将叶绿体的类囊体悬浮在pH 为4 的缓冲
液中，待缓冲液充分扩散过膜后，类囊体的内外部在这种酸性pH 条件下得到平衡，然后将类囊体快速转
移到pH 为8 的缓冲液中，使得类囊体膜内外产生4 个pH 单位的差异，膜内相对于膜外酸性更强 没
有光照的情况下，由ADP 和Pi 合成了大量ATP
(3) 酶、二氧化碳和ADP、Pi 叶肉细胞需要进行呼吸作用消耗有机物，而人工细胞不需要进行呼
吸作用
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、
传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反
应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳
化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH 和ATP 被还原。
【详解】（1）类囊体是叶绿体组成部分，分离各种细胞气的方法是差速离心法，故可用差速离心法得到
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类囊体；生物膜的基本成分是脂质和蛋白质，蛋白酶能够分解蛋白质，且酶在低温下活性受抑制，故为避
免膜蛋白被降解，类囊体悬液应在无光、低温条件下保存。
（2）据图可知，实验一随着时间延长，光照条件下类囊体悬液的pH 降低，类囊体产质子（H+），而实验
二中光照条件下在有ADP 和Pi 条件下ATP 产生量随时间增多，据此推测，光反应过程中能量的转移途径：
光能→H+电化学势能→ATP；上述过程缺少的环节是没有证明pH 对于该过程的影响；分析题意，将叶绿
体的类囊体悬浮在pH 为4 的缓冲液中，待缓冲液充分扩散过膜后，类囊体的内外部在这种酸性pH 条件下
得到平衡，然后将类囊体快速转移到pH 为8 的缓冲液中，使得类囊体膜内外产生4 个pH 单位的差异，膜
内相对于膜外酸性更强。他们发现，在没有光照的情况下，由ADP 和Pi 合成了大量ATP。
（3）暗反应包括二氧化碳的固定和C3 还原等过程，需要酶的催化，故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酶、二氧化碳和ADP、Pi 等物质；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，依据是叶肉细胞需要进行呼吸作用消耗有机物，而人工细胞不需要进行
呼吸作用。
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 。
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(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。
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）。
【答案】(1) NADPH C3 还原
(2) 受胞间CO2 浓度的限制；受光合作用有关酶的数量（活性）的限制；受温度的影响。 一定
范围内，光照较强时，与WT 相比，GmPLP1 的表达量增加抑制大豆幼苗的光合作用；GmPLP1 的表达量
减少促进大豆幼苗的光合作用。
(3)GmVTC2b 通过增加抗坏血酸含量进而提高大豆清除活性氧的能力，从而增加植株对强光胁迫的耐受性。
(4) GmVTC2b 过表达和GmPLP1 过表达（或GmVTC2b 过表达和GmPLP1 低表达） 抑制大豆细
胞中GmPLP1 的表达；促进大豆细胞中GmVTC2b 的表达；增加大豆细胞中抗坏血酸含量
【分析】光合作用过程：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。
【详解】（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，光反应减弱，光反
应产生的ATP 和NADPH 减少，而暗反应过程中C3 还原需要光反应提供ATP 和NADPH，因此导致暗反应
C3 还原减弱，生成的有机物减少，致使植物减产。
（2）由于胞间CO2 浓度的限制，二氧化碳吸收速率有限，光合作用有关酶的数量（活性）的限制以及温
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度的影响，所以光照强度大于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。一定范围内，光照较强时，与WT 相比，GmPLP1 的表达量增加抑制大豆幼苗的光合作用；
GmPLP1 的表达量减少促进大豆幼苗的光合作用，该结果表明GmPLP1 参与强光胁迫响应。
（3）由于GmVTC2b 通过增加抗坏血酸含量进而提高大豆清除活性氧的能力，从而增加植株对强光胁迫的
耐受性，因此在强光胁迫下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）。
（4）为了验证GmPLP1 通过抑制GmVTC2b 的功能，减弱大豆幼苗对强光胁迫的耐受性，因此可通过设
置GmVTC2b 过表达和GmPLP1 过表达（或GmVTC2b 过表达和GmPLP1 低表达）的转基因大豆幼苗来进
行实验。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抑制大豆
细胞中GmPLP1 的表达；促进大豆细胞中GmVTC2b 的表达；增加大豆细胞中抗坏血酸含量。
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