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专题01 光合作用和细胞呼吸
从近几年高考的考查情况来看，细胞代谢相关知识仍是命题的重点，如光合作用的过程及其影响因素、光
合作用和细胞呼吸的关系等。预计2024 年高考会借助图解和实例考查细胞呼吸和光合作用，一般借助图表、
坐标曲线等形式，将其与实验设计和分析相结合，考查物质变化、影响因素等内容。
1、（2023·河北·高考真题）拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP 须借助其膜上的转
运蛋白H 由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H 基因表达量下降，细胞质基质ATP 向成熟叶绿
体转运受阻。
回答下列问题：
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP 主要在 合成，经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时，叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能，将其转化为ATP 和 中的化学能，这些化学能经 阶段
释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H 基因过量表达，对转H 基因和非转基因叶肉细
胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP 相对浓度，结果如图。相对于非转基因细
胞，转基因细胞的细胞质基质ATP 浓度明显 。据此推测，H 基因的过量表达造成细胞质基质ATP 被
（填“叶绿体”或“线粒体”）大量消耗，细胞有氧呼吸强度 。
(4)综合上述分析，叶肉细胞通过下调 阻止细胞质基质ATP 进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体 ，以
保证光合产物可转运到其他细胞供能。
【答案】(1)线粒体（或“线粒体内膜”）
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(2) NADPH（或“还原型辅酶Ⅱ”） 暗反应（或“卡尔文循环”）
(3) 降低 叶绿体 升高
(4) H 基因表达（或“H 蛋白数量”） 过多消耗光合产物（或“有氧呼吸增强”）
【分析】由题干可知，拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育需要来自细胞质基质的ATP，
ATP 是细胞中的直接能源物质，主要细胞呼吸和光合作用产生，其中细胞呼吸产生的ATP 可以用于各种生
命活动，因此未成熟的叶绿体发育所需的ATP 来自细胞呼吸，细胞有氧呼吸产生大量ATP，有氧呼吸的场
所主要在线粒体，因此细胞线粒体产生大量ATP 通过叶绿体膜上的H 蛋白转运至叶绿体促进其发育。待叶
绿体发育成熟，H 基因表达量下降，细胞有氧呼吸产生的ATP 向叶绿体转运受阻，ATP 可用于其他的生命
活动，避免有机物的过度消耗。
【详解】（1）由题干可知，拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育且时，消耗的ATP 主要来自自身线粒
体。线粒体通过有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。线粒体中能够大量合成ATP 的化学
反应在线粒体内膜上进行。
（2）在植物光合作用的光反应阶段，光能被光合色素捕获后，转化为储存在ATP 和NADPH 中的化学能。
在暗反应阶段ATP 和NADPH 中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。
（3）由图可知，叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H 基因表达下调，细胞质基质ATP 浓度远高于叶绿体
基质。H 基因过表达后，细胞质基质中ATP 含量下降，且叶绿体基质中ATP 含量未显著升高，表明叶绿体
消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测，H 基因过表达后，大量的ATP 转运至叶绿体中被消耗，细胞需
代偿性提高线粒体呼吸强度，以补充细胞质基质中的ATP。
（4）由题分析可知，ATP 由细胞质基质向叶绿体转运过程中，H 转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主
要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H 基因的表达下调，H 转运蛋白的数量减少，进而ATP 向叶绿体的流入
被有效阻止，细胞质基质ATP 可保持正常生理水平，从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光
合产物，保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
2、（2022·河北·高考真题）某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，
而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体（仅残留少量片层结构）。阶段性白化过程中相关生理指
标检测结果如下图。回答下列问题：
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(1)从叶片中分离叶绿体可采用 法。
(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著降低，其原因是 （写出两点即可）。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少 。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于 中的基因编码，
通过特定的机制完成跨膜运输：其余蛋白质由存在于 中的基因编码。
【答案】(1)差速离心
(2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(3)水分的散失
(4) 细胞核 叶绿体
【分析】1、分离各种细胞器的方法是差速离心法。
2、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）叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。
（2）光合作用的光反应过程可产生NADPH 和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题
意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光
反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP 和NADPH 的数量显著降低。
（3）白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2 的需求，又有助于减少水分的散失，利于植
物的生存。
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（4）叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完
成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中（叶绿体）的基因编码。
3、（2021·河北·高考真题）为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分
成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：（1）对照组；（2）施氮组，补充尿素（12g·m-2）（3）水+氮
组，补充尿素（12g·m-2）同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标
对照组
施氮组
水+氮组
自由水/结合水
6.2
6.8
7.8
气孔导度（mmol·m-2s-1）
85
65
196
叶绿素含量（mg·g-1）
9.8
11.8
12.6
RuBP 羧化酶活性（μmol·h-1g-1）
316
640
716
光合速率（μmol·m-2s-1）
6.5
8.5
11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题：
（1）植物细胞中自由水的生理作用包括 等（写出两点即可）。补充水分可以促进
玉米根系对氮的 ，提高植株氮供应水平。
（2）参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光
能，用于驱动 两种物质的合成以及 的分解；RuBP 羧化酶将CO2转变为羧基加到
分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
（3）施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应
量增加的原因是 。
【答案】 细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代
谢废物 主动吸收 镁 ATP 和NADPH 水 C5（或RuBP） 气孔导度增加，
CO2 吸收量增多，同时RuBP 羧化酶活性增大，使固定CO2 的效率增大
【分析】分析题意可知，该实验目的是探究水和氮对光合作用的影响，实验分成三组：对照组、施氮组、
水+氮组；分析表格数据可知：自由水与结合水的比值：对照组＜施氮组＜水+氮组；气孔导度：对照组＞
施氮组＜水+氮组；叶绿素含量：对照组＜施氮组＜水+氮组；RuBP 羧化酶活性：对照组＜施氮组＜水+氮
组；光合速率：对照组＜施氮组＜水+氮组。
【详解】1）细胞内的水以自由水与结合水的形式存在，结合水是细胞结构的重要组成成分，自由水是细
胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物；根据表格
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分析，水+氮组的气孔导度大大增加，增强了植物的蒸腾作用，有利于植物根系吸收并向上运输氮，所以
补充水分可以促进玉米根系的对氮的主动吸收，提高植株氮供应水平。
（2）参与光合作用的很多分子都含有氮，叶绿素的元素组成有C、H、O、N、Mg，其中氮与镁离子参与
组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体膜，完成的反应是
水光解产生NADPH（[H]）和氧气，同时将光能转变成化学能储存在ATP 和NADPH（[H]）中，其中ATP
和NADPH（[H]）两种物质含有氮元素；暗反应包括二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程，其中
RuBP 羧化酶将CO2 转变为羧基加到C5（RuBP）分子上，反应形成的C3 被还原为糖类。
（3）分析表格数据可知，施氮同时补充水分使气孔导度增加，CO2 吸收量增多，同时RuBP 羧化酶活性增
大，使固定CO2 的效率增大，使植物有足量的CO2 供应，从而增加了光合速率。
【点睛】本题考查水的存在形式和作用、光合作用的过程、影响光合作用的因素等相关知识，意在考查考
生把握知识间的相互联系，运用所学知识解决生物学实际问题的能力，难度中等。
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∶
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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∶
1．某实验小组以变叶葡萄和“贝达”葡萄试管苗为试验材料，接种于培养基上，分别置于LED 白光
（W）、红光（R）、黄光（Y）、蓝光（B）、绿光（G）、蓝光+红光（B+R）6 种光质中，培养相同时
间后，检测各组葡萄的净光合速率，结果如图1 所示。回答下列问题：
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(1)光质直接影响葡萄试管苗光反应中 过程，其场所在 。
(2)实验中WFL 组为对照组，对其处理为 。实验中变叶葡萄净光合速率在不同光质下均低于
“贝达”葡萄，根本原因是 。
(3)实验中黄光（Y）和绿光（G）下葡萄幼苗的净光合速率为负值，由此说明 。与单色光相比，红
蓝组合光（B+R）能显著提高葡萄的净光合速率，推测其原因可能是 。
(4)小组成员还研究了“贝达”葡萄功能叶片中碳水化合物含量的变化，结果如图2 所示。由图可知，“贝
达”葡萄功能叶片中含量最高的可溶性糖是 ；研究发现，可溶性糖类在逐渐上升的同时，叶片
的净光合速率却逐渐下降，推测可能的原因是 。根据图示分析，开花后45～60d“贝达”葡萄功
能叶片中葡萄糖、蔗糖含量上升，淀粉含量下降，可得出的结论是 。
【答案】(1) 水的光解和ATP、NADPH 的合成 叶绿体类囊体薄膜
(2) 在白色日光灯下培养与其他组相同的葡萄试管苗，其他培养条件与LED 光下培养条件相同
变叶葡萄与“贝达”葡萄的遗传特性（遗传信息）不同
(3) 在黄光和绿光下，葡萄试管苗吸收的光能较少，光合作用很弱或不进行光合作用 红蓝组合光
对叶片光合色素生成有促进作用，有利于叶绿体的发育，从而捕获更多的光能，使净光合速率提升
(4) 葡萄糖 可溶性糖类积累对光合作用过程起到一定的反馈抑制作用 “贝达”葡萄功能叶
片中的淀粉分解转化为葡萄糖和蔗糖
【分析】1、色素的功能是吸收，传递和转化光能，光合色素集中于叶绿体中。
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2、光合作用的过程：根据是否需要光能，将光合作用过程概括地分为光反应和暗反应(也称碳反应)两个阶
段。光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行①反应场所：叶绿体的类囊体薄膜
②条件：光照、光合色素、与光反应相关的酶④能量变化：光能——ATP 和NADPH 中活跃的化学能。暗
反应阶段：光合作用第二个阶段的化学反应，有没有光都可以进行①反应场所：叶绿体基质②条件:CO₂、
还原型辅酶Ⅱ(NADPH)和ATP、多种酶等③物质变化 CO2 的固定：CO2+C5
2C3 C3 的还原：在有关
酶的催化作用下，C3 接受ATP 和NADPH 释放的能量，并被NADPH 还原，一部分接受能量并被还原的
C3，经过一系列反应转化成糖类，一部分接受能量并被还原的C3，经过一系列变化又形成C5；④能量变
化：ATP 和ANDPH 中活跃的化学能——>糖类等有机物中稳定的化学能
【详解】（1）光的颜色属于光质，光质直接影响葡萄试管苗光反应过程，光反应为水的光解和ATP、
NADPH 的合成，发生在叶绿体类囊体薄膜。
（2）实验中WFL 组为对照组，对其处理为自然环境，其他条件与实验组相同，因此应为在白色日光灯下
培养与其他组相同的葡萄试管苗，其他培养条件与LED 光下培养条件相同；实验中变叶葡萄净光合速率在
不同光质下均低于“贝达”葡萄，根本原因，要从根本也就是基因层面回答，因此根本原因是变叶葡萄与
“贝达”葡萄的遗传特性（遗传信息）不同。
（3）实验中黄光（Y）和绿光（G）下葡萄幼苗的净光合速率为负值，也就是光合作用强度小于呼吸作用
强度，此时植株与呼吸作用有关因素基本相同，因此考虑光合作用强度的问题也就是在黄光和绿光下，葡
萄试管苗吸收的光能较少，光合作用很弱或不进行光合作用；与单色光相比，红蓝组合光（B+R）能显著
提高葡萄的净光合速率，推测其原因可能是红蓝组合光对叶片光合色素生成有促进作用，有利于叶绿体的
发育，从而捕获更多的光能，使净光合速率提升。
（4）由图2 各图纵坐标可知，“贝达”葡萄功能叶片中含量最高的可溶性糖是葡萄糖，可溶性糖类在逐渐
上升的同时，叶片的净光合速率却逐渐下降，推测可能的原因是葡萄糖可溶性糖类积累对光合作用过程起
到一定的反馈抑制作用，也就是光合产物过多，此时会抑制光合作用。根据图示分析，开花后45～60d“贝
达”葡萄功能叶片中葡萄糖、蔗糖含量上升，淀粉含量下降，结合葡萄后期甜度增高，可得出的结论是
“贝达”葡萄功能叶片中的淀粉分解转化为葡萄糖和蔗糖。
2．根据光合作用中CO2的固定方式，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。下图中图1 和图2 分别是C3
植物和C4植物利用CO2的途径。请据图回答下列问题：
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(1)图1 中所示过程发生在叶肉细胞叶绿体的 结构中。 （填“C3”或“C4”）植物适合生
活在干旱地区，判定理由是 。
(2)C3植物和C4植物CO2的固定方式可以用 法进行研究，该研究中自变量是 ，观察指
标是 。
(3)不同程度的干旱对某种C3植物光合作用的净光合速率、气孔导度（大小与气孔开度呈正相关）、胞间
CO。浓度影响如图3 所示：
①据图3 分析15%和20%的干旱在96h 时，干旱不是主要通过气孔导度影响净光合速率，判定理由是
。
②测定某种C4植物15%干旱条件下48h 的净光合速率与24h 相比并未出现明显下降，结合图1、图2、图3
分析原因是 。
【答案】(1) 基质 C4 干旱地区植物白天气孔容易关闭,导致植物体内的CO₂ 浓度下降,C4 植
物比 C,植物固定CO₂ 的能力更强,因此更适应此环境
(2) 同位素示踪 植物种类和时间 带放射性标记的化合物种类
(3) 15%和 20%的干旱在96h 时，胞间CO2 浓度高于其他组别，因此干旱不是主要通过气孔导度影响
净光合速率 15%干旱条件下 24h~48h 时，C3 植物气孔导度下降会导致胞间CO2 降低，但C4 植物可
利用“CO2 泵”将低浓度CO2 转为高浓度CO2，从而减小对净光合速率的影响。
【分析】光合作用：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）图1 为光合作用暗反应阶段，场所在叶绿体基质。干旱地区植物白天气孔容易关闭，导致植
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物体内的 CO2 浓度下降，C4 植物比C3 植物固定CO2 的能力更强，因此更适应此环境。
（2）研究C3 植物和C4 植物CO2 的固定方式不同可以用同位素示踪法进行研究，通过观察随时间变化细
胞内出现带放射性标记化合物的种类进行研究，因此自变量为植物种类和时间，因变量为带放射性标记的
化合物种类。
（3）①据图 3 分析15%和20%的干旱在96h 时，虽然气孔导度最低，但胞间CO2 浓度高于其他组别，因
此此时干旱不是主要通过气孔导度来影响胞间CO2 浓度进而影响净光合速率的。
②15%干旱条件下24h~48h 时，C3 植物气孔导度下降会导致胞间CO2 降低，但C4 植物可利用“CO2
泵”将低浓度CO2 转为高浓度CO2，从而减小对净光合速率的影响。
3．某研究小组将正常生长的番茄植株置于光照和温度等条件适宜的环境中培养。一段时间后改用含
14CO2
的空气（CO2浓度不变）进行培养，并进行一段时间的光照处理（OB 时段）和黑暗处理（B 点以后）。实
验过程中叶肉细胞的叶绿体内
14C3（含碳14 的三碳化合物）的变化情况如右图所示。请回答下列问题：
(1)图中A 时刻叶绿体中ADP 的移动方向是 ，此时细胞中产生ATP 的场所有 。
(2)图中OA 段
14C3的含量迅速增加的原因是 。AB 段
14C3的含量维持不变的原因是 （答出一点
即可）。B 点以后短时间内
14C5的含量应 （填“上升”“不变”或“下降”）。
(3)为进一步探究番茄生长过程中光照强度对光合作用的影响，选用A、B 两品种的番茄，在正常光照和弱
光照下进行实验。部分实验内容与结果如下表：
品
种
光照处理
叶绿素a 含量（mg/cm2）
叶绿素b 含量（mg/cm2）
CO2吸收速率（mg/cm2）
A
正常光照
1.81
0.42
4.59
A
弱光照
0.99
0.25
2.60
B
正常光照
1.39
0.24
3.97
B
弱光照
3.8
3.04
2.97
该实验的自变量是 ，无关变量是 （写出两个即可）。据表中数据分析：A、B 两个品种中更
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耐阴的是 ，判断依据是 。
【答案】(1) 叶绿体基质→类囊体薄膜 叶绿体、细胞质基质和线粒体
(2) 14CO2 与C5 结合后生成14C3 在光照强度和CO2 浓度不变的条件下，14C3 的产生和消耗达
到平衡 下降
(3) 番茄的品种和光照强度 温度、CO2 浓度、湿度、无机盐等 B 与正常光照相比，弱
光条件下B 品种叶绿素含量更高
【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化为储存能量的有机物，并释
放出氧气的过程。光合作用的光反应阶段场所是叶绿体的类囊体薄膜，水的光解的产物NADPH 与氧气，
还有ATP 的合成。光合作用的暗反应场所是叶绿体的基质，二氧化碳被C5 固定，形成C3，C3 在光反应
提供的ATP 和NADPH 的作用下生成糖类等有机物。
【详解】（1）图中A 时刻有光照，叶绿体中能进行光合作用，暗反应为光反应提供了ADP 和Pi，所以
ADP 的移动方向是叶绿体基质→类囊体薄膜。A 时刻有光照，细胞既能够进行光合作用也能进行呼吸作用，
因此细胞中能产生ATP 的场所有叶绿体、细胞质基质和线粒体。
（2）图中OA 段有光照，植物能正常进行光合作用，14C3 的含量迅速增加的原因是：14CO2 与C5 结合生
成2 分子14C3.。在在光照强度和CO2 浓度不变的条件下，暗反应新吸收的14CO2 被用于合成葡萄糖等物
质，同时暗反应中14C3 与14C5 快速的循环转化，使叶绿体内14C3 的产生和消耗达到平衡。B 点后进行
黑暗处理时，光反应停止，ATP 和NADPH 的提供减少，会导致14C3 还原减缓，14C5 的生成量降低。
（3）分析表中信息可知，自变量为番茄的品种和光照强度，无关变量是温度、CO2 浓度、湿度、无机盐
等。从表中分析可知，B 品种更耐阴，因为与正常光照相比，弱光条件下B 品种的叶绿素含量更高，有利
于在光照条件较弱的环境下进行光合作用积累有机物。与A 品种相比，弱光条件下B 品种的叶绿素含量更
高，CO2 吸收速率更高。由此判定B 品种更耐阴生长。
4．下图1 是某绿色植物叶肉细胞中两种细胞器的生理活动示意图，其中甲、乙代表相关结构，a～e 代表
相关物质，①～③代表相关生理过程。图2 是研究叶肉细胞中上述两种生理活动的实验装置，图3 表示该
植物在自然环境中两昼夜内CO2吸收量或释放量的变化，S1～S5表示曲线与X 轴围成的面积。请回答下列
问题：
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(1)图1 中的两种细胞器在结构上的共同点有 （答出2 点）。物a 代表的物质有 ，
其作用是 。
(2)将图2 装置置于光照充足条件下一段时间后，刻度毛细管中的液滴会向 （填“左”或
“右”）移动，原因是 。若利用图2 装置测定图1 中①～③生理过程的速率，该装置必须进
行的改变是 。
(3)图3 中植物在这两昼夜内能否生长，可通过比较 来判断。
【答案】(1) 均有双层膜；均有增大膜面积的结构；均有少量DNA ATP 和NADPH 为暗反
应提供能量和还原剂
(2) 右 CO2 缓冲液可维持小室内CO2 浓度的恒定，植物叶片光合作用释放O2 使小室内气体体积
增加 液滴右移去掉光源（或置于黑暗条件下）
(3)S1+S3+S5 与S2+S4 的大小
【分析】1、光合作用产生的氧气可用于呼吸作用，呼吸作用产生的二氧化碳可被光合作用利用，所以图1
的细胞器分别是叶绿体和线粒体。2、a 由光反应产生，用于暗反应的三碳化合物的还原，是ATP 和
NADPH，c 由光合作用产生，可以被线粒体利用，是氧气。
【详解】（1）图1 中的两种细胞器分别是叶绿体、线粒体，二者在结构上的共同点有：均有双层膜；均有
增大膜面积的结构；均有少量DNA 等。叶绿体中甲结构为类囊体，乙结构为叶绿体基质，光合作用过程
中，类囊体可为叶绿体基质提供ATP 和NADPH，为暗反应提供能量和还原剂。
（2）光照充足条件下，植物的净光合速率＞0，即图2 装置的密闭玻璃小室内有O2 的释放，而CO2 缓冲
液可维持小室内CO2 浓度恒定，小室内气体体积增加，液滴右移。图1 中①～③生理过程为有氧呼吸，若
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利用图2 装置测定有氧呼吸速率，应将装置置于黑暗条件下，使叶片停止光合作用，利用O2 的消耗量来
进行测定。
（3）图3 中植物在两昼夜内能否生长，可通过比较S1+S3+S5 与S2+S4 的大小来判断，若（S1+S3+S5）
＜（S2+S4），则该植物能生长；若（S1+S3+S5）≥（S2+S4），则该植物不能生长。
5．科研人员利用人工气候箱，以某品种草莓为材料，研究环境因素对其叶绿素含量和净光合速率的影响，
定期对叶片进行测定，结果见图1、图2。回答下列问题：
(1)分离草莓叶肉细胞中的光合色素需要用到的试剂为 ，层析后的滤纸条上色素带颜色为
的是叶绿素a，该色素分布的部位进行光合作用相关反应时需要暗反应提供的原料是 。
(2)由图1、2 可知，相对于低温处理，在低温弱光处理下，净光合速率下降得更明显，主要是因为
。12-18d 之间，对照组净光合速率下降，可能的内部因素为 。
(3)如图3 所示，在植物体内，制造并输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的
组织器官被称为“库”。若要验证“源”、“库”之间存在上述物质代谢关系，可以使用
14CO2饲喂草莓
叶片，检测 。
(4)光合产物从“源”向“库”主要以 形式运输，若该过程受阻会导致叶绿体中的淀粉积累，
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进一步会导致 膜结构被破坏，从而直接影响光反应的进行。
【答案】(1) 层析液 蓝绿色 ADP、NADP+、Pi
(2) 在低温弱光处理下，叶绿素含量下降得更显著 光合作用的酶含量下降（酶活性下降）
(3)果肉细胞中含14C 的有机物的含量/有无（果肉细胞中放射性的强度/有无）
(4) 蔗糖 类囊体
【分析】叶绿体的四种色素经层析后，在滤纸条上由上到下依次为橙黄色的胡萝卜素；黄色的叶黄素；蓝
绿色的叶绿素a；黄绿色的叶绿素b。其中叶绿素a 含量最多，所以最宽。在四种色素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。
【详解】（1）叶绿体的色素在层析液中的溶解度不同，故分离草莓叶肉细胞中的光合色素需要用到的试
剂为层析液；叶绿素a 的颜色是蓝绿色；叶绿素可参与光反应过程，光反应可发生水的光解，并产生
ATP，需要暗反应提供的原料是ADP、NADP+、Pi。
（2）分析题图，辣椒叶片叶绿素含量和净光合速率随着处理时间的延长均呈明显下降趋势，根据实验后
低温和低温弱光条件下叶绿素含量差值比实验初始差值可知，在低温处理下，叶绿素含量下降得更明显，
而叶绿素参与光反应过程，故在低温弱光处理下，净光合速率下降得更明显；由题意可知CO2 供应充足推
测，生化反应的进行需要酶的催化，12-18d 之间，对照组净光合速率下降，可能的内部因素为光合作用的
酶含量下降（酶活性下降）。
（3）同位素可用于追踪物质运行和变化的规律，在植物体内，制造并输出有机物的组织器官被称为
“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”，若要验证“源”、“库”之间存在上述物
质代谢关系，可以使用14CO2 饲喂草莓叶片，即用同位素标记“源”，可通过果肉细胞（库）中含14C 的
有机物的含量/有无（果肉细胞中放射性的强度/有无）。
（4）植物光合产物产生器官被称作“源”，光合产物消耗和储存部位被称作“库”，叶片是“源”，从
叶肉细胞输出的是蔗糖；光合色素和酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上，若叶绿体中的淀粉积累，进一步会
导致类囊体膜结构被破坏，从而直接影响光反应的进行。
6．玉米幼苗在春季遇连续低温天气会减产。为了研究低温胁迫对玉米幼苗生长的影响，科研人员开展了
相关研究。回答下列问题：
(1)细胞膜的脂质过氧化损伤是低温伤害植物的一种表现，损伤程度可通过检测叶片的电导率进行分析（叶
片的损伤程度越高电导率越高）。科研人员选择低温敏感型和耐受型两个玉米品种进行不同低温与不同时
间胁迫处理，相关研究结果如图所示。
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据图可知，在一定范围内，同一品种玉米的细胞膜损伤程度与温度呈 （填“正”或“负”）相关，与
处理时间呈 （填“正”或“负”）相关。两个玉米品种中，低温耐受型玉米品种是 。
(2)玉米细胞中的过氧化物酶（POD）能清除膜脂过氧化产生的过氧化氢，抑制氧自由基的产生，从而减轻
膜脂过氧化的程度。该酶有利于玉米幼苗抵御低温胁迫，使低温耐受型玉米幼苗保持相对稳定的净光合速
率。推测低温耐受型玉米在一定程度上能抵御低温胁迫的原因可能是 （答出两点）。
(3)聚糠萘合剂（PKN）是一种抗冷调节剂。科研人员以玉米幼苗叶片为实验材料，探究了低温胁迫下PKN
对玉米叶片光合作用的影响，结果如表所示。
胁迫天
数
叶绿素含量（mg·g-1）
净光合速率（μmolCO2·m-2·s-1）
气孔导度（mmol·m-2·s-1）
PKN 组
清水组
PKN 组
清水组
PKN 组
清水组
0
0.55
0.56
8.91
8.06
40.58
36.78
1
0.49
0.50
7.92
6.89
34.45
30.56
3
0.42
0.33
5.75
4.17
18.67
13.67
5
0.37
0.26
4.38
2.81
11.56
4.32
①分离玉米叶片中的光合色素时可利用 法，其中叶绿素分布在从上往下数第 条色素带。
②随着胁迫天数的增加，PKN 组和清水组净光合速率均减小，分析表中数据，推测其原因是 。
③某同学对实验结果进行分析时提出以下观点，你认为错误的是 。
A．低温胁迫下，玉米叶片中自由水含量/结合水含量的值增大
B．培养液中N 的含量可能影响PKN 的作用效果
C．清水组胁迫第5 天时的叶片干重低于胁迫前
【答案】(1) 负 正 先玉330
(2)细胞中的过氧化物酶（POD）活性增强，能清除膜脂过氧化产生的过氧化氢，抑制氧自由基的产生
(3) 纸层析法 三、四 随着胁迫天数的增加，PKN 组和清水组的叶绿素含量和气孔导度均下
降，导致净光合速率减小 AC
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【分析】分析柱状图可知，植物细胞膜损伤程度增大，相对电导率增大；温度低，时间延长会导致植物细
胞膜损伤程度增大；相较而言，先玉335 受低温胁迫的影响较小。
【详解】（1）随温度降低，同一品种玉米的细胞膜损伤程度增大，所以同一品种玉米的细胞膜损伤程度
与温度呈负相关；随着胁迫时间延长，玉米的细胞膜损伤程度增大，所以与处理时间呈正相关；分析柱状
图可知，植物细胞膜损伤程度增大，相对电导率增大；相较而言，先玉335 的导电率低，受低温胁迫的影
响较小，故两个玉米品种中，耐冷型玉米品种是先玉335。
（2）低温耐受型玉米细胞中的过氧化物酶（POD）活性增强，清除膜脂过氧化产生的过氧化氢，抑制氧
自由基的产生，从而减轻膜脂过氧化的程度。
（3）分离色素用的是纸层析法，分离的色素从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 和叶绿素b；随
着胁迫天数的增加，PKN 组和清水组净光合速率均减小，分析表中数据，推测其原因是随着胁迫天数的增
加，PKN 组和清水组的叶绿素含量和气孔导度均下降，导致净光合速率减小；低温胁迫下，玉米叶片中自
由水含量/结合水含量的值减小，A 错误；培养液中N 的含量可能影响PKN 的作用效果，B 正确；清水组
胁迫第5 天时的叶片干重低高于胁迫前，因为净光合速率一直大于零，一直有有机物的积累，C 错误。故
选AC
7．叶绿体类囊体膜上主要有光系统I（PSI）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素b6f 蛋白复合体和ATP 酶复合
体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递，H+输送及ATP 合成等过程，如图1 所示。回
答下列问题：
(1)图1 表示光合作用的 过程，膜上发生的反应过程将H2O 分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，
最终转化为 中活跃的化学能。
(2)科研人员将正常叶片置于适量的溶液B 中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离叶绿体，该实
验所用溶液B 应满足的条件是 （从pH 和渗透压的角度作答）。将分离得到的叶绿体悬浮在适宜
溶液中，照光后有O2释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外膜破裂后再照光， （填“有”或“没
有”）O2释放，原因是 。
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(3)研究人员在黑暗条件下将叶绿体的类囊体放入烧杯中，人为调整类囊体膜两侧的pH，并适时加入适量
的ADP 和Pi，过程如图2 所示。一段时间后检测，只有实验组有ATP 产生。结合图1 和实验结果，可得出
的实验结论是 。
【答案】(1) 光反应 NADPH 和ATP
(2) PH 应与细胞质基质的相同、渗透压应与细胞内的相同 有 类囊体膜是H2O 分解释放O2
的场所，叶绿体双层膜破裂不影响类囊体膜的功能
(3)有类囊体内的H+浓度高于膜外时，才能促使ADP 和Pi 合成ATP，也即是当H+通过协助扩散出类囊体
时，可为ATP 的合成提供能量。
【分析】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。
【详解】（1）图1 表示光合作用的光反应过程，膜上发生的反应过程将H2O 分解成O2、H+和e-，光能转
化成电能，在光反应中，光能转化为NADPH 中的能量和ATP 中活跃的化学能。
（2）将正常叶片置于适量的溶液中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离细胞器，得到的细胞
器应保持正常的活 性，故该实验中所用溶液应满足的条件是PH 应与细胞质基质的相同、渗透压应与细胞
内的相同。植物光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，发生的反应有水的光解，产生氧气和
NADPH，如果在适宜溶液中将叶绿体的双层膜破裂后再照光，也会有氧气释放，原因是类囊体膜是H2O
分解释放O2 的场所，叶绿体双层膜破裂不影响类囊体膜的功能。
（3）根据图示的信息，只有类囊体内的H+浓度高于膜外时，才能促使ADP 和Pi 合成ATP，也即是当
H+通过协助扩散出类囊体 时，可为ATP 的合成提供能量。
8．科学家在研究原产热带和亚热带植物时，发现部分植物的光合作用还存在C4途径，而地球上多数植物
的光合作用只有C3途径。下图是玉米的光合作用途径（含C4、C3途径）和花生的光合作用途径（只有C3
途径）。回答下列问题：
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(1)结合上图，PEPC 酶能催化叶肉细胞周围的CO2和 生成C4酸，C4酸进入维管束鞘细胞再分解为CO2
供暗反应利用，由此可见，玉米和花生的C3途径分别发生在 细胞。
(2)研究表明，PEPC 酶与CO2的亲和力比Rubisca 酶与CO2的亲和力高60 多倍，由此推测，在晴朗夏季的
中午，玉米的净光合速率可能 （填“高于”“等于”或“低于”）花生的净光合速率，原因是 。
(3)已知光合作用中产生ATP 的常见方式是叶绿体利用光能驱动电子传递建立跨膜的质子梯度（△H⁺），形
成质子动力势，质子动力势推动ADP 和Pi 合成ATP。已知NH4Cl 可消除类囊体膜内外的质予梯度
（△H⁺），科研人员利用不同浓度的NH4Cl 溶液处理玉米的两种叶绿体，并测定ATP 的相对含量，实验结
果如下表：
处理
维管束鞘细胞叶绿体光合磷酸化活
力
叶肉细胞叶绿体光合磷酸化活力
μ molesATP/mg·chl-1·h-1
μ molesATP/mg·chl-1·h-1
对照
91.10
135.9
1×105M
85.82
104.7
1×10-4M
77.09
76.24
1×103M
65.18
35.23
5×10-3M
55.39
5.49
①随着NH4Cl 溶液浓度的增加两种叶绿体产生ATP 的相对含量下降的原因是 ，其中 细胞叶绿体产
生ATP 相对含量卡降得更明显。
②根据实验结果，对玉米维管束鞘细胞叶绿体产生ATP 的机制进行推测 。
【答案】(1) C3 酸 维管束鞘细胞、叶肉
(2) 高于 玉米为C4 植物，细胞中有与CO2 亲和力强的PEPC 酶，在晴朗夏季的中午，叶片气孔
开度下降时，玉米能利用较低浓度的CO2 进行光合作用
(3) 随着NH4Cl 溶液浓度的增加，明显消除类囊体膜内外质子梯度（ΔH+），降低质子动力势，导致
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推动ADP 和Pi 合成ATP 的量减少 叶肉 通过质子动力势推动ADP 和Pi 合成ATP
【分析】1、左图是玉米C4 途径光合作用过程，玉米光合作用过程中，二氧化碳在叶肉细胞的叶绿体内与
C3 酸反应形成四碳化合物，四碳化合物进入维管束鞘细胞的叶绿体，四碳化合物形成二氧化碳和C3，二
氧化碳进行卡尔文循环，再与五碳化合物结合形成C3，C3 被NADPH 和ATP 还原形成糖和C5。
2、玉米属于C4 植物，构成维管束鞘的细胞比较大，里面含有没有基粒的叶绿体，这种叶绿体不仅数量比
较多，而且个体比较大，叶肉细胞则含有正常的叶绿体。维管束鞘细胞不能进行光反应，但是叶绿体也能
利用叶肉细胞产生的ATP 和NADPH 进行暗反应。
【详解】（1）由图可知，PEPC 酶能催化叶肉细胞周围的CO2 和C3 酸生成C4 酸，C4 酸进入维管束鞘细
胞再分解为CO2 供暗反应利用，由图可知，玉米和花生的C3 途径分别发生在维管束鞘细胞、叶肉细胞内。
（2）由图可知，在玉米叶肉细胞中含有PEPC 酶，该酶与CO2 亲和力较强，因此玉米的叶肉细胞可以在
较低浓度二氧化碳的条件下，通过PEPC 酶固定二氧化碳，然后泵入维管束鞘细胞中利用，使维管束鞘细
胞积累较高浓度的CO2，因此在晴朗夏季的中午，叶片气孔开度下降时，玉米作为C4 植物，能利用较低
浓度的CO2 进行光合作用，使玉米光合作用速率基本不受影响，而花生属于C3 植物，当气孔关闭后，胞
间CO2 浓度降低，导致光合速率降低。
（3）①根据题意可知，NH4Cl 可消除类囊体膜内外质子梯度（ΔH+），因此随着NH4Cl 溶液浓度的增加，
对类囊体膜内外质子梯度（ΔH+）的消除能力增强，形成质子动力势逐渐减小，导致质子动力势推动ADP
和Pi 合成ATP 减少，导致两种叶绿体产生ATP 的相对含量下降，分析表中数据可知，叶肉细胞叶绿体光
合磷酸化活力降低更多，因此叶肉细胞叶绿体产生ATP 相对含量下降得更明显。
②根据实验结果，表中随着NH4Cl 溶液浓度的增加，维管束鞘细胞叶绿体光合磷酸化活力也下降，因此推
测玉米维管束鞘细胞叶绿体是通过质子动力势推动ADP 和Pi 合成ATP。
9．盐胁迫是植物生长过程中常见的非生物逆境之一，对植物的光合作用和光呼吸过程产生显著影响。光
合作用是植物利用光能合成有机物的过程，而光呼吸则是植物在较强光照条件下分解有机物的过程。为了
研究盐胁迫对这两个过程的影响，某研究小组设计了一系列实验。下图为光合作用（部分）和光呼吸的示
意图，请根据提供的信息回答下列问题：
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(1)据图分析：光呼吸是植物在 （填细胞中的部位）中进行的生理过程，它消耗 （填
气体），并释放 （填气体）。
(2)实验步骤：选取生长状况相同的某种植物幼苗，平均分为5 组。各组分别用蒸馏水（对照组）和0.1%、
0.3%、0.5%、0.7%的NaCl 溶液浇灌。在相同且适宜的环境条件下培养14 天。测定并记录各组幼苗的净光
合作用速率和光呼吸速率。实验结果如下表所示。
组
别
NaCl 溶
液浓度
净光合作用速率
（μmol·m-2·s-1）
气孔导度
（mmol·m-2·s-1）
叶绿体色素含量
（mg/g）
光呼吸速率
（μmol·m-2·s-1）
A
蒸馏水
12.5
0.21
2.0
1.5
B
0.1%
10.8
0.21
1.8
1.8
C
0.3%
9.2
0.14
1.5
2.2
D
0.5%
7.4
0.10
1.1
2.8
E
0.7%
5.0
0.07
0.7
3.5
根据实验数据，随着盐浓度的增加，植物的净光合作用速率 ，光呼吸速率 。
(3)据表分析，推测盐胁迫对植物光合作用的可能影响机制是： （答出两点）。
(4)请根据题干信息和实验结果分析，提出三条降低植物光呼吸速率的有效措施 。
【答案】(1) 叶绿体和线粒体（或叶绿体基质和线粒体基质） O2 CO2
(2) 下降 上升
(3)盐胁迫导致气孔关闭，减少二氧化碳进入叶片，降低了暗反应速率导致光合速率下降；盐胁迫破坏叶绿
体结构，降低光合色素含量，导致光合作用速率减慢
(4)改善光照条件：适当调节光照强度，避免强光直射，可以减少光呼吸的发生。合理灌溉：保持土壤湿润，
避免出现盐胁迫，提高光合速率，降低光呼吸速率。控制二氧化碳浓度：在高二氧化碳，低氧气浓度条件
下，光合速率会提高，光呼吸速率会降低。
【分析】题意分析，本实验的目的研究盐胁迫对光合作用和光呼吸两个过程的影响，因此该实验的自变量
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为是否用SNP 处理，因变量为植株幼苗的光呼吸情况和光合作用情况。
【详解】（1）根据题目中的光合作用和光呼吸示意图，可以看出光呼吸是在叶绿体和线粒体中进行的生
理过程。光呼吸消耗氧气来分解糖类，同时释放二氧化碳，光呼吸过程中可以将光反应产生的NADPH 和
ATP 消耗掉，避免对植物细胞造成伤害。
（2）根据实验数据表格可以看出，随着盐浓度的增加，植物的净光合作用速率逐渐下降，光呼吸速率逐
渐上升。
（3）盐胁迫对植物光合作用的可能影响机制主要有两个方面；盐胁迫会导致气孔关闭，减少二氧化碳进
入叶片，进而降低暗反应速率，最终导致光合速率下降；盐胁迫还会破坏叶绿体结构，降低光合色素含量，
从而影响光合作用的进行，使得光合作用速率减慢。
（4）为了降低植物光呼吸速率，可以采取以下措施：改善光照条件，适当调节光照强度，避免强光直射；
合理灌溉也是关键，保持土壤湿润，避免出现盐胁迫，可以提高光合速率；控制二氧化碳浓度也是一种有
效的方法，因为在高二氧化碳、低氧气浓度条件下，光合速率会提高。这些措施可以帮助植物更好地适应
环境提高生长效率。
10．落地生根、景天等景天科植物具有一个很特殊的二氧化碳同化方式，该类植物夜晚气孔开放，白天气
孔关闭，其气孔开、闭情况及相关代谢途径如图所示。回答下列有关问题：
(1)景天科植物夜晚利用CO2的场所是 ，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭的生物学意义是 ，气
孔开闭的特点与其生活环境相适应，推测景天科植物生活的环境的特点可能是 。
(2)景天科植物在进行卡尔文循环过程中，提供能量的物质是 ，若只在白天提高大气中的CO2浓度，则
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景天科植物的光合速率将 ，判断依据是 。
(3)景天科植物叶肉细胞细胞质中丙酮酸的去向有 （写出2 个）。
(4)在极其恶劣的条件下，景天科植物会在夜晚关闭气孔，而在其体内进行CO2循环，假设其他过程不受影
响，则这一机制 （填“能”或“不能”）使植物正常生长，原因是 。
【答案】(1) 细胞质基质 有利于减少水分的散失 干旱炎热
(2) ATP 和NADPH 不变 白天气孔关闭不吸收二氧化碳，因此白天CO2 浓度升高不会影响
光合作用暗反应的进行
(3)进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段，转化成丙糖磷酸进入叶绿体参与淀粉合成（合理即可）
(4) 不能 该机制下1 天内植物没有有机物的积累
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，此过程必须
有光、色素、化合作用的酶。具体反应步骤：①水的光解，水在光下分解成氧气和NADPH；②ATP 生成，
ADP 与Pi 接受光能变成ATP，此过程将光能变为ATP 活跃的化学能。暗反应在叶绿体基质中进行，有光
或无光均可进行，反应步骤：①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化合物；②二
氧化碳的还原，三碳化合物接受NADPH、酶、ATP 生成有机物。此过程中ATP 活跃的化学能转变成化合
物中稳定的化学能；光反应为暗反应提供了NADPH 和ATP，NADPH 和ATP 能够将三碳化合物还原形成
有机物。
【详解】（1）根据图示信息，夜晚CO2 进入细胞质基质先生成HCO3-，再生成草酰乙酸，最后生成苹果
酸储存在液泡中，因此景天科植物夜晚利用CO2 的场所是细胞质基质。该类植物夜晚气孔开放，白天气孔
关闭，能在白天降低蒸腾作用，减少水分散失，因此比较适合在干旱炎热的地区生长。
（2）在进行卡尔文循环过程中，ATP 和NADPH 都能提供能量，同时NADPH 还可作为还原剂。景天科植
物白天气孔关闭不吸收二氧化碳，因此白天提高大气中CO2 浓度不会影响光合作用暗反应的进行，故不会
对其光合速率有影响。
（3）根据图示信息，白天苹果酸分解产生的丙酮酸生成丙糖磷酸再进入叶绿体合成淀粉，另外在有氧呼
吸过程中，丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段。
（4）由题图信息可知，如果景天科植物夜间关闭气孔，会使植物无法从外界吸收CO2，植物体1 天内的
CO2 循环不会使植物积累有机物，因而植物不能正常生长。
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