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专题01 光合作用和细胞呼吸
通过各省考题来看，分子与细胞主要考察侧重考查光合作用过程中光反应和暗反应之间的区别与联系，
以及影响光合作用速率的因素，需要考生识记并理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成
一定知识网络的能力，并且具有定的分析能力和理解能力。
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。
2、（2023·重庆·高考真题）水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
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(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水
稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光
条件下，测定了两种水稻的相关生理指标（单位省略），结果如下表。
光反应
暗反应
光能转化效率
类囊体薄膜电子传递速率
RuBP 羧化酶含量
Vmax
野生
型
0．49
180．1
4．6
129．5
突变
体
0．66
199．5
7．5
164．5
注：RuBP 羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP 羧化酶催化的最大速率
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是 。RuBP 羧化酶催化的底物是CO2和 。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是 。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮荫条件下两种水稻的产量（单位省略），结果如下表。
田间光照产量
田间遮阴产量
野生
型
6．93
6．20
突变
体
7．35
3．68
①在田间遮荫条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是 ，外因是 。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和 ，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开
花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点（光合速率和呼吸速率相等时的光照强度），突变体水稻较野
生型 （填“高”、“低”或“相等”）。
3、（2023·辽宁·高考真题）花生抗逆性强，部分品种可以在盐碱土区种植。下图是四个品种的花生在不同
实验条件下的叶绿素含量相对值（SPAD）（图1）和净光合速率（图2）。回答下列问题：
2
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(1)花生叶肉细胞中的叶绿素包括 ，主要吸收 光，可用 等有机溶剂从叶片中提取。
(2)盐添加量不同的条件下，叶绿素含量受影响最显著的品种是 。
(3)在光照强度为500μmol·m2·s¹、无NaCl 添加的条件下，LH12 的光合速率 （填“大于”“等于”或
“小于"）HH1 的光合速率，判断的依据是 。在光照强度为1500μmolm2·s-1、NaCl 添加量为3．0g·kg¹
的条件下，HY25 的净光合速率大于其他三个品种的净光合速率，原因可能是HY25 的 含量高，光反
应生成更多的 ，促进了暗反应进行。
3
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(4)依据图2，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植 品种。
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．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：
(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 。
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(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 。
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：
(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
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。
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 。
3．小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个
反应，其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为PSI 和PSⅡ）中的电子被光激发的反应，如
图所示。回答下列问题：
(1)在提取小麦叶片中光合色素的过程中，研磨叶片常需要加无水乙醇、二氧化硅和 ，其中二氧
化硅的作用是 。用纸层析法分离色素时，叶绿素a 和叶绿素b 在层析液中溶解度较大的是
。
(2)PSI 和PSⅡ位于叶绿体 （填结构）上，光照时，PSI 和PSⅡ以串联的方式协同完成电子由水释
放、传递给 （物质）最终生成NADPH 的过程。
(3)据图推测H+经ATP 合酶跨膜运输是 （填“顺”或“逆”）浓度梯度进行的。图示过程中发生
的能量转化形式是 。
(4)D1 蛋白是PSⅡ复合物的组成部分，对维持PSⅡ的结构和功能起重要作用。过剩的光能会造成D1 蛋白
降解，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。研究者用含
35S 的甲硫氨酸标记叶片，强光下照射
叶片，短时间内约有30%～50%的放射性进入D1 蛋白，但观察不到D1 蛋白有明显的净损失，其原因可能
是 。这种保护机制的意义是 。
4．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：
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(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
耐阴的是 ，判断依据是 。
5．葡萄被誉为世界四大水果之首，它营养丰富、用途广泛、色美、气香、味可口，是果中佳品。光照条
件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合五碳糖，O2与五碳糖结合后经一系列反应释放 CO2的过程称为光
呼吸。回答下列问题：
(1) 循环将CO2还原成糖。据材料可推测光呼吸过程中 O2与五碳糖结合在叶肉细胞的 中
进行。葡萄属于高光呼吸型的植物，为降低光呼吸对葡萄光合产物的消耗，研究者向葡萄叶面喷施不同浓
度的光呼吸抑制剂SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。
SoBS 浓度（mg/L）
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度（CO2μmol•m-2•s-1）
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度（CO2μmol•m-2•s-1）
6.4
6.2
5.8
5.5
5.2
4.8
4.3
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注：表中光合作用强度即总光合速率，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。据表分析，该实
验的光合作用强度用 来表示。喷施浓度为300mg/L SoBS 溶液对葡萄增产 （填“有利”
或“不利”）。为探究SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，应在 mg/L 之间再设置多个浓度梯度
进一步进行实验。
(2)葡萄叶光合产物主要以 形式提供给果实。
(3)大型封闭式气调冷藏库（充入氮气替换部分空气），延长了葡萄保鲜时间、增加了果农收益。气调冷藏
库中葡萄的需氧呼吸受到抑制，原因是 。该库中葡萄细胞的糖酵解 （填“会”或“不
会”）受到抑制。气调冷藏库配备的过滤装置及时清除葡萄细胞产生的 （激素），可延长葡萄保
鲜时间。
6．微藻是在显微镜下才能辨别形态的微小的光合生物，能通过碳浓缩机制进行光合作用高效固定CO2，对
实现碳中和有重大研究意义。以莱茵衣藻（一种真核细胞，下面简称衣藻）为例，在低CO2浓度下碳浓缩
机制如图1 所示；衣藻类囊体薄膜上的PSI（光系统I）和PSII（光系统Ⅱ）如图2 所示。完成下列问题：
(1)PSI 和PSⅡ由蛋白质和光合色素组成，光合色素可用 提取得到，光合色素的作用是 。
(2)类囊体腔内产生的H+可穿过ATP 合成酶，运输方式是 。H+用于形成 （物质），该物质在暗反
应的功能是 。
(3)结合题干分析，CO2的来源有 。在衣藻细胞内，CA 酶可催化CO2与HCO3
-的可逆转化。与CO2形式
相比，在叶绿体基质中以HCO3
-形式富集的优点是 。
(4)把衣藻放在NaHC18O3缓冲液中进行实验，
18O 会依次出现在 。如果突然停止光照，短时间内C3和
C5如何变化? 。
(5)相比于绿色植物，藻类的优势有哪些? （答出两点）
7．我国北方地区的冬油菜在油料作物布局和经济效益中起着深远的影响。抗寒性是北方寒旱区冬油菜生
产获得高产稳产性的前提条件。为提高抗寒品质，选育抗寒品种，某实验室将已有的不同抗寒性冬油菜典
型代表性品种——陇油7 号（超强抗寒性）、陇油8 号（强抗寒性）、天油4 号（弱抗寒性），在20℃和
一4℃条件下分别处理72h 后，进行了光合特征的对比分析，结果如表所示。回答下列问题：
品种
叶绿素含
净光合速
气孔导
胞间CO2浓
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量/（mg·g-1）
率/（μmol·m-2·s-1）
度/（mmol·m-2·s-1）
度/（μmol·mol-1）
20℃
-4 ℃
20℃
-4℃
20℃
-4℃
20℃
-4℃
陇油7
号
32.15
22.86
6.73
5.11
0.74
0.35
338.76
272.44
陇油8
号
31.56
14.91
7.65
2.91
0.73
0.41
298.51
300.12
天油4
号
30.57
9.45
5.89
0.12
0.57
0.12
297.98
280.72
(1)一般用 （填试剂名称）提取植物叶绿体中的色素。若叶绿素含量降低，主要影响植物对
（填“红光”“蓝紫光”或“红光和蓝紫光”）的吸收。光合色素吸收的光能在光反应中的用途有
。
(2)分析表中数据可知，低温处理后陇油7 号胞间 CO2浓度降低的原因是 。-4℃条件下，陇油8
号的净光合速率下降主要是 （填“气孔因素”或“非气孔因素”）引起的。
(3)结合表中数据，从光反应速率和暗反应速率的角度分析天油4 号抗寒能力弱于陇油7 号的原因是
。
8．马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1 是马铃薯光合作用产物的形成及运
输示意图，图2 是蔗糖从叶肉细胞进入筛分子-伴胞复合体的一种模型。请回答下列问题：
(1)图1 所示的代谢过程中，需要光反应产物参与的过程是 （填标号）。为马铃薯叶片提供C18O2，块茎
中会出现
18O 的淀粉，请写出
18O 转移的路径：C18O2→ →淀粉，叶肉细胞光合作用的产物中 （会/不
会）出现
18O2。
(2)图2 中甲具有 酶活性。乙（SUT1）是一种蔗糖转运蛋白，在马铃薯植株中成功导入蔗糖转运蛋白反
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义基因（转录的模板链是SUT1 基因转录模板的互补链）后SUT1 基因表达的 水平降低，导致SUT1 含
量下降，此时叶片中可溶性糖和淀粉总量会 ，最终导致块茎产量 。
(3)当图①中叶肉细胞的净光合速率为0 时，其中叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质中的O2浓度从高到
低依次是 。
9．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)测定光合色素含量时，先用 （试剂）提取色素。为避免类胡萝卜素的影响，应选用色素溶液对
光的吸收值来估算叶绿素的含量。
(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 。
10．某研究性学习小组利用新鲜的菠菜叶打出若干个圆形小叶片，经处理后在适宜的光照条件下将其分别
放在实验室提供的质量分数为0.5%、1.5%、2.5%、3.5%的碳酸氢钠溶液中，观察叶片上浮情况，实验结
果如下表。
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碳酸氢钠质量分数（%）
0.5
1.5
2.5
3.5
单位时间内叶片上浮片数（片）
4
18
20
8
回答下列问题：
(1)绿叶通过 （填叶片结构）从外界吸收的CO2，最终在叶绿体基质中与C5结合形成C3，接受能量后，
被 还原，最终转化为糖类和C5。这样，暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地
进行下去，因此暗反应过程也称作 。
(2)沉降到烧杯底部的圆形小叶片在适宜的条件下一段时间会上浮，小圆叶片上浮的原因是 。
(3)碳酸氢钠溶液浓度超过一定数值后圆形小叶片的光合作用强度反而下降。为探究该问题，小组成员作出
假设并进行探究。
①假设：较高质量分数的碳酸氢钠溶液中，保卫细胞 ，致使光合作用减弱。
②为验证该假设，设置两组实验，对该植物的气孔开度作检测，检测结果符合预期。
③若用上述实验中的菠菜叶为材料，验证该假设提出的光合作用减弱原因，你的研究思路是 。
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