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专题01 分子与细胞模块用
要求学生在题干信息提取加工的基础上，结合教材原型知识进行作答，通常是考查学生已学知识在新情境
中的迁移应用。常以ATP 常融合其他知识一块考查；酶常通过曲线分析、实验结果的分析等形式考查。有
氧呼吸和光合作用过程的文字或图解为情境；(2)以科学家所做的一种或多种环境因素对两过程影响的实验
数据表或坐标曲线为情境。
1、（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：
1
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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。
(4)依据图2，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植 品种。
【答案】(1) 叶绿素a 和叶绿素b 红光和蓝紫 无水乙醇
(2)HH1
(3) 大于 在光照强度为500μmol·m2·s¹、无NaCl 添加的条件下，LH12 的净光合速率和HH1 的净
光合速率相同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，
叶绿素 ATP 和NADPH
(4)LH12
【分析】绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更
充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，
随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶
黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
【详解】（1）花生叶肉细胞中的叶绿素包括叶绿素a 和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，可用无水乙醇
2
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等有机溶剂从叶片中提取，因为叶片中的色素能溶解到有机溶剂中。
（2）结合图1 实验结果可以看出，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HH1，因
为该品种的叶绿素含量受盐浓度变化影响更显著。
（3）在光照强度为500μmol·m-2·s-1、无NaCl 添加的条件下，LH12 的净光合速率和HH1 的净光合速率相
同，但由于前者的呼吸速率大于后者，且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和，因此可以判断，
LH12 的光合速率大于HH1 的光合速率。在光照强度为1500μmolm-2·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 的叶绿素含量高与其他三个
品种，光反应生成更多的ATP 和NADPH，进而促进了暗反应进行，提高了光合速率。
（4）根据图2 数据可知，在中盐（2．0g·kg-1）土区适宜选择种植LH12 品种，因为该条件下，该品种的
净光合速率更大，说明产量更高，因而更适合在该地区种植。
2、（2022·辽宁·高考真题）浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，
造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
Ⅰ．光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料，提取、分离色素，发现浒苔甲的光合色素种类
与高等植物相同，包括叶绿素和 。在细胞中，这些光合色素分布在 。
(2)测定三个样品的叶绿素含量，结果见下表。
样
品
叶绿素a（mg·g-1）
叶绿素b（mg·g-1）
上
层
0.199
0.123
中
层
0.228
0.123
下
层
0.684
0.453
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为 。
Ⅱ．光合作用关键酶Y 的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现，浒苔细胞质基质中存在酶Y，参与CO2的转运过程，利于对碳的固定。
酶Y 粗酶液制备：定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙，制备不同光照强度下样品的粗酶液，
流程如图1。
3
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粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和 。研磨时加入缓冲液的主要作用是
稳定。离心后的 为粗酶液。
(4)酶Y 活性测定：取一定量的粗酶液加入到酶Y 活性测试反应液中进行检测，结果如图2。
在图2 中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y 活性最高时的光照强度为 μmol·m-2·s-1（填具体
数字），强光照会 浒苔乙酶Y 的活性。
【答案】(1) 类胡萝卜素 叶绿体的类囊体薄膜/类囊体薄膜
(2)下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光，
(3) 酶变性(防止酶降解和保证酶空间结构稳定，防止酶丧失活性） 维持pH 值 上清液
(4) 1800（1800-1900 之间都可以） 抑制
【分析】绿叶中色素提取的原理：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂，所以，可以在叶片被磨碎以后用
乙醇提取叶绿体中的色素；
色素分离原理：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解
度低的随层析液在滤纸上扩散得慢．根据这个原理就可以将叶绿体中不同的色素分离开来。
【详解】（1）浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，高等植物的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素。
叶绿素包括叶绿素a 和叶绿素b；类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。在细胞中，这些光合色素分布在叶
绿体的类囊体薄膜上。
（2）由于下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光，故取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高。
4
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（3）粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和酶变性。缓冲液是一种能在加入少量酸或碱时抵抗
pH 改变的溶液，故研磨时加入缓冲液的主要作用是维持pH 值的稳定。由于含有不溶性的细胞碎片，故离
心后的上清液为粗酶液。
（4）分析题图数据，在图2 中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y 活性最高时的光照强度为
1800μmol·m-2·s-1，中午时浒苔乙酶Y 活性最低，说明强光照会抑制浒苔乙酶Y 的活性。
3、（2021·辽宁·高考真题）早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3．5 亿年前，大气中O2浓度显著增
加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390μmol·mol-1，是限制植物光合作用速率的重要因素。
核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。
有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco 所在局部空间位置的CO2浓度，促进
了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco 的催化下，CO2被固定形成 ，进而被还原生成糖类，此过程
发生在 中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3
-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图
1 所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3
-浓度最高的场所是 （填“细胞外”或“细胞质基质”或
“叶绿体”），可为图示过程提供ATP 的生理过程有 。
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
（PEPC）可将HCO3
-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放
CO2，提高了Rubisco 附近的CO2浓度。
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①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC 与无机碳的亲和力 （填“高于”或“低于”或“等
于”）Rubisco。
②图2 所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr 转变为PEP 的过程属于
（填“吸能反应”或“放能反应”）。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用 技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有
。
A．改造植物的HCO3
-转运蛋白基因，增强HCO3
-的运输能力
B．改造植物的PEPC 基因，抑制OAA 的合成
C．改造植物的Rubisco 基因，增强CO2固定能力
D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
【答案】(1) 三碳化合物 叶绿体基质
(2) 叶绿体 呼吸作用和光合作用
(3) 高于 NADPH 和ATP 吸能 同位素示踪
(4)AC
【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应：（1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产
生[H]和氧气，以及ATP 的合成；
（2）暗反应：场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定和C3 的还原两个阶段。光反应为暗反应C3 的
还原阶段提供[H]和ATP。
【详解】（1）光合作用的暗反应中，CO2 被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在
叶绿体基质中。
（2）图示可知，HCO3-运输需要消耗ATP，说明HCO3-离子是通过主动运输的，主动运输一般是逆浓度
运输，由此推断图中HCO3-浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP 由呼吸作用提供，叶
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绿体中的ATP 由光合作用提供。
（3）①PEPC 参与催化HCO3-+PEP 过程，说明PEPC 与无机碳的亲和力高于Rubisco。
②图2 所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP 和NADPH，图中由Pyr 转变为PEP 的过程需要
消耗ATP，说明图中由Pyr 转变为PEP 的过程属于吸能反应。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2 浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。
（4）A、改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A 符
合题意；
B、改造植物的PEPC 基因，抑制OAA 的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效
率，B 不符合题意；
C、改造植物的Rubisco 基因，增强CO2 固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C 符合题意；
D、将CO2 浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，由于“水土不熟”，不一定提高植物光合作用的
效率，D 不符合题意。
故选AC。
【点睛】本题的知识点是光合作用的过程，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系戎知
识网络，并学会根据题干和题图获取信息，利用相关信息结合所学知识进行推理、解答问题。
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．光抑制是指植物吸收的光能超过其光合作用所能利用的量时引起光合速率降低的现象。依照光照条件
的改变，植物体内的叶黄素V 和叶黄素Z 可以经过叶黄素A 发生相互转化（叶黄素循环）。下图为在夏季
晴朗的一天中，科研人员对某植物光合作用相关指标的测量结果，Pn 表示净光合速率，Fv/Fm 表示光合色
素对光能的转化效率。请回答问题：
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(1)强光下，叶片内的叶黄素总量基本保持不变。在12～14 点间，（A+Z）/（V+A+Z）的比值上升，其原
因是叶黄素中的一部分 最终转变成了 ，该转化过程表明了植物体内这三种叶黄素中， 在植物叶
黄素循环耗散光能过程中起关键作用；根据Fv/Fm 比值变化推测，上述转变过程能使部分 转变为热能
散失，引起光反应生成 的效率下降，进而影响暗反应。
(2)紫黄质脱环氧化酶（VDE）是催化上述叶黄素转化的关键酶，该酶定位于类囊体膜内侧，在酸性环境中
具有较高活性。在12～14 点间，较强的光照通过促进 （填过程）产生H+，H+借助类囊体膜蛋白从
转运至类囊体腔，从而提高类囊体腔内的H+浓度，维持VDE 高活性。
(3)进一步研究发现，部分叶黄素是脱落酸合成的前体，光抑制发生时叶黄素的转化会影响叶片内脱落酸的
含量，进而导致脱落酸响应基因启动子的活性发生变化。上述事实表明，植物生命活动的调控是由 共
同完成的。
(4)在强光下，下列因素能加剧光抑制的有 。
a．低温 b．高温 c．干旱
【答案】(1) 叶黄素V 叶黄素Z 叶黄素Z 光能 ATP 和NADPH
(2) 水的光解 叶绿体基质
(3)基因表达的调控、环境因素和激素调节
(4)abc
【分析】1、光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，色素吸收光能，一部分光能用于水的光解生成氧
气和NADPH，另一部分能量用于ATP 的合成，此过程需要光、色素、酶的协助。2、暗反应阶段在叶绿体
基质中进行，有光或无光均可进行。在酶的催化下，一分子的二氧化碳与一分子的五碳化合物结合生成两
个三碳化合物，三碳化合物在NADPH 供还原剂和ATP 供能还原成有机物，并将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ATP 和NADPH。
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【详解】（1）由题干信息可知，依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V 和叶黄素Z 可以经过叶黄素
A 发生相互转化，因此在12~14 点间，（A+Z）/（V+A+Z）的比值上升，其原因是叶黄素中的一部叶黄素
V 转变成了叶黄素Z，导致A+Z 含量升高，比值上升，说明叶黄素Z 在植物叶黄素循环耗散光能过程中起
关键作用；Fv/Fm 表示光合色素对光能的转化效率，在12~14 点间，Fv/Fm 比值，说明降低，即上述转变
过程能使部分光能转变为热能散失，引起光反应生成ATP 和NADPH 的效率下降，进而影响碳同化。
（2）水光解可以产生H+、e-、O2； 在12~14 点间，较强的光照通过促进水的光解产生H+，H+借助类囊
体膜蛋白从叶绿体基质转运至类囊体腔，使类囊体腔中pH 降低，从而提高类囊体腔内的H⁺浓度，维持
VDE 高活性。
（3） 光抑制发生时叶黄素的转化会影响叶片内脱落酸的含量，进而导致脱落酸响应基因启动子的活性发
生变化。植物生命活动的调控是由基因表达的调控、环境因素和激素调节。
（4）在强光下，低温、高温可能抑制酶的活性抑制光合作用，干旱可能使气孔导度降低导致胞间二氧化
碳浓度降低抑制光合作用，故低温高温、干旱都会导致光抑制，故选abc。
2．“五谷者，万民之命，国之重宝”， 如今中国人的饭碗要靠自己的力量揭稳！研究人员发现某突变体
水稻的叶绿素含量约为野生型水稻的50%，但在光饱和条件、不同浓度氮肥处理下叶片光合速率均比野生
型高。为探究其作用机制，研究人员对该突变体和野生型水稻分别施不同浓度的氮肥0kg·N·hm-2、
120kg·N·hm-2，240kg·N·hm-2。并标记为0N、120N、240N，实验结果如图。回答下列问题。
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(1)叶肉细胞中的 Rubisco 酶能催化 CO2与C5生成C3，其作用的场所是 由图b 可知， 随着氮肥
浓度升高，突变体水稻光合速率 。在温度、pH 等条件均最适的情况下，请结合现代技术手段，
从分子水平上提高水稻细胞中Rubisco 酶活性的办法是
(2)施用氮肥时，据图a 分析突变体水稻叶片的 比野生型大，能从环境中吸收更多CO2；从图b 分
析， 。因此，突变体提高光合速率的机制可能是： N 元素促进光合作用 反应，进而提
高光合速率。若实验条件改为低光照强度，突变体的光合速率可能会 （高于或低于）野生型。
(3)实验过程中施加氮肥，保持根细胞的通气良好，有助于吸收氮肥，而在农业生产中保证水稻根部通气良
好还有生态学意义，是 。
【答案】(1) 叶绿体基质 增加/升高 通过基因工程技术（转基因技术）将对 CO2 亲和力更
强的植物的 Rubisco 酶基因进行改造（或利用蛋白质工程改造 Rubisco 酶基因， 使该酶对CO2 亲和力更
强）
(2) 气孔导度 突变体比野生型 Rubisco 酶的含量明显增加， CO2 固定的效率较高（暗反应效率
较高） 暗 低于
(3)减少氮肥对环境造成污染引起水体富营养化（藻类大量繁殖）的问题
【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变成储存着能量的有机物，并释
放出氧气的过程；光合作用的光反应阶段（场所在叶绿体的类囊体膜上）产生NADPH 与氧气，同时合成
ATP；光合作用的暗反应阶段（场所在叶绿体的基质中）：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。
【详解】（1）叶肉细胞中的 Rubisco 酶能催化 CO2 与C5 生成C3 的过程属于暗反应，暗反应的场所是叶
绿体基质；据图b 可知，随着氮肥浓度升高，突变体水稻光合速率逐渐增加（升高）；从分子水平上提高
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水稻细胞中Rubisco 酶活性可利用基因工程技术将对 CO2 亲和力更强的植物的 Rubisco 酶基因进行改造
或利用蛋白质工程改造 Rubisco 酶基因， 使该酶对CO2 亲和力更强。
（2）据图a 可知，施用氮肥时，突变体水稻叶片的气孔导度比野生型大；据图b 分析可知，施用氮肥时，
突变体比野生型 Rubisco 酶的含量明显增加， CO2 固定的效率较高（暗反应效率较高）；因此，突变体
提高光合速率的机制可能是： N 元素可作为Rubisco 酶的合成原料，促进光合作用暗反应，进而提高光合
速率；若实验条件改为低光照强度，突变体由于叶绿素含量约为野生型水稻的50%，吸收光能减少，光反
应产生的ATP 和NADPH 减少，其光合速率可能会低于野生型。
（3）根部通气良好时，根细胞有氧呼吸旺盛，产生更多的能量，使细胞以主动运输的方式吸收氮肥，同
时还能减少氮肥对环境造成污染引起水体富营养化（藻类大量繁殖）的问题。
3．光呼吸是植物在长期自然选择过程中，逐渐形成的一种自我保护的生理功能。它能够使叶片在光很强
而CO2不足的情况下，维持叶片内部一定的CO2水平，来避免光合系统在无CO2时的光氧化破坏。因此在
高光照或干旱环境中，光呼吸可以提高植物的抗逆性。但从植物积累有机物的角度考虑，光呼吸不仅发生
下图所示的生理过程，还会消耗光合作用中产生的NADPH 和ATP，降低光合作用产量。在农业生产中，
采取合理措施改变光呼吸代谢途径，来减少光呼吸的损耗。这是提高农作物产量的一个行之有效的方法。
图1 为植物光合作用和光呼吸过程；图2 为通过基因工程利用植物自身基因，指导合成三种酶，构建了新
的光呼吸代谢支路（GOC 支路） 后，光合作用和光呼吸过程。请根据图示所提供的信息及已有的生物学
知识分析并回答下列问题：
(1)固定CO2的RuBP 羧化酶是一种双功能酶，它既能催化RuBP 的羧化反应（即C，与CO2生成2C3）同时
又能催化RuBP 的加氧反应（即C5与O2生成1 个C3和1 个C2）。由此说明RuBP 羧化酶的专性较普通酶
（填“弱”或“强”或“相同”）。CO2/O₂ 的值越大，越 （填“有利于”或“不利于”）光呼吸的发
生。
(2)据图分析，植物细胞完成光呼吸过程，需要有 及过氧物酶体等细胞结构参与。
(3)光呼吸能降低植物有机物积累量的原因是 （写出两项）。
(4)图2 中，GLO、OXO 和CAT 是三种催化相应生化反应的酶，其中GLO 和OXO 酶的生理意义是 。
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这一系列生理过程体现了基因控制生物性状的方式是 。
【答案】(1) 弱 不利于
(2)叶绿体、线粒体
(3)与CO2 竞争C5，使C3 产生量减少；消耗光合作用产生的ATP 和NADPH
(4) 将乙醇酸催化生成草酸，最终完全分解成（CO2 形成光合，CO2 浓缩机制，减少光呼吸损耗）
基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状（基因间接控制性状）
【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。
光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，特点是呼吸基质
在被分解转化过程中虽也放出CO2，但不能转换成能量ATP，而使光合产物被白白地耗费掉，在黑暗条件
下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转
功能以及各种物质代谢反应等等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。
【详解】（1）固定CO2 的RuBP 羧化酶是一种双功能酶，它既能催化RuBP 的羧化反应，同时又能催化
RuBP 的加氧反应，说明RuBP 羧化酶的专性较普通酶弱；光呼吸是植物在CO2 不足的情况下，维持叶片
内部一定的CO2 水平发生的，CO2/O₂ 的值越大，CO2 的量越充足，越不利于光呼吸的发生。
（2）由图可知，植物细胞完成光呼吸过程，需要有叶绿体、线粒体及过氧物酶体等细胞结构参与。
（3）有题图和题干可知，光呼吸一方面O₂ 与CO2 竞争C5，使C3 产生量减少，另一方面消耗光合作用产
生的ATP 和NADPH，从而降低植物有机物积累量。
（4）由图2 可知，GLO 酶催化羟基乙酸形成草酸，OXO 酶催化草酸形成CO2，故GLO 和OXO 酶的生理
意义是将乙醇酸催化生成草酸，最终完全分解成（CO2 形成光合，CO2 浓缩机制，减少光呼吸损耗）；这
一系列生理过程体现了基因控制生物性状的方式是基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物
体的性状（基因间接控制性状）。
4．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：
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(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）
【答案】(1) 无水乙醇 捕获光能（吸收、传递、转化光能）
(2) 协助扩散 NADPH 作为还原剂和提供能量
(3) HCO3-、环境中的 CO2，呼吸产生的 CO 2 CO2 容易以自由扩散方式逃逸，HCO3- 不能以
自由扩散运输，易于富集
(4) HC18O3-→CO2→ C3→（CH2O）→CO2 C3 含量上升，C5 含量下降
(5)固定 CO 2 效率高、生长速率较快、较低的土地面积依存度等
【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）光合色素能够溶解到有机溶剂中，因而可用无水乙醇溶解提取得到，其作用是捕获光能。
（2）类囊体腔内的 H+浓度高于膜外，通过 ATP 合成酶的运输方式是协助扩散。H+用于形成 NADPH，
NADPH 在暗反应中作为还原剂和提供能量。
（3）结合题干分析，CO2 的来源有HCO3－、环境中的 CO2、呼吸产生的 CO2。当环境中 CO2 浓度较
低时，由于 CO2 通过自由扩散运输，难以富集，而HCO3－为主动运输，易于富集。
（4）把衣藻放在 NaHC18O3 缓冲液进行实验，18O 会依次出现的顺序为：HC18O3-→CO2→ C3→
（CH2O）→CO2。二氧化碳充足，突然停止光照，光反应停止，合成 ATP 和 NADPH 的量减少，C3 还
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原速率下降，而 C3 生成速率不变，所以 C3 含量上升；同理 C5 生成减少，但 CO2 固定正常进行，所以
C5 含量下降。
（5）一般绿色植物因生长速度缓慢，且所需土地面积广大，故减碳效益有限；相对而言，自然界的藻类，
具有生长速率较快及较低的土地面积依存度等优势。
5．为探究连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响，某研究小组选择生理状态一致的辣椒幼苗
进行了为期15d 实验。实验结果如图所示（C：光照时间为14h/d，即正常光照时间：T：光照时间为
24h/d，即连续光照：W：白光：B：蓝光：R：红光。如：CW 表示每天用白光处理14 小时、TB 表示每天
用蓝光连续照射24 小时）。回答下列问题：
(1)本实验各组不同的处理直接影响辣椒光合作用的 阶段，通过该阶段，光能转化为 中的化学
能。
(2)依据图示结果，你能得出的结论是 （答出1 点即可）。
(3)为探究产生图示结果的原因，该小组对各组叶片的净光合速率等指标进行了检测，结果如表：
表：不同光处理对辣椒幼苗叶片光合特性的影响
指标（相对值）处
理组
净光合速
率/（mmol·m-2s-1）
气孔导
度/（mmol·m-2s-1）
胞间CO2浓
度/（mmol·mol-1）
CW
380
7.1
4.4
CB
300
3.7
2.9
CR
400
4.2
2.8
TW
420
2.5
0.5
TB
280
2.3
1.5
TR
402
2.4
0.8
连续红光处理期间，若降低环境中CO2浓度，则短时间内叶肉细胞中C5的含量会 （填“增加”、
“下降”或“不变”），理由是 。对比表中CW 和TW 组的数据，推测TW 组辣椒幼苗出现图示结
果的原因是 。
(4)若要为辣椒栽培提供更好的理论基础，可在该研究的基础上继续进行实验。例如： （答出1 点即
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可）。
【答案】(1) 光反应 NADPH 和ATP
(2)a．不同的光环境（光照时间和光质）处理，对辣椒幼苗生长的影响存在差异；b．红光处理能促进辣椒
幼苗生长，而连续的蓝光照射对辣椒幼苗生长有明显的抑制作用（答出1 点即可，其他类似合理答案均
可）
(3) 增加 降低CO2 浓度，CO2 的固定减慢，C5 的消耗减少，C3 还原生成C5 的反应仍在进行
在TW 组辣椒幼苗通过光合作用积累的有机物中，转移到根系的有机物的比例高
(4)a．改变光质（红光和蓝光）的配比进行连续光照；b．光照和黑暗交替进行；c．连续红光（蓝光）处
理时，适当补充蓝光（红光）（答出1 点，其他答案合理均可）
【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程放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ(NADP+)结合，
形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。还原型辅酶工作为活泼的还原剂，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E 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）光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。光照强度、光质等直接影响光合作用的光反应阶
段。光反应阶段光能转化为NADPH 和ATP 中的化学能。
（2）本实验的目的是探究连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响，据图可知，与对照组相比，
用红光处理后辣椒幼苗生长显著，而连续的蓝光照射对辣椒幼苗生长有明显的抑制作用，即：不同的光环
境（光照时间和光质）处理，对辣椒幼苗生长的影响存在差异。
（3）若降低环境中CO2 浓度，则短时间内CO2 的固定减慢，C5 的消耗减少，由于C3 还原生成C5 的反
应仍在进行，故叶肉细胞中C5 的含量会增加。TW 组辣椒幼苗的净光合速率最高，但其地上部分生长发育
情况一般，这说明在TW 组辣椒幼苗通过光合作用积累的有机物中，转移到根系的有机物的比例高。
（4）若要为辣椒栽培提供更好的理论基础，可在该研究的基础上继续进行实验，例如：改变光质（红光
和蓝光）的配比进行连续光照；光照和黑暗交替进行；连续红光（蓝光）处理时，适当补充蓝光（红光）
等。
6．Rubisco 酶在O2浓度较高时会催化C5与O2反应，反应产物经一系列变化消耗ATP 和NADPH 后生成
CO2，该过程被称为光呼吸， 简图如下，同时Rubisco 酶在CO2浓度较高时也能催化C5与CO2反应。结合
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所学知识，回答下列问题：
(1)Rubisco 酶位于 （填具体部位）中，其可催化RUBP（一类五碳化合物）与CO2结合，然后
生成C3，C3在一系列酶的催化下，将 中的化学能转化为糖类等有机物中的化学能。
(2)夏季晴朗的午后，水稻进行光呼吸的速率会 ，以 从而保护叶肉细胞，此时叶肉细
胞释放O2的速率会明显下降，分析其可能的原因是 。
(3)已知乙醛酸和H2O2会氧化蛋白质的二硫键，影响相关酶的活性，由图推测过氧化物酶体具有 等
功能。
(4)蓝细菌进行光呼吸的速率低于相同条件下的高等植物，从酶的角度分析，其可能的原因是 。
(5)研究发现，光呼吸过程释放的CO2的量与叶绿体中形成的乙醇酸的量成正比。研究者给大豆叶片喷施一
定量的2，3—环氧丙酸（结构与乙醇酸类似），结果大豆光合速率比对照组高了18.7%，分析2，3—环氧
丙酸的作用机理： 。
【答案】(1) 叶绿体基质 NADPH 和ATP
(2) 增强 消耗光反应阶段生成的多余的ATP 和NADPH，减少对光合结构的损伤， 光呼吸
可以消耗O2
(3)转化乙醛酸、水解H2O2、保护蛋白质
(4)蓝细菌为原核生物，不具有生物膜系统，而高等植物具有生物膜系统，广阔的膜面积为酶提供了大量的
附着位点，为光呼吸的顺利进行创造了有利条件
(5)2，3—环氧丙酸会造成光呼吸的产物积累，抑制叶绿体中乙醇酸的合成，即C5 与氧气结合过程被抑制，
则CO2 更多的与C5 结合形成C3，因此会促进暗反应的进行，以提高光合速率。
【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
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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）Rubisco 酶主要参与二氧化碳的固定，故分布在叶绿体基质中， 光反应为暗反应提供
NADPH 和ATP，将C3 还原成糖类等有机物。
（2）Rubisco 是一个双功能酶，光照条件下，它既能催化C5 与CO2 发生羧化反应固定CO2，又能催化C5
与O2 发生加氧反应进行光呼吸，其催化方向取决于CO2 和O2 浓度。强光下叶肉细胞内气孔导度下降，
O2 浓度升高，CO2 浓度降低，O2 在Rubisco 的竞争中占优势，Rubisco 更倾向于催化C5 与O2 发生反应，
光呼吸增强，光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP 和NADPH，减少对光合结构的损伤，从而保
护叶肉细胞，光呼吸是C5 与O2 发生的反应，可以消耗过多的能量和O2，此时叶肉细胞释放O2 的速率也
会明显下降。
（3）由图可知，乙醇酸被转运至过氧化物酶体，在过氧化物酶体内，乙醇酸在相关酶的作用下，被氧化
成乙醛酸，H2O2 被水解为氧气和水，因此过氧化物酶体具有转化乙醛酸、水解H2O2、保护蛋白质等功能。
（4）高等植物为真核生物，具有生物膜系统，蓝细菌为原核生物，不具有生物膜系统，生物膜系统广阔
的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件，因此蓝细菌进行光呼
吸的速率低于相同条件下的高等植物。
（5）由图可知，乙醇酸是光呼吸的产物，给大豆叶片喷施一定量的2，3—环氧丙酸（结构与乙醇酸类
似），会造成光呼吸的产物积累，抑制叶绿体中乙醇酸的合成，即C5 与氧气结合过程被抑制，则CO2 更
多的与C5 结合形成C3，因此会促进暗反应的进行，以提高光合速率。
7．光合作用是小麦生长发育的能量来源和物质基础，对小麦产量的形成有至关重要的作用。近年来，气
候异常现象频繁发生，高温、低温、干旱、盐碱、强光、弱光等成为影响小麦光合作用的主要因素。如图
为不同光强下，不同CO2浓度对小麦净光合速率的影响。回答下列问题：
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(1)小麦光反应产物中 未参与光合作用却参与了叶肉细胞的有氧呼吸，有氧呼吸过程形成的
NADH 中的部分能量通过呼吸链转移到 （填物质名称）中。
(2)在全球气候变暖的趋势下，决定小麦产量的灌浆期容易遭受高温胁迫，导致光合系统破坏，造成产量下
降，从细胞结构角度推测，原因可能是 。
(3)图中CO2浓度为300μL·L-1时，中光强下小麦叶肉细胞的光合速率 （填“大于”“等于”或
“小于”）呼吸速率。光照强度的改变会影响小麦的净光合速率，当CO2浓度为1000μL·L-1时，光照强度
从高光强突然降低到中光强，C3的消耗速率会 （填“增加”“降低”或“不变”），此时限
制中光强下小麦光合速率的因素是 。
(4)在高温环境中，小麦通过蒸腾作用使叶片降温，但在中午12 时左右，叶片会出现“光合午休”现象，
出现这种现象的原因是 。
【答案】(1) 氧气（或“O2”） ATP（或“腺苷三磷酸”）
(2)叶绿体的结构破坏，类囊体薄膜发生损伤，叶绿素相对含量降低，导致光合产物供给减少，造成籽粒灌
浆提前结束，产量降低
(3) 大于 降低 光照强度、CO2 浓度
(4)气孔关闭，CO2 吸收减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降
【分析】1、有氧呼吸分为三个阶段：第一阶段发生于细胞质基质，1 分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，产
生少量[H]并释放少量能量；第二阶段发生于线粒体基质，丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳和[H]并释放少
量能量；第三阶段发生于线粒体内膜，[H]与氧气结合成水并释放大量能量。
2、水分一般是通过影响植物气孔开闭来影响CO2 吸收，从而间接影响光合作用，如夏季正午气温高，植
物蒸腾作用强烈，导致植物缺水，此时植物由于缺水关闭气孔，水分蒸腾变少，但CO2 也不能通过气孔进
入叶片内，导致CO2 吸收减少，使光合作用强度在正午时会降低，这种现象成为“午休”现象。
【详解】（1）小麦光反应产物中氧气（O2）未参与光合作用却参与了叶肉细胞的有氧呼吸，有氧呼吸过
程形成的NADH 中的部分能量通过呼吸链转移到ATP（腺苷三磷酸）中。
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（2）在全球气候变暖的趋势下，决定小麦产量的灌浆期容易遭受高温胁迫，导致光合系统破坏，造成产
量下降，从细胞结构角度推测，原因是叶绿体的结构破坏，类囊体薄膜发生损伤，叶绿素相对含量降低，
导致光合产物供给减少，造成籽粒灌浆提前结束，产量降低。
（3）图中CO2 浓度为300μL·L-1 时，植株的光合作用等于呼吸作用，但植物能进行光合作用的只有绿色
组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用，因此小麦叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率。光照强度的改变
会影响小麦的净光合速率，当CO2 浓度为1000μL·L-1 时，光照强度从高光强突然降低到中光强，C3 的消
耗速率会降低，分析图可知，此时限制中光强下小麦光合速率的因素是光照强度、CO2 浓度。
（4）在高温环境中，小麦通过蒸腾作用使叶片降温，但在中午12 时左右，叶片会出现“光合午休”现象，
出现这种现象的原因是气孔关闭，CO2 吸收减少，暗反应速率降低，导致光合速率下降。
8．强光照条件下，植物细胞可以通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”（部分过程如
下图所示）实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移，并可以通过信号传递调节植物的生理活动以适应环
境变化。回答下列问题：
(1)叶绿体利用分布在 上的色素将光能转化为ATP 和NADPH 中的化学能；水的光解为NADPH
的合成提供了 。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是 。
(2)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将NADPH 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹
果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的 中含有的还原能，最终在 （场所）转化为
ATP 中的化学能。
(3)当光照过强时，植物细胞释放到胞外的ATP（eATP）可通过受体介导的方式，调节植物生理活动。为探
究eATP 对光合速率的影响，科研人员用一定最适宜浓度的eATP 溶液处理豌豆叶片，结果如图所示。
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注：NADPH 氧化酶是ROS 产生的关键酶，活性氧(ROS)能促进植物叶肉细胞气孔的开放。
该实验自变量为 ，推测eATP 调节植物光合速率的机制为： 。
【答案】(1) 类囊体薄膜 H+和e- 减少丙糖磷酸等在叶绿体内的积累，避免对光合作用的抑
制；维持叶绿体内的渗透压等
(2) NADH 线粒体内膜
(3) eATP 的有无、豌豆的种类 eATP 通过调节NADPH 氧化酶基因的表达（或调节NADPH 氧化
酶的活性），促进活性氧（ROS）的合成来促进气孔的开放，从而提高光合速率
【分析】光合作用的过程及场所：光反应发生在类囊体薄膜，主要包括水的光解和ATP 的合成、NADPH
的合成等过程；暗反应发生在叶绿体基质，主要包括的CO2 固定和C3 的还原等过程。
【详解】（1） 叶绿体的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，分布在类囊体薄膜上，可将光能转化为ATP 和
NADPH 中活跃的化学能。光反应包括水的光解和ATP 的合成。水光解产生H+、e−和O2，然后H+、e−与
NADP+结合形成NADPH，所以水光解产生H+、e−为NADPH 的合成提供原料。叶绿体中光合产物暂时以
淀粉形式储存可以减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制；维持叶绿体内的渗透压等。
（2）由图可知，强光条件下，“草酸乙酸/苹果酸穿梭”能将NADPH 中的H+运出叶绿体，与NAD+结合
生成NADH，该过程将光反应产生的NADPH 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿
梭”转换成线粒体中的NADH 中含有的还原能，最终在线粒体内膜用于ATP 的合成。
（3）由题意可知，该实验的自变量为eATP 的有无、豌豆幼苗的种类。活性氧（ROS）能促进植物叶肉细
胞气孔的开放，NADPH 氧化酶是ROS 产生的关键酶，据图可知，eATP 可通过调节气孔导度来调节植物光
合速率，而活性氧（ROS）也能促进植物叶肉细胞气孔的开放，活性氧（ROS）的合成需要NADPH 氧化
酶的催化，当NADPH 氧化酶缺失，则活性氧（ROS）无法合成，植物叶肉细胞气孔的开放无法增加，科
研人员用eATP 处理NADPH 氧化酶基因缺失突变体，发现净光合速率与对照组基本一致。综合分析可知：
eATP 通过调节NADPH 氧化酶基因的表达，促进活性氧（ROS）的合成，进而促进植物叶肉细胞气孔的
开放，提升了叶肉细胞的气孔导度，进而实现了对光合速率的提高。
9．番茄是重要的粮食作物，为了探究影响番茄产量的环境因素，研究人员做了如下研究：图甲表示在不
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同遮光程度下番茄叶片的叶绿素含量的变化，图乙表示在夏季白天对番茄各项指标的监测（注：净光合速
率是指该植物的总光合作用速率与总呼吸速率的差值）。请回答以下问题：
(1)图甲的实验需要测定叶绿素含量，高中阶段可以先将色素溶解于无水乙醇中，再用 法进行初步分离，
在分离得到的色素条带中，叶绿素a 位于从上往下数的第 条。从图甲的实验结果可以看出， 叶绿素
含量是植物应对阴暗环境的适应性变化。长期在弱光环境下生存的植物的叶片一般较 （薄/厚）。
(2)分析图乙的实验，净光合速率从8：00 到18：00 的整体变化趋势为 ；12：00 净光合速率比8：00 更
低的主要原因是 ；18：00 叶肉细胞中能合成ATP 的细胞器是 。
(3)在番茄连续种植的过程中，每年都需要适度施肥才可以保持农田的生态平衡，主要原因是 。
【答案】(1) 纸层析 三/3 提高 薄
(2) 下降 温度升高，使呼吸作用增大，总光合与总呼吸的差值减小 线粒体、叶绿体
(3)部分元素随番茄果实向系统外输出，需补充输入才能维持该生态系统的物质平衡
【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）色素分离的方法是纸层析法；用纸层析法分离色素滤纸条上的色素带颜色自下而上依次呈
黄绿色（叶绿素b）、蓝绿色（叶绿素a）、黄色（叶黄素）、橙黄色（胡萝卜素），在分离得到的色素条
带中，叶绿素a 位于从上往下数的第三条；分析图甲，遮光越高，叶绿素含量越高，说明提高叶绿素含量
是植物应对阴暗环境的适应性变化；长期在弱光环境下生存的植物的叶片一般较薄，以尽可能促进对于光
照的吸收利用。
（2）分析图乙的实验，净光合速率从8：00 到18：00 的整体变化趋势为下降；净光合速率=总光合速率-
呼吸速率，据此分析，12：00 净光合速率比8：00 更低的主要原因是温度升高，使呼吸作用增大，总光合
与总呼吸的差值减小；18：00 叶肉细胞能够进行光合作用和呼吸作用，能合成ATP 的细胞器是线粒体、叶
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绿体。
（3）由于部分元素随番茄果实向系统外输出，需补充输入才能维持该生态系统的物质平衡，故在番茄连
续种植的过程中，每年都需要适度施肥才可以保持农田的生态平衡。
10．番杏又名新西兰菠菜，富含大量氨基酸、无机盐、胡萝卜素及还原糖等，但在自然环境下生长的番杏
存在口感不佳、品质差等问题。图1 表示番杏细胞中与光合作用相关的结构。回答下列问题：
(1)图1 中甲结构为 ，X 表示 ，NADPH 的作用是 。
(2)为了找到能使番杏达到最佳生长状态的光照强度，研究人员选取生长状况一致的番杏幼苗，随机均分为
5 组，分别在表中所示光照强度下培养，温度为25℃/18℃（昼/夜），每组处理10 株，重复3 次；45 天后，
测定结果如表和图2 所示：
光照强度/[μmol/（m2·s）]
株高/cm
茎粗/cm
根长/cm
叶面积/mm2
叶片数
侧枝数
T1：50
10.40
0.23
7.93
11.76
37.33
5.33
T2：？
11.43
0.30
21.33
14.85
74.00
7.33
T3：150
12.07
0.31
21.57
18.54
80.67
8.00
T4：200
11.33
0.30
20.33
18.00
73.67
7.00
T5：250
10.67
0.30
18.37
15.35
61.00
6.33
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①T2 组光照强度应设置为 μmol/（m2·s）；夜间温度比白天温度设置的低，原因是 。
②据图2 推测，光照强度影响叶片光合作用的原因是 ，最适合番杏生长的光照强度为
μmol/（m2·s）。
(3)为了进一步探究在植物大棚种植番杏时，照射蓝光和红光对其叶片中光合色素含量的影响，应如何设置
实验，写出实验思路（不要求具体写出测定光合色素的方法）： 。
【答案】(1) 类囊体薄膜 NADP+、H+和2e 为暗反应提供能量，也可作为还原剂
(2) 100 降低夜间的呼吸速率，减少有机物消耗 通过影响叶绿素（a 和b）含量变化实现的
150
(3)在光照强度为150μmol/（m2·s）左右时设置红光和蓝光组照射实验材料，处理相同时间后，分别取两组
番杏同部位、等质量的叶片作叶绿体色素提取和分离实验操作，而后比较两组实验中叶绿素含量的变化
【分析】题图分析，图1 为光反应过程，其中的结构代表的是叶绿体的类囊体薄膜，图中甲表示叶绿体类
囊体薄膜，X 表示NADP+、H+和2e，过程①表示水的光解，②表示氢离子逆浓度进入到类囊体腔的过程，
进而维持了氢离子的浓度梯度，驱动ATP 的生成。图2 表示光照强度对光合色素含量的影响。
【详解】（1）图1 表示光反应过程，光反应发生在类囊体薄膜上，因此甲结构为类囊体薄膜，X 表示
NADP+、H+和2e，它们在相关酶的催化下合成了NADPH，而NADPH 在光合作用中的作用表现为一方面
为暗反应过程提供能量，另一方面可为C3 还原提供还原剂。
（2）①结合表中信息可知，T2 组光照强度应设置为100μmol/（m2·s）；夜间温度比白天温度设置的低，
这样可以降低夜间的呼吸速率，减少有机物消耗，有利于产量的提高。
②图2 结果显示，随着光照强度的增加，叶绿素a 和b 以及总叶绿素含量表现为先上升后减少的趋势，而
类胡萝卜素含量基本不变，据此推测光照强度对叶片光合作用的影响是通过影响叶绿素（a 和b）含量变化
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实现的，结合图中数据可知最适合番杏生长的光照强度为150μmol/（m2·s），因为该光照条件下，叶绿素
含量最高，最有利于光合作用速率的提高。
（3）为了进一步探究在植物大棚种植番杏时，照射蓝光和红光对其叶片中光合色素含量的影响，结合图2
的实验结果可知，在光照强度为150μmol/（m2·s）左右时，总叶绿素含量最高，因此为了探究蓝光和红光
照射对光合色素含量的影响，同时为了实验效果明显，可在光照强度为150μmol/（m2·s）左右时设置红光
和蓝光组照射实验材料，处理相同时间后，分别取两组番杏同部位、等质量的叶片作叶绿体色素提取和分
离实验操作，而后比较两组实验中叶绿素含量的变化，进而得出相应的结论。
25
