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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。
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
2
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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。
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。
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。
3
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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。
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
。
4
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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
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．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：
(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
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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
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 。
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：
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(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 。
这一系列生理过程体现了基因控制生物性状的方式是 。
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：
(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）
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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
可）。
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： 。
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：
(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
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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 。
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： 。
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
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 。
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：
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(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
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 。
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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）： 。
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