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专题01 分子与细胞模块
近三年山东高考题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
有一定的分析能力和理解能力。
1、（2023·山东·高考真题）当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体（PSⅡ）
造成损伤，使PSⅡ活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（NPQ）将过剩的光
能耗散，减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H 蛋白有2 个功能：①修复损伤的PSⅡ；②参与NPQ
的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中
强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为 。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有 （答
出2 个因素即可）。
(2)根据本实验， （填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱，理由是
。
(3)据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量 （填“多”或“少”）。
若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是 。
2、（2022·山东·高考真题）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植
物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹
果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、
水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
1
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分
组
处理
甲
清水
乙
BR
丙
BR+L
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析，液在滤纸上扩散速
度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。
苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有 、 （答出2 种原因即可）；氧气的产
生速率继续增加的原因是 。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR 后光抑制 （填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，
说明BR 可能通过 发挥作用。
3、（2021·山东·高考真题）光照条件下，叶肉细胞中 O2与 CO2 竞争性结合 C5，O2与 C5结合后经一系列
反应释放 CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 S oBS 溶液，相应的光合作
用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的 CO2量表示，SoBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响
忽略不计。
（1）光呼吸中 C5与 O2结合的反应发生在叶绿体的 中。正常进行光合作用的水稻，突然停
止光照，叶片 CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是 。
2
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（2）与未喷施 SoBS 溶液相比，喷施 100mg/L SoBS 溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光
照强度 (填：“高”或“低”)，据表分析，原因是 。
（3）光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探
究 SoBS 溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 mg/L 之间再设置多个浓度梯度进一步进行
实验。
近几年，山东高考题中考查原因类的题目较多，针对原因类题目的答题技巧：
解释已知条件与结果之间逻辑关系一一原因
原因是指造成某种结果或引起另一件事情发生的条件。在解释已知条件与结果之间的逻辑关系（原因）时，
首先要明确问题的条件是什么，在该条件下指向结果是什么，相关的逻辑推理关系和过程是什么等。其答
题模板可归纳整理为“因为……导致……，于是……，所以……”其中“因 为……”照抄题干中的已知
条件，“所以……”照抄题干中的结果，“导致……，于是……”是用教材知识回答已知条件与结果之间
的逻辑推理关系。该答题模板的优点是能够使答案既准确又规范，难点是要运用教材知识把已知条件与结
果之间的逻辑关系一层一层地分析清楚。当然，不能机械地照搬这一答题模板,而要教会学生根据不同的试
题情境适当修改，使语句通顺，既简洁又规范。
1．研究小组利用图1 装置，在光合作用的最适温度条件下，测定了不同光照强度下番茄幼苗的光合作用速
率。该小组又以某种盆栽番茄为材料，设置“常温＋常态CO2浓度”（对照）“常温＋高CO2浓度”“高
温＋常态CO2浓度”“高温＋高CO2浓度”共4 组进行实验，检测植株中的可溶性糖和淀粉含量变化。图
2 为实验25 天时测得相关的物质含量情况。回答下列问题：
3
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注：CO2缓冲液有吸收和释放CO2的作用，可维持瓶内一定的CO2浓度。
(1)在不同光照强度下，图1 装置测定的是番茄幼苗的 （填“总光合作用速率”或“净光合作用速
率”），此时液滴可能发生的移动情况是 。
(2)若黑暗条件下，每小时液滴左移了3 个刻度单位，某一光照强度下，每小时液滴右移了8 个刻度单位。
假设液滴每移动1 个刻度单位，植物幼苗体内的葡萄糖量增加或减少1g，则该番茄幼苗的呼吸速率为
g/h，该光照强度条件下，白天光照12 小时，一昼夜葡萄糖的积累量为 g。
(3)一定的光照强度下，观察到图示装置的液滴右移，若再适当升高温度，则图示装置液滴右移的速率将变
慢，原因是 。
(4)图2 实验中的无关变量有 （答2 点）。一般果实中可溶性糖含量越高，果实的甜度就越高。依
据图2 实验结果，提高番茄果实甜度的措施是 。根据图2 实验结果分析，在高CO2浓度条件下，
高温对番茄光合作用的影响及判断依据是 。
2．番茄体内存在如图所示的两条电子传递途径，其中，PSI、PSⅡ是由光合色素和蛋白质构成的复合体。
RCA 是Rubisco 的激活酶，Rubisco 催化CO2 的固定。在高温胁迫下，RCA 的活性被抑制，进而降低
Rubisco 活性，导致光反应吸收的过剩能量激发活性氧（ROS）过量合成，ROS 能使PSⅡ失活。回答下列
问题。
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(1)番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是 。适宜环境温度下，PSⅡ受光激发将水分解为 ，
同时产生电子（e-）；环式电子传递的发生会导致NADPH/ATP 的值 。（填“变大”或“变小”或
“基本不变”）
(2)科研人员利用野生型番茄植株进行了以下实验，在实验第3 天时测得相关实验数据如下表所示：
组
别
温度
气孔导
度
净光合速率（umol·m-2·s-1）
胞间CO2浓度（ppm）
Rubisco 酶活性（U·ml-1）
甲
25℃
99.2
11.8
282
172
乙
40℃
30.8
1.1
403
51
从光合作用的过程分析，40℃时光合速率较低的原因是 。（答出两点即可）
(3)提出一个利用生物技术工程缓解高温胁迫对Rubisco 活性影响的方案： 。
3．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”（如图）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化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是
。
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(2)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的 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。
该实验自变量为 ，推测eATP 调节植物光合速率的机制： 。
4．在叶肉细胞中，固定 CO₂ 形成C3的植物称为C3植物；而玉米等植物的叶肉细胞中，PEP 在PEP 羧化
酶的作用下固定 CO2进行C4循环，这样的植物称为C4植物。C4植物的维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体，
光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生在维管束鞘细胞。在C4循环中PEP 羧化酶对CO2的高亲和力，可将周
围梭低浓度的 CO2高效运往维管束箱细胞形成高浓度CO2，如下图所示. 暗反应中 RuBP 羧化酶(对CO2
的亲和力约为PEP 羧化酶的1/60)在CO2浓度高时催化 RuBP 固定CO2合成有机物；在CO2浓度低时催化
RuBP 与O2进行光呼吸，分解有机物，回答下列问题：
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(1)C₄ 植物中固定CO2的酶是 ，最初固定CO2的物质是 .
(2)C3植物与C4植物相比较，CO₂ 补偿点较高的是 ；干旱时，对光合速率影响较小的是 。
(3)C4循环中，苹果酸和丙酮酸能穿过在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间形成的特殊结构，该结构使两细胞原
生质相通，还能进行信息交流，该结构是 。据题意分析，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因
是 。
(4)环境条件相同的情况下，分别测量单位时间内 C3植物和 C4植物干物质的积累量，发现C4植物干物质
积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是 。(至少答出两点，不考虑呼吸作用的影响)
5．小麦、水稻等大多数植物，在暗反应阶段，CO2被C5固定以后形成C3，进而被还原成（CH2O），这类
植物称为C3植物且玉米、甘蔗等原产在热带的植物，CO2中的碳首先转移到草酰乙酸（C4）中，然后转移
到C3中，这类植物称为C4植物，其固定CO2的途径如图1 所示。芦荟、仙人掌等植物白天气孔关闭，夜间
气孔开放，这类植物在进化中形成了特殊的固碳途径，如图2 所示，这类植物称为CAM 植物。（注：PEP
羧化酶比RUBP 羧化酶对CO2的亲合力更强）
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(1)C4植物的光反应发生在 细胞。在炎热于旱夏季的中午，C4植物比C3植物的优越性表现为 。
(2)CAM 植物参与卡尔文循环的CO2直接来源于 过程，夜晚其叶肉细胞能产生ATP 的场所是 。
(3)蝴蝶兰因花色艳丽、花姿优美、开花期长，一直以来深受爱花者的青睐。有人想在室内大量培养蝴蝶兰，
又担心植物多，在夜晚会释放大量的CO2不利于健康。请你根据图1、图2 的固碳途径，利用CO2传感器，
设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM 植物。
实验思路： 。
实验结果和结论 。
6．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。
(2)研究发现，叶绿体中淀粉的大量积累会导致 膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中
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淀粉含量增加会降低气孔导度，使 ，进而抑制暗反应。
(3)图2 中甲具有 酶活性。乙（SUT1）是一种蔗糖转运蛋白，在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因
的马铃薯植株中SUT1 的表达水平降低，叶片中可溶性糖和淀粉总量 ，最终导致块茎产量
。
(4)科研人员以Q9、NB1、G2 三个品种的马铃薯为材料，研究不同光周期处理对马铃薯块茎产量的影响，
在24h 昼夜周期中对马铃薯幼苗分别进行16h（长日照）、12h（中日照）、8h（短日照）三种光照时间处
理，保持其他条件相同且适宜，培养一段时间后，发现长日照组叶绿素含量最高，但只有中日照和短日照
组有块茎生成，结果如图。
①分析上述信息可知，光影响马铃薯幼苗的生理过程可能有 （至少写出两点）。
②分析上图，单位时间内光周期影响平均单株块茎产量增量最高的实验组是 。
③若将马铃薯叶片分为对照组和实验组，对照组叶片遮光处理，10h 后检测到叶片的干物质减少量为
Amg；某实验组10h 后检测到叶片的干物质增加量为Bmg，实验叶片的面积为Ccm2，则该组的光合速率可
以表示为 。若要进一步研究不同CO2浓度对马铃薯叶片光合速率的影响，并尽量避免有机物的输出
对实验结果的影响，应该选择 （填“长日照”“中日照”或“短日照”）组的植株为实验材料。
7．科研小组利用长势相同的辣椒幼苗探究低温环境下喷洒脱落酸(ABA)对植株光合作用的影响。实验包括
3 种处理，甲组:低温(15℃/8℃)10d+叶面喷洒 ABA;乙组:低温(15℃/8℃)10d;丙组：常温(30℃/22℃)10 d。
处理结束后将植株分别移栽到适宜条件下培养，测得如下数据，净光合速率以 CO₂ 吸收量为指标。
组
别
叶绿素
相对含
量
净
光
合
速
率
/
(μmol·m⁻²·s⁻¹)
磷元素的含量//
(g·kg⁻¹)
胞间 CO₂ 浓度/
(μmol·L⁻¹)
气
孔
导
度
/
(μmol·m⁻²·s⁻¹)
叶
根
茎
甲
26.79
8.47
3.06
2.39
2.51
245
0.40
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乙
21.51
5.25
2.52
1.54
1.74
230
0.32
丙
30.33
12.81
3.59
2.78
2.87
310
0.59
注:①表中数据均已达到显著差异。②(15℃/8℃)10d 是指昼温15℃下处理12h，夜温8℃下处理 12h，共处
理10 天;(30℃/22℃)10d 是指昼温30℃下处理12h，夜温22℃下处理12h，共处理10 天。
(1)乙组叶肉细胞平均五碳糖含量 (填“高于”“低于”或“等于”)丙组。据实验数据分析，低温处
理导致辣椒植株净光合速率降低的原因有：①低温导致叶绿素含量下降(该实验因变量)，限制了光反应速
率(机理)；② ；③低温导致植株对磷的吸收变弱，
限制了光反应和暗反应速率(②参考①③从因变量和机理两个角度回答)。
(2)据实验数据 (填“能”或“不能”)初步判断 ABA 可提高低温下辣椒植株气孔导度，原因是
。
(3)若要进一步研究常温处理辣椒幼苗的真正光合速率，应该选择表中 组幼苗的净光合速率数据。
另需选该组幼苗在相同条件下遮光处理，测得 10 min 内CO₂ 释放量为Aμmol⋅m⁻²，则该组幼苗的真正光
合速率可以表示为 μmol⋅m⁻²(s⁻¹。
8．下图甲表示某同学利用轮叶黑藻（一种沉水植物）探究“光照强度对光合速率的影响”的实验装置；
图乙是轮叶黑藻细胞光合作用相关过程示意图（有研究表明，水中CO2浓度降低能诱导轮叶黑藻光合途径
由C3途径向光合效率更高的C4途径转变，而且两条途径在同一细胞中进行）。
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(1)光照强度适宜时，图甲中有色液滴的移动方向是 （填：“向左”或“向右”）。若要测轮叶黑藻有
氧呼吸速率的大小，则应将图甲装置进行 处理，此时有色液滴向左移动，其原因是 。
(2)图乙CO2转变为HCO3
-过程中，生成的H＋以 的方式运出细胞；催化过程①和过程④中CO2固定的两
种酶（PEPC、Rubisco）中，与CO2亲和力较高的是 ，原因是 。过程②消耗的NADPH 主要来源
于 上进行的光反应过程；丙酮酸产生的场所除了图示③以外，还可能有 （填：“细胞质基质”或
“线粒体基质”）。
(3)研究人员通过测定并比较不同CO2浓度下PEPC 酶的活性。证明低浓度CO2能诱导轮叶黑藻光合途径转
变。请写出实验思路并预期实验结果 。
9．为研究纳豆芽孢杆菌菌剂对芒萁耐热能力的影响，科研人员测定了正常温度(25℃),高温胁迫(35℃、
45℃)条件下，不同肥料处理当年生芒萁的相关生理指标。结果如下图所示。
(1)实验结果表明芒萁具有一定的耐高温能力，判断依据是 。
(2)根据上述实验， (填“能”或“不能”)说明高温条件下纳豆芽孢杆菌是通过分解有机肥增加
CO₂ 浓度来提高芒萁净光合速率的，理由是 。
(3)高温胁迫可导致芒萁细胞内自由基增多，自由基可攻击和破坏 ,进而破坏类囊体结构，造成电子
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传递最终产物 减少，进一步影响暗反应。自由基可被抗氧化酶清除，结合上述实验结果推测，施用
纳豆芽孢杆菌菌剂可增强芒萁耐高温能力的原因可能是 。
10．当光照过强、超过棉花叶片需要吸收的光能时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。有关光
抑制的机制，一般认为：在强光下，一方面因NADP+不足使电子传递给O2形成O2
-1；另一方面会导致还原
态电子积累，形成3chl，3chl 与O2反应生成1O2。O2
-1和1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和
PSII 反应中心的D1蛋白，从而损伤光合结构。类胡萝卜素可快速淬灭3chl，也可以直接清除1O2。下图1 是
棉花的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，①、②、③为相关过程，PSI 和PSII 都是由蛋白质和光合色素
组成的光系统复合物；图2、图3 分别表示正常棉花和突变棉花绿叶中色素纸层析结果示意图（I、Ⅱ、Ⅲ、
Ⅳ表示不同色素带）；图4 是正常棉花的色素总吸收光谱、光合作用的作用光谱（指不同波长光照下植物
的光合作用效率）和色素带Ⅱ的吸收光谱。回答下列问题：
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(1)图1 中，类囊体膜上传递的电子的最初供体是 。过程②和③中消耗能量的过程是 ，物质A 的功能
是 。
(2)图2、3 中，色素带Ⅱ代表的色素名称是 。通过测量不同波长光照下的O2释放量绘制的曲线是图4 所
示的 光谱。总吸收光谱与色素带Ⅱ的吸收光谱曲线不吻合的原因是 。
(3)强光导致光抑制时，突变棉花植株比正常棉花植株光合速率下降更快的原因是 。
(4)已知Deg 蛋白酶可降解受损的D1蛋白，提高其更新速度。强光下，若抑制Deg 蛋白酶的活性，则光合
速率会受到抑制，其原因可能是 ，进而影响电子的传递，使光合速率下降。
13
