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专题01 细胞代谢（大题30 道）
一、非选择题
1．番茄喜温，冷害（零上低温对植物的伤害）是栽种番茄时常遇到的-种自然灾害。硅作为植物生长中的
有益元素，能增强植物的逆境耐受性。为探究外源硅对番茄幼苗低温耐受性的机制，研究小组以某品种番
茄幼苗开展实验，B、C、D 组均处于会造成冷害的同-低温条件，C、D 组分别叶面喷施适宜浓度的离子硅、
纳米硅溶液，培养9 天后测定相关指标，结果如表。
组
别
处理
结合水
/自由水
（%）
自由水含
量
（%）
叶绿素含
量
（mg·g-1）
气孔导度
（mol·m-2·s-1）
净光合速率
（µmol）·m-2·s-1
总根体
积
（cm3）
A
常温+蒸
馏水
2.56
2.33
2.56
0.21
10.88
2.14
B
低温+蒸
馏水
?
0.61
1.54
0.04
5.97
1.61
C
低温+离
子硅
4.69
1.25
1.73
0.17
7.21
2.23
D
低温+纳
米硅
2.47
2.01
1.65
0.12
7.22
2.65
回答下列问题:
(1)番茄幼苗对低温有不同的适应方式，据表推测，低温环境下，番茄细胞结合水自由水比值的变化是
, 从而避免低温对细胞的损害;喷施外源硅可适度 （填“提升”或“降低”）细胞的水分代谢，根部在
结构和功能上的适应性变化是 从而增强番茄幼苗的低温耐受性。
(2)据表1 分析，外源硅主要影响光合作用的暗反应阶段，依据是 因此在低
温条件下，喷施外源硅可通过调整幼苗体内水分进而缓解净光合速率下降的机制是
(3)结合该研究成果，当气象台发出低温天气预警后，请你给出缓解冷害的建议:
2．资料1：1961 年，由英国生物化学家米切尔依据光合作用光反应阶段ATP 的形成机制，提出了ATP 的
化学渗透假说：光照引起水的光解，水分解为O2和H+并释放电子，结果类囊体膜内侧H+浓度高而膜外侧
低，于是膜内外产生H+浓度差和电位差，当H+借助ATP 合酶顺质子梯度扩散至类囊体膜外时，ATP 合酶
催化ADP 和Pi 合成为ATP。
资料2：研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH 会参与生成
H2的代谢过程。
图甲为叶绿体的结构示意图，图乙为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下
1
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列问题：
(1)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。该实验中所用溶
液应满足的条件是 （答出2 点即可）。
(2)水光解产生的电子通过电子传递体最终可以传递给NADP+与H+结合形成NADPH，在暗反应阶段
NADPH 的作用是 （答出2 点即可）；H+通过膜上的ATP 合酶回到膜外，据图乙可知将ADP 和Pi 合成
ATP 所需的能量直接由 提供。
(3)为了研究叶绿体的完整性与光反应的关系，制备了四种完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，
发现叶绿体A、B、C、D 四组的ATP 产生效率相对值分别为1、0.66、0.58、0.41，据此推测叶绿体中类囊
体结构破坏程度最大的是 组，结合图乙对实验结果进行解释： 。
(4)在低氧环境中，生成H2的代谢过程会使该微藻生长不良。根据题目信息从光合作用物质转化的角度分
析该微藻生长不良原因： 。
3．为了研究高种植密度对玉米不同叶位叶片光合特性的影响，某科研团队以郑单958 为材料，研究了灌浆
期第3、6、9 叶（基部往上计数）随着种植密度升高的叶绿素、Fv/Fm（荧光参数，是反映光能转化率的
一个指标）等的变化，结果如图1、图2。回答下列问题：
2
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(1)在提取玉米叶片的光合色素后，可通过对比各组叶片对某种光的吸收率来计算叶绿素的含量。为减少其
他光合色素的干扰，最佳的选择是 （填“红光”“蓝紫光”或“绿光”），原因是 。
(2)玉米叶片暗反应进行的场所为 。玉米为C4植物，其光合作用过程由叶肉细胞与维管束鞘细胞共同完
成，这两种细胞之间的胞间连丝比较发达，有利于 。
(3)图1 显示种植密度增加到9.0 时，第 叶叶绿素a 含量下降较明显。图2 中第9 叶Fv/Fm 值在不同种植
密度条件下 ，第3 叶Fv/Fm 随种植密度增大呈现降低的趋势，光能转化效率下降，可能与叶片之间由
于相互遮挡而导致 有关，以及与种植密度增加等因素有关。
(4)科研团队进一步研究了某种植密度条件下净光合速率与光通量密度（单位面积上接收到的光能量）的关
系，结果如图3。假设三种叶的呼吸速率基本相同，在一定阶段，第3 叶、第6 叶与第9 叶净光合速率相差
不大，主要原因是 ，净光合速率与光通量密度的关系可以描述为 。
4．图1 为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至
叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片移至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培
养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间。请回答下列问题：
3
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(1)NaHCO3分解产生的CO2直接参与光合作用的 阶段，场所在 。
(2)该实验的目的是 ，叶片上浮的原因是 。
(3)请用曲线在图2 中绘出NaHCO3溶液浓度由低浓度到最适浓度的过程中测量指标的变化情况：本实验结
果的测量指标还可以用 表示。
(4)若研究光照强度对光合作用的影响，以上装置该如何改进： 。
5．植物在夏季常受到高温和强光的双重胁迫。研究人员将番茄植株在适宜温度、适宜光照条件（CK）下
和高温、强光条件（HH）下培养一段时间后，测得的相关指标如下表。
组
别
净光合速率
（μmol·m-2·s-1）
气孔导度
（mmol·m-2·s-1）
胞间CO2浓度
（ppm）
Rubisco 活性
（U·mL-1）
CK
12.1
114.2
308
189
HH
1.8
31.2
448
61
(1)由表中数据可知，高温和强光的双重胁迫下，气孔导度下降 （填“是”或“不是”）净光合
速率降低的主要因素，依据是 。
(2)Rubisco 在光下催化RuBP（C5）与CO2的反应。表中数据表明，高温和强光的双重胁迫下，番茄叶绿体
中Rubisco 活性下降，暗反应减慢，导致光反应产物 积累，进而导致叶绿体 上的色素
分子被破坏，从而影响光反应。
(3)科研人员发现植物细胞内的呼吸链中存在由交替氧化酶（AOX）主导的交替呼吸途径，对植物抵抗强光
具有重要意义。下图表示交替呼吸途径对光合作用相关反应的影响。
4
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分析可知，强光环境下，植物细胞通过图示中“草酰乙酸/苹果酸穿梭”和交替呼吸途径，能够 ，
从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。
6．研究发现，光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中，电子经
PSⅡ、Cb6/f 和PSⅠ最终产生NADPH 和ATP。环式电子传递中，电子在PSⅠ和Cb6/f 间循环，仅产生ATP
不产生NADPH。拟南芥中亲环素蛋白C37 可以调控植物光合电子传递效率，提高植物对强光的适应性
（如图）。在强光胁迫下，C37 蛋白与Cb6/f 结合更加紧密，利于提高电子传递效率，避免产生大量活性
氧（ROS），而ROS 的过度积累会导致光损伤加剧、叶绿素降解增加。ROS 超过一定水平后会引发细胞凋
亡。
注：光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素复合体（Cb6/f）、光系统Ⅰ（PSⅠ）均为光合电子传递链的光合复合体；
→表示线性电子传递；
表示环式电子传递；●表示电子。
上述研究揭示出，植物通过调节光合链上的电子流动速率以适应强光胁迫。
(1)从图示推出，光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）位于叶绿体的 结构上，作用是 。
5
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(2)环式电子传递与线性电子传递相比，能够 （填“提高”或“降低”）ATP/NADPH 比例。
(3)请概括出拟南芥抵御强光胁迫的机制（至少答出2 点）： 。
(4)已知光反应场所内的H⁺浓度适当增加，可以保护PSⅡ免受强光破坏，在植物面临胁迫环境时，环式电
子传递会加强。综合所有信息，总结环式电子传递对于植物应对光胁迫的作用： 。
7．植物工厂是利用计算机自动控制植物生长发育所需的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条
件，使设施内植物发育不受或很少自然条件制约的高效农业系统。已知草莓幼苗的光合速率、呼吸速率
（假设呼吸底物只有葡萄糖）随温度变化的曲线如图所示；某生物兴趣小组在植物工厂内模拟了大气CO2
浓度增加条件下草莓幼苗生长、光合作用相关指标的变化，结果如下表所示。回答下列问题：
CO2浓度/μmol·mol-1
株高/cm
单株鲜重/g
单株干重/g
350
39．60±3．42
32．78±5．11
5．68±1．06
700
54．15±4．73
36．24±4．87
7．56±4．15
(1)据图分析，若植物工厂长期处于B 点对应的温度，每天光照16h，草莓幼苗 （填“能”或“不
能”）正常生长，判断依据是 。
(2)20℃条件下，草莓幼苗的光反应阶段主要发生的物质变化是 ，在此过程中伴随的能量变化为 。
据表可知，提高草莓产量的措施是 。
(3)在25℃时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，草莓叶肉细胞中C3含量将会下降，分析其变
化原因是 。若CO2浓度达到一定浓度时，草莓植株的光合速率并没有随着CO2浓度的增加成比例增
加，此时限制光合速率的内部因素可能是 （答2 点）。
8．光反应过程中的光合电子传递链主要由光系统Ⅱ（PSⅡ）、细胞色素b6f 和光系统Ⅰ（PSⅠ）等光合复合
体组成。研究发现，植物体内至少存在线性电子传递和环式电子传递两条途径，如下图所示。高温胁迫是
影响植物光合作用的重要逆境因素之一，植物体会启动一系列防御机制进行应对。请回答下列问题：
6
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(1)光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有 光能的作用。适宜环境温度下，PSII 和
PSⅠ共同受光的激发，H2O 裂解释放的电子（e-）经过PSⅡ、PQ、 和PSⅠ的推动，最终被 接受。图
中ATP 合酶的功能有 。
(2)高温胁迫下，PSⅡ中的捕光复合体容易从类囊体膜上脱落，导致PSII 的 均发生改变，光能利用率下
降。此时，仅由PSⅠ推动的环式电子传递被激活，这使得NADPH 的生成量 ，跨膜质子（H+）梯度
（选填“能形成”或“不能形成”），光反应产生的ATP 与NADPH 的比值 （选填“上升”或“下
降”或“基本不变”），从而起到光保护作用。
(3)高温胁迫还会引发活性氧ROS（如自由基、H2O2等）的积累，进一步抑制光反应的发生。分析其原因可
能有
a. ROS 攻击类囊体膜上的磷脂分子，造成膜结构的损伤
b. ROS 与光系统中的蛋白质分子结合，使其分解并失去活性
c. ROS 造成叶绿体DNA 的损伤，导致光反应所需酶的合成受阻
d. ROS 会加快PSⅡ的修复过程，进一步限制电子的线性传递过程
(4)高温胁迫下，植物还能通过增加瞬时气孔导度的方式进行保护，该方式的生理机制是 。
9．科研人员探究了不同遮荫处理对某植物A 多项指标的影响，以期为开发及优化林下种植植物A 技术提
供依据。相关结果见下表，请回答下列问题：
测定指标
遮荫处理
遮荫率85%
遮荫率56%
全光照
叶绿素含量（μg/cm2）
34.58
33.01
28.43
叶片厚度（mm）
1.15
1.65
1.84
7
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单片叶面积（cm2）
17.67
14.66
8.58
光饱和点[μmol/（m2·s）]
355
586
468
最大净光合速率[μmol/（m2·s）]
7.46
10.73
9.12
注：光饱和点是指光合速率不再随光强增加而增强时的光照强度。
(1)与全光照条件相比，遮荫率85%处理后，植物A 的最大净光合速率较低，主要原因是 ，为暗反应提
供的 减少，进而导致在叶绿体 中利用的CO2量减少。
(2)据表中数据分析可知：遮荫处理后，植物A 叶片厚度变小（变薄）， ，从而使植物A 适应弱光环境。
(3)植物A 有一定的适应弱光的能力，但科研人员认为过低的光照强度不利于其生长，判断依据是 。因
此当我们在推广林下种植植物A 时应该采取的合理措施是 。
10．太阳能进入植物细胞并为细胞所利用，一般都要经过图甲所示结构中发生复杂化学反应。图乙是一种
盆栽植物在自然光照（甲组）和给予一定程度的遮光（乙组）的条件下，培养一段时间后测定的曲线图，
请据图回答下列问题：
(1)图甲中数字表示气体交换过程。在白天，当植物叶肉细胞内光合作用强度小于呼吸作用强度时，图中可
同时发生的过程有 （用图中序号表示）；当①②⑤⑥均为0 时，说明该植物光合作用强度
呼吸作用强度（填＞，＜或=），其中[H]和O2在 （场所）结合生成水。
(2)图乙中的实验组是 组，若已知自然光照下的甲组植物细胞呼吸释放的CO2量与消耗的O2
量之比是0.8，在适宜条件下，测得细胞吸收O2的速率为20mL/h，则细胞释放CO2的速率是
mL/h。
(3)下表为在适宜温度条件下，逐渐增加光照强度，测定阳生植物与阴生植物叶片的O2释放速率。
光照强度（ μmol 光子/(m2·s)）
0
10
25
50
10
0
250
500
600
氧气的释放速率（ μmol O2
/(m2·s)）
A
-16
-10
-5
-1
5
15
30
30
B
-4
-0.5
1.5
3
5
12
12
10
据表可推测，阳生植物为 ，当光照强度为100μmol 光子/m2．s 时， A、B 植物O2产生速率的
8
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大小关系为 （填A>B，A< B 或A=B）。原因是 。
11．江苏省农业科学院利用超级粳稻品种南粳44 与自主选育的优良食味抗病粳稻中间品系宁6301 杂交，
经数代筛选、培育获得了“南粳晶谷超级稻”，南粳晶谷不仅食味品质优、综合抗性强，而且丰产性好、
产量大。为进一步研究南粳晶谷高产的生理特征，科研人员对光合主要器官、开花后茎叶干重和穗干重随
时间变化等相关指标进行了测定，其结果如图所示。请回答下列问题：
(1)相对于南粳44 和宁 6301，“南粳晶谷超级稻”丰产性好、产量大的可能原因是 此外，叶片中叶绿
素含量高低也会影响产量，叶绿素的主要功能是 若要分离叶绿体中的色素，所利用的原理是 。
(2)“南粳晶谷超级稻”仍然具有食味品质优、综合抗性强的优点，从遗传学角度分析其原因是 。
(3)如图乙可知，各品种茎叶干质量在开花后7-14 天达到最高，此后逐渐下降，原因是 。
(4)有研究工作者想让南粳晶谷积累更多有机物，将蓝细菌的 CO2浓缩机制导入南粳晶谷水稻，水稻叶绿
9
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体中 CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下，水稻的光合作用强度无明显变化，
可能原因是 （答到两点即可）。
12．光合作用依据是否需要光能分为光反应和暗反应，ATP 和NADPH 的再生与消耗是连接这两个阶段的
关键。研究人员发现蓝细菌光反应所产生的ATP 和NADPH 的比值为2.57：2，而暗反应消耗的ATP：
NADPH 为3：2，这种供需不平衡可能是影响光合作用速率的因素之一。为了提高光合作用速率，科研人
员在蓝细菌中引入异丙醇合成途径，代谢过程如图。据图回答问题：(图中A、B、C 代表物质，
表
示蓝细菌中不存在的代谢途径)
(1)图中的A、C 分别代表 和 。引入异丙醇合成途径可能提高光合作用速率的原因是 。
(2)研究人员在野生蓝细菌的基础上成功构建了重组蓝细菌A、B(具体的基因导入情况如下表所示)，并分别
测定了三者的光合作用曲线，部分结果如图所示：
野生蓝细菌
未导入任何外源基因
重组蓝细菌A
导入酶a、酶b、酶c 基因
重组蓝细菌B
导入酶a、酶b 基因
10
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①获得上述完整实验结果的具体操作步骤
为 。
②重组蓝细菌B 的实验结果应与 (蓝细菌类型)相似。除此之外，研究人员将酶c 基因导入野生蓝细
菌中构建了重组蓝细菌C，将该重组菌放置于含有 的培养基中并测定其光合作用曲线，发现结果与
重组蓝细菌A 相似。
13．叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。为研究光反应过程中的能量转换，研究人员从菠菜叶中提取
叶绿体和类囊体进行了相关实验。回答下列问题：
(1)用叶绿体悬液制备类囊体时，加入清水使叶绿体吸水涨破，经 得到类囊体，然后将类囊体重新悬浮。
为保持类囊体的活性，类囊体悬液应在无光、低温条件下保存，原因在 。
(2)研究人员进行了类囊体产质子（H+）能力实验（实验一）和类囊体产ATP 实验（实验二），结果如下图。
分析实验一和实验二的实验结果，研究人员对光反应过程中能量的转移途径做出如下推测：光能→H+电化
学势能→ATP。做出上述推测的依据是 。此能量转移路径缺少一环节的证明，这个环节为 ，请利
用已平衡的类囊体悬液（类囊体内外的pH=4）、甲液（含ADP、Pi、pH=4 的缓冲液）、乙液（含ADP、
11
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Pi、pH=8 的缓冲液）设计实验，补齐这一环节。实验思路为 ，若此环节成立，实验结果为 。
(3)研究人员用人工脂双层包裹类囊体膜构建了“人工细胞”，用以研究光合作用过程。若在黑暗条件下利
用“人工细胞”模拟暗反应，则脂双层内还应加入 等物质（答出3 点即可）。研究人员认为，与叶肉
细胞相比，理论上“人工细胞”可能具有更高的净光合效率，依据是 。
14．光合作用中，有一种特殊的固定CO2的类型。菠萝等许多植物都进行这类途径参与的光合作用，统称
为CAM（景天科）植物，其特点是气孔夜晚打开，白天关闭。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢途径
（CAM 途径）示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。
(1)据图分析，推测图中叶肉细胞过程a 发生在 （填“白天”或“夜晚”），过程a 的生理意义有
（写出两个方面即可）。
(2)据图分析，叶肉细胞可以通过 获得光合作用暗反应所需的CO2。
(3)以菠萝为代表的CAM 植物能较好的适应 的环境，其适应机制是 。
15．小球藻是单细胞真核生物，是研究光合作用的模式生物。水体中的无机碳主要以HCO3
-和CO2两种形
式存在，小球藻具有如图所示的无机碳浓缩过程。
回答下列问题：
(1)小球藻浓缩HCO3
-的过程属于 （填“自由扩散”“协助扩散”或“主动运输”），理由是
。
(2)过程①称为 ，能为此过程提供能量的物质有 。
(3)鲁宾和卡门用小球藻探究光合作用所释放氧气的来源，实验分组及结果如表。
组别
O 标记物所占的比例/%
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反应物
产物
H2
18O
KHC18O3+K2C18O3
18O2
1
初始
0.85
0.20
-
结束
0.85
0.61
0.86
2
初始
0.20
0.50
-
结束
0.20
0.40
0.20
3
初始
0.20
0.68
-
结束
0.20
0.57
0.20
①小球藻光合作用产生的氧气，一部分释放到外界环境中，另一部分的去向是 。
②由本实验可知，光合作用释放的氧气 （填“全部来自水”“全部来自CO2”或“部分来自水
部分来自CO2”），理由是 。
16．炎热条件下，植物体内用于散失的水分多少与气孔开放度大小呈正相关。为了探究光照强度和土壤含
水量对密闭容器中某植株光合速率的影响，研究小组进行了相关实验，实验处理及其结果如下表所示。请
回答下列问题：
20%
40%
60%
强
13.3（A 组）
13.9（B 组）
14.5（C 组）
中
19.3（D 组）
20.4（E 组）
21.5（F 组）
弱
10.1（G 组）
11.1（H 组）
12.3（I 组）
注：光合速率单位为mgCO2•dm﹣2•h﹣1，密闭容器中每组的温度和CO2浓度均相同。
(1)由实验可知，对该植株的光合速率影响较大的因素是 ，判断依据是 。
(2)炎热的中午植物会产生“光合午休”现象。通常认为引起植物“光合午休”的原因包括两个方面：一是
气孔开放度降低引起 ，直接影响暗反应；二是温度升高，导致光合色素或者酶的活性降低，使光反应
减弱，供给暗反应的 减少，导致叶片光合作用能力降低。
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(3)炎热条件下，适当提高土壤含水量能提高光合速率的原理是 。
17．光是影响植物生长发育的重要因素。科研人员将阴地生长、阳地生长的火炬松树苗置于不同的光照强
度下，检测每克叶片每小时CO2的吸收量，结果如图1。并在中光照强度下检测火炬松树苗光合产物分配
到叶、茎和根的比例，结果如图2。
回答下列问题。
(1)由图1 可知，随着光照强度的增强，阴地生长的火炬松和阳地生长的火炬松光合作用速率的差值逐渐
；低光照强度下， （填“能”或“不能”）判断阴地生长的火炬松比阳地生长的火炬松光合作用有
机物的合成速率更快，理由是 。
(2)据图2 分析，阴地生长的火炬松和阳地生长的火炬松营养器官的生长情况 （填“相同”或“不
同”），判断依据是 。阴地生长的火炬松树苗光合产物更多地分配到叶，其生理意义是 。
(3)对于火炬松来说，光具有的作用是 （答出2 点即可）。
18．菠菜属于C3植物，其叶肉细胞能进行光合作用。玉米属于C4植物，叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完
成光合作用，过程如图所示，其叶肉细胞的叶绿体固定CO2的酶（PEP 段化酶）与CO2的亲和力强于C3植
物。请回答下列问题：
(1)玉米维管束鞘细胞 （填“能”或“不能”）进行光反应，理由是 ，C3还原需要的ATP 和
NADPH 来自 的叶绿体。维管束鞘细胞中丙酮酸除了来自C4的分解，还可来自 （填生理过程）。
(2)与菠菜相比，玉米适宜种植在CO2浓度 （填“高”或“低”）的环境中，理由是 。
(3)若CO2供应突然减少，菠菜叶肉细胞中C3/C5的比值短时间内将 ，原因是 。
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(4)玉米叶肉细胞结构完整，但不能独立进行光合作用，原因可能是 。
19．植物含叶绿体的细胞在光照下不但进行CO2的同化，而且存在依赖光的消耗O2释放CO2的反应，称为
光呼吸。研究发现，光呼吸是由于O2竞争性地结合卡尔文循环关键酶Rubisco 造成的。Rubisco 的底物CO2
与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂。该酶既能催化C5与CO2反应，完成光合作用；也能催化C5与O2反
应，产物经一系列变化后到线粒体中生成CO2。下图表示叶肉细胞中有关代谢过程。
(1)绿色植物细胞中能够产生CO2的场所是 。在较高CO2浓度环境中，Rubisco 所催化的反应
产物主要是 。利用提取的Rubisco 模拟光合作用暗反应过程。构建反应体系时需加入的供能物
质有 。
(2)当环境中CO2与O2含量比值 （填“偏高”或“偏低”）时，叶片容易发生光呼吸。已知温
度升高会降低细胞溶胶中气体的溶解度，试分析温度高于某一临界值时，光呼吸迅速增加的原因是
。
(3)从光反应和暗反应物质联系的角度分析，高O2浓度条件下，短时间内NADPH 含量升高的原因是
。
(4)过强的光照会导致光合作用光反应产物过剩，对细胞造成伤害，分析上图中光呼吸过程，推测光呼吸存
在的生理意义是 。
20．小麦是我国主要的粮食作物，科研人员为了探究小麦在不同的光照强度、CO2浓度和温度下进行光合
作用的情况，进行了相关实验，其他条件相同且适宜，获得了如下实验结果。已知大气中CO2的含量约为
0.03%，植物进行光合作用的最适温度是25—30℃。回答问题：
组别
措施
a
光照非常弱，CO2浓度最低（远小于0.03%）
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b
适当遮荫（相当于全光照的4%），CO2浓度为
0.03%
c
全光照（不遮荫），CO2浓度为0.03%
d
全光照（不遮荫），CO2浓度为1.22%
(1)四组中，能作为其他三组的对照组的是 组，理由是 。
(2)25—30℃时，限制c 组小麦最大净光合速率增加的主要因素是 。农作物田间种植时，人们为了提高
净光合速率，改善这一影响因素可以采取的措施有 （答出2 点）。
(3)光照过强时还原能的积累会导致自由基的产生，损伤膜结构。光呼吸（图中虚线所示）可促进草酰乙酸
—苹果酸的穿梭，输出叶绿体和线粒体中过剩的还原能实现光保护，其中过程③是光呼吸速率的限制因素，
线粒体中的电子传递链对该过程有促进作用，相关机制如下图。请回答下列问题。
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①图中过程①进行的场所是 ；叶绿体和线粒体中电子传递链分别位于 。
②线粒体中的电子传递链促进过程③的机理是 。
21．光呼吸是进行光合作用的细胞中，由叶绿体、线粒体等多种细胞器共同完成的生理过程，在光照过强
或O2与CO2浓度的比值过高时，该过程加强以消耗过剩的NADPH 和ATP，起到保护叶绿体的作用。平流
层的臭氧（O3）可以吸收紫外线，使地球上的生物免遭紫外线的伤害，而对流层中O3的作用却截然相反，
对作物生长是有害的。研究者以一年生“赤霞珠”葡萄盆栽苗为材料，在一定浓度的O3胁迫下，研究了外
源褪黑素（MT）对葡萄叶片生理过程的影响，相关指标的检测结果如下表：
指标及
单位
光呼吸速
率/
（μmol·m-2·s-1）
光合速
率/
（μmol·m-2·s-1）
Rubisco 活
性/
（U·L-1）
叶绿素
a/
（mg·g-1）
叶绿素
b/
（mg·g-1）
类胡萝卜
素/
（mg·g-1）
对照组
5．5
16．03
160
1．56
0．60
0．36
O3胁迫
组
1．2
4．37
130
1．18
0．47
0．29
MT+O3
胁迫组
2．2
9．00
150
1．35
0．52
0．35
注：O3胁迫采用O3熏蒸的方式处理，MT 处理为MT 溶液浇灌的方式处理。
回答下列相关问题：
(1)存在光呼吸的原因在于核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco），该酶具有双重作用，在光合作用
中能催化CO2的固定，在光呼吸中能催化C5与O2结合并释放CO2．从物质变化的角度分析，光呼吸与光合
作用过程都能利用 作为原料，但光合作用能实现该物质的再生，而光呼吸是将该物质氧化分解并
最终产生CO2；光呼吸与细胞有氧呼吸生理过程的相同点是 （答出2 点）。
(2)光合作用光反应阶段中，叶绿体色素吸收的光能转化成活跃的化学能，且储存在 中，供暗反应
阶段利用，其中 还能作为活跃的还原剂。
(3)实验结果表明，外源MT 能显著提高O3胁迫下葡萄叶片的光合速率，根据表中数据，从光反应和暗反应
的角度分析，其原因是 。
(4)由表可知，相比于O3胁迫组，MT+O3胁迫组的光呼吸速率更高，据题分析，光呼吸增强的积极意义是
（答出1 点）。
22．图中①～⑦表示代谢途径。Rubisco 是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争性地与其结合，使其可
分别催化C5（RuBP）的羧化与氧化。C5羧化固定CO2最终合成糖，C5 氧化则产生乙醇酸（C2），C2在过
氧化物酶体和线粒体协同下，释放CO2，形成C3，完成光呼吸碳氧化循环C2循环）。据图回答下列问题：
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(1)图中类囊体膜参与的代谢途径有 （填选①～⑦）；在红光下，参与这些途径的主要色素是
，如果用纸层析法将这些色素进行分离后，在纸条上所呈现的颜色是 。
(2)Rubisco 酶主要分布在 中，③过程Rubisco 酶催化反应的产物为 。
(3)当环境中O2与CO2含量比值偏高时，叶片容易发生光呼吸碳氧化循环的原因是 。
(4)从能量代谢的角度分析，光呼吸碳氧化循环与有氧呼吸最大的区别是 。
23．镉是耕地最主要的污染元素之一，其毒性大，污染面积广，且易被植物吸收累积，继而直接或间接威
胁人体健康。为探究不同浓度镉变化对小麦幼苗生长的影响，科研人员进行了相关实验，结果如下表。回
答下列问题。
镉浓度
（μmol·1-1）
叶绿素a
（mg·g-1FW）
叶绿素b
（mg·g-1FW）
胞间CO2浓度
（μmol·mol-1）
气孔导度
（molH2O·m-2·s-1）
光合速率
（μmolCO2m-2·s-1）
0
0.96
0.95
300
0.23
24.9
5
0.90
0.70
300
0.19
23.8
10
0.89
0.68
260
0.16
22.5
100
0.85
0.62
270
0.08
19.7
(1)叶绿素主要吸收 光，叶绿体中光合色素吸收的光能可用于碳反应所需的（物质）合成，植物体内可
促进叶绿素合成的激素是 。
(2)据表分析，本实验的因变量是 （至少答出两点）。据表分析可知，随着镉浓度的增加，小麦幼苗的
光合速率降低，原因是 。
(3)经研究发现某些植物体和人体中镉浓度均高于环境中镉浓度，该现象称为 。生产实践中，在镉污染
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区域常种植镉超积累植物伴矿景天等修复改良土壤，该措施的优点有 （答出两点即可）。
24．下图表示玉米CO2同化途径，玉米叶肉细胞中有PEP 羧化酶，在该酶的作用下，通过系列反应将CO2
“泵”入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，以保证卡尔文循环的顺利进行；而花生缺乏
PEP 羧化酶。回答下列问题：
(1)卡尔文循环需要光反应过程中产生的NADPH，NADPH 来源于 的分解。
(2)若将正常生长的花生和玉米植株置于同一密闭玻璃罩内（光照，温度等条件相同且适宜）培养，一段时
间后，正常生长首先受到影响的是 ，原因是 。
(3)如果在正常生长的玉米叶肉细胞中注入使PEP 羧化酶活性降低的抑制剂，则在短时间内，维管束鞘细胞
中ATP 的含量变化呈 趋势，原因是 。
(4)在农业生产中，常采取施用农家肥的方法增加作物产量，其原理是 。
25．我国科学家设计的人工光合“仿生酶-光偶联”系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示,
其中A、B、C 表示物质。回答问题:
(1)功能区1 的反应在细胞中发生的场所是 。
(2)图中A 表示 ,C 表示 。
(3)在功能区3 中，一个CO2分子被一个C 分子固定以后，很快形成两个B 分子,这个过程在细胞中叫作
。该系统正常运转过程中，光照突然减弱则短时间内A 含量将 (填“增加”或“减少”)。
若弱光持续较长时间，功能区3 中物质转换效率也会发生改变，原因是
(4)高粱叶肉细胞中存在一种由P 基因编码的水通道蛋白(简称P 蛋白)。在干旱胁迫条件下，P 蛋白对水分
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吸收具有重要调节功能。研究发现，正常种植条件下，野生型高粱和突变株系M(高粱育种中得到的P 蛋白
超表达突变品系)的气孔开放程度基本相同,但突变株系M 光合效率更高，科学家推测原因在于超表达的P
蛋白能促进CO2的吸收。该兴趣小组想验证这一推测，请写出实验思路并预期实验结果(检测方法不作要求，
只需写出检测指标)。
实验思路:
预期结果:
26．2021 年，中国科学家在国际上首次实现了无细胞条件下CO2到淀粉的人工合成，这项技术在解决粮食
问题、缓解温室效应等方面具有重要意义。科研团队设计出11 步反应的人工合成淀粉的新途径，光合作用
（A）和人工合成淀粉过程（B）的简单表述如下图。请回答下列问题：
(1)人工合成淀粉的反应途径与植物光合作用过程不同。人工合成淀粉时，首先利用太阳能发电，然后利用
电能制 ，再用于合成反应。植物光合作用利用 吸收太阳能，光反应阶段再将太阳能转变为 。
(2)在两种途径固定的CO2量相等的情况下，结果发现人工途径合成的淀粉量总是高于植物体内测定的淀粉
含量，原因可能是 。
(3)按照目前技术参数推算，在能量供给充足条件下，理论上1 立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于
5 亩土地玉米种植的淀粉年平均产量（按中国玉米淀粉平均亩产量计算）。人工合成途径由于对环境中水
的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。由此推测该技术的重要意义是 （答出一点即
可）。
27．高等植物光合作用中CO2的固定有多种途径，其中最基本的途径是卡尔文循环。在卡尔文循环中，
CO2被固定形成的最初产物为C3（3-磷酸甘油酸）。有些起源于热带的植物，如玉米、甘蔗等，除具有卡
尔文循环以外，还存在如图所示（其中PEPC 为PEP 羧化酶，Rubisco 为RuBP 羧化酶）的另外一条固定
CO2的C4途径，该途径固定CO2的最初产物是C4（草酰乙酸），这类植物被称为C4植物。
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回答下列问题。
(1)玉米、甘蔗等农作物都是C4植物，其CO2固定发生在 细胞中。
(2)影响农作物光合作用强度的环境因素有矿质元素（如N、P 和K 等），CO2， （答出2 点即可）。
矿质元素能够影响光合作用强度的原因是 （答出2 点即可）。
(3)米氏常数（Km）是酶学研究中的一个重要参数，其数值等于酶促反应速率达到最大速率一半时的反应
物浓度。研究表明，PEPC 对CO2的Km 为7μmol/L，Rubisco 对CO2的Km 是450μmol/L。高温、干旱环境
下，C4植物的光合产物合成速率一般高于C3植物，分析其原因是 。
28．科学家根据高等绿色植物利用CO2的途径，将植物分为C3植物（图1）、C4植物（图2）等类型。C3
植物和C4植物的光合速率随外界CO2浓度的变化如图3 所示（CO2饱和点是指植物光合速率开始达到最大
值时的外界CO2浓度）。科学家将C4植物的PEPC 酶基因转入水稻后，测得在不同光照强度下，转基因水
稻的气孔导度（叶片气孔的张开程度）都比原种水稻的大。回答下列问题：
(1)C₃ 植物叶肉细胞中C3的还原需要光反应提供的 （写出2 种）。检测C4植物光合产物
淀粉的产生场所应选择 （填“叶肉细胞”或“维管束鞘细胞”）的叶绿体。
(2)在低CO2的环境下，C4植物生长得比C3植物好，原因是 （答出2 点）。
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(3)适当扩大 （填“C3植物”或“C4植物”）的种植面积可能更有利于实现碳中和的目标，
判断依据是 。
29．植物在生长过程中常常面临各种逆境，如低温、高温、干旱等，其体内会产生一系列生理变化来适应
逆境。请根据所学内容回答下列问题：
(1)低温胁迫下，植物细胞膜的流动性会 （填“升高”/“降低”），并降低细胞中 （填
“自由水”/“结合水”）的含量，来抵御低温对植物的胁迫。
(2)为研究环境胁迫对植物光合作用的影响，科学家进行了以下实验：选取生长状况相同的某种植物幼苗，
平均分为三组，分别标记为A、B、C，并对三组幼苗如下表所示进行处理。处理7 天后，测定各组幼苗的
气孔导度和净光合速率。
处理组别
处理方法
气孔导度（mol·m-2·s-1）
净光合速率（μmol·m-2·s-1）
A 组
正常浇水
0.35
12.5
B 组
干旱处理
0.12
5
C 组
高温环境处理
0.25
8
实验结果如上表所示，该实验结果可以说明： ，干旱处理7 天导致植物光合作用速率明显下降的
原因可能是 。（答出一点即可）
(3)研究发现植物叶片保卫细胞产生的γ-氨基丁酸（GABA）能抑制气孔开放。为进一步探究叶面喷施一定
浓度的外源GABA 是否能缓解植物的干旱胁迫症状，科研人员设计如下实验，请补充完整实验步骤。
①取 若干，平均分为两组；
②各组的处理方式为 ；
③将各组置于干旱程度相同的环境中继续培养一段时间；
④观察植物的生长情况，并定期测量植物体 （答出一点即可）等生理指标的变化情况。
30．图1 是大豆叶肉细胞和根瘤细胞中的部分代谢示意图，其中A~E 代表物质，①~⑧代表过程。根瘤菌
在根瘤细胞中以类菌体的形式存在，固氮酶对氧气高度敏感，在低氧环境下才能发挥作用。请回答下列问
题：
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(1)大豆幼叶发育为成熟叶过程中叶色由浅绿色逐渐变成深绿色，是因为光合色素中的 逐渐增多。为
测定大豆的光合色素含量，提取光合色素常用的有机溶剂是 。
(2)适宜光照下，大豆叶肉细胞中 NADH 中的能量来自于 。高温胁迫会导致植物细胞内氧自由基积累，
使膜脂过氧化，从而使细胞的生物膜系统遭到破坏，其一中就包括叶绿体中的 ，影响光反应中的
合成，进而影响暗反应。
(3)物质A、C 分别是 、 。根瘤菌为根瘤细胞提供 ，该物质在根瘤细胞质中发生反应，转
化为氨基酸等含氮有机物。
(4)对栽培大豆进行根瘤菌的接种预实验（作为实验组），并测定大豆植株光合作用相关变化指标，结果如
图2 所示。
据图2 分析，接种根瘤菌能提高大豆植株净光合速率的原因可能是 。
(5)玉米和大豆间行种植可以提高产量，增加经济收入。请结合生物学知识和题干信息，从生物种内关系或
种间关系角度解释其生物学原理是 （答出一点即可）从生态系统稳定性的角度考虑，该种种植方式
的优点是 。
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