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专题01 细胞代谢
1．（2024·北京丰台·二模）镁（Mg）是影响光合作用的重要元素，科研人员进行了相关研究。
(1)镁是构成 的重要成分，水稻细胞内的光合色素还包括 。
(2)为探究镁对水稻光合作用的影响。将正常培养38 天的水稻分别转移到无镁培养液（-Mg2+）和正常培养
液（+Mg2+）中培养15 天，对光合作用指标进行连续跟踪检测，测定光合色素含量相对值、Vc max（最大
羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率），结果如图1。推测前10 天An 变化不明显的原因是 ；
10 天后，An 显著下降的原因是 。
(3)为进一步探究镁对水稻光合作用的影响，研究者将正常培养38 天的水稻在缺镁和正常培养液中培养12
天后，每3h 检测一次Vcmax 的变化，持续跟踪48h，结果如图2。实验结果表明 ，从而影响光
合作用。为了验证缺镁前期对光反应的影响，还需要检测的指标有 （至少答出两个）。
(4)已知叶绿体中镁含量存在与Vc max 相似的变化，且与叶绿体镁转运蛋白MGT3 相关。为验证缺镁处理
能够动态抑制MGT3 基因的表达，设计实验如下表。请补全表中的检测指标 和图3 中的实验结果。
组别
实验材料
实验处理
检测指标
对照
组
缺镁培养的水稻植株
缺镁培养液
持续48h 检测水稻叶片中的
1
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实验
组
正常培养液
(5)研究发现，RUBP 羧化酶的活性依赖于Mg2+，根据上述研究内容解释短期缺镁影响水稻光合作用的机制
。
【答案】(1) 叶绿素 类胡萝卜素
(2) 植物可以利用体内原有的Mg2+，维持光合作用的正常进行 缺镁导致暗反应的碳固定速率下
降
(3) Mg2+主要促进白天的碳固定，对夜间的碳固定无明显影响 ATP、NADPH、光反应速率、电
子传递速率、氧气含量等光反应阶段指标
(4) MGT3 基因的相对表达量
(5)缺Mg2+抑制MGT3 基因的表达，MGT3 蛋白含量降低使叶绿体中Mg2+含量下降，导致RUBP 羧化酶
的活性降低，从而抑制光合作用暗反应，降低水稻光合作用。
【分析】光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，首先
是水在光下分解成氧气和H+，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合形成还原性辅酶Ⅱ（NADPH），在有
关酶的催化作用下促使ADP 与Pi 反应生成ATP；暗反应是在叶绿体基质中进行的，二氧化碳与C5 结合生
成C3，即二氧化碳的固定。随后在有关酶的作用下，C3 接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADHP
还原。随后，一些C3 经过一系列的反应形成糖类，另一部分C3 经过一系列化学变化又形成C5。
【详解】（1）镁是构成叶绿素（包括叶绿素a 和叶绿素b）的重要成分，水稻细胞内的光合色素还包括类
胡萝卜素（包括叶黄素和胡萝卜素）。
（2）据图1 分析，15 天内，两种培养液中水稻的光合色素含量相对值无明显变化，且两条曲线无明显差
异，说明缺镁对光合色素的含量无影响；而缺镁培养液中的水稻Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和
An（净光合速率）从10 天后开始明显降低且低于正常培养液中的水稻，推测前10 天An 变化不明显的原
2
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因是植物可以利用体内原有的Mg2+，维持光合作用的正常进行；10 天后，An 显著下降的原因是缺镁导致
暗反应的碳固定速率下降。
（3）分析图2 可知，在黑暗条件下的水稻在缺镁和正常培养液中的Vc max 相差不大，而在光照条件下，
缺镁水稻的Vc max 明显低于正常水稻，这表明Mg2+主要促进白天的碳固定，对夜间的碳固定无明显影响。
为了验证缺镁前期对光反应的影响，还需要检测的指标有ATP、NADPH、光反应速率、电子传递速率、氧
气含量等光反应阶段指标。
（4）由于缺镁处理能够动态抑制MGT3 基因的表达，因此实验的检测指标为MGT3 基因的相对表达量。
与对照组相比，实验组的镁含量更高，因此实验组的镁转运蛋白MGT3 含量应高于对照组。实验结果如图
所示：
（5）据题意，RUBP 羧化酶的活性依赖于Mg2+，RUBP 羧化酶是催化光合作用暗反应的酶，再根据上述
研究内容可解释短期缺镁影响水稻光合作用的机制：缺Mg2+抑制MGT3 基因的表达，MGT3 蛋白含量降
低使叶绿体中Mg2+含量下降，导致RUBP 羧化酶的活性降低，从而抑制光合作用暗反应，降低水稻光合
作用。
2．（2024·山东泰安·二模）植物每年所固定的碳约占大气中碳总量的1/5，约等于化石燃料燃烧所排碳量
的10 倍之多。研究人员通过研究植物体内碳的转移途径，进一步提高植物的固碳能力，助力减少大气中的
CO2浓度，实现“碳中和、碳达峰”。
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(1)光能被叶绿体内类囊体薄膜上的 捕获，将水分解后，由 驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将
CO2转化为储存化学能的糖类。
(2)绿色植物在光照条件下还能进行光呼吸，具体过程如图所示。R 酶具有双重催化功能，在光照、高CO2
浓度、低CO2浓度时，催化CO2与C5结合，生成C3，在光照、低CO2浓度、高浓度时，催化O2与C5结合，
生成C3和乙醇酸。试从物质、能量及反应条件和场所的角度，分别比较光呼吸与植物细胞有氧呼吸的不同
点 。
(3)有些生活在海水中的藻类具有图示的无机碳浓缩过程，能够减弱光呼吸，提高光合作用效率，其原因是：
植物通过 方式吸收HCO3
-，最终使 。
(4)研究人员通过向水稻叶绿体中引入人工设计合成的一条代谢途径（GOC），能直接在叶绿体中催化乙醇
酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率。GOC 型
水稻净光合速率高于野生型水稻的原因包括___。
A．GOC 型水稻新增的代谢途径，增加了乙醇酸利用率
B．GOC 型水稻新增的代谢途径，直接加速了C3再生C5
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C．GOC 型水稻新增的代谢途径，减少了叶绿体中CO2损失
D．GOC 型水稻内催化乙醇酸转化成CO2的酶活性比R 酶活性高
【答案】(1) 光合色素 ATP、NADPH
(2)光呼吸利用O2 和C3，有氧呼吸利用葡萄糖和O2；光呼吸消耗ATP，有氧呼吸合成ATP；光呼吸必须
在光照条件下进行，有氧呼吸在光照和黑暗条件下都可以进行；光呼吸在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体
中进行，有氧呼吸在细胞质基质和线粒 体中进行
(3) 主动运输 R 酶附近的CO2 浓度提高,促进CO2 与C5 结合，减少O2 与C5 结合
(4)AC
【分析】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。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 的作用下还原生成有机物；
2、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。它是光合作
用一个损耗能量的副反应。光呼吸可消除多余的NADPH 和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。
【详解】（1）光合作用的光反应阶段场所是叶绿体的类囊体膜上（色素和光反应有关的酶在类囊体膜
上），光能被叶绿体内类囊体薄膜上的光合色素捕获，将水分解后，由ATP 和NADPH 驱动在叶绿体基质
中进行的暗反应，将CO2 转化为储存化学能的糖类；
（2）从图1 可以看光呼吸通过消耗光反应产生的过剩NADPH、ATP 减少能量积累对叶绿体的伤害。光呼
吸在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧
气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸与有氧呼吸区别光呼吸消耗ATP，有氧呼吸产生ATP，光呼吸光
下才能发生有氧呼吸黑暗和光照都能发生。相同点是都消耗O2 释放CO2；
（3）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；HCO3-离子进入叶绿体
后产生CO2，使R 酶附近的CO2 浓度提高，促进CO2 与C5 结合，减少O2 与C5 结合；
（4） GOC 型水稻新增的代谢途径，能直接在叶绿体中催化乙醇酸转化成CO2，同时抑制叶绿体膜上乙醇
酸转运蛋白基因的表达，最终提高了水稻的净光合速率，增加了乙醇酸利用率，减少了叶绿体中CO2 损失，
BD 错误、AC 正确。
故选AC。
3．（2024·山东济宁·二模）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： 。
【答案】(1) 叶绿素b 氧（O2）和H+ 变小
(2)使Rubisco 酶活性下降，暗反应速率降低；使PSⅡ失活，光反应速率降低
(3)运用蛋白质工程技术提高RCA 的热稳定性
【分析】光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的场所为类囊体薄膜，包括水的光解生成
还原氢和氧气，以及ATP、NADPH 的合成；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和三碳化
合物的还原两个过程。
【详解】（1）番茄叶绿体中的色素在层析液中溶解度最低的是叶绿素b，适宜环境温度下，PSⅡ受光激发
将水分解为O2 和H+，同时产生电子（e-）；由图可知，环式电子传递不发生H2O 的氧化，不形成
NADPH，导致NADPH/ATP 的值变小；
（2）分析表中数据可知，造成其光合速率较低的内部因素可能是酶的活性降低、类囊体结构破坏；表中
数据显示，高温胁迫下番茄植株R 酶活性下降，暗反应速率下降，光反应产生的ATP 和NADPH 的剩余量
增加，抑制光反应；同时光能过剩导致活性氧的大量积累，进而破坏光系统Ⅱ且抑制其修复，故高温胁迫
下番茄植株光反应速率减慢；
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（3）依题意，Rubisco 活性受到Rubisco 活化酶(RCA)的调节，RCA 活性易受高温胁迫抑制。根据结构和
功能相适应的观点，可运用蛋白质工程技术改变RCA 的结构，从而提高其热稳定性，使其结构在高温环
境中更具稳定性，从而缓解高温胁迫对光合能力和作物产量影响。
4．（2024·山东聊城·二模）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
。
(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： 。
【答案】(1) 类囊体薄膜 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
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(2) NADPH NADH 线粒体内膜
(3) eATP 的有无、豌豆幼苗的种类 eATP 通过调节NADPH 氧化酶基因的表达，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中，主要包括水的光解和ATP 的合成两个过程；
暗反应发生在叶绿体基质中，主要包括CO2 的固定和C3 的还原两个过程。
【详解】（1）叶绿体利用类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜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。
（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，cATP 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。
5．（2024·江苏南通·二模）科研人员为探究Mg2+对水稻光合作用的影响，开展了一系列实验。请回答：
(1)Mg2+参与光合作用过程中 （物质）的合成，该物质直接参与的反应阶段可为暗反应 中（物质变
化）提供能量物质 。
(2)为研究Mg2＋对光合作用的影响，科研人员分别模拟环境中Mg2+正常供给( + Mg2+)、缺乏(-Mg2+)条件，
测定水稻光合作用相关指标，如图1、2 所示。
①图1 结果表明，叶肉细胞叶绿体中的Mg2＋浓度和固定CO2能力都存在“ ”的节律性波动，且Mg2＋
可以显著 白天固定CO2的过程。
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②进一步测定上述过程中酶R（催化C5与CO2的反应）的变化如图2，结果表明Mg2＋很可能通过 ，从
而促进CO2的固定。
(3)为探究叶绿体中Mg2＋节律性波动的原因，科研人员又对多种突变体水稻进行实验。
①已有研究证明，叶绿体膜上的MT3 蛋白可以运输Mg2＋。通过检测野生型、突变体MT3（MT3 基因缺
失）的叶绿体中Mg2＋含量变化，如图3，结果表明，MT3 蛋白主要负责节律性运输Mg2＋至叶绿体内，但
并不是唯一的Mg2＋转运蛋白，其依据是 。
②在另一株突变体OS（OS 基因缺失）中，白天叶绿体中Mg2＋含量显著升高。据此，对MT3 蛋白、OS 蛋
白的作用关系，科研人员提出如下假设：
假设1：OS 蛋白抑制MT3 蛋白，并调节其节律性运输Mg2＋至叶绿体内。
假设2：MT3 蛋白节律性运输Mg2＋至叶绿体内，而OS 蛋白运出Mg2＋。
通过检测野生型和多个突变体的Mg2＋含量，如下表。
序
号
水稻植株
叶绿体中Mg2＋相对含量
1
野生型
2.5
2
突变体MT3
1.5
3
突变体OS
3.5
4
双突变体OM
①
（【注】：双突变体OM 指OS 基因和MT3 基因均缺失，且实验中不考虑Mg2＋的损耗）
若表中①为 （填字母），则说明假设一是正确的。
A．1.5 B．2.5 C．3 D．3.5
(4)已有研究表明，光合作用产生的蔗糖会影响OS 蛋白的相对含量，且对光合作用进行负反馈调节。结合
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本实验研究，完善下列白天水稻叶绿体中Mg2＋调节光合作用及其节律性变化的模型［方框中填写物质名
称，（ ）中选填“＋”表示促进、“-”表示抑制］。
【答案】(1) 叶绿素 C3 还原 ATP 和NADPH
(2) 光照下（升）高、黑暗下（降）低 增强 提高酶R 的活性
(3) 与野生型相比，突变体（MT3）叶绿体中Mg2＋相对含量明显低于野生型，且维持在一定值
A
(4)
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧
气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP 和
NADPH 的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH 和ATP 使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基
本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH 和ATP 的提供，故称为暗反应阶段。
【详解】（1）叶绿素含C、H、O、N、Mg，故Mg2+参与光合作用过程中叶绿素的合成，叶绿素产于光
反应为暗反应C3 的还原提供ATP 和NADPH。
（2）①结合题1 可知，叶肉细胞叶绿体中的Mg2＋浓度和固定CO2 能力都存在“光照下高、黑暗下低”
的节律性波动，有Mg2+组的叶绿体中的Mg2+相对含量、最大CO2 固定速率、酶的相对活性都比无
Mg2+组高，因此Mg2+显著增强白天固定CO2 的过程。
②由图②结果可知，Mg2+正常供给组酶R 的相对活性较高，说明Mg2+通过提高酶R 的活性，从而促进
CO2 的固定。
（3）①对比野生型，突变体的叶绿体中Mg2+相对含量明显低于野生型，且全天浓度均维持在一定数值，
因此MT3 蛋白主要负责节律性运输Mg2+至叶绿体内，但并不是唯一的Mg2+转运蛋白。
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②突变体MT3 叶绿体中Mg2+相对含量为1.5，突变体OS 叶绿体中Mg2+相对含量为3.5，若假设1 正确，
即OS 蛋白抑制MT3 蛋白，并调节其节律性运输Mg2+至叶绿体内，则双突变体OM（OS 基因和MT3 基因
均缺失）中叶绿素中Mg2+相对含量在1~（3.5-1.5）之间，即处于1~2 之间。
（4）MT3 蛋白主要负责节律性运输Mg2+至叶绿体内，而Mg2+可以提高酶R 的活性，酶R 能催化C5 与
CO2 的反应，进一步生成C3、三碳糖、蔗糖等，已知蔗糖会影响OS 蛋白的相对含量，且对光合作用进行
负反馈调节，因此蔗糖促进OS 蛋白的合成，OS 蛋白抑制MT3 蛋白的作用。如下图所示：
6．（2024·江苏盐城·模拟预测）部分厌氧菌缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧光合作用，避免氧气产
生的氧自由基对自身的伤害。下图1 和图2 是两种厌氧菌的光反应过程示意图，据图回答下列问题：
(1)图中的光合片层功能上相当于高等植物的 膜，菌绿素与 共同组成复合体，吸收、传递与转
化光能，高等植物中与菌绿素功能类似的物质是 。
(2)图1 中，ATP 合酶以 方式运输H+，并利用H+浓度差为能量合成ATP，H+浓度差形成的原因包括
提供能量进行H+的跨膜运输，也包括 。
(3)研究发现，绿硫细菌缺乏处理氧自由基的酶。从图1 光反应过程看，与高等植物的光反应过程是主要的
区别是 ，这种区别对绿硫细菌的意义是 。
(4)分析图1 和图2，绿硫细菌相比紫色非硫细菌在光反应上的优势是 。
(5)绿硫细菌暗反应过程也不同于高等植物，为特殊的逆向TCA 循环，如图3 所示（图中省略了ADP、Pi
等部分物质）。据图分析下列说法正确的有 。
①绿硫细菌的光反应通过提供ATP 和NADPH，为逆向TCA 循环提供能量；
②逆向TCA 循环除了可以合成糖类外，还可以为绿硫细菌各种合成代谢提供原料；
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③若向绿硫细菌培养基中添加
14C 标记的α-酮戊二酸，最先出现放射性的物质是琥珀酸（除α-酮戊二酸自
身外）；
④在不干扰循环正常进行的情况下，绿硫细菌合成一分子己糖，至少需要消耗6 分子CO2.
【答案】(1) 类囊体 蛋白质（或酶） 叶绿素和类胡萝卜素
(2) 协助扩散 高能电子（e-） 内腔中H2S 分解产生H+，细胞质基质中NADPH 合成消耗H+
(3) 绿硫细菌分解H2S，而不是分解H2O 通过分解H2S 获得电子而进行厌氧光合作用
(4)能够在合成ATP 的同时合成NADPH
(5)①②④
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解和ATP 的生成，暗反应包括二
氧化碳的固定和三碳化合物的还原等。
【详解】（1）图中的光合片层能够吸收光能进行水的光解，在功能上相当于高等植物的类囊体膜，菌绿
素与蛋白质共同组成复合体，吸收、传递与转化光能，高等植物中与菌绿素功能类似的物质是光合色素，
包括叶绿素和类胡萝卜素。
（2）据图可知，图1 中，ATP 合酶运输H+能够生成ATP，是利用H+浓度差为能量合成ATP，说明是顺浓
度梯度的，且需要蛋白质的协助，故方式是协助扩散，H+浓度差形成的原因包括高能电子（e-）提供能量
进行H+的跨膜运输，也包括内腔中H2S 分解产生H+，细胞质基质中NADPH 合成消耗H+。
（3）正常情况下，水在光下分解会产生氧气，分析题意，在光合作用中，H2S 代替了H2O，产生S 而非
O2，故与高等植物的光反应过程是主要的区别是绿硫细菌分解H2S，而不是分解H2O，这种区别对绿硫细
菌的意义是通过分解H2S 获得电子而进行厌氧光合作用。
（4）NADPH 也可储存部分不活跃的化学能，结合题意分析可知，绿硫细菌相比紫色非硫细菌在光反应上
的优势是能够在合成ATP 的同时合成NADPH。
（5）①ATP 和NADPH 中都含有不稳定的化学能，绿硫细菌的光反应通过提供ATP 和NADPH，为逆向
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TCA 循环提供能量，①正确；
②逆向TCA 循环除了可以合成糖类外，还可以为绿硫细菌各种合成代谢提供原料，从而保证该过程持续进
行，②正确；
③结合图3 可知，若向绿硫细菌培养基中添加14C 标记的α-酮戊二酸，最先出现放射性的物质是柠檬酸，
③错误；
④据图可知，绿硫细菌合成一分子己糖，需要2 分子的丙糖（C3），而1 分子CO2 与1 分子琥珀酸（C4）
消耗1 分子的ATP 生成1 分子的α-酮戊二酸（C5），1 分子的α-酮戊二酸（C5）与1 分子CO2、2[H]生成
1 分子的柠檬酸（C6），柠檬酸消耗1 分子的ATP 生成乙酰辅酶A（C2）和草酰乙酸（C4），乙酰辅酶A
（C2）与1 分子CO2 并消耗2 分子的ATP 生成PEP（C3），PEP（C3）消耗1 分子的ATP 产生丙糖
（C3），可见产生一分子丙糖至少需要消耗3 分子CO2 和5 分子的ATP，产生2 分子的丙糖至少需要消耗
6 分子CO2 和10 分子的ATP，即产生一分子己糖，至少需要消耗10 分子ATP 和6 分子CO2，④正确。
故选①②④。
7．（2024·山东·二模）某研究所为研究水稻叶肉细胞中miR5810（一种小分子RNA）和MRLP6 蛋白之间
的关系，分别探究了两者对水稻光合色素含量和净光合速率的影响，结果如图一所示。同时，研究人员利
用双荧光素酶技术探究了转录因子NFYB7 与miR5810 基因表达的关系。该项研究揭示了一种调节光合作
用的分子机制，为水稻高光合育种提供了新思路。
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(1)水稻中的光合色素分布在 ，可用 提取。矿质元素是指除C、H、O 以外，植物根系从土壤中吸收
的元素，合成叶绿素分子所需要的矿质元素是 。
(2)miR5810 会 （填“促进”或“抑制”）MRLP6 蛋白合成， （填“升高”或“降低”）光合色素
的含量，进而调节光合作用速率。
(3)双荧光素酶技术可通过测定荧光强度的比值（LUC/REN），实现对目标基因表达水平的定量分析。LUC
和REN 是两种催化不同底物的荧光素酶，通过分别添加不同的荧光素测其荧光强度，计算荧光强度之比。
相比较NFYB7 基因表达载体（如图二）与双荧光素酶基因表达载体（如图三）共转化细胞，只转化双荧
光素酶基因表达载体的细胞中，荧光强度LUC/REN 比值降低，原因是 。
(4)综上所述，NFYB7—miR5810—MRLP6 调节水稻光合作用速率的可能分子机制是 。
【答案】(1) 叶绿体类囊体薄膜上 无水乙醇 N、Mg
(2) 抑制 降低
(3)转录因子NFYB7 与miR5810 基因启动子结合，增强了LUC 基因的表达，而REN 基因表达量相同。
(4)NFYB7 与miR5810 基因的启动子结合增强其表达，miR5810 含量升高抑制了MRLP6 蛋白质的合成，导
致光合色素含量降低，从而抑制了光合作用。
【分析】光合色素主要分布在叶绿体的类囊体膜上，包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。由于光
合色素是脂溶性的，故用有机溶剂无水乙醇进行提取。光合色素的作用是吸收、传递和转化光能。
【详解】（1）水稻中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上，由于光合色素是脂溶性物质，所以可用无
水乙醇提取。叶绿素含有C、H、O、N、Mg，因此矿质元素是指除C、H、O 以外，植物根系从土壤中吸
收的元素，合成叶绿素分子所需要的矿质元素是N、Mg。
（2）据图1 分析，miR5810 过表达总光合色素含量低、净光合速率低；MRLP6 低表达总光合色素含量低、
净光合速率也低，两者的影响一致，说明miR5810 过表达抑制MRLP6 蛋白合成，从而降低光合色素的含
量，进而调节光合作用速率。
（3）据图分析，由于转录因子NFYB7 与miR5810 基因启动子结合，增强了LUC 基因的表达，即LUC 荧
光强度增加，而REN 基因表达量相同，即REN 荧光强度不变，所以荧光强度LUC/REN 比值降低。
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（4）NFYB7—miR5810—MRLP6 调节水稻光合作用速率的可能分子机制是NFYB7 与miR5810 基因的启
动子结合增强其表达，miR5810 含量升高抑制了MRLP6 蛋白质的合成，导致光合色素含量降低，从而抑
制了光合作用。
8．（2024·安徽安庆·模拟预测）长江流域的油菜生产易受渍害。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，
导致作物根系长期缺氧，对植株造成胁迫及伤害。回答下列问题：
(1)丙酮酸代谢产酒精过程需要乙醇脱氢酶催化，乙醇脱氢酶分布在 （细胞中具体位置），水
淹条件下乙醇脱氢酶活性 （填“越高”或“越低”）越耐受渍害。
(2)以不同渍害能力的油菜品种为材料，经不同时长的渍害处理，测定相关生理指标并进行相关性分析，结
果如下表。
光合速率
蒸腾速率
气孔导度
胞间CO2浓度
叶绿素含量
光合速率
1
蒸腾速率
0.95
1
气孔导度
0.99
0.94
1
胞间CO2浓度
-0.99
-0.98
-0.99
1
叶绿素含量
0.86
0.90
0.90
-0.93
1
注：表中数值为相关系数（r），代表两个指标之间相关的密切程度。
接近于1 时，相关越密切；
越接
近0 时，相关越不密切；-表示负相关。
据表分析，与光合速率相关最低的生理指标是 ，已知渍害条件胞间CO2浓度上升，则叶绿素
含量呈 趋势。综合分析表内各生理指标的相关性，光合速率下降主要由 （填“气孔
限制因素”或“非气孔限制因素”）导致，理由是 。
(3)植物通过形成系列适应机制响应渍害。受渍害时，植物体内 （激素）减少，叶绿素合成减少。
【答案】(1) 细胞质基质 越高
(2) 叶绿素含量 下降 非气孔限制因素 胞间CO2 浓度与光合速率呈负相关
(3)细胞分裂素
【分析】有氧呼吸分为三个阶段，第一阶段在细胞质进行，第二阶段在线粒体基质进行，第三阶段在线粒
体内膜进行，且第三阶段释放的能量最多。无氧呼吸分为两个阶段，均在细胞质基质进行。
【详解】（1）乙醇发酵（无氧呼吸）的场所是细胞质基质。由于丙酮酸代谢产酒精过程需要乙醇脱氢酶
催化，故乙醇脱氢酶分布在细胞质基质。渍害是因洪、涝积水或地下水位过度升高，导致作物根系长期缺
氧，对植株造成胁迫及伤害。渍害条件下乙醇脱氢酶活性越高的品种能通过无氧呼吸产生更多的能量维持
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生命活动的进行，更加耐渍害，因此水淹条件下乙醇脱氢酶活性越高越耐受渍害。
（2）已知表中数值为相关系数（r），代表两个指标之间相关的密切程度。|r|接近于1 时，相关越密切；|r|
越接近0 时，相关越不密切；-表示负相关。由表可知，叶绿素含量与光合速率的相关系数为0.86，|r|最小，
因此与光合速率相关最低的生理指标是叶绿素含量。叶绿素含量与胞间CO2 浓度的相关系数为负值，说明
二者呈负相关。故渍害条件胞间CO2 浓度上升，则叶绿素含量呈下降趋势。由于胞间CO2 浓度与光合速
率和气孔导度呈负相关，即虽然气孔导度下降，但胞间CO2 上升，说明光合速率下降主要由非气孔限制因
素导致的。
（3）细胞分裂素可促进叶绿素合成，抑制叶绿素分解，因此受渍害时，植物体内细胞分裂素减少，叶绿
素合成减少。
9．（2024·江苏·模拟预测）下图1 表示绿色植物光合作用光反应过程中质子（
）和电子（
）的传递
情况，实线代表
传递，虚线代表
传递，PQ 既可传递
，又可传递
。请回答下列问题。
(1)绿色植物的光系统Ⅱ和光系统Ⅰ位于叶肉细胞的 上。图中
经光系统Ⅱ→PQ→细胞色素
b6f→PC→光系统Ⅰ等最终传递给 ；ATP 合成酶的作用是 。
(2)当植物处于
缺乏状态时将启动循环电子转运，该状态下叶绿体中 （填“能”或“不
能”）合成ATP。
(3)为研究亚高温高光（HH）对番茄光合作用的影响，研究者将番茄植株在不同培养环境下培养5 天后测
定相关指标如下表。
组别
温度
（℃）
光照强度（
）
净光合速率（
）
气孔导度（
）
胞间
浓
度
（ppm）
Rubisco 活
性（
）
（CK）
25
500
12.1
114.2
308
189
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（HH）
35
1000
1.8
31.2
448
61
①从表中数据可知，（HH）条件下净光合速率的下降并不是气孔因素引起的，理由是 。
②（HH）条件下Rubisco 酶活性的下降导致 ，进而抑制光反应。
(4)植物通常会有一定的应对机制来适应逆境。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。已有研究表明，在亚高温高光下，过剩的光能可使D1 蛋白失活。研究者对D1 蛋白与植物
应对亚高温高光逆境的关系进行了研究，请完成下表。
实验步骤的
目的
简要操作过程
实验材料的
准备
选取① 的番茄植株18 株，均分为甲、乙、丙三组
②
甲组的处理如（3）中的CK 组
实验组处理
乙组的处理为③ ；丙组用适量的SM（SM 可抑制D1 蛋白的合成）处理番茄植株并在
亚高温高光（HH）下培养
结果测定和
处理
定期测定各组植株的净光合速率（Pn），绘制曲线如图
实验结果分
析
分析推测番茄植株缓解亚高温高光对光合作用抑制的机制：④ 。
【答案】(1) 类囊体膜
催化和运输
(2)能
(3) 气孔开度降低，但胞间
浓度却升高 暗反应速率下降，光反应产物NADPH 和ATP 在细胞
中积累
(4) 生长状况（或生理状态）相似 对照组的处理 在亚高温高光（HH）下培养 番茄可
能通过合成新的D1 蛋白以缓解亚高温高光对光合作用的抑制
【分析】1、光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的场所为类囊体薄膜，包括水的光解
生成H+和氧气，以及ATP、NADPH 的合成；暗反应的场所为叶绿体基质，包括二氧化碳的固定和三碳化
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合物的还原两个过程。
2、据图分析可知：①PSⅠ和PSⅡ在光反应中发挥作用，位于叶绿体的类嚢体薄膜上。②PSⅡ吸收光能后，
一方面将H2O 分解为O2 和H+，同时将产生的电子传递给PS Ⅰ用于将NADP+和H+结合形成NADPH。③
另一方面，在ATP 合成酶的作用下，H+顺浓度梯度转运，为ADP 和Pi 合成ATP 提供能量。④光反应过程
实现了能量由光能转换为活跃化学能的过程。
【详解】（1）由图可知，光系统Ⅱ参与光能的转化与水的光解，光系统Ⅰ参与电子的传递与NADPH 的合
成，这些都属于光合作用光反应过程，位于叶肉细胞叶绿体类囊体薄膜；由图可知，电子经光系统Ⅱ产生，
最终传递至光系统Ⅰ，与NADP+结合形成了NADPH；由图可知，ATP 合成酶具有催化ATP 合成的作用，
同时也能顺浓度转运H+。
（2）由图可知，ATP 合成酶催化ATP 合成的能量来源于顺浓度转喻H+产生的势能，当植物处于缺乏
NADH+状态时，NADPH 合成受影响，将启动循环电子转运，H+通过与PQ 结合生成PQH2 途径进入类囊
体腔，然后通过ATP 合成酶顺浓度转运到叶绿体基质，同时催化ATP 的合成。
（3）①根据表格数据可知，HH 组的胞间CO2 的浓度高于CK 组，而Rubisco 活性低于CK 组，所以HH
条件下番茄净光合速率的下降并不是由于气孔关闭导致光合作用缺乏原料CO2 造成的，而是由于Rubisco
活性下降影响了二氧化碳的固定速率，进而引起光能的转化效率降低。
②由于HH 组的Rubisco 活性降低，二氧化碳固定形成C3 的速率降低，C3 还原消耗的NADPH（[H]）和
ATP 减少，所以此条件下的光反应产物NADPH（[H]）和ATP 在叶绿体中积累，导致光反应程度下降。
（4）①为了减少实验误差，实验的无关变量应该保持一致，所以实验材料应该选取生长状况（或生理状
态）相似的番茄植株18 株，均分为甲、乙、丙三组。
②甲组处理如（3）中的CK 组，各条件均适宜，属于对照组。
③本实验是为了探究D1 蛋白植物对亚高温高光（HH）逆境的关系，所以实验的自变量为是否提供亚高温
高光（HH）条件，则实验组乙组是在亚高温高光（HH）下培养，丙组用适量的SM（SM 可抑制D1 蛋白
的合成）处理番茄植株并在亚高温高光（HH）下培养。
④根据实验结果可知，对照组甲组Pn 变化不大，乙组Pn 下降，丙组抑制了D1 蛋白的合成，Pn 显著下降，
说明番茄通过合成新的D1 蛋白以缓解亚高温高光对光合作用的抑制。
10．（2024·北京房山·一模）有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，细胞内活性氧积累会加快
细胞凋亡引发萎黄病。为研究植物对强光的适应性，科研人员以拟南芥为材料进行研究。
(1)光合作用的光反应发生在 上，膜上蛋白与 形成的复合体可吸收、传递、转化光能。强光下，
该反应中的电子积累导致活性氧增加。
(2)用不同浓度的MV（一种可产生活性氧的物质）对野生型和C37缺失突变体叶片进行处理，检测叶绿素
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含量，结果如图1。
MV 模拟 环境，实验结果显示，C37突变体的叶绿素含量 野生型。
(3)研究表明光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，如图2。
①在光照条件下，光系统Ⅱ（PSⅡ）吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a 失去电子转化为强氧
化剂从 中夺取电子引起O2释放。
②光系统Ⅰ（PSⅠ）吸收光能产生的高势能电子部分用于合成 ；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电
子经过Cb6/f 复合体传递进入PSⅠ，该过程释放的能量用于 的合成，同时维持电子传递相对平衡。
③C37蛋白能够在强光下影响Cb6/f 复合体的活性，作用机理如图2 所示。
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注：
线性电子传递
环式电子传递 箭头粗细代表电子传递强弱
电子
从稳态与平衡的角度解释C37突变体在强光下易引发萎黄病的原因 。
(4)综合上述研究，从进化与适应的角度分析C37基因碱基序列相对保守的意义 。
【答案】(1) 类囊体薄膜 光合色素
(2) 强光 低于
(3) H2O NADPH ATP 强光下，PSⅠ和PSII 产生的电子增多，C37 蛋白缺失导致Cb6/f
复合体活性降低，减少了从Cb6/f 复合体到PSⅠ的电子传递，导致电子积累在Cb6/f 复合体的上游，活性氧
增加，促进叶绿素分解，从而引发细胞凋亡导致萎黄病
(4)C37 基因突变会引起细胞凋亡，碱基序列相对保守是经过长期环境选择的结果，是植物对不良环境的一
种适应。
【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
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）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，膜上
蛋白与光合色素形成的复合体，能够吸收、传递、转化光能。
（2）强光下，光反应中的电子积累导致活性氧增加，MV 是一种可产生活性氧的物质，因此MV 模拟强光
环境。由图可知，左边为野生型，右边为C37 缺失突变体，在不同浓度的MV 下，C37 突变体的叶绿素含
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量均低于野生型。
（3）①PSⅡ中部分叶绿素a 失去电子转化为强氧化剂从水中夺取电子，即水分解为氧和H+、电子，引起
O2 释放。
②光系统Ⅰ（PSⅠ）吸收光能产生的高势能电子与H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ
（NADPH）。PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f 复合体传递进入PSⅠ，该过程释放的能量
用于ATP 的合成。
③由图2 可知，在强光下，PSⅠ和PSII 产生的电子增多，C37 蛋白缺失导致Cb6/f 复合体活性降低，减少了
从Cb6/f 复合体到PSⅠ的电子传递，导致电子积累在Cb6/f 复合体的上游，活性氧增加，促进叶绿素分解，
从而引发细胞凋亡导致萎黄病，因此C37 突变体在强光下易引发萎黄病。
（4）C37 基因突变会引起细胞凋亡，碱基序列相对保守是经过长期环境选择的结果，是植物对不良环境的
一种适应，因此C37 基因碱基序列相对保守。
11．（2024·浙江宁波·二模）近年来我国探索并推广玉米－大豆带状复合种植技术，通过大豆、玉米高矮
作物空间错位搭配（如图所示），最大限度发挥土地潜力，助农增产增收。
项目
品系甲
品系乙
正常光
弱光
正常
光
弱光
净光合速率（μmolCO2/m2•s）
11.39
10.18
11.64
6.25
叶绿素含量(mg/g)
1.78
2.01
1.41
2.32
气孔导度(molH2O/ m2•s)
0.05
0.11
0.12
0.04
胞间CO2浓度(μmolCO2/m2•s）
111.8
216.2
274.2
207.2
回答下列问题：
(1)玉米－大豆带状复合种植技术能增产增收的原因：①大豆根系中的根瘤菌具有良好固氮能力，氮素可用
于合成 （写出2 种）等物质，参与光合作用过程。②充分利用边行优势（大田种植时，边行作物的生
长发育比中间行作物表现好），这种优势出现的原因是 。
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(2)玉米－大豆带状复合种植时若间距过小，大豆容易因玉米遮阴出现茎秆过度伸长的现象，这虽有利于长
高，吸收更多光能，但由于需要消耗更多光合产物用于长高，使得光合产物向种子转移量 （填“减
少”、“增多”、“不变”），导致大豆收成有所降低。表格为甲、乙两个品系的大豆植株分别置于正常
光和弱光下处理后相关光合作用参数。
①叶肉细胞中的叶绿素分布在 ，作用是 ，主要吸收可见光中的 。分析表格数据，在弱光下品
系甲、乙的大豆植株叶绿素含量均升高，其生理意义是 。
②依据上表数据可知，品系 的大豆植株耐阴能力更强，判断依据是 。
(3)综上分析，玉米－大豆带状复合种植技术产生的生态效益有 。
【答案】(1) 蛋白质、酶 边行的光照和土壤养分条件优越
(2) 减少 叶绿体类囊体薄膜 吸收、传递、转化光能 红光和蓝紫光 有利于提高对
光能的吸收以适应弱光环境 甲 弱光下甲品系植株的气孔导度增大，胞间CO2 浓度升高，吸收的
CO2 量增多，净光合速度下降幅度较小
(3)有利于增加土壤的N、P 等植物生长所需的无机盐含量，维持土壤的成分稳定；可以充分利用光照等环
境资源。
【分析】1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适
温度，光合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱；
2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二
氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强；
3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增
加到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】（1）氮素可用于合成蛋白质、酶、核酸等物质；边行优势出现的原因是边行的光照和土壤养分
条件优越，边行作物的生长发育比中间行作物表现好；
（2）由于需要消耗更多光合产物用于长高，使得光合产物向种子转移量减少，导致大豆收成有所降低；
叶绿素分布在叶绿体类囊体薄膜上，具有吸收、传递、转化光能的作用，主要吸收可见光中的红光和蓝紫
光；由表格数据可知在弱光下品系甲、乙的大豆植株叶绿素含量均升高，有利于提高对光能的吸收以适应
弱光环境；且可判断出甲品系的大豆植株耐阴能力更强，因为弱光下甲品系植株的气孔导度增大，胞间
CO2 浓度升高，吸收的CO2 量增多，净光合速度下降幅度较小；
（3）玉米-大豆带状复合种植有利于增加土壤的N、P 等植物生长所需的无机盐含量，维持土壤的成分稳
定。相比于单行玉米单行豆的种植模式，复合种植方式种植不同生物高低有别，运用了群落的空间结构原
理，可以充分利用光照等环境资源。
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12．（2024·上海虹口·二模）探究植物应对盐胁迫的机制
盐胁迫是我国农业生产面临的重大问题之一。盐分滞留在土壤表层及种植层，会对农作物造成盐胁迫，从
而影响其产量。在盐胁迫环境下，番茄叶肉细胞的部分调节机制如图1 所示。其中，①~⑩表示过程；I~IX
表示物质分子。
(1)据图1 推断，在盐胁迫环境下，番茄叶肉细胞排钠所需的能量来源有______。（多选）
A．IX 氧化分解供能
B．光合作用产生的IV
C．ATP 磷酸基团转移
D．光合作用产生的VI
(2)盐胁迫会破坏生物膜的结构，据此推测，图1 中直接受盐胁迫影响的过程有 。（用图3 中的数字
编号填空）
(3)盐胁迫处理1 周后，研究人员检测番茄叶肉细胞的相关指标，结果如表所示。据表及图1 推测，盐胁迫
使番茄产量降低的原因可能是______。（多选）
Mg2+
(mg·g-1)
胞间CO2浓度
（μmol·mol-1）
气孔导度
（mol·m-2·s-1）
PGK
（U·g-1）
cyt
(nmol·g-1·h-1)
净光合速率
（μmol·m-2·s-1）
CK
4.7 a
356.0 a
0.43 a
70.1 a
166.3 a
8.3 a
S
2.8 b
335.4 a
0.12 b
36.2 b
53.7 b
3.5 b
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注：CK 与S 分别表示对照组和盐胁迫组；小写字母不同表示盐胁迫组与对照组相比差异显著；小写字母
相同表示盐胁迫组与对照组相比差异不显著；PGK 为图3 过程⑩的关键酶；cyt 为线粒体内膜上的电子传
递蛋白。
A．气孔导度下降会使过程⑨生成的化合物减少
B．PGK 含量降低使过程⑩糖类的合成速率下降
C．cyt 含量降低从而导致过程⑨、⑩的速率降低
D．Mg2+浓度降低从而导致过程⑦、⑧的产物减少
(4)据图1 推测，番茄叶肉细胞应对盐胁迫的“策略”可能是______。（多选）
A．SOS1 磷酸化激活
B．SOS2 和SOS3 分离
C．NHX 蛋白活性增强
D．HKT 基因表达量增加
研究人员探究了盐胁迫下，乙烯和茉莉酸对番茄胚根生长的影响，实验结果如图2 所示。
(5)据图2 分析，概述实验结果是 。
(6)研究人员进一步针对盐胁迫影响番茄胚根生长的机制提出以下2 种假设：
假设1：盐胁迫分别调控乙烯和茉莉酸的合成影响胚根生长
假设2：盐胁迫通过乙烯调控茉莉酸的合成影响胚根生长
针对上述假设，请设计实验方案并预测结果。
【答案】(1)AC
(2)①、③、④、⑤、⑧
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(3)ABCD
(4)ACD
(5)盐胁迫会促进茉莉酸和乙烯合成，进而抑制番茄胚根生长
(6)方案：取生理状况相同的番茄幼苗若干，均分为甲乙丙三组，甲组正常条件下培养，乙组给予适宜浓度
的NaCII 处理，丙组给予适宜浓度的NaCI 和乙烯合成抑制剂处理，培养一段时间，检测各组的乙烯和茉
莉素含量。
预测结果：若乙烯含量乙组>甲组>丙组，茉莉素含量乙组=丙组>甲组，说明假设1 正确；若乙烯含量乙组
>甲组>丙组，茉莉素含量乙组>甲组>丙组，说明假设2 正确。
【分析】植物激素是指在植物体内一定部位产生，并从产生部位运输到作用部位，对植物的生长发育有显
著影响的微量有机物 。
【详解】（1）根据图1，在盐胁迫下，番茄叶肉细胞排钠所需的能量为ATP,可以是图1 中ATP 磷酸基团转
移提供能量，也可以是光合作用合成的糖类，即IX 氧化分解功能。
故选AC。
（2）胁迫会破坏生物膜的结构，因此跨膜运输或与膜相关的生理过程都会受到影响，即过程①、③、④、
⑤、⑧都会受到影响。
（3）A、根据表格数据，盐胁迫组的气孔导度与对照组相比显著下降，气孔导度下降，会使得进入细胞的
CO2 减少，因此过程⑨生成的化合物减少，A 正确；
B、根据表格数据，盐胁迫组的PGK（C3 还原的关键酶）与对照组相比显著下降，会影响暗反应，使过程
⑩糖类的合成速率下降，B 正确；
C、根据表格数据，盐胁迫组的cyt（线粒体内膜上的电子传递蛋白）与呼吸作用相关，呼吸作用下降，使
得物质IX 积累，进而使过程⑩糖类的合成速率下降，C 正确；
D、根据表格数据，盐胁迫组的Mg2+与对照组显著下降，而Mg2+与叶绿素合成有关，其含量下降，会影
响光反应即过程⑦、⑧的产物减少，D 正确。
故选ABCD。
（4）根据图1 ，盐胁迫下，番茄细胞的策略为使钠离子运出细胞或运进液泡，降低细胞质基质中钠离子
浓度，主要通过SOS1 磷酸化激活，为Na+排出提供能量，或者HKT 载体蛋白排出Na+，即HKT 基因表
达量增加有利于排出盐离子，或者通过NHX 将Na+运进液泡。
故选ACD。
（5）据图2 分析，概述实验结果是盐胁迫调节下，NaCl+茉莉酸合成抑制组的胚根长度大于NaCl 组，
NaCl+乙烯合成组的胚根长度大于NaCl 组，因此盐胁迫会促进茉莉酸和乙烯合成，进而抑制番茄胚根生长。
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（6）方案：取生理状况相同的番茄幼苗若干，均分为甲乙丙三组，甲组正常条件下培养，乙组给予适宜
浓度的NaCI 处理，丙组给予适宜浓度的NaCI 和乙烯合成抑制剂处理，培养一段时间，检测各组的乙烯和
茉莉素含量。预测结果：若乙烯含量乙组>甲组>丙组，茉莉素含量乙组=丙组>甲组，说明假设1 正确；若
乙烯含量乙组>甲组>丙组，茉莉素含量乙组>甲组>丙组，说明假设2 正确；
13．（2024·江苏南通·二模）莱因衣藻可进行光合作用将太阳能转化为氢能，其光合电子传递和产氢过程
如下图1 所示，PSI、PSII、Cytb6f 表示结构。请回答下列问题：
(1)菜因衣藻光合作用产生氢气的场所是 。在光合作用的光反应阶段，类囊体薄膜上的 吸收光能，
并将光能转化为 中活跃的化学能参与到暗反应阶段。
(2)氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活。在光合作用过程中衣藻通常产氢量较低，原
因是 。
(3)在早晚弱光环境及夜晚条件下，无氧呼吸方式对于莱因衣藻的生存很重要，无氧呼吸过程中丙酮酸能够
进一步代谢产生甲酸、乙酸等各种弱酸（HA），导致了类囊体腔的酸化。研究人员根据多项研究提出了
“离子陷阱”模型（如图2）。
①在光照较弱的时候，莱茵衣藻进行无氧呼吸产生HA 的场所是 ，HA 可进入类囊体腔，并解离出氢
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离子，由于 ，导致腔内氢离子不断积累，出现酸化。
②下列可作为证据支持无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化的有 。
A．类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关
B．外源添加甲酸、乙酸等弱酸后衣藻均出现类囊体腔酸化的现象
C．无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在强光条件下未发现类囊体腔酸化
(4)研究人员用TAP 培养液和TAP-S 培养液（缺硫）并优化培养条件，研究莱因衣藻的光合产氢量，结果
如图3 所示。光照72h，产氢量更多的是 培养液培养的莱因衣藻。推测硫可能 （填“促进”或
“抑制”）了PSII 或Cytb6f 的功能，使类囊体腔中的H+浓度 。
【答案】(1) 叶绿体基质 光合色素（或PSⅠ、PSⅡ） ATP 和NADPH
(2)光合作用的光反应阶段会产生氧气，氧气浓度升高使氢酶失活而不能生成氢气
(3) 细胞质基质 氢离子无法直接穿过类囊体膜 AB
(4) TAP-S 抑制 降低
【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）由题图可知，类囊体腔内建立了高浓度的H+，H+除了来源于水的光解，还来源于Cytb6f
的传递，图上方表示叶绿体基质，因此衣藻光合作用产生氢气的场所是叶绿体基质；光反应阶段，类囊体
薄膜上的光合色素（或PSⅠ、PSⅡ）吸收光能，并将光能转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能参与到暗反
应阶段。
（2）分析题意，氢酶对氧气极其敏感，当氧分压达到2%时即可迅速失活，光合作用的光反应阶段会产生
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氧气，氧气浓度升高使氢酶失活而不能生成氢气，故在光合作用过程中衣藻通常产氢量较低。
（3）①下标无氧呼吸的场所是细胞质基质；由图可知，弱酸分子可进入类囊体腔，并解离出氢离子，由
于氢离子无法直接穿过类囊体膜，且类囊体腔内的缓冲能力有限，导致腔内氢离子不断积累，出现酸化。
②A、类囊体腔内的酸化程度与无氧呼吸产生弱酸的总积累量呈正相关，即无氧呼吸产生弱酸的总积累量
多，进而类囊体腔内的酸化程度高，可说明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，A 正确；
B、甲酸、乙酸都是弱酸，外源添加弱酸后衣藻均出现类囊体腔酸化的现象，可说明无氧呼吸产生弱酸导
致类囊体腔酸化，B 正确；
C、无氧呼吸过程中不产生弱酸的突变体在黑暗条件下未发现类囊体腔酸化，可能与突变等现象有关，不
能直接证明无氧呼吸产生弱酸导致类囊体腔酸化，C 错误。
故选AB。
（4）据图可知，实验的自变量是关照时间和培养液类型，因变量是光合产氢量，据图可知，光照72h，产
氢量更多的是TAP-S 培养液培养的莱因衣藻；结合（1）可知，Cytb6f 能促进H+的传递，而TAP-S 培养液
（缺硫）条件下光合产氢量更大，说明硫可能抑制了PSII 或Cytb6f 的功能，使类囊体腔中的H+浓度降低。
14．（2024·山东枣庄·二模）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）
(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，
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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 。
【答案】(1) 叶肉 炎热干旱夏季的中午，植物气孔大量关闭，使得空气中的CO2 不易进入细胞，
细胞内CO2 浓度较低，而C4 植物的PEP 羧化酶比RUBP 羧化酶对CO2 的亲合力更强，可以利用低浓度的
CO2
(2) 苹果酸分解和细胞呼吸（有氧呼吸） 细胞质基质和线粒体
(3) 可检测密闭容器内白天和晚上CO2 的浓度变化 实验思路：在密闭装置内种植蝴蝶兰，利用
CO2 传感器测定其白天和夜晚CO2 含量变化的差异
实验结论：若密闭容器内白天CO2 不变，晚上CO2 下降，则为CAM 植物，若白天CO2 下降，晚上CO2
增多，则不是CAM 植物
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧
气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP 和
NADPH 的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH 和ATP 使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基
本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH 和ATP 的提供，故称为暗反应阶段。
【详解】（1）结合图1 可知，叶肉细胞的叶绿体中有类囊体没有RuBP 羧化酶，因此可以进行光反应，不
能进行暗反应；C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性较强，对CO2 的亲和力很大，这种酶就起一个
“二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“压”进维管束鞘薄壁细胞中去，增加维管束鞘薄壁细胞的CO2。所
以，在炎热干旱环境中，叶片关闭气孔以减少水分的丧失，导致叶片中CO2 浓度大大下降，因此在这样的
环境中，C4 植物在较低CO2 浓度时光合速率高于C3 植物。
（2）结合图2 可知，CAM 植物参与卡尔文循环的CO2 直接来源于呼吸过程释放和苹果酸分解；夜晚其叶
肉细胞能产生ATP 的过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体。
（3）CAM 植物白天气孔关闭，夜间气孔开放，因此要设计实验探究蝴蝶兰是否是CAM 植物，可从密闭
容器内白天和晚上CO2 的变化可知，将蝴蝶兰培养在透明的密闭容器内，置于自然环境中，若白天CO2
不变，晚上CO2 下降，则为CAM 植物，若白天CO2 下降，晚上CO2 增多，则不是CAM 植物。
15．（2024·广东江门·一模）水稻是我国第一大粮食作物，极端高温天气可使水稻产量显著下降。科研人
员研究发现水稻的高温抗性与其基因组中的序列T 相关，品系C （抗高温非洲稻）和W （农艺性状优良
但不抗高温的亚洲稻）的相关序列分别记为TC和TW。
(1)为验证品系C 与品系W 高温抗性的差异是否与序列T 的差异相关，科研人员通过图a 方法选育出品系N
并进行实验（结果如图b 示）。选育的品系N 除序列T 来源于品系C（TC纯合）外，其他遗传背景要尽可
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能与品系W 相同。
①已知A、a 和B、b 是两对独立遗传的等位基因，两对基因均不位于序列T 所在的染色体上。若品系C 的
基因型为AABB，品系W 的基因型为aabb,选育品系N 过程中F2代a 的基因频率为 ，F3中aabb
基因型频率为 。随着回交代数的增加，回交后代的遗传背景逐渐向品系W 偏移。
②图a 中Fn经过筛选后还需 （填“自交”、“与品系C 杂交”、“与品系W 杂交”），从所得的子
代中选出符合要求的品系N。
③图b 中对照品系应选用品系
(2)进一步研究发现，序列T 中有两个调控高温抗性的基因TI 和T2，分别表达T1 蛋白和T2 蛋白。为探究
两种蛋白调控水稻高温抗性的机制，研究人员将T1 和T2 蛋白分别用红色、绿色荧光标记，观察常温和高
温环境下W 品系和C 品系叶肉细胞中的荧光分布情况和叶绿体形态变化，结果见图。
①高温条件下品系W 叶肉细胞叶绿体功能异常,据图a 推测原因是 在叶绿体内积累，对叶绿体
造成破坏。
②由图b 可知，品系C 与品系W 中的T1 蛋白在功能上存在差异，据图推测品系C 耐热性更强的分子机制
是:在高温环境下，品系C 叶肉细胞 ，从而在高温中保护了叶绿体。
(3)选育的品系N 具有品系W 优良特性的同时，已具有一定的高温抗性。为进一步增强其耐热性能，请根
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据上述对T1、T2 蛋白的研究结论，在分子水平上提出一项改进思路
【答案】(1) 75% 9/16 自交 W
(2) T2 蛋白 细胞膜上的T1 蛋白接受高温刺激后，转移到了细胞内，且T1 蛋白与T2 蛋白发生了
结合，使T2 蛋白不能在叶绿体内积累
(3)敲除作物细胞中的T2 基因
【分析】1、杂交育种是指将两个或多个不同动植物品种进行杂交，把它们的优良性状组合在一起，并通
过筛选达到品种改良的目的。
2、光合作用概括地分为光反应和暗（碳）反应两个阶段，光反应中会发生水的分解和ATP、NADPH 的合
成，发生在类囊体（薄）膜上，暗（碳）反应中会发生二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，发生在叶绿
体基质。光合作用的两个阶段之间不仅会相互促进，也会相互制约，光反应减慢，提供的ATP 和NADPH
减少，暗（碳）反应中固定CO2 的速率也会随之降低。如果CO2 供应量减少，ATP 和NADPH 消耗降低，
可提供给光反应ADP、Pi 和NADP+不足，同样制约光反应进行的速率。
【详解】（1）①若品系C 的基因型为AABB，品系W 的基因型为aabb，选育品系N 过程中，F1 基因型为
AaBb，与品系Waabb 回交，F2 代基因型分开来写的话是1/2Aa、1/2aa；1/2Bb、1/2bb；F2 代a 的基因频率
为3/4；F2 产生配子为1/4A、3/4a，1/4B、3/4b，与品系Waabb 回交，F3 中aabb 基因型频率为3/4
3/4=9/16。
②对于植物选育稳定遗传品系时最好的方法是自交，所以图a 中Fn 经过筛选后还需自交，才能够从所得的
子代中选出符合要求的品系N。
③由题干信息知选育的品系N 除序列T 来源于品系C（TC 纯合）外，其他遗传背景要尽可能与品系W 相
同，所以图b 中对照品系应选用品系W。
（2）①据图a 分析可知与常温相比高温条件下品系W 的T2 蛋白进入了液泡和叶绿体中，且在叶绿体中
T2 蛋白积累破坏了类囊体结构薄膜，而类囊体结构薄膜是植物进行光合作用光反应的场所，所以叶绿体中
T2 蛋白积累对叶绿体的功能造成了损伤。
②由图b 分析可知，与常温相比高温条件下品系C 的T1 蛋白从细胞膜上转移到了细胞质基质中并与T2 蛋
白结合，使T1 蛋白不能转移到叶绿体内，从而对叶绿体起到了保护作用。
（3）综合以上分析可知，要使作物具有较高的抗高温性能，需要减少T2 蛋白的含量，从减少T2 蛋白含
量的角度考虑，可以敲除作物细胞中的T2 基因来减少T2 蛋白的表达量。
16．（2024·河北·模拟预测）如图1 表示银杏叶肉细胞内部分代谢过程，甲~丁表示物质，①~⑤表示过程。
某科研小组研究了不同温度条件下CO2浓度对银杏净光合速率的影响，得到如图2 所示曲线，已知除自变
量外，其他条件相同且适宜。请回答下列问题：
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(1)图1 中的乙是 。①~⑤过程中，发生在生物膜上的有 。
(2)据图2 可知，与20℃相比，15℃时，增加CO2浓度对提高净光合速率的效果不显著，分析其原因可能是
。
(3)据图2 可知，当CO2浓度低于400μmol⋅mol-1时，15℃条件下的银杏净光合速率高于28℃下的，其原因
可能是 。
(4)科研小组测定了银杏叶片在28℃时，不同氧气浓度下的净光合速率（以CO2的吸收速率为指标），部分
数据如表所示。
氧气浓度
2%
20%
CO2的吸收速率（mg·cm-2·h-1）
23
9
为了探究氧气浓度对光合作用是否产生影响，在表中数据的基础上，可在 条件下测定相应氧气浓度
下银杏叶片的呼吸速率。假设在温度为28℃的情况下，氧气浓度为2%时，银杏叶片呼吸速率为
Xmg⋅cm-2⋅h-1，氧气浓度为20%时，银杏叶片呼吸速率为Ymg⋅cm-2⋅h-1，如果23+X=9+Y，说明
；如果23+X>9+Y，说明 。
【答案】(1) 丙酮酸 ①、⑤
(2)温度低，酶活性较低，限制了光合速率，且CO2 浓度变化对植物呼吸速率几乎无影响
(3)CO2 浓度较低，限制了银杏植株的光合作用，而28℃条件下银杏的呼吸作用较强，消耗的有机物较多
(4) 黑暗 氧气浓度为2%时总光合速率等于氧气浓度为20%时的 氧气浓度为2%时总光合速
率大于氧气浓度为20%时的
【分析】光合作用通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富含能量的有机物，同
时释放氧气的过程。其主要包括光反应、暗反应两个阶段，影响光合作用的环境因素有：光照强度、二氧
化碳浓度、温度等条件。生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产
物，并且释放出能量的总过程，叫做呼吸作用。呼吸作用是生物体在细胞内将有机物氧化分解并产生能量
的化学过程，是所有的动物和植物都具有的一项生命活动。影响呼吸作用的因素主要有二氧化碳浓度、温
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度、氧气等条件。
【详解】（1）由题图剖析可知，乙是丙酮酸。丙酮酸在有氧呼吸第一阶段产生，在第二阶段参与反应被
消耗。①~⑤过程中，发生在生物膜上的有①、⑤。①是光反应阶段，场所是类囊体膜，⑤是有氧呼吸第
三阶段，场所是线粒体内膜；
（2）据图2 可知，与20℃相比，温度为15℃时，增加CO2 浓度对提高净光合速率的效果不明显，原因是
温度低，相关酶活性低，限制了光合速率，光合速率的进行需要适宜的温度条件，而CO2 浓度增加对呼吸
速率几乎无影响，净光合速率是总光合速率与呼吸速率的差值，所以增加CO2 浓度对提高净光合速率的效
果并不明显；
（3）净光合速率=总光合速率－呼吸速率。据图2 可知，当CO2 浓度低于400μmol⋅mol-1 时，15℃条件下
的银杏净光合速率高于28℃下的，其原因可能是28℃条件下，银杏的呼吸作用比15℃时强，消耗的有机
物多，二氧化碳浓度是影响光合速率的主要因素之一，CO2 浓度较低时，银杏植株的光合作用受到限制，
综合考虑所以当CO2 浓度低于400μmol⋅mol-1 时，15℃条件下的银杏净光合速率高于28℃下的；
（4）总光合速率=净光合速率+呼吸速率，表格中CO2 的吸收速率可表示净光合速率，所以为了探究氧气
浓度对光合作用的影响，在表中数据的基础上，还需测定黑暗条件下银杏叶片的呼吸速率，因为黑暗条件
下只进行呼吸作用；如果23+X=9+Y，即氧气浓度为2%和20%时，根据总光合速率=净光合速率+呼吸速
率，所以此时总光合速率相等；如果23+X>9+Y，同理即氧气浓度为2%时总光合速率大于氧气浓度为20%
时的。
17．（2024·辽宁·二模）科研人员对烟草叶片的光合作用进行了研究，发现光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ
（PSⅡ）是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能够吸收、利用光能进行电子传递。下图为烟草叶肉细胞类囊
体膜上PSⅠ和PSⅡ发生的反应示意图。据图分析，回答下列问题：
(1)图中能为暗反应提供能量的物质为 。
(2)维持类囊体腔与叶绿体基质中H+浓度差的原因是 （答出3 点）。
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(3)叶肉细胞光合作用产生的O2进入相邻细胞参与细胞呼吸至少穿过 层磷脂双分子层。
(4)烟草易富集镉（Cd）等重金属，进而对其产量造成不良影响。褪黑素（MT）是一种生物活性小分子。
多项研究证实，褪黑素可以作为一种生长调节剂参与植物种子萌发、生长等多项生命活动的调控，适宜浓
度的褪黑素可以清除过量自由基，有效改善植物氧化损伤，保护植物免受如病原菌侵染和重金属污染等多
种生物和非生物胁迫。科研人员采用水培的方法，研究喷施褪黑素对Cd 胁迫下烟草幼苗生长和生理特性
的影响，研究结果如下图（CK 组为空白对照组）。
柱上标有不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
外源褪黑素对Cd 胁迫下烟苗光合特性的影响图
①褪黑素能 植物细胞衰老，据图1 分析，褪黑素的作用为 。
②气孔张开的程度（气孔导度）是影响植物光合作用、蒸腾作用、 的主要因素，据图分析，
Cd 胁迫限制烟草光合作用的主要因素 （“是”或“不是”）气孔因素。
【答案】(1)NADPH 和ATP
(2)光照驱动促使水分解产生H+、伴随着电子的传递通过PQ 将叶绿体基质中的H+转运到类囊体腔内、形
成NADPH 时消耗叶绿体基质中的部分H+
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(3)7
(4) 清除过量自由基 褪黑素能减缓Cd 胁迫引起的烟草幼苗净光合作用的下降。 呼吸作用
不是
【分析】光合作用包括光反应和暗反应，光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体基质进行。
【详解】（1）图中能为暗反应提供能量的物质为NADPH 和ATP。
（2）由图可知光照驱动促使水分解产生H+、伴随着电子的传递通过PQ 将叶绿体基质中的H+转运到类囊
体腔内、形成NADPH 时消耗叶绿体基质中的部分H+可以导致类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质。
（3）叶肉细胞光合作用产生的O2 进入相邻细胞参与细胞呼吸至少穿过：类囊体膜+叶绿体双层膜+叶肉细
胞细胞膜+相邻细胞细胞膜+线粒体双层膜，共7 层膜，7 层磷脂双分子层。
（4）①褪黑素可以清除过量自由基所以可以延缓植物细胞的衰老，据图1 可知，Cd 胁迫与CK 相比，烟
草净光合作用降低，Cd 胁迫＋褪黑素组与Cd 胁迫组相比，烟草净光合作用强度有所提升，所以褪黑素能
减缓Cd 胁迫引起的烟草幼苗净光合作用的下降。
②气孔张开的程度即气孔导度，是影响植物光合作用、呼吸作用及蒸腾作用的主要因素。呼吸作用需要通
过气孔吸收氧气，排出二氧化碳，根据图2 和图3 可知Cd 胁迫组虽然气孔导度比对照组低，但是胞间
CO2 浓度比CK 组高，说明气孔因素不是限制烟草光合作用的主要因素。
18．（2024·北京石景山·一模）水稻是重要的粮食作物，我国稻作区大多会遭遇不同程度的冷害。研究者
利用水稻相关突变体开展研究。
(1)将突变体水稻ospus1 置于低温下种植，出现叶绿体发育缺陷、叶片白化现象。白化苗中位于 上的光
合色素缺少，直接影响了光合作用的 反应。
(2)研究者发现，活性氧（ROS）的积累是引起突变体ospus1 低温白化表型的原因，在突变体中导入ROS
清除酶的基因。实验结果为 时，支持上述结论。
(3)研究者欲寻找突变体ospus1 的抑制因子，进一步研究水稻耐冷的机理。请选取合适选项，以呈现科学家
获得抑制因子的研究思路 。
a．建立针对突变体ospus1 的诱变库
b．建立针对野生型的诱变库
c．筛选低温下表型为绿色的幼苗
d．筛选低温下表型为白色的幼苗
e．筛选正常温度下表型为绿色的幼苗
f．获取抑制因子对应的基因并进行克隆
(4)后续实验发现该抑制因子编码一种定位在线粒体的SOP10 蛋白，此蛋白可以影响线粒体内膜的电子传递
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链复合物Ⅰ的合成。
①有氧呼吸第三阶段中，NADH 经电子传递链复合物释放电子和H+，最终与 结合生成水并合成ATP。
与此同时，该过程也是细胞内ROS 的主要来源。
②nad 基因编码的蛋白质是复合物Ⅰ的重要组分。为进一步研究SOP10 的作用机理，研究者在低温条件下
开展进一步实验，结果见图1、2。结果表明 。
③请综合以上研究，解释ospus1 sop10 突变体耐冷的机制 。
【答案】(1) 叶绿体类囊体薄膜 光
(2)导入ROS 清除酶基因的突变体在低温下表现为绿叶
(3)acf
(4) 氧 SOP10 通过促进nad 基因的转录，进而促进nad 蛋白的合成 突变体ospus1 的ROS 含
量增加，而在ospus1sop10 突变体中，SOP10 基因突变后，电子传递链复合物I 的合成减少，使细胞中的
ROS 水平降低，低温下表型正常
【分析】1、有氧呼吸可分为三个阶段：有氧呼吸第一 阶段是葡萄糖初步分解为丙酮酸与NADH，释放少
量能量，产生少量ATP，该过程在细胞质基质中完成；有氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化
碳和NADH，释放少量能量，产生少量ATP，该过程在线粒体基质中完成，有氧呼吸的第三阶段是前两个
阶段的NADH 与氧气结合生成水，释放大量能量，产生大量ATP，该过程在在线粒体内膜上完成。
2、光合作用根据是否需要光，分为光反应阶段和暗反应阶段：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；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 的作用下还原生成葡萄糖。
【详解】（1）真核细胞中光合色素分布于叶绿体类囊体薄膜，白化苗因叶绿体中缺乏光合色素而表现为
叶片白化的现象，导致其缺乏吸收、传递和转化光能的能力，直接影响了光合作用的光反应阶段。
（2）突变体中导入ROS 清除酶的基因，表达产物ROS 清除酶能分解ROS，突变体ospus1 低温白化表型
消失，表现为绿叶。
（3）欲寻找突变体ospus1 的抑制因子，则应先建立针对突变体ospus1 的诱变库，从中获取具有不同诱变
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结果的突变体ospus1，从中筛选低温下表型为绿色的幼苗，再从具有耐冷性状的植株体内获取抑制因子对
应的基因并进行克隆，即acf 正确。
（4）①真核生物有氧呼吸第三阶段发生于线粒体内膜，有氧呼吸第一阶段与有氧呼吸第二阶段产生的
NADH 与氧气发生反应，生成水，释放大量能量，其中大部分能量以热能的形式散失，少部分能量参与合
成ATP。②由实验结果可知，ospus1 sop10 突变体植株内nad 基因的相对表达量明显降低，导致nad 蛋白含
量明显减少，线粒体内膜的电子传递链复合物Ⅰ的合成量减少，细胞内ROS 的来源减少，使细胞中的
ROS 水平降低，低温下表型正常。
19．（2024·山东聊城·一模）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。
【答案】(1) H2O/水 ③ 作为还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，储存部分能量供暗反应
阶段利用
(2) 叶绿素a 作用 绿叶中除了叶绿素a，还含有其他色素，也能吸收光能
(3)该突变体棉花植株缺乏类胡萝卜素，无法淬灭3chl 并清除1O2 而使叶绿体受损、缺乏类胡萝卜素导致吸
收的蓝紫光减少，影响光合作用
(4)Deg 蛋白酶的活性被抑制后，受损的D1 蛋白降解速率下降使受损的D1 蛋白积累，新合成的D1 蛋白无
法替换受损的蛋白
【分析】根据题图分析可知：图1 中①为光反应过程，②为CO2 的固定过程，③为C3 的还原过程，A 为
NADPH，B 为ATP，PSII 中的光合色素吸收光能后，将水光解为氧气和H+，同时产生的电子传递给PSⅠ，
可用于NADP+和H+结合形成NADPH，同时在ATP 酶的作用下，氢离子顺浓度梯度转运提供分子势能，
促使ADP 与Pi 反应形成ATP；图2 中Ⅰ为叶绿素b，Ⅱ为叶绿素a，Ⅲ为叶黄素，Ⅳ胡萝卜素。
【详解】（1）由图可知，类囊体膜上传递的电子的最初供体是H2O。②为CO2 的固定过程，不需要消耗
能量，③为C3 的还原过程，光合作用的暗反应阶段为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，所以③过程需要消耗能量。物质A 为NADPH，其作用是作为还
原剂，参与暗反应阶段的化学反应，储存部分能量供暗反应阶段利用。
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（2）色素带Ⅱ为叶绿素a，作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率，可以通过测量不同波长相应的
O2 释放量来绘制；色素带Ⅱ为叶绿素a，总吸收光谱与叶绿素a 吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中除了叶
绿素a，还含有其他色素，也能吸收光能。
（3）由于类胡萝卜素可快速淬灭3chl，也可以直接清除1O2，故缺乏类胡萝卜素的突变体因无法淬灭3chl
并清除1O2 而使叶绿体受损，同时缺乏类胡萝卜素会导致光反应吸收的蓝紫光减少，所以光合速率下降。
（4）已知Deg 蛋白酶可降解受损的D1 蛋白，提高其更新速度，有利于PSⅡ正常发挥作用，强光下，若抑
制Deg 蛋白酶的活性，受损D1 蛋白降解速率下降，会使受损的D1 蛋白积累，新合成的D1 蛋白无法替换
受损的D1 蛋白，进而影响电子的传递，使光合速率下降。
20．（2024·湖南长沙·一模）科研工作者以作物甲为材料，探索通过改善细胞代谢途径达到提高光合作用
效率，从而实现提高作物产量的目的。图1 是作物甲叶肉细胞中部分碳代谢过程的模式图，图中的R 酶是
一种双功能酶（羧化酶—加氧酶）：CO2浓度高时，R 酶催化CO2的固定；在高光强、高O2浓度、低CO2
浓度时，R 酶催化C5和O2发生反应，完成有机物的加氧氧化。后者在酶的催化作用下转换为乙醇酸后通
过膜上的载体（T）离开叶绿体，再经过代谢途径I 最终将2 分子乙醇酸转换成1 分子甘油酸并释放1 分子
CO2，又称光呼吸。研究发现：强光下ATP 和NADPH 的积累会产生超氧阴离子自由基，该自由基会对叶
绿体造成伤害，光呼吸会消耗多余的ATP 和NADPH。回答下列问题：
(1)图1 中左侧环形代谢途径表示的是光合作用中的 反应，此过程也称作 。此过程中第一个光合还
原产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质中合成蔗糖，蔗糖可以进入筛管，再通过 运输到甲植株各处。
(2)依据题干及图示中的信息，解释作物甲在光照强烈、干旱的环境中，光呼吸的积极意义是 。
(3)为了减少作物甲叶绿体内碳的丢失，研究人员利用转基因技术将编码某种藻类C 酶（乙醇酸脱氢酶）的
基因和某种植物的M 酶（苹果酸合成酶）基因转入作物甲，与原有的代谢途径Ⅲ相连，人为地在叶绿体中
建立一个新的乙醇酸代谢途径（图2 中的途径Ⅱ，不影响细胞呼吸）。转基因操作后，途径Ⅲ能够提高光
合作用效率，从而提高作物产量的原因是 。
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【答案】(1) 暗 碳反应 韧皮部
(2)①消除乙醇酸对细胞的毒害②防止强光对叶绿体的破坏
(3)由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量，使叶绿体基质内CO₂ 的浓度增加，提高了暗反应速率
【分析】光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段：光反应发生在叶绿体的类囊体膜上，水光解形成还
原氢和氧气，同时合成ATP，光反应过程中将光能转变成活跃的化学能储存在ATP 中；暗反应发生在叶绿
体的基质中，包括二氧化碳固定和三碳化合物还原两个阶段，二氧化碳与五碳化合物结合形成2 个三碳化
合物为二氧化碳固定，三碳化合物还原是二氧化碳固定产生的三碳化合物被还原形成有机物和五碳化合物，
该过程需要光反应产生的还原氢和ATP，通过暗反应将ATP 中活跃的化学能转变成储存在有机物中的稳定
的化学能。
【详解】（1）图中左侧环形代谢途径表示的是光合作用中的暗反应，主要包括CO2 的固定和C3 的还原，
此过程也称作碳反应。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到甲植株各处。
（2）强光下ATP 和NADPH 的积累会产生超氧阴离子自由基，该自由基会对叶绿体造成伤害，光呼吸会
消耗多余的ATP 和NADPH，因此光呼吸的意义：①消除乙醇酸对细胞的毒害。②防止强光对叶绿体的破
坏。
（3）分析图2 可知：通过转基因技术人为地在叶绿体中建立一个新的乙醇酸代谢途径Ⅱ，即将乙醇酸通过
C 和M 酶的催化作用转化为苹果酸，由于途径Ⅱ提高了苹果酸的含量，苹果酸通过代谢途径Ⅲ，使叶绿体
基内CO₂ 的浓度增加，有利于提高光合速率。
21．（2024·浙江·模拟预测）下图中，图1 是非洲茉莉叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的物质变化示意简
图，其中①~⑤为生理过程，a~h 为物质名称。图2 为将非洲茉莉放置在密闭透明的容器中，给予恒定且适
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宜的光照，在不同的温度条件下测定容器中CO2浓度的变化（该植物光合作用的最适温度为25℃，细胞呼
吸的最适温度为30℃）。图3 改变非洲茉莉光照时，a 表示该植物在夜晚单位时间内CO2的释放量，b、
c、d 表示在不同光照条件下单位时间内该植物O2产生的总量。图4 表示进行图3 实验过程其叶肉细胞部分
结构气体进出示意图。请分析并回答下列问题。
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(1)图1 在生物膜上进行的生理过程有 （填图中序号）。图中①—⑤的代谢过程在光照环境中，能够
直接为茉莉细胞物质转运、蛋白质的合成提供ATP 的过程包括 （填图中数字标号）。若用
18O 标记土
壤中的水，那么植物产生的哪些物质中含有
18O。（填三种物质）
(2)图2 中B、C 点时限制光合速率的主要环境因素分别是 。与B 点相比，C 点时植物的光合速率
（填“变大”、“不变”或“变小”）；处理12h 后，该植物的干重 （填 “减少”、“增加”或
“不变”），判断理是 。
(3)图4 中只有c、d 箭头发生时对应图3 中的 （选填a、b、c 或d）的光照强度。图4 在图3 中d 强度
光照时，存在 （选填a、b、c、d、e、f）气体进出过程。
(4)科研工作者发现一种突变型非洲茉莉，在适宜光照下，与正常非洲茉莉相比，其光合速率明显上升。某
生物兴趣小组推测，突变型非洲茉莉光合速率的上升是与其光反应速率上升有关。请利用正常非洲茉莉和
突变型非洲茉莉的类囊体悬浮液、光源等实验材料，设计简单实验验证上述推测。请简要写出实验思路：
。
【答案】(1) ①⑤ ③④⑤ 氧气、水、（CH2O）
(2) 二氧化碳浓度、温度 变大 增加 起点A 的二氧化碳浓度大于终点C 时的二氧化碳浓
度
(3) c a、 b、 c、 d
(4)可以取等量的正常非洲茉莉和突变型非洲茉莉的类囊体悬浮液分别置于 A、B 试管中，给予相同且适
宜的光照，检测两组的氧气释放速率。
【分析】光合作用的概念: 绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并
且释放出氧气的过程，包括光反应和暗反应过程。呼吸作用是生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧
化分解,最终生成二氧化碳或其他产物,并且释放出能量的总过程，包括有氧呼吸和无氧呼吸。
【详解】（1）图1 是光合作用和有氧呼吸的物质变化示意简图，①光反应阶段，在类囊体薄膜上进行，⑤
呼吸作用的第三阶段，在线粒体内膜上进行,所以是①⑤；①～⑤的生理过程能产生ATP 的用于细胞物质转
运、蛋白质的合成有③④⑤，③④⑤依次代表有氧呼吸的三个阶段，有氧呼吸产生的能量用于各项生命活
动，光反应产生的ATP 不能用于细胞物质转运、蛋白质的合成；若用18O 标记土壤中的水，首先18O 会经
过光合作用形成氧气，植物吸收氧气会进行呼吸作用，产生二氧化碳和水，二氧化碳又会被利用进行光合
作用，产生有机物，所以经过光合作用和呼吸作用，最后植物产生的水、O2、（CH2O）都可能含有
18O；
（2）据图可知，B 点之前，二氧化碳浓度降低，则在B 点时限制光合作用的因素是二氧化碳浓度，B 之后
温度升高，二氧化碳浓度增加，说明光合速率小于呼吸速率，据此推测C 点时限制光合作用的因素是温度；
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B、C 点时二氧化碳浓度均不变，细胞的呼吸速率=光合速率，与B 点相比，C 点时的呼吸作用的酶活性更
高，呼吸速率更强，故植株的光合速率变大；处理12h 后，起点A 的二氧化碳浓度大于终点C 时的二氧化
碳浓度，说明该段时间内，植物的光合速率＞呼吸速率，整体过程植物净光合速率大于零，存在有机物积
累，则植物的干重会增加；
（3）图4 中只有c、d 箭头发生时，说明光合速率=呼吸速率，对应图3 中的c 光照强度,此时氧气的产生总
量=二氧化碳的释放量；图4 在图3 中d 强度光照时，光合速率大于呼吸速率，光合作用氧气的产生总量大
于二氧化碳的释放量，就会向细胞外释放气体，因此存在a、 b、 c、 d 气体进出过程；
（4）某生物兴趣小组推测，突变型非洲茉莉光合速率的上升是与其光反应速率上升有关，本实验可以单
独研究光反应，遵循单一变量、对照、等量原则，可以取等量的正常非洲茉莉和突变型非洲茉莉的类囊体
悬浮液分别置于 A、B 试管中，给予相同且适宜的光照，检测两组的氧气释放速率，进行比较，得出结论。
22．（2024·山西太原·一模）为研究光调控下CO2浓度对藻类的影响，科研人员以三角褐指藻（单细胞真
核藻类）为实验材料进行模拟实验，结果如图所示（注：LC、MC、HC 为不同的CO2浓度；Rubisco 为固
定CO2的酶）。请据图分析作答：
(1)该实验的自变量有 。
(2)据图可知，CO2浓度对三角褐指藻的影响是 。
(3)在LC 和MC 两种条件下，三角褐指藻的净光合速率在低光照强度与高光照强度时相比并无显著差异，
分析原因可能是 。
(4)科研人员推测，高光照强度下三角褐指藻的Rubisco 活性高于低光照强度的原因可能是ATP 促进了
Rubisco 的活化。请设计实验验证这一推测，简要写出实验思路和预期实验结果 。
【答案】(1)光照强度和CO2 浓度
(2)相同光照强度下，随着CO2 浓度升高，三角褐指藻的叶绿素含量减少，Rubisco 活性提高，净光合速率
升高
(3)低光照强度和较低CO2 浓度下，该藻类的叶绿素含量提高，能充分捕获、传递和转化光能，光反应速
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率加快，为暗反应提供更充足的ATP 和NADPH，从而提高光合速率
(4)实验思路：提取HC 浓度下低光照强度和高光照强度下三角褐指藻细胞中的Rubisco，前者均分为甲乙两
组，后者作丙组，且三组的酶量相等。分别向三组中添加等量的ATP 溶液、蒸馏水、蒸馏水，一段时间后，
检测三组的Rubisco 活性。
预期结果：甲组和丙组Rubisco 活性相近，且显著高于乙组，证明高光照强度下产生较多ATP 促进了
Rubisco 的活化。
【分析】本实验是探究光调控下CO2 浓度对藻类的影响，因此自变量是光照强度和CO2 浓度。分析图可
知，随着CO2 浓度升高，三角褐指藻的叶绿素含量减少，Rubisco 活性提高，净光合速率升高。
【详解】（1）本实验是探究光调控下CO2 浓度对藻类的影响，因此自变量是光照强度和CO2 浓度。
（2）分析图可知，研究CO2 浓度对三角褐指藻的影响，应该把光照强度保持相同，在相同光照强度下，
随着CO2 浓度升高，三角褐指藻的叶绿素含量减少，Rubisco 活性提高，净光合速率升高。
（3）LC、MC 为不同的CO2 浓度，LC 低CO2 浓度，MC 较高CO2 浓度，低光照强度和较低CO2 浓度下，
该藻类的叶绿素含量提高，能充分捕获、传递和转化光能，光反应速率加快，为暗反应提供更充足的ATP
和NADPH，从而提高光合速率，因此在LC 和MC 两种条件下，三角褐指藻的净光合速率在低光照强度与
高光照强度时相比并无显著差异。
（4）实验的目的是验证高光照强度下三角褐指藻的Rubisco 活性高于低光照强度的原因可能是ATP 促进了
Rubisco 的活化，自变量有光照强度，是否添加ATP，实验思路：提取HC 浓度下低光照强度和高光照强度
下三角褐指藻细胞中的Rubisco，前者均分为甲乙两组，后者作丙组，且三组的酶量相等。分别向三组中
添加等量的ATP 溶液、蒸馏水、蒸馏水，一段时间后，检测三组的Rubisco 活性。预期结果：甲组和丙组
Rubisco 活性相近，且显著高于乙组，证明高光照强度下产生较多ATP 促进了Rubisco 的活化。
23．（2024 高三下·全国·专题练习）在水稻的群体中出现了一个转绿型新叶黄化自然突变体（ygr）。测定
突变体相关生理特征并与水稻的野生型（WT）比较，结果如图1（Car、Chlb、Chla 分别表示类胡萝卜素、
叶绿素b、叶绿素a）和图2。回答下列问题：
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(1)图1 结果显示突变体性状表现为 。
(2)分析图2 可知，当光照强度≤ μmol·m-2·s-1时，限制两者净光合速率的因素均为光照强度，大于
该光照强度时，与WT 相比，限制突变体净光合速率的因素主要是 。
(3)为研究温度是否影响该突变体的性状表现，研究人员将野生型和突变体种子分别种植在恒温20、25、
30、35℃的培养箱中，调节培养箱中的湿度，生长2 周（秧苗期）后对第1 片叶进行光合色素含量的测定，
结果如图3
受温度调控的叶色性状的表达可分为“高温表达型”、“低温表达型”和“温钝型”3 种。结合图3 分析
该突变体是上述哪种类型？ ，理由是 。
(4)研究人员发现在杂交育种中可利用该突变体的性状进行选种，既能在苗期就选择出所需性状的植株又能
保证种子产量不下降。请说明该选种过程利用了突变体的哪些特性？ 。
【答案】(1)秧苗期叶片黄化,孕穗期叶片恢复绿色
(2) 1200 光合色素的含量。
(3) 低温表达型 在温度为20℃时，突变体叶片光合色素的含量明显低于野生型，叶片表现出明显
的黄化性状，随温度升高，光合色素的含量增加，至35℃时，突变体与野生型叶片的光合色素的含量接近，
叶片复绿。
(4)利用秧苗期叶片黄化为标记，在苗期去杂；秧苗期叶片黄化的突变体在孕穗期复绿，光合速率增大，不
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会影响种子的产量。
【分析】正常情况下，光照强度对光合作用有影响。光照强度在一定的范围内，光照强度越大，光合作用
越强，光照强度越弱，光合作用越弱。光合作用除和光照强度有关外，还与温度，二氧化碳有关。在一定
范围内，温度越高，光合作用越强，温度越低，光合作用越弱。
【详解】（1）比较不同发育时期光合色素的含量可知，秧苗期突变体叶片叶绿素a 和b 的含量明显低于野
生型，此时，突变体叶色明显黄化。随着生长发育至孕穗期，突变体叶片光合色素的含量逐渐增加至与野
生型无明显差异，说明突变体叶片逐渐恢复绿色。
（2）据图2 可知，光照强度在0-2400μmol·m-2·s-1 随着光照强度增加，野生型的净光合速率一直在增大，
突变体的净光合速率在光照强度小于等于1200 μmol·m-2·s-1 时，随着光照强度的增加，净光合速率在增大。
所以对两者净光合速率均有限制的光照强度为小于等于μmol·m-2·s-1。由于测定两者净光速率的外界因素
均相同，当光照强度大于μmol·m-2·s-1 后，野生型的光合速率仍然在增大，说明外界温度、二氧化碳浓度
均适宜，所以只能考虑突变体在该时期光合色素的含量低于野生型，导致净光合速率降低。
（3）从图中可知，温度为20℃时，突变体叶片光合色素的含量明显低于野生型，叶片表现出明显的黄化
性状，随温度升高，光合色素的含量增加，至35℃时，突变体与野生型叶片的光合色素的含量接近，此时
突变体的叶片性状表现为绿色，与野生型叶片颜色无差别。可见突变体叶片黄化的性状在低温时表达。
（4）根据题目要求“既能在苗期就选择出所需性状的植株又能保证种子产量不下降”，突变体在秧苗期
叶片黄化，可以用该性状标记植株，在秧苗期就将其挑选出来。虽然所需性状的个体在秧苗期黄化，但在
孕穗期复绿，光合速率增大，所以种子的产量不会下降。
24．（2024·广东韶关·二模）研究人员发现大豆细胞中GmPLP1（一种光受体蛋白）的表达量在强光下显
著下降。据此，他们作出GmPLP1 参与强光胁迫响应的假设。为验证该假设，他们选用WT（野生型）、
GmPLP1-ox（GmPLP1 过表达）和GmPLP1-i（GmPLP1 低表达）转基因大豆幼苗为材料进行相关实验，结
果如图1 所示。请回答下列问题
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(1)强光胁迫时，过剩的光能会对光反应关键蛋白复合体（PSII）造成损伤，并产生活性氧（影响PSII 的修
复），进而影响 和ATP 的供应，导致暗反应 （填生理过程）减弱，生成的有机物减少，致使
植物减产。
(2)图1 中，光照强度大于1500umol/m2/s 时，随着光照强度的增加，三组实验大豆幼苗的净光合速率均增
加缓慢，分析其原因可能是 （试从暗反应角度答出2 点）。该实验结果表明GmPLP1 参与强光胁迫
响应，判断依据是 。
(3)研究小组在进一步的研究中发现，强光会诱导蛋白GmVTC2b 的表达。为探究GmVTC2b 是否参与大豆
对强光胁迫的响应，他们测量了弱光和强光下WT（野生型）和GmVTC2b-ox（GmVTC2b 过表达）转基
因大豆幼苗中抗坏血酸（可清除活性氧）的含量，结果如图2 所示。
依据结果可推出在强光胁迫下GmVTC2b 增强了大豆幼苗对强光胁迫的耐受性（生物对强光胁迫的忍耐程
度），其原理是 。
(4)经进一步的研究，研究人员发现GmPLP1 通过抑制GmVTC2b 的功能，减弱大豆幼苗对强光胁迫的耐受
性。若在第（3）小题实验的基础上增设一个实验组进行验证，该实验组的选材为 的转基因大豆幼
苗（提示：可通过转基因技术得到相应基因过表达和低表达的植物）。根据以上信息，试提出一个可提高
大豆对强光胁迫的耐受性，从而达到增产目的的思路 （答出1 点即可）。
【答案】(1) NADPH C3 还原
(2) 受胞间CO2 浓度的限制；受光合作用有关酶的数量（活性）的限制；受温度的影响。 一定
范围内，光照较强时，与WT 相比，GmPLP1 的表达量增加抑制大豆幼苗的光合作用；GmPLP1 的表达量
减少促进大豆幼苗的光合作用。
(3)GmVTC2b 通过增加抗坏血酸含量进而提高大豆清除活性氧的能力，从而增加植株对强光胁迫的耐受性。
(4) GmVTC2b 过表达和GmPLP1 过表达（或GmVTC2b 过表达和GmPLP1 低表达） 抑制大豆细
胞中GmPLP1 的表达；促进大豆细胞中GmVTC2b 的表达；增加大豆细胞中抗坏血酸含量
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【分析】光合作用过程：①光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP 和NADPH 的生成；②
暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2 的固定和C3 的还原，消耗ATP 和NADPH。
【详解】（1）强光胁迫时，过剩的光能会对光反应关键蛋白复合体（PSII）造成损伤，光反应减弱，光反
应产生的ATP 和NADPH 减少，而暗反应过程中C3 还原需要光反应提供ATP 和NADPH，因此导致暗反应
C3 还原减弱，生成的有机物减少，致使植物减产。
（2）由于胞间CO2 浓度的限制，二氧化碳吸收速率有限，光合作用有关酶的数量（活性）的限制以及温
度的影响，所以光照强度大于1500umol/m2/s 时，随着光照强度的增加，三组实验大豆幼苗的净光合速率
均增加缓慢。一定范围内，光照较强时，与WT 相比，GmPLP1 的表达量增加抑制大豆幼苗的光合作用；
GmPLP1 的表达量减少促进大豆幼苗的光合作用，该结果表明GmPLP1 参与强光胁迫响应。
（3）由于GmVTC2b 通过增加抗坏血酸含量进而提高大豆清除活性氧的能力，从而增加植株对强光胁迫的
耐受性，因此在强光胁迫下GmVTC2b 增强了大豆幼苗对强光胁迫的耐受性（生物对强光胁迫的忍耐程
度）。
（4）为了验证GmPLP1 通过抑制GmVTC2b 的功能，减弱大豆幼苗对强光胁迫的耐受性，因此可通过设
置GmVTC2b 过表达和GmPLP1 过表达（或GmVTC2b 过表达和GmPLP1 低表达）的转基因大豆幼苗来进
行实验。根据以上信息，试提出一个可提高大豆对强光胁迫的耐受性，从而达到增产目的的思路抑制大豆
细胞中GmPLP1 的表达；促进大豆细胞中GmVTC2b 的表达；增加大豆细胞中抗坏血酸含量。
25．（23-24 高三下·重庆璧山·阶段练习）照光时，叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合C5。O2和CO2与
RuBP 羧化酶/加氧酶的亲和力与各自的相对浓度有关，相对浓度高则与酶的亲和力高。O2与C5结合后经一
系列的反应，最终释放CO2的过程称为光呼吸，如图所示。科研人员获得了水稻叶绿体中酶X 缺陷型的突
变植株，给予不同CO2浓度后检测植株的生长情况与部分代谢产物的含量，结果如表所示。回答下列问题：
条件
0.5%CO2
0.03%CO2
0.03%CO2
0.03%CO2
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指标
平均株高/cm
平均株高/cm
乙醇酸含量/（μg·g-1叶重）
乙醛酸含量/（μg·g-1叶重）
突变植株
42.45
24.47
825.54
1.26
野生植株
43.26
42.21
1.54
1.78
(1)叶肉细胞中进行光呼吸的结构包括 ，产生乙醇酸的具体场所是 。甘油酸转化为C3会消
耗ATP 产生ADP 和Pi，产生的ADP 和Pi 在叶绿体中被再利用的途径是 。
(2)结合实验结果分析，在光呼吸的过程中酶X 的功能是 。在较低的大气CO2浓度（0.03%）条件
下，突变植株的长势不如野生植株的，机制可能是 。
(3)研究人员通过转基因技术使水稻叶绿体表达酶Y，酶Y 能催化乙醇酸生成CO2，并抑制叶绿体膜上乙醇
酸转运蛋白基因的表达。该途径提高了水稻的净光合速率，原因是________。
A．改变了乙醇酸的利用途径
B．减少了叶绿体中碳的损失
C．加速了C3生成C5
D．提高了RuBP 羧化酶/加氧酶的活性
E．抑制了光呼吸
【答案】(1) 叶绿体、线粒体 叶绿体基质 进行光反应重新生成ATP
(2) 催化乙醇酸生成乙醛酸 因酶X 缺陷，乙醇酸无法正常转变为C3，糖类生成受阻；而自然状
态下CO2 含量较低，固定的效率较低，积累有机物较少
(3)ABCE
【分析】由图可知：光呼吸需要叶绿体和线粒体共同参与。光呼吸时，叶绿体内生成乙醇酸，细胞质基质
转化成乙醛酸，经过线粒体生成甘氨酸，最后在叶绿体内消耗ATP 生成C3。
【详解】（1）由图分析可知，光呼吸完整过程依次经过叶绿体、细胞质基质和线粒体，产生乙醇酸的具
体场所是叶绿体基质，甘油酸转化为C3 会消耗ATP 产生ADP 和Pi，产生的ADP 和Pi 在叶绿体类囊体薄
膜上进行光反应重新生成ATP。
（2）酶X 缺陷型的水稻突变株在0.03%CO2 的条件下，乙醇酸含量明显增加。再根据图中所示，乙醇酸
可转化为乙醛酸，故推知酶A 具有催化乙醇酸生成乙醛酸的功能。在较低的大气CO2 浓度（0.03%）条件
下，突变植株的长势不如野生植株的，机制可能是因酶X 缺陷，乙醇酸无法正常转变为C3，糖类生成受
阻；而自然状态下CO2 含量较低，固定的效率较低，积累有机物较少。
（3）酶Y 能催化乙醇酸生成CO2，并抑制叶绿体膜上乙醇酸转运蛋白基因的表达，这样一来就改变了乙
醇酸的利用途径，减少了叶绿体中碳的损失，一定程度抑制了光呼吸，有利于加速C3 生成C5，故该途径
提高了水稻的净光合速率，ABCE 符合题意。
26．（2024·黑龙江齐齐哈尔·二模）线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，图1 为叶肉细胞中部分代谢
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途径，虚线框内示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。科研人员对新疆阿克苏糖心苹果进行探究实验，结果如图
2、图3 所示，图2 中部位百分比指该部位的相对光照强度，图3 中搭棚不影响CO2的供给。回答下列问题：
图1
(1)在探索光合作用的原理过程中，希尔通过在 中（有H2O，没有CO2）加入铁盐或其他氧化剂，发现
水光解产生了氧气。后来鲁宾和卡门用 的方法研究了氧气来源于H2O 之后，阿尔农发现叶绿体可
，且这一过程总是伴随水的光解。
(2)图1 光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，C3接受 释放的能量，继而 成三碳糖
（C3），为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生出 ；运到细胞质基质中的
C3．可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 个CO2分子。
(3)据图2 分析，对果树上部、中部、下部进行采摘的最佳时间分别是 ，上部糖心果率高于其他
部位，原因是 。
(4)图3 中10 月13 日之后，果树非搭棚处理比搭棚处理的糖心果率高，原因是 。
【答案】(1) 离体叶绿体的悬浮液 同位素示踪 合成ATP
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(2) ATP 和NADPH 被NADPH 还原 C5 12
(3) 60 天、30 天、30 天 上部的光照充足，积累的糖类较多
(4)非搭棚处理的果树呼吸速率降低，消耗的营养物质少，积累的有机物多
【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段。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）。 NADPH 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；暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，CO2 与C5（五碳化合物
即核酮糖-1，5-二磷酸）结合，形成两个C3（3-磷酸甘油酸）分子。在有关酶的催化作用下，C3 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C3，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C3，经过一系列变化，又形成C5。
【详解】（1）1937 年，英国植物学家希尔(R.Hill) 发现,在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或 其他氧化剂
(悬浮液中有H2O，没有CO2)在光照下可以释放出氧气。后来鲁宾和卡门用同位素示踪的方法研究了氧气
来源于H2O 之后，阿尔农发现叶绿体可以合成ATP，且这一过程总是伴随水的光解。
（2）在光合作用中，CO2 与C5 结合产生C3，C3 接受ATP 和NADPH 释放的能量，继而被NADPH 还原
成三碳糖（C3），一些接受能量并被还原的C3，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C3，经过一系列变化，又形成C5，维持光合作用持续进行。蔗糖是二糖，由一分子葡
萄糖和一分子果糖构成，含有12 个碳原子，因此每运出一分子蔗糖相当于固定了12 个CO2 分子。
（3）据图2 分析，果树上部、中部、下部的糖心果率分别在60 天、30 天、30 天的最高，对果树上部、中
部、下部进行采摘的最佳时间分别是60 天、30 天、30 天；上部糖心果率高于其他部位，原因是上部的光
照充足，积累的糖类较多。
（4）图3 中10 月13 日之后，环境温度降低，非搭棚处理的温度比搭棚处理的温度低，那么非搭棚处理的
果树呼吸速率降低，消耗的营养物质少，积累的有机物多，因此果树非搭棚处理比搭棚处理的糖心果率高。
27．（2024·江苏南京·一模）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：
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(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SUTl 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3。
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 ，
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②图3 实验结果表明，平均单株产量受到光周期影响程度相对较低的品种是 ；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进一步研究表明，在16h 光照下，G2无匍匐茎生成，Q9和NB1仅有部分植株产生匍匐茎。下列关于16h
光照下没有生成马铃薯块茎的原因可能有 。
A 长日照导致暗反应时间不足，光合速率低
B．马铃薯匍匐茎是块茎形成的必要条件
C．长日照导致马铃薯叶片叶绿素含量下降
D．长日照不利于有机物向块茎运输
【答案】(1) ② C3→磷酸丙糖→蔗糖
(2) 类囊体 CO2 吸收减少
(3) ATP 水解 升高 降低
(4) 叶绿素的合成、光合作用、有机物的运输和储存等 Q9 NB1 中日照组 BD
【分析】分析图1:①是光合作用的暗反应阶段的CO2 的固定阶段，②是暗反应中的C3 的还原阶段。从图
中可以看出，暗反应在叶绿体基质中进行，其产物磷酸丙糖可以在叶绿体基质中合成淀粉，也可以被运出
叶绿体，在叶肉细胞中的细胞质基质中合成蔗糖，蔗糖可以进入液泡暂 时储存起来;蔗糖也可以通过韧皮
部被运至茎块细胞，在茎块细胞内合成淀粉；分析图2：结构甲具有ATP 水解酶的功能，同时利用ATP 水
解释放的能量把H+运出细胞，导致细胞外H+浓度较高,属于主动运输;结构乙能够依靠细胞膜两侧的H+浓
度差把H+运入细胞，属于协助扩散，同时把蔗糖分子也运入细胞；分析图3：实验自变量为不同品种、不
同光周期处理，因变量检测生长周期种不同时间点的平均单株产量，检测时间以15d 为单位，同品种同条
件下60d 的平均单株产量与45d 的平均单株产量差值即为该品种该条件下的平均单株产量增量。
【详解】（1）在叶绿体中三碳化合物的还原反应需要光反应提供ATP 和NADPH，需要ATP 和NADPH 功
能以及需要NADPH 提供还原剂；为马铃薯叶片提供C18O2, 块茎中的淀粉会含18O,由图可知，元素18O
转移的路径：C18O2→C3 →磷酸丙糖→蔗糖。
（2）光反应的场所是类囊体薄膜，因此叶绿体中淀粉的积累会导致类囊体膜结构被破坏，进而直接影响
光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，即气孔的开放程度下降，影响二氧化碳的吸收，即二
氧化碳的吸收量下降,进而碳(暗)反应速率下降，光合速率下降。
（3）由图可知，在结构甲的作用下，ATP 水解，H+逆浓度运输至胞外，说明结构甲具有ATP 水解酶的功
能与物质运输的功能；成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中SUTl 的表达水平降低，筛分子-伴
胞复合体的蔗糖转运蛋白乙含量减少，叶肉细胞中蔗糖分子通过结构乙转运出叶肉细胞的量减少，叶肉细
胞中蔗糖积累，可溶性糖和淀粉总量上升，抑制光合作用，最终导致块茎产量降低。
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（4）①本实验研究不同光周期处理对马铃薯产量的影响，最终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，由此推断光影响的马铃薯幼苗的代谢过程可能有叶绿素的合成、光合作用、
有机物的运输和储存、细胞呼吸、酶的合成等；
②由图可知，对三个不同品种分别进行12h 的中日照组和8h 短日照处理，比较处理45～75d 期间平均单株
产量的差值，Q9 品种12h 中日照处理的差值与8h 短日照处理的差值差异最小，因此平均单株产量受到光
周期影响程度相对较低的品种是Q9；对NB1 品种进行12h 的中日照组，在处理45～60d 期间差值最大即
单株产量增量最高。
③相比于中日照与短日照，三个不同品种的马铃薯在长日照下匍匐茎都生长异常，具有生长异常的匍匐茎
的植株均没有块茎生成，因此推测关于16h 光照下没有生成马铃薯块茎的原因可能有马铃薯匍匐茎是块茎
形成的必要条件和长日照不利于有机物向块茎运输。
28．（2024 高三下·福建龙岩·专题练习）绿硫细菌是一种自养厌氧型细菌，能利用光能进行光合作用。其
细胞内进行的光反应和暗反应过程如下图1 和图2 所示，据图回答下列问题：
(1)据图1 推测，光合片层中菌绿素复合体是由菌绿素与 共同组成的，与高等植物细胞中叶绿素等色素
功能相似，具有 光能的作用。
(2)研究发现，绿硫细菌缺乏处理氧自由基的酶。从图1 光反应过程看，与高等植物的光反应过程是主要的
区别是 ，这种区别对绿硫细菌的意义是 。
(3)图1 中，ATP 合酶以 方式运输H+。光合片层内腔中H+高形成原因包括内腔中H2S 分解产生H+和
。
(4)图2 的绿硫细菌暗反应过程（图中省略了ADP、Pi 等部分物质）是一种特殊的逆向TCA 循环（有氧呼
吸的第二阶段）过程。
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①图中CO2固定 （填“需要”或“不需要”）消耗能量。
②在不干扰循环正常进行的情况下，绿硫细菌合成一分子己糖，至少需要消 分子ATP 和 分子
CO2。
【答案】(1) 蛋白质（或酶） 吸收、传递、转化
(2) 绿硫细菌分解H2S，而不是分解H2O 通过分解H2S 获得电子而进行厌氧光合作用
(3) 协助扩散 细胞质基质中NADPH 合成消耗H+
(4) 需要 10/十 6/六
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应包括水的光解、ATP 和NADPH 的生成，暗
反应包括二氧化碳的固定、三碳化合物的还原和五碳化合物的再生等。
【详解】（1）图中的光合片层能够吸收光能进行水的光解，推测菌绿素复合体是菌绿素与蛋白质（或
酶）共同组成复合体；叶绿素等色素功能是吸收、传递、转化光能，菌绿素复合体与高等植物中叶绿素等
色素功能相似，说明其具有吸收、传递与转化光能的作用。
（2）高等植物的光反应过程包括水的光解、ATP 和NADPH 的生成，而题图可知，绿硫细菌的光反应过程
包括H2S 的分解、ATP 和NADPH 的生成，这种区别对绿硫细菌的意义是在缺乏处理氧自由基的酶的情况
下，可以分解H2S，将光能转化为电能，进而产生ATP 和NADPH，即通过分解H2S 获得电子而进行厌氧
光合作用。
（3）据图可知，图1 中，ATP 合酶运输H+能够生成ATP，是利用H+浓度差为能量合成ATP，说明是顺浓
度梯度的，且需要蛋白质的协助，故方式是协助扩散；H+浓度差形成的原因包括高能电子（e-）（或电子
传递，或电能）提供能量进行H+的跨膜运输，也包括内腔中H2S 分解产生H+，细胞质基质中NADPH 合
成消耗H+。
（4）①分析题图可知，1 分子CO2 与1 分子琥珀酸（C4）消耗1 分子的ATP 生成1 分子的α-酮戊二酸，1
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分子的α-酮戊二酸（C5）与1 分子CO2、2[H]生成1 分子的柠檬酸（C6）等这些过程均需要消耗能量，可
见图中CO2 固定需要消耗能量。
②据图可知，绿硫细菌合成一分子己糖，需要2 分子的丙糖（C3）；而1 分子CO2 与1 分子琥珀酸（C4）
消耗1 分子的ATP 生成1 分子的α-酮戊二酸（C5），1 分子的α-酮戊二酸（C5）与1 分子CO2、2[H]生成
1 分子的柠檬酸（C6），柠檬酸消耗1 分子的ATP 生成乙酰辅酶A（C2）和草酰乙酸（C4），乙酰辅酶A
（C2）与1 分子CO2、并消耗2 分子的ATP 生成PEP（C3），PEP（C3）消耗1 分子的ATP 产生丙糖
（C3），可见产生一分子丙糖至少需要消耗3 分子CO2 和5 分子的ATP，产生2 分子的丙糖至少需要消耗
6 分子CO2 和10 分子的ATP，即产生一分子己糖，至少需要消耗10 分子ATP 和6 分子CO2。
29．（2024·贵州贵阳·模拟预测）光照条件下，叶肉细胞中的O2与CO2竞争性结合Rubisco 的同一活性位
点在Rubiseo 的催化下与C5发生结合反应（如图所示）。CO2与C5结合生成PGA（3-磷酸甘油酸）即C3进
入卡尔文循环；O2与C5结合经一系列反应释放CO2，该过程称为光呼吸。研究发现强光时会造成叶肉细胞
中积累ATP 和NADPH，这些物质积累会产生自由基损伤叶绿体。
回答下列问题：
(1)Rubisco 发挥作用的具体场所是 ，C3进入卡尔文循环最终形成的光合作用产物中
可以进入筛管通过韧皮部运输到植株各处。
(2)如果在较强光下，光呼吸加强，一方面部分C5与O2结合使 ，从而减少了光合产物的
形成和积累；另一方面通过消耗 ，而造成了能量的损耗。所以一般来说高浓度O2
环境在一定程度上会造成农作物减产。
(3)强光照射后短时间内，植物暗反应达到一定速率后不再增加，可能原因有 （答
出1 种原因即可），但氧气的产生速率继续增加，分析该现象的可能原因是
。这时植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可能导致植物光合作用速率下降，从该角度
分析光呼吸存在的意义是 。
【答案】(1) 叶绿体基质 糖类
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(2) 生成C3 减少，卡尔文循环减弱 光反应产生ATP 和NADPH
(3) 光反应为暗反应提供充足的ATP 和NADPH，暗反应产物过多会抑制暗反应速率 光反应产生
ATP 和NADPH，光反应不会受到抑制 光呼吸的存在，光反应产物中的ATP 和NADPH 增多，会导致
更多自由基生成，使叶绿体的结构和功能受到损伤，故光呼吸消耗了光反应中形成的过多NADPH，从而
保护光合机构，减少细胞受损的可能。
【分析】根据题意分析，植物的Rubisco 酶具有两方面的作用：当CO2 浓度较高时，该酶催化C5 与CO2
反应，生成C3，C3 在ATP 和NADPH 的作用下完成光合作用；当O2 浓度较高时，该酶催化C5 与O2 反
应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种植物在光下吸收O2 产生CO2 的现象称为光呼吸。
【详解】（1）据图分析，Rubisco 酶的存在场所为叶绿体基质，CO2 与C5 结合生成PGA（3-磷酸甘油
酸）即C3 进入卡尔文循环最终形成的光合作用产物中糖类，可以进入筛管通过韧皮部运输到植株各处。
（2）根据图分析，在较强光下，光呼吸加强，一方面部分C5 与O2 结合使生成C3 减少，卡尔文循环减弱，
从而减少了光合产物的形成和积累；另一方面通过消耗光反应产生ATP 和NADPH，而造成了能量的损耗，
所以一般来说高浓度O2 环境在一定程度上会造成农作物减产。
（3）强光照射后短时间内，光反应为暗反应提供充足的ATP 和NADPH，暗反应产物过多会抑制暗反应速
率，因此植物暗反应达到一定速率后不再增加；光呼吸加强，消耗光反应产生ATP 和NADPH，光反应不
会受到抑制，氧气的产生速率继续增加。
在强光下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可能导致植物光合作用速率下降，由于
光呼吸的存在，光反应产物中的ATP 和NADPH 增多，会导致更多自由基生成，使叶绿体的结构和功能受
到损伤，故光呼吸消耗了光反应中形成的过多NADPH，从而保护光合机构，减少细胞受损的可能。
30．（2024·江苏泰州·一模）气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，光照能促进气孔打开，下图1
是短时光照和长时光照诱导拟南芥气孔打开的相关机制。请回答下列问题。
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(1)与叶肉细胞相比，保卫细胞固定CO2特有的场所是 ，TCA 发生的场所是 ，保卫细胞呼吸作用
产生的NADH 除用于ETC 外，还可在图中 （过程）被利用。
(2)短时光照促进气孔打开，其原因有：
①蓝光作用于质膜上的受体后激活AHA，AHA 消耗ATP 将H+泵出膜外，使膜电位的绝对值 ，AKT
打开，细胞吸收K+。
②叶肉细胞和保卫细胞叶绿体向保卫细胞细胞质输送已糖，已糖经图中 （过程）生成PEP，PEP 经一
系列酶促反应生成Mal。K+、Mal 等进入液泡，使其渗透压 ，细胞吸水，促进气孔张开。
(3)长时光照导致CO2浓度下降影响pH，使PEPC（PEPC 催化PEP 和CO2生成OAA）活性 最终促进
气孔开放。保卫细胞叶绿体合成淀粉需要ATP，产生ATP 的场所有 、细胞质基质、线粒体。保卫细
胞叶绿体白天贮存淀粉，一方面可为其夜间生命活动提供 ，另一方面在夜间过后，短时光照时 。
(4)为了研究保卫细胞叶绿体中的淀粉合成与叶肉细胞有机物输送的关系。研究人员用DCMU（光系统Ⅱ抑
制剂）处理拟南芥野生型WT 和STP 突变体stp，测定保卫细胞的淀粉粒面积，其大小变化如图2，
WT+DCMU 组在光照2 小时内保卫细胞中淀粉含量快速降低，其主要原因是 。
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【答案】(1) 细胞质基质 线粒体体基质 OAA 转化为Mal
(2) 增大 糖酵解 增大
(3) 升高 类囊体薄膜 物质和能量 为保卫细胞细胞质提供已糖
(4)一方面光照诱导保卫细胞叶绿体中的淀粉快速分解；另一方面DCMU 使叶肉细胞、保卫细胞光合作用
受阻
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧
气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。呼吸作用一般指机体将来自环境的或细胞自己储存的
有机营养物的分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过一步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧
化碳、乳酸、乙醇等）的过程。光合与呼吸的差值可用净光合速率来表示，具体指标可以是氧气释放量、
二氧化碳吸收量、有机物积累量等。
【详解】（1）据图分析可知，叶肉细胞固定CO2 的场所是叶绿体基质，保卫细胞CO2 固定该过程可发生
在细胞质基质中；TCA（三羧酸循环）发生在线粒体基质，保卫细胞呼吸作用产生的NADH 除了用于ETC
外，OAA 还原为Mal 也需要NADH 的参与。
（2）①蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活质膜上的AHA，消耗ATP 将H+泵出膜外，形成跨膜的
氢离子浓度梯度，并提供电化学势能驱动细胞吸收K+等离子使膜电位的绝对值增大。
②据图分析可知，叶肉细胞和保卫细胞叶绿体向保卫细胞细胞质输送已糖，已糖经糖酵解生成PEP；细胞
中的PEP 可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，进入到液泡中，使其渗透压增大，导致
保卫细胞吸水膨胀，促进气孔张开。
（3）长时光照导致CO2 浓度下降影响pH，使PEPC 活性升高，从而促进气孔开放；保卫细胞叶绿体合成
淀粉需要ATP，产生这些ATP 的场所有类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体；保卫细胞叶绿体白天贮存淀粉，
一方面可为其夜间生命活动提供物质和能量，另一方面在夜间过后短时光照时为保卫细胞细胞质提供已糖。
（4）据图分析可知，WT+DCMU 组在光照2 小时内，一方面光照诱导保卫细胞叶绿体中的淀粉快速分解；
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另一方面DCMU 使叶肉细胞、保卫细胞光合作用受阻，因此WT+DCMU 组在光照2 小时内保卫细胞中淀
粉含量快速降低。
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