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专题02 细胞的能量供应和利用
3 大考点概览
考点01 酶和ATP
考点02 细胞的呼吸作用
考点03 光合作用、光合作用与呼吸作用的综合
1．（2026·湖南长沙·一模）下列关于中学生物学实验的叙述，错误的是（ ）
A．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验中，检测试剂可选用斐林试剂
B．尝试利用乙烯利催熟水果实验中，当溶液pH<3.5 时，它会分解释放出乙烯
C．DNA 的粗提取与鉴定实验中的提取过程可以不使用离心机
D．观察叶绿体和细胞质的流动实验过程均需保持细胞活性
【答案】B
【知识点】观察叶绿体、线粒体和细胞质流动实验、酶促反应的因素及实验、植物生长调节剂及应用、
DNA 的粗提取及鉴定
【详解】A、淀粉酶可水解淀粉产生还原糖（麦芽糖），但不能水解蔗糖，斐林试剂可与还原糖在水浴加
热条件下产生砖红色沉淀，能检测两种底物的水解情况，A 正确；
B、乙烯利在pH<3.5 的水溶液中性质稳定，当pH 升高时才会分解释放乙烯，选项表述错误，B 错误；
C、DNA 粗提取与鉴定实验中，若无离心机，可将细胞破碎后的混合液静置，取上层清液即可开展后续提
取步骤，因此提取过程可以不使用离心机，C 正确；
D、只有活细胞的细胞质才具有流动性，且叶绿体结构保持完整，因此两个实验均需保持细胞活性，D 正
确。
2．（2026·湖南益阳·一模）下列实验中，试剂或材料被替代后仍能达到实验目的的是（ ）
A．观察植物细胞质壁分离和复原的实验，用黑藻代替洋葱鳞片叶
B．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖作用的专一性时，用碘液代替斐林试剂
C．探究pH 影响酶活性的实验，用淀粉和淀粉酶代替过氧化氢和过氧化氢酶
D．在空气-水界面验证细胞膜的磷脂分子为两层，用鸡的红细胞代替人的红细胞
【答案】A
考点1
酶和ATP
1
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【知识点】生物膜结构的探索历程、质壁分离及其复原实验、酶的特性、酶促反应的因素及实验
【详解】A、黑藻叶片薄，含叶绿体，原生质层有颜色，可清晰观察原生质层收缩（质壁分离）及复原现
象，故可用黑藻代替洋葱鳞片叶，A 正确；
B、碘液仅能检测淀粉是否被分解，无法检测蔗糖是否被水解（因蔗糖及其水解产物均不与碘液反应），
而斐林试剂可检测两种糖水解生成的还原糖，故不能使用碘液，B 错误；
C、淀粉在酸性条件下会自发水解，干扰实验结果；过氧化氢在酸性条件下相对稳定，可排除无关变量影
响，C 错误；
D、鸡红细胞有细胞核和多种膜结构，无法在空气-水界面形成纯净的磷脂单分子层；人成熟红细胞无核及
细胞器，是理想材料，D 错误。
故选A。
(不定项) 3．（2026·湖南·一模）荔枝采后易发生酶促褐变。研究表明，荔枝采后失去水分和养分供应，细
胞能量（ATP）不足导致细胞膜结构破损，果皮细胞中的多酚氧化酶（PPO）在细胞结构受损后，与液泡
中的酚类物质接触，在有氧条件下，催化酚类物质氧化生成棕褐色的醌类物质。下列相关叙述正确的是（
）
A．PPO 的化学本质是蛋白质，其合成过程需要ATP 供能，且在核糖体上进行
B．多酚氧化酶与酚类接触，可显著降低其氧化反应所需的活化能
C．低温储存荔枝可减缓褐变,原因是低温能降低PPO 的活性，且不会破坏酶的空间结构
D．酶促褐变需在有氧条件下进行，因此密封保存有利于荔枝保鲜
【答案】ABC
【知识点】酶的作用及机理、酶的本质、酶促反应的因素及实验
【详解】A、PPO 的化学本质是蛋白质，在核糖体上合成，蛋白质合成过程需要ATP 水解供能，A 正确；
B、酶的作用机理是显著降低化学反应的活化能，PPO 催化酚类氧化也不例外，B 正确；
C、低温抑制酶活性(降低反应速率)，但不会破坏酶的空间结构(高温、强酸、强碱才会导致变性失活)，C
正确；
D、完全密封可能导致无氧呼吸增强，产生酒精伤害细胞，所以反而不利于荔枝保鲜，D 错误。
(不定项) 4．（2026·湖南岳阳·一模）酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下
列叙述正确的是（ ）
A．DNA 聚合酶与限制酶作用的化学键相同
B．有氧呼吸三个阶段所需要的酶种类相同
C．淀粉分支酶异常导致圆粒豌豆的形成
D．在酶参与的生命活动中，酶只起催化作用
【答案】AD
2
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【知识点】酶的作用及机理、有氧呼吸过程、基因、蛋白质与性状的关系、DNA 重组技术的基本工具
【详解】A、DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸间形成磷酸二酯键（合成DNA），限制酶水解磷酸二酯键（切
割DNA），二者作用的化学键相同但作用方向相反，A 正确；
B、有氧呼吸第一阶段在细胞质基质进行（需多种酶催化），第二阶段在线粒体基质（需三羧酸循环相关
酶），第三阶段在线粒体内膜（需电子传递链酶系），各阶段酶种类不同，B 错误；
C、圆粒豌豆因淀粉分支酶正常合成支链淀粉（吸水膨胀），皱粒豌豆因该酶异常导致直链淀粉积累，吸
水量少，因而表现皱缩，C 错误；
D、在酶参与的生命活动中，酶只起催化作用，通过降低化学反应活化能实现，D 正确。
故选AD。
5．（2026·湖南怀化·一模）蛋白质是生命活动的主要承担者。下列关于蛋白质的叙述错误的是（ ）
A．高温会改变蛋白质的化学组成，从而改变其功能
B．磷酸化可能引起蛋白质空间结构的变化
C．线粒体膜上不存在运输葡萄糖的蛋白质
D．多肽链盘曲折叠时氨基酸之间可形成氢键
【答案】A
【知识点】蛋白质的结构及多样性、有氧呼吸过程、蛋白质的变性
【详解】A、高温仅会破坏蛋白质的空间结构使其变性失活，不会改变蛋白质的化学组成（氨基酸的种类、
数目、排列顺序不变），A 错误；
B、磷酸化是指在蛋白质上结合磷酸基团的修饰过程，可能引起蛋白质空间结构改变，进而改变其功能
（如酶的磷酸化激活），B 正确；
C、有氧呼吸第一阶段葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸后才会进入线粒体，葡萄糖无法进入线粒体，
因此线粒体膜上不存在运输葡萄糖的载体蛋白，C 正确；
D、多肽链盘曲折叠形成蛋白质的空间结构时，相邻或不相邻氨基酸的相关基团之间可形成氢键，维持蛋
白质结构的稳定，D 正确。
故选A。
6．（2026·湖南邵阳·一模）糖酵解是指1 分子葡萄糖经过一系列反应分解为2 分子丙酮酸，净产生2 分子
ATP 和少量[H]的过程，HK、PFK-1 两种激酶（激酶是一类催化高能供体分子<如ATP>转移磷酸基团到特
考点2
细胞的呼吸作用
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定底物的酶）分别催化该过程中两个不可逆的反应。下列叙述正确的是（ ）
A．激酶催化上述两个不可逆反应时，会发生细胞吸能反应
B．HK 激酶合成过程需经囊泡从内质网运输至高尔基体加工
C．糖酵解过程发生在细胞质基质和线粒体基质中
D．经糖酵解反应后，葡萄糖中的能量主要储存在[H]和ATP 中
【答案】A
【知识点】细胞器之间的协调配合、ATP 的功能及利用、有氧呼吸过程、无氧呼吸过程
【详解】A、根据题干信息，激酶是一类催化高能供体分子<如ATP>转移磷酸基团到特定底物的酶，可知
激酶催化反应时需利用ATP 提供磷酸基团（高能磷酸键断裂），该过程消耗ATP 属于吸能反应，A 正确；
B、HK 激酶为胞内酶，在游离核糖体合成后无需经内质网和高尔基体加工，B 错误；
C、糖酵解全过程发生于细胞质基质，线粒体基质为有氧呼吸第二阶段场所，C 错误；
D、糖酵解产生的2 分子ATP 直接供能，少量[H]（NADH）用于后续反应，葡萄糖中大部分能量仍储存在
丙酮酸中，D 错误。
故选A。
7．（2026·湖南邵阳·一模）为探究水通道蛋白NtPIP 对作物耐涝性的影响，科研小组测定了油菜的野生型
（WT）及NtPIP 基因过量表达株（OE）在正常供氧（AT）和低氧（HT，模拟涝渍）条件下的根细胞呼吸
速率和氧浓度，结果如下图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．NtPIP 以协助扩散方式运输水分子时，需要与水分子结合
B．WT 的根细胞在低氧条件下进行无氧呼吸，产生的乳酸对根有毒害作用
C．NtPIP 基因过量表达能够有效帮助油菜提升抗涝渍能力
D．和WT 相比，AT 条件下OE 能显著提高呼吸速率，环境适应能力更强
【答案】C
【知识点】细胞呼吸原理在生产和生活中的应用、无氧呼吸过程、协助扩散
【详解】A、水通道蛋白（NtPIP）是一种通道蛋白，它形成亲水性通道，允许水分子快速通过细胞膜。通
道蛋白在运输时不需要与水分子结合，只需要提供通道，这是它与载体蛋白的本质区别，A 错误；
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B、油菜是植物，其根细胞在低氧条件下进行无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳，而不是乳酸。酒精会对
根细胞产生毒害作用，导致烂根，B 错误；
C、从图中可以看出，在低氧（HT）模拟涝渍条件下： 过量表达（OE）组的根细胞呼吸速率显著高于野
生型（WT）组，同时 OE 组的根细胞氧浓度也高于 WT 组，这说明 NtPIP 基因过量表达能提高根细胞
在低氧环境下的氧气获取和利用效率，从而提升了油菜的抗涝能力，C 正确；
D、在正常供氧（AT）条件下，WT 组和 OE 组的呼吸速率和氧浓度都非常接近，OE 并没有显著提高呼
吸速率。只有在低氧（HT）条件下，OE 组的优势才体现出来，D 错误。
故选C。
(不定项) 8．（2026·湖南岳阳·一模）酶对细胞代谢起着非常重要的作用，可以降低化学反应的活化能。下
列叙述正确的是（ ）
A．DNA 聚合酶与限制酶作用的化学键相同
B．有氧呼吸三个阶段所需要的酶种类相同
C．淀粉分支酶异常导致圆粒豌豆的形成
D．在酶参与的生命活动中，酶只起催化作用
【答案】AD
【知识点】酶的作用及机理、有氧呼吸过程、基因、蛋白质与性状的关系、DNA 重组技术的基本工具
【详解】A、DNA 聚合酶催化脱氧核苷酸间形成磷酸二酯键（合成DNA），限制酶水解磷酸二酯键（切
割DNA），二者作用的化学键相同但作用方向相反，A 正确；
B、有氧呼吸第一阶段在细胞质基质进行（需多种酶催化），第二阶段在线粒体基质（需三羧酸循环相关
酶），第三阶段在线粒体内膜（需电子传递链酶系），各阶段酶种类不同，B 错误；
C、圆粒豌豆因淀粉分支酶正常合成支链淀粉（吸水膨胀），皱粒豌豆因该酶异常导致直链淀粉积累，吸
水量少，因而表现皱缩，C 错误；
D、在酶参与的生命活动中，酶只起催化作用，通过降低化学反应活化能实现，D 正确。
故选AD。
9．（2026·湖南·一模）生物学很多实验用到了酒精。下列有关实验中对酒精的叙述，正确的是（ ）
A．在绿叶中色素的提取和分离的实验中，要用到体积分数为50%的酒精，作用是洗去浮色
考点3
光合作用、光合作用与呼吸作用的综合
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B．在低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中，体积分数为95%的酒精的作用只是和盐酸配成解离
液，对分生区细胞解离
C．在研究土壤中小动物类群的丰富度的实验中，采集的小动物必须放入体积分数为70%的酒精中，才
能再观察和分类
D．在DNA 的粗提取与鉴定的实验中，要用到体积分数为95%的冷酒精，作用是析出DNA，将DNA
与一些蛋白质分离
【答案】D
【知识点】绿叶中色素的提取和分离实验、低温诱导植物染色体数目的变化实验、群落的物种组成以及丰
富度的相关探究实验、DNA 的粗提取及鉴定
【详解】A、绿叶中色素的提取和分离实验中，使用无水乙醇（或95%酒精加无水碳酸钠除水）提取色素，
作用是溶解光合色素；体积分数50%的酒精洗去浮色是脂肪检测实验的操作，A 错误；
B、低温诱导植物细胞染色体数目变化的实验中，95%的酒精除了和盐酸配制成解离液解离分生区细胞外，
还可用于冲洗经卡诺氏液固定后的根尖，B 错误；
C、研究土壤中小动物类群丰富度时，70%的酒精可对小动物起到固定、防腐的作用，适合长期保存后分
类观察，但若进行活体临时观察，可将小动物置于湿润棉花上，并非必须放入酒精中，C 错误；
D、DNA 不溶于酒精，而部分蛋白质杂质可溶于酒精，DNA 粗提取与鉴定实验中使用95%的冷酒精可以
析出DNA，实现DNA 与部分蛋白质的分离，D 正确。
10．（2026·湖南岳阳·一模）细胞正常的生活离不开物质的相互转化，图中甲、乙代表物质，①②代表过
程。下列叙述错误的是（ ）
A．若甲为O2，乙为H2O，则①伴随着ATP 的生成
B．若甲为NADP+，乙为NADPH，则①伴随着水的分解
C．若甲为ATP，乙为ADP，则②可发生在叶绿体基质
D．若甲为葡萄糖，乙为乳酸，则②可发生在人体肝脏
【答案】C
【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、有氧呼吸过程
【详解】A、若甲为O2，乙为H2O，①过程表示有氧呼吸第三阶段，该过程伴随着ATP 的合成，A 正确；
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B、若甲为NADP+，乙为NADPH，①过程表示光反应过程中NADPH 的合成，该过程伴随着水的光解，B
正确；
C、若甲为ATP，乙为ADP，叶绿体基质中进行暗反应，需要消耗ATP，应该发生①过程，C 错误；
D、若甲为葡萄糖，乙为乳酸，②过程属于糖异生作用，该过程可以发生在肝脏，也可以发生在肌肉等组
织中，D 正确。
故选C。
(不定项) 11．（2026·湖南岳阳·一模）微藻是地球碳循环的重要驱动者，其光合电子传递链是收集光能进
行碳代谢的关键环节，主要包含线性（LET）和环式（CET）电子传递两种途径，具体过程如图所示，下
列叙述错误的是（ ）
A．LET 途径中，由H2O 提供电子，NADPH 接受电子
B．叶绿体基质中的H⁺借助Cytb6f 以主动运输方式进入类囊体腔
C．CET 途径可为卡尔文循环提供相应的化学能和还原力
D．干旱胁迫下，推测光合电子传递过程以LET 途径主导
【答案】ACD
【知识点】主动运输、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化
【详解】A、LET 途径中，由H2O 提供电子，NADP+接受电子，生成NADPH，A 错误；
B、Cytb₆f 复合体在电子传递过程中，利用电子传递的能量，将H⁺从叶绿体基质主动泵入类囊体腔，建立
质子梯度，属于主动运输，B 正确；
C、环式电子传递（CET）途径中，电子仅在光系统Ⅰ（PSⅠ）和Cytb₆f 复合物之间循环，不会产生
NADPH，只能通过H⁺梯度合成ATP。而卡尔文循环需要的还原力（NADPH）只能由LET 途径提供，C 错
误；
D、干旱胁迫下，植物气孔关闭，CO₂ 供应不足，卡尔文循环受抑制，NADP⁺的再生减少。此时植物会以
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环式电子传递（CET）为主，通过合成ATP 来满足自身需求，同时避免光损伤，D 错误。
故选ACD。
(不定项) 12．（2026·湖南益阳·一模）利用不同质量分数的NaCl 溶液对盐敏感水稻IR29 和不同品种的海
水稻（FL478、JX99 和Pokkali）进行盐胁迫处理，分别测定叶绿素和可溶性糖的含量，结果如图所示。下
列叙述错误的是（ ）
注: 各组NaCl 溶液的质量分数为CK（0g/ kg）、T1（1g/ kg）、T2（3g/ kg）、T3（5g/ kg）
A．该实验的自变量为NaCl 溶液的质量分数
B．与 IR29 对比可知盐胁迫提高了JX99 的叶绿素含量
C．最不适合种植在盐碱地的海水稻品种是FL478
D．若将IR29 细胞置于某浓度的 NaCl 溶液出现失水现象，最终细胞液浓度可能与外界相等
【答案】AB
【知识点】细胞的吸水和失水、影响光合作用的因素、验证性实验与探究性实验
【详解】A、据图可知，该实验的自变量为NaCl 溶液的质量分数和水稻的品种，并非只有NaCl 溶液的质
量分数，A 错误；
B、由图可知，JX99 的叶绿素含量会随NaCl 溶液浓度的增加而减少，说明盐胁迫会降低JX99 的叶绿素含
量，相同质量分数的NaCl 溶液的盐胁迫下JX99 叶绿素含量高于IR29，B 错误；
C、从图中叶绿素和可溶性糖质量分数的柱形图可知，FL478 在盐胁迫下叶绿素和可溶性糖质量分数相对
较低，所以最不适合种植在盐碱地的海水稻品种是FL478，C 正确；
D、若将IR29 细胞置于某浓度的NaCl 溶液中出现失水现象，当细胞不再失水时，细胞液浓度可能与外界
溶液浓度相等（此时细胞内外渗透压平衡），D 正确。
故选AB。
13．（2026·湖南长沙·一模）在植物体内，制造或输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于
生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物，其植株最后长出的、位于最上部的叶片称
为旗叶（如图所示），旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答以下问题。
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(1)旗叶是小麦最重要的“源”，与其他叶片相比，旗叶光合作用更具有优势的环境因素是________，且为
适应光反应更好进行，旗叶的叶肉细胞中叶绿体会有更多________的堆叠。
(2)光合产物从“源”向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是
________（答一点）。
(3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。为指导田间管理和育种，科研人员对小麦旗叶在不同时期的光合特
性指标与籽粒产量的相关性进行了研究，结果如表所示。表中数值代表相关性，数值越大，表明当前时期
该指标对籽粒产量的贡献越大。
表：不同时期旗叶光合特性指标与籽粒产量的相关性
①根据表中数据，在________期旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大。在小麦的品种选育中，针对灌浆后
期和末期，应优先选择旗叶________的品种进行进一步培育。
②进一步研究发现，若去掉一部分正在发育的籽粒后，旗叶的光合速率会下降，试分析原因：________。
(4)若研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系，以下研究思路合理的有________（多选）。
A．阻断旗叶有机物的输出，检测籽粒产量的变化
B．阻断籽粒有机物的输入，检测旗叶光合作用速率的变化
C．使用
14CO2饲喂旗叶，检测籽粒中含
14C 的有机物的比例
D．使用H18
2O 浇灌小麦，检测籽粒中含
18O 的有机物的比例
【答案】(1)光照强度 类囊体
(2)蔗糖是非还原性糖，化学性质稳定（或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对较小）
(3)灌浆前期 叶绿素含量高 籽粒是“库”，去掉部分籽粒后，旗叶（“源”）合成的有机物输出
量减少，导致旗叶中有机物积累，反馈抑制了光合作用的进行
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(4)ABC
【知识点】细胞中的糖类综合、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素
【详解】（1）据图可知：旗叶靠近麦穗最上端，能接受较多的光照，故与其他叶片相比，旗叶光合作用
更有优势的环境因素是光照强度。为适应光反应更好进行，旗叶的叶肉细胞中叶绿体会有更多的类囊体堆
叠，因为类囊体是光反应的场所。
（2）蔗糖是非还原糖，化学性质更稳定，不易被氧化分解；或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对较
小。
（3）①据表格数据可知：灌浆前期气孔导度最大，即此时对籽粒产量的影响最大。据表格可知：灌浆后
期和末期，叶绿素含量指数最高，对于光合速率影响较大，故应优先选择旗叶叶绿素含量高的品种进行进
一步培育。
②去掉一部分正在发育的籽粒后，作为 “库” 的籽粒减少，对光合产物（蔗糖）的需求和接纳量下降，
旗叶（“源”）合成的有机物输出量减少，导致光合产物在旗叶（“源”）中积累，反馈抑制光合作用相
关酶的活性，进而使旗叶光合速率下降。
（4） 据题干信息可知：本实验为“研究小麦旗叶与籽粒的“源”“库”关系”，且据以上分析可知，
“源”物质可转移至“库”，也可用于自身生长发育等，故可从阻断向库的运输及检测自身物质方面入手：
AB、阻断旗叶有机物的输出，检测籽粒产量的变化、阻断籽粒有机物的输入，检测旗叶光合作用速率的
变化均为阻断向“库”的运输后检测的效果，AB 正确；
CD、使用
14CO2饲喂旗叶，检测籽粒中含
14C 的有机物的比例为检测自身的有机物变化，而检测有机物的
变化一般不用
18O 进行，因为光合作用中H2
18O 中的
18O 主要产生了
18O2，C 正确，D 错误。
14．（2026·湖南·一模）在干旱环境中，C4植物（如玉米）相对于C3植物（如水稻、椰子）光合速率更高。
C4 植物区别于C3植物的特点有：光合作用部分途径存在差异如图所示（其中CO2与酶1 的亲和力显著高
于酶2)，叶脉的间距更小、密度更大。回答下列问题：
(1)图中展示的是玉米光合作用的____阶段。据图分析：玉米光合作用中碳元素从外界转移到有机物的具体
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途径为____（用图中文字和箭头表示）；若酶1 的活性降低，则短时间内将导致氧化型辅酶II 的含量____
（填“升高”或“降低”）；玉米相对于水稻，在干旱环境中，光合速率更高的原因是____。
(2)研究人员受C4植物启发，在水稻中找到一种叶脉密度显著增大的突变型，测定相关参数，结果如下：
参数
野生型水稻
突变型水稻
叶脉密度（条·mm-1）
5.1
8.2
光合速率
（μmol·m-2·s-1）
12.5
15.9
突变基因表达的蛋白
质变化（只在某位置
的一个氨基酸）
谷氨酰胺
赖氨酸
突变型水稻的相关基因发生了碱基的____，突变型水稻光合速率更高的原因是____。
(3)今年2 月27 日某报社报道：经机构检测，4 款宣称100%椰子水且配料表仅标注“椰子水”的产品，均
被检出含外源糖（不来自原料本身的糖）。本次检测的基本原理是：C4植物与C3植物的光合作用途径存在
差异，最终造成C3植物中
13C 更少、
12C 更多，检测产品的碳同位素比值，可判断是否添加了外源糖。请分
析这种方法检测100%椰子水的优缺点：____。
【答案】(1)暗反应/碳反应 CO2→C4→CO2→C3→(CH2O) 降低 干旱环境中，气孔导度下降，
吸收CO2减少(胞间CO2浓度低)；而玉米有酶1，(与CO2亲和力强)可利用低浓度CO2
(2)替换 叶脉密度更大，运输能力更强，避免光合产物积累抑制光合作用；气孔导度更大，吸收CO2
更多(胞间CO2浓度更高)，光合速率更大
(3)椰子是C3植物，可检测出椰子水中是否添加来自C4植物的外源糖，但不能检测出是否添加来自C3植物
的外源糖
【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素、环境条件骤变时光合作
用过程中各种物质含量变化规律、基因突变
【详解】（1）图中涉及CO2的固定和C3的还原，属于光合作用的暗反应（碳反应）阶段。C4植物的碳转
移途径为：CO2先与PEP 结合形成C4，C4分解释放CO2，CO2与C5结合形成C3，C3被还原为（CH2O）。
若酶1 活性降低，导致CO2固定减少，C3生成量下降，NADPH 的消耗减少，短时间内氧化型辅酶Ⅱ
（NADP+）的生成减少，含量降低。干旱环境中，气孔导度下降，导致吸收的CO2减少，胞间CO2 浓度低；
而玉米有酶1，该酶与CO2亲和力强，可利用低浓度CO2，因此光合速率更高。
（2）突变基因表达的蛋白质仅一个氨基酸改变，说明基因发生了碱基替换（碱基增添/缺失会导致多个氨
基酸改变）。由表可知，突变型水稻叶脉密度增大，提升了光合产物和原料的运输能力，避免光合产物积
累抑制光合作用，且气孔导度增大，使CO2吸收量增加，胞间CO2浓度升高，暗反应速率加快，因此光合
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速率更高。
（3）该方法利用C3和C4植物的碳同位素比值差异检测，椰子是C3植物，因此能检测出椰子水中是否添加
来自C4植物的外源糖，但无法检测出C3植物源外源糖（碳同位素比值无差异）。
15．（2026·湖南益阳·一模）光系统是叶绿体中光合色素和蛋白质的复合体。当光照过强时，植物吸收的
光能会超过光合作用所能利用的量，致使电子积累过多而产生活性氧，使得光系统变性失活，最终引起光
能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。中国科学院科学家团队对光抑制现象及施加铁氰化钾的影响开
展了研究。请回答下列问题：
时间
光强（μmol·m⁻2·s-1）
最大光化学效率（Fv/Fm）
6:00
50
0.8
8:00
250
0.78
10:00
1260
0.7
12:00
1700
0.65
14:00
1800
0.6
16:00
750
0.7
18:00
100
0.78
注：最大光化学效率与光系统对光能的转化效率呈正相关
(1)光系统吸收光能后，将能量储存在______中用于 C₃ 的还原，C₃ 被还原后有两个代谢途径，分别形成了
______。
(2)图中膜A 和膜B 依次为______。据图分析，铁氰化钾可以______（填“缓解”或“强化”）植物的光抑
制现象。
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(3)某植物在不同光强下的最大光化学效率如表所示，据表分析，短期的强光对光系统是否造成严重损伤，
依据是什么?______。
(4)为了探究E 蛋白和F 蛋白对光系统中D 蛋白含量的调控机理所 进行的实验显示：若E 蛋白缺失会导致
D 蛋白含量降低，而F 蛋白缺失或两种蛋白同时缺失时D 蛋白含量没有明显下降。请将“E 蛋白”、“F
蛋白”填入方框中，在括号中填入“促进”或“抑制”，完善D 蛋白的调控机理______。
【答案】(1) ATP、NADPH C5、糖类
(2)叶绿体膜、类囊体薄膜 缓解
(3)未造成严重损伤，强光胁迫后最大光化学效率在弱光恢复时能够恢复到接近正常水平
(4)
【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素、光合作用原理的应用、
光合作用的实质和意义
【分析】光合作用：（1）光反应阶段：水光解产生NADPH 和氧气，ADP 和Pi 结合形成ATP。（2）暗
反应阶段：二氧化碳和五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物在ATP 和NADPH 的作用下，还原成
五碳化合物，同时ATP 水解成ADP 和Pi。
【详解】（1）光系统吸收光能后，可转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能，ATP 和NADPH 可用于暗反
应中 C₃ 的还原，C₃ 被还原后可形成C5、糖类等有机物。
（2）由图可知，膜B 可利用光能发生水的光解，因此膜B 为类囊体薄膜，膜A 可将叶绿体中的NADPH
运输到细胞质基质，NADPH 再在细胞膜上的NADPH 氧化酶的催化下分解，因此可推测，膜A 为叶绿体
膜。当光照过强时，植物吸收的光能会超过光合作用所能利用的量，致使电子积累过多而产生活性氧，使
得光系统变性失活，最终引起光能转化效率降低。由图可知，强光下生成NADPH 运输到细胞质基质，细
胞膜上的铁氰化钾（NADPH 氧化酶）使NADPH 分解为NADP+，同时把电子泵出细胞膜，生成的
NADP+通过叶绿体膜运输到叶绿体内，去消耗过多的电子，从而缓解植物的光抑制现象。
（3）最大光化学效率与光系统对光能的转化效率呈正相关，由表格数据可知，短期的强光对光系统未造
成严重损伤，强光胁迫后最大光化学效率在弱光恢复时能够恢复到接近正常水平。
（4）由题意可知，F 蛋白缺失时D 蛋白含量没有明显下降，可知F 蛋白可抑制D 蛋白的合成，而E 蛋白
缺失会导致D 蛋白含量降低，可推测，E 蛋白可抑制F 蛋白的作用，从而影响D 蛋白的含量，因此D 蛋白
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的调控机理：
16．（2026·湖南株洲·一模）我国科学家将ATP 合成酶和光系统Ⅱ重组到磷脂囊泡上，制备光合细胞器。
通过异柠檬酸脱氢酶（IDH）、乌头酸酶（ACO）和ATP 柠檬酸裂解酶（ACL）的级联，建立了从α-酮戊
二酸到乙酰辅酶A 的碳固定途径，如下图所示。回答下列问题：
(1)光合细胞器发生的反应与自然光合作用光反应的区别是__________________。
(2)IDH、ACO、ACL 三种酶能依次催化级联反应与酶的_________（答特性）有关。
(3)研究人员在光照下测定了囊泡b 内pH 值与ATP 生成量、光合固碳效率的关系。结果显示ATP 生成量会
随pH 值升高而升高，结合上图分析，其原因是较高溶液pH 值会使光合细胞器磷脂膜内外_________升高，
从而推动ATP 合成酶合成ATP。从理论上，ATP 含量的增加会促进乙酰辅酶A 和草酰乙酸的生成，但结果
显示，pH 值大于7 后，光合固碳效率反而下降，原因是_________。
(4)与自然界光合生物的碳固定相比，该人工系统固定CO2的优势是_________（答出三点）。
【答案】(1)不产生NADPH
(2)专一性
(3) H⁺浓度差（质子梯度） pH 过高使IDH、ACO、ACL 等酶活性降低
(4)不受生物生长周期限制、可持续运行、可人工调控优化、不消耗固定的有机物用于自身呼吸
【知识点】酶的特性、光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化
【分析】PSI 和PSⅡ参与光合作用的光反应，说明PSI 和PSII 分布在叶绿体的类囊体薄膜上。光合作用包
括光反应和暗反应，光反应中H2O 分解为O2和H+，同时光反应还产生了NADPH 和ATP，用于暗反应C3
的还原过程。
【详解】（1）自然光合作用光反应中H2O 分解为O2和H+，同时光反应还产生了NADPH 和ATP，分析题
图可知，光合细胞器发生的反应不产生NADPH。
（2）酶具有专一性和高效性，IDH、ACO、ACL 三种酶能依次催化级联反应与酶的专一性有关。
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（3）研究人员在光照下测定了囊泡b 内pH 值与ATP 生成量、光合固碳效率的关系。结果显示ATP 生成量
会随pH 值升高而升高，结合上图分析可知，ATP 合成与H⁺顺浓度梯度跨膜运输有关，较高溶液pH 值会
使光合细胞器磷脂膜内外H⁺浓度差（质子梯度）升高，从而推动ATP 合成酶合成ATP。从理论上，ATP
含量的增加会促进柠檬酸生成乙酰辅酶A 和草酰乙酸，但结果显示，pH 值大于7 后，光合固碳效率反而
下降，原因是pH 过高使IDH、ACO、ACL 等酶活性降低。
（4）与自然界光合生物的碳固定相比，该人工系统固定CO2的优势是不受生物生长周期限制、可持续运
行、可人工调控优化、不消耗固定的有机物用于自身呼吸。
17．（2026·湖南怀化·一模）高温强光下，光合吸收的光能超出自身最大利用能力时，就容易使PSⅡ（光
合色素与蛋白结合的复合体）受损，致使光合速率降低，称为“光抑制”现象。光抑制现象严重影响作物
产量。
(1)叶绿体中，PSⅡ的分布场所为____。
(2)叶绿体psbA 基因编码的D1 蛋白是PSⅡ的核心蛋白。科研人员使用凝胶电泳技术检测不同光照条件下
的D1 相对含量，结果如图1 所示，分析可知：____。
(3)进一步研究发现，高温或强光会造成叶绿体内活性氧（ROS）的大量累积，攻击叶绿素和PSⅡ反应中心
中的D1 蛋白，使得D1 极易受到破坏；同时，ROS 积累显著抑制psbA mRNA 的翻译，影响D1 蛋白的从
头合成，因此D1 蛋白含量减少。
为提高PSⅡ的修复效率，科学家将原本位于叶绿体基因组的D1 蛋白编码基因（psbA），与编码转运肽的
DNA 片段及高温响应启动子连接，构建成图2 所示的融合基因，并将其导入水稻的核基因组中，从而获得
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了转基因水稻。
分析以上资料，回答下列问题：
①该研究建立的D1 蛋白合成“双途径”机制是指转基因植物细胞中具有内源和外源的两种psbA 基因在不
同部位进行____。
②转基因水稻在受到高温胁迫时，核基因组中的psbA 基因表达优势为____（选择并正确排序表达）
a．响应高温信号及时启动表达 b．在叶绿体中高效转录和翻译
c．定向转运至叶绿体 d．精确定位并整合至类囊体膜
③为验证“核编码的D1 蛋白能成功补充并修复叶绿体中的PSⅡ”，研究者利用叶绿体蛋白质合成抑制剂林
可霉素处理野生型与转基因水稻幼苗。实验结果发现，转基因幼苗的生长受抑制程度显著低于野生型。请
分析该实验的设计逻辑：使用林可霉素的目的是模拟____；实验结果____（填“支持”或“不支持”）实
验结论。
【答案】(1)类囊体（薄膜）（或基粒）
(2)强光下，D1 蛋白含量降低
(3)转录、翻译（或表达） acd 高温胁迫下叶绿体中翻译过程受(ROS 积累)抑制 支持
【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素、基因表达载体的构建、
验证性实验与探究性实验
【分析】叶绿体呈扁平的椭球形或球形，具有双层膜，主要存在绿色植物叶肉细胞里，叶绿体是植物进行
光合作用的细胞器，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”，含有叶绿素和类胡萝卜素，还有
少量DNA 和RNA，叶绿素分布在基粒片层的膜上．在片层结构的膜上和叶绿体内的基质中，含有光合作
用需要的酶；叶绿体是半自主细胞器。
【详解】（1）PSⅡ是光合色素与蛋白结合的复合体，故 PSⅡ 的分布场所为类囊体（薄膜）（或基粒）。
（2）科研人员使用凝胶电泳技术检测不同光照条件下的D1 相对含量，由凝胶电泳结果可知，与适宜光照
（CK）相比，较强光照（W2）条件下D1 蛋白的条带更浅，说明其相对含量更低，因此可得出结论：强
光下，D1 蛋白含量降低。
（3）①D1 合成双途径是指转基因植物细胞中既有内源的叶绿体基因组中的psbA 基因，也有外源转入的
细胞核基因组中的psbA 基因，因为两基因的转录和翻译的部位均不相同。
②通过基因工程手段，将原本位于叶绿体的基因“转移”到细胞核，首先，基因在细胞核内被高温信号特
异性激活并转录；接着，翻译出的蛋白质前体凭借其携带的“地址标签”（信号肽）被运送到叶绿体；最
后，蛋白质在叶绿体内被送达并安装到其工作的精确位置——类囊体膜上的PSⅡ复合体。这一策略的优势
在于，它巧妙地规避了高温下叶绿体内活性氧（ROS）对D1 蛋白翻译过程的抑制，通过建立这条新的
“核途径”，确保了在逆境下修复光合机构的关键原料（D1 蛋白）能够持续、充足地供应，从而显著提
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高了水稻的光合效率、高温抗性和产量。因此，答案为acd。
③叶绿体蛋白质合成抑制剂林可霉素特异性抑制叶绿体自身（内源）的D1 蛋白合成，模拟题干信息中
“高温胁迫下，ROS 积累显著抑制psbA mRNA 的翻译”；实验结果能够支持结论：当叶绿体途径受阻时，
核编码的D1 蛋白能够被成功转运至叶绿体，并发挥功能，维持PSⅡ修复和植物生长。
18．（2026·湖南岳阳·一模）玉米以宽窄行模式种植时，植株在宽行侧的光照条件较好；而窄行侧由于相
互遮荫，光能受限，叶片的光合能力降低。在这种异质性光（植株不同部位受到的光照条件不同）下，宽
行侧叶片的光合能力通常会增强，以补偿窄行侧叶片光合能力的降低，即表现出光合补偿现象。回答下列
问题：
(1)评估叶片光合能力的大小，可通过测量______指标实现（答1 点）。
(2)当植株生长至第6 片叶可见时，选取长势一致的植株随机分成两组（如图），一组继续置于自然光照下
作为同质性光对照（PC）。另一组的植株使用遮阳网（透光率为25%）对第1、3、5 片叶一侧进行遮光处
理，另一侧置于自然光照下即异质性光处理（LH）。待最新叶第6 片叶完全展开后，用打孔器对两组第6
片叶叶片中段进行取样，测定相关光合指标，取样时应避开叶片的______。为探究异质性光下未遮光侧叶
片对遮光侧的光合补偿机制，应增设一组对照组（NC），其设计为______，待第6 片叶完全展开后，用打
孔器对LH 组和NC 组的第5 片叶的叶片中段取样测定，理由是______。
(3)玉米叶片中的蔗糖一方面可通过TSTs 蛋白转运至液泡中，另一方面通过SUTs 蛋白导入至筛管。研究发
现，在LH 处理下，某玉米品种未遮光侧叶片与PC 组比较，TSTs 基因的相对表达量上升，SUTs 基因的表
达量降低，这将导致______，进而使光合补偿受到限制。结合上述信息，从光合产物分配的角度分析，可
通过______使玉米增产。
【答案】(1)
吸收速率/
释放速率/有机物积累速率/单位时间内圆形小叶片上浮的数目
(2) 大叶脉 用透光率为25%的遮阳网对所有叶片进行遮光 LH 组和PC 组测定的第6 片叶是最新
叶，依据单一变量原则，LH 组和NC 组作为对比的新叶是第5 片叶
(3)蔗糖输出受阻，在叶片中逐渐积累 提高SUTs 基因的表达水平，促进光合产物向籽粒运输
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【知识点】光反应、暗（碳）反应的物质变化和能量变化、影响光合作用的因素
【分析】影响光合作用强度的因素：①外因：光照强度，温度，CO2浓度，矿质元素，水分等。②内因：
酶的种类、数量、活性，叶面指数等。
【详解】（1）光合能力反映的是叶片光合作用的强度，可通过测量以下指标实现： CO₂ 吸收速率（净光
合速率的常用指标，反映叶片从外界吸收 CO₂ 的速率） O₂ 释放速率（净光合速率的另一常用指标，反映
叶片释放 O₂ 的速率） 有机物积累速率（反映光合作用产物的积累情况） 单位时间内圆形小叶片上浮的
数目（通过叶圆片上浮法，间接反映光合产 O₂ 的速率）。
（2）取样时应避开叶片的大叶脉：因为叶脉主要起运输和支撑作用，不含或极少含叶绿体，会影响光合
指标测定的准确性。对照组（NC）的设计：用透光率为 25% 的遮阳网对所有叶片进行遮光处理。理由是
LH 组和 PC 组测定的第 6 片叶是最新叶，而 LH 组和 NC 组作为对比时，新叶是第 5 片叶（LH 组
第 6 片叶完全展开后，第 5 片叶是最新的未被预先遮光处理的叶片）。依据单一变量原则，只有让 NC
组所有叶片都遮光，才能保证 LH 组（部分遮光）和 NC 组（全部遮光）的唯一变量是 “未遮光侧叶片
是否存在”，从而准确探究异质性光下未遮光侧叶片对遮光侧的光合补偿机制。
（3）TSTs 负责将蔗糖转运至液泡，SUTs 负责将蔗糖导入筛管（向籽粒运输）。TSTs 上升会使更多蔗
糖进入液泡储存，SUTs 下降则使蔗糖向筛管输出受阻，最终导致蔗糖输出受阻，在叶片中逐渐积累，进
而抑制光合作用，使光合补偿受限。增产措施：从光合产物分配的角度，可通过提高 SUTs 基因的表达水
平，促进光合产物向籽粒运输，减少叶片中蔗糖的积累，从而使玉米增产。
19．（2026·湖南邵阳·一模）下图是上海青叶片肉细胞内光合作用的部分过程。字母表示相关物质，甲乙
代表相关结构，①~②代表相关过程。
(1)光合色素位于_________（填“甲”或“乙”），②过程的场所是_______。
(2)图中的B 和E 物质分别是__________，研究发现，相对于自然光，黄光照射时植物光合作用速率减慢，
科学家推测黄光可能导致叶绿素含量减少，对_________光的吸收明显减少。为验证该结论，可在黄光和
自然光条件下分别培养上海青，一段时间后提取并分离叶绿体色素，通过比较两组滤纸条从上到下第
_______条色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生变化。
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(3)镉（Cd）是一种土壤中污染范围广的重金属，H2S 是目前公认的一种气体信号分子，能有效缓解Cd 胁
迫对光合作用的危害，为验证该结论并探究其机理，进行了相关实验，结果如下图所示。（注：CK 为对
照组）
上图中，甲乙处理分别是_________，请写出H2S 缓解镉胁迫的机理：_______。
【答案】(1)甲 叶绿体基质
(2) ADP、NADPH 红光和蓝紫光 3、4
(3) H2S、Cd+ H2S H2S 通过提高植物的叶绿素含量和提高RuBP 羧化酶活性来缓解镉胁迫
【知识点】光合色素的种类、含量及功能、绿叶中色素的提取和分离实验、影响光合作用的因素、验证性
实验与探究性实验
【分析】光合作用的过程：光反应阶段：①水的光解②ATP 的合成；碳反应阶段：①二氧化碳的固定②二
氧化碳的还原；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、石英砂和碳酸钙；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）甲是类囊体膜，是光反应的场所，光合色素分布在此。则光合色素位于甲。②过程是暗反
应中C3的还原，场所是叶绿体基质（乙）。
（2）图中B 是ADP，E 是NADPH（光反应的产物，用于暗反应C3的还原）。叶绿素主要吸收红光和蓝
紫光，黄光照射时植物光合作用速率减慢，推测是叶绿素对红光、蓝紫光的吸收明显减少。叶绿体色素分
离后，滤纸条上的色素带从上到下依次是胡萝卜素（①）、叶黄素（②）、叶绿素a（③）、叶绿素b
（④），因此通过比较③、④条色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否变化。
（3）实验目的是验证H2S 能缓解Cd 胁迫对光合作用的危害，对照组（CK）为正常处理，Cd 组为镉胁迫
处理，乙组为Cd+H2S 处理组，甲组为H2S 单独处理组。H2S 缓解Cd 胁迫的机理：H2S 能提高叶绿素含量，
增强光反应；同时提高Rubisco 酶活性，促进暗反应，从而提高光合速率，缓解Cd 对光合作用的抑制。
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