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专题03 物质运输和能量供应（4 大高频考点）
考点1．主动运输和被动运输
考查方式：
该部分内容的命题以选择题为主。高考题目涉及的知识点主要是各种物质
跨膜运输的方式及特点，常以特定细胞或细胞器中多种物质协同转运的文字或
图例为情境，考查考生利用教材知识准确辨析这些物质跨膜运输的特点，进而
判断其运输类型。针对核心素养的考查主要是建立“物质与功能观”，建立渗
透作用在生产生活中应用的社会责任。主要考查逻辑推理与论证、析图识图、
图文转换等能力。
高考试题：
1-1 渗透作用与质壁分离及其复原
高考试题：
1． (2023·全国甲卷，4) 探究植物细胞的吸水和失水实验是高中学生常做的实
验。某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液，清水处
理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所
提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表
示实验结果的是（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】AB、用30%蔗糖处理之后，细胞失水，原生质体和液泡的体积都会减
小，细胞液浓度上升；用清水处理之后，细胞吸水，原生质体和液泡体积会扩
大，细胞液浓度下降，AB 错误。CD、随着所用蔗糖浓度上升，当蔗糖浓度超
过细胞液浓度之后，细胞就会开始失水，原生质体和液泡的体积下降，细胞液
浓度上升，故C 正确，D 错误。
1
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2． (2022·全国甲卷，2) 植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、
b、c 三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓
度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a 未发生变化；
②细胞b 体积增大；③细胞c 发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖
溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是
( )
A．水分交换前，细胞b 的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度
B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b＞细胞a＞细胞c
C．水分交换平衡时，细胞c 的细胞液浓度大于细胞a 的细胞液浓度
D．水分交换平衡时，细胞c 的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度
【答案】C
【解析】由题可知，水分交换达到平衡时细胞 b 体积增大，说明在水分交换前，
细胞 b 的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，水从外界进入细胞 b 内，A
正确。由题可知，水分交换达到平衡时细胞 a 未发生变化，说明细胞 a 的细
胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度；细胞 b 体积增大，说明在水分交换前，细
胞 b 的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度，水从外界进入细胞 b 内；细胞
c 发生质壁分离，说明在水分交换前，细胞 c 的细胞液浓度小于外界蔗糖溶液
的浓度，水从细胞流出，故细胞 b 的细胞液浓度＞外界蔗糖溶液＝细胞 a 的细
胞液浓度＞细胞 c 的细胞液浓度，B 正确；水分交换平衡时，细胞 c 的细胞
液浓度等于外界溶液浓度，由于细胞 c 细胞液的水分进入外界蔗糖溶液，因此
水分交换平衡时，外界蔗糖溶液浓度下降，细胞 a 与原本的外界蔗糖溶液浓度
相等，因此细胞 c 的细胞液浓度小于细胞 a 的细胞液浓度，C 错误；水分交
换时，没有发生溶质的交换，则水分交换平衡时，细胞 c 的细胞液浓度等于外
界溶液浓度，D 正确。
3． (2022·湖南卷，10) 原生质体(细胞除细胞壁以外的部分)表面积大小的变化
可作为质壁分离实验的检测指标。用葡萄糖基本培养基和NaCl 溶液交替处理某
假单孢菌，其原生质体表面积的测定结果如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．甲组NaCl 处理不能引起细胞发生质壁分离,表明细胞中NaCl 物质的量浓度
丙组：1.5 mol·L-1
Cl
甲组：0.3 mol·L-1NaCl
乙组：1.0 mol·L-1 NaCl
2
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≥0.3 mol·L-1
B．乙、丙组NaCl 处理皆使细胞质壁分离，处理解除后细胞即可发生质壁分离
复原
C．该菌的正常生长和吸水都可导致原生质体表面积增加
D．若将该菌先65℃水浴灭活后，再用NaCl 溶液处理，原生质体表面积无变化
【答案】A
【解析】分析甲组结果可知，随着培养时间延长，与0 时(原生质体表面积大约
为0.5 μm2)相比，原生质体表面积逐渐增大，甲组NaCl 处理不能引起细胞发生
质壁分离，说明细胞吸水，表明细胞中物质的量浓度＞0.3 mol·L-1，但不一定
是细胞内NaCl 物质的量浓度＞0.3 mol·L-1，A 错误；分析乙、丙组结果可知，
与0 时(原生质体表面积大约分别为0.6 μm2、0.75 μm2)相比，乙、丙组NaCl 处
理后原生质体表面积略有下降，说明乙、丙组NaCl 处理皆使细胞质壁分离，处
理解除后细胞即可发生质壁分离复原，B 正确；该菌正常生长时，细胞由小变
大可导致原生质体表面积增加，该菌吸水也会导致原生质体表面积增加，C 正
确；若将该菌65 ℃水浴灭活，细胞死亡，原生质层失去选择透过性，再用
NaCl 溶液处理，原生质体表面积无变化，D 正确。
1-2 物质出入细胞的方式
4． (2023·全国甲卷，1) 物质输入和输出细胞都需要经过细胞膜。下列有关人
体内物质跨膜运输的叙述，正确的是（ ）
A. 乙醇是有机物，不能通过自由扩散方式跨膜进入细胞
B. 血浆中的K+进入红细胞时需要载体蛋白并消耗ATP
C. 抗体在浆细胞内合成时消耗能量，其分泌过程不耗能
D. 葡萄糖可通过主动运输但不能通过协助扩散进入细胞
【答案】B
【解析】A、乙醇是有机物，与细胞膜中磷脂相似相溶，可以通过扩散方式进
入细胞，A 错误；B、血浆中K+量低，红细胞内K+含量高，逆浓度梯度为主动
运输，需要消耗ATP 并需要载体蛋白，B 正确；C、抗体为分泌蛋白，分泌过
程为胞吐，需要消耗能量，C 错误；D、葡萄糖进入小肠上皮细胞等为主动运输，
进入哺乳动物成熟的红细胞为协助扩散，D 错误。
5． (2023·山东卷，2) 溶酶体膜上的H+载体蛋白和Cl-/H+转运蛋白都能运输
H+，溶酶体内H+浓度由H+载体蛋白维持，Cl-/H+转运蛋白在H+浓度梯度驱动下，
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运出H+的同时把Cl-逆浓度梯度运入溶酶体。Cl-/H+转运蛋白缺失突变体的细胞
中，因Cl-转运受阻导致溶酶体内的吞噬物积累，严重时可导致溶酶体破裂。下
列说法错误的是（ ）
A. H+进入溶酶体的方式属于主动运输
B. H+载体蛋白失活可引起溶酶体内的吞噬物积累
C. 该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得到及时清除
D. 溶酶体破裂后，释放到细胞质基质中的水解酶活性增强
【答案】D
【解析】A、Cl-/H+转运蛋白在H+浓度梯度驱动下，运出H+的同时把Cl-逆浓度
梯度运入溶酶体，说明H+浓度为溶酶体内较高，因此H+进入溶酶体为逆浓度运
输，方式属于主动运输，A 正确；B、溶酶体内H+浓度由H+载体蛋白维持，若
载体蛋白失活，溶酶体内pH 改变导致溶酶体酶活性降低，进而导致溶酶体内
的吞噬物积累，B 正确；C、Cl-/H+转运蛋白缺失突变体的细胞中，因Cl-转运受
阻导致溶酶体内的吞噬物积累，该突变体的细胞中损伤和衰老的细胞器无法得
到及时清除，C 正确；D、细胞质基质中的pH 与溶酶体内不同，溶酶体破裂后，
释放到细胞质基质中的水解酶可能失活，D 错误。
6． (2023·湖南卷，14) （多选）盐碱化是农业生产的主要障碍之一。植物可通
过质膜H+泵把Na+排出细胞，也
可通过液泡膜H+ 泵和液泡膜
NHX 载体把Na+转入液泡内，
以维持细胞质基质Na+稳态。下
图是NaCl 处理模拟盐胁迫，钒
酸钠（质膜H+ 泵的专一抑制
剂）和甘氨酸甜菜碱（GB）影
响玉米Na+的转运和相关载体活
性的结果。下列叙述正确的是（
）
A. 溶质的跨膜转运都会引起细
胞膜两侧渗透压的变化
B. GB 可能通过调控质膜H+泵活性增强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累
C. GB 引起盐胁迫下液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜H+泵活性有关
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D. 盐胁迫下细胞质基质Na+排出细胞或转入液泡都能增强植物的耐盐性
【答案】BD
【解析】A、溶质的跨膜转运不一定都会引起细胞膜两侧的渗透压变化，如正
常细胞为维持渗透压一直在进行的跨膜转运，再如单细胞生物在跨膜转运时，
细胞外侧渗透压几乎很难改变，A 错误；B、对比分析上两个题图可知，NaCl
胁迫时，加GB 使Na+外排显著增加，钒酸钠处理抑制了质膜H+泵后，NaCl 胁
迫时，加GB 使Na+外排略微增加，说明GB 可能通过调控质膜H+泵活性来增
强Na+外排，从而减少细胞内Na+的积累，B 正确；C、对比分析下两个题图可
知，NaCl 胁迫时，加GB 使液泡膜NHX 载体活性明显增强，而液泡膜H+泵活
性几乎无变化，所以GB 引起盐胁迫时液泡中Na+浓度的显著变化，与液泡膜
NHX 载体活性有关，而与液泡膜H+泵活性无关，C 错误；D、由题意可知，植
物通过质膜H+泵把Na+排出细胞，也可通过液泡膜NHX 载体和液泡膜H+泵把
Na+转入液泡内，以维持细胞质基质Na+稳态，增强植物的耐盐性，D 正确。
7. （2023·湖北卷，15） 心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体（转
入Na+的同时排出Ca2+），两者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度
升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该
药物对心肌细胞的作用，下列叙述正确的是（ ）
A. 心肌收缩力下降
B. 细胞内液的钾离子浓度升高
C. 动作电位期间钠离子的内流量减少
D. 细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强
【答案】C
【解析】ACD、细胞膜上的钠钙交换体（即细胞内钙流出细胞外的同时使钠离
子进入细胞内）活动减弱，使细胞外钠离子进入细胞内减少，钙离子外流减少，
细胞内钙离子浓度增加，心肌收缩力加强，AD 错误，C 正确；B、由于该种药
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物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵，导致K+内流、Na+外流减少，故细胞
内钠离子浓度增高，钾离子浓度降低，B 错误。
8. (2022·山东卷，3)NO3
-和NH4
+是植物利用的主要无机氮源，NH4
+的吸收由根
细胞膜两侧的电位差驱动，NO3
-的吸收由H＋浓度梯度驱动，相关转运机制如下
图所示。铵肥施用过多时，细胞内NH4
+的浓度增加和细胞外酸化等因素引起植
物生长受到严重抑制的现象称为铵毒。下列说法正确的是
( )
A．NH4
+通过AMTs 进入细胞消耗的能量直接来自ATP
B．NO3
-通过SLAH3 转运到细胞外的方式属于被动运输
C．铵毒发生后，增加细胞外的NO3
-会加重铵毒
D．载体蛋白NRT1.1 转运NO3
-和H＋的速度与二者在膜外的浓度呈正相关
【答案】B
【解析】由题干信息可知，NH4
+的吸收是根细胞膜两侧的电位差驱动的，消耗
的能量不是直接来自ATP，A 错误。由图可知，NO3
-进入根细胞膜由H+的浓度
梯度驱动，是逆浓度梯度进行的，所以NO3
-通过SLAH3 转运到细胞外是顺浓
度梯度运输，属于被动运输，B 正确。铵毒发生后，H+在细胞外增多，增加细
胞外的NO3
-可以促使H＋向细胞内转运，减少细胞外的H+，从而减轻铵毒，C
错误。据图可知，载体蛋白NRT1.1 转运NO3
-属于主动运输，主动运输的速率
与其浓度无必然关系；运输H+属于协助扩散，协助扩散的速率在一定范围内与
其浓度呈正相关，超过一定范围后不成比例，D 错误。
9. (2021·河北卷，4)人体成熟红细胞能够运输O2和CO2，其部分结构和功能
如图，①~⑤表示相关过程。下列叙述错误的是（ ）
A.血液流经肌肉组织时，气体A 和B 分别是CO2和O2
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B.①和②是自由扩散，④和⑤是协助扩散
C.成熟红细胞通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP,为③提供能量
D.成熟红细胞表面的糖蛋白处于不断流动和更新中
【答案】D
【解析】A、根据题意可知，红细胞能运输O2和CO2，肌肉细胞进行有氧呼吸
时，消耗O2，产生CO2，可以判断气体A 和B 分别是CO2和O2，A 正确；B、
①和②表示气体进出红细胞，一般气体等小分子进出细胞的方式为自由扩散，
④是载体蛋白运输葡萄糖进入红细胞，顺浓度梯度，不需要消耗能量，为协助
扩散，⑤是H2O 通过水通道蛋白进入红细胞，属于协助扩散，B 正确；C、③
为红细胞通过消耗能量主动吸收K+排出Na+，成熟红细胞没有线粒体，不能进
行有氧呼吸，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，为③提供能量，C 正确；
D、成熟红细胞没有核糖体，不能再合成新的蛋白质，细胞膜上的糖蛋白不能
更新，糖蛋白存在于细胞膜的外表面，由于细胞膜具有流动性，其表面的糖蛋
白处于不断流动中，D 错误。
10． (2022·全国乙卷，29) 农业生产中，农作物生长所需的氮素可以NO3
-的形
式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的作物乙根细胞吸收NO3
-
的速率与O2浓度的关系如图所示。回答下列问题。
(1)由图可判断NO3
-进入根细胞的运输方式是主动运输，
判断的依据是
。
(2) O2 浓度大于a 时作物乙吸收NO3
-速率不再增加，
推测其原因：
。
(3)作物甲和作物乙各自在NO3
-最大吸收速率时，作物甲根细胞的呼吸速率大于
作物乙判断的依据是
。
(4)据图可知，在农业生产中，为促进农作物根对NO3
-的吸收利用，可以采取的
措施
(答出1 点即可）。
【答案】（1）主动运输需要呼吸作用提供能量，O2浓度小于a 点，根细胞对
NO3
-的吸收速率与O2浓度呈正相关 (2)主动运输需要载体蛋白，此时载体
蛋白数量达到饱和 (3)甲的NO3
-最大吸收速率大于乙，甲需要能量多，消
耗O2多 (4)定期松土
【解析】（1）主动运输是低浓度向高浓度运输，需要能量的供应、需要载体蛋
白协助，由图可知，当氧气浓度小于a 点时，随着O2浓度的增加，根细胞对
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NO3
-的吸收速率也增加，说明根细胞吸收NO,需要能量的供应，为主动运输。
(2)主动运输需要能量和载体蛋白，呼吸作用可以为主动运输提供能量，O2浓度
大于a 时作物乙吸收NO3
-的速率不再增加，能量不再是限制因素，此时影响根
细胞吸收NO3
-速率的因素是载体蛋白的数量，此时载体蛋白数量达到饱和。(3)
曲线图分析，当甲和乙根细胞均达到最大的NO3
-的吸收速率时，甲的NO3
-最大
吸收速率大于乙，说明甲需要能量多，消耗O2多，甲根部细胞的呼吸速率大于
作物乙。(4)在农业生产中，为了促进根细胞对矿质元素的吸收，需要定期松土，
增加土壤中的含氧量，促进根细胞的有氧呼吸，为主动运输吸收矿质元素提供
能量。
考点2．细胞呼吸的过程及影响因素
考查方式：
该部分内容的命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境多样，
以下两种居多：一是大学教材中有氧呼吸；二是科学家所做的一种或多种环境
因素对呼呼过程影响的实验数据表或坐标曲线图。考查考生对呼吸过程基础知
识的识记和对图表数据的分析推理。针对核心素养的考查主要是建立“对立统
一、结构决定功能”的观点，建立细胞呼吸在生产实践中应用的社会责任。主
要考查逻辑推理与论证、科学探究、图表分析等能力。
高考试题：
1．(2023·广东卷，7) 在游泳过程中，参与细胞呼吸作用并在线粒体内膜上作
为反应物的是（ ）
A．还原型辅酶I B．丙酮酸 C．氧化型辅酶I D．二氧化碳
【答案】A
【详解】游泳过程中主要以有氧呼吸提供能量，有氧呼吸的第一阶段和第二阶
段都产生了[H],这两个阶段产生的[H]在第三阶段经过一系列的化学反应，在线
粒体内膜上与氧结合生成水，这里的[H]是一种简化的表示方式，实际上指的是
还原型辅酶I，A 正确。
2．(2023·山东卷，4) 水淹时，玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能
量供应不足，使液泡膜上的H+转运减缓，引起细胞质基质内H+积累，无氧呼吸
产生的乳酸也使细胞质基质pH 降低。pH 降低至一定程度会引起细胞酸中毒。
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细胞可通过将无氧呼吸过程中的丙酮酸产乳酸途径转换为丙酮酸产酒精途径，
延缓细胞酸中毒。下列说法正确的是（ ）
A. 正常玉米根细胞液泡内pH 高于细胞质基质
B. 检测到水淹的玉米根有CO2的产生不能判断是否有酒精生成
C. 转换为丙酮酸产酒精途径时释放的ATP 增多以缓解能量供应不足
D. 转换为丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]增多以缓解酸中毒
【答案】B
【详解】A、玉米根细胞由于较长时间进行无氧呼吸导致能量供应不足，使液
泡膜上的H+转运减缓，引起细胞质基质内H+积累，说明细胞质基质内H+转运
至液泡需要消耗能量，为主动运输，逆浓度梯度，液泡中H+浓度高，正常玉米
根细胞液泡内pH 低于细胞质基质，A 错误；B 、玉米根部短时间水淹，根部
氧气含量少，部分根细胞可以进行有氧呼吸产生CO2，检测到水淹的玉米根有
CO2的产生不能判断是否有酒精生成，B 正确；C、转换为丙酮酸产酒精途径时，
无ATP 的产生，C 错误；D、丙酮酸产酒精途径时消耗的[H]与丙酮酸产乳酸途
径时消耗的[H]含量相同，D 错误。
3．(2023·山东卷，17) 某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2
吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，
下列说法正确的是（ ）
A. 甲曲线表示O2吸收量
B. O2浓度为b 时，该器官不进行无氧呼吸
C. O2浓度由0 到b 的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加
D. O2浓度为a 时最适合保存该器官，该浓度下葡萄糖消耗速率最小
【答案】BC
【解析】A、分析题意可知，图中横坐标是氧气浓度，据图可知，当氧气浓度
为0 时，甲曲线仍有释放，说明甲表示二氧化碳的释放量，乙表示氧气吸收量，
A 错误；B、O2浓度为b 时，两曲线相交，说明此时氧气的吸收量和二氧化碳的
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释放量相等，细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，故此时植物只进行有氧呼
吸，不进行无氧呼吸，B 正确；C、O2浓度为0 时，植物只进行无氧呼吸，氧气
浓度为a 时，植物同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，氧气浓度为b 时植物只进行
有氧呼吸，故O2浓度由0 到b 的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加，
C 正确；D、O2浓度为a 时并非一定最适合保存该器官，因为无氧呼吸会产生酒
精，不一定能满足某些生物组织的储存，且该浓度下葡萄糖的消耗速率一定不
是最小， 据图，此时气体交换相对值 CO2为0.6，O2为0.3，其中CO2有0.3 是
有氧呼吸产生，0.3 是无氧呼吸产生。 按有氧C6 : O2 : CO2=1:6:6，无氧呼吸
C6:CO2=1:2，算得C6（葡萄糖）的相对消耗量为0.05+0.15=0.2。 而无氧呼吸消
失点时，O2和CO2的相对值为0.6，算得C6 的相对消耗量为0.1，明显比a 点时
要低！所以a 点时葡萄糖的消耗速率一定不是最小，D 错误。
4．(2023·全国乙卷，3) 植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无
氧条件下，某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋
势如图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 在时间a 之前，植物根细胞无CO2释放，只进行无氧
呼吸产生乳酸
B. a~b 时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和
CO2的过程
C. 每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP 比产生乳酸时的多
D. 植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
【答案】C
【解析】A、植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放，图
示在时间a 之前，植物根细胞无CO2释放，分析题意可知，植物可通过呼吸代
谢途径的改变来适应缺氧环境，据此推知在时间a 之前，只进行无氧呼吸产生
乳酸，A 正确；B、a 阶段无二氧化碳产生，b 阶段二氧化碳释放较多，a~b 时
间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程，是植物通过呼吸途径
改变来适应缺氧环境的体现，B 正确；C、无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧
呼吸，都只在第一阶段释放少量能量，第二阶段无能量释放，故每分子葡萄糖
经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP 和产生乳酸时相同，C 错误；D、酒精跨膜
运输方式
自由扩散，该过程不需要消耗ATP，D 正确。
5．(2023·全国乙卷，7) 植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构
成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在
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光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收
K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需
的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下
列问题。
（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______（答出2 点即可）等生
理过程。
（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是_______。
（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一
步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓
度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是_______。
（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光
照射下气孔_______（填“能”或“不能”）维持一定的开度。
【答案】（1）光合作用和呼吸作用
（2）叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光
合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨涨，气孔开放
（3）蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压
上升，细胞吸水膨胀，气孔张开 （4）不能
【解析】(1)气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸腾
作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔开
闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的有
机物，使细胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。
(3)题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高了细
胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱和红
光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。
(4)光反应可为暗反应的进行提供ATP 和还原性氢，某种除草剂能阻断光合作用
的光反应，暗反应因缺少能量和还原性氢不能进行，导致光合速率下降，合成
的有机物减少，导致保卫细胞渗透压下降，吸水能力下降，气孔开度减小，故
在使用除草剂的条件下，给与光照不能使气孔维持一定的开度。
6．(2022·山东卷，4) 植物细胞内10%～25%的葡萄糖经过一系列反应，产生
NADPH、CO2和多种中间产物，该过程称为磷酸戊糖途径。该途径的中间产物
可进一步生成氨基酸和核苷酸等。下列说法错误的是
( )
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A．磷酸戊糖途径产生的NADPH 与有氧呼吸产生的还原型辅酶不同
B．与有氧呼吸相比，葡萄糖经磷酸戊糖途径产生的能量少
C．正常生理条件下，利用14C 标记的葡萄糖可追踪磷酸戊糖途径中各产物
的生成
D．受伤组织修复过程中所需要的原料可由该途径的中间产物转化生成
【答案】C
【解析】有氧呼吸产生的还原型辅酶是NADH(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还
原态)，磷酸戊糖途径产生的NADPH 是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸化的衍生物，
两种辅酶不同，A 正确；磷酸戊糖途径的主要意义是为有氧呼吸和无氧呼吸建
立联系，植物细胞内只有10%～25%的葡萄糖参与反应，该过程产生的NADPH
等多种中间产物为其他过程提供原料，未能彻底氧化，所以释放能量比较少，
B 正确；磷酸戊糖途径中各产物并非都含有来自葡萄糖的碳元素，例如H＋最终
传递给NADP＋的过程，无法用14C 跟踪，C 错误；磷酸戊糖途径的中间产物可
进一步生成氨基酸和核苷酸等，所以受伤组织修复过程中所需要的原料可由该
途径的中间产物转化生成，D 正确。
7．(2022·全国甲卷，4) 线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经
常运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的
叙述，错误的是（ ）
A.有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP
B.线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程
C.线粒体中的丙酮酸分解成CO2 和[H]的过程需要O2 的直接参与
D.线粒体中的DNA 能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
【答案】C
【解析】A、有氧呼吸的第一阶段场所是细胞质基质，第二、三阶段在线粒体，
三个阶段均可产生ATP,故有氧呼吸时细胞质基质和线粒体都可产生ATP,A 正确；
B、线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，该阶段氧气和[H]反应生成水，该
过程需要酶的催化，B 正确；C、丙酮酸分解为CO2 和[H]是有氧呼吸第二阶段，
场所是线粒体基质，该过程需要水的参与，不需要氧气的参与，C 错误；D、线
粒体是半自主性细胞器，其中含有少量DNA,可以通过转录和翻译控制蛋白质
的合成，D 正确。
8．(2022·山东卷，16) (不定项）在有氧呼吸第三阶段，线粒体基质中的还原型
辅酶脱去氢并释放电子，电子经线粒体内膜最终传递给O2,电子传递过程中释放
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的能量驱动H 从线粒体基质移至内外膜间隙中，随后H+经ATP 合酶返回线粒
体基质并促使ATP 合成，然后与接受了电子的O2结合生成水。为研究短时低温
对该阶段的影响，将长势相同的黄瓜幼苗在不同条件下处理，分组情况及结果
如图所示。已知DNP 可使H+进入线粒体基质时不经过ATP 合酶下列相关说法
正确的是（ ）
A.4℃时线粒体内膜上的电子传递受阻
B.与25℃时相比，4℃时有氧呼吸产热多
C.与25℃时相比，4℃时有氧呼吸消耗葡萄糖的量多
D.DNP 导致线粒体内外膜间隙中H+浓度降低，生成的ATP 减少
【答案】BCD
【解析】A、与25℃相比，4℃耗氧量增加，根据题意，电子经线粒体内膜
最终传递给氧气，说明电子传递未受阻，A 错误；BC、与25℃相比，短时间低
温4℃处理，ATP 合成量较少，耗氧量较多，说明4℃时有氧呼吸释放的能量较
多的用于产热，消耗的葡萄糖量多，BC 正确；D、DNP 使H 不经ATP 合酶返
回基质中，会使线粒体内外膜间隙中H 浓度降低，导致ATP 合成减少，D 正确。
考点3．光合作用的基本过程
考查方式：
该部分内容的命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境多样，
主要大学教材中光合作用过程的文字或图解。考查考生对光合作用过程基础知
识的识记和对图表数据的分析推理。针对核心素养的考查主要是建立“对立统
一、结构决定功能”的观点，建立光合作用在生产实践中应用的社会责任。主
要考查逻辑推理与论证、科学探究、图表分析等能力。
高考试题：
1．(2023·全国乙卷，2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列
有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
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A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D. 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
【答案】D
【解析】A、叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成
叶绿素分子的重要元素，A 正确；B、光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合
色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B 正确；
C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸
收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C 正确；D、叶绿体中的色素在层析液中的溶解度
越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D 错误。
2．（2023·湖北卷，18） 高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使
植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1℃，水稻、小麦等作物减产
约3%~8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是（ ）
A. 呼吸作用变强，消耗大量养分
B. 光合作用强度减弱，有机物合成减少
C. 蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D. 叶绿素降解，光反应生成的NADH 和ATP 减少
【答案】D
【解析】A、高温使呼吸酶的活性增强，呼吸作用变强，消耗大量养分，A 正
确；B、高温使气孔导度变小，光合作用强度减弱，有机物合成减少，B 正确；
C、高温使作物蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫，C 正确；D、高温使作物
叶绿素降解，光反应生成的NADPH 和ATP 减少，D 错误。
3. （2023·湖南卷，17）（2023·湖南卷）下图是水稻和玉米的光合作用暗反应
示意图。卡尔文循环的Rubisco 酶对CO2的Km为450μmol·L-1（K 越小，酶对底
物的亲和力越大）,该酶既可催化RuBP 与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催
化RuBP 与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反
应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶
肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束
鞘细胞的叶绿体主要与ATP 生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用
PEPC 酶（PEPC 对CO2 的Km 为7μmol·L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与
CO2反应生成C4,固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2,再进行卡尔文循环。
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回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 （填具体名称）,该产物
跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 （填“葡萄糖”，“蔗糖”或“淀
粉”）后，再通过 长距离运输到其他组织器官。
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 （填"高
于"或"低于"）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 （答出三
点即可）。
（3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中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。其原因可能是 （答出三点即可）。
【答案】（1） ①. 3-磷酸甘油醛 ②. 蔗糖 ③. 维管组织
（2） ①. 高于 ②. 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米
的PEPC 酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco 酶更高；玉米能通过PEPC 酶生成
C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸
（3）酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP 以及NADPH 等
物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
【解析】（1）玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但
其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固
定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油
醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运
输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。
（2）干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC
酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco 酶更高；玉米能通过PEPC 酶生成C4，使维
管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内
的光合产物通过维管组织及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，
玉米的光合作用强度高于水稻。
（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的
CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响；在光饱和条件下如果
光合作用强度没有明显提高，可能是水稻的酶活性达到最大，对CO2的利用率
不再提高，或是受到ATP 和NADPH 等物质含量的限制，也可能是因为蓝细菌
是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
4．（2023·全国甲卷，29）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液
中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。
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（1）叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体
等其他细胞器分离，可以采用的方法是 （答出1 种即可）。叶绿体中光
合色素分布 上，其中类胡萝卜素主要吸收 （填“蓝紫光”，
“红光”或“绿光”）。
（2）将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下
悬浮液中不能产生糖，原因是 。
（3）叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有
淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。
【答案】（1） 差速离心 类囊体（薄）膜 蓝紫光
（2）悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光
反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP 和NADPH，所以无法形成
糖类。
（3）思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，两组植物应均进
行饥饿处理（置于黑暗中一段时间消耗有机物），甲组放置在有光条件下，乙
组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙
两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。结果：甲组匀浆出
现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
【解析】（1）植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分
布在类囊体膜上，光合色素叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸
收蓝紫光。
（2）光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，
无法为暗反应提供原料ATP 和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。
（3）要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中
淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲乙两组，先进行饥饿处理，
排除原有淀粉的干扰。之后甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同
的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲乙两组的叶绿体，需要脱
绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期的结果：甲组匀浆出现蓝色，
有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
5．（2021·全国乙卷，29）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊
的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸
储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光
合作用。回答下列问题。
(1)白天叶肉细胞产生ATP 的场所有
。光合作用所需的CO2来源
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于苹果酸脱羧和
释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既
能防止
，又能保证正常进行。
(3)若以pH 作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特
殊的CO2固定方式。（简要写出实验思路和预期结果）
【答案】（1）细胞质基质、线粒体、叶绿体（类囊体薄膜） 细胞呼吸
（2）蒸腾作用丢失大量水分 光合作用（暗反应）
（3）实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B 两组并于夜晚
测定其细胞液pH 值，将A 组置于干早条件下培养，B 组置于水分充足的条件下
培养，其它条件保持相同且适宜，一段时间后，分别测定A、B 两组植物夜晚
细胞液的pH 值并记录。
预期结果：A 组pH 值小于B 组，且B 组pH 值实验前后变化不大，说明植物甲
在干早环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
【详解】（1)白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱胺释放的
CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光
合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP 中，有氧呼吸三阶段都能
产生能量合成ATP,因此叶肉细胞能产生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体（线
粒体基质和线粒体内膜）、叶绿体类囊体薄膜，光合作用为有氧呼吸提供有机
物和氧气，反之，细胞呼吸（呼吸作用）产生的二氧化碳也能用于光合作用暗
反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸（或呼吸作用）
释放的CO2。
(2)由于环境干早，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，
气孔白天关闭能防止白天因温度较高蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，
晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定以保证光合作用等生命活动的正常进行。
(3)该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干早，由于夜间气孔打开吸收二
氧化碳，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH 降低，故可通过检测液泡的
pH 验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH 值。
实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B 两组并于夜晚测定
其细胞液pH 值，将A 组置于干旱条件下培养，B 组置于水分充足的条件下培养，
其它条件保持相同且适宜，一段时间后，分别测定A、B 两组植物夜晚细胞液
的pH 值并记录。
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考点4．环境因素对光合作用速率的影响
考查方式：
该部分内容的命题以非选择题为主，属于年年必考的题目。试题情境多样，
以下两种居多：一是大学教材中光合作用过程的文字或图解；二是科学家所做
的一种或多种环境因素对光合作用过程影响的实验数据表或坐标曲线图。考查
考生对光合作用过程基础知识的识记和对图表数据的分析推理。针对核心素养
的考查主要是建立“对立统一、结构决定功能”的观点，建立细胞呼吸和光合
作用在生产实践中应用的社会责任。主要考查逻辑推理与论证、科学探究、图
表分析等能力。
高考试题：
1.（2023·全国乙卷，2）植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下
列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是（ ）
A. 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B. 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C. 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D. 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢
【答案】D
【解析】A、叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成
叶绿素分子的重要元素，A 正确；B、光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合
色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B 正确；
C、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸
收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C 正确；D、叶绿体中的色素在层析液中的溶解度
越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D 错误。
2. （2023·湖北卷，8）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ
光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，
PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光
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能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC 蛋白激酶的催化。下
列叙述错误的是（ ）
A. 叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强
B. Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C. 弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D. PSⅡ光复合体分解水可以产生H+、电子和O2
【答案】C
【解析】A、叶肉细胞内LHC 蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，
PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强，A 正确；B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其
含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱 ，
B 正确；C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C 错误；D、PSⅡ
光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D 正确。
3．（2023·全国乙卷，29）植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细
胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，
在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸
收K⁺．有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所
需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答
下列问题。
（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______（答出2 点即可）等生
理过程。
（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是_______。
（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一
步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓
度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是_______。
（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光
照射下气孔_______（填“能”或“不能”）维持一定的开度。
【答案】（1）光合作用和呼吸作用
（2）叶绿体中的叶绿素对红光有较高的吸收峰值，红光照射下保卫细胞进行光
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合作用制造有机物，使保卫细胞的渗透压上升，细胞吸水膨涨，气孔开放
（3）蓝光作为信号能促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞渗透压上
升，细胞吸水膨胀，气孔张开 （4）不能
【解析】（1）气孔是植物体与外界气体交换的通道，光合作用、呼吸作用与蒸
腾作用中氧气、二氧化碳和水蒸气都是经过气孔进出植物叶肉细胞的，故气孔
开闭影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生理过程。
（2）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。红光照射下保卫细胞进行光合作用制造的
有机物，使细胞的渗透压，促进保卫细胞吸水，细胞体积膨涨，气孔开放。
（3）题中显示，蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+，提高
了细胞的渗透压，保卫细胞吸水能力增强，体积膨大，气孔开放，因此，在饱
和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大。
（4）光反应可为暗反应
进行提供ATP 和还原性氢，某种除草剂能阻断光合作
用的光反应，暗反应因缺少能量和还原性氢不能进行，导致光合速率下降，合
成的有机物减少，导致保卫细胞渗透压下降，吸水能力下降，气孔开度减小，
故在使用除草剂的条件下，给与光照不能使气孔维持一定的开度。
4．（2023·广东卷，18）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规
栽培时，水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，
但在高密度栽培条件下ygl 产量更高，其相关生理特征见下表和图。（光饱和
点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收
的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。
水稻材
料
叶绿素（mg/g）
类胡萝卜素（mg/g）
类胡萝卜素/叶绿素
WT
4.08
0.63
0.15
ygl
1.73
0.47
0.27
分析图表，回答下列问题：
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（1）ygl 叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和_______，叶片主要吸收可见光
中的_______光。
（2）光照强度逐渐增加达到2000μmol m-2 s-1时，ygl 的净光合速率较WT 更高，
但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可
得ygl________WT（填“高于”、“低于”或“等于”）。ygl 有较高的光补偿
点，可能的原因是叶绿素含量较低和________。
（3）与WT 相比，ygl 叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下
层叶片，且ygl 群体的净光合速率较高，表明该群体________，是其高产的原
因之一。
（4）试分析在0~50μmol m-2 s-1范围的低光照强度下，WT 和ygl 净光合速率的
变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线_________。在此基础上，分
析图a 和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT 和ygl 的净光
合速率，提出一个科学问题________。
【答案】（1） ①. 类胡萝卜素/叶绿素比例上升 ②. 红光和蓝紫
（2） 高于 呼吸速率较高 （3）有机物积累较多
（4） 为什么达到光饱和点时，ygl 的净光合速率高于WT？
【解析】（1）根据表格信息可知，ygl 植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿
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素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝
卜素主要吸收蓝紫光，由ygl 叶色呈黄绿可推测，主要吸收红光和蓝紫光。
（2）根据图a 净光合速率曲线变化可知，WT 先到达光饱和点，即ygl 的光饱
和点高于WT。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b 和图c 可
知，ygl 有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率
较低，且由图c 可知ygl 呼吸速率较高。
（3）净光合速率较高则有机物的积累量较多，更有利于植株生长发育，因此产
量较多。
（4）由于ygl 呼吸速率较高，且有较高的光补偿点，因此在0~50μmol m-2 s-1范
围的低光照强度下，WT 和ygl 的净光合速率如下图：
分析图a 和图示曲线，高光照强度和低光照强度条件下WT 和ygl 的净光合速
率不同，根据两图可提出问题：为什么达到光饱和点时，ygl 的净光合速率高于
WT？
5．（2023 浙江6 月选考，22）植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控
制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量
和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。
分组如下：CK 组（白光）、A 组（红光：蓝光=1：2）、B 组（红光：蓝光
=3：2）、C 组（红光：蓝光=2：1），每组输出的功率相同。
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回答下列问题：
（1）光为生菜的光合作用提供______，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营
养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞
会因______作用失水造成生菜萎蔫。
（2）由图乙可知，A、B、C 组的干重都比CK 组高，原因是______。由图甲、
图乙可知，选用红、蓝光配比为______，最有利于生菜产量的提高，原因是
______。
（3）进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如
图丙所示。由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最
佳，判断依据是______。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以
提高CO2浓度，还可以______，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度
分析，优点还有______。
【答案】（1） 能量 渗透 （2）与CK 组相比，A、B、C 组
使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C 组吸收的
光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高 红光：蓝光=3：2 当
光质配比为B 组（红光：蓝光=3：2）时，植物叶绿素和氮含量都比A 组（红
光：蓝光=1：2）、C 组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物的光合作用，即
B 组植物的光合作用速率大于A 组（红光：蓝光=1：2）、C 组（红光：蓝光
=2：1）两组，净光合速率更大，积累的有机物更多
（3） 在25℃时提高CO2 浓度光合速率增加幅度最高 升高温度
减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生
【解析】（1）植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供
能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足
其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液
浓度，根细胞会因渗透作用失水使植物细胞发生质壁分离，造成生菜萎蔫。
（2）分析图乙可知，与CK 组相比，A、B、C 组的干重都较高。结合题意可知，
CK 组使用的是白光照射，而A、B、C 组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主
要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C 组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积
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累的有机物含量更高，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B 组（红光：
蓝光=3：2）时，植物的干重最高；结合图甲可知，B 组植物叶绿素和氮含量都
比A 组（红光：蓝光=1：2）、C 组（红光：蓝光=2：1）高，有利于植物充分
吸收光能用于光合作用，即B 组植物的光合作用速率大于A 组（红光：蓝光
=1：2）、C 组（红光：蓝光=2：1）两组，有机物积累量最高，植物干重最大，
最有利于生菜产量的增加。
（3）由图可知，在25℃时，提高CO2 浓度时光合速率增幅最高，因此，在
25℃时，提高CO2 浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发
酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2 浓度，还可以升高温度，使光合作用
有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。从农业生态工程角度分析，优点
还有减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生等。
6．（2023·山东卷，21） 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__________。
【答案】（1） 光、H 蛋白 CO2浓度、温度 （2） 不能
强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，能减少强光对
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PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H 蛋白，能对损伤后的PSⅡ进行修复，
故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱
（3）少 突变体的NPQ 强度大，能够减少强光对PSII 的损伤
【解析】
（1）据题意拟南芥的野生型和H 基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实
验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变
量有光照、H 蛋白；影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水
分等。
（2）据图分析，强光照射下突变体的NPQ/相对值比野生型的NPQ/相对值高，
能减少强光对PSⅡ复合体造成损伤。但是野生型含有H 蛋白，能对损伤后的
PSⅡ进行修复，故不能确定强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。
（3）据图分析，强光照射下突变体中NPQ/相对值，而NPQ 能将过剩的光能耗
散，从而使流向光合作用的能量减少；突变体的NPQ 强度大，能够减少强光对
PSII 的损伤且减少作用大于野生型H 蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ
活性高，能为暗反应提供较多的NADPH 和ATP 促进暗反应进行，因此突变体
的暗反应强度高于野生型。
7．(2022·全国乙卷，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适
宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后
保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是( )
A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
【答案】D
【解析】初期容器内CO2浓度较大，光合作用强于呼吸作用，植物吸收CO2释
放O2，使密闭容器内的CO2浓度下降，O2浓度上升，从而使植物光合速率逐渐
降低，呼吸作用逐渐升高，直至两者平衡趋于稳定，此时光合速率等于呼吸速
率，C 错误，D 正确。
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