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压轴题01 光合作用和细胞呼吸
命题预测
细胞代谢是高考试题的常客，选择题和非选择题都会有涉及，因此也是高三复习的重
点，非选择题因分值比较高，重点突破掌握相应的答题模板就显得尤为重要了。细胞代谢的
非选择题常见题型有：判断依据类、原因分析类和结果结论类
预计2025 年命题会继续在上述几个方面进行。另外近几年的高考真题和模拟题中，对于
光合作用和细胞呼吸的考察逐渐加大，不仅针对教材中的基本原理进行考察，同时还会通过
自然界中一些生物的特有的生理现象进行设题
高频考法
（1）光合作用的过程
（2）CO2固定途径的多样性和适应性
（3）影响光合作用和呼吸作用的因素
（4）光合作用和细胞呼吸类实验设计与分析
（5）光呼吸与C4 植物的光合作用
热点题型01 影响光合作用和呼吸作用的因素
植物在冬季来临之前，随着气温的逐渐降低，体内会发生一系列的适应低温的生理变化，抗寒能力逐渐增
强。请回答下列问题：
1
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(1)据图1 可知，随着温度下降，细胞中总含水量下降，但 水含量增多，其意义是 。
(2)已知植物体内脱落酸（ABA）含量的多少与光照有关。据图2 分析，随着秋季日照变短，脱落酸的含量
会逐渐 ，判断依据是 。ABA 可促进气孔关闭，该效应直接影响光合作用的 阶段，导致
为另一阶段提供的 和 减少。
(3)冬季来临，部分植物通过不同程度的休眠来应对寒冷，光照长短可影响植物是否进入休眠，同时影响抗
寒能力。北方在路灯下的树枝更容易受冻害，原因是 。为保护北方路灯附近的植物免受此冻害，
你的建议是 （答出1 点即可）。
【答案】(1) 结合水 代谢降低，植物的抗逆性增强
(2) 增加 图2 光受体缺失突变体ABA 含量升高，所以正常植株光照减少，ABA 含量上升 暗
反应 ADP、Pi NADP+
(3) 路灯下的树枝光照时间长，不能进入休眠期，自由水含量高，容易受冻 减少光照时间，减少
水量供应
【分析】1、细胞内的水以自由水与结台水的形式存在，自由水与结台水可以相互转化,自由水与结合水比
值越高,细胞代谢越旺盛,抗逆性越差,反之则代谢越缓慢，但对植物而言，却增强了植物的抗逆性。
2、分析题图可知，随着温度降低自由水含量逐渐下降,结合水含量逐渐升高，细胞水含量下降,细胞呼吸作
用强度下降。
【详解】（1）随着温度下降，植物吸水减少，总含水量减少，其中结合水含量相对增多，自由水含量减
少，代谢降低，植物的抗逆性增强。
（2）由图2 可知，光受体缺失突变体ABA 含量升高，所以正常植株光照减少，ABA 含量增加。ABA 可
促进气孔关闭，二氧化碳不能进入细胞，该效应直接影响光合作用的暗反应阶段，导致为另一阶段提供的
ADP、Pi、NADP+减少。
（3）北方在路灯下的树枝因为光照时间长，不能进入休眠期，自由水含量高，更容易受冻害。可以通过
减少光照时间，减少水量供应，减少植物体内自由水的含量使植物免受此冻害。
解题技巧
1．光合作用、细胞呼吸的“三率”图分析
图示解读
(1)“三率”的表示方法
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2的释放量或O2的吸收量，即图1 中
A 点。
2
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②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2的释放量、CO2的吸收量或有机物的积累
量，即图1 中的C′C 段对应的CO2的量，也称为表观光合速率。
③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1 中的AD 段对应的CO2总量。
(2)图2 中曲线c 表示净光合速率，曲线d 表示呼吸速率，c＋d 表示总光合速率。在G 点时，总光合速
率是呼吸速率的2 倍。
2．自然环境与密闭环境中一昼夜光合速率变化
热点提醒02 光合作用的过程
蒙顶山茶是中国传统绿茶。茶树是典型的C₃ 植物，具有光呼吸作用。茶树叶片的光合作用对其产量和品质
有重要影响，不同间作模式下茶树叶片生理代谢活动也会随着环境变化而表现出一定差异。研究人员以纯
茶园(CK)、马缨花—茶间作茶园(MT)、冬樱花—茶间作茶园(DT)、核桃——茶间作茶园(HT)4 种种植模式
进行研究得到以下数据。
3
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(1)净光合速率是指单位时间内植物有机物的 。根据结果可知，茶树净光合速率在12：00—14：00
增加的是 模式。研究发现，胞间CO₂ 浓度降低会抑制光呼吸的进行。光呼吸是一种消耗能量和有
机物的过程，其减少可以间接提高光合效率，从而导致净光合速率增加。据图分析茶树净光合速率变化为
该模式的可能原因是 。
(2)根据结果可知，茶树净光合速率在16：00—18：00 时出现大幅度降低，甚至出现了低于0 的值，可能
的原因是 。
(3)茶叶叶肉细胞的 Rubisco 酶具有“两面性”，即在光下叶绿体中的 C₅ 能与CO₂ 形成C₃，当CO₂/O₂ 比
值低时，C₅ 也能与 O₂ 反应形成C₂ 等化合物。C₂ 在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应
完成光呼吸过程。Rubisco 酶的存在场所应为 。为了提高产量，减少不必要的光呼吸损耗，请
设计一种较简单的方法： ，并说明原因： 。
【答案】(1) 积累量 核桃-茶间作茶园(HT) 蒸腾速率增大，为了减小水分散失，气孔导度下
降，胞间CO2 下降，光呼吸强度降低，有机物消耗减少，从而导致净光合速率增加
(2)
16：00—18：00 光照逐渐减弱，光合作用逐渐减弱，甚至低于呼吸作用强度，导致净光合速率为负值
(3) 叶绿体基质 适当升高CO2 浓度 适当升高CO2 浓度一方面使光呼吸速率降低、消耗减少，
另一方面使光合速率增加，有利于提高作物产量
【分析】①分析第一个图可得：在12：00—14：00 时，纯茶园(CK)和马缨花—茶间作茶园(MT)模式的净
光合速率下降，冬樱花—茶间作茶园(DT)模式的净光合速率基本不变，只有核桃——茶间作茶园(HT)模式
净光合速率增加；
②净光合速率是指单位时间内植物植物有机物的积累量，净光合速率=总光合速率-呼吸速率。
【详解】（1）①净光合速率是指单位时间内植物植物有机物的积累量，净光合速率=总光合速率-呼吸速率；
②据第一个图可知，核桃—茶间作茶园(HT)种植模式下，茶树净光合速率增加；
③观察第二个图与第三个图中HT 组的变化情况可得，在12：00—14：00 茶树的蒸腾速率增大，为减少水
分散失，气孔导度也发生下降，因此胞间CO2 下降，结合题目信息可知，胞间CO2 下降使光呼吸减弱，
消耗有机物减少，因此净光合速率增加。
（2）净光合速率=总光合速率-呼吸速率，根据结果可知，茶树净光合速率在16：00—18：00 时出现大幅
度降低，甚至出现了低于0 的值，原因是16：00—18：00 光照逐渐减弱，光合作用逐渐减弱，甚至低于
呼吸作用强度，导致净光合速率为负值。
（3）①根据题目信息可知，Rubisco 酶是暗反应中发挥作用的一种酶，因此Rubisco 酶存在的场所为叶绿
体基质；
②根据题目信息可知，Rubisco 酶的作用取决于CO₂/O₂ 的比值，因此适当升高CO2 浓度能够提高产量，减
少不必要的光呼吸损耗；
4
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③根据题目信息可知，当CO₂/O₂ 比值低时，会发生光呼吸，因此，适当升高CO2 浓度一方面使光呼吸速
率降低、消耗减少，另一方面使暗反应增强，光合速率增加，有利于提高作物产量。
解题技巧
补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
热点题型03 光合作用和细胞呼吸类实验设计与分析
玉米利用CO2的代谢途径如下图1 中①~④所示，Rubisco、PEPC 和ME 是催化相关反应的酶。已知
Rubisco 由多个大亚基（L）和小亚基（S）以特定方式在叶绿体基质中组装而成，L 由叶绿体基因编码，S
由核基因编码。Rubisco 的活性对光合作用强度有重要影响。回答下列问题。
(1)玉米细胞中，参与Rubisco 合成的细胞器有 。
(2)玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞之间有发达的胞间连丝，二者都具有叶绿体，但维管束鞘细胞的叶绿体缺
少基粒结构。④过程所需能量主要由 细胞的光反应提供。③④构成循环，在物质代谢上具有的优
点是 。
(3)PEPC 对CO2的亲和力大约是Rubisco 的60 倍，使玉米在胞间CO2浓度较低时仍可维持较快的光合速率。
有人将PEPC 比作“CO2泵”，结合图1 解释该说法： 。
(4)RAF1 蛋白的功能是辅助Rubisco 的某一种亚基的正确组装，进而促进Rubisco 的组装。研究人员利用野
生型（WT）、RAF1 基因过量表达株（R）、S 基因过量表达株（S）、L 基因过量表达株（L）、S 基因和
RAF1 基因过量表达株（R-S）、三个基因都过量表达植株（R-L-S）在适宜的条件下进行了相关实验，结
果如图2 所示。根据实验结果推测RAF1 蛋白辅助 亚基的正确组装。据图可知，过量合成的
Rubisco 部分没有活性，依据是 。
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【答案】(1)叶绿体、核糖体、线粒体
(2) 叶肉 利用少量的C3 和C5 化合物持续地将CO2 转变为糖类
(3)PEPC 对CO2 亲和力很强，当胞间CO2 浓度较低时，PEPC 仍可以较快速率催化C4 合成；大量C4 在维
管束鞘细胞内ME 的催化下释放 CO2，从而提高CO2 浓度
(4) S R 的Rubisco 含量低于R-S 和R-L-S，但Rubisco 活性却接近
【分析】在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2 和H+等，形成ATP 和
NADPH，于是光能转化成ATP 和NADPH 中的化学能；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。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作
用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作
用而驱动生命世界的运转。
【详解】（1）Rubisco 的化学本质是蛋白质，蛋白质的合成场所是核糖体，且合成过程需要线粒体提供能
量。Rubisco 由多个大亚基（L）和小亚基（S）以特定方式在叶绿体基质中组装而成，因此，玉米细胞中，
参与Rubisco 合成的细胞器有叶绿体、核糖体、线粒体。
（2）④过程表示C3 的还原，所需能量来自光反应产生的ATP 和NADPH，维管束鞘细胞的叶绿体缺少基
粒结构，无法进行光反应，因此④过程所需能量主要由叶肉细胞的光反应提供。③表示CO2 的固定，③④
构成循环，在物质代谢上具有的优点是利用少量的C3 和C5 化合物持续地将CO2 转变为糖类。
（3）由图1 可知，CO2 在PEPC 的作用下先转变为C4，然后在ME 的作用下又转化为CO2。已知PEPC 对
CO2 的亲和力大约是Rubisco 的60 倍，使玉米在胞间CO2 浓度较低时仍可维持较快的光合速率。有人将
PEPC 比作“CO2 泵”，是因为PEPC 对CO2 亲和力很强，当胞间CO2 浓度较低时，PEPC 仍可以较快速
率催化C4 合成；大量C4 在维管束鞘细胞内ME 的催化下释放 CO2，从而提高CO2 浓度。
（4）由图2 左图可知，R、R-S 和R-L-S 中Rubisco 含量均高于其他三组，说明RAF1 蛋白能够促进
Rubisco 的合成，而R-S 和R-L-S 中Rubisco 含量基本相同，说明RAF1 蛋白辅助S 亚基的正确组装。由图
可知，R 的Rubisco 含量低于R-S 和R-L-S，但Rubisco 活性却接近，说明过量合成的Rubisco 部分没有活
性。
解题技巧
6
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热点题型04 光呼吸与C4 植物的光合作用
PSⅠ和PSⅡ是两个光系统，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC 是传递电子的蛋白质。
Rubisco 酶是一个双功能酶，CO2浓度高时，倾向于催化五碳糖和CO2反应，O2浓度高时，倾向于催化五碳
糖和O2反应生成CO2（称为光呼吸）。回答下列问题：
(1)图1 中 （用图1 中的结构表示）含光合色素，光敏色素与光合色素相比主要的区别有 （至少
写出两点）。
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(2)图1 中蛋白质CF0和CF1具有作用，合成ATP 依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度
差增加的过程有 （答三点）。
(3)图中的NADPH 为暗反应提供了 。研究表明Rubisco 酶可催化五碳糖和CO2反应，也可催化五碳糖
和O2反应生成CO2（称为光呼吸），光呼吸会降低光合效率。中午12：00 时，C4植物的光呼吸不明显，
其原因是 。
(4)据以上分析，若通过基因转化技术来提高C3植物强光下的净光合速率，请写出基本的思路 。
【答案】(1) PSII、PSI 光敏色素是蛋白质，光合色素不是蛋白质；光敏色素主要吸收红光和远红
光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光；光敏色素主要分布在植物的分生组织等部位，光合色素主要分布在
叶绿体的类囊体薄膜上
(2)水的光解产生H⁺；电子传递过程中，将H⁺从叶绿体基质运输到类囊体薄膜内侧；NADP⁺与H⁺等结合形
成NADPH，消耗了叶绿体基质中的H⁺
(3) 能量和还原剂 C4 植物叶肉细胞中的PEP 羧化酶对CO2 的亲和力很强，能通过“C4 途径”将
低浓度的CO2 固定并转运到维管束鞘细胞中，使维管束鞘细胞中CO2 浓度较高，抑制了Rubisco 酶催化五
碳糖与O2 的反应
(4)导入能高效表达PEP 羧化酶的基因；导入对CO2 亲和力更强的Rubisco 酶基因
【分析】光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以分为
光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段必须有光才能进行，这个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有两方面用途：一是将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与
NADP+结合生成NADPH，NADPH 作为活泼还原剂，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；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP 与Pi 反应形成ATP，这样光能转化
为储存在ATP 中的化学能。暗反应阶段有光无光都能进行，这一阶段是在叶绿体的基质中进行的，CO2 被
利用，经过一系列反应后生成糖类。
【详解】（1）图中PSII、PSI 含有光合色素，因为PSII 和PSI 是光系统，光反应中吸收光能等过程需要光
合色素参与，而光反应发生在类囊体薄膜上，PSII、PSI 存在于类囊体薄膜上，所以含有光合色素；光敏色
素与光合色素相比主要区别：光敏色素是蛋白质，光合色素不是蛋白质；光敏色素主要吸收红光和远红光，
光合色素主要吸收红光和蓝紫光；光敏色素主要分布在植物的分生组织等部位，光合色素主要分布在叶绿
体的类囊体薄膜上；
（2）蛋白质CF0 和CF1 具有催化ATP 合成的作用。使类囊体薄膜两侧H+浓度差增加的过程有：水的光解
产生H+，增加了类囊体薄膜内侧H+浓度；电子传递过程中，将H+从叶绿体基质运输到类囊体薄膜内侧；
NADP+与H+等结合形成NADPH，消耗了叶绿体基质中的H+，相对增加了类囊体薄膜两侧的H+浓度差；
（3）图中的NADPH 为暗反应提供了能量和还原剂。中午12：00 时，C4 植物的光呼吸不明显，原因是
C4 植物叶肉细胞中的PEP 羧化酶对CO2 的亲和力很强，能通过“C4 途径”将低浓度的CO2 固定并转运到
维管束鞘细胞中，使维管束鞘细胞中CO2 浓度较高，抑制了Rubisco 酶催化五碳糖与O2 的反应，所以光
呼吸不明显；
（4）可以通过基因转化技术导入能高效表达PEP 羧化酶的基因，提高植物固定CO2 的能力，增加细胞内
CO2 浓度，抑制光呼吸；或者导入对CO2 亲和力更强的Rubisco 酶基因，使Rubisco 酶更倾向于催化五碳
糖与CO2 反应，减少光呼吸，从而提高C3 植物强光下的净光合速率。
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解题技巧
情境信息
化新为熟
信息①
联系教材“相关信息”可知，RuBP 即为C5。Rubisco 酶既可催化
C5固定CO2，又能催化C5与O2进行光呼吸。在CO2浓度高时，
有利于进行CO2固定，在O2浓度相对高时，有利于进行光呼吸
信息②
联系光合作用过程可确定，玉米叶肉细胞主要进行光反应和C4的
合成，维管束鞘细胞的叶绿体主要进行卡尔文循环，其过程与水
稻相同。玉米叶肉细胞中PEPC 酶对CO2亲合力高于Rubisco 酶
信息③[设问(1)]
联系教材“相关信息”可知，光合作用的产物有淀粉、蔗糖等，
其中蔗糖可进入筛管，再通过韧皮部运输到植物各处
注：维管束的主要作用是为植物体输导水分、无机盐和有机养料等。
1．（2025·湖南长沙·模拟预测）下图是发生在叶肉细胞内相关膜结构上的代谢过程示意图。请根据所学知
识回答下列问题：
9
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(1)图1、图2 中的膜结构分别是 。
(2)图2 所示膜上 NADH 来自 (填场所)。来自NADH 的电子沿电子传递链传递时，释放出来的能
量驱动途中 (填序号)号转运蛋白转运H⁺从线粒体基质到膜间隙，进而使H⁺以 方式通过
ATP 合成酶，从而合成ATP。
(3)若将该株植物放在一密闭玻璃罩内，用
18O 标记的水浇灌，请写出
18O 最快进入（CH2O）的过程(用文字
加箭头表示，并在箭头上写上相关生理过程)： 。
(4)图2 所示生理过程也能发生在小鼠体内。为研究短时低温对图2 所示阶段的影响，将生理状况相同的小
鼠在不同条件下处理，分组情况及结果如图3 所示。 已知 DNP 不影响电子传递，可使H⁺进入线粒体基
质时不经过ATP 合酶。与25℃相比，4 ℃温度下小鼠体温 (填“上升”“下降”或“不变”)，在
相同时间内有氧呼吸消耗葡萄糖的量更多，请结合图2 和图3 推测此现象可能的原因： 。
【答案】(1)类囊体膜、线粒体内膜
(2) 细胞质基质、线粒体基质 ③ 协助扩散
(3)水→光合作用光反应产生氧气→有氧呼吸第三阶段生成水→有氧呼吸第二阶段进入二氧化碳→光合作用
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暗反应进入（CH₂O）
(4) 上升 4℃温度下，小鼠为维持体温，细胞呼吸增强，耗氧量增加，但由于低温影响了酶的活
性，呼吸作用产生的能量更多以热能形式散失，用于合成ATP 的能量减少，为满足机体对能量的需求，有
氧呼吸消耗葡萄糖的量增加
【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）据图分析，图1 中的膜能发生水的光解，是光反应的场所，故结构可能是类囊体膜；图2 中
的膜结构可能是线粒体内膜，因为线粒体内膜是进行有氧呼吸电子传递链和ATP 合成的主要场所。
（2）图2 所示膜是线粒体内膜，其NADH 来自于呼吸作用的第一阶段和第二阶段，场所是细胞质基质和
线粒体基质；结合图示可知，在电子传递链中，释放的能量驱动复合物I、III、IV 转运H⁺从线粒体基质到
膜间隙；H⁺通过ATP 合成酶的方式是顺浓度梯度进行的，需要蛋白质协助，故方式是协助扩散。
（3）¹⁸ O 标记的水首先通过有氧呼吸第二阶段产生含有标记的二氧化碳，随后在暗反应中，通过CO₂ 固
定和C3 的还原进入有机物（CH₂O），即相关过程是：水→光合作用光反应产生氧气→有氧呼吸第三阶段
生成水→有氧呼吸第二阶段进入二氧化碳→光合作用暗反应进入（CH₂O）。
（4）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，与25℃相比，4 ℃温度下小鼠体温上升；由于DNP 使H⁺不经过ATP 合酶，导致ATP 合
成减少，能量以热能形式散失，因此小鼠需要消耗更多的葡萄糖来产生足够的热量维持正常生命活动。
2．（2025·河南·模拟预测）图1 和图2 为某植物的叶肉细胞的两个代谢过程。图1 中①、②、③、④表示
物质，PSⅠ、PSⅡ是光反应的光合色素一蛋白复合体。图2 中的三羧酸循环是细胞呼吸的重要环节。回答下
列问题：
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(1)图1 所示代谢过程发生的场所是 （填具体部位）。据图分析，如果PSⅡ结构被破坏，②的合成
会受影响，原因是 。
(2)图2 中属于有氧呼吸第一阶段的过程是 （用文字和箭头）。三羧酸循环发生的场所是
（填具体部位），推测三羧酸循环可产生 。
(3)研究发现，某植物在特定环境下，叶片中的有机酸含量会随昼夜变化，这种变化与CO2的固定和释放密
切相关。研究人员将该植物分为两组，一组置于正常昼夜交替环境（对照组），另一组置于持续光照环境
（实验组），其他条件相同且适宜。一段时间后，发现对照组有机酸夜晚积累、白天消耗，植株生长良好；
实验组无此变化，生长状况不如对照组。
①对照组植物叶片夜晚积累有机酸，其意义是 。
②对照组植物叶片白天消耗有机酸，其意义是 。
③据实验结果推测，植物的这种机制可适应 条件。
【答案】(1) 叶绿体的类囊体 PSⅡ结构被破坏，水不能正常分解，无法为NADPH 的合成提供
H+和e-
(2) 葡萄糖→丙酮酸 线粒体基质 CO2、少量能量和[H]
(3) 固定CO2，为白天光合作用储备原料，维持光合作用正常进行 白天分解供能和提供CO2，维
持光合作用，保证生长发育 高温、干旱
【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能有机物，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 进行碳的同化作用，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）图1 是光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体（薄膜）。②是NADPH，由
NADP+接受H⁺和e⁻形成，若PSⅡ结构被破坏，水光解无法正常进行，不能产生H⁺和e⁻，则无法合成
NADPH。
（2）有氧呼吸第一阶段的过程是葡萄糖→丙酮酸。据图2 可知，三羧酸循环发生的场所是线粒体基质，是
有氧呼吸的第二阶段，推测三羧酸循环可产生CO2、少量能量和[H]。
（3）①夜晚光照弱，光合作用无法正常进行，但植物通过积累有机酸来固定CO2，把碳源储存起来，为
白天光照充足时的光合作用准备充足的原料，从而确保光合作用能够顺利开展。
②白天光照充足时，有机酸分解产生能量和CO2，维持光合作用，保证植物正常生长发育，增强对环境的
适应能力。
③据实验结果推测，植物的这种机制可适应高温、干旱环境。
3．（24-25 高三下·江西·阶段练习）同位素标记法广泛应用于生物学的研究中，卡尔文与同事利用探明了
光合作用中的碳固定途径，为了进一步探究
14CO2和哪种物质结合生成C3，卡尔文在反应中将的
14CO2浓度
由1%突然降至0.003%，检测部分物质的含量变化，结果如图所示。回答下列问题：
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(1)图中表示C3和C5的分别是物质 ，在C3和C5之间相互转化时，需要的物质有
。
(2)若300s 后停止光照，短时间内C5含量 ，原因是 。
(3)若给植物提供H2
18O 和CO2，合成的（CH2O）中 （填“能”或“不能”）检测到
18O，原因
是 。
(4)科研人员用含
14N 标记的色氨酸的培养液栽培番茄，在食用番茄的人的血液中检测到¹标记的吲哚乙酸，
原因是 。
【答案】(1) C、B ATP、NADPH、CO2、酶
(2) 下降 若300s 后停止光照，NADPH 和ATP 的合成停止，C3 还原为C5 受阻，而CO2 的固定
形成C3 仍在进行，所以短时间内C5 含量下降
(3) 能 H218O 能参与有氧呼吸第二阶段产生C18O2，C18O2 可参与光合作用暗反应形成
（CH218O）
(4)14N 标记的色氨酸被番茄吸收转变为吲哚乙酸，人食用番茄，吲哚乙酸被吸收进入血液
【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，色素吸收光
照，吸收光能、传递光能，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）当14CO2 浓度突然降低时，CO2 固定生成C3 的反应减弱，C3 含量下降，C5 因消耗减少含
量上升，从图中曲线变化可知，物质C 含量下降，物质B 含量上升，所以表示C3 的是物质C，表示C5 的
是物质B，在C3 和C5 之间相互转化时，对应的是暗反应，包括CO2 的固定和C3 的还原，所以在C3 和
C5 之间相互转化时，需要的物质有ATP、NADPH、CO2、酶。
（2）若300s 后停止光照，短时间内C5 含量下降，原因是若300s 后停止光照，NADPH 和ATP 的合成停
止，C3 还原为C5 受阻，而CO2 的固定形成C3 仍在进行，所以短时间内C5 含量下降。
（3）若给植物提供H218O 和CO2，合成的（CH2O）中能检测到18O，因为H218O 能参与有氧呼吸第二
阶段产生C18O2，C18O2 可参与光合作用暗反应形成（CH218O）。
（4）因为番茄细胞可以吸收培养液中的含14N 标记的色氨酸，色氨酸在番茄细胞内经一系列反应可转变
为吲哚乙酸，人食用番茄后，吲哚乙酸被吸收进入血液，所以在食用番茄的人的血液中能检测到14N 标记
的吲哚乙酸。
4．（2025·江西·二模）光是光合作用的能源，然而光能超过光合系统所能利用的量时，植物会启动自我保
护机制，导致光能转化效率的下降，这被称为光抑制。这种现象主要是由于过剩的光能导致光合机构的过
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度激发，从而引发一系列的反应，包括光保护和光破坏两个方面。光合系统的多层次保护和修复机制如图
1 所示。回答下列问题：
(1)为了适应环境，植物能够控制和调节光能在光系统间的平衡分配：光过多的时候通过 （写出两个
具体途径）以减少光能的吸收。
(2)叶黄素循环的热耗散是其中重要光保护机制之一、叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶
黄素V 和叶黄素Z 可以经过叶黄素A 发生相互转化（叶黄素循环）。图2 为在夏季晴朗的一天中，科研人
员对番茄光合作用相关指标的测量结果，Pn 表示净光合速率，Fv/Fm 表示光合色素对光能的转化效率。
①强光下，叶片内的叶黄素总量基本保持不变。据图2 分析12~14 时，叶黄素种类发生了 （填
“V→A→Z”或“Z→A→V”）的转化，该转化有利于防止光损伤；根据IFv/Fm 比值变化推测，上述转化过
程引起光反应效率 （填“下降”或“上升”），进而影响碳同化。
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②紫黄质脱环氧化酶（VDE）是催化上述叶黄素转化的关键酶，该酶定位于类囊体膜内侧，在酸性环境中
具有较高活性。在12~14 时，较强的光照促进产生
；同时，
借助质子传递体由 转运至 ，
从而产生维持VDE 高活性的pH 条件。
(3)光合复合体Ⅱ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1 是其核心蛋白。在光能过剩时活
性氧（ROS）的大量积累可直接破坏D1 蛋白且抑制其合成，被破坏的D1 降解后，空出相应的位置，新合
成的D1 占据相应位置，光系统Ⅱ得以修复。为探究高温胁迫对植物光合速率的影响机理，研究者进行了
如下实验：以野生型番茄植株为实验材料进行探究，在实验第3 天时测定相关实验数据，如表所示（R 酶
参与碳反应）。
组
别
温度
气孔导度
（mol·m2·s1）
O2释放速率
（μmol·m2·s1）
胞间CO2浓度
（μmol·mol-1）
R 酶活性
（U·mL-1）
甲
25℃
99．2
11．8
282
172
乙
40℃
30．8
1．1
403
51
①光合复合体Ⅱ位于叶绿体的 ，该复合体由蛋白质、电子传递体和 组成，其吸收的能量用于光
反应阶段。
②高温胁迫下，番茄植株光反应速率减慢，分析其原因可能是： （写出两点）。
【答案】(1)形态上或代谢上的变化，如减少叶面积、叶绿体移动、减少光合色素含量或反应中心数量、在
叶表面形成表面物质、改变叶片与光的角度等途径
(2) V→A→Z 下降 叶绿体基质 类囊体腔
(3) 类囊体薄膜 光合色素 R 酶活性下降，暗反应速率下降，光反应速率下降
【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，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，随后，一些接受能量并被还原的三碳化合物在酶的作用下，经过一系列反应转化成糖类，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，这些五碳化合物又可以参与二氧化碳
的固定。
【详解】（1）植物通过形态上或代谢上的变化减少光能的吸收，如减少叶面积、叶绿体移动、减少光合
色素含量或反应中心数量、在叶表面形成表面物质、改变叶片与光的角度等途径以减少光能的吸收。有的
植物叶片会形成毛茸茸的结构阻止强光直射，还有表面的角质层、蜡层都可以一定程度上减少光直接照射
到叶片里。还有的植物会形成很小的叶片，比如仙人掌的刺（其实就是它的叶子）不仅可以减少水分的散
失，也能减少光的吸收。
（2）①强光下，叶片内的叶黄素总量基本保持不变。由题干信息可知，依照光照条件的改变，植物体内
的叶黄素V 和叶黄素Z 可以经过叶黄素A 发生相互转化，在12~14 点间，（（A+Z）与（V+A+Z）的比值
上升，说明发生V→A→Z 的转化，导致A+Z 增加，V+A+Z 基本不变。根据Fv/Fm 比值在12~14 时下降推
测，上述转变过程能使部分光能转变为热能散失，引起光反应生成ATP 和NADPH 的效率下降，进而影响
碳同化。
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②紫黄质脱环氧化酶在酸性环境中具有较高活性，在12~14 时，较强的光照通过促进水的光解过程产生
H+，借助H+类囊体膜蛋白从叶绿体基质转运至类囊体腔，从而提高类囊体腔内的H+浓度，维持VDE 高
活性。
（3）①由题意光合复合体Ⅱ是光反应中一个重要场所，光反应场所为类囊体薄膜。由题意光合复合体Ⅱ
能吸收光能，而光能的吸收离不开光合色素，所以该复合体由蛋白质、电子传递体和光合色素组成。
②表中数据显示，高温胁迫下番茄植株R 酶活性下降，又R 酶参与碳反应，故暗反应速率下降，光反应产
生的ATP 和NADPH 的剩余量增加，抑制光反应；又因为光能过剩时活性氧的大量累积破坏光系统Ⅱ（D1
蛋白），且抑制其修复，故高温胁迫下番茄植株光反应速率减慢。
5．（2025·广东江门·一模）花生生长所需的氮素除来源于土壤和肥料外，还包括根瘤固氮。氮素供应对花
生产量具有重要影响。为优化花生的施氮策略，探索绿色有效的增产途径，科研人员研究不同氮肥施用量
（N0、N45、N75、N105、N135、N165，数值代表施氮量，单位：kg/hm2）和不同拌种处理（蒸馏水拌种
W、根瘤菌剂拌种R）对花生产量的影响，部分研究结果见图。
回答下列问题：
(1)实验发现，在各施氮水平下，R 处理的花生植株氮素积累量均高于W 处理。据图a 分析原因是：施氮会
花生结瘤，R 处理可 。
(2)分析图7b、c、d 可知，一定范围内提高施氮水平有利于叶绿素合成，从而 ，供暗反应阶段利用；
施氮量超过N135 时，限制净光合速率上升的原因有 。
(3)花生在W 和R 处理下，配合适宜的施氮量均能获得高产。从绿色有效的角度综合选择最优的施氮策略
并说明理由： 。
【答案】(1) 抑制 增强根瘤固氮能力
(2) 生成更多的NADPH 和ATP 叶绿素含量下降，Rubisco 酶的活性下降，光合作用速率降低
(3)选择N105kg/hm2 与R 处理。理由是：施氮肥浓度为N105kg/hm2 时，花生单株产量最高，且能减少氮
肥的使用量从而节约肥料和减少氮肥污染环境
【分析】光合作用分为两个阶段进行，在这两个阶段中，第一阶段是直接需要光的称为光反应，第二阶段
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不需要光直接参加，是二氧化碳转变为糖的反过程称为暗反应。光合作用在叶绿体中进行，光反应的场所
位于类囊体膜，暗反应的场所在叶绿体基质。光反应的发生需要叶绿体类囊体膜上的色素、酶参与。光合
作用和呼吸作用是植物两大重要的代谢反应，光合作用与呼吸作用的差值称为净光合作用。
【详解】（1）从图7a 可以看出，随着施氮量的增加，花生结瘤数呈现先减少增加的趋势。所以在一定范
围内，施氮会减少花生结瘤。已知在各施氮水平下，R 处理（根瘤菌剂拌种）的花生植株氮素积累量均高
于W 处理（蒸馏水拌种）。因为根瘤菌能与花生共生形成根瘤进行固氮，所以R 处理可增强根瘤固氮能力
（2）图7b、c、d 表明在一定范围内提高施氮水平有利于叶绿素合成。叶绿素主要吸收光能，将光能转化
为活跃的化学能，所以叶绿素增多能为光反应提供更多的色素，从而吸收更多的光能，光反应阶段生成更
多的NADPH 和ATP，供暗反应阶段利用，净光合速率 = 总光合速率 - 呼吸速率。从图中可以看出，施
氮量超过N135 时，叶绿素含量下降，Rubisco 酶的活性下降，总光合速率下降，所以限制了净光合速率上
升的原因是叶绿素含量下降，Rubisco 酶的活性下降。
（3）从绿色有效的角度考虑，既要保证高产又要减少资源浪费和环境污染。从图中可以看出，施氮肥浓
度为N105kg/hm2 时，花生单株产量最高，且能减少氮肥的使用量从而节约肥料和减少氮肥污染环境。
6．（2025·四川遂宁·二模）玉米利用CO2的代谢途径如下图1 中①~④所示，Rubisco、PEPC 和ME 是催化
相关反应的酶。已知Rubisco 由多个大亚基（L）和小亚基（S）以特定方式在叶绿体基质中组装而成，L
由叶绿体基因编码，S 由核基因编码。Rubisco 的活性对光合作用强度有重要影响。回答下列问题。
(1)玉米细胞中，参与Rubisco 合成的细胞器有 。
(2)玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞之间有发达的胞间连丝，二者都具有叶绿体，但维管束鞘细胞的叶绿体缺
少基粒结构。④过程所需能量主要由 细胞的光反应提供。③④构成循环，在物质代谢上具有的优点
是 。
(3)PEPC 对CO2的亲和力大约是Rubisco 的60 倍，使玉米在胞间CO2浓度较低时仍可维持较快的光合速率。
有人将PEPC 比作“CO2泵”，结合图1 解释该说法：当胞间CO2浓度较低时， 。
(4)RAF1 蛋白的功能是辅助Rubisco 的某一种亚基的正确组装，进而促进Rubisco 的组装。研究人员利用野
生型（WT）、RAFI 基因过量表达株（R）、S 基因过量表达株（S）、L 基因过量表达株（L）、S 基因和
RAF1 基因过量表达株（R-S）、三个基因都过量表达植株（R-L-S）在适宜的条件下进行了相关实验，结
果如图2 所示。根据实验结果推测RAF1 蛋白辅助 亚基的正确组装。据图可知，过量合成的Rubisco
部分没有活性，依据是 。
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【答案】(1)叶绿体、核糖体、线粒体
(2) 叶肉 利用少量的C3 和C5 化合物持续地将CO2 转变为糖类
(3)因为PEPC 与CO2 亲和力很强，PEPC 仍可以较快速率催化C4 合成，大量C4 在ME 的催化下释放
CO2，从而提高CO2 浓度
(4) S R 的Rubisco 含量低于R-S 和R-S-L，但Rubisco 活性却接近
【分析】在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2 和H+等，形成ATP 和
NADPH，于是光能转化成ATP 和NADPH 中的化学能；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。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作
用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作
用而驱动生命世界的运转。
【详解】（1）Rubisco 的化学本质是蛋白质，蛋白质的合成场所是核糖体，且合成过程需要线粒体提供能
量。Rubisco 由多个大亚基（L）和小亚基（S）以特定方式在叶绿体基质中组装而成，因此，玉米细胞中，
参与Rubisco 合成的细胞器有叶绿体、核糖体、线粒体。
（2）④过程表示C3 的还原，所需能量来自光反应产生的ATP 和NADPH，维管束鞘细胞的叶绿体缺少基
粒结构，无法进行光反应，因此④过程所需能量主要由叶肉细胞的光反应提供。③表示CO2 的固定，③④
构成循环，在物质代谢上具有的优点是利用少量的C3 和C5 化合物持续地将CO2 转变为糖类。
（3）由图1 可知，CO2 在PEPC 的作用下先转变为C4，然后在ME 的作用下又转化为CO2。已知PEPC 对
CO2 的亲和力大约是Rubisco 的60 倍，使玉米在胞间CO2 浓度较低时仍可维持较快的光合速率。有人将
PEPC 比作“CO2 泵”，是因为PEPC 对CO2 亲和力很强，当胞间CO2 浓度较低时，PEPC 仍可以较快速
率催化C4 合成，大量C4 在维管束鞘细胞内ME 的催化下释放CO2，从而提高CO2 浓度。
（4）由图2 左图可知，R、R-S 和R-L-S 中Rubisco 含量均高于其他三组，说明RAF1 蛋白能够促进
Rubisco 的合成，而R-S 和R-L-S 中Rubisco 含量基本相同，说明RAF1 蛋白辅助S 亚基的正确组装。由图
可知，R 的Rubisco 含量低于R-S 和R-L-S，但Rubisco 活性却接近，说明过量合成的Rubisco 部分没有活
性。
7．（24-25 高三上·河南信阳·开学考试）我国新疆是世界上重要的优质棉花产地。作为重要的经济作物，
棉花叶片光合产物的形成及输出是影响棉花品质的重要因素。棉花叶片光合作过程如图1 所示。图1 中酶
a 为暗反应的关键酶，酶b 为催化光合产物向淀粉或蔗糖转化的关键酶，字母A
G
﹣
代表物质。
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(1)在光照充足环境中，图1 中物质B 的去路有 。
(2)图1 中酶a 催化暗反应中的 过程。F 形成三碳糖时需要的能源物质D 有 。
(3)研究表明，高温胁迫（40℃以上）会降低酶a 的活性。据此推测，在高温胁迫下，短时间内物质
（填字母）含量会上升。
(4)为研究棉花去棉铃（果实）后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10 个棉铃的植株，去除不
同比例棉铃，3 天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖占叶片干重的百分比，结果如图2。
①光合产物的积累会影响光合作用的速率，图2 两条曲线中代表叶片CO2固定速率的曲线是 ，本实
验中对照组植株CO2固定速率相对值是 。
②已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，输出量
（填“增加”、“不变”或“减少”），进而在叶片中积累。
③综合上述结果可推测，棉花去棉铃后会对光合作用有 作用。
(5)有些棉花在特定环境中气孔会出现周期性的开合现象，被称为“气孔振荡”。研究发现，气孔振荡周期
中的开合与炎热夏季正午气孔开合机理一致，推测气孔振荡是棉花植株在 （填“干旱”、“寒冷”
或“潮湿”）环境中经过长期进化而产生的适应性机制，“气孔振荡”的具体意义是 。
【答案】(1)一部分被线粒体吸收用于细胞呼吸，一部分释放到外界
(2) 二氧化碳的固定 ATP 和NADPH（腺苷三磷酸和还原型辅酶Ⅱ）
(3)D、E
(4) Ⅰ 28 减少 抑制
(5) 干旱 “开”能保证CO2 的供应，维持较强的光合作用，“闭”能降低蒸腾作用，提高作物
抗旱性
【分析】题图分析：图中A 是水，B 是氧气，C 是ADP 和Pi（NADP+），D 是ATP（NADPH），G 是二
氧化碳，F 是三碳化合物，E 是五碳化合物。
【详解】（1）据题图1 分析可知，图1 为棉花叶片光合作用过程，B 是在叶片的叶绿体吸收光照将A 光解
生成的氧气。在光照充足环境中，光合作用大于呼吸作用，因此叶绿体产生的氧气一部分被线粒体吸收用
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于细胞呼吸，一部分释放到外界。
（2）据题图1 分析可知，图1 为棉花叶片光合作用过程，C 为ADP 和Pi、D 为ATP、E 为C5、F 为C3、
G 为CO2，图1 中酶a 催化暗反应中的二氧化碳的固定过程。F 形成三碳糖时需要的能源物质D 有ATP 和
NADPH。
（3）高温胁迫使气孔开放程度降低，胞间CO2 浓度降低，酶a 相对活性降低，E（C5）的消耗减少，故E
短时间含量会上升；同时F（C3）的合成减少，C3 的还原减少，因此D（ATP）的消耗减少，D 短时间会
上升。
（4）①Ⅱ曲线应为蔗糖占叶片干重的百分比，叶片中蔗糖的含量增加是由于去除棉铃后，叶片光合产物
利用量减少，输出量降低，进而在叶片中积累。Ⅰ曲线是叶片CO2 固定速率，光合作用速率随去除棉铃的
百分率的增加而降低，推测叶片中蔗糖和淀粉等光合产物的积累会抑制光合作用。由Ⅰ曲线可知，随着去
除棉铃百分率的提高，叶片光合速率不断下降。本实验中不去除棉铃的即为对照组，因此对照组植株的
CO2 固定速率相对值是28。
②已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，输出量
减少，进而在叶片中积累。
③根据上两题，光合作用速率随去除棉铃的百分率的增加而降低，而叶片中有机物会堆积，所以叶片中光
合产物的积累会抑制光合作用。
（5）气孔振荡周期中的开合与炎热夏季正午气孔开合机理一致，推测气孔振荡是棉花植株在干旱环境中
经过长期进化而产生的适应性机制，“气孔振荡”的具体意义是“开”能保证CO2 的供应，维持较强的光
合作用，“闭”能降低蒸腾作用，提高作物抗旱性。
8．（2025·山东青岛·一模）银杏叶中的黄酮醇具有重要的药用价值。为探究红蓝光质比例对银杏幼苗光合
特性及黄酮醇含量的影响，科研人员以银杏幼苗为实验材料，在适宜的光照强度下，设置红蓝光组合比例
分别为1∶1（1R1B）、1∶3（1R3B）、1∶5（1R5B）和白光（W，对照）4 种光质处理，处理20d 后检
测银杏净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及总黄酮醇含量，结果如图所示。
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(1)由图可知，实验组的净光合速率都比对照组高，原因是 。实验组净光合速率的变化主要由非
气孔因素导致，原因是 。
(2)不同比例红蓝光对银杏叶总黄酮醇含量的影响为 。黄酮醇是银杏叶细胞的次生代谢物，与传
统的从银杏叶中提取黄酮醇相比， 技术可实现黄酮醇的工厂化生产，培养过程中需要定期更换
培养液的目的 。（答出两点）
(3)除光质外，光照和黑暗交替频率也可以影响银杏的光合产物积累量。研究人员采用光照、黑暗交替进行
的方式处理生理状态相同的银杏幼苗，其中光照和黑暗的总时长相同。结果发现随着光暗交替次数的增加
和交换频率的加快，银杏幼苗有机物的积累量逐渐增加，请从光合作用的过程角度分析，出现上述现象的
原因 。
【答案】(1) 光合色素主要吸收红光和蓝紫光，实验组气孔导度和胞间CO2 浓度高 净光合速率
与气孔导度、胞间CO2 浓度的变化趋势不完全相同
(2) 随蓝光比例的增加，总黄酮醇含量先增加后减少，并在1R3B 处理时最高 植物细胞培养
提供营养；排除代谢废物
(3)随着光暗交替频率的加快，光反应产生的NADPH 和ATP 能够被暗反应充分利用
【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）光合色素主要吸收红光和蓝紫光，由图可知，对照组为白光处理，实验组为不同比例组合
的红光蓝光处理，因此实验组有利于提高光反应速率，且实验组气孔导度和胞间CO2 浓度高，促进暗反应
的进行，因此实验组的净光合速率都比对照组高。由图可知，与对照组 相比，实验组净光合速率与气孔
导度、胞间CO2 浓度的变化趋势不完全相同，实验组净光合速率的变化主要由非气孔因素导致。
（2）由图可知，随蓝光比例的增加，总黄酮醇含量先增加后减少，并在1R3B 处理时最高。与传统的从
银杏叶中提取黄酮醇相比，植物组织培养技术可实现黄酮醇的工厂化生产，培养过程中需要定期更换培养
液可以提供营养物质，并防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
（3）随着光暗交替频率的加快，光反应产生的NADPH 和ATP 能够被暗反应充分利用，从而促进光合作
用的进行。
9．（2025·陕西宝鸡·二模）为测定光合作用速率的变化，某科研小组将番茄放入密闭的透明玻璃小室中、
如图甲所示。将该装置放于自然环境中，测定夏季一昼夜小室内植物氧气量的变化，结果如图乙。请据图
分析并回答下列问题：
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(1)图乙曲线中，BC 段相比于AB 段下降放缓的原因是 D 点时番茄叶肉细胞的光合强度
（填“大于”或“等于”或“小于”）呼吸强度，此时产生ATP 的场所有 。
(2)图甲装置中有色液滴移到最右侧时对应图乙曲线中的 点。据图乙曲线分析，番茄经一昼夜的培养
后，体内有机物总量的变化情况是 （填“增加”、“减少”或“不变”）。
(3)如果要测定该植物的真正光合作用速率，还需增加一组实验，其设计思路是 。
(4)该小组成员将番茄叶片放在温度适宜的密闭容器内，短时间测量容器内O2量参变化，结果如图丙所示。
若叶片的呼吸速率始终不变，则在5~15min 内，番茄纤片光合作用的平均速率（用单位时间内O2生量表
示）是 mol/min。
【答案】(1) 温度下降，酶活性降低，呼吸作用减弱 大于 细胞质基质、叶绿体、线粒体
(2) H 增加
(3)设置与图甲相同的装置，将其遮光处理，并放在与图甲装置相同的环境条件下
(4)6×10-8
【分析】分析题图可知，图甲是密闭装置，内有二氧化碳缓冲液，说明实验过程中二氧化碳浓度始终不变，
因此刻度移动表示是氧气的变化量，液滴移到最右边，此时一天中储存氧气最多。图乙中D 点和H 点时光
合作用与呼吸作用相等。
【详解】（1）凌晨2 点到4 点，此时外界温度降低，酶活性降低，植物的呼吸作用减弱，吸收的氧气也减
少，故BC 段相比于AB 段下降放缓。图乙中，D 点时该植物的光合强度和呼吸强度相等，叶肉细胞的光合
强度大于呼吸强度，此时产生ATP 的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。
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（2）图甲装置中有色液滴移到最右侧时，此时装置内氧气含量达到最大，对应乙曲线中的H 点。图乙中
24 点时玻璃罩内O2 的相对含量比0 点时要高，说明番茄体内有机物合成大于有机物分解，有机物总量是
增加。
（3）本实验测得数据为植物的净光合速率，如计算植物的真正光合速率需测植物的呼吸速率，即植物光
合速率=植物净光合速率+植物的呼吸速率，故可得实验思路为设置一组实验遮光处理，此时植物不能进行
光合作用，其他条件与甲装置相同，此时测定的是植物的呼吸作用速率，最后将测得呼吸速率和净光合速
率相加即可得总光合速率。
（4）0~5min 之间，番茄叶片在黑暗中只进行呼吸作用，所以呼吸速率=(5-4)×10-7÷5= 2×10-8mol/min，
5~l5min 之间，小麦的净光合速率=(8-4)×10-7÷10=4×10-8mol/min，番茄纤片光合作用的平均速率=净光合
速率+呼吸速率=6×10-8mol/min。
10．（24-25 高三下·江苏南通·开学考试）为研究草莓去果（库）对叶片（源）光合速率的影响，科研人员
选取生长健壮且一致的草莓植株待长出6 个果时开始处理，处理分为两组：留5 个果和不留果，一段时间
后，测定了两组草莓的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci），实验结果见下图。
请回答：
(1)试验过程中随时摘去新生的 以保持每株的源库数量比不变。
(2)18 点时不留果组叶肉细胞光合作用产生的氧气的去向有 。淀粉是暂时存储的光合作用产物，其合
成场所在 。
(3)结合图1、2、3 分析，与a 点相比，b 点时刻光合速率下降的主要原因是 。
(4)与b 点相比，c 点光合速率较低的主要原因是 。
(5)已知光合色素吸收的光能有三个去向：用于光合作用、以热能散失、以荧光的形式发光。由光合作用引
起的荧光淬灭称之为光化学淬灭（qP），由热能散失引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭（NPQ）。科研
人员继续研究了留5 个果组和不留果组qP 和NPQ 随时间变化，结果如图4。
①据图4 分析，B 组是 ，与A 组相比，B 组NPQ 较高的原因是 ，意义是 。
②根据实验结果可知，对于采摘过果实的草莓植株应进行 处理。
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【答案】(1)叶和果
(2) 进入线粒体供叶肉细胞有氧呼吸和释放到外界环境中（或光呼吸消耗） 叶绿体基质
(3)气孔导度下降导致胞间二氧化碳浓度下降，暗反应原料减少
(4)不留果组光合产物输出少，产物积累抑制了暗反应从而导致光合速率降低
(5) 不留果组 B 组qP 较低，光合色素吸收的光能更多地用于NPQ 避免过剩的光能损伤光合
结构 适当遮光
【分析】影响光合作用的因素外在环境因素主要是光照强度、二氧化碳浓度和温度，内在因素主要是酶的
含量、叶绿素的含量和五碳化合物的含量。
【详解】（1）实验分组后，为保证“留 5 个果组”和“不留果组”的源库比始终保持在实验要求的水平，
必须随时摘除新长出的叶和果。
（2）18 点时不留果组叶肉细胞净光合速率大于0，其光合作用产生的O2 可直接参与叶肉细胞的有氧呼吸，
也可经气孔逸出叶片释放到外界环境中。淀粉是暂时存储的光合作用产物，其合成场所在叶绿体基质中。
（3）由图可知，从 a 点到 b 点光合速率下降时，伴随气孔导度降低，胞间 CO2 浓度相对下降，说明气
孔导度下降导致胞间二氧化碳浓度下降，暗反应原料减少，导致光合速率下降。
（4）b 点到 c 点时，若观察到胞间二氧化碳浓度升高而光合速率仍降低，说明并非气孔供CO2 不足，而
是不留果组光合产物输出少，产物积累抑制了暗反应从而导致光合速率降低。
（5）① 留5 个果组光合色素吸收的光能更多用于光合作用，A 组的光化学淬灭高于B 组，故B 组是不留
果组；B 组qP 较低，光合色素吸收的光能更多地用于NPQ，故NPQ 较高，需将过剩光能更多地以热能形
式散失，这样避免过剩的光能对光合系统造成损伤。
② 对已采摘过果实的植株，可适当遮光处理，避免过剩的光能对光合系统造成损伤。
11．（2025·河南·二模）某研究团队进行5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）对干旱胁迫下沙棘叶绿素合成和光合
作用影响的实验。该实验分五组：T1（无干旱胁迫）、T2（干旱胁迫）、T3（干旱胁迫+40mg·L-1的5-
ALA）、T4（干旱胁迫+80mg·L-1的：5-ALA）、T5（干旱胁迫+120mg·L-1的5-ALA），实验结果如图、表
所示。回答下列问题。
处理
沙棘叶片净光合速
率/（μmol·m-2·s-1）
第15
天
第
30
天
第
45
天
第
60
天
T1
23.6
26.5
27.6
24.5
T2
19.3
17.3
14.4
12.5
T3
20.4
19.5
17.6
14.2
T4
22.4
24.4
23.4
19.3
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T5
21.5
23.8
23.6
19.4
(1)正常情况下沙棘叶片呈现绿色，原因是 。
(2)据图分析，与T1组相比，T2组沙棘叶片净光合速率降低的原因是 。
(3)据表分析，为提高沙棘在干旱胁迫下的净光合速率，生产上可采用的措施是 。
(4)有研究认为外源喷施5-ALA 提高干旱胁迫下沙棘叶片净光合速率还可能与5-ALA 促进干旱条件下植物
气孔开放有关。请设计实验进行验证，写出实验思路并预期实验结果 （注：以气孔导度为观测指
标，测量方法不作要求）。
【答案】(1)叶片中的叶绿素含量高，叶绿素对绿光的吸收量最少
(2)随着干旱胁迫的时间延长，沙棘叶绿素含量减少，光反应为暗反应提供的ATP 和NADPH 减少，叶片光
合速率降低
(3)选择T4 组所用浓度的5-ALA 溶液，每隔一段时间进行喷施
(4)实验思路：取生长状况相同的沙棘若干，均分为甲、乙两组；甲组进行干旱胁迫，乙组进行干旱胁迫并
施加适量的80mg·L⁻¹ 的5-ALA 溶液；其他条件相同且适宜，并在第15 天，第30 天，第45 天，第60 天分
别测量各组气孔导度的平均值
预期结果：（第30 天、第45 天、第60 天时，）乙组的气孔导度明显大于甲组
【分析】实验目的是探究5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）对干旱胁迫下沙棘叶绿素合成和光合作用影响的实验，
自变量是5-ALA 的浓度，因变量是叶绿素含量和净光合速率。
【详解】（1）正常情况下沙棘叶片之所以呈现绿色，是由于叶片中的叶绿素含量高，而叶绿素对绿光的
吸收量最少所导致的。
（2）据图可知，随着干旱胁迫的时间延长，沙棘叶绿素含量减少，所以对光能的吸收减少，光反应为暗
反应提供的ATP 和NADPH 减少，导致净光合速率降低。
（3）据图可知，在相同的干旱胁迫下，随着5-ALA 浓度的提高，叶片中的叶绿素含量逐渐升高，且在
80mg·L-1 的5-ALA 的条件下，叶片中的叶绿素含量和净光合速率均较高，所以为提高沙棘在干旱胁迫下
的净光合速率，生产上可采用下述方法：选择T4 组所用浓度的5-ALA 溶液（80mg·L-1），每隔一段时间
进行喷施。
（4）实验目的是验证外源喷施5-ALA 可以通过促进干旱条件下植物气孔开放，来提高干旱胁迫下沙棘叶
片净光合速率，所以自变量为是否喷施5-ALA，因变量为气孔开放，结合小问3，应选择80mg·L-1 的5-
ALA，具体的实验思路为：取生长状况相同的沙棘若干，均分为甲、乙两组；甲组进行干旱胁迫（对照
组），乙组进行干旱胁迫并施加适量的80mg·L⁻¹ 的5-ALA 溶液（对照组）；其他条件相同且适宜，并在
第15 天，第30 天，第45 天，第60 天分别测量各组气孔导度的平均值。
结合实验目的，则预期结果为：（第30 天、第45 天、第60 天时，）乙组的气孔导度明显大于甲组。
12．（24-25 高三下·江苏南通·阶段练习）某研究小组为研究高温条件下不同干旱水平对大豆光合作用的影
响。科研人选取发育进程与长势一致的转基因大豆幼苗，在高温条件下进行相关实验，部分结果如图1。
请回答：
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(1)科研人员发现，随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，部分甚至脱落，阐述其主要意义
。
(2)分析图1 中数据可知，第2~4d 由于高温干旱，保卫细胞 （“吸水”或“失水”）导致气孔关
闭，胞间CO2浓度降低。第图14~6d 胞间CO2浓度升高的主要原因是 （默认呼吸作用强度稳定）。
此时大豆根尖细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，其主要意义可能是 。
(3)大豆在光照条件下可进行光呼吸，部分过程如图2 所示。
a.图2 中①过程需要的甲是由 （物质）构成的捕光复合物PSII，该过程生成的物质乙是 。
b.光呼吸会消耗光合作用中间产物，因此提高农作物的产量时要适度降低光呼吸。下列措施不易达到目的
是 。
A．增施有机肥 B．适时适量浇水 C．降低温度
c.大豆光呼吸过程降低农作物产量，但在进化过程中得以长期保留，其对植物的积极意义主要有：消耗光
反应过剩的 ，减少对叶绿体结构的损害；补充部分 ，减少碳的损耗。
(4)为研究光呼吸，将大豆放在一个密闭的恒温玻璃小室中，依次增强光照强度，随着时间的推移，温室内
CO2浓度随光照强度的变化图3，c 点时，该株大豆总光合速率 （填“等于”、“大于”“小
于”）总呼吸速率，此时表皮细胞合成ATP 的场所是 。
【答案】(1)减少蒸腾作用对水分的耗散；将老叶叶绿素中的Mg2+释放出来供幼嫩叶片合成叶绿素；减少
光照面积，避免过剩的光能引起细胞结构损伤
(2) 失水 细胞光合作用消耗CO2 的减少量大于气孔导度降低引起的CO2 从外界进入胞间的减少
量 提高细胞的渗透压，增强根尖组织细胞的吸水能力
(3) 蛋白质和光合色素 H+ C ATP 和NADPH CO2
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(4) 等于 细胞质基质和线粒体（基质和内膜）
【分析】1、影响光合作用的环境因素有很多，光照强度通过影响光反应阶段来影响光合作用，二氧化碳
浓度通过影响暗反应阶段来影响光合作用，温度通过影响酶的活性来影响光合作用，水是光合作用的原料
之一，水的含量也会影响光合作用。
2、分析图形：可知随着高温干旱胁迫时间的延长，气孔导度在三种条件下均一直下降，胞间CO2 含量先
下降后上升。
【详解】（1）随着高温干旱时间的延长，大豆叶片逐渐变黄，部分甚至脱落，可以减少蒸腾作用对水分
的耗散；将老叶叶绿素中的Mg2+释放出来供幼嫩叶片合成叶绿素；减少光照面积，避免过剩的光能引起
细胞结构损伤。
（2）分析图1 中数据可知，第2~4d 由于高温干旱，保卫细胞失水导致气孔关闭，胞间CO2 浓度降低。第
图14~6d 胞间CO2 浓度升高的主要原因是细胞光合作用消耗CO2 的减少量大于气孔导度降低引起的CO2
从外界进入胞间的减少量；此时大豆根尖细胞中脯氨酸等可溶性小分子物质量增加，可以提高细胞的渗透
压，增强根尖组织细胞的吸水能力。
（3）据图分析可知，①为水的光解，②为二氧化碳的固定，③为C3 的还原，④为光呼吸。
a 图中①为水的光解，该过程需要的甲是由蛋白质和色素构成的复合体，该过程生成的乙是H+。
b 温度降低，酶活性减弱，光呼吸减弱的同时光合作用也减弱，达不到提高农作物产量的目的。增加有机
肥和适时浇水可以促进光合作用，提高农作物产量。AB 可以达到目的，C 达不到目的。故选C。
c 材料中“当氧气浓度高时，Rubisco 催化C5 与氧气反应生成磷酸乙醇酸和C3，磷酸乙醇酸经过一系列化
学反应，消耗ATP 和NADPH，生成CO2 和C3”，因此可知对植物的积极意义有：消耗过剩的ATP 和
NADPH，减少对叶绿体的损害；补充部分CO2。
（4）由图3 可知，ab 段CO2 浓度一直增加，说明呼吸速率大于光合速率，bc 段CO2 浓度下降，说明随着
光照强度增加，光合速率大于呼吸速率，cd 段CO2 浓度一直增加，说明呼吸速率大于光合速率，说明b 点
和c 点时都是光合速率等于呼吸速率。此时表皮细胞无也叶绿体，只能进行呼吸作用，产生ATP 的场所是
有氧呼吸的三阶段，场所在细胞质基质和线粒体（基质和内膜）
13．（2025·宁夏石嘴山·一模）气孔是由两个保卫细胞（含有叶绿体）围成的空腔，主要分布在植物叶片
表皮。研究者利用拟南芥对气孔开闭的条件和机理进行了相关的研究。回答下列问题：
(1)提取拟南芥叶片中的色素时，加入碳酸钙的作用是 ，用纸层析法分离色素时，叶绿素a 和叶绿
素b 在层析液中溶解度较大的是 。
(2)干旱可诱导拟南芥体内脱落酸（ABA）含量增加以减少失水，催化ABA 的生物合成需要关键酶N 和分
泌型短肽C（由C 基因表达产生）。分别用微量的分泌型短肽C 或ABA 处理拟南芥根部后测定叶片气孔
开度，实验结果如下表（已知拟南芥根部处理前的气孔开度为0.9）。该实验的因变量是 ，与处
理前比较，分泌型短肽C 和ABA 均能够 （填“增加”或“降低”）气孔开度，据此说明干旱环
境中用分泌型短肽C 和ABA 处理拟南芥均可增强植株抗旱能力的机制是： 。
1
3
ABA 处理
0.6
0.4
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分泌型短肽C 处理
0.8
0.5
(3)为进一步探究分泌型短肽C 的作用机制，分别在正常和干旱环境下处理两种拟南芥（野生型和C 基因缺
失突变体），实验结果如图所示。经干旱处理后C 基因缺失突变体中的N 基因表达量和ABA 含量均显著
低于野生型，但都高于对照组（正常环境），说明 ；C 基因缺失突变体在正常和干旱环境中ABA
含量都>0，说明 。
【答案】(1) 防止色素被破坏（或保护色素） 叶绿素a
(2) 气孔开度 降低 干旱环境中分泌型短肽C 和ABA 均可通过降低气孔开度，进而减少失水
(3) 分泌型短肽C 可能通过促进N 基因表达，进而促进ABA 合成 没有分泌型短肽C 的作用，植
物在两种条件下也可合成ABA（或ABA 的合成由多个基因共同调节）
【分析】1、脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多。
脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进
休眠和提高抗逆能力等作用。
2、分析题表：干旱处理后与对照组相比较，C 和ABA 均能够降低气孔开度，说明干旱环境中ABA 可通过
减小气孔开度减少失水，短肽C 和ABA 处理拟南芥均可增强植株抗旱能力。分析题图柱形图：经干旱处
理后C 基因缺失突变体中的N 基因表达量和ABA 含量均显著低于野生型，但都高于对照组，说明C 可能
通过促进N 基因表达，进而促进ABA 合成；C 基因缺失突变体在正常（对照）和干旱环境中ABA 含量都
＞0，说明两种条件下都能合成ABA。
3、绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。由于色素
存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，
但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会
随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
4、提取绿叶中的色素：（1）称取5 g 绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。（2）向研钵中放入少许二
氧化硅和碳酸钙，再加入5 ~ 10 mL 无水乙醇，迅速、充分地进行研磨（二氧化硅有助于研磨得充分，碳
酸钙可防止研磨中色素被破坏）。（3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行
过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
【详解】（1）光合色素是脂溶性的，可以用95%的酒精或无水乙醇溶解提取，二氧化硅可以加快研磨速
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度使研磨充分，CaCO3 能够中和细胞中的酸性物质，从而保护色素，故在提取光合色素研磨过程中需要加
入SiO2、CaCO3；光合色素在层析液中的溶解度不同，当层析液在滤纸上扩散时，光合色素扩散的速率不
同，从而可以把光合色素进行分离，用纸层析法分离色素时，叶绿素 a 和叶绿素 b 在层析液中溶解度较大
的是，叶绿素a。
（2）由题干信息：分别用微量的分泌型短肽C 或 ABA 处理拟南芥根部后测定叶片气孔开度，可知实验自
变量是不同的处理方式，因变量是气孔开度，由题表可知，与对照气孔开度0.9 相比，分泌型短肽C 和
ABA 处理后，气孔开度分别为0.8 和0.6；可见，与处理前比较，分泌型短肽C 和 ABA 均能够降低气孔开
度；据此说明干旱环境中分泌型短肽C 和ABA 均可通过降低气孔开度，进而减少失水，以增强植株抗旱
能力。
（3）实验目的：探究分泌型短肽C 的作用机制；据柱形图分析，经干旱处理后C 基因缺失突变体中的N
基因表达量和ABA 含量均显著低于野生型，但都高于对照组，说明C 可能通过促进N 基因表达，进而促
进ABA 合成；C 基因缺失突变体在正常（对照）和干旱环境中ABA 含量都＞0，说明两种条件下都能合成
ABA。
14．（2025·广东湛江·一模）国槐是重要行道树树种之一。为研究遮阴对国槐幼苗光合作用的影响，设置
自然光对照（CK）、遮阴10%（S1）、遮阴20%（S2）、遮阴30%（S3）、遮阴40%（S4）共5 组进行相
关实验，培养一段时间后测定结果如表所示。请回答下列问题：
组
别
叶绿素含量/相对值
气孔导度/相对值
净光合速率/相对值
CK
0.62
0.24
10.43
S1
0.72
0.27
10.52
S2
0.83
0.29
12.75
S3
0.76
0.27
11.39
S4
0.59
0.25
9.48
(1)光照条件下，国槐叶肉细胞中产生ATP 的场所有 ，光合作用时能量的转化过程是 （用箭头
和文字表示）。
(2)本实验的自变量是 ，与CK 组相比，S1组国槐幼苗CO2固定量 （填“增多”或“减少”），
从光合作用的过程分析，其原因是 。
(3)实验表明遮阴程度与国槐幼苗净光合速率的关系是 。若想确定最合适的遮阴程度，应在该实验的
基础上，在遮阴程度为 的范围内进一步进行实验。
(4)若要得到国槐幼苗的真正光合速率，要对呼吸速率进行测定，测定国槐幼苗呼吸速率的实验思路为
。
(5)某林区曾是一片河滩荒地，园林部门秉承生态优先理念，栽植刺槐、榆树、桑树等树木，将河滩荒地变
身生态屏障，其演替类型属于 ，人类活动往往可以改变群落演替的 。
【答案】(1) 叶绿体、细胞质基质、线粒体 光能→ATP 和NADPH 中活跃的化学能→有机物中稳
定的化学能
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(2) 遮阴程度（合理即可） 增多 S1 组叶绿素含量增加，促进光反应阶段的进行；气孔导度
增大，给叶肉细胞提供的
增多，促进暗反应阶段的进行
(3) 在一定范围内，随着遮阴程度增大净光合速率先上升后下降 10%～30%
(4)在黑暗条件下，测量国槐幼苗单位时间内氧气的消耗量或二氧化碳的释放量
(5) 次生演替 速度和方向
【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）光照条件下，国槐叶肉细胞中能进行光合作用和呼吸作用，所以产生ATP 的场所有叶绿体、
细胞质基质、线粒体；
光合作用时能量的转化过程是光能转化为ATP 和NADPH 中活跃的化学能再转化为有机物中稳定的化学能。
（2）根据题干信息可知，本实验是研究遮阴对国槐幼苗光合作用的影响，设置自然光对照（CK）、遮阴
10%（S1）、遮阴20%（S2）、遮阴30%（S3）、遮阴40%（S4）共5 组进行相关实验，故本实验的自变
量是遮阴程度；
与CK 组相比，在S1 组遮光条件下，国槐幼苗的气孔导度增大，给叶肉细胞提供的CO2 增多，促进光合
作用暗反应阶段的进行；叶绿素含量增加，促进光合作用光反应阶段的进行，故与CK 组相比，S1 组国槐
幼苗CO2 固定量更高。
（3）分析表格中数据可知，在一定范围内，随着遮阴程度增大净光合速率先上升后下降，故若想确定最
合适的遮阴程度，应在该实验的基础上，在遮阴程度为10%～30%的范围内进一步进行实验。
（4）测量植物的呼吸速率，需要排除光合速率对氧气和二氧化碳浓度的影响，所以需要将国槐幼苗置于
黑暗密闭环境中，测量单位时间内氧气的消耗量或二氧化碳的释放量。
（5）该林区曾是一片河滩荒地，园林部门秉承生态优先理念，栽植刺槐、榆树、桑树等树木，将河滩荒
地变身生态屏障，因为保留了原有的土壤条件，甚至保留了植物的种子或其他繁殖体，所以演替类型是次
生演替，这说明人类活动往往可以改变群落演替的方向和速度。
15．（2025·福建泉州·模拟预测）研究发现，热胁迫导致番茄因果实发育受限而减产。为进一步探究热胁
迫导致番茄减产的原因，研究人员对正常环境和热胁迫下番茄果实的生理指标进行检测，部分实验结果如
图1。回答下列问题：
(1)根据图1，蔗糖酶催化蔗糖水解为 ；热胁迫导致番茄果实发育受限的可能原因是 。
(2)为进一步验证热胁迫导致番茄果实发育受限的原因，科研人员利用野生型番茄植株（W）、LIN5 功能
缺陷植株（X）和LIN5 过表达植株（Y），在正常条件下开展相关实验，结果如图2。研究人员运用源库
理论对实验结果进行分析。源库理论认为植物体内光合产物从源器官（如叶）向库器官（如根、茎、果实、
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种子等）的运输与分配过程受体内外因素的影响。
①根据源库理论分析图2， （填“能”或“不能”）说明图1 中番茄果实发育受限的原因之一是有
机物来源减少，理由是 。
②根据源库理论推测，在正常条件下LIN5 过表达时，番茄果实发育仍然受限的原因可能是 ；研究
人员通过检测实验组和对照组放射性信号在源器官和库器官中的分布验证此推测。其中，实验组至少应包
括 。
a．用
14C 标记的蔗糖处理X 的叶片 b．用
14C 标记的蔗糖处理Y 的叶片
c．用
14C 标记的果糖和葡萄糖处理X 的叶片 d．用
14C 标记的果糖和葡萄糖处理Y 的叶片
(3)综上，在野外条件下热胁迫对番茄果实的影响 （填“有利于”或“不利于”）番茄物种的生存，
理由是 ：在人工栽培条件下，为减少热胁迫导致的番茄减产，可利用热响应元件改造野生型番茄
LIN5 的 （填“启动子”或“终止子”），以增强果实中LIN5 在热胁迫下的表达。
【答案】(1) 葡萄糖和果糖 热胁迫抑制LIN5 基因的表达，使得叶片运输来的蔗糖转化为蔗糖和
果糖减少、导致果实能量供应不足、发育受限。
(2) 不能 X 和W 净光合速率基本相同 LIN5 基因过表达导致运输到其他库器官的蔗糖增加、
运输到果实的蔗糖减少 b
(3) 有利于 可以给根、茎等营养器官供应更多的有机物 启动子
【分析】光合作用：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）图1 结果显示，热胁迫条件下蔗糖含量上升，同时果糖和葡萄糖含量下降，据此推测，蔗糖
酶催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖；图示结果中显示，热胁迫抑制LIN5 基因的表达，使得叶片运输来的蔗
糖转化为蔗糖和果糖减少、导致果实能量供应不足。
（2）①根据源库理论分析图2“不能”说明图1 中番茄果实发育受限的原因之一是有机物来源减少，这是
因为图示中功能缺陷植株（X）和LIN5 过表达植株（Y）净光合速率与野生型基本相同，因而不能用源库
理论进行解释。
②根据源库理论推测，在正常条件下LIN5 过表达时，番茄果实发育仍然受限的原因可能是LIN5 基因过表
达导致运输到其他库器官的蔗糖增加、运输到果实的蔗糖减少；研究人员通过检测实验组和对照组放射性
信号在源器官和库器官中的分布验证此推测。其中，实验组至少应包括用14C 标记的蔗糖处理Y 的叶片即
b，而后检测放射性的走向，进而得出相应的结论。
（3）综上，在野外条件下热胁迫对番茄果实的影响“有利于”番茄物种的生存，这是因为热胁迫条件下
更多的蔗糖转运到除了果实以外的其他器官，因而可以给根、茎等营养器官供应更多的有机物，有利于番
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茄生长；在人工栽培条件下，为减少热胁迫导致的番茄减产，可利用热响应元件改造野生型番茄LIN5 的
“启动子”，进而调控该基因的表达，以增强果实中LIN5 在热胁迫下的表达，使番茄应对不良环境。
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