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压轴题01 细胞的代谢
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2024 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
（密押典例+思维建模，学会压轴题）
密押典例 01 影响光合作用和呼吸作用的因素
在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( )
A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升
B．在高光强下，M 点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关
C．在图中两个CP 点处，植物均不能进行光合作用
D．图中M 点处光合速率与呼吸速率的差值最大
【答案】 C
【解析】 CO2吸收速率代表净光合速率，低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸
1
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速率上升，需要从外界吸收的CO2减少，A 正确；在高光强下，M 点左侧CO2吸收速率升高的主要原因是
光合酶的活性增强，B 正确；CP 点代表呼吸速率等于光合速率，植物可以进行光合作用，C 错误；图中M
点处CO2吸收速率最大，即净光合速率最大，也就是光合速率与呼吸速率的差值最大，D 正确。
思维建模
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
2
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密押典例02 光合作用的过程
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：
(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2 000 μmol·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
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(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0～50 μmol·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)类胡萝卜素/叶绿素的值较高 红光和蓝紫
(2)高于 细胞呼吸速率较高
(3)光能利用率较高
(4)如图所示
探究高密度栽培条件下，WT 和ygl 的最适光照强度(或探究在较强光照条件下，WT 和ygl 的最适栽培
密度)
【解析】 (1)据表格信息可知，与野生型水稻相比，黄绿叶突变体(ygl)的叶绿素含量低，类胡萝卜
素/叶绿素的值较高，导致ygl 叶色黄绿。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因
此ygl 叶片主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。(2)光饱和点是光合速率不再随光照强度增加时的光照强度。
据图a 可知，ygl 的光饱和点高于WT。光补偿点是光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时
的光照强度。根据图c 可知，与WT 相比，ygl 的呼吸速率较高。据表格信息可知，与WT 相比，ygl 的叶
绿素含量较低，当光照强度较低时，叶绿素含量低会导致光反应为暗反应提供的NADPH 和ATP 较少，使
光合速率降低。综合上述分析可知，ygl 具有较高的光补偿点的原因可能是其叶绿素含量较低和细胞呼吸速
率较高。(3)与WT 相比，在高密度栽培条件下，更多的光可到达ygl 下层叶片，导致ygl 下层叶片的光合速
率较高；与WT 相比，ygl 的叶绿素含量低，但ygl 群体的净光合速率较高，表明该群体的光能利用率较高，
有机物积累量大。(4)绘制曲线图时要注意：ygl 的呼吸速率约为0.9 μmol(CO2)·m－2·s－1，WT 的呼吸速率约
为0.6 μmol(CO2)·m－2·s－1，而且ygl 的光补偿点(约为28 μmol·m－2·s－1)大于WT 的光补偿点(约为15 μmol·m
－2·s－1)，具体曲线图见答案。由题干信息可知，为保证水稻高产，可关注最适栽培密度或最适光照强度，
因此可以继续探究高密度栽培条件下，WT 和ygl 的最适光照强度或探究在较强光照条件下，WT 和ygl 的
最适栽培密度。
思维建模
4
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补偿点、饱和点与光合作用的关系及应用
密押典例03 光合作用和细胞呼吸类实验设计与分析
研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10 天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影
响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A 组相比，C 组叶片叶绿素含量______________，原因可能是________
_________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)比较图b 中B1 与A 组指标的差异，并结合B2 相关数据，推测B 组的玉米植株可能会积累更多的
______________________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B 组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，
由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期__________________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90 株。
实验方法：按图a 所示的条件，分A、B、C 三组培养玉米幼苗，每组30 株；其中以____________为
对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是
________________________________________________________________________
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________________________________________________________________________。
【答案】 (1)较高 遮阴条件减弱了叶绿素的降解，同时增加了叶绿素的合成 (2)糖类等光合产物
(3)光照等培养条件 A 组 遮阴比例 探究能提高作物产量的最适遮阴比例
【解析】 (1)分析图b 可知，与A 组相比，C 组叶片叶绿素含量较高，原因可能是遮阴条件一方面减
弱了叶绿素的降解，另一方面增加了叶绿素的合成。(2)由图b 可知，B1 组净光合速率显著高于A、C 组，
而B2 组净光合速率与A、C 组相比差距不大，推测B 组的玉米植株可能会积累更多的糖类等光合产物，因
而生长更快。(3)结合题意可知，该实验的目的是探究B 组条件可能会提高作物产量。因此，应选择前期光
照等培养条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90 株。按图a 所示的条件，分A、B、C 三组培养玉
米幼苗，每组30 株；其中以A 组作为对照，并保证除遮阴比例外其他环境条件一致。收获后分别测量各
组玉米的籽粒重量。然后比较各组玉米的平均单株产量。如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验
的思路是探究能提高作物产量的最适遮阴比例。
思维建模
密押典例04 光呼吸与C4 植物的光合作用
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450 μmol·L－1(K
越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化
RuBP
与
CO
2反应，进行卡尔文循环，又可催化
RuBP
与
O 2
反应，进行光呼吸
( 绿色植物在光照下消耗
O 2 并释放
CO
2的反应
) 。该酶的酶促反应方向受
CO
2 和
O 2相对浓
度的影响。[信息①]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糖类生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用
PEPC
酶
(PEPC
酶对
CO
2
的
K m 为
7 μmol·L
－ 1 ) 催化磷酸烯醇式丙酮酸
(PEP)
与
CO
2 反应生成
C 4，固定产物
C 4转运到维管束鞘细胞后释
放
CO
2，再进行卡尔文循环。[信息②]回答下列问题：
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(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。[信息③]
(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)3磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织(或韧皮部的筛管) (2)高于 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C3的还原过程是相同的，
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NADPH 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，蔗糖可以进入筛管，再
通过韧皮部运输到植株各处。(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
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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，只是提高
了叶绿体中CO2浓度，而植物的光合作用强度受到很多因素的影响，则在光饱和条件下水稻的光合作用强
度无明显变化的原因可能是水稻中相关酶活性达到最大，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。
思维建模
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．某生物小组利用图1 装置在光合作用最适温度(25℃)下培养某植株幼苗，通过测定不同时段密闭玻璃罩
内幼苗的O2。释放速率来测量光合速率，结果如图2 所示。回答下列问题：
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(1)若用缺镁的完全培养液培养，叶肉细胞内 合成减少，该植物在同样的条件下测定的光补偿
点(植物通过光合作用制造的有机物与呼吸作用消耗的有机物相平衡时的光照强度)会 (填“增
大”“减小”或“不变”)。
(2)光照条件下植物合成ATP 的场所有 (填细胞具体结构),而在黑暗、氧气充足条件下，CO2是
从 (填细胞具体结构)中释放的。
(3)t2时刻叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸作用强度的原因是 ,t4时补充CO2,短时间内叶
绿体中C3的含量将
(4)图1 装置在密闭无O2、其他条件适宜的小室中，照光一段时间后，发现植物幼苗的有氧呼吸速率增加，
原因是 。
(5)在生产实践中，常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度，其原理是
【答案】(1) 叶绿素 增大
(2) 细胞质基质、线粒体基质、叶绿体类囊体薄膜 线粒体基质
(3) 有部分植物细胞不能进行光合作用、只进行呼吸作用 增加
(4)植物在光下光合作用释放O2使密闭小室中，含量增加，使得有氧呼吸速率增加
(5)农家肥富含有机物，在微生物作用下会释放出大量CO2
【分析】分析图1：该装置在光合作用最适温度（25℃）下培养某植株幼苗；
由图2 可知：t0→t1黑暗条件，只进行呼吸作用，消耗O2，产生CO2；t1给予充足光照，开始进行光合作用；
t1→t3有光照作用，光合作用强度增强（t2为光补偿点，光合作用强度等于呼吸作用强度）；t3→t4透明罩内
CO2被消耗，影响光合作用强度，使光合作用强度降低；t4给予CO2补偿，使光合作用强度上升；t5达光饱
和点，光合作用强度维持稳定。
【详解】（1）镁是合成叶绿素的原料，若用缺镁的完全培养液培养，叶肉细胞内叶绿素合成减少，从而
影响植物对光的吸收，因此该植物在同样的条件下测定的光补偿点会增大；
（2）光照条件下植物既进行光合作用，又进行呼吸作用，因此ATP 的合成场所是叶绿体、线粒体和细胞
质基质；在黑暗、氧气充足条件下CO2是由有氧呼吸产生的，而有氧呼吸产生二氧化碳是在第二阶段，场
所是线粒体基质；
（3）据图可知，t2时刻植物的光合速率等于呼吸速率，但由于植物一些不能进行光合作用的细胞也可进行
呼吸作用，故叶肉细胞光合作用强度大于细胞呼吸作用强度；t4时补充CO2，导致暗反应阶段中的CO2固
定过程加快，而C3的还原（消耗量）几乎不变，此时叶绿体内C3的含量将增加；
（4）在密闭小室内，植物在光下光合作用释放O2使密闭小室中O2增加，使得有氧呼吸速率增加，故照光
一段时间后，发现植物幼苗的有氧呼吸速率增加；
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（5）农家肥富含有机物，被土壤微生物分解，会释放出大量CO2供植物所利用。
2．植物光合作用速率受多种因素影响，研究人员获得了光合作用速率明显降低的CST1 基因功能缺失突变
体玉米，利用其研究了光合作用产物对光合作用的反馈调节机制。研究人员检测了传粉后玉米叶片的气孔
开放程度，结果如图1，野生型植株在不同光照条件下CST1 基因的表达量，结果如图2。
(1)图1 结果说明野生型植株中CST1 蛋白能够 （促进/抑制）气孔打开，突变体光合速率下降的原因是
。
(2)据图2 分析下列说法正确的是___（多选）。
A．A 组CST1 基因表达量的峰值和谷值出现时间较光暗处理在时间上存在滞后
B．B 组和C 组的结果说明CST1 基因在黑暗条件下表达量高，在光照条件下表达量低
C．连续光照处理不利于野生型玉米植株的光合作用速率提高，而连续黑暗处理可以
D．光照处理能够影响野生型玉米植株气孔的开放程度
(3)研究人员在玉米传粉后第15 天分别向野生型和突变体的茎注射蔗糖溶液，对照组注射等量蒸馏水，48
小时后检测叶中气孔开放程度。实验证实了CST1 基因的表达受到光合作用产物的调控，进而影响气孔开
放程度。请将蔗糖处理突变体的结果补在下图中 。
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【答案】(1) 促进 CST1 基因功能缺失，气孔开放程度下降，CO2减少碳反应速率受限，光合作
用速率下降
(2)ABD
(3)
【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）据图分析，与野生型相比，突变型的气孔开放程度降低，且突变体是CST1 基因功能缺失，
故据此推测野生型植株中CST1 蛋白能够促进气孔打开；二氧化碳是暗反应的原料，可通过气孔进出细胞，
由于CST1 基因功能缺失，气孔开放程度下降，CO2吸收减少导致碳反应速率受限，光合作用速率下降。
（2）A、据图可知，A 组（光照和黑暗交替处理）CST1 基因表达量的峰值和谷值出现时间较光暗处理在
时间上存在滞后，A 正确；
BD、结合图2 可知，A 组（光照和黑暗交替处理）CST1 基因表达量在光照时下降，黑暗时上升，B 组
（连续黑暗）CST1 基因持续高水平表表达，C 组（连续光照）CST1 基因持续低水平表达，由此推测光合
产物的积累会抑制CST1 基因的表达，进而影响气孔开放程度，也说明光照处理能够影响野生型玉米植株
气孔的开放程度，BD 正确；
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C、C 组（连续光照）CST1 基因持续低水平表达，由此推测光合产物的积累会抑制CST1 基因的表达，连
续光照处理不利于野生型玉米植株的光合作用速率提高，但连续黑暗缺乏光反应的条件，也不利于光合速
率提高，C 错误。
故选ABD。
（3）分析题意，本实验是在玉米传粉后第15 天分别向野生型和突变体的茎注射蔗糖溶液，对照组注射等
量蒸馏水，48 小时后检测叶中气孔开放程度，且实验结果是证实了CST1 基因的表达受到光合作用产物的
调控，进而影响气孔开放程度，蔗糖影响CST1 基因的表达，进而影响气孔开放程度，而突变体CST1 基
因功能缺失，因此蔗糖处理突变体的结果与蒸馏水相同。如图所示：
3．科研人员发现，植物不同部位受到的光照情况不同时，光照条件较好的叶片的光合作用强度通常增强。
该科研人员利用品种、大小、生理状态相同的玉米进行了相关验证实验，设置了A 组、B 组（B1、B2）和
C 组，并进行了多项生理指标的测量，结果如图所示。回答下列问题：
(1)叶绿体中水在光下分解生成的H+与 结合，形成NADPH，作为活泼的 ，参与暗反应，
同时也储存部分 供暗反应阶段利用。
(2)实验用的玉米需要保证品种、大小、生理状态相同，目的是 。若要测量各组的真正光合速率，
则还需要测量 。
(3)根据实验结果分析：
①光照强度降低导致C 组的净光合速率下降，是否主要与气孔导度下降有关？请回答上述问题并说明理由：
。
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B
②
1组净光合速率比A 组大， 机理很可能是 。
【答案】(1) 氧化型辅酶Ⅱ（NADP'） 还原剂 能量
(2) 排除无关变量对实验的影响（控制无关变量） 各组（遮光条件下） 的呼吸速率
(3) 否， C 组的气孔导度下降， 但胞间二氧化碳浓度反而上升 B2组遮光处理可提高B1组光合产
物向外转移的速率，进而有利于B1组光合作用的进行
【分析】影响光合作用的环境因素
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）光反应阶段中，叶绿体中光合色素吸收的光能可将水分解为氧气和H+，H+与NADP+结合形
成NADPH，NADPH 可以作为暗反应的还原剂，同时也为暗反应提供部分能量。
（2）实验用的玉米需要保证品种、大小、生理状态为无关变量，为排除无关变量对实验的影响，实验用
的玉米需要保证品种、大小、生理状态相同。真正光合速率=净光合速率+呼吸速率，由题干已知净光合速
率，若要测量各组的真正光合速率，还需要测量各组遮光条件下的呼吸速率。
（3）①由图可知，与A 组相比，C 组净光合速率下降，但根据3 图，C 组的细胞间二氧化碳浓度反而比A
组更高，说明C 组净光合速率下降与气孔导度下降无关。
②与A 组相比，B1侧净光合速率上升，但叶片中光合产物的现存量却下降，说明B2组遮光处理可提高B1
组光合产物向外转移的速率，进而有利于B1组光合作用的进行，因此B1组净光合速率比A 组大。
4．绿叶海蜗牛没有贝壳，幼体半透明，吞食藻类植物后会变得翡翠般鲜绿，活像一片绿叶，如图1。研究
发现，绿叶海蜗牛成长过程中进食一次藻类后，便终生禁食，是因为它可以将藻类的叶绿体，吸入自己的
细胞内。进入海蜗牛细胞内的叶绿体，在有光的条件下（光照条件下才可以合成叶绿素）就能进行光合作
用。图2 表示其细胞呼吸的过程（其中①②③表示过程，X、Y、Z 表示物质）。请回答下列有关问题：
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(1)绿叶海蜗牛通过呼吸作用维持各项生命活动，图2 中产生能量最多的过程是 （数字），Y 和Z 代
表的物质分别是 。
(2)图3 表示绿叶海蜗牛光合作用的过程，其中展示出的膜结构是 。图3 中反应Ⅱ所需要的酶位于
。尝试写出丙转化为丁的反应式： 。
【答案】(1)
H
③
2O、ATP
(2) 类囊体薄膜 叶绿体基质
【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）绿叶海蜗牛通过呼吸作用维持各项生命活动，图2 中产生能量最多的过程是有氧呼吸的第三
阶段，该阶段中，前两个阶段产生的[H]与氧气结合生成水，对应图中的③；Y 是有氧呼吸第三阶段的产物，
表示H2O，而Z 在有氧呼吸的三个阶段均可产生，表示ATP。
（2）绿叶海蜗牛光合作用光反应阶段进行的场所是叶绿体的类囊体薄膜；图3 中反应Ⅱ是暗反应过程，场
所是叶绿体基质；图中的丙是ADP，丁是ATP，丙转化为丁的反应式为ADP+Pi+能量
ATP。
5．自然界用简单的材料和巧妙的设计解决了植物适应光环境变化难题，它环环相扣展现出缜密性，形式
多样体现出灵活性，就地取材极具经济性。回答下列问题：
(1)地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程是 。自然界的演化以最佳的生存和
为目标，而非人类所追求的最大生物量。
(2)光反应是一个 （吸能/放能）反应，其过程如下图，光系统进行捕光并完成电荷分离，实现从
光能到 的转换，生成的电子通过电子传递链最终生成 ；并使氢离子形成 ，
驱动ATP 合酶生成ATP 的过程。
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光反应示意图
(3)叶绿素作为天然光催化剂，驱动水分解产生 ，这是维持地球上好氧生命的关键过程。通过铜
的修饰可以提高叶绿素a 的稳定性，因此可利用Cu 取代叶绿素a 中心的 以提高其稳定性。此外，
叶绿素还可与碳材料形成多元催化剂使光合作用显著增强，因为碳材料在300-400nm 范围内表现出很强的
吸光度，可以有效地将这些光子转化为可见的 光以被天然叶绿素用于光合作用。
(4)2021 年我国科学家首次实现了无细胞条件下二氧化碳到淀粉的人工合成，速率为玉米的8.5 倍。写出这
项技术具有的重要意义有 （写出两点）。
【答案】(1) 光合作用 繁衍（繁殖）
(2) 吸能 电能 NADPH 质子梯度（H+浓度差）
(3) H+、O2、e- Mg2+（镁） 红光和蓝紫光
(4)解决粮食短缺问题、缓解温室效应、实现碳中和
【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）地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程是光合作用。自然界的演化以最佳的生存
和繁衍（繁殖）为目标，而非人类所追求的最大生物量。
（2）据图可知，光反应是一个吸能反应，主要完成水的光解生成NADPH 以及ATP 的合成，需要太阳能
为其提供能量，光系统进行捕光并完成电荷分离，实现从光能到电能的转换，生成的电子通过电子传递链
最终生成NADPH；并使氢离子形成质子梯度（H+浓度差），驱动ATP 合酶生成ATP 的过程。
（3）叶绿素作为天然光催化剂，驱动水分解产生H+、O2、e-，这是维持地球上好氧生命的关键过程。镁是
构成叶绿素的重要元素，通过铜的修饰可以提高叶绿素a 的稳定性，因此可利用Cu 取代叶绿素a 中心的
Mg2+（镁）以提高其稳定性。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素还可与碳材料在300-400nm 范围内表
现出很强的吸光度，可以有效地将这些光子转化为可见的红光和蓝紫光以被天然叶绿素用于光合作用。
（4）2021 年我国科学家首次实现了无细胞条件下二氧化碳到淀粉的人工合成，速率为玉米的8.5 倍。写出
这项技术具有的重要意义有决粮食短缺问题、缓解温室效应、实现碳中和。
6．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：
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(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
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 。
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【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
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。
A
②、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。
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7．研究者以拟南芥等为材料，探究植物响应干旱胁迫的调控机制。
(1)叶片表皮上的气孔是由一对保卫细胞组成的孔隙。干旱胁迫下，脱落酸含量升高，其与受体结合后，通
过一定途径使保卫细胞渗透压降低，保卫细胞 （填“失水”或“吸水”），气孔关闭。
(2)P 基因表达产物参与水分从根部向叶片的运输。研究者构建P 基因功能缺失突变体和P 基因超表达株系，
在实验室中采用停止浇水的方法模拟干旱处理，结果如图1。
据图1 推测随着干旱处理时间延长， 会先萎蔫，理由是 。
研究发现，P 基因编码的P 蛋白是一种水通道蛋白。研究者将P 基因导入酵母菌，并接种在添加高浓度甘
露醇的液体培养基中，测定生长曲线。若P 蛋白具有水通道蛋白活性，请在图2b 中补充实验组的生长曲线
。
(3)AR 基因的表达量均受脱落酸诱导显著上调。R 基因编码的R 蛋白是脱落酸信号通路中的一种调控因子．
可与A 基因编码的A 蛋白（一种转录因子）结合。为研究A 蛋白、R 蛋白在P 基因表达中的作用，研究者
构建多种表达载体，导入烟草原生质体中。结果如图3。
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图3 结果表明， 。
综合系列研究可知，植物响应干旱胁迫的调控由 共同完成。
(4)已有研究证实A 基因表达增强可抑制植株地上部的生长。干旱胁迫导致植株光合速率显著下降，且植株
根部的营养分配比例增大。从物质与能量的角度，分析植物生长发育状态改变的意义 。
【答案】(1)失水
(2) P 基因超表达植株 与其他植株相比，P 基因超表达植株气孔开度大，蒸腾速率快，使水分迅
速消耗
(3) R 蛋白可加强A 蛋白对P 基因启动子活性的抑制作用 环境因素调节、激素调节和基因表达调
控
(4)光合速率下降，植株（通过减弱地上部的生长）将有限的物质与能量优先供应根部．有利于根系生长以
获取更多水分，以响应干旱胁迫
【分析】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。
【详解】（1）溶液的渗透压是指溶液中溶质微拉对水的吸引力，溶液渗透压越大吸水能力越强，保卫细
胞的渗透压降低，则根据渗透作用原理可知保卫细胞将失水导致气孔关闭。
（2）由图1 可知，与其他植株相比，P 基因超表达植株气孔开度大，蒸腾速率快，使水分迅速消耗，因此
随着干旱处理时间延长，P 基因超表达植株会先萎蔫。
高浓度甘露醇的液体培养基可模拟高渗透压环境。将P 基因导入酵母菌，并接种在添加高浓度甘露醇的液
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体培养基中，对照组为未导入P 基因的酵母菌，实验组为导入P 基因的酵母菌，若P 蛋白具有水通道蛋白
活性，则在高渗透压环境，导入P 基因的酵母菌会因为快速失水而死亡，因此实验组的酵母菌密度小于对
照组的酵母菌密度，图2b 中补充实验组的生长曲线如下：
。
（3）由图3 可知，当只导入表达载体1 时，CUS 蛋白的表达量较多；当导入表达载体1 和表达载体2 时，
CUS 蛋白的表达量较少，即A 蛋白会抑制P 基因启动子活性；当同时导入表达载体1、表达载体2、表达
载体3 时，CUS 蛋白的表达量几乎没有，由此推测R 蛋白可加强A 蛋白对P 基因启动子活性的抑制作用。
综合系列研究可知，植物响应干旱胁迫的调控由环境因素调节（如干旱）、激素调节（如脱落酸）和基因
表达调控（如P 基因）共同完成。
（4）在干旱条件下，光合速率下降，植株通过减弱地上部的生长，将有限的物质与能量优先供应根部．
有利于根系生长以获取更多水分，以响应干旱胁迫。
8．为提高温室草莓产量，科学家以“红颜”品种草莓为实验材料，对影响其生长发育的相关因素进行了
研究，测得结果如下图所示。据图回答下列问题：
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(1)由图1 和图2 可知，与11：00 相比，在12：00 草莓叶片净光合速率明显降低是由 （填“气孔”
或“非气孔”）限制因素所导致，判断的依据是 ；在16：00~18：00 胞间CO2浓度明显升高，其主
要原因是 ，对胞间CO2的消耗减少。
(2)图3、图4 均是在最适温度下测得的草莓净光合速率变化曲线；图4 所示实验的CO2浓度为400μmol/
mol。据图分析可知，图3 所示实验所使用的光照强度应在 （μmol·m-2·s-1）范围内。在适宜光照强
度下，提高CO2浓度，可提高植物的光合速率，请结合光反应和暗反应过程分析其原因： ；
。
(3)实验过程中，科研人员发现以黑色地膜覆盖草莓根部，也能有效提高草莓产量，原因是黑色地膜除具无
色地膜能保温、保水、保肥功能外，还可以 。
【答案】(1) 非气孔 气孔导度升高，而净光合速率却下降 光照减弱，光合速率下降
(2) 1200~1600 提高CO2浓度直接引起C3生成速率提高 C₃ 还原过程又消耗了更多的ATP 和
NADPH，导致光反应速率加快
(3)抑制杂草生长
【分析】光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水的光解，NADPH 的合成，该过程
中光能转变成活跃的化学能储存在ATP 中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，二氧化
碳固定是二氧化碳与1 分子五碳化合物结合形成2 分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳化合物
在光反应产生的NADPH 和ATP 的作用下形成有机物和五碳化合物的过程。
【详解】（1）由图1 和图2 可知，与11：00 相比，在12：00 草莓叶片净光合速率明显降低是由非气孔限
制因素所导致，判断的依据是气孔导度升高，而净光合速率却下降。在16：00~18：00 胞间CO2浓度明显
升高，其主要原因是光照减弱，光合速率下降，消耗的二氧化碳减少，积累在胞间。
（2）图3 中，CO2浓度为400μmol/mol 时，净光合速率为20μmol·m-2·s-1，图4 所示实验为CO2浓度是
400μmol/mol 时净光合速率随光照强度的变化曲线，净光合速率为20mol·m-2·s-1，对应的光照强度为
1200~1600μmol·m-2·s-1。在适宜光照强度下，提高CO2浓度，可提高植物的光合速率的原因是提高CO2浓度
直接引起C3生成速率提高，C₃ 还原过程又消耗了更多的ATP 和NADPH，导致光反应速率加快。
（3）黑色地膜除具无色地膜能保温、保水、保肥功能外，还可以抑制杂草生长。
9．研究人员以东北草莓（野生品种）和“红颜”草莓（栽培品种）为实验材料，在春季白天全光照条件
下，对两种草莓生长发育的相关影响因素的日变化规律进行了研究，结果如下图所示。据图回答下列问题。
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(1)光合作用是植物重要的生理功能之一，大气中的CO₂ 在 中相关酶的作用下，经过
（填碳的转移路径），最终将光合色素捕获的光能转化为稳定的化学能。
(2)据图分析，12：00~13：00 时东北草莓净光合速率的降低是由 （填“气孔”或“非气
孔”）限制因素所导致，判断的依据是 。
(3)“红颜”草莓在16：00~18：00 胞间CO₂ 浓度明显升高，其主要原因是 。
(4)综合比较两种草莓，种植 草莓更有优势，理由是该草莓 。
【答案】(1) 叶绿体基质 CO₂→C₃→（CH₂O）[或“（CH₂O）和C₅”]
(2) 非气孔 12：00~13：00 时，东北草莓叶片气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率均是增加的
(3)16：00~18：00 光照强度下降引起光反应速率的下降，进而导致暗反应中CO2的消耗量减少。（或者答
出“净光合速率下降”也可）
(4) 红颜 净光合速率大，产量高；利用环境中CO2的能力更强；蒸腾速率高，根部吸水能力更强，
有利于物质的运输
【分析】光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水光解形成氧气和还原氢的过程，该
过程中光能转变成活跃的化学能储存在ATP 中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，二
氧化碳固定是二氧化碳与1 分子五碳化合物结合形成2 分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳化
合物在光反应产生的还原氢和ATP 的作用下形成有机物和五碳化合物的过程。
【详解】（1）光合作用是植物重要的生理功能之一，二氧化碳参与光合作用的暗反应过程，暗反应的场
所是叶绿体基质，因此，大气中的CO2在叶绿体基质中相关酶的作用下，经过CO2→C3→（CH2O），最终
将光合色素捕获的光能转化为稳定的化学能，实现了能量的固定。
（2）图中显示，12：00~13：00 时东北草莓净光合速率的降低，此时胞间二氧化碳浓度上升，同时气孔导
度和蒸腾速率均是增加的，据此可推测东北草莓净光合速率下降是由“非气孔”限制因素导致的。
（3）结合图示可以看出，“红颜”草莓在16：00~18：00 胞间CO2浓度明显升高，其原因是由于16：
00~18：00 光照强度下降引起光反应速率的下降，进而导致暗反应中CO2的消耗量减少，进而导致胞间二
氧化碳浓度上升。
（4）综合比较两种草莓，种植红颜草莓更有优势，这是因为红颜草莓净光合速率大，产量高；气孔导度
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更大，因而利用环境中CO2的能力更强；蒸腾速率高，根部吸水能力更强，有利于物质的运输，进而有利
于无机盐的吸收，因此红颜草莓更有优势。
10．20 世纪50 年代，科学家在研究玉米、甘蔗等原产于热带地区的植物的光合作用时发现：当向这些植
物提供
14CO2时，光合作用开始后的1s 内，90%以上的
14C 出现在含有4 个碳原子的有机酸（四碳酸）中，
随着光合作用的进行，四碳酸中的
14C 逐渐减少，而三碳酸中的
14C 逐渐增多，科学家将这类植物叫作C4
植物。图1 表示在适宜的CO2浓度和温度条件下，光照强度对普通玉米（A）、黄叶病玉米（B）光合作用
的影响：图2 表示玉米利用CO2的特殊途径，其中P 酶与CO2的亲和力远比R 酶大。请回答下列问题：
(1)图1 中光照强度为y 时，限制黄叶病玉米光合作用速率的主要内部因素是 （答出一点即可）；
在白天和晚上各12h 的情况下，y 强度下的A 植物比B 植物积累的有机物多 单位（以CO2的吸收
速率表示）。
(2)图2 说明在这类植物的光合作用中，CO2中的C 的转移途径是CO2→ →（CH2O），由图可知，
玉米的C4途径发生在叶肉细胞中，通过 （填结构名称）进入发生在 （填场所）中的
C3途径，两者共同完成CO2的固定。
(3)在夏季炎热的中午，小麦出现“午休现象”，是由于 原因，小麦等植物光合作用强度就会降
低，而玉米没有“午休现象”，请据图2 尝试推出最可能的原因是 ，从而保证C3的供应充足，
可见玉米比小麦更耐干旱环境。
【答案】(1) 光合作用相关酶的数量（或浓度/光合色素的含量（或浓度）） 60
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(2) C4→CO2→C3 胞间连丝 维管束鞘细胞
(3) 植物气孔开放程度变小或关闭，吸收的CO2减少 玉米能够利用胞间低浓度的CO2进行光合作
用（P 酶与CO2的亲和力远比R 酶大）
【分析】光合速率又称“光合强度”，可以用单位时间、单位叶面积所消耗的二氧化碳量或产生的氧气量
表示；净光合速率是指植物指单位时间、单位叶面积所吸收的二氧化碳量或释放的氧气量，是总光合速率
减去呼吸速率的值；总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率；影响光合速率的环境因素主要有光照强度、温
度和空气中二氧化碳浓度。
【详解】（1）图1 中光照强度为y 时，黄叶病玉米达到光饱和点，因此限制黄叶病玉米光合作用速率的主
要内部因素是光合作用相关酶的数量或浓度，光合色素的含量或浓度。普通玉米（A）的呼吸速率为1，y
强度下净光合速率为8，黄叶病玉米（B）的呼吸速率为2，y 强度下净光合速率为4，在白天和晚上各12h
的情况下，y 强度下的A 植物比B 植物积累的有机物多（8-1）×12-（4-2）×12=60 单位（以CO2的吸收速
率表示）。
（2）根据图2 可推知：在C4植物的光合作用中，CO2中的C 的转移途径是 CO2→C4→CO2→C3→
（CH2O）。胞间连丝是植物细胞间物质运输和信息传递的通道，由图可知，玉米的C4 途径发生在叶肉细
胞中，通过胞间连丝进入发生在维管束鞘细胞中的C3途径，两者共同完成CO2的固定。
（3）在夏季炎热的中午，植物蒸腾作用过快，为避免丧失大量水分，植物气孔开放程度变小或关闭，从
而导致吸收的CO2减少，小麦出现“午休现象”。玉米为C4植物，玉米能够利用胞间低浓度的CO2进行光
合作用（P 酶与CO2的亲和力远比R 酶大），因此玉米没有“午休现象”。
11．BAT（褐色脂肪组织）细胞含有大量线粒体，具有分解脂肪和产热的功能，其数量及代谢异常与肥胖、
衰老等现象相关。
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(1)图1 示有氧呼吸第三阶段，H+通过复合体I、Ⅲ、Ⅳ运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过 （细
胞结构）上的ATP 合酶，生成大量ATP。
(2)图2 为BAT 细胞在寒冷刺激下增加产热的机制：产热复合体提高线粒体中Ca2+浓度→促进有氧呼吸第二
阶段（三羧酸循环）→提高H+跨膜浓度梯度→ → 、产热增加。
(3)产热复合体包含E、M 和UCP1 三种蛋白质。为研究三者的互作情况，构建了三种质粒，分别表达
UCPI-HA 融合蛋白、E-FLAG 融合蛋白、M-FLAG 融合蛋白，并获得了转入不同质粒组合的细胞。先利用
抗HA 抗体偶联磁珠对各组总蛋白进行收集，将收集的蛋白电泳，再分别用抗FLAG 抗体与抗HA 抗体进
行检测，结果如图3。分析图2 产热复合体中的A、B 分别为 蛋白。
(4)BAT 细胞在凋亡过程中会释放肌苷，与相关细胞膜上受体结合发挥作用。用肌苷处理健康BAT 和WAT
（白色脂肪细胞，主要储存脂肪），发现二者UCPI 基因的表达量均显著提高。阐释BAT 凋亡时释放肌苷
的意义。
(5)ENT1 是肌苷转运蛋白，在BAT 细胞高表达。研究表明，抑制ENT1 可以增加胞外肌苷水平，增强细胞
产热能力。有人提出可通过抑制ENT1 治疗肥胖，从稳态与平衡的角度评价该方案并说明理由。
【答案】(1)线粒体内膜
(2) UCPl 将H+运至线粒体基质，减小了膜两侧H+的跨膜浓度梯度 ATP 合成比例减少
(3)M、E
(4)BAT 细胞凋亡时释放肌苷，可促进健康的BAT 和WAT 细胞UCPl 基因表达而增加产热，从而维持机体
的体温平衡
(5)有一定的合理性。抑制ENTl 可提高胞外肌苷水平，促进BAT 和WAT 细胞有机物分解，增加产热，达
到减重的效果。然而ENTl 通过调节胞外肌苷水平，维持体温相对稳定，抑制ENTl 可能破坏机体体温平衡
的稳态
【分析】有氧呼吸的过程：
第一阶段：细胞质的基质
第二阶段：线粒体基质
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第三阶段：线粒体的内膜
【详解】（1）由图1 可知，H+通过复合体I、Ⅲ、Ⅳ运至线粒体膜间隙，并顺浓度梯度通过线粒体内膜
（细胞结构）上的ATP 合酶，完成有氧呼吸第三阶段的反应，生成大量ATP；
（2）由图2 可知，产热复合体提高线粒体中Ca2+浓度，促进有氧呼吸第二阶段（三羧酸循环），提高
H+跨膜浓度梯度，促使UCPl 将H+运至线粒体基质，减小了膜两侧H+的浓度梯度，使ATP 合成比例减少、
产热增加；
（3）由图3 可知，分别用抗FLAG 抗体与抗HA 抗体进行检测后，电泳图显示几乎不含UCPI-HA 融合蛋
白，由此可推断产热复合体中的A、B 分别为M、E 蛋白；
（4）由题意可知，BAT 细胞在凋亡过程中会释放肌苷，可促进健康的BAT 和WAT 细胞UCPl 基因表达而
增加产热，从而维持机体的体温平衡；
（5）由于ENT1 是肌苷转运蛋白，在BAT 细胞高表达。如果抑制ENT1 可以增加胞外肌苷水平，增强细
胞产热能力，因此通过抑制ENT1 治疗肥胖有一定的合理性。因为抑制ENTl 可提高胞外肌苷水平，促进
BAT 和WAT 细胞有机物分解，增加产热，达到减重的效果。然而ENTl 通过调节胞外肌苷水平，维持体温
相对稳定，抑制ENTl 可能破坏机体体温平衡的稳态。
12．Rubisco 是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下催化效率低。甘蔗在进化过程中形成了一种
CO2浓缩机制，提高了Rubisco 所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定，其浓缩机制如图。回答
下列相关问题。
(1)甘蔗光反应阶段发生于 （填“叶肉细胞”或“维管束鞘细胞”）的叶绿体中，该阶段的产物有
。
(2)由图中CO2浓缩机制可推测，Rubisco 与无机碳的亲和力 （填“高于”“等于”或“低于”）PEP
羧化酶。
(3)甘蔗进行光合作用时，只有维管束鞘细胞内合成淀粉，而叶肉细胞中没有淀粉的合成，据图分析可能的
原因是 。
(4)与不具有CO2浓缩机制的植物相比，甘蔗的CO2补偿点（通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼
吸速率相等时的环境CO2浓度） （填“高”或“低”）。
【答案】(1) 叶肉细胞 氧气、ATP 和NADPH
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(2)低于
(3)甘蔗叶肉细胞没有暗反应相关的酶，不进行卡尔文循环
(4)低
【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应： （1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产
生氧气、ATP 的合成及NADPH 的合成；（2）暗反应场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定、C3的还
原五碳化合物的再生三个阶段。光反应为暗反应C3的还原阶段提供NADPH 和ATP。
【详解】（1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产生氧气、ATP 的合成及NADPH 的合成；
题图可知，甘蔗光反应阶段发生于叶肉细胞的叶绿体中，该阶段的产物有氧气、ATP 和NADPH。
（2）题图表示甘蔗在进化过程中形成了一种CO2浓缩机制，分析可知，PEP 羧化酶催化HCO3
-和磷酸烯醇
式丙酮酸形成草酰乙酸，表明了Rubisco 与无机碳的亲和力低于PEP 羧化酶。
（3）分析题图可知，淀粉的生成是在维管束鞘细胞中经过卡尔文循环合成的，而叶肉细胞不形成淀粉，
原因可能是甘蔗叶肉细胞没有暗反应相关的酶，不进行卡尔文循环。
（4）题干信息可知，甘蔗存在CO2浓缩机制，提高了Rubisco 所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2
的固定，导致在环境较低CO2浓度下可以适当提高光合速率；与不具有CO2浓缩机制的植物相比，甘蔗的
CO2补偿点低。
13．红藻是一类分布在海洋中较深区域的植物，它的光合作用过程和大部分植物类似，只是光合色素与大
部分植物有所不同：主要是藻胆素和叶绿素a。藻胆素分为藻蓝素和藻红素，分别与蛋白质结合形成藻蓝
蛋白和藻红蛋白。这些蛋白质能结合在一起形成藻胆体（结构如图一）。回答下列问题：
(1)藻胆素和叶绿素等光合色素的功能为 。据图分析，藻胆体应分布在 。
(2)电子传递到叶绿素a 作用中心，才能为光反应后续过程提供能量，藻胆体中，藻蓝蛋白和藻红蛋白紧密
相连，对光合作用的意义是 。藻胆体中藻红蛋白分布靠外，藻蓝蛋白分布靠内，互不遮挡，有利
于 。
(3)浮游绿藻分布于浅海层，红藻分布于深海层。结合图一、图二中光合色素的吸收光谱，请从吸收光的波
长角度解释红藻适应深海生存的原因： 。
【答案】(1) 吸收、传递、转化光能(或捕获、转化光能) 类囊体膜外侧(类囊体膜上）
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(2) 有利于光能的传递(有利于电子传递的进行) 充分吸收不同波长的光
(3)绿藻中有大量的吐绿素ab，会大量吸收500 nm 以下和 630 nm 波长以上的光，造成深海区主要是
500~600 nm 波长的光(或答几平不吸收 500~600nm 波长的光)：红藻的藻红蛋白和藻蓝蛋白分别吸收
480~570 nm，550~650 nm 波长的光，能够充分利用该区域的光能
【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）光合色素的功能是吸收、传递、转化光能：图中叶绿素应分布在类囊体膜上，可推测藻胆
体应分布于类囊体的外侧，以利于光能的吸收和利用。
（2）结合图中的电子传递过程（水光解时释放出的电子依次通过三种蛋白质进行传递，最终传递给
NADP+）和光合色素的功能可推知：藻蓝蛋白和藻红蛋白紧密相连，能降低电子传递过程中能量的 损耗；
结合图中藻蓝蛋白和藻红蛋白吸收光的波长可得：藻红蛋白分布靠外，藻蓝蛋白分布靠内，互不干扰，有
利于充分吸收不同波长的光，从而提高光合效率。
（3）绿藻中有大量的叶绿素a、b，结合图二叶绿素a、b 的吸收光谱，会大量吸收500 nm 以下和 630 nm
波长以上的光；结 合图一中藻红蛋白和藻蓝蛋白吸收光的波长分别是 480~570 nm 和 550~650 nm，红藻
能大量吸收绿藻几乎不吸收的 500~600 nm 波长的光。
14．甜菜是制糖的主要原料，其块根的薄壁细胞中积累了大量蔗糖。甜菜的生长和产量相对稳定，但也会
受水涝、盐碱度等因素的影响。回答下列问题：
(1)甜菜作为糖料作物，其块根中的蔗糖主要贮存在薄壁细胞的 （填细胞器）中，这些蔗糖最早主要在
叶肉细胞的 （填细胞结构）中合成。
(2)地势较低的甜菜种植地，易季节性积水，造成涝灾。在水涝胁迫下，甜菜块根细胞呼吸过程中产生的
[H]会将 还原为乳酸，而甜菜叶片在氧气缺乏时，厌氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。甜菜不同部位厌
氧呼吸产物不同的根本原因是 。水涝胁迫下，甜菜细胞器结构会发生显著改变，线粒体内膜的嵴逐渐
消失，使得参与催化 的酶附着位点减少；叶绿体的 结构严重松散，植物的光反应过程受到抑制。
(3)某甜菜种植地的土壤是pH 为6.2 的微酸性黑土。为探究水涝胁迫下不同土壤盐碱度对甜菜幼苗光合作用
的影响，研究人员进行了相关实验，部分结果如下图所示。
注：盐渍土和盐碱土是以微酸性黑土为基础，加入适量碱性物质混匀调节制成。盐渍土pH 为7.2，盐碱土
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pH 为8.2．Pn 表示净光合速率，Gs 表示叶片气孔导度。
本实验的可变因素是 。根据实验结果分析，甜菜幼苗在 的条件下生长情况最佳，推测可能的原因
是在该条件下 。结合本实验结果，为缓解水涝对甜菜生长的抑制作用，可采取的措施是 。
【答案】(1) 液泡 细胞溶胶
(2) 丙酮酸 不同细胞基因的选择性表达 需氧呼吸第三阶段（电子传递链） 类囊体
(3) 是否水涝、土壤盐碱度 未水涝、盐碱土 甜菜叶片的气孔导度大，吸收的CO2多，光合
作用的碳反应速率快 适当增加土壤的pH
【分析】液泡，内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等。
细胞分化的实质是基因的选择性表达。
【详解】（1）甜菜作为糖料作物，其块根中的蔗糖主要贮存在薄壁细胞的液泡中，这些蔗糖最早主要出
现在细胞溶胶中合成。
（2）在水涝胁迫下，甜菜块根细胞呼吸过程中产生的[H]会将丙酮酸还原成乳酸，而甜菜叶片在氧气缺乏
时，厌氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。甜菜不同部位厌氧呼吸产物不同的根本原因是同一个体不同部位
细胞基因选择性表达。水涝胁迫下，线粒体内膜的嵴逐渐消失，线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段发生的场
所，所以使得参与催化需氧呼吸第三阶段的酶附着位点减少；植物的光反应受到抑制，说明叶绿体的类囊
体结构严重松散。
（3）依据图示信息可知，本实验的可变因素（自变量）为是否水涝、土壤盐碱度，根据实验结果可知，
甜菜幼苗在未水涝、盐碱土的条件下生长状况最佳，因此据图推测可能的原因是在该条件下，甜菜叶片的
气孔导度大，吸收的CO2多，光合作用的碳反应速率快。由此可推测，为缓解水涝对甜菜生长的抑制作用，
可以适当增加土壤的pH。
15．科研人员利用人工气候箱，以某品种草莓为材料，研究环境因素对其叶绿素含量和净光合速率的影响，
定期对叶片进行测定，结果见图1、图2。回答下列问题：
(1)分离草莓叶肉细胞中的光合色素需要用到的试剂为 ，层析后的滤纸条上色素带颜色为
的是叶绿素a，该色素分布的部位进行光合作用相关反应时需要暗反应提供的原料是 。
(2)由图1、2 可知，相对于低温处理，在低温弱光处理下，净光合速率下降得更明显，主要是因为
。12-18d 之间，对照组净光合速率下降，可能的内部因素为 。
(3)如图3 所示，在植物体内，制造并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
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组织器官被称为“库”。若要验证“源”、“库”之间存在上述物质代谢关系，可以使用
14CO2饲喂草莓
叶片，检测 。
(4)光合产物从“源”向“库”主要以 形式运输，若该过程受阻会导致叶绿体中的淀粉积累，
进一步会导致 膜结构被破坏，从而直接影响光反应的进行。
【答案】(1) 层析液 蓝绿色 ADP、NADP+、Pi
(2) 在低温弱光处理下，叶绿素含量下降得更显著 光合作用的酶含量下降（酶活性下降）
(3)果肉细胞中含
14C 的有机物的含量/有无（果肉细胞中放射性的强度/有无）
(4) 蔗糖 类囊体
【分析】叶绿体的四种色素经层析后，在滤纸条上由上到下依次为橙黄色的胡萝卜素；黄色的叶黄素；蓝
绿色的叶绿素a；黄绿色的叶绿素b。其中叶绿素a 含量最多，所以最宽。在四种色素中叶绿素主要吸收红
光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
【详解】（1）叶绿体的色素在层析液中的溶解度不同，故分离草莓叶肉细胞中的光合色素需要用到的试
剂为层析液；叶绿素a 的颜色是蓝绿色；叶绿素可参与光反应过程，光反应可发生水的光解，并产生
ATP，需要暗反应提供的原料是ADP、NADP+、Pi。
（2）分析题图，辣椒叶片叶绿素含量和净光合速率随着处理时间的延长均呈明显下降趋势，根据实验后
低温和低温弱光条件下叶绿素含量差值比实验初始差值可知，在低温处理下，叶绿素含量下降得更明显，
而叶绿素参与光反应过程，故在低温弱光处理下，净光合速率下降得更明显；由题意可知CO2供应充足推
测，生化反应的进行需要酶的催化，12-18d 之间，对照组净光合速率下降，可能的内部因素为光合作用的
酶含量下降（酶活性下降）。
（3）同位素可用于追踪物质运行和变化的规律，在植物体内，制造并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”，若要验证“源”、“库”之间存在上述物
质代谢关系，可以使用
14CO2饲喂草莓叶片，即用同位素标记“源”，可通过果肉细胞（库）中含
14C 的有
机物的含量/有无（果肉细胞中放射性的强度/有无）。
（4）植物光合产物产生器官被称作“源”，光合产物消耗和储存部位被称作“库”，叶片是“源”，从叶肉细
胞输出的是蔗糖；光合色素和酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上，若叶绿体中的淀粉积累，进一步会导致类囊
体膜结构被破坏，从而直接影响光反应的进行。
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